液压元件综合试验台的设计.pdf

2 0 1 2年 5月 第4 0卷 第 1 0期 机床与液压 MA C HI NE T O OL HY DR AU L I C S Ma v 2 01 2 Vo 1 ． 4 0 No ．1 0 D OI 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 1 3 8 8 1 ． 2 0 1 2 ． 1 0 ． 0 3 0 液压元件综合试验台的设计 张金威 ，谈宏华，潘正春 ，宋学贤 武汉工程大学电气信息学院，湖北武汉4 3 0 0 7 3 摘要为了满足液压元件的出厂试验及性能测试要求 ，研制一套新型液压元件综合试验台设备。该试验台采用先进的 电液比例控制技术 ，并设计了新的泵源为液压系统提供不同等级的压力和流量，同时配置了计算机数据采集及处理系统。 该系统测试精度高，工作安全可靠 ，操作方便。 关键词 液压元件 ；性能测试 ；电液比例控制 中图分 类号 T H1 3 7 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 2 1 0 0 9 33 De s i g n o f Co mbi n e d Te s t Ta bl e f o r Hy dr a u l i c Co mp o ne n t Z HANG J i n w e i ，T A N Ho n g h u a ，P AN Z h e n g c h u n，S ON G Xu e x i a n S c h o o l o f E l e c t r i c a n d I n f o r m a t i o n ， Wu h a n I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y， Wu h a n H u b e i 4 3 0 0 7 3 ，C h i n a Ab s t r a c t I n o r d e r t o ma k e f a c t o r y a c c e p t a n c e t e s t a n d p e r f o r ma n c e t e s t o f h y d r a u l i c c o mp o n e n t s ，a n e w c o mp r e h e n s i v e t e s t i n g e q u i p me n t o f h y d r a u l i c c o mp o n e n t s wa s d e v e l o p e d ．Ad v a n c e d e l e c t r o h y d r a u l i c p r o p o r t i o n a l c o n t r o l l i n g t e c h n i q u e wa s u s e d i n t h i s t e s t - b e d ．a n d a n e w p u mp s o u r c e wa s d e s i g n e d f o r t h e h y d r a u l i c s y s t e m t o p r o v i d e d i ff e r e n t l e v e l s o f p r e s s u r e a n d fl o w ．A c o mp u t e r d a t a a c q u i s i t i o n a n d p r o c e s s i n g s y s t e m w a s e q u i p p e d a l s o ．T h e s y s t e m i s p r e c i s e ，s a f e，r e l i a b l e a n d e a s y t o o p e r a t e ． Ke y wo r d s Hy d r a u l i c c o mp o n e n t ；P e r f o r ma n c e t e s t ；E l e c t r o h y d r a u l i c p r o p o r t i o n a l c o n t r o l l i n g 液压元件综合试验台主要适用于常规液压阀件、 负载敏感 比例阀件、泵和马达的出厂试验及性能测 试 。