摘要: 工程機械多路閥試驗臺用于挖掘機、裝載機、叉車(chē)等液壓多路閥性能檢測試驗。設計并制造了多路閥性能測試試驗臺，主要設計了液壓系統、電控系統與數據采集系統。試驗臺測試項目與技術(shù)參數都達到了國內同類(lèi)產(chǎn)品先金水平。

0 前言

工程機械多路閥試驗臺主要用于工程機械中挖掘機、裝載機、叉車(chē)等機械的液壓多路閥性能檢測試驗，可試驗多種規格系列的多路閥。由某公司為某大學(xué)設計并制造的工程機械液壓系統液壓多路閥性能測試試驗臺，用于液壓元件的性能試驗，并滿(mǎn)足工程機械多路閥的研究開(kāi)發(fā)測試要求。試驗臺采用整體式結構，外觀(guān)更美觀(guān)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。試驗臺主要由液壓主泵站、過(guò)濾循環(huán)溫控系統、整體試驗臺架、漏油回收系統、數據采集顯示系統和電器控制系統組成。按guojia或液壓行業(yè)頒布的#新試驗標準中型式試驗的要求進(jìn)行多路閥檢測試驗。

1 試驗臺的性能參數與試驗項目

系統#大工作壓力 42 MPa; 流量計#大測試范圍 600 L/min; 總驅動(dòng)功率 120 kW (30 kW+30 kW+30 kW+ 輔助系統)，主電機變頻調速; 動(dòng)力站主油箱容積 2 000 L; 試驗臺液壓系統工作液采用 46 號抗磨液壓油; 液壓系統油溫自動(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; 工作液清潔度等級按 NAS8 設計，油液過(guò)濾精度#小 5 μm; 試驗臺測試儀器精度(A 級): 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 ℃。試驗臺可完成液壓多路閥出廠(chǎng)性能試驗項目，主要有: 內泄漏測試; 壓力損失測試; 安全閥性能試驗; 補油閥開(kāi)啟壓力試驗; 過(guò)載閥、補油閥泄漏量試驗; 流量特性測試; 響應特性、閥芯特性及控制滯環(huán)測試; 閥桿位移測試; 閥桿先導壓力測試; 微動(dòng)特性試驗; 背壓試驗; 穩態(tài)試驗; 瞬態(tài)試驗; 動(dòng)作復合測試。

2 試驗臺的液壓系統設計

(1) 液壓主泵站

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

油泵電機組分別為: 兩臺高壓電機泵組 5. 1 和5. 2，電機功率為 30 kW，油泵排量 28 mL/r，提供測試時(shí)的高壓油源，可分開(kāi)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);一臺大流量電機泵組 6，電機功率為 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，有的很復雜。特別是挖機的多路閥，要實(shí)現多種功能，有的有兩個(gè) P 口。為了測試復雜多路閥，用兩個(gè)高壓加載泵 5. 1 和 5. 2 來(lái)提供液壓油。3 個(gè)泵的油都是從吸油過(guò)濾器 13 流出，這是個(gè)側面安裝的過(guò)濾器，帶有發(fā)訊器，當過(guò)濾器堵住，通過(guò)發(fā)訊器報警，預防泵吸空毀壞。3 個(gè)泵的出口處都裝有管式單向閥，可預防負載突然過(guò)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 30 kW 的電機帶動(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，而為了能夠遠程調控壓力，用遠程控制閥控制主安全閥的開(kāi)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) 先導控制

先導控制油路如圖 3 所示，一臺控油電機泵組用于提供測試時(shí)的先導控制油。電機功率為 2. 2 kW，額定轉速 1 450 r/min，對應油泵流量 12 L/min。

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

(3) 負載模擬

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

當油從 A 進(jìn)入時(shí)，經(jīng)過(guò) 1. 1，然后到加載閥 2，加載閥溢流出來(lái)的油從單向閥 1. 4 去到 B 口; 當油從B口進(jìn)入，經(jīng)過(guò)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(guò)濾溫控系統及噴淋防銹系統過(guò)濾溫控系統及噴淋防銹系統如圖 5 所示。

溫控系統可由安裝在主油箱內的溫度傳感器通過(guò)PLC 程序實(shí)現自動(dòng)冷卻/加熱，試驗臺的溫控系統可分為自動(dòng)和手動(dòng)兩種模式。系統默認的自動(dòng)加熱溫度為 10 ℃，自動(dòng)冷卻的溫度為 55 ℃ (客戶(hù)可根據需要自己調整控制溫度)。

液壓站主油箱由強力磁鐵 + 噴淋系統組成油箱的內部防銹功能，其中噴淋系統起到了舉足輕重的作用。噴淋是引用循環(huán)泵的油液對油箱內表面噴灑油霧狀的油液，噴淋油壓即為循環(huán)泵開(kāi)啟時(shí)管路過(guò)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(kāi)控制噴淋的球閥，然后打開(kāi)循環(huán)泵即可。

(5) 漏油回收系統

漏油回收系統如圖 6 所示，主要用于: 收集測試過(guò)程中換管漏下試驗臺的油，小集油箱裝有液位繼電器和電磁水閥，當油液滿(mǎn)到一定程度液位繼電器給信號到 PLC，控制電磁水閥開(kāi)啟并啟動(dòng)抽油電機自動(dòng)抽油; 當大油箱需要放油，可打開(kāi)相應球閥用抽油電機抽油到外面; 當大油箱需要加油，可打開(kāi)相應球閥往油箱加油。

