CN103644151A - 节能低冲击液压缸测试试验台液压控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种节能低冲击液压缸测试试验台液压控制系统，该系统包括：恒压变量泵、两个电动机、两个电磁卸荷溢流阀、六个单向阀、两个蓄能器、电液比例方向阀、两个调速阀、四个球阀、补油泵、比例节流阀、电磁换向阀、加载液压缸、六个压力传感器、两个温度传感器、位移传感器、力传感器、两个行程开关、六个测压接头、六个压力表、加热器、液位液温计、过滤器和油箱。本发明的优点在于：在节能的同时为被测液压缸速度低冲击控制提供稳定能源；实现加载力的低冲击稳定控制，同时还能够模拟液压缸负载在工作中可能不断变化的实际工况，实现液压缸负载的全工况模拟；减少功率输入。

Description

节能低冲击液压缸测试试验台液压控制系统

技术领域

本发明涉及液压缸测试领域，特别涉及一种节能低冲击液压缸测试试验台液压控制系统。 

背景技术

液压缸性能测试试验台是进行液压缸性能检测的平台，能够全面检验液压缸的性能及质量。随着我国工业科技水平不断提高，液压行业对液压缸综合性能的要求也越来越高，这就要求必须拥有技术先进和测试全面的液压缸性能测试试验台，保证液压缸性能测试的准确性，进而保证所生产液压缸的性能及质量。 

常见的液压缸测试试验台被测液压缸一侧的系统由于需要较高的测试压力，通常采用轴向柱塞泵供油，因此，其流量与压力脉动不可避免地被引入到控制系统中，造成被测液压缸速度控制不稳定和其它不确定的影响，甚至导致测试数据不能真实地反映被测液压缸的性能。 

加载液压缸一侧系统通常采用溢流阀或节流阀实现加载力的控制。此类被动加载系统的加载力是由于被测液压缸的运动而产生的，并通过控制上述溢流阀或节流阀的设定值实现特定的加载力的加载。但是由于被测液压缸运动速度通常不稳定，造成加载液压缸系统产生加载力的波动，这种波动的加载力反过来作用在被测液压缸上，会对其特性产生不确定的影响，甚至导致测试数据不能真实地反应被测液压缸的性能。 

此外，传统的液压缸测试试验台在进行液压缸的测试试验尤其是耐久性试验时，能量的损耗问题尤为突出。根据中华人民共和国国家标准GB/T15622- 2005中提供的液压缸型式试验的试验方法，在进行液压缸耐久性试验时，被测液压缸所承受的外负载是由溢流阀调定的,这就会使加载缸一侧回路产生较大的功率损失，特别是对于高压高速液压缸的耐久性试验,其所产生的功率损失将会非常大，造成大量能源的浪费。 

发明内容

针对上述现有技术中存在的缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种节能低冲击液压缸测试试验台液压控制系统，该系统具备传统液压缸测试试验台的适用测试型号范围广、测试性能全面、结构简单、可靠性高、寿命长等特点，同时克服了被测液压缸速度与加载液压缸加载力不稳定、能量无法回收或回收效率低等缺点。 

为了解决上述存在的技术问题，本发明的目的是这样实现的： 

一种节能低冲击液压缸测试试验台液压控制系统，该系统包括：恒压变量泵，第一电动机、第二电动机，第一电磁卸荷溢流阀、第二电磁卸荷溢流阀，第一单向阀、第二单向阀、第三单向阀、第四单向阀、第五单向阀、第六单向阀，第一蓄能器、第二蓄能器，电液比例方向阀，第一调速阀、第二调速阀，第一球阀、第二球阀、第三球阀、第四球阀，补油泵，比例节流阀，电磁换向阀，加载液压缸，第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器、第四压力传感器、第五压力传感器、第六压力传感器，第一温度传感器、第二温度传感器，位移传感器，力传感器，第一行程开关、第二行程开关，第一测压接头、第二测压接头、第三测压接头、第四测压接头、第五测压接头、第六测压接头，第一压力表、第二压力表、第三压力表、第四压力表、第五压力表、第六压力表，加热器，液位液温计，过滤器和油箱； 

