CN104074842B - 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、进油通道、蓄能器及回油通道；所述油泵的吸油口与所述油箱相连接，出油口上连接有所述进油通道，所述进油通道与所述蓄能器的油口相连通，所述回油通道的一端与所述蓄能器的油口相连通，另一端与所述油箱相连通；测试时，所述被试数字阀连接在所述进油通道与所述回油通道之间。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，该数字阀试验系统包括油箱、油泵、进油通道、蓄能器以及回油通道；所述油泵的吸油口与所述油箱相连接，出油口上连接有所述进油通道，所述进油通道与所述蓄能器的油口相连通，所述回油通道的一端与所述蓄能器的油口相连通，另一端与所述油箱相连通；测试时，所述被试数字阀连接在所述进油通道与所述回油通道之间。

所述油泵将液压油从所述油箱中抽出，送入该数字阀试验系统的进油通道中，液压油被充入所述蓄能器内。当蓄能器处于非工作状态下时，所述油泵停止工作，不再向所述蓄能器内供油，进油通道被关闭，打开所述回油通道，蓄能器内的液压油经回油通道流回油箱。

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，首先关闭所述回油通道，将所述被试数字阀连接在该数字阀试验系统的进油通道和回油通道之间，且该被试数字阀的静态性能(压力、流量以及泄漏情况等)已经测试合格。当所述被试数字阀不通电时，液压油被油泵从油箱中抽出并送入进油通道，最终进入所述蓄能器内，此时所述蓄能器充进液压油并具有压力。待所述蓄能器内的压力达到指定数值后，对所述被试数字阀通电，当被试数字阀的进油口和出油口连通时，油泵从油箱内抽取的液压油和蓄能器内的部分液压油会通过该连通的被试数字阀流回油箱内，使得蓄能器内的液压油的总量减少；当被试数字阀的进油口和出油口处于不连通状态时，也即被试数字阀处于关闭状态时，液压油被油泵从油箱中抽出并送入进油通道，最终进入所述蓄能器内。

在被试数字阀通电的总时间内，若进入蓄能器的液压油的总量与蓄能器内通过连通的被试数字阀流回油箱的总油量相同，则蓄能器内的液压油的总量就会保持不变，而蓄能器内液压油总量的变化可以通过设置在蓄能器油口处的压力表的示数直观地体现出来。而在被试数字阀的总通电时间内，若被试数字阀一直处于连通状态，则蓄能器内的液压油会通过该连通的被试数字阀全部流回油箱内，因此，被试数字阀在总通电时间内应有部分时间处于关闭状态，油泵从油箱中抽取的液压油才能流入蓄能器内，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，由于数字阀存在占空比，使得进入蓄能器内的液压油的总量与通过被试数字阀流回油箱的液压油的总量相同，从而使得蓄能器内的液压油总量保持不变。

本发明利用被试数字阀在总通电时间内能够保持蓄能器内液压油总量不变来测定被试数字阀的占空比，而本试验中用于使所述蓄能器内液压油总量保持不变时，需通过控制系统调整控制所述被试数字阀启闭的电流I/电压U的大小，使得用于测量所述蓄能器内压力的压力表的示数能够稳定且不发生变化。

若被试数字阀经调整使得蓄能器内压力稳定不变后的总通电时间为T，为保证蓄能器内压力的不变，在总通电时间T内，该测试系统内应该有等同于油泵从油箱中抽取的液压油的油量流回油箱，则在被试数字阀的总通电时间T内，通过该被试数字阀流入油箱的液压油的总量Q＝Tnq₁，其中，

n为油泵的转速，单位为r/min(转/分钟)；

q₁为油泵的排量，单位为mL/r(毫升/转)。

由于在被试数字阀的总通电时间T内，通过被试数字阀流入油箱的油量与油泵从油箱内抽取的液压油的油量相同，使得蓄能器内的液压油的总量保持动态平衡。

而根据控制系统的监测，接入本试验系统中的被试数字阀在通电后，从初始关闭状态开始至下一次关闭状态时所用的时间为t₀，此时被试数字阀换向两次(被试数字阀从关闭状态到开启状态为换向一次)，阀芯运动一个周期，从而得出被试数字阀在总通电时间T内阀芯运动的总周期数n₁＝T/t₀，假设在阀芯运动一个周期时，被试数字阀打开的时间为t₁，进而得出在总通电时间T内，被试数字阀打开的总时间为n₁t₁，根据被试数字阀的出油口横截面积A，被试数字阀5出油口的液压油的流速v，从而得出Q＝10⁶Avn₁t₁，其中，

