CN107023536B - 工程机械液压缸动态性能综合测试平台 - Google Patents

工程机械液压缸动态性能综合测试平台 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种工程机械液压缸动态性能综合测试平台，包括试验台本体、液压系统及电气测控系统，液压系统包括驱动系统单元及加载系统单元，驱动系统单元包括第一液压泵、第一过滤器及三组进液阀组，三组进液阀组的出油口连接被测液压缸的进油口，所述加载系统单元向所述加载液压缸供油，所述电气测控系统根据反馈信号控制液压系统的各阀组。本发明工程机械液压缸动态性能综合测试平台独立设置的驱动系统、加载系统及气液增压系统，分别用于满足不同负载及不同工况下测试和控制的需要。测试平台还利用反馈信号控制试验过程，当油液压力、流量、过滤器精度、系统温度等指标不在正常水平时，系统作出报警提示并停止工作，保证系统运行的可靠性。

Description

工程机械液压缸动态性能综合测试平台
技术领域
本发明涉及一种液压设备，特别是涉及一种能够对液压缸动态运行特性进行测试的液压综合试验台。
背景技术
液压缸是用以实现往复直线运动的执行元件，在工程机械等各类机械系统中得到了广泛应用。因为对液压缸特性的认知不足，低速工况下液压缸驱动速度的非平稳性，即爬行现象，一直是困扰工程技术人员的国际性难题。滑动导轨组件是机床上重要的功能部件，机床的加工精度与导轨的特性密切相关。而在机床领域，由于对滑动导向系统的特性认识不清而出现的机床定位及跟踪精度不高的现象也屡见不鲜。
因此，开发一种能够对液压缸、滑轨组件进行低速工况测试与控制的综合试验台尤为必要。
发明内容
本发明的目的是提供一种工程机械液压缸动态性能综合测试平台，以解决上述现有技术存在的问题，其便于在较宽的调速范围内进行综合测试。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：一种工程机械液压缸动态性能综合测试平台，包括试验台本体、液压系统及电气测控系统，液压系统包括驱动系统单元及加载系统单元，
所述试验台本体包括被测液压缸、加载液压缸及对接机构，所述被测液压缸的柱塞与加载液压缸的活塞由所述对接机构连接；
所述驱动系统单元包括第一液压泵及三组进液阀组，所述第一进液阀组包括依次相连的第一电磁换向阀、小通径比例调速阀以及第一单向阀，第二进液阀组由依次相连的第二电磁换向阀、大通径比例调速阀、第一整流板及第二单向阀组成，第三进液阀组包括依次相连的压力补偿器、伺服阀以及第三单向阀，所述第一液压泵出油口连接所述第二电磁换向阀的P口，所述第一整流板连接所述第二电磁换向阀的A口，所述压力补偿器设置于所述伺服阀的A口、P口之间，所述压力补偿器另一端与所述第一电磁换向阀的B端口连接，所述三组进液阀组的出油口连接被测液压缸的进油口，
所述加载系统单元向所述加载液压缸供油，所述电气测控系统根据反馈信号控制液压系统的各阀组。
本发明工程机械液压缸动态性能综合测试平台，其中，所述加载系统单元包括依次相连的第二液压泵、第三电磁换向阀、比例减压阀及第四单向阀，所述比例减压阀连接所述第三电磁换向阀的B口，所述第四单向阀与加载液压缸的进油腔连接，加载液压缸的回油腔连通油箱。
本发明工程机械液压缸动态性能综合测试平台，其中，所述第一、第二液压泵的出口均设置单向阀。
本发明工程机械液压缸动态性能综合测试平台，其中，所述第一液压泵出油口连接第一过滤器，所述第一过滤器连接于第一液压泵出口的单向阀与所述第二电磁换向阀的P口之间，所述第二液压泵的出油口设置第二过滤器，第二过滤器的出油口连接所述第二液压泵出口的单向阀。
本发明工程机械液压缸动态性能综合测试平台，其中，所述加载液压缸的回油腔连接并联的二位二通电磁换向阀和带第二整流板的第二可调节流阀，所述第二可调节流阀及二位二通电磁换向阀连接到第三电磁换向阀，在所述油箱和第一过滤器的出油口之间设置第一电磁溢流阀。