3 試驗臺電氣控制及數據系統設計

試驗臺電氣控制及數據系統如圖 7 所示。

系統各組成部分描述如下。

(1) 中央操作控制臺

控制系統采用西門(mén)子 PLC�？刂齐妷翰捎� DC 24 V，保證安全性。壓力、流量、轉速、比例電流數顯表顯示。所有控制都在中央操作控制臺完成。有手動(dòng)自動(dòng)功能: 在手動(dòng)模式下，通過(guò)操作臺的按鈕和電位器或手柄即可完成所有測試項目; 自動(dòng)模式下，在采集柜CAT 軟件里面設定好參數，即可完成自動(dòng)加載和自動(dòng)采集。有各類(lèi)高壓保護、回油堵塞保護、電機超載保護、液位保護、流量計保護等，當出現報警時(shí)，進(jìn)行相應保護動(dòng)作，并且報警燈閃耀、在 CAT 界面中顯示報警內容，提示操作人員如何處理。

(2) CAT 計算機采集 (標準計算機機柜)采用研華工控計算機。采集卡采用美國 NI 公司的采集卡。試驗臺計算機輔助試驗 (簡(jiǎn)稱(chēng)液壓 CAT)系統為該公司采用美國guojia儀器公司的 LabVIEW 軟件開(kāi)發(fā)的采集軟件，具有自己的知識產(chǎn)權，界面美觀(guān)，功能強大。液壓計算機輔助試驗 CAT 系統能完成壓力、流量、泄漏量、油溫、液位等參數的自動(dòng)采集 (測試); 根據測試項目進(jìn)行數據處理、存儲與備份，并由計算機自動(dòng)生成相應試驗曲線(xiàn)及試驗報告;并能將數據、曲線(xiàn)及試驗報告及時(shí)保存和打印輸出。試驗報告由計算機自動(dòng)生成。測試系統預留與生產(chǎn)管理系統接口，待生產(chǎn)管理系統建設完成后能將試驗數據與結果上傳并接收生產(chǎn)管理系統下傳的試驗計劃與安排。計算機測試系統具備數據庫管理功能，操作界面友好，報表具有組態(tài)功能。測試系統自動(dòng)生成試驗元件編號。

(3) 防電磁干擾措施

在數據采集器機內選用工業(yè)級高可靠抗干擾穩壓電源，工頻交流電經(jīng)過(guò)變壓、整流、濾波、穩壓后得到系統所需的各檔電壓。并通過(guò)增加濾波級數、加大濾波電容等方式消除來(lái)自電網(wǎng)的傳導噪聲和因濾波不佳引起的紋波噪聲，具有穩壓精度高、抗干擾性能強等特點(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。

計算機采用研華工業(yè)機箱，其配電源為研華工業(yè)級電源。開(kāi)關(guān)電源采用明緯工業(yè)開(kāi)關(guān)電源，并且傳感器和線(xiàn)圈電感性 (如電磁閥) 電源為不同電源。模擬量采集信號經(jīng)過(guò)隔離變送器，對頻響要求高的信號采用高速隔離器。所有控制全部通過(guò)西門(mén)子 PLC 完成，由上位機給 PLC 指令，由 PLC 完成指令動(dòng)作，這個(gè)是此控制系統的特點(diǎn)。PLC 為能適用強電磁干擾的成熟產(chǎn)品。傳感器選擇 4～20 mA 信號，電流信號抗干擾能力強。信號線(xiàn)選擇雙絞屏蔽線(xiàn)，信號線(xiàn)所走線(xiàn)槽采用鍍鋅線(xiàn)槽，線(xiàn)槽外殼接地。強電線(xiàn)槽和弱電線(xiàn)槽分開(kāi)。對采集要求較高的場(chǎng)合，如伺服閥動(dòng)態(tài)試驗需要做伯德圖片，會(huì )根據需要改為軟啟動(dòng)，用比例變量泵調節流量，減少變頻器對信號的干擾�？刂齐娫春蛣�(dòng)力電源分開(kāi)，減少電機電流、電壓波動(dòng)對控制采集電源的干擾。動(dòng)力電源地和控制電源地分開(kāi)，單好接地。

4 試驗臺測試項目舉例: 多路閥壓力損失測試

閥 P 口接試驗臺 P2 口，閥 T 口接試驗臺 T1 口，A 口接試驗臺負載模擬油路 A1 口，B 口接試驗臺負載模擬油路 B1 口，其他暫時(shí)不測試的回路用螺堵堵死; 開(kāi)啟大流量合流球閥，擰緊操作臺的 “P3 壓力調節”和 “P2 壓力調節”手柄。點(diǎn)擊計算機桌面上的 “多路閥測試系統”圖標，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(xiàn)。點(diǎn)擊 “生成報告”，可得流量壓差曲線(xiàn)，如圖 8 所示。

5 結束語(yǔ)

此試驗臺通過(guò)了該大學(xué)組織的省級專(zhuān)家評審驗收，得到了專(zhuān)家組的高度認可。通過(guò)此試驗臺的設計開(kāi)發(fā)，提升了設計團隊的水平，積累了更多寶貴的經(jīng)驗。尤其是與該大學(xué)的老師、研究生、試驗指導員一起做實(shí)驗，把教學(xué)理論與實(shí)踐設計相結合，使以后的試驗臺設計具有更強理論指導性且實(shí)用性更強。

 

 

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