该试 验台放置在某大型 国企液压车间 ，准备利用 该试验 台的泵 一马达拖 动 回路作为拖动台 ，进行 某型 号发电机的入所验收试验，并要求对试验台各测试部 分、传感器 、仪表等进行标定，以保证能准确测试与 记录液压元件技术参数 ，从而提高系统的可靠性与稳 定 性。 1 试验台功能及主要参数 1 ． 1 功 能 该试验 台通过调节各控制元件达到被试液压元件 的工作状态，然后测试其性能。由主泵提供动力源， 为液压系统提供不同等级的压力和流量，供给被试液 压元件 ，通过调节各液压控制阀达到被试元件的试验 状态 ，使数字仪 表能显示被试元件所 达到 的状态 ，计 算机能采集并处理测试数据。通过对试验台进行设计 ， 使其能够准确、可靠、安全地提供实验手段，具体有 以下几点 1 具备提供负载敏感油源的功能，能够 为不同流量需求的元器件测试提供合适的油源，并能 够进行负载敏感 比例方向阀的测试 ； 2 能够实现 泵 一马达拖动回路的功能； 3 具备提供不同压力 、 流量需求 的控制油源 的功能 ； 4 具备采集 与处理传 感器输出的压力、流量 、温度等数据的功能。 1 ． 2 主要 技 术参 数 油源最高压力 3 1 ． 5 M P a ； 油源流量 2 5～1 6 0 L ／ rai n ； 控制压力 1 0 M P a ； 控制 流量 1 0 L ／ m i n ； 系统油液过滤精度 1 0 Ix m； 最大拖动功率 5 5 k W 2 ； 系统压力调节范 围 0 ． 5～ 3 1 5 MP a ； 背压压力调节 范围 0 ． 5～ 3 1 ． 5 MP a 。 2 试验台系统组成 液 压试 验 台 由五 大部分组成 液压油 源及 泵 机 组 、试 验 台 台架、电气控制系统 、 数 字 显示 系 统 、计 算 机数 据采 集 及 处 理 系 统 。如图 1 所示 。 该 试 验 台采 用 了 先进的电液 比例控制 技术，可精确调控液 压系 统 的 进 油 、出 油 压力 和被 试 泵 的 加 载 电 气 控 制 系 统 温度控制系统 ] 油箱 A 高 压 泵 机 组 嚣 压 泵 机 组 控 制 泵 机 组 J 油液过滤系统 l 液压系统} I 数字显示系统 『 泵 马 达 拖 动 系 统 图 1 液压综合试验台结构框图 压力 。被试泵及被试马达采用了对拖方式 ，使被试 泵 收稿 日期 2 0 1 1 0 4 2 2 作者简介张金威 1 9 8 6 一 ，男，硕士研究生，研究方向为智能测控技术及流体传动技术。Em a i l 1 2 7 4 7 6 0 q q ． c o rn。 9 4 机床与液压 第 4 0卷 及马达互 为负 载及 拖 动动力 ，此种 加载 方 式 ，结 构 简单 、工作可靠。该实验台具有两台高压泵组 ，均为 手动变量泵 ，可根据使用情况改变各泵的排量大小。 油温控制系统采用了双路冷却并联方式，可经济有效 地控制油液温度。并且设置了油温上、下限控温装 置 ，可以将 油温控制在规定 的温度范 围内。该试验台 配置了计算机数据采集及处理系统，可对测试数据进 行 自动采集及处理 ，排除 了测试 中的人 为因素 ，大大 提高 了实验 的测试精度。 3液压系统 该液压综合试验 台的液压 系统原理 如 图 2所 示 。 系统 中液压动力源 、液压控制元件 、液压被试元件通 过管路可联成相应的试验回路，对于实验过程中没有 用到的接 口，应关 闭接 口处 的节流截止 阀，以防止油 液泄漏⋯。 ／ 泵 马 达 互 拖 上 ，换 向 阀 加 载 ／ ， I ／ 1一 柱 塞 泵 ] f l i 血 | ．h ‘ 2 一 变 频 电 机 3 一 三 通球 阀 P T ．． ． ．-_ J l山 4 一 过 滤器 山 x l 2 1 0 { 1。 I 5 一 节 流 阀 J 由 1 i } l 6 、1 7 一 减 压 阀 l 0 ． 1 A I B A B 7 一比 例 先导阀 嘲 1l B s 2 2 lz 妇 二通 压力 补偿 器 1 0 、l 4 、1 6 一 比例溢 流 1 5 ． S } l 2 一液控单向阀 f 旱 嘲 j 皿 l l 一 远程 调压 阀 s 9 ． 