摘要: 工程機(jī)械多路閥試驗(yàn)臺(tái)用于挖掘機(jī)、裝載機(jī)、叉車等液壓多路閥性能檢測試驗(yàn)。設(shè)計(jì)并制造了多路閥性能測試試驗(yàn)臺(tái)，主要設(shè)計(jì)了液壓系統(tǒng)、電控系統(tǒng)與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。試驗(yàn)臺(tái)測試項(xiàng)目與技術(shù)參數(shù)都達(dá)到了國內(nèi)同類產(chǎn)品先金水平。

0 前言

工程機(jī)械多路閥試驗(yàn)臺(tái)主要用于工程機(jī)械中挖掘機(jī)、裝載機(jī)、叉車等機(jī)械的液壓多路閥性能檢測試驗(yàn)，可試驗(yàn)多種規(guī)格系列的多路閥。由某公司為某大學(xué)設(shè)計(jì)并制造的工程機(jī)械液壓系統(tǒng)液壓多路閥性能測試試驗(yàn)臺(tái)，用于液壓元件的性能試驗(yàn)，并滿足工程機(jī)械多路閥的研究開發(fā)測試要求。試驗(yàn)臺(tái)采用整體式結(jié)構(gòu)，外觀更美觀大方，操作更安全方便，減少塵埃污染，降低噪聲，減少占地面積。試驗(yàn)臺(tái)主要由液壓主泵站、過濾循環(huán)溫控系統(tǒng)、整體試驗(yàn)臺(tái)架、漏油回收系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集顯示系統(tǒng)和電器控制系統(tǒng)組成。按guojia或液壓行業(yè)頒布的#新試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)中型式試驗(yàn)的要求進(jìn)行多路閥檢測試驗(yàn)。

1 試驗(yàn)臺(tái)的性能參數(shù)與試驗(yàn)項(xiàng)目

系統(tǒng)#大工作壓力 42 MPa; 流量計(jì)#大測試范圍 600 L/min; 總驅(qū)動(dòng)功率 120 kW (30 kW+30 kW+30 kW+ 輔助系統(tǒng))，主電機(jī)變頻調(diào)速; 動(dòng)力站主油箱容積 2 000 L; 試驗(yàn)臺(tái)液壓系統(tǒng)工作液采用 46 號(hào)抗磨液壓油; 液壓系統(tǒng)油溫自動(dòng)控制，可控制在 (50±2)℃; 輸入電壓為三相交流 AC 380 V，電流 500 A，控制電路電壓 DC 24 V; 工作液清潔度等級(jí)按 NAS8 設(shè)計(jì)，油液過濾精度#小 5 μm; 試驗(yàn)臺(tái)測試儀器精度(A 級(jí)): 壓力傳感器精度±0. 3%fs; 流量傳感器精度±0. 5%Ｒ; 溫度傳感器精度±2. 0 ℃。試驗(yàn)臺(tái)可完成液壓多路閥出廠性能試驗(yàn)項(xiàng)目，主要有: 內(nèi)泄漏測試; 壓力損失測試; 安全閥性能試驗(yàn); 補(bǔ)油閥開啟壓力試驗(yàn); 過載閥、補(bǔ)油閥泄漏量試驗(yàn); 流量特性測試; 響應(yīng)特性、閥芯特性及控制滯環(huán)測試; 閥桿位移測試; 閥桿先導(dǎo)壓力測試; 微動(dòng)特性試驗(yàn); 背壓試驗(yàn); 穩(wěn)態(tài)試驗(yàn); 瞬態(tài)試驗(yàn); 動(dòng)作復(fù)合測試。

2 試驗(yàn)臺(tái)的液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)

(1) 液壓主泵站

液壓主泵站系統(tǒng)如圖 2 所示，主要由油盤底架、主油箱 (2 000 L)、3 臺(tái)油泵電機(jī)組、濾油器、測試控制閥組、流量壓力檢測儀等組成。

