CN103148042B - 用于测试液压缸的控制阀块系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种用于测试液压缸的控制阀块系统，属于机械液压领域。该系统包括：第一主油口和第二主油口，用于接受来自油源的液压油；液压缸接口，用于连接液压缸的有杆腔和无杆腔；至少两组功能换向阀；至少两组选择换向阀；选择单元，其中，二位三通换向阀的压力口相互连通，并与选择单元的出口相连，第一主油口分别连通到每个插装阀单元中的一个插装阀的工作腔，第二主油口连通到各选择换向阀中的液控单向阀的入口，第一主油口和第二主油口通过选择单元连通到相互连通的二位三通换向阀。本发明还提出了一种方法。根据本发明的系统及方法，只需一次安装，同时测量两个液压缸，避免了独立的溢流加载装置，从而提高了效率，降低了成本。

Description

用于测试液压缸的控制阀块系统及方法

技术领域

本发明涉及一种用于测试液压缸的系统，尤其涉及一种用于测试液压缸的控制阀块系统。

本发明还涉及一种用于测试液压缸的方法。

背景技术

根据GB/15622-2005《液压缸测试系统》和JB/T10205-2010《液压缸》的要求，液压缸测试项目主要包括试运行试验、起动压力特性试验、耐压试验、耐久性试验、泄漏试验（内泄漏和外泄漏试验）、缓冲试验、负载效率试验、高温试验和行程试验。试验项目中除试运行试验、起动压力特性试验、耐压试验和行程试验外，其它试验项目均要求对系统进行加载测试。

目前，市场上绝大多数液压缸测试系统均为溢流加载模式，该类型液压缸测试系统的模拟负载由独立的溢流加载装置（通常采用溢流阀）来实现，其对于大功率液压元件的测试，随着测试压力的提高或流量的增加，在系统加载装置处的压降将进一步增大，因此，不可避免地存在系统能耗大、油温上升快、油液易老化等缺点，且难以实现模块化设计。

现有技术中的溢流加载式液压缸测试系统，其溢流加载装置一般固定且独立于测试系统，在进行液压缸测试时，由于被测缸与加载缸是通过拉压变送装置连接的，在该测试模式下，通常采用“单缸安装、单缸测试”的方法，即每个被测缸的测试都必须进行一次停机安装连接。由此可见，现有技术中的溢流加载式液压缸测试系统及其方法仅适合于测试样本数量较少的情况，因此，其测试效率低，同时相应地导致操作人员的工作强度大。

发明内容

现有技术中的液压缸测试系统一般皆配备有独立的溢流加载装置，从而造成“单缸安装、单缸测试”的运作模式，效率低下，操作者工作强度极大，同时无法适应大规模作业；另一方面，在大功率液压元件的测试中能耗大、油温上升快、油液老化快。针对这些缺陷，本发明提出了一种用于测试液压缸的控制阀块系统及相应的方法，解决了上述难题。

本发明提出了一种用于测试液压缸的控制阀块系统，包括：第一主油口和第二主油口，用于接受来自油源的液压油；液压缸接口，用于连接液压缸的有杆腔或无杆腔；至少两组功能换向阀，其中第一组功能换向阀连接到液压缸的有杆腔，第二组功能换向阀连接到液压缸的无杆腔，各组功能换向阀均包括两个插装阀单元，其中第一和第二插装阀单元各自分别由一个二位三通换向阀控制其先导压力，各插装阀单元均包括两个功能插装阀；至少两组选择换向阀，各组选择换向阀均包括一个选择插装阀和一个液控单向阀，每组选择换向阀由一个二位三通换向阀控制其先导压力，并且每个选择插装阀的B腔与其所对应的第一插装阀单元中的一个功能插装阀的直接连接孔和第二插装阀单元中的一个功能插装阀的直接连接孔相连通；设置在第一主油口和第二主油口所在的油路中的选择单元，用来选择压力较高的油路作为控制油，其中，二位三通换向阀的压力口相互连通，并与选择单元的出口相连，第一主油口分别连通到每个插装阀单元中的一个插装阀的工作腔，第二主油口连通到各组选择换向阀中的液控单向阀的入口，第一主油口和第二主油口通过选择单元连通到相互连通的二位三通换向阀。

