CN104074840A - 数字阀试验系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及数字阀的试验系统。为解决使用示波器测试被试数字阀占空比时耗时久、试验效率低、试验结果易受干扰以及试验成本高的问题，本发明提出一种数字阀试验系统，包括油箱、油泵、第一进油通道、第二进油通道、液控单向阀、液压缸以及回油通道，第一进油通道和第二进油通道均与油泵的出油口相连接；液压缸的有杆腔与补油装置相连接；液控单向阀控制油口处的管路上设置有支管，测试时，将被试数字阀连接在支管与回油通道之间。使用本发明数字阀试验系统，能够准确得出被试数字阀的实际占空比，为数字阀的实际应用提供保障。

Description

数字阀试验系统

技术领域

本发明涉及液压试验系统领域，尤其涉及一种能够对数字阀进行出厂试验的试验系统。

背景技术

数字阀是由多个按二进制排列的阀门组成的阀组，每个阀门的流量系数按二进制序列设计。组成数字阀的各阀为开关阀，即只有开和关两种状态。因此，对它们的控制可采用电磁阀或者带弹簧返回的活塞式执行机构来实现。各阀的开关速度很快，且各阀的关闭特性也是衡量数字阀性能的重要指标，它不仅影响流通能力和泄漏量，也影响控制系统的控制品质。为保证各阀的关闭特性，通常采用弹簧返回式执行机构，同时，对大流量系数的阀采用多个较小口径的阀同时开闭来实现。

数字阀有着分辨率高、精度高、响应速度快、关闭特性好、复现性好、跟踪性好以及可以与计算机直接进行连接的特点，使得数字阀的应用越来越广泛。随着数字阀应用范围的增加，数字阀的重要性也日趋加重，因此数字阀的频响是否达标、抗冲击性是否足够等一系列性能的确定，是数字阀能否稳定工作的一个必要条件。而数字阀频响是否达标，主要看数字阀在使用过程中，实际占空比与理论占空比之间的误差是否在误差允许范围之内。由于被测元件是液压试验设备中最重要的一部分，测试元件的不同造成试验设备的系统设计有很大差异，因此数字阀的性能无法使用现有阀类试验系统进行测试。本领域技术人员多采用示波器监测数字阀的方式，通过示波器将数字阀的实际占空比体现出来(数字阀的占空比指整个工作过程中数字阀打开的时间与总通电时间的比值)，然而示波器的调整耗时久，在测试过程中容易受到外界信号的干扰，出现测试结果不准确的概率较大；且更换需要测试的数字阀后，需重新调整示波器，使得测试过程耗时久，造成试验效率较低，延迟了数字阀的出厂时间。同时，由于示波器为高精密实验仪器，价格昂贵且对使用环境要求较高，不能在厂房内进行试验，必须设置专门的实验室，造成使用示波器对数字阀占空比进行测试时所耗费的成本较高。

发明内容

为解决使用示波器测试被试数字阀占空比时耗时久、试验效率低、试验结果易受干扰以及试验成本高的问题，本发明提出一种数字阀试验系统，该数字阀试验包括油箱、油泵、第一进油通道、第二进油通道、液控单向阀、液压缸以及回油通道，所述第一进油通道和所述第二进油通道均与所述油泵的出油口相连接；所述第一进油通道与所述液压缸的无杆腔相连接，所述液压缸的有杆腔与补油装置相连接，以向所述液压缸的有杆腔内充入液压油；所述第二进油通道与所述液控单向阀的控制油口相连接，所述第一进油通道与所述液压缸无杆腔的连接管路上设置有支管，该支管与所述液控单向阀的进油口相连接，所述液控单向阀的出油口与所述回油通道的一端相连接；所述回油通道的另一端与所述油箱相连接；所述液控单向阀的控制油口处的管路上设置有支管，测试时，被试数字阀连接在该支管与所述回油通道之间。

在使用所述数字阀试验系统对被试数字阀进行出厂试验时，所述液控单向阀的控制油口处的管路上设置有支管，所述被试数字阀连接在连接该支管与所述回油通道之间。

当该被试数字阀不通电时，所述油泵将液压油从油箱中抽出，送入该试验系统的两个进油通道中，第一进油通道中的液压油进入液压缸的无杆腔，向所述液压缸的无杆腔内充入液压油；第二进油通道内的液压油流入所述液控单向阀的控制油口，将所述液控单向阀的阀芯推动到进油口处并将进油口封堵起来，然后从该液控单向阀的出油口流回油箱内；由于液压缸的无杆腔与所述第一进油通道相连通的管路上设置有支管，该支管与液控单向阀的进油口相连接，因此第一进油通道进入液压缸的液压油会有部分流向液控单向阀，但由于液控单向阀的阀芯被从控制油路进入的液压油推动至进油口处，使得液控单向阀被关闭，从第一进油通道进入液压缸的部分液压油流向液控单向阀的进油口后，若想打开该液控单向阀流回油箱，就必须克服推动阀芯封堵进油口的控制油所产生的压力，而第一通道内的液压油大部分被充入液压缸内，无需克服阻力做功，因此，在液控单向阀的进油口被封堵起来后，第一通道内的液压油会直接充入液压缸内，而不是去克服推动阀芯封堵进油口的控制油所产生的压力，因此液控单向阀处于关闭状态。此时油泵向液压缸的无杆腔充油，使得液压缸的活塞杆伸出。