Q为总通电时间T内，通过该被试数字阀流入油箱的液压油的总量，单位为mL(毫升)；

A为被试数字阀的出油口横截面积A，单位为m²(平方米)；

v为接入本发明数字阀试验系统中的被试数字阀出油口的液压油的流速，单位为m/s(米/秒)；

将Q＝Tnq₁代入等式Q＝10⁶Avn₁t₁中，得到Tnq₁/60＝10⁶Avn₁t₁，得出被试数字阀打开的总时间为n₁t₁＝Tnq₁/(6×10⁷·Av)，而根据被试数字阀占空比的定义，得出d₁＝n₁t₁/T，则有d₁＝nq₁/(6×10⁷·Av)。

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，所述数字阀试验系统还包括一个单向节流阀，所述单向节流阀的进液口与所述进油通道相连通，出液口与所述蓄能器的油口相连通。所述油泵在向所述蓄能器内充入液压油的过程中，液压油经所述进油通道流向该单向节流阀，进入所述蓄能器内，所述蓄能器在对蓄能器内液压油进行加压时，蓄能器内部分液压油会经过蓄能器的油口被排出，若蓄能器的油口直接与进油通道相连通，则蓄能器内液压油在加压时被排出的部分，会在进油通道内与油泵抽取的液压油发生碰撞，影响系统稳定性；而所述单向节流阀的出液口与蓄能器的油口相连通时，蓄能器内液压油在加压时被排出的部分，只能通过该单向节流阀的节流阀部分流出，将该单向节流阀的节流阀部分的流量调整至较小数值，则蓄能器中进入单向节流阀节流阀部分的液压油的流量只能为该节流阀部分的流量大小，当这部分液压油通过节流阀部分后，由于节流阀部分进油口处液压油的流量为油泵抽出送入进油通道内的液压油的总流量，远远大于从节流阀部分反向流出的液压油的流量，使得反向流出的液压油无法经进油通道流向油泵，只能被液压油带动，重新流回所述蓄能器内，避免了在蓄能器使用过程中影响到蓄能器内压力的恒定性。

进一步地，所述单向节流阀的进液口还与所述回油通道相连通。当所述数字阀试验系统调整稳定使得蓄能器内压力稳定不变后，所述蓄能器内的液压油总量与调整前相比可能会出现变化。当所述蓄能器内的液压油与调整前相比，如果液压油的总量出现增加，且增加后的液压油总量已达到或接近蓄能器容量的上限时，则需要将蓄能器内液压油排出一部分后记录压力表数值并再对被试数字阀通电，若此时被试数字阀通电一段时间后，压力表示数与最后记录的数值相同，则说明系统调整稳定，可以用于对被试数字阀进行测试。若通电一段时间后，压力表示数与最后记录的数值不相同，则说明系统还未调整稳定，需继续调整，调整合适后才能继续对被试数字阀进行测试。当蓄能器内的部分液压油需要经该单向节流阀流向回油通道并进入油箱时，调节该单项节流阀的节流阀部分，使该节流阀部分的可通过流量较小，蓄能器内的液压油以较小流量通过该节流阀部分流入油箱内，使设置在蓄能器油口处的压力表示数缓慢下降至某一数值后关闭回油通道即可，使得对蓄能器内液压油总量的调节可控性更强。

优选地，所述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，所述数字阀试验系统还包括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，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。

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。

优选地，所述数字阀试验系统还包括一个插装试验部分，所述插装试验部分包括一个手动三位四通换向阀和阀块，所述手动换向阀的工作油口与所述阀块相连通，回油口与所述油箱相连通，所述阀块上设置有多个油口，被试数字阀连接在所述阀块上。所述插装试验部分既可测试单个被试数字阀的压力、流量以及泄漏情况等性能，也可以在阀块上对数字阀的实际使用进行模拟试验，在研究人员设计出可用于实际生产的数字阀应用的相关油路时，可将设计出的油路架设在阀块上，运行油路并记录各相关数值，与该应用油路的设计值进行比较，找出有问题的地方进行修改。

进一步地，所述插装试验部分分为螺纹插装试验模块和普通模块两部分，所述螺纹插装试验模块用以测量单个数字阀的压力、流量以及漏油情况；所述普通模块用以试验包含有数字阀的系统的可行性。由于阀块为高精度元件，阀块上连接的元件频繁拆装会使阀块产生磨损，将测试单个被试数字阀性能的模块与测试系统系能的模块分离开来后，这两个模块里的阀块只需更换被试数字阀，其他测量仪表或阀类就无需频繁拆装，简化了测试步骤，并延长了阀块的使用寿命。