1 L 一 l 3 一 电磁 球 阀 O l S _ _ 电磁换 向 阀 P ； ’ ， 控 制 油 源 ／ 园 1 1 l 3 ⋯ 一 。 ’ 卜 o - r 甲 l ∞ 口 l 3 P 2* 缸 ．4 I p 1 1． 7 ’ i 主群 I t1．2 ， } L一一 一 ． 口 I l e l 阀 L一一_．．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一0 L一一⋯⋯．． ．一一一⋯．一一一一 I ＼ 图 2 液压系统原理图 在液压 系统 中，比例溢 流 阀 1 0 ． 2和远程调 压阀 该泵可 以通 过控制 器 的转换 实现 负载 敏感 与恒 压 变 I 1 ． 2用于调节被试泵 的负载 ，比例溢 流阀 1 0 ． 3和远 量 两种输 出模 式 。根 据 流量 需 求 ，采 用 变频 电 机 ， 程调压 阀 1 1 ． 3用于 调节被 试元 件 的进 口压 力 ，比例 设 置最高 转 速 为 2 0 0 0 r ／ ra i n 。由于 在 高压 需 求 下 ， 溢流 阀 1 0 ． 4和远程调压 阀 1 1 ． 4用于调节被试 元件的 往往 所需流量 较小 ，新设计 的泵源采 用 9 0 k W 的 电 出 口压力 ，溢流 阀 1 6和远程调压 阀 1 1 ． 7 用 于调节控 机驱 动 。泵 与电机之 间预 留安装 扭矩 转 速测 试 的接 制泵 的出 口压力 ，减压 阀 1 7和远程调压 阀 1 1 ． 8用于 口，可 以在 需要时安装 扭矩 转 速测试 装 置 。泵源 液 设定 减 压 压 力 ；溢 流 阀 l 4 ． 1 、1 4 ． 2和 远 程 调 压 阀 压 原理见 图 3 。 1 1 ． 5 、1 1 ． 6 作 为换 向阀 的模 拟 负载 ，二 通压 力 补偿 对于 P V 0 9 2液压泵 源 ，需采用 比例方 向阀控制 。 器 9用于旁路调节 流量 ，电液换 向阀 l 5用于 改变被 由于系统 中最大流量可达 2 0 0 I Mm i n 左 右 ，故选择 的 试元 件的油 流方 向；电磁球 阀 1 3用 于低 压传感 器切 方向阀的过流量需 达到 2 0 0 L ／ ra i n 。方 向阀具备 手 动 换。 操作功能与电控功能。进行液压缸试验时，考虑到控 液压系统包含两个泵源一个为普通电机驱动手 动变 量泵 的泵 源 ，可 以满足 常规 液压 阀件 的测 试需 求 ；新设计 的泵 源选 择 P V 0 9 2系 列 的高压 轴 向柱塞 泵，标称压力为 3 5 MP a ，最高工作压力可达4 2 M P a ， 制非对称缸 的面积梯度 比与 阀的油 口面积梯度 比不相 匹配，需在方向阀回油 口与液压缸之问增设旁通流 道，当回油无法全部从换向阀油 口回油时，旁通流道 能 自动打开 ，使 回油顺 畅。 9 8 机床与液压 第4 0卷 统 的速度换接 回路相配合来实现。图 6所示位置为快 速合 模 ， 电磁 铁 2 Y A 通 电 时 转 为 慢 速 合 模 ，控 制 2 Y A得电与否的电信号来 自限位开关。 5 控制塑料塑化状况 塑料塑化状况 的好坏 、快慢 ，直接影 响制 品的质 量和一 个工作循环 中各工序 的平衡 。有关塑化 状况 的 控制和调整 ，主要有 以下几个方面 。 5 ． 1 注射 螺杆 背压 的调 整 螺杆背压的调节是通过调节注射油路中背压阀来 实现。背压大 ，螺杆 后 退 时间 延 长 ，即延 长 塑化 时 间 ，在其他 塑化条 件 如加 热器 加 热温度 、螺杆 转 速等不变的情况下，使物料塑化完全 ，熔料密实， 排除物料中的气体 ，有利于提高制品质量。但过大背 压会增加计量段螺槽熔体的反流，使熔体输送能力降 低 ，减少塑化量 ，而且增 大预塑能耗 。过高的背压还 会使切应力过大 ，剪切热过高，使塑料发生分解而严 重影响制品质量。螺杆背压的调节不仅要与其他工序 相匹配 ，而且 要与加热器 的控制温度配合 。 5 ． 2螺杆转速的调整 调整螺杆转速，将改变物料在料筒中的停留时 间 ，物料受剪切程度也 随之改变 。调节时 ，要 由低 向 较高转速逐渐调。对 热敏性较高或高黏度塑料 ，螺杆 转速应调低些 。有时 ，为了在规定 的冷却时间 内塑化 足够的塑料 ，以平衡生产周期，也采用调节螺杆转速 的办法。