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液压缸性能测试试验台的研究
添加时间:2017-10-31

    液压缸是液压系统的执行元件,它能将液压能转变为直线往复运动的机械能。因其结构简单、工作可靠,在机械系统中得到了广泛应用。目前,液压缸生产厂家较多,液压缸的性能和质量一方面要能满足主机的要求,同时又要能达到液压缸本身的标准指标。依据GB/T15622-2005和JB/T10205-2010标准,开发研制了液压缸性能测试试验台。

1 试验台的组成及工作原理
试验台由台架、液压系统、电气系统、测控软件4 部分组成。
1. 1 台架结构设计
该试验平台为了满足被试液压缸加载幅值宽、长度变化大的要求,设置了两套结构相同、参数各异的试验台架,主要技术参数如表1所示。
    加载液压缸与被试液压缸处于同一轴线上,固定在封闭式加载框架内部,如图2所示,封闭式加载框架由反力支座、台架、反力杆、反力杆支架、锁紧螺母组成。试验台做加载试验时,加载液压缸将作用力通过过渡件组件传递到被试液压缸。导轨组件承受由于安装误差引起的侧向力,同时起导向作用。过渡件组件(其中安装力传感器,用于测量被试液压缸与加载液压缸之间的作用力)在导轨的约束下,沿轴向滑动,起传递力的作用。封闭式加载框架将液压缸之间的作用力转化为系统的内力。通过调节过渡件长度可以试验不同长度液压缸;通过改变被试件工装可以连接不同接口形式的液压缸。
     1. 2液压系统
液压系统主要由大通径插装阀、电液换向阀和比例阀组成。通过比例阀的精确可调性能,使液压缸试验台的流量和压力均可以简便而精确的得到控制,以试验不同型号的液压缸。液压原理图如图3所示。
    加载液压缸与被试液压缸处于同一轴线上,固定在封闭式加载框架内部,如图2所示,封闭式加载框架由反力支座、台架、反力杆、反力杆支架、锁紧螺母组成。试验台做加载试验时,加载液压缸将作用力通过过渡件组件传递到被试液压缸。导轨组件承受由于安装误差引起的侧向力,同时起导向作用。过渡件组件(其中安装力传感器,用于测量被试液压缸与加载液压缸之间的作用力)在导轨的约束下,沿轴向滑动,起传递力的作用。封闭式加载框架将液压缸之间的作用力转化为系统的内力。通过调节过渡件长度可以试验不同长度液压缸;通过改变被试件工装可以连接不同接口形式的液压缸。
    1. 2液压系统
液压系统主要由大通径插装阀、电液换向阀和比例阀组成。通过比例阀的精确可调性能,使液压缸试验台的流量和压力均可以简便而精确的得到控制,以试验不同型号的液压缸。液压原理图如图3所示。
   通过比例流量阀和比例溢流阀调节进入被试缸的压力和流量,通过电液换向阀控制被试缸的伸出和缩回。加载缸由一桥式回路和插装式比例溢流阀进行加载。被试缸与加载缸通过滑动小车进行连接,小车上安装力传感器,测量试验过程中两缸之间的作用力。
为准确测量被试缸的最低起动压力,特意在被试缸回路中增加一旁路,在小流量状态下,通过精度更高的比例溢流阀和压力传感器控制试验压力,达到准确测量的目的。另外,实验台为耐压试验增加了超高压测试回路,可以承受55 MPa压力。试验台具备漏油回收装置,通过接油盘对液压缸试验过程中及拆卸过程中产生的油液泄漏进行集中回收,回收的油液通过齿轮泵电机组和过滤器送回液压源的油箱,既降低了液压油的浪费,也防止了油液造成试验环境污染。
    1. 3电气系统
    液压缸试验台电气系统主要包括任务管理计算机、测控计算机、信号调理箱、UPS电源部分。