油泵電機(jī)組分別為: 兩臺(tái)高壓電機(jī)泵組 5. 1 和5. 2，電機(jī)功率為 30 kW，油泵排量 28 mL/r，提供測試時(shí)的高壓油源，可分開供油 (適用于有兩個(gè)進(jìn)油口的多路閥)，也可合流供油 (提供高壓大流量);一臺(tái)大流量電機(jī)泵組 6，電機(jī)功率為 30 kW，油泵排量 160 mL/r，用于測試低壓大流量的情況。多路閥有很多種，有的很復(fù)雜。特別是挖機(jī)的多路閥，要實(shí)現(xiàn)多種功能，有的有兩個(gè) P 口。為了測試復(fù)雜多路閥，用兩個(gè)高壓加載泵 5. 1 和 5. 2 來提供液壓油。3 個(gè)泵的油都是從吸油過濾器 13 流出，這是個(gè)側(cè)面安裝的過濾器，帶有發(fā)訊器，當(dāng)過濾器堵住，通過發(fā)訊器報(bào)警，預(yù)防泵吸空毀壞。3 個(gè)泵的出口處都裝有管式單向閥，可預(yù)防負(fù)載突然過大而憋壞泵。有的大流量測試不需要高壓，因此加一個(gè)低壓大流量的泵 6。3 臺(tái) 30 kW 的電機(jī)帶動(dòng) 3 個(gè)為多路閥供油的泵。為了使多路閥油源壓力可控，在泵出口加溢流閥 3 和4，而為了能夠遠(yuǎn)程調(diào)控壓力，用遠(yuǎn)程控制閥控制主安全閥的開啟壓力。在單向閥和安全閥之間裝壓力傳感器，引到多路閥 P 口的油也從這之間引出。由于有一個(gè)測試項(xiàng)目需要使多路閥進(jìn)口壓力時(shí)間上升下降，因此一個(gè)安全閥用電磁溢流閥 4。

(2) 先導(dǎo)控制

先導(dǎo)控制油路如圖 3 所示，一臺(tái)控油電機(jī)泵組用于提供測試時(shí)的先導(dǎo)控制油。電機(jī)功率為 2. 2 kW，額定轉(zhuǎn)速 1 450 r/min，對(duì)應(yīng)油泵流量 12 L/min。

先導(dǎo)手柄用來模擬裝載機(jī)操作手柄功能。操作手柄輸出的先導(dǎo)油壓力快速上升，用于某些需要快速升壓的測試項(xiàng)目。比例減壓閥輸出的先導(dǎo)油壓力增加緩慢，可以測試先導(dǎo)油緩慢上升的相關(guān)參數(shù)變化。

(3) 負(fù)載模擬

多路閥工作油口的負(fù)載模擬，用一個(gè)由插裝式單向閥 1 組成的液壓橋路來實(shí)現(xiàn)，如圖 4 所示。橋路裝一個(gè)比例溢流閥 2 加載，實(shí)現(xiàn)工況模擬。加載閥后面裝流量計(jì)以測量流過每一聯(lián)的實(shí)際流量。

當(dāng)油從 A 進(jìn)入時(shí)，經(jīng)過 1. 1，然后到加載閥 2，加載閥溢流出來的油從單向閥 1. 4 去到 B 口; 當(dāng)油從B口進(jìn)入，經(jīng)過單向閥 1. 3，然后到加載閥 2 后，再從單向閥 1. 2 到 A 口。

(4) 過濾溫控系統(tǒng)及噴淋防銹系統(tǒng)過濾溫控系統(tǒng)及噴淋防銹系統(tǒng)如圖 5 所示。

溫控系統(tǒng)可由安裝在主油箱內(nèi)的溫度傳感器通過PLC 程序?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)冷卻/加熱，試驗(yàn)臺(tái)的溫控系統(tǒng)可分為自動(dòng)和手動(dòng)兩種模式。系統(tǒng)默認(rèn)的自動(dòng)加熱溫度為 10 ℃，自動(dòng)冷卻的溫度為 55 ℃ (客戶可根據(jù)需要自己調(diào)整控制溫度)。