螺杆转速快 ，在其他 塑化条 件不变情 况下 ， 将缩短塑化时间，但必须考虑到螺杆剪切作用的加 强，使部分物料过热 ，以及存在塑化不完全的物料进 入模腔的可能性 。所 以要综 合考虑 到别 的影响 因素 ， 以较低 的螺杆转速为宜 。 5 ． 3 料 筒温度 的调控 目前应用较 多 的是 电阻加 热器 对料 筒 包 括 喷 嘴 的分段加 热及 控制 。为 了准 确控 制各 区段 的温 度 ，通常将料筒分成若干加 热区 ，并且喷嘴单独设置 加热器 。根据不 同塑料性 能和其 他影 响塑化 的因素 ， 必须调 整各 区段 的加热温度 。温度的调整 、检测 和控 制通常采用温度指示调节仪和热 电偶 ，进行温度 自动 控制，但必须根据各种不同的塑料，预先调定各区段 加热所需 的温 度 ，以保 持料 筒在 某一 温度 下进 行加 热。注射喷嘴通常用单相交流调压器 ，通过调节输出 电压 ，改变输 出电流来实现喷嘴温度 的控制调节 。 6 在保证制品质量的前提下尽量缩短工作循环 时 间 注塑机每成形一模制 品所经历 的时 问为一个工作 循环 ，又称成形周期。一个成形周期由许多工作时间 段组成 ，有合模时间、注射时间、冷却时间、预塑时 间 、开模 时间 、取件 时 间 有机 械手 取件 、模 具 自 动脱件和半 自动操纵 时的人工取件 、清理模具 、安装 嵌件等用时以及辅助时间等。这些单元时间之间， 有的是依次顺序关系，有的是交错进行。它们都直接 关系到制品质量和机器生产率。所以每当更换不同的 塑料或制品时 ，均需恰当调整这些时间，在保证制品 质量的前提下尽量缩短时间，以提高生产效率 ，降低 产 品成本 。 在半 自动和全 自动操作 中 ，各单元时间的调整主 要是通过调整注射机电气控制 系统 的时间继 电器实现 的 ，有 的则需对限位开关位 置作必要 的调整 。 参考文献 【 1 】王美姣． 液压与气动技术 [ M] ． 北京 清华大学出版社， 2 00 9． 【 2 】 沈言锦． 冲压与塑压成形设备[ M] ． 北京 化学工业出版 社 ， 2 0 0 9 ． 【 3 】刘向明， 郭波， 汪洋． MF A在精密注塑过程 电液控制系 统中的应用[ J ] ． 机床与液压， 2 0 1 0， 3 8 1 4 9 4 9 6 ． 【 4 】吴萍． 冲压与塑压设备[ M] ． 北京 中国人 民大学出版 社 ， 2 0 0 9 ． 【 5 】欧阳德祥． 塑料成型工艺与模具结构[ M] ． 北京 机械工 业 出版社 ， 2 0 0 8 ． 【 6 】叶力 ， 杨继隆． 注射成型工艺参数的专家系统[ J ] ． 浙江 工业 大学学报 ， 2 0 0 1 1 2 6 2 9 ． 【 7 】王权． 高速注塑机注射部件设计及应用[ J ] ． 机床与液 压 ， 2 0 1 1， 3 9 6 5 86 0 ． 上接 第9 5页 5结论 该液压元件综合试验 台采用先进 的电液 比例控制 技术 ，作者还设计了新的泵 源 ，为负载敏感液压系统 提供实验能力的支撑，同时将传统的液压试验技术与 计算机 、数据采集卡以及传感器技术有机地结合起 来 ，代表了液压实验技术的发展方向 ] 。现场试验表 明该试验台各测试部分、传感器、仪表等工作正 常 ，且 能准确 测试 液压元 件 的性 能 ，满足设 计要求 ， 具有很 好的应 用前景。 参考文献 【 1 】胡均平， 曾 晨阳， 严信平， 等． 新型多功能液压综合试验台 研究设计[ J ] ． 机床与液压 ， 2 0 0 4 1 0 2 4 3 2 4 4 ， 2 5 0 ． 【 2 】 谈宏华 ， 滕达． 基于气动系统的电液比例阀监控装置的 设计 [ J ] ． 液压与气动， 2 0 1 0 6 3 4 3 6 ． 【 3 】陈六海 ， 高亚明， 韩军， 等． 工程机械液压系统检测试验 台的开发[ J ] ． 流体传动与控制， 2 0 1 0 5 l 71 9 ． 【 4 】吴劲锋 ， 黄建龙， 安宗文， 等． 软件液压元件研究与应用 [ J ] ． 机床与液压， 2 0 0 7 ， 3 5 3 1 0 21 0 3 ． 【 5 】张怀相 ， 王渝． 应用虚拟仪器技术实现液压元件的特性 分析[ J ] ． 机床与液压， 2 0 0 3 4 2 2 6 2 2 7 ．