恒压变量泵与第一电动机连接，恒压变量泵的吸油端接油箱，其出油口通 过第一单向阀与电液比例方向阀进油口相连通，第一压力传感器和第一测压接头依次接在恒压变量泵出油口处，第一压力表接在第一测压接头上，第一电磁卸荷溢流阀与恒压变量泵并联；电液比例方向阀的回油口通过过滤器接回油箱，第一个出油口通过第一调速阀和第一球阀接入被测液压缸的有杆腔，并在第一调速阀和第一球阀之间依次并联第二测压接头、第二压力传感器和第一温度传感器，第二压力表接在第二测压接头上；第二个出油口通过第二调速阀和第二球阀接入被测液压缸的无杆腔，并在第二调速阀和第二球阀之间依次并联第三测压接头、第三压力传感器和第二温度传感器，第三压力表接在第三测压接头上；第一行程开关、第二行程开关分别安装在被测液压缸活塞杆的起点和终点，位移传感器安装在被试缸活塞杆处；被测液压缸与加载液压缸通过力传感器刚性相连； 

补油泵与第二电动机连接，补油泵的吸油端接油箱，第二单向阀、第三单向阀、第四单向阀和第五单向阀组成桥式回路，补油泵的出油口在依次并联了第二电磁卸荷溢流阀、第四测压接头和第四压力传感器后，与所述的桥式回路相连通，第四压力表接在第四测压接头上；所述桥式回路的总回油管路通过第二蓄能器和比例节流阀后，一条支路经第六单向阀和第一蓄能器接回电液比例方向阀的进油口，另一条支路经电磁换向阀接回油箱；所述桥式回路的一条出油管路通过第三球阀接入加载液压缸的无杆腔，在所述桥式回路和第三球阀之间依次并联第五测压接头和第五压力传感器，第五压力表接在第五测压接头上；所述桥式回路的另一条出油管路通过第四球阀接入加载液压缸的有杆腔，在所述桥式回路和第四球阀之间依次并联第六测压接头和第六压力传感器；第六压力表接在第六测压接头上。 

本发明按照作用功能包括如下子系统： 

液压能源子系统，用于为液压缸测试提供稳定的液压能源；该系统是由第一电动机、恒压变量泵、第一蓄能器、第一电磁卸荷溢流阀、第一单向阀、第一压力传感器、第一测压接头及第一压力表组成,恒压变量泵和第一蓄能器组合为被测液压缸提供稳定的液压能源，可以基本消除由于恒压变量泵压力和流量的脉动对被测液压缸速度控制产生的不利影响。 

被测液压缸低冲击速度控制子系统，用于对被测液压缸的速度进行低冲击的平稳控制；该系统包括被测液压缸、电液比例方向阀、第一调速阀和第二调速阀、第一球阀和第二球阀、位移传感器、第一行程开关和第二行程开关、第二压力传感器和第三压力传感器、第二测压接头和第三测压接头，以及第二压力表和第三压力表。控制器通过采集位移传感器反馈信号来控制电液比例方向阀阀口开度，实现对被测液压缸速度的闭环控制，保证被测液压缸始终运行在要求的测试速度状态。被测液压缸的行程范围由位移传感器限定，实现被测液压缸运动方向的控制。同时，为实现对被测液压缸运动方向的可靠保障，被测液压缸的行程范围还通过行程开关限定。当不需要对被测液压缸的速度进行精确控制时，可以利用调速阀调速，实现被测液压缸开环的速度控制。 

加载液压缸补油子系统，在加载液压缸对被测液压缸加载时，为加载液压缸补充油液；该系统由第二电动机、补油泵、第二电磁卸荷溢流阀、第四压力传感器、第四测压接头及第四压力表组成。当加载液压缸为被测液压缸提供加载力时，补油子系统能为加载液压缸补油。 

加载液压缸低冲击力控制子系统，用于对加载液压缸的加载力进行低冲击的平稳控制；该系统包括加载液压缸、力传感器、比例节流阀、第二蓄能器和第六单向阀。控制器通过采集力传感器反馈信号来控制比例节流阀，实现对加载液压缸加载力的闭环控制，并能够在测试过程中调节加载力，以便模拟液压 缸在实际工作中加载力发生变化的工况。同时第二蓄能器能吸收压力冲击以此保证加载液压缸提供稳定的加载力。 