本发明工程机械液压缸动态性能综合测试平台，其中，本发明工程机械液压缸动态性能综合测试平台，其中，在所述第四单向阀出油口与油箱之间连接有相互串联的第一可调节流阀、截止球阀及比例溢流阀，所述比例溢流阀与第一可调节流阀、截止球阀并联，所述第三电磁换向阀的T口和油箱之间连接第二电磁溢流阀。
本发明工程机械液压缸动态性能综合测试平台，其中，还包括高压冲击负载单元，所述高压冲击负载单元包括依次相连的空压机、空气过滤器、及气阀，气阀连通气液增压缸的大腔，所述气液增压缸的小腔与第二过滤器连通。
本发明工程机械液压缸动态性能综合测试平台，其中，所述电气测控系统包括用于测量加载液压缸的加载力的力传感器，用于测量所述加载液压缸活塞位移的位移传感器，三个压力传感器，两个流量传感器，数据采集卡及工控机，三个压力传感器分别安装于所述第一液压泵出口、被测液压缸进油口及加载液压缸进油口，所述两个流量传感器分别安装于被测液压缸进油口和加载液压缸进油口，所述各压力传感器、各流量传感器及位移传感器采集的信号经数据采集卡反馈至工控机，工控机根据反馈信号发出控制信号经数据采集卡输出至各比例阀、伺服阀及电磁阀。
本发明工程机械液压缸动态性能综合测试平台，其中，在所述被测液压缸和加载液压缸的进油口处均设置蓄能器。
本发明工程机械液压缸动态性能综合测试平台，其中，所述试验台本体还包括导轨和在所述导轨上滑动的滑块，所述滑块和对接机构之间设置力传感器，所述力传感器连接到所述数据采集卡。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：采用上述方案后，由于本发明的驱动系统包括液压泵及三组进液阀组，采用三组调速阀配合实现较宽的调速范围，实现的最高速度与最低速度之比可达5000，并且通过电气测控系统实行速度闭环控制提高了调速精度，可以实现速度、压力等因素变化时液压缸特性的测试；
另外，由于本发明的液压系统采用加载泵单独供油、比例溢流阀与比例减压阀配合调压以及蓄能器稳压，减缓了油液压缩性对加载力的不利影响，有效保证了加载力的连续性和稳定性；采用可调节流阀克服低压时比例溢流阀和比例压力阀调节死区对加载力稳定性的不利影响；
还有，本发明的加载系统不仅可以通过调整负载端比例溢流阀的电压实现各类波形冲击负载的施加，而且系统中包含了一套气液增压系统，实现负载压力的提升，通过气液增压缸活塞位移的反馈控制，可方便快捷地调整冲击载荷的压力；
再有，本发明的测控系统提供了多种工作模式测试与控制并行的集成功能，覆盖了试验台开发的基本和特殊的测控需求，实现了同时对液压缸和滑动导轨特性测试以及直线运动控制的目的。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明工程机械液压缸动态性能综合测试平台的液压系统原理图；
图2为本发明工程机械液压缸动态性能综合测试平台包括试验台本体的电气测控系统图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本发明一种工程机械液压缸动态性能综合测试平台包括试验台本体、液压系统及电气测控系统，液压系统包括驱动系统单元、加载系统单元及高压冲击负载单元，如图1所示，驱动系统单元包括第一液压泵2、第一过滤器6及三组进液阀组，第一进液阀组包括依次相连的第一电磁换向阀10、小通径比例调速阀11以及第一单向阀，第二进液阀组由依次相连的第二电磁换向阀14、大通径比例调速阀12、第一整流板13及第二单向阀17组成；第三进液阀组包括依次相连的压力补偿器15、伺服阀16以及第三单向阀，第一液压泵2出油口经第一过滤器6与三组进液阀组相连，其中第一过滤器6的出油口连接第二电磁换向阀14的P口，第一整流板13连接第二电磁换向阀14的A口，压力补偿器15设置于伺服阀16的A口、P口之间，压力补偿器15另一端与第一电