在一个实施例中，同一个插装阀单元中的两个功能插装阀的控制腔相互连接。

在一个实施例中，同一组选择换向阀中的选择插装阀和液控单向阀的控制腔相连。

在一个实施例中，根据本发明的用于测试液压缸的控制阀块系统还包括设置在油路上的测温接口和测压接口。

在一个实施例中，二位三通换向阀的出油一路与其所控制的功能插装阀或选择插装阀的控制腔，或者其所控制的液控单向阀的控制腔相连，另一路与控制油回油路相连。

在一个实施例中，通过液压缸接口连接到系统的液压缸通过能够测量力的第一传感器对顶连接。

在一个实施例中，选择单元包括两个出口相互连通并各自位于一个主油口的油路中的主油口单向阀，或者包括梭阀。

在一个实施例中，根据本发明的用于测试液压缸的控制阀块系统还包括液压缸测试负载调节阀，液压缸测试负载调节阀包括调节插装阀、溢流阀插芯和电比例溢流阀插芯。

在一个实施例中，根据本发明的用于测试液压缸的控制阀块系统还包括能够测量液压缸的负载压力的第二传感器和用来接收并处理第一和第二传感器的测量结果的数据处理装置。

本发明还提出了测试液压缸的方法，包括：第一步：在初始状态下，使得控制选择换向阀的先导压力的二位三通电磁换向阀的电磁铁得电，使得控制功能换向阀的先导压力的二位三通电磁换向阀的电磁铁失电；第二步：启动第一油源和第二油源；第三步：使控制选择换向阀的先导压力的二位三通电磁换向阀中的一个的电磁铁失电，打开一组与其相应的选择换向阀，使一个油源的液压油进入两液压缸的两无杆腔或两有杆腔；第四步：控制输入电流的大小，使输入电流为设定加载压力值；第五步：使控制功能换向阀的先导压力的二位三通电磁换向阀中的一个的电磁铁得电，使其所对应的两个功能插装阀的压力控制腔泄压，功能换向阀中的这两个功能插装阀所在油路处在连通状态，使得液压油通过其中的一个功能插装阀进入其中一个液压缸的有杆腔，另一个液压缸的有杆腔的回油通过其中的另一个功能插装阀与回油路相连；第六步：逐渐调高压力，使得液压缸在有杆腔液压力的作用下开始运动，其运动速度通过进入液压缸有杆腔的流量来决定；第七步：通过传感器测量数据，并将结果传输给数据处理装置进行处理。

根据本发明的系统基于能量回收型液压缸测试用控制阀块，相对现有技术带来了如下进步：第一，采用全插装阀换向回路，减少了系统油液泄漏，降低了系统压损，提高了系统可靠性；第二，采用全插装阀连接形式，符合测试工况要求，便于实现系统模块化设计；第三，将系统压力引至被测缸和加载缸两端，代替了独立的溢流加载装置，实现了液压缸负载效率试验和系统加载的有机结合；第四，避免了系统溢流加载时的能量损失，有效地提高了能源利用率、减少了系统发热，使得油液温度便于控制，进而保证了系统测试精度；第五，加载结构的改变和被测液压缸安装、测试流程的简化，成倍提高了液压缸测试效率。

附图说明

在下文中将基于仅为非限定性的实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：

图1为根据本发明的系统的示意图；

图2为一个实施例中的根据本发明的系统的示意图；

图3为根据本发明的系统的测试/控制信号示意图。

在图中，相同的构件由相同的附图标记标示。附图并未按照实际的比例绘制。

具体实施方式

下面将参照附图来详细地介绍本发明。

参照图1，根据本发明的用于测试液压缸的控制阀块系统15包括两组功能换向阀和两组选择换向阀。

第一组功能换向阀包括插装阀401、402、404、405；第二组功能换向阀包括插装阀406、407、408、409。每组功能换向阀分别由两个二位三通换向阀作为先导控制阀。二位三通换向阀可以是电磁换向阀。

在第一组功能换向阀中：插装阀401和插装阀405的控制腔（即C腔）相连，其先导压力由二位三通换向阀301控制；插装阀402和插装阀404的控制腔（C腔）相连，其先导压力由二位三通换向阀503控制。

在第二组功能换向阀中：插装阀406和插装阀409的控制腔（C腔）相连，其先导压力由二位三通换向阀302控制；插装阀407和插装阀408的控制腔（C腔）相连，其先导压力由二位三通换向阀504控制。

第一组选择换向阀包括插装阀403和液控单向阀701；第二组选择换向阀包括插装阀410和液控单向阀702。每组选择换向阀由一个二位三通换向阀作为先导控制阀。

在第一组选择换向阀中：插装阀403和液控单向阀701的控制腔相连，其先导压力由二位三通换向阀501控制。

在第二组选择换向阀中：插装阀410和液控单向阀702的控制腔相连，其先导压力由二位三通换向阀502控制。

插装阀403的油液出口腔（即插装阀B腔）与插装阀401和插装阀404的油液入口（即插装阀A腔）相通；插装阀410的B腔与插装阀407和插装阀409的油液入口相通。