液壓站主油箱由強(qiáng)力磁鐵 + 噴淋系統(tǒng)組成油箱的內(nèi)部防銹功能，其中噴淋系統(tǒng)起到了舉足輕重的作用。噴淋是引用循環(huán)泵的油液對(duì)油箱內(nèi)表面噴灑油霧狀的油液，噴淋油壓即為循環(huán)泵開啟時(shí)管路過濾器的背壓。每天噴淋 1 min 可起到有效的防銹作用。噴淋時(shí)，先打開控制噴淋的球閥，然后打開循環(huán)泵即可。

(5) 漏油回收系統(tǒng)

漏油回收系統(tǒng)如圖 6 所示，主要用于: 收集測試過程中換管漏下試驗(yàn)臺(tái)的油，小集油箱裝有液位繼電器和電磁水閥，當(dāng)油液滿到一定程度液位繼電器給信號(hào)到 PLC，控制電磁水閥開啟并啟動(dòng)抽油電機(jī)自動(dòng)抽油; 當(dāng)大油箱需要放油，可打開相應(yīng)球閥用抽油電機(jī)抽油到外面; 當(dāng)大油箱需要加油，可打開相應(yīng)球閥往油箱加油。

3 試驗(yàn)臺(tái)電氣控制及數(shù)據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)臺(tái)電氣控制及數(shù)據(jù)系統(tǒng)如圖 7 所示。

系統(tǒng)各組成部分描述如下。

(1) 中央操作控制臺(tái)

控制系統(tǒng)采用西門子 PLC。控制電壓采用 DC 24 V，保證安全性。壓力、流量、轉(zhuǎn)速、比例電流數(shù)顯表顯示。所有控制都在中央操作控制臺(tái)完成。有手動(dòng)自動(dòng)功能: 在手動(dòng)模式下，通過操作臺(tái)的按鈕和電位器或手柄即可完成所有測試項(xiàng)目; 自動(dòng)模式下，在采集柜CAT 軟件里面設(shè)定好參數(shù)，即可完成自動(dòng)加載和自動(dòng)采集。有各類高壓保護(hù)、回油堵塞保護(hù)、電機(jī)超載保護(hù)、液位保護(hù)、流量計(jì)保護(hù)等，當(dāng)出現(xiàn)報(bào)警時(shí)，進(jìn)行相應(yīng)保護(hù)動(dòng)作，并且報(bào)警燈閃耀、在 CAT 界面中顯示報(bào)警內(nèi)容，提示操作人員如何處理。

(2) CAT 計(jì)算機(jī)采集 (標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算機(jī)機(jī)柜)采用研華工控計(jì)算機(jī)。采集卡采用美國 NI 公司的采集卡。試驗(yàn)臺(tái)計(jì)算機(jī)輔助試驗(yàn) (簡稱液壓 CAT)系統(tǒng)為該公司采用美國guojia儀器公司的 LabVIEW 軟件開發(fā)的采集軟件，具有自己的知識(shí)產(chǎn)權(quán)，界面美觀，功能強(qiáng)大。液壓計(jì)算機(jī)輔助試驗(yàn) CAT 系統(tǒng)能完成壓力、流量、泄漏量、油溫、液位等參數(shù)的自動(dòng)采集 (測試); 根據(jù)測試項(xiàng)目進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、存儲(chǔ)與備份，并由計(jì)算機(jī)自動(dòng)生成相應(yīng)試驗(yàn)曲線及試驗(yàn)報(bào)告;并能將數(shù)據(jù)、曲線及試驗(yàn)報(bào)告及時(shí)保存和打印輸出。試驗(yàn)報(bào)告由計(jì)算機(jī)自動(dòng)生成。測試系統(tǒng)預(yù)留與生產(chǎn)管理系統(tǒng)接口，待生產(chǎn)管理系統(tǒng)建設(shè)完成后能將試驗(yàn)數(shù)據(jù)與結(jié)果上傳并接收生產(chǎn)管理系統(tǒng)下傳的試驗(yàn)計(jì)劃與安排。計(jì)算機(jī)測試系統(tǒng)具備數(shù)據(jù)庫管理功能，操作界面友好，報(bào)表具有組態(tài)功能。測試系統(tǒng)自動(dòng)生成試驗(yàn)元件編號(hào)。