能量回收子系统，用于将加载液压缸一侧回路提供的加载力以外的能量回收至被测液压缸一侧回路，用以减少液压能源系统的输入功率；该系统通过合理的匹配被测液压缸与加载液压缸的尺寸，实现将加载液压缸一侧回路的能量回收至被测液压缸一侧回路，大幅降低了恒压变量泵对整个系统的输入，实现高效节能的目的。 

本发明提供的节能低冲击液压缸测试试验台液压控制系统，与现有技术相比，具有这样的有益效果： 

1、液压能源子系统采用恒压变量泵与第一蓄能器组合，在节能的同时为被测液压缸速度低冲击控制提供稳定能源； 

2、加载子系统采用比例节流阀与第二蓄能器组合，实现加载力的低冲击稳定控制，同时还能够模拟液压缸负载在工作中可能不断变化的实际工况，实现液压缸负载的全工况模拟； 

3、能量回收子系统将加载节流的出口能量回收至被测液压缸一侧回路，减少功率输入。 

附图说明

图1是本发明节能低冲击液压缸测试试验台液压控制系统的原理图； 

图2是本发明节能低冲击液压缸测试试验台液压控制系统的能量传递关系框图； 

图3是本发明节能低冲击液压缸测试试验台液压控制系统实验台架的结构图； 

图4是本发明节能低冲击液压缸测试试验台液压控制系统的闭环控制框 图。 

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述： 

节能低冲击液压缸测试试验台液压控制系统，如图1所示。恒压变量泵8与第一电动机9连接，恒压变量泵8的吸油口接油箱29，出油口并联第一电磁卸荷溢流阀7，并通过第一单向阀12与电液比例方向阀13相连通，其中第一压力传感器6.2和第一测压接头4.2依次并联在恒压变量泵8出油口处，第一压力表5.2接在第一测压接头4.2上，第一蓄能器26并联在第一单向阀12和电液比例方向阀13之间；电液比例方向阀13的回油口通过过滤器10接回油箱29，电液比例方向阀13的A口通过第一调速阀14.1和第一球阀28.1接入被测液压缸16的有杆腔，并在第一调速阀14.1和第一球阀28.1之间依次并联第二测压接头4.3、第二压力传感器6.3和第一温度传感器15.1，第二压力表5.3接在第二测压接头4.3上；电液比例方向阀13的B口通过第二调速阀14.2和第二球阀28.2接入被测液压缸16的无杆腔，并在第二调速阀14.2和第二球阀28.2之间依次并联第三测压接头4.4、第三压力传感器6.4和第二温度传感器15.2，第三压力表5.4接在第三测压接头4.4上；第一行程开关18.1和第二行程开关18.2分别安装在被测液压缸16活塞杆的起点和终点，位移传感器17安装在被测液压缸16活塞杆处；被测液压缸16与加载液压缸20通过力传感器19刚性相连；补油泵2与第二电动机3连接，补油泵2的吸油口接油箱29，第二单向阀21.1、第三单向阀21.2、第四单向阀21.3和第五单向阀21.4组成桥式回路，补油泵2的出油口在依次并联了第二电磁卸荷溢流阀1、第四测压接头4.1和第四压力传感器6.1后，与上述桥式回路相连通，第四压力表5.1接在第四测压接头4.1上；桥式回路的总回油管路通过第二蓄能器22和比例节流阀23后，一条支路经第 六单向阀25和第一蓄能器26接回电液比例方向阀13的进油口，另一条支路经电磁换向阀24接回油箱29；桥式回路的一条出油管路通过第三球阀28.3接入加载液压缸20的无杆腔，在桥式回路和第三球阀28.3之间依次并联第五测压接头4.5和第五压力传感器6.5，第五压力表5.5接在第五测压接头4.5上；桥式回路的另一条出油管路通过第四球阀28.4接入加载液压缸20的有杆腔，在桥式回路和第四球阀28.4之间依次并联第六测压接头4.6和第六压力传感器6.6；第六压力表5.6接在第六测压接头4.6上；过滤器10、液位液温计11和加热器27等液压辅件安装在油箱29上。 