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，一种数字阀试验系统，包括油箱1、油泵2、进油通道P₁、蓄能器3、回油通道T₁以及PLC控制柜4，PLC控制柜4控制数字阀试验系统内各元件的开关以及被试数字阀5的启闭和调节。油泵2的吸油口与油箱1通过管路相连接，且该管路上设置有吸油滤油器11，油泵2的出油口上连接有该数字阀试验系统的进油通道P₁，进油通道P₁与蓄能器3的油口相连通，单向节流阀31的进液口与进油通道P₁相连通，出液口与蓄能器3的油口相连通。回油通道T₁的一端与单向节流阀31的进油口相连通，另一端与油箱1相连，回油通道T₁与油箱1相连处设置有回油滤油器12；进油通道P₁与回油通道T₁之间设置有溢流阀6，以保证油泵2的出口压力恒定；测试时，被试数字阀5连接在该数字阀试验系统的进油通道P₁与回油通道T₁之间，且该被试数字阀的静态性能(压力、流量以及泄漏情况等)已经测试合格。

当该数字阀试验系统开始工作时，油泵2将液压油从油箱1中抽出，经吸油滤油器11过滤后，送入该数字阀试验系统的进油通道P₁中，液压油经过该进油通道P₁，进入单向节流阀31的进液口，最终被充入蓄能器3内。

当蓄能器3处于非工作状态下时，油泵2停止工作，不再向蓄能器3内供油，同时关闭进油通道P₁，并打开回油通道T₁上的开关13和开关14，使得蓄能器3内的液压油经设置在油口处的单向节流阀31流入回油通道T₁，被回油滤油器12过滤后流回油箱1内。

在使用本发明数字阀试验系统对被试数字阀进行试验时，关闭回油通道T₁上的开关13，打开开关14，当被试数字阀5不通电时，液压油被油泵2从油箱1内抽出，经吸油滤油器11过滤后流经进油通道P₁和单向节流阀31，最终进入蓄能器3内，此时蓄能器3内充入液压油并具有压力，压力的数值可由设置在蓄能器3油口处的压力表读出；待蓄能器3内的压力达到指定数值后，对被试数字阀5通电，当被试数字阀5的进油口和出油口连通时，油泵2从油箱1内抽取的液压油和蓄能器3内的部分液压油会通过该连通的被试数字阀5流回油箱1内，使得蓄能器3内的液压油的总量减少；当被试数字阀5的进油口和出油口处于不连通状态时，也即被试数字阀5处于关闭状态时，液压油被油泵2从油箱1中抽出并送入进油通道P₁，最终进入蓄能器3内。

在被试数字阀5通电的总时间内，若进入蓄能器3的液压油的总量与蓄能器3内通过连通的被试数字阀5流回油箱1的总油量相同，则蓄能器3内的液压油的总量就会保持不变，而蓄能器3内液压油总量的变化可以通过设置在蓄能器3油口处的压力表的示数直观地体现出来。而在被试数字阀5的总通电时间内，若被试数字阀5一直处于连通状态，则蓄能器3内的液压油会通过该连通的被试数字阀5全部流回油箱1内，因此，被试数字阀5在总通电时间内应有部分时间处于关闭状态，油泵2从油箱1中抽取的液压油才能流入蓄能器3内，而在被试数字阀5的整个工作过程中，被试数字阀5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，由于数字阀存在占空比，使得进入蓄能器3内的液压油的总量与通过被试数字阀5流回油箱1的液压油的总量相同，从而使得蓄能器3内的液压油总量保持不变。

本发明利用被试数字阀5在总通电时间内能够保持蓄能器3内液压油总量不变来测定被试数字阀5的占空比，而本试验中用于使蓄能器3内液压油总量保持不变时，需通过PLC控制柜4调整控制被试数字阀5启闭的电流I/电压U的大小，使得用于测量蓄能器3内压力的压力表的示数能够稳定且不发生变化。