当液压缸的活塞杆伸出一定长度后，对被试数字阀通电，油泵从油箱中抽取液压油送入两条进油通道中，当被试数字阀的进油口与出油口连通时，第二进油通道内的液压油直接通过该连通的被试数字阀经回油通道流回油箱，从而使得所述液控单向阀的控制油口处无液压油流入。进入第一进油通道中的液压油，与从所述液压缸无杆腔内流出的液压油，一同流向所述液控单向阀的进油口，将该液控单向阀的阀芯打开，使得这部分液压油通过该液控单向阀后流入所述回油通道，最终流回所述油箱内。且对被试数字阀通电的同时，使用所述补油装置对所述液压缸的有杆腔进行充油，使得所述液压缸无杆腔内液压油流出的同时，所述补油装置能够同步向所述液压缸的有杆腔内充入液压油。

在被试数字阀通电的总时间内，若使液压缸活塞杆伸出一定长度的液压油，全部流回油箱内，同时液压缸有杆腔内充入等量的液压油，则液压缸的活塞杆会退回初始位置。而液压缸无杆腔内的液压油只能通过液控单向阀流回油箱，但液控单向阀的阀芯只有在控制油口无液压油通入的情况下才能被打开，也即只有在被试数字阀的进油口和出油口处于连通状态时，液压缸无杆腔内的液压油才能够经过液控单向阀流回油箱内。但数字阀为开关阀，在数字阀通电后，数字阀会出现周期性启闭状态，而数字阀在关闭状态下时，系统会重复向液压缸的无杆腔内充入液压油。而在被试数字阀的整个工作过程中，被试数字阀的进油口和出油口连通的总时间与总通电时间的比值被叫做数字阀的占空比，本发明利用被试数字阀的占空比，使系统在被试数字阀的总通电时间内，利用本试验系统中只有被试数字阀打开时，液控单向阀才能够被打开的情况，使液压缸的无杆腔内的液压油以及第一进油通道中的液压油在液控单向阀打开时流回油箱内，从而使得液压缸的活塞杆退回。且在液压缸无杆腔内液压油流回油箱的同时，补油装置向液压缸的有杆腔内充入等量的液压油。

测试时，系统首先关闭被试数字阀，然后开启油泵，向所述液压缸的无杆腔内充入液压油，此时，液压缸的活塞杆伸出。当设定活塞杆的运动位移长度为h，也即活塞杆的伸出的距离为h时，根据测量，活塞杆的伸出长度为h所需的时间为t₁，根据液压缸的规格可以得出，活塞杆伸出的距离为h时，液压缸的无杆腔内充入的液压油的体积为Q₁。

然后对被试数字阀通电，当被试数字阀的进液口与出液口处于连通状态时，液控单向阀的控制油口处无液压油流入，液压缸无杆腔内的液压油与第一进油通道中的液压油经打开的液控单向阀流回油箱内，同时系统通过补油装置对液压缸的有杆腔进行充油，从而使得液压缸的活塞杆退回。经测量，当系统对被试数字阀通电后，液压缸活塞杆退回的距离为h所需要的时间为t₂。

由于整个测试过程中，所述油泵作为本试验系统唯一的动力源，且油泵的转速n(单位为r/min，转/分钟)以及排量q(单位为mL/r，毫升/转)一直保持不变，而油泵从油箱中抽取并输出的液压油的总流量q_v＝nq，因此油泵从油箱中抽取并输出的液压油的总流量q_v(单位为mL/min，毫升/分钟)保持不变，系统稳定工作时液控单向阀出油口处液压油的流速v(单位为m/s，米/秒)也不变。而由于第二进油通道的管路横截面积不会发生变化，因此，从第二进油通道流入的液压油的流量q_v2的大小也是恒定不变的，而第二进油通道流出的液压油不论是流向液控单向阀的控制油口去封堵该液控单向阀的进油口后流回油箱，还是流向连通的被试数字阀从而回到油箱，流量大小均为q_v2。因此，本试验系统中流向第一进油通道的液压油的流量q_v1＝q_v-q_v2。由此得出，在本试验系统中，无论被试数字阀的进油口与出油口是否连通，若油泵的转速n以及排量q一直保持不变时，流向第一进油通道的液压油的流量q_v1也恒定不变。

在被试数字阀不通电时，也即被试数字阀处于持续关闭状态下时，系统通过第一进油通道，在t₁时间内使得液压缸的活塞杆伸出h长度，需要向液压缸的无杆腔内充入体积为Q₁的液压油，使得液压缸的活塞杆伸出h长度，可以得出，Q₁＝Sh，第一进油通道的液压油的流量q_v1＝Q₁/t₁＝Sh/t₁。因此，在被试数字阀通电的总时间，也即液压缸的活塞杆退回长度为h所花费的时间t₂内，系统流向第一进油通道的液压油的总量Q₂＝q_v1t₂＝(Sht₂)/t₁。