如图2所示是节能低冲击液压缸测试试验台液压控制系统的能量传递关系框图，系统的能量传递过程如下： 

恒压变量泵8为整个系统提供的油液，经第一蓄能器26的速度波动抑制作用，提供给被测液压缸16；被测液压缸16经过速度子系统的速度控制，会产生节流发热；被测液压缸16与加载液压缸20刚性连接，加载液压缸20经过加载力控制子系统对加载力的控制，再经过第二蓄能器22的加载力波动抑制作用，同样会产生节流发热，同时，加载液压缸20在进行加载力控制时，由补油泵2对加载力控制子系统补油。加载液压缸20在工作中产生的能量，经能量回收子系统的能量回收，最终进入恒压变量泵8出口处，与恒压变量泵8一同为被测液压缸16提供能量。 

具体工作过程如下所述： 

1)被测液压缸低冲击速度控制工作过程 

第一电动机9工作带动恒压变量泵8，高压油通过第一单向阀12及第一蓄能器26连通电液比例方向阀13，同时第一电磁卸荷溢流阀7可实现恒压变量泵8在紧急状态下的卸荷。当测试系统工作在被测液压缸速度闭环控制模式时，采 集位移传感器17的反馈信号并与速度给定信号比较，通过控制器控制电液比例方向阀13的阀芯位移进而控制进入被测液压缸16的油液，电液比例方向阀13的回油经过过滤器10排回油箱29；当测试系统工作在被测液压缸速度开环控制模式时，通过调定第一调速阀14.1和第二调速阀14.2实现被测液压缸16的速度控制。第一行程开关18.1和第二行程开关18.2控制被测液压缸的行程。第一压力传感器6.2、第二压力传感器6.3、第三压力传感器6.4及第一压力表5.2、第二压力表5.3、第三压力表5.4分别检测和观测恒压变量泵8和被测液压缸16两腔的压力，第一温度传感器15.1和第二温度传感器15.2分别检测被测液压缸16两腔的温度，第一球阀28.1和第二球阀28.2在更换被测液压缸16时用于切断主油路，液位液温计11检测油箱29内油液位置及温度，加热器27可对系统油液进行加热。 

2)加载液压缸低冲击力控制工作过程 

被测液压缸16带动加载液压缸20运动，加载液压缸20的油液通过第二单向阀21.1或第三单向阀21.2及蓄能器22进入比例节流阀23，采集力传感器19的反馈信号并与力的给定信号比较，通过控制器控制比例节流阀23的主阀芯位移进而控制加载液压缸20的加载力。当比例节流阀23的出口压力高于恒压变量泵8的出口压力时，比例节流阀23的出口油液通过第六单向阀25回收至被测液压缸系统的主油路；当比例节流阀23的入口压力低于恒压变量泵8的出口压力时，比例节流阀23的出口油液通过电磁换向阀24排回油箱29。同时，第二电动机3工作带动补油泵22通过第四单向阀21.3或第五单向阀21.4向加载液压缸20补充油液，第二电磁卸荷溢流阀1调定补油泵8的补油压力，还可实现在紧急状态下的卸荷。第四压力传感器6.1、第五压力传感器6.5、第六压力传感器6.6及第四压力表5.1、第五压力表5.5、第六压力表5.6分别检测和观测 补油泵2和加载液压缸20两腔的压力，第三球阀28.3和第四球阀28.4在更换加载液压缸20时用于切断主油路。 

3)能量回收工作过程 

当加载液压缸20的输出力满足加载要求时，比例节流阀23的出口压力高于恒压变量泵8的出口压力，比例节流阀23的出口油液通过第六单向阀25回收至被测液压缸16一侧系统的主油路，进而实现减少第一电动机9的输入功率。 

如图3所示，所述的节能低冲击液压缸测试试验台是由两液压缸对顶来完成被测液压缸16加载的。将被测液压缸16、加载液压缸20、支撑支架等测试装置固定在试验台架上，可以方便的实现液压缸的更换；支撑支架用于液压缸缸杆的支撑，防止两液压缸缸杆的变形；连接装置用于两液压缸缸杆的连接及力传感器的安装。 