磁换向阀10的B端口连接，三组进液阀组的出油口连接被测液压缸21的进油口，由于进液阀组由并联的比例调速阀和伺服阀控制进入被测液压缸的油液流量，从而使被测液压缸的前进速度可调范围较宽；加载系统单元包括依次相连的第二液压泵42、第二过滤器44、第三电磁换向阀40、比例减压阀37、第四单向阀，第二过滤器44的出油口连接第三电磁换向阀40的T口，比例减压阀37连接第三电磁换向阀40的B口，第四单向阀与加载液压缸29的进油腔连接，第一可调节流阀33、截止球阀34、比例溢流阀35、第二电磁溢流阀41连接在进油路的旁路，在第四单向阀出油口与油箱之间连接有相互串联的第一可调节流阀33、截止球阀34及比例溢流阀35，比例溢流阀35与第一可调节流阀33、截止球阀34并联，第二电磁溢流阀41连接在第三电磁换向阀40的T口和油箱1之间；高压冲击负载单元包括空压机45、空气过滤器46、气阀47及气液增压缸48，由空压机45产生的压缩空气依次通过空气过滤器46、气阀47进入气液增压缸48的大腔，气液增压缸48的小腔与第二过滤器44连通，加载液压缸回油腔连接并联的二位二通电磁换向阀36和带第二整流板38的第二可调节流阀39，第二可调节流阀39及二位二通电磁换向阀36连接到第三电磁换向阀40，在油箱1和第一过滤器6的出油口之间设置第一电磁溢流阀5。
具体工作模式如下：系统控制电源启动后，第一液压泵2、第二液压泵42启动，经被测液压缸21及加载液压缸29回流的液压油分别经电磁溢流阀5、41回油箱1，其中快速模式工作过程如下：第一电磁溢流阀5中的电磁铁Y1得电，第一液压泵2出油经第一液压泵2出油口的单向阀、第一过滤器6、第二电磁换向阀14经第一整流板13进入大通径比例调速阀12，输出的液压油再经第一整流板13、第二单向阀17进入被测液压缸21；低速模式工作过程：第一电磁换向阀10的Y3b端得电，第一液压泵2出油经第一液压泵2出油口的单向阀、第一过滤器6、第一电磁换向阀10右位进入小通径比例调速阀11，再经第一单向阀进入被测液压缸21；极低速模式工作过程：第一电磁换向阀10的Y3a端得电，第一液压泵2出油经第一液压泵2出油口的单向阀、第一过滤器6、第一电磁换向阀10左位、压力补偿器15进入伺服阀16，伺服阀16输出的液压油经第三单向阀进入被测液压缸21。
对于上述三种速度工作模式，加载系统单元的第二液压泵42出油，第三电磁换向阀40的Y6b端得电，油液经过第二过滤器44、第三电磁换向阀40、比例减压阀37、第四单向阀进入加载液压缸29；加载液压缸29左腔出油经二位二通电磁换向阀36、第三电磁换向阀40右位、第二电磁溢流阀41回油箱。在回程阶段，加载系统单元的第二液压泵42出油仍然经过第二过滤器44、第三电磁换向阀40、比例减压阀37、第四单向阀进入加载液压缸29；而加载液压缸29左腔出油经第二整流板38、第二可调节流阀39以及第三电磁换向阀40右位回油箱1；与此同时，第二电磁换向阀14的Y4a端得电，第二单向阀17反向开启，油液自被测液压缸21经过第二单向阀17、第一整流板13、小通径比例流量阀12、第二电磁换向阀14左位，再由散热器7、第三过滤器4回油箱1。由于回程阶段第二可调节流阀39提供背压，保证了被测液压缸21回程的平稳性。
进行中低压(25Mpa以下)冲击负载实验时，关闭气阀47，按指定波形调整比例溢流阀35的输入电压，即可实现各类形状冲击负载的施加；进行高压冲击负载实验时，打开气阀47，按指定波形调整比例溢流阀35的输入电压，通过气液增压缸48活塞位移的反馈控制，即可实现各类形状高压冲击负载的施加。
为了抑制在封闭空间内由于油液压缩性导致的加载力不连续，第二液压泵42持续不断地向加载液压缸29输出油液，由比例溢流阀35和比例减压阀37配合调节加载液压缸29进油腔的压力。由于比例溢流阀35和比例减压阀37在低压时存在调节死区等压力非线性特点，设置第一可调节流阀33和截止阀34实现低压时压力稳定连续可调。在被测液压缸21和加载液压缸29的进油口处均设置蓄能器18、30，减少压力脉动对测试结果的影响。