而在被试数字阀通电的总时间t₂内，液压缸的活塞杆退回的长度为h，也即液压缸的无杆腔内需要排出的液压油的总量为Q₁，同时t₂时间内流向系统第一进油通道的液压油的总量Q₂也需要流回油箱内，因此，在t₂时间内，通过打开的液控单向阀流回油箱的液压油的总量Q＝Q₁+Q₂，将Q₂＝q_v1t₂＝(Sht₂)/t₁代入，得出Q＝Sh+(Sht₂)/t₁，整理得，Q＝[Sh(t₁+t₂)]/t₁。

而在本试验系统中，只有对被试数字阀通电，被试数字阀的进油口与出油口处于连通状态时，液控单向阀才能够被打开，因此，在被试数字阀的总通电时间t₂内，被试数字阀打开的总时间等于该液控单向阀的打开时间t₀。

根据液控单向阀的出油口横截面积A，单位为m²(平方米)；液控单向阀出油口处液压油的流速v，单位为m/s(米/秒)；从而得出通过打开的液控单向阀流回油箱的液压油的总量Q＝10⁶Avt₀，将Q＝[Sh(t₁+t₂)]/t₁代入，得出液控单向阀的打开时间t₀＝[Sh(t₁+t₂)]/(10⁶Avt₁)，而由于液控单向阀只有在被试数字阀的进油口与出油口连通时才会被打开，也即该液控单向阀与被试数字阀同步打开或者关闭，因此被试数字阀打开的总时间也为t₀。

根据被试数字阀占空比的定义，接入本试验系统的被试数字阀的实际占空比d₁＝t₀/t₂，将t₀＝[Sh(t₁+t₂)]/(10⁶Avt₁)代入数字阀占空比的计算公式中，则有d₁＝t₀/t₂＝[Sh(t₁+t₂)]/(10⁶Avt₁t₂)。

将被试数字阀的占空比的设计值d与测试过程中通过本试验系统测试后计算得到的被试数字阀的占空比的实际值d₁进行比较，若d与d₁之间的误差在误差允许范围内，则该被试数字阀合格。

使用本发明数字阀试验系统，能够准确得出被试数字阀的实际占空比，通过与被试数字阀的理论占空比进行比较，看误差是否在误差允许范围内，从而得出被试数字阀是否合格，为数字阀的实际应用提供保障。

优选地，所述第一进油通道与所述回油通道之间设置有溢流阀。所述溢流阀用以控制系统的工作压力，确保泵的出口压力保持恒定，保证了系统内元件的使用安全性，增加了系统的安全性。

优选地，所述补油装置为蓄能器。当该数字阀试验系统向所述液压缸的无杆腔内充入液压油时，所述液压缸无杆腔的体积增大，活塞杆伸出，有杆腔内的液压油向外排出。当所述蓄能器与所述液压缸的有杆腔相连接时，若所述液压缸的有杆腔被压缩，有杆腔内的液压油可直接进入所述蓄能器内存储起来，待需要向有杆腔内充入液压油时再充入该有杆腔即可，减少了液压缸上连接口的数目，降低了灰尘等污染物进入液压缸的途径，增加了系统的使用稳定性及安全可靠性。

优选地，所述液控单向阀的控制油口与所述第二进油通道之间设置有梭阀，所述梭阀的第二进油口与所述第二进油通道相连，出油口与所述液控单向阀的控制油口相连；所述第一进油通道上设置有支路，所述支路上设置有固定节流阀，且所述支路的另一端与所述梭阀的第一进油口相连。所述固定节流阀的流量开度较小，因此系统正常工作时，所述梭阀阀芯两侧受到的压力大小不同，设置有固定节流阀的第一进油口一侧进入的液压油的流量较小，梭阀阀芯被从第二进油口进入的液压油推动至第一进油口处，将所述梭阀的第一进油口封堵起来，使梭阀的出油口与第二进油口连通液压油通过第二进油口进入梭阀并从梭阀的出油口流入液控单向阀的控制油口。系统正常工作时，液压油经所述第二进油通道进入所述梭阀的第二进油口，并将所述梭阀的阀芯推动至第一进油口处，将所述梭阀的第一进油口封堵起来；而当第二进油通道出现堵塞或泄露等问题时，关闭所述第二进油通道，第一进油通道内的部分液压油经与梭阀第一进油口相连的支路，进入所述液控单向阀的控制油口，控制该液控单向阀保持关闭状态。所述梭阀的两个进油口分别与两条进油通道相连通，使得在第一进油通道正常工作而第二进油通道出现堵塞或泄露等问题时，若维修不便或无维修条件时，只需关闭第二进油通道，将系统调整至初始状态，使第一进油通道内的部分液压油通过第一进油通道上的支路，经所述梭阀的第一进油口流向所述液控单向阀的控制油口。