系统15还具有单向阀601和单向阀602。二位三通换向阀301，302，501，502，503，504的压力口相连通，并与单向阀601和单向阀602的出口相连。

系统15还包括液压缸测试负载调节阀，该液压缸测试负载调节阀包括调节插装阀8、溢流阀插芯9和电比例溢流阀插芯10。插装阀8可以为压力阀插芯。溢流阀插芯9可以是二位两通电磁换向阀。电比例溢流阀插芯10可以是插装溢流阀盖板。液压缸测试负载调节阀用来根据被测缸的压力状况调节输入的油量。

在另一个实施方案中，调节插装阀8，溢流阀插芯9和电比例溢流阀插芯10可以由一个比例溢流阀代替。

然而在不同的实施例中，如图2，也可以用梭阀12来代替单向阀601和602。

根据本发明的用于测试液压缸的控制阀块系统15，压力油主要通过主油口P₁、主油口P₂和主油口P_cp进入系统15，优选地通过主油口P₁和主油口P_cp进入系统15。

在主油口P₁、主油口P₂和主油口P_cp所在油路中设有单向阀。在图1所示的实施例中，单向阀601位于主油口P_cp所在的油路中，单向阀602位于主油口P₁或主油口P₂所在的油路中。

将单向阀601和602的出口相连接，或者通过梭阀12，都可以实现自主选择主油口P₁、主油口P₂和主油口P_cp所在油路中的最高压力者作为主控制油。主控制油被引到各二位三通电磁换向阀的压力油口。同时，各二位三通电磁换向阀的出油一路与其所控制的插装阀控制腔或者液控单向阀控制腔相连，另一路和控制油回油路相连。

根据本发明的系统15，两液压缸101和102采用对顶连接，优选地为两液压缸101和102通过力传感器对顶连接。参照图1，液压缸101的无杆腔和有杆腔的连接口分别与接口A₁和接口A₂连接，液压缸102的无杆腔和有杆腔的连接口分别与接口B₁和接口B₂连接。

参照图1，系统15在其各主油路和各主控制油路均可设有测压接口或测温接口。

测压接口包括M_p1，M_p2，M_p3，M_p4和M_p5。M_p1测量A₁接口油路压力；M_p2测量A₂接口油路压力；M_p3测量B₂接口油路压力；M_p4测量B₁接口油路压力；M_p5测量主回油接口T₂油路压力。

测温接口包括M_t1，M_t2，M_t3，M_t4和M_t5，M_t1测量A₁接口油路温度；M_t2测量A₂接口油路温度；M_t3测量B₂接口油路温度；M_t4测量B₁接口油路温度；M_t5测量主回油接口T₂油路温度。

参照图1，系统油源1101和1102分别与系统15的接口P₁和接口P_cp相连。

油源1101输出的液压油经接口P₁分别进入插装阀401、插装阀402、插装阀406和插装阀407的工作腔。油源1102输出的液压油经接口P_cp分别进入液控单向阀701和液控单向阀702的入口。

油源1101和油源1102中具有较高压力者，其输出油一路通过其所在油路的单向阀（601或602）进入控制油路作为系统15的先导控制油源。控制油路即图1中用虚线表示的回路，控制油路主要包括从主油口通过梭阀（或者另一个实施例中的两个单向阀）进入的油路，它主要起到了控制各组功能换向阀和选择换向阀的控制腔压力，以达到最终控制功能换向阀和选择换向阀的开启或关闭的功能。控制油路的回油口在图1中表示为T₃口。

在操作根据本发明的用于测试液压缸的控制阀块系统15时，控制二位三通换向阀501或二位三通换向阀502中的一个，使其电磁铁得电，从而打开选择换向阀中的一组（另一组处于关闭状态），此时油源1102输出的液压油同时进入两被测缸/加载缸的有杆腔或无杆腔，由于液压力平衡，液压缸活塞仍将处于静止位置。根据负载的大小调节油源1102的压力，由于液压作用面积相同，改变压力后液压缸保持静止，以此可实现模拟液压缸测试系统的加载。然后，控制不与已开启的油路的选择换向阀相连接的功能换向阀中的一个二位三通换向阀，使得油源1101的输出油液进入其中一个被测缸/加载缸的无杆腔或有杆腔，此时在油液压力的作用下，液压缸摩擦力等阻力被克服，液压缸开始运动，并且通过改变油源1101的流量可以方便地改变液压缸的运动速度。