若被试数字阀5经调整使得蓄能器3内压力稳定不变后的总通电时间为T，为保证蓄能器3内压力的不变，在总通电时间T内，该测试系统内应该有等同于油泵2从油箱1中抽取的液压油的油量流回油箱1，则在总通电时间T内，通过该被试数字阀5流入油箱1的液压油的总量Q＝Tnq₁，其中，

n为油泵2的转速，单位为r/min(转/分钟)；

q₁为油泵2的排量，单位为mL/r(毫升/转)。

由于总通电时间T内，通过被试数字阀5流入油箱1的油量与油泵2从油箱1内抽取的液压油的油量相同，使得蓄能器3内的液压油的总量保持了动态平衡。

而根据控制系统的监测，接入本试验系统中的被试数字阀5在通电后，从初始关闭状态开始至下一次关闭状态时所用的时间为t₀，此时被试数字阀5换向两次(被试数字阀从关闭状态到开启状态为换向一次)，被试数字阀5的阀芯运动一个周期，从而得出被试数字阀5在总通电时间T内阀芯运动的总周期数n₁＝T/t₀，假设在阀芯运动一个周期时，被试数字阀5打开的时间为t₁，进而得出在总通电时间T内，被试数字阀5打开的总时间为n₁t₁，根据被试数字阀5的出油口横截面积A，被试数字阀5出油口的液压油的流速v，从而得出：

Q＝10⁶Avn₁t₁，其中，

Q为总通电时间T内，通过该被试数字阀5流入油箱1的液压油的总量，单位为mL(毫升)；

A为被试数字阀5的出油口横截面积A，单位为m²(平方米)；

v为接入本试验系统中的被试数字阀5出油口的液压油的流速，单位为m/s(米/秒)。

将Q＝Tnq₁代入等式Q＝10⁶Avn₁t₁中，得到Tnq₁/60＝10⁶Avn₁t₁，得出被试数字阀5打开的总时间为n₁t₁＝Tnq₁/(6×10⁷·Av)，而根据被试数字阀5占空比的定义，得出被试数字阀5的实际占空比d₁＝n₁t₁/T，则有d₁＝nq₁/(6×10⁷·Av)。

将被试数字阀5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5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5合格。

本发明数字阀试验系统还包括一个插装试验部分，插装试验部分分为螺纹插装试验模块和普通模块，螺纹插装试验模块包括一个手动三位四通换向阀和阀块，手动换向阀的工作油口与阀块相连通，回油口与油箱1相连通，液压油通过手动换向阀流入阀块内，被试数字阀5连接在阀块上，且该阀块上设置压力表和流量计等测量仪表，从而测出被试数字阀5的最大工作压力、流量以及是否漏油等情况，从而判断出被试数字阀5是否有损坏或精度不够的问题。

普通模块包括一个手动三位四通换向阀和阀块，手动换向阀的工作油口与阀块相连通，回油口与油箱1相连通，液压油通过手动换向阀流入阀块内，阀块上设置有多个油口。普通模块为功能性试验模块，用以对数字阀的实际使用进行模拟试验，在研究人员设计出可用于实际生产的数字阀应用的相关油路时，可将设计出的油路架设在阀块上，运行油路并记录各相关数值，与该应用油路的设计值进行比较，找出有问题的地方进行修改。

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 (6)

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、进油通道、蓄能器以及回油通道；所述油泵的吸油口与所述油箱相连接，所述油泵的出油口上连接有所述进油通道，所述进油通道与所述蓄能器的油口相连通，所述回油通道的一端与所述蓄能器的油口相连通，所述回油通道的另一端与所述油箱相连通；所述进油通道与所述回油通道之间设置有溢流阀；所述数字阀试验系统还包括一个插装试验部分，所述插装试验部分包括一个手动三位四通换向阀和阀块，所述手动三位四通换向阀的工作油口与所述阀块相连通，所述手动三位四通换向阀的回油口与所述油箱相连通，所述阀块上设置有多个油口，被试数字阀连接在所述阀块上；测试时，所述被试数字阀连接在所述进油通道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，所述数字阀试验系统还包括一个单向节流阀，所述单向节流阀的进液口与所述进油通道相连通，所述单向节流阀的出液口与所述蓄能器的油口相连通。

3.根据权利要求2所述的数字阀试验系统，其特征在于，所述单向节流阀的进液口还与所述回油通道相连通。

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。

5.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。

6.根据权利要求1所述的数字阀试验系统，其特征在于，所述插装试验部分分为螺纹插装试验模块和普通模块两部分；所述螺纹插装试验模块用以测量单个数字阀的压力、流量以及漏油情况；所述普通模块用以试验包含有数字阀的系统的可行性及安全性。