当所述第一进油通道正常工作而第二进油通道出现堵塞或泄露等问题时，关闭第二进油通道，使所述油泵从油箱中抽取的液压油被全部送入所述第一进油通道内。

当被试数字阀不通电时，系统通过第一进油通道向液压缸的无杆腔内充入液压油，在t₁时间内使活塞杆伸出的长度达到h，此时，充入液压缸无杆腔内的液压油的体积为Q₁，根据液压缸横截面积S，可以得出，使活塞杆伸出的长度达到h时充入液压缸无杆腔内的液压油Q₁＝Sh，第一进油通道流向液压缸无杆腔的液压油的流量q_v1＝Q₁/t₁＝Sh/t₁。在系统向液压缸的无杆腔内充入液压油的同时，第一进油通道的支路上的液压油通过固定节流阀、梭阀第一进油口流入液控单向阀的控制油口，将该液控单向阀的阀芯推动至进油口处并将进油口封堵起来，这部分液压油的流量大小为该固定节流阀可通过的流量q_v2。则该系统在第二进油通道出现故障时，第一进油通道内流向所述液压缸无杆腔的液压油的流量大小q_v1＝q_v-q_v2，其中，q_v为油泵从油箱中抽取并输出的液压油的总流量，也即q_v＝nq。当系统稳定工作时，油泵转速n和排量q均不发生变化，则油泵从油箱中抽取并输出的液压油的总流量q_v大小保持不变，而由于梭阀第一进油口处的固定节流阀开度不可调，能通过该固定节流阀的流量的大小q_v2也是恒定不变的，使得从梭阀出油口流出的液压油不论是流向液控单向阀的控制油口去封堵该液控单向阀的进油口后流回油箱，还是流向连通的被试数字阀从而回到油箱，这部分液压油的流量大小均为q_v2。由于q_v和q_v2均不变，因此，系统内第一进油通道流向液压缸无杆腔的液压油的流量q_v1在系统正常工作时，不会发生变化。

当对被试数字阀通电后，液压缸活塞杆退回h长度需要的时间为t₂，且在t₂的时间内，液压缸的无杆腔内需要排出的液压油的体积为Q₁，同时t₂时间内流向系统第一进油通道流向液压缸无杆腔的液压油Q₂也需要流回油箱内，且Q₂＝q_v1t₂＝(Sht₂)/t₁。因此，在t₂时间内，通过打开的液控单向阀流回油箱的液压油的总量Q＝Q₁+Q₂，将Q₂＝q_v1t₂＝(Sht₂)/t₁代入，得出Q＝Sh+(Sht₂)/t₁，整理得，Q＝[Sh(t₁+t₂)]/t₁。而在本试验系统中，只有对被试数字阀通电，被试数字阀的进油口与出油口处于连通状态时，液控单向阀才能够被打开，因此，在被试数字阀的总通电时间t₂内，被试数字阀打开的总时间等于该液控单向阀的打开时间t₀。再根据液控单向阀的出油口横截面积A，与此时液控单向阀出油口处液压油的流速v，得出通过打开的液控单向阀流回油箱的液压油的总量Q＝10⁶Avt₀，将Q＝[Sh(t₁+t₂)]/t₁代入，得出液控单向阀的打开时间t₀＝[Sh(t₁+t₂)]/(10⁶Avt₁)。而由于液控单向阀只有在被试数字阀的进油口与出油口连通时才会被打开，也即该液控单向阀与被试数字阀同步打开或者关闭，因此被试数字阀打开的总时间也为t₀。根据被试数字阀占空比的定义，可以得出，接入本试验系统的被试数字阀的实际占空比d₁的计算公式为d₁＝t₀/t₂，将t₀＝[Sh(t₁+t₂)]/(10⁶Avt₁)代入数字阀占空比的计算公式中，则有d₁＝t₀/t₂＝[Sh(t₁+t₂)]/(10⁶Avt₁t₂)。

将被试数字阀的占空比的设计值d与测试过程中通过本试验系统测试后计算得到的被试数字阀的占空比的实际值d₁进行比较，若d与d₁之间的误差在误差允许范围内，则该被试数字阀合格。

通过比对本发明数字阀试验系统在第二进油通道正常工作和出现故障的情况下被试数字阀的实际占空比的计算公式，得出无论第二进油通道是否发生故障，被试数字阀的实际占空比的计算公式均为d₁＝[Sh(t₁+t₂)]/(10⁶Avt₁t₂)，也即该数字阀试验系统的第二进油通道无论是正常工作或是出现故障时，计算被试数字阀的实际占空比均只要在试验过程中测得液压缸的横截面积S、液压缸活塞杆的伸出长度h、液压缸活塞杆伸出h长度需要的时间t₁、液压缸活塞杆退回h长度需要的时间t₂、液控单向阀出油口的横截面积A以及液控单向阀出油口处液压油的流速v既可，其中，液压缸的横截面积S和液控单向阀出油口的横截面积A在不更换元件时，数值大小不变，液压缸活塞杆的伸出长度h为试验过程中的设定值，该设定值没有特别限制，在选择时，该设定值以能够便于计算为最佳。因此，本发明的数字阀试验系统即使在第二进油通道出现故障后仍能继续进行测试，无需额外调整测试参数和计算公式，测试过程方便快捷。

进一步地，所述第二进油通道与所述梭阀的第二进油口相连接的管路上设置有可调节节流阀。所述可调节节流阀用以调节第二进油通道送入所述梭阀第二进油口处的液压油，且由于所述第二进油通道仅用于向所述液控单向阀的控制油口处提供液压油，因此，调节该可调节节流阀，可以控制进入所述第二进油通道的油量，从而改变进入所述第一进油通道的油量，进而改变向所述液压缸无杆腔内充入液压油的速度，方便试验系统进行调节。