记录液压缸试验加载压力和力传感器输出的数据，通过计算和绘制曲线图得到液压缸的负载效率。因此，完成了通过模拟液压缸负载的工况对液压缸负载效率的测试。

本发明基于能量回收原理，采用插装阀连接形式实现系统功能。在液压缸负载效率测试工况下，通过控制油路插装阀动作逻辑，将液压缸测试系统加载压力油同时引至被测缸和加载缸的有杆腔或无杆腔，以此实现系统加载。同时，根据被测缸测试时的运动方向控制另一路控制油液进入被测缸和加载缸的无杆腔或有杆腔，以此实现液压缸测试在加载工况下的运动。

本发明的另一方面，提出了使用根据本发明的用于测试液压缸的控制阀块系统15对液压缸进行测试的方法。

根据本发明的方法，其步骤大致包括：

第一步：启动系统，打开液控单向阀中任意一组，以较低压力使一组油源进入两对顶液压缸的两无杆腔或两有杆腔。

第二步：调节进入两对顶液压缸101和液压缸102的两无杆腔或有杆腔的油液的压力至设定的试验压力。

第三步：打开两组由二通插装阀连接组成的功能换向回路中的一组插装阀，以较低压力使另一组油源进入其中一个对顶缸（即液压缸101和102中的一个，可根据试验方向选择）的有杆腔或无杆腔，此时，液压缸由于受力平衡（此时，驱动压力不足以克服液压缸静摩擦力），仍处在平衡位置。其中，另一对顶缸的有杆腔或无杆腔与回油路相连。

第四步：调节第三步中进入一个液压缸有杆腔或无杆腔的压力，逐渐调高压力，使得液压缸在液压力的作用下开始运动，其运动速度由第三步中进入液压缸中的流量决定。

第五步：记录第二步中的液压缸试验压力和力传感器的输出数据，通过计算和曲线绘制即可得到其中一个液压缸的负载效率，同理，通过改变前四个步骤中液压油的流动方向，继续重复测试过程，可得到另一个液压缸的负载效率。

下面结合附图所示的具体的实施例来介绍根据本发明的方法：

第一步：检查系统15的油路、电气、测控和附件等的连接状况，确保油路和电气等的连接准确无误。

第二步：参照图3，在启动油源1101和1102前，通过设定电比例溢流阀10控制信号I_in1和信号I_in2，控制其设定压力为零（或为最小稳定值，无负载启动）；确认在初始状态下，二位三通电磁换向阀501和502的电磁铁得电；确认在初始状态下，二位三通电磁换向阀301、503、302和504的电磁铁失电。

第三步：启动油源1101和1102。此时由于电比例溢流阀1101.1和1102.1设定压力为零（或为最小稳定值），液压系统无负载启动。（其中电比例溢流阀1101.1对应油源1101，电比例溢流阀1102.1对应油源1102。）

第四步：控制二位三通电磁换向阀502的电磁铁失电，打开由液控单向阀702和插装阀410组成的第二组选择换向阀（以打开该组选择换向阀为例进行说明，同理，改变其启闭状态则为另一项测试项目），使油源1102的液压油分别进入两对顶液压缸的两无杆腔。由于两对顶液压缸具有结构尺寸对称的特性，当油液进入两对顶液压缸的两无杆腔后，液压缸活塞保持静止。

第五步：控制电比例溢流阀1102.1的输入电流的大小，使输入电流为设定加载压力值。根据加载力的要求，控制输入电流以实现测试系统加载。负载压力的变化将使两对顶液压缸之间的力发生改变。由于两对顶液压缸对称受力平衡，活塞保持静止。

第六步：控制二位三通电磁换向阀503得电，插装阀402和插装阀404的压力控制腔C腔泄压，此时功能换向阀中的插装阀402和插装阀404所在油路处在连通状态（根据两对顶液压缸的运动方向要求，可改变二位三通电磁换向阀503和301的电磁铁的得失电状态，控制插装阀402和插装阀404，以及插装阀401和插装阀405所在油路的连通状态，以实现换向）。此时，油源1101的液压油通过二通插装阀402进入液压缸101的有杆腔，液压缸102的有杆腔的回油通过二通插装阀404与回油路相连。

第七步：调节电比例溢流阀1101.1的设定压力，逐渐调高其压力，使得液压缸在液压缸101有杆腔液压力的作用下开始运动，其运动速度由进入液压缸101有杆腔的流量决定。