    任务管理计算机将操作人员的输入指令和参数传输给测控计算机;测控部分按输入指令和参数控制被试缸的运动和加载缸的加载,采集各传感器的输入信号并输送给任务管理计算机,用于显示并输出试验报告。信号调理箱数字信号调理箱和模拟信号调理箱,作用是将各传感器的信号调理成标准信号输入测控计算机,将测控计算机的输出调理成电液比例阀、电磁换向阀能够接收的信号;UPS电源部分负责任务管理计算机、测控计算机和信号调理箱的供电。
    液压缸测控系统与中控室计算机采用以太网通讯,中控室计算机可对试验台控制系统进行远程监控和控制。
    液压缸测控系统与油源PLC采用RS485通讯,采集PLC输出信号,了解油源运行情况和状态,可以对油源进行远程启动、加载、停机等控制。
    1. 4测控软件
    测控软件采用LabVIEW软件编写。通过LabVIEW软件中提供的各类控件,根据液压缸试验台试验流程和数据采集要求,编写控制软件。
 液压缸试验测试系统软件界面
    软件界面主要由几部分组成:试验台状态监视、被试缸信息、试验数据实时显示、手动控制、曲线显示和自动控制项目标签栏。软件可以实现手动测试和项目自动测试两种控制模式。界面中的各数据仪表,模拟显示当前的测试数据和液压系统状态。通过数据记录实时记录试验过程中的相关数据,并支持试验报告的自动生成。
    2  台架结构的分析及优化设计
封闭式加载框架是试验机的关键部件,它由反力杆、锁紧螺母、反力支座与台架组成。液压缸固定在反力杆与台架中间,做加载试验时,封闭式加载框架将液压缸之间的作用力转化为系统的内力,整体协调变形,使得试验台对实验室地基强度要求低。为了保证系统有足够的强度和刚度,对其进行了有限元分析和优化设计。有限元分析结果如图5~图7所示,其最大应力为67MPa,Y向最大变形量为1.15 mm,Z向最大变形量为0.05 mm。
3  试验台的特点
(1)试验台适应能力强。加载能力大,适应被试件长度变化范围宽,通过更换不同形式连接接口,使得试验台可以适应不同连接形式的被试件。
(2)拥有独特的刚性封闭式框架,可以将液压缸之间的作用力转化为系统内力,降低了试验台与地基之间的作用力,对实验室地基强度要求低。
(3)采用插装阀和电液阀作为系统主要元件,可进行大流量测试。
(4)采用比例压力阀控制测试压力,采用比例流量阀和压力传感器控制侧时流量,无需单独油源。
(5)设有超高压回路,一次安装即可完成液压缸两腔的耐压试验。
(6)设有泄漏油回收装置,可以将拆装被试缸时泄漏的液压油回收,经过过滤后送回液压源油箱。
(7)测控柜采用模块化,分为任务管理计算机、测控计算机、信号调理箱、UPS电源4个模块。
(8)软件界面直观易操作,手动自动切换方便。软件功能强大,可以实现数据的采集、处理等各项工作,省去试验员数据采集及处理工作,提高了效率和准确性。软件具有可编写性,可根据实际测试需要,添加测试功能。可以自动生成试验报告。
4  结论
研制的液压缸性能测试试验台能够按照GB/T1562-2005对液压缸进行测试,利用不同的工装可以对工程机械上使用的绝大多数液压缸(最大出力2800kN,最大行程6000mm)进行测试。液压缸性能测试试验台研制成功具有三方面的意义:
(1)在新产品开发和液压缸的基础研究方面,通过测试可验证液压缸技术性能是否达到预期设计目标。通过对测试数据和曲线的分析,可判断液压缸的结构方案是否合理、所用材料是否最佳,解决液压缸在设计、加工、材料等方面存在的问题;帮助分析液压缸最佳工作范围,以便确定液压缸合理工况,延长液压缸使用寿命。
(2)制造企业对批量产品进行质量控制时,通过定期和随机抽样测试,验证产品的质量稳定性和可靠性,消除潜在问题,保证产品质量,提高用户对产品的信任,有助于开发和稳
固市场。
(3)解决液压缸生产厂家与使用单位之间对产品性能和质量方面的分歧问题。

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