优选地，所述第二进油通道与所述梭阀的第二进油口相连接的管路上设置有可调节节流阀。所述可调节节流阀用以调节第二进油通道送入所述梭阀第二进油口处的液压油，且由于所述第二进油通道仅用于向所述液控单向阀的控制油口处提供液压油，因此，调节该可调节节流阀，可以控制进入所述第二进油通道的油量，从而改变进入所述第一进油通道的油量，进而改变向所述液压缸无杆腔内充入液压油的速度，方便试验系统进行调节。

优选地，所述油箱上还设置有吸油滤油器和回油滤油器，所述吸油滤油器设置在所述油箱和所述油泵之间，所述回油滤油器设置在所述回油通道与所述油箱之间。所述吸油滤油器以及所述回油滤油器用以保证所述数字阀试验系统内液压油的清洁程度，从而保证了油路中各元件的使用安全性，避免元件阻尼孔等被油液中的污染物堵塞造成损伤甚至损毁。

优选地，所述数字阀试验系统采用电气控制系统来控制系统内各元件的开关以及被试数字阀的启闭和调节。由于数字阀的驱动信号是二进制信号，因此数字阀可方便地与计算机系统直接连接，而无需数模转换装置，避免转换过程中带来的信号损失，控制精度得到提高。

使用本发明数字阀试验系统，能够准确得出被试数字阀的实际占空比，通过比对被试数字阀的理论占空比和实际占空比之间的误差是否在误差允许范围内，从而得出被试数字阀是否合格，为数字阀的出厂及实际应用提供保障。同时，使用本发明数字阀试验系统测试数字阀的占空比时，测试速度快，且更换被试数字阀后无需对系统进行重新调整，操作方便，试验过程受外界因素干扰较小，测试结果准确。

附图说明

图1为本发明数字阀试验系统的示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明数字阀试验系统包括油箱1、油泵2、第一进油通道P₁、第二进油通道P₂、梭阀3、固定节流阀31、液控单向阀4、液压缸5以及回油通道T₁，第一进油通道P₁和第二进油通道P₂均与油泵2的出油口相连接，且油泵2的进油口与油箱1之间设置有吸油滤油器11。第一进油通道P₁与液压缸5的无杆腔相连接，且第一进油通道P₁上设置有支路，该支路通过固定节流阀31与梭阀3的第一进油口相连接；蓄能器51与液压缸5的有杆腔相连接，以向液压缸5的有杆腔内充入液压油。第二进油通道P₂通过可调节节流阀32与梭阀3的第二进油口相连接；梭阀3的出油口与液控单向阀4的控制油口相连接，第一进油通道P₁与液压缸5无杆腔的连接管路上设置有支管，该支管与液控单向阀4的进油口相连接，液控单向阀4的出油口与回油通道T₁的一端相连接；回油通道T₁的另一端经回油滤油器12与油箱1相连接；第一进油通道P₁与回油通道T₁之间设置有溢流阀13，用以确保油泵2的出口压力保持恒定。梭阀3的出油口和液控单向阀4的控制油口之间的连接管路上设置有支管，测试时，将被试数字阀6连接在该支管与回油通道T₁之间。

优选地，本发明数字阀试验系统采用电气控制系统来控制系统内各元件的开关以及被试数字阀6的启闭和调节。由于数字阀的驱动信号是二进制信号，因此数字阀可方便地与计算机系统直接连接，而无需数模转换装置，避免转换过程中带来的信号损失，控制精度得到提高。

使用本发明数字阀试验系统对被试数字阀6进行出厂试验时，梭阀3的出油口和液控单向阀4的控制油口之间的连接管路上设置有支管，被试数字阀6连接在该支管与回油通道T₁之间。当该被试数字阀6不通电时，油泵2将液压油从油箱1中抽出，经吸油滤油器11过滤后送入该试验系统的两个进油通道中，第一进油通道P₁中的液压油进入液压缸5的无杆腔，向液压缸5的无杆腔内充入液压油；第二进油通道P₂内的液压油在经过可调节节流阀32、梭阀3的第二进油口后进入梭阀3内，从梭阀3的出油口流入液控单向阀4的控制油口，将该液控单向阀4的阀芯推动到进油口处并将进油口封堵起来，然后从该液控单向阀4的出油口流回油箱1内；由于液压缸5的无杆腔与液控单向阀4的进油口相连接，因此第一进油通道P₁进入液压缸5的液压油会有部分流向液控单向阀4，但由于使液控单向阀4的阀芯关闭的液压油的压力大于从液压缸5流向该液控单向阀4的液压油的压力，因此该液控单向阀4处于关闭状态。此时油泵2向液压缸5的无杆腔充油，使得液压缸5的活塞杆伸出。