第八步：参照图3将液压缸试验负载压力（由压力传感器1102.2测出）和加载力（参照图1，由力传感器2测出）数据输入数据处理系统13，经过数据处理（例如液压缸负载效率可表示为：计算加载力与试验负载压力和所在液压缸容腔作用面积的乘积之比，即ε=[W/(P·A)]×100%，式中，ε为液压缸负载效率；P为试验负载压力；A为液压缸的负载压力容腔作用面积）和曲线绘制即可得到液压缸102的负载效率曲线，同理，通过改变液压油的流动方向，可得到另一个液压缸的负载效率曲线。

图3中的14为信号/数据输入输出终端。

通过根据本发明的系统及方法，实现了一次安装一组测试样本（两个被测液压缸），测得两个液压缸的负载效率，简化了试验操作步骤，提高了测试效率。

虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (10)

1.一种用于测试液压缸的控制阀块系统，包括：

第一主油口和第二主油口，用于接受来自油源的液压油；

液压缸接口，用于连接液压缸的有杆腔和无杆腔；

至少两组功能换向阀，其中第一组功能换向阀连接到液压缸的有杆腔，第二组功能换向阀连接到液压缸的无杆腔，各组所述功能换向阀均包括两个插装阀单元，其中第一和第二插装阀单元各自分别由一个二位三通换向阀控制其先导压力，各所述插装阀单元均包括两个功能插装阀；

至少两组选择换向阀，各组所述选择换向阀均包括一个选择插装阀和一个液控单向阀，每组所述选择换向阀由一个二位三通换向阀控制其先导压力，并且每个所述选择插装阀的B腔与其所对应的第一插装阀单元中的一个功能插装阀的直接连接孔和第二插装阀单元中的一个功能插装阀的直接连接孔相连通；

设置在所述第一主油口和第二主油口所在的油路中的选择单元，用来选择压力较高的油路作为控制油；

其中，所述二位三通换向阀的压力口相互连通，并与所述选择单元的出口相连，所述第一主油口分别连通到每个插装阀单元中的一个插装阀的工作腔，所述第二主油口连通到各组所述选择换向阀中的所述液控单向阀的入口，所述第一主油口和所述第二主油口通过所述选择单元连通到相互连通的所述二位三通换向阀。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，同一个所述插装阀单元中的两个所述功能插装阀的控制腔相互连接。

3.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，同一组所述选择换向阀中的所述选择插装阀和所述液控单向阀的控制腔相连。

4.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，还包括设置在油路上的测温接口和测压接口。

5.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述二位三通换向阀的出油一路与其所控制的所述功能插装阀或所述选择插装阀的控制腔，或者其所控制的所述液控单向阀的控制腔相连，另一路与控制油回油路相连。

6.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，通过所述液压缸接口连接到所述系统的液压缸通过能够测量力的第一传感器对顶连接。

7.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述选择单元包括两个出口相互连通并各自位于一个主油口的油路中的主油口单向阀，或者包括梭阀。

8.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，还包括液压缸测试负载调节阀，所述液压缸测试负载调节阀包括调节插装阀、溢流阀插芯和电比例溢流阀插芯。

9.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，还包括能够测量液压缸的负载压力的第二传感器和用来接收并处理所述第一和第二传感器的测量结果的数据处理装置。

10.通过根据权利要求1到9中任一项所述的系统测试液压缸的方法，包括：

第一步：在初始状态下，使得控制选择换向阀的先导压力的二位三通电磁换向阀的电磁铁得电，使得控制功能换向阀的先导压力的二位三通电磁换向阀的电磁铁失电；

第二步：启动第一油源和第二油源；

第三步：使控制选择换向阀的先导压力的二位三通电磁换向阀中的一个的电磁铁失电，打开一组与其相应的选择换向阀，使一个油源的液压油进入两液压缸的两无杆腔或两有杆腔；

第四步：控制输入电流的大小，使输入电流为设定加载压力值；

第五步：使控制功能换向阀的先导压力的二位三通电磁换向阀中的一个的电磁铁得电，使其所对应的两个功能插装阀的压力控制腔泄压，功能换向阀中的这两个功能插装阀所在油路处在连通状态，使得液压油通过其中的一个功能插装阀进入其中一个液压缸的有杆腔，另一个液压缸的有杆腔的回油通过其中的另一个功能插装阀与回油路相连；

第六步：逐渐调高压力，使得液压缸在有杆腔液压力的作用下开始运动，其运动速度通过进入液压缸有杆腔的流量来决定；

第七步：通过传感器测量数据，并将结果传输给数据处理装置进行处理。