(3) 防電磁干擾措施

在數(shù)據(jù)采集器機(jī)內(nèi)選用工業(yè)級(jí)高可靠抗干擾穩(wěn)壓電源，工頻交流電經(jīng)過變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓后得到系統(tǒng)所需的各檔電壓。并通過增加濾波級(jí)數(shù)、加大濾波電容等方式消除來自電網(wǎng)的傳導(dǎo)噪聲和因?yàn)V波不佳引起的紋波噪聲，具有穩(wěn)壓精度高、抗干擾性能強(qiáng)等特點(diǎn)。有較高的共模抑制比及串模抑制比，能在較寬頻率范圍抑制干擾。

計(jì)算機(jī)采用研華工業(yè)機(jī)箱，其配電源為研華工業(yè)級(jí)電源。開關(guān)電源采用明緯工業(yè)開關(guān)電源，并且傳感器和線圈電感性 (如電磁閥) 電源為不同電源。模擬量采集信號(hào)經(jīng)過隔離變送器，對(duì)頻響要求高的信號(hào)采用高速隔離器。所有控制全部通過西門子 PLC 完成，由上位機(jī)給 PLC 指令，由 PLC 完成指令動(dòng)作，這個(gè)是此控制系統(tǒng)的特點(diǎn)。PLC 為能適用強(qiáng)電磁干擾的成熟產(chǎn)品。傳感器選擇 4～20 mA 信號(hào)，電流信號(hào)抗干擾能力強(qiáng)。信號(hào)線選擇雙絞屏蔽線，信號(hào)線所走線槽采用鍍鋅線槽，線槽外殼接地。強(qiáng)電線槽和弱電線槽分開。對(duì)采集要求較高的場合，如伺服閥動(dòng)態(tài)試驗(yàn)需要做伯德圖片，會(huì)根據(jù)需要改為軟啟動(dòng)，用比例變量泵調(diào)節(jié)流量，減少變頻器對(duì)信號(hào)的干擾。控制電源和動(dòng)力電源分開，減少電機(jī)電流、電壓波動(dòng)對(duì)控制采集電源的干擾。動(dòng)力電源地和控制電源地分開，單好接地。

4 試驗(yàn)臺(tái)測試項(xiàng)目舉例: 多路閥壓力損失測試

閥 P 口接試驗(yàn)臺(tái) P2 口，閥 T 口接試驗(yàn)臺(tái) T1 口，A 口接試驗(yàn)臺(tái)負(fù)載模擬油路 A1 口，B 口接試驗(yàn)臺(tái)負(fù)載模擬油路 B1 口，其他暫時(shí)不測試的回路用螺堵堵死; 開啟大流量合流球閥，擰緊操作臺(tái)的 “P3 壓力調(diào)節(jié)”和 “P2 壓力調(diào)節(jié)”手柄。點(diǎn)擊計(jì)算機(jī)桌面上的 “多路閥測試系統(tǒng)”圖標(biāo)，進(jìn)入測試界面。選擇 “流量壓差”，即可采集壓力損失隨流量變化的曲線。點(diǎn)擊 “生成報(bào)告”，可得流量壓差曲線，如圖 8 所示。

5 結(jié)束語

此試驗(yàn)臺(tái)通過了該大學(xué)組織的省級(jí)專家評(píng)審驗(yàn)收，得到了專家組的高度認(rèn)可。通過此試驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)開發(fā)，提升了設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)的水平，積累了更多寶貴的經(jīng)驗(yàn)。尤其是與該大學(xué)的老師、研究生、試驗(yàn)指導(dǎo)員一起做實(shí)驗(yàn)，把教學(xué)理論與實(shí)踐設(shè)計(jì)相結(jié)合，使以后的試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)具有更強(qiáng)理論指導(dǎo)性且實(shí)用性更強(qiáng)。

 

 

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