当液压缸5的活塞杆伸出一定长度h后，对被试数字阀6通电，油泵2从油箱1中抽取液压油送入两条进油通道中，当被试数字阀6的进油口与出油口连通时，从第二进油通道P₂经梭阀3的第二进油口进入梭阀3内部的液压油，从梭阀3的出油口流出后，直接通过该连通的被试数字阀6流回油箱1内，从而使得液控单向阀4的控制油口处无液压油流入，进入第一进油通道P₁中的液压油，与从液压缸5的无杆腔内流出的液压油，一同流向液控单向阀4的进油口，将该液控单向阀4的阀芯打开，使得这部分液压油通过该液控单向阀4后流入回油通道T₁，最终流回油箱1内。且系统工作时，打开液压缸5有杆腔与蓄能器51的连接管路上的开关，当系统向液压缸5的无杆腔内充入液压油时，液压缸5的有杆腔内的液压油被送入蓄能器51内；而当液压缸5无杆腔内液压油经打开的液控单向阀4流向油箱1时，蓄能器51向液压缸5的有杆腔内充入液压油。

在被试数字阀6通电的总时间内，若使液压缸5活塞杆伸出一定长度h的液压油，全部流回油箱1内，同时液压缸5有杆腔内充入等量的液压油，则液压缸5的活塞杆会退回初始位置。而液压缸5无杆腔内的液压油只能通过液控单向阀4流回油箱1内，但液控单向阀4的阀芯只有在控制油口无液压油通入的情况下才能被打开，也即只有在被试数字阀6的进油口和出油口处于连通状态时，流向液控单向阀4控制油口处的液压油直接经连通的被试数字阀6流回油箱1内时，液压缸5无杆腔内的液压油才能够经过液控单向阀4流回油箱1内。但数字阀为开关阀，在数字阀通电后，数字阀会出现周期性启闭状态，而数字阀在关闭状态下时，系统会向液压缸5的无杆腔内充入液压油。而在被试数字阀6的整个工作过程中，被试数字阀6的进油口和出油口连通的总时间与总通电时间的比值被叫做数字阀的占空比，本发明利用被试数字阀6的占空比，使系统在被试数字阀6的总通电时间内，利用本试验系统中只有被试数字阀6打开时，液控单向阀4才能够被打开的情况，使液压缸5的无杆腔内的液压油以及第一进油通道P₁中的液压油在液控单向阀4打开时流回油箱1内，从而使得液压缸5的活塞杆退回。且在液压缸5无杆腔内液压油流回油箱1的同时，蓄能器51向液压缸5的有杆腔内充入等量的液压油。

测试时，系统首先关闭被试数字阀6，然后开启油泵2，向液压缸5的无杆腔内充入液压油，此时，液压缸5的活塞杆伸出。当设定活塞杆的运动位移长度为h，也即活塞杆的伸出的距离为h时，根据测量，液压缸5的活塞杆的伸出长度为h所需的时间为t₁，根据液压缸5的规格可以得出，活塞杆伸出的距离为h时，液压缸5的无杆腔内充入的液压油的体积为Q₁。

然后对被试数字阀6通电，当被试数字阀6的进液口与出液口处于连通状态时，液控单向阀4的控制油口处无液压油流入，液压缸5无杆腔内的液压油与第一进油通道P₁中的液压油经打开的液控单向阀4流回油箱1内；同时，系统通过蓄能器51对液压缸5的有杆腔进行充油，从而使得液压缸5的活塞杆退回。经测量，被试数字阀6通电后，液压缸5的活塞杆退回的距离为h所需要的时间为t₂。

由于整个测试过程中，油泵2作为该试验系统唯一的动力源，油泵2的转速n(单位r/min，转/分钟)以及排量q(单位mL/r，毫升/转)一直保持不变，而油泵2输出的液压油的总流量q_v＝nq，因此油泵2输出的液压油的总流量q_v(单位mL/min，毫升/分钟)的大小不变，系统稳定工作时液控单向阀出油口处液压油的流速v(单位m/s，米/秒)也固定不变。且第二进油通道P₂上的可调节节流阀32调整合适后不再更改，也即进入梭阀3的第二进油口内的液压油的流量q_v2大小不变；因此，在第二进油通道P₂正常工作时，从梭阀3的出油口流出的液压油的流量大小为q_v2，若此时被试数字阀6未打开，则这部分液压油流向液控单向阀4的控制油口，将该液控单向阀4的阀芯推动至进油口处将进油口封堵起来，然后从液控单向阀的出油口流回油箱1内；若此时被试数字阀6打开，则这部分液压油直接通过连通的被试数字阀6流回油箱。因此，该试验系统中流向第一进油通道P₁的液压油的流量q_v1＝q_v-q_v2。由此得出，在本试验系统中，无论被试数字阀6的进油口与出油口是否连通，在油泵2输出的液压油的总流量q_v不变时，流向第一进油通道P₁中的液压油的流量q_v1的大小也不会发生变化。

在被试数字阀6不通电时，也即被试数字阀6处于持续关闭状态下时，系统通过第一进油通道P₁，在t₁时间内使得液压缸5的活塞杆伸出h长度，需要向液压缸5的无杆腔内充入体积为Q₁的液压油，根据液压缸5的横截面积S，可以得出，Q₁＝Sh，第一进油通道P₁的液压油的流量q_v1＝Q₁/t₁＝Sh/t₁。因此，在被试数字阀6通电的总时间，也即液压缸5的活塞杆退回长度为h所花费的时间t₂内，系统流向第一进油通道P₁的液压油的总量Q₂＝q_v1t₂＝(Sht₂)/t₁。