第一、第二液压泵2、42的出口均设置单向阀，其作用在于防止高压油液倒流，防止液压泵被损坏。
由于第一、第二整流板13、39的设置，当流体反向时整流板确保油液从流量阀的固定进口端进入阀体。
如图1所示，电气测控系统在第一液压泵2出口、被测液压缸21进油口和加载液压缸29进油口分别安装有一压力传感器8、19和31及一压力表9、20、32，在被测液压缸21进油口和加载液压缸29进油口分别安装一流量传感器，在加载液压缸29内部安装高精度磁致位移传感器28，上述各压力传感器、各流量传感器及位移传感器采集的压力、流量与位移信号经数据采集卡反馈至控制系统。
如图2所示，试验台本体由测试油缸、加载液压缸、对接机构、滑块、导轨等组成，如图1所示，被测液压缸21的柱塞与加载液压缸29的活塞由对接机构24可靠连接，对接机构24与加载液压缸21之间安装轮辐式力传感器25，位移传感器28的导向部件与加载液压缸29的活塞相连；压力补偿器15保持伺服阀16进出油口前后压差恒定，在无法预知负载变化的情况下仍能保持输出流量恒定。上述的压力传感器8、19、31，流量传感器，位移传感器28输出信号线与数据采集卡模拟量输入接口连接，小通径比例流量阀11、大通径比例流量阀12、伺服阀16、比例溢流阀35及比例减压阀37的驱动板模拟量输入接口均与数据采集卡模拟量输出接口连接；限位开关22、27，行程开关23、26输出接口通过中间继电器与数据采集卡数字量输入接口连接；各电磁铁Y1、Y2、Y3a、Y3b、Y4a、Y4b、Y5、Y6a、Y6b输入接口通过中间继电器与数据采集卡数字量输出接口连接。
工控机发出控制信号，数据采集卡输出模拟信号至比例阀或伺服阀驱动板(放大器)，输出数字量信号至电磁阀组，从而控制阀组驱动液压缸运动。被测液压缸驱动活塞运动时，对接机构通过拉压力传感器牵引滑块沿导轨作直线运动，安装于对接机构与加载缸活塞杆之间的轮辐式力传感器实时测量加载力的大小，力信号、位移信号、压力信号及流量信号经滤波处理后输送至数据采集卡，然后传递至工控机进行后台处理。为了保证试验台运行的安全性，设置行程开关和限位开关。当试验台完成一次测量，行程开关触发产生的数字信号经数据采集卡输入工控机，电机停止运行，程序停止采集信号。工控机对采集信号进行分析处理，存盘并编辑打印报告。
工控机通过软件控制面板操控，软件控制面板的设计既考虑动态测量的实时性要求，而且能够方便操作。为此，软件设置四种工作模式，即快速模式、低速模式、极低速模式、回程模式。面板设置停止和复位按钮，对快速模式、低速模式和极低速模式三种模式设置二级参数输入弹出面板，根据指令曲线设定跟踪速度(常值、斜坡、三角波、正弦信号等类型)、加载缸压力(常值、斜坡、三角波、正弦信号等类型)。各种模式实时显示活塞位移、速度、加速度、力、压力、流量等信号曲线。在系统运行过程中，当系统采集的数字量信号及模拟量信号不在正常范围内时，系统切断主电源使液压系统停止运行，在测控面板弹出告警窗口并显示故障类型，给出故障部位及元器件，便于检测与维修。
本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种工程机械液压缸动态性能综合测试平台，包括试验台本体、液压系统及电气测控系统，液压系统包括驱动系统单元及加载系统单元，其特征在于：
所述试验台本体包括被测液压缸(21)、加载液压缸(29)及对接机构(24)，所述被测液压缸(21)的柱塞与加载液压缸(29)的活塞由所述对接机构(24)连接；