如图4所示，节能低冲击液压缸测试试验台液压控制系统实验台的闭环控制框图，其控制方法为： 

在被测液压缸低冲击速度控制子系统中，电液比例方向阀13内部的反馈过程是：通过电液比例方向阀13内部的位移传感器反馈信号，实现对阀芯位移的闭环控制；被测液压缸16的速度控制过程是：采集被测液压缸16的位移反馈信号，并将其转换为速度信号，与给定速度信号做比较，速度的偏差值通过控制器输出控制信号，从而实现对被测液压缸16的闭环控制，进而控制实现被测液压缸16低冲击速度控制。当不需要对被测液压缸16的速度进行精确控制时，可以利用调速阀14调速，实现被测液压缸16开环的速度控制。 

加载液压缸低冲击力控制子系统，电液比例节流阀23内部的反馈过程是：通过电液比例节流阀23内部的压力压力传感器反馈信号，实现对阀芯位移的闭环控制；加载液压缸20的加载力控制过程是：采集加载液压缸20的力反馈信 号，与给定力信号做比较，力的偏差值通过控制器输出控制信号，从而实现对加载液压缸20的闭环控制，同时配合第二蓄能器22，进而实现加载液压缸低冲击加载控制。 

Claims (1)

1.一种节能低冲击液压缸测试试验台液压控制系统，其特征在于：该系统包括：恒压变量泵，第一电动机、第二电动机，第一电磁卸荷溢流阀、第二电磁卸荷溢流阀，第一单向阀、第二单向阀、第三单向阀、第四单向阀、第五单向阀、第六单向阀，第一蓄能器、第二蓄能器，电液比例方向阀，第一调速阀、第二调速阀，第一球阀、第二球阀、第三球阀、第四球阀，补油泵，比例节流阀，电磁换向阀，加载液压缸，第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器、第四压力传感器、第五压力传感器、第六压力传感器，第一温度传感器、第二温度传感器，位移传感器，力传感器，第一行程开关、第二行程开关，第一测压接头、第二测压接头、第三测压接头、第四测压接头、第五测压接头、第六测压接头，第一压力表、第二压力表、第三压力表、第四压力表、第五压力表、第六压力表，加热器，液位液温计，过滤器和油箱； 

恒压变量泵与第一电动机连接，恒压变量泵的吸油端接油箱，其出油口通过第一单向阀与电液比例方向阀进油口相连通，第一压力传感器和第一测压接头依次接在恒压变量泵出油口处，第一压力表接在第一测压接头上，第一电磁卸荷溢流阀与恒压变量泵并联；电液比例方向阀的回油口通过过滤器接回油箱，第一个出油口通过第一调速阀和第一球阀接入被测液压缸的有杆腔，并在第一调速阀和第一球阀之间依次并联第二测压接头、第二压力传感器和第一温度传感器，第二压力表接在第二测压接头上；第二个出油口通过第二调速阀和第二球阀接入被测液压缸的无杆腔，并在第二调速阀和第二球阀之间依次并联第三测压接头、第三压力传感器和第二温度传感器，第三压力表接在第三测压接头上；第一行程开关、第二行程开关分别安装在被测液压缸活塞杆的起点和终点，位移传感器安装在被试缸活塞杆处；被测液压缸与加载液压缸通过力传感器刚性相连； 

补油泵与第二电动机连接，补油泵的吸油端接油箱，第二单向阀、第三单向阀、第四单向阀和第五单向阀组成桥式回路，补油泵的出油口在依次并联了第二电磁卸荷溢流阀、第四测压接头和第四压力传感器后，与所述的桥式回路相连通，第四压力表接在第四测压接头上；所述桥式回路的总回油管路通过第二蓄能器和比例节流阀后，一条支路经第六单向阀和第一蓄能器接回电液比例方向阀的进油口，另一条支路经电磁换向阀接回油箱；所述桥式回路的一条出油管路通过第三球阀接入加载液压缸的无杆腔，在所述桥式回路和第三球阀之间依次并联第五测压接头和第五压力传感器，第五压力表接在第五测压接头上；所述桥式回路的另一条出油管路通过第四球阀接入加载液压缸的有杆腔，在所述桥式回路和第四球阀之间依次并联第六测压接头和第六压力传感器；第六压力表接在第六测压接头上。 

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