而在被试数字阀6通电的总时间t₂内，液压缸5的活塞杆退回的长度为h，也即液压缸5的无杆腔内需要排出的液压油的总量为Q₁，同时t₂时间内流向系统第一进油通道P₁的液压油的总量Q₂也需要流回油箱1内，因此，在t₂时间内，通过打开的液控单向阀4流回油箱1的液压油的总量Q＝Q₁+Q₂，将Q₂＝q_v1t₂＝(Sht₂)/t₁代入，得出Q＝Sh+(Sht₂)/t₁，整理得，Q＝[Sh(t₁+t₂)]/t₁。

而在本试验系统中，只有对被试数字阀6通电，被试数字阀6的进油口与出油口处于连通状态时，液控单向阀4才能够被打开，因此，在被试数字阀6的总通电时间t₂内，被试数字阀6打开的总时间等于该液控单向阀4的打开时间t₀。

根据液控单向阀4的出油口横截面积A，单位为m²(平方米)；液控单向阀出油口处液压油的流速v，单位为m/s(米/秒)；从而得出Q＝10⁶Avt₀，将Q＝[Sh(t₁+t₂)]/t₁代入，得出液控单向阀4的打开时间t₀＝[Sh(t₁+t₂)]/(10⁶Avt₁)，而由于液控单向阀4只有在被试数字阀6的进油口与出油口连通时才会被打开，也即该液控单向阀4与被试数字阀6同步打开或者关闭，因此被试数字阀6打开的总时间也为t₀。

根据被试数字阀占空比的定义，本试验系统中的被试数字阀6的实际占空比d₁＝t₀/t₂，将t₀＝[Sh(t₁+t₂)]/(10⁶Avt₁)代入数字阀占空比的计算公式中，则有d₁＝t₀/t₂＝[Sh(t₁+t₂)]/(10⁶Avt₁t₂)。

将被试数字阀6的占空比的设计值d与测试过程中通过本试验系统测试后计算得到的被试数字阀6的占空比的实际值d₁进行比较，若d与d₁之间的误差在误差允许范围内，则该被试数字阀合格。

当第一进油通道P₁正常工作而第二进油通道P₂出现堵塞或泄露等问题时，关闭第二进油通道P₂，使油泵2从油箱1中抽取的液压油被全部送入第一进油通道P₁内。

当被试数字阀6不通电时，系统通过第一进油通道P₁向液压缸5的无杆腔内充入液压油，在t₁时间内使活塞杆伸出的长度达到h，需要向液压缸5无杆腔内充入体积为Q₁的液压油，根据液压缸5的横截面积S，可以得出，使活塞杆伸出的长度达到h时充入液压缸5无杆腔内的液压油Q₁＝Sh，第一进油通道P₁流向液压缸5无杆腔的液压油的流量q_v1＝Q₁/t₁＝Sh/t₁。在系统向液压缸5的无杆腔内充入液压油的同时，第一进油通道P₁的支路上的液压油通过固定节流阀31、梭阀3的第一进油口流入液控单向阀4的控制油口，将该液控单向阀4的阀芯推动至进油口处并将进油口封堵起来，这部分液压油的流量大小为该固定节流阀31可通过的流量q_v2。则该系统在第二进油通道P₂出现故障时，第一进油通道P₁内流向液压缸5的无杆腔的液压油的流量大小q_v1＝q_v-q_v2，其中，q_v为油泵2从油箱1中抽取并输出的液压油的总流量，也即q_v＝nq。当系统稳定工作时，油泵2的转速n和排量q均不发生变化，则油泵2从油箱1中抽取并输出的液压油的总流量q_v大小保持不变，而由于梭阀3第一进油口处的固定节流阀31的开度不可调，能通过该固定节流阀31的流量的大小q_v2也是恒定不变的，使得从梭阀3的出油口流出的液压油不论是流向液控单向阀4的控制油口去封堵该液控单向阀4的进油口后流回油箱，还是流向连通的被试数字阀6从而回到油箱，这部分液压油的流量大小均为q_v2。由于q_v和q_v2均不变，而q_v1＝q_v-q_v2，因此，系统内第一进油通道P₁流向液压缸5无杆腔的液压油的流量q_v1在系统正常工作时，其大小不会发生变化。