所述驱动系统单元包括第一液压泵(2)及三组进液阀组，其中，第一进液阀组包括依次相连的第一电磁换向阀(10)、小通径比例调速阀(11)以及第一单向阀，第二进液阀组由依次相连的第二电磁换向阀(14)、大通径比例调速阀(12)、第一整流板(13)及第二单向阀(17)组成，第三进液阀组包括依次相连的压力补偿器(15)、伺服阀(16)以及第三单向阀，所述第一液压泵(2)出油口连接所述第二电磁换向阀(14)的P口，所述第一整流板(13)连接所述第二电磁换向阀(14)的A口，所述压力补偿器(15)设置于所述伺服阀(16)的A口、P口之间，所述压力补偿器(15)另一端与所述第一电磁换向阀(10)的B端口连接，所述三组进液阀组的出油口连接被测液压缸(21)的进油口；
所述加载系统单元向所述加载液压缸(29)供油，所述电气测控系统根据反馈信号控制液压系统的各阀组。
2.根据权利要求1所述的工程机械液压缸动态性能综合测试平台，其特征在于：所述加载系统单元包括依次相连的第二液压泵(42)、第三电磁换向阀(40)、比例减压阀(37)及第四单向阀，所述比例减压阀(37)连接所述第三电磁换向阀(40)的B口，所述第四单向阀与加载液压缸(29)的进油腔连接，加载液压缸(29)的回油腔连通油箱。
3.根据权利要求2所述的工程机械液压缸动态性能综合测试平台，其特征在于：所述第一、第二液压泵(2、42)的出口均设置单向阀。
4.根据权利要求3所述的工程机械液压缸动态性能综合测试平台，其特征在于：所述第一液压泵(2)出油口连接第一过滤器(6)，所述第一过滤器(6)连接于第一液压泵出口的单向阀与所述第二电磁换向阀(14)的P口之间，所述第二液压泵(42)的出油口设置第二过滤器(44)，第二过滤器(44)的出油口连接所述第二液压泵(42)出口的单向阀。
5.根据权利要求4所述的工程机械液压缸动态性能综合测试平台，其特征在于：加载液压缸回油腔连接并联的二位二通电磁换向阀(36)和带第二整流板(38)的第二可调节流阀(39)，所述第二可调节流阀(39)及二位二通电磁换向阀(36)连接到第三电磁换向阀(40)，在所述油箱和第一过滤器(6)的出油口之间设置第一电磁溢流阀(5)。
6.根据权利要求5所述的工程机械液压缸动态性能综合测试平台，其特征在于：在所述第四单向阀出油口与油箱之间连接有相互串联的第一可调节流阀(33)、截止球阀(34)及比例溢流阀(35)，所述比例溢流阀(35)与第一可调节流阀(33)、截止球阀(34)并联，所述第三电磁换向阀(40)的T口和油箱(1)之间连接第二电磁溢流阀(41)。
7.根据权利要求6所述的工程机械液压缸动态性能综合测试平台，其特征在于：还包括高压冲击负载单元，所述高压冲击负载单元包括依次相连的空压机(45)、空气过滤器(46)、及气阀(47)，气阀(47)连通气液增压缸(48)的大腔，所述气液增压缸(48)的小腔与第二过滤器(44)连通。
8.根据权利要求7所述的工程机械液压缸动态性能综合测试平台，其特征在于：所述电气测控系统包括用于测量加载液压缸(29)的加载力的力传感器(25)，用于测量所述加载液压缸(29)活塞位移的位移传感器(28)，三个压力传感器，两个流量传感器，数据采集卡及工控机，三个压力传感器分别安装于所述第一液压泵(2)出口、被测液压缸(21)进油口及加载液压缸(29)进油口，所述两个流量传感器分别安装于被测液压缸(21)进油口和加载液压缸(29)进油口，所述各压力传感器、各流量传感器及位移传感器采集的信号经数据采集卡反馈至工控机，工控机根据反馈信号发出控制信号经数据采集卡输出至各比例阀、伺服阀及电磁阀。
9.根据权利要求8所述的工程机械液压缸动态性能综合测试平台，其特征在于：在所述被测液压缸(21)和加载液压缸(29)的进油口处均设置蓄能器(18、30)。
10.根据权利要求9所述的工程机械液压缸动态性能综合测试平台，其特征在于：所述试验台本体还包括导轨和在所述导轨上滑动的滑块，所述滑块和对接机构(24)之间设置力传感器，所述力传感器连接到所述数据采集卡。
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