当对被试数字阀6通电后，液压缸5的活塞杆退回h长度需要的时间为t₂，且在t₂的时间内，液压缸5的无杆腔内需要排出的液压油的体积为Q₁，同时t₂时间内流向系统第一进油通道P₁流向液压缸5无杆腔的液压油Q₂也需要流回油箱1内，且Q₂＝q_v1t₂＝(Sht₂)/t₁。因此，在t₂时间内，通过打开的液控单向阀4流回油箱1的液压油的总量Q＝Q₁+Q₂，将Q₂＝q_v1t₂＝(Sht₂)/t₁代入，得出Q＝Sh+(Sht₂)/t₁，整理得，Q＝[Sh(t₁+t₂)]/t₁。而在本试验系统中，只有对被试数字阀6通电，被试数字阀6的进油口与出油口处于连通状态时，液控单向阀4才能够被打开，因此，在被试数字阀6的总通电时间t₂内，被试数字阀6打开的总时间等于该液控单向阀4的打开时间t₀。再根据液控单向阀4的出油口横截面积A，与此时液控单向阀4的出油口处液压油的流速v，得出通过打开的液控单向阀4流回油箱1的液压油的总量Q＝10⁶Avt₀，将Q＝[Sh(t₁+t₂)]/t₁代入，得出液控单向阀4的打开时间t₀＝[Sh(t₁+t₂)]/(10⁶Avt₁)。而由于液控单向阀4只有在被试数字阀6的进油口与出油口连通时才会被打开，也即该液控单向阀4与被试数字阀6同步打开或者关闭，因此被试数字阀6打开的总时间也为t₀。根据被试数字阀6占空比的定义，可以得出，接入本试验系统的被试数字阀6的实际占空比d₁的计算公式为d₁＝t₀/t₂，将t₀＝[Sh(t₁+t₂)]/(10⁶Avt₁)代入数字阀占空比的计算公式中，则有d₁＝t₀/t₂＝[Sh(t₁+t₂)]/(10⁶Avt₁t₂)。

将被试数字阀6的占空比的设计值d与测试过程中通过本试验系统测试后计算得到的被试数字阀6的占空比的实际值d₁进行比较，若d与d₁之间的误差在误差允许范围内，则该被试数字阀合格。

通过比对本发明数字阀试验系统在第二进油通道P₂正常工作或者是出现故障的情况下被试数字阀6的实际占空比的计算公式，得出无论第二进油通道P₂是否发生故障，最后得出的被试数字阀6的实际占空比d₁的计算公式均为d₁＝[Sh(t₁+t₂)]/(10⁶Avt₁t₂)，也即该数字阀试验系统的第二进油通道P₂无论是正常工作或是出现故障时，计算被试数字阀6的实际占空比d₁均只要在试验过程中测得液压缸5的横截面积S、液压缸5的活塞杆的伸出长度h、液压缸5的活塞杆伸出h长度需要的时间t₁、液压缸5的活塞杆退回h长度需要的时间t₂、液控单向阀4出油口的横截面积A以及液控单向阀4出油口处液压油的流速v即可，其中，液压缸5的横截面积S和液控单向阀4出油口的横截面积A在元件不需要更换时，数值大小不变；液压缸5的活塞杆的伸出长度h为试验过程中的设定值，该设定值没有特别限制，在选择时，该设定值以能够便于计算为最佳。因此，本发明数字阀试验系统即使在第二进油通道P₂出现故障后仍能继续进行测试，无需额外调整测试参数和计算公式，测试过程方便快捷。

使用本发明数字阀试验系统，能够准确得出被试数字阀的实际占空比，通过比对被试数字阀的理论占空比和实际占空比之间的误差是否在误差允许范围内，从而得出被试数字阀是否合格，为数字阀的出厂及实际应用提供保障。同时，使用本发明数字阀试验系统测试数字阀的占空比时，测试速度快，且更换被试数字阀后无需对系统进行重新调整，操作方便，试验过程受外界因素干扰较小，测试结果准确。

Claims (7)

1.一种数字阀试验系统，其特征在于，该数字阀试验系统包括油箱、油泵、第一进油通道、第二进油通道、液控单向阀、液压缸以及回油通道，所述第一进油通道和所述第二进油通道均与所述油泵的出油口相连接；所述第一进油通道与所述液压缸的无杆腔相连接，所述液压缸的有杆腔与补油装置相连接，以向所述液压缸的有杆腔内充入液压油；所述第二进油通道与所述液控单向阀的控制油口相连接，所述第一进油通道与所述液压缸无杆腔的连接管路上设置有支管，该支管与所述液控单向阀的进油口相连接，所述液控单向阀的出油口与所述回油通道的一端相连接；所述回油通道的另一端与所述油箱相连接；所述液控单向阀控制油口处的管路上设置有支管，测试时，将被试数字阀连接在该支管与所述回油通道之间。

2.根据权利要求1所述的数字阀试验系统，其特征在于，所述第一进油通道与所述回油通道之间设置有溢流阀。

3.根据权利要求1所述的数字阀试验系统，其特征在于，所述补油装置为蓄能器。

4.根据权利要求1所述的数字阀试验系统，其特征在于，所述液控单向阀的控制油口与所述第二进油通道之间设置有梭阀，所述梭阀的第二进油口与所述第二进油通道相连，出油口与所述液控单向阀的控制油口相连；所述第一进油通道上设置有支路，所述支路与所述梭阀的第一进油口相连，且在所述梭阀的第一进油口处设置固定节流阀。

5.根据权利要求4所述的数字阀试验系统，其特征在于，所述第二进油通道与所述梭阀的第二进油口相连接的管路上设置有可调节节流阀。

6.根据权利要求1所述的数字阀试验系统，其特征在于，所述油箱上还设置有吸油滤油器和回油滤油器，所述吸油滤油器设置在所述油箱和所述油泵之间，所述回油滤油器设置在所述回油通道与所述油箱之间。

7.根据权利要求1所述的数字阀试验系统，其特征在于，所述数字阀试验系统采用电气控制系统来控制系统内各元件的开关以及被试数字阀的启闭和调节。