CN109538577A - 一种大缸径低速机排气阀试验装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种大缸径低速机排气阀试验装置及其控制方法，包括缸体、活塞、阀组单元、蓄能器、液压马达、低压油箱，缸体上端固定有上盖板，缸体下端固定有下盖板，活塞设置在缸体里，上盖板上设置孔，活塞的活塞杆穿出上盖板的孔并与气阀相连，气缸的上部设置低压油口，气缸的下部设置油压控制油口；所述阀组单元包括高压油路控制阀和低压油路控制阀，高压油路控制阀和低压油路控制阀均与油压控制油口相连，高压油路控制阀、蓄能器、液压马达、低压油箱依次相连，低压油路控制阀直接连接低压油箱。本发明能够连续、快速模拟排气阀工况，简化试验台架，并且还可以模拟排气阀空气弹簧的作用效果。

Description

一种大缸径低速机排气阀试验装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及的是一种低速机试验装置，具体地说是低速机的排气阀试验装置。

背景技术

大缸径低速机配气试验台架是进行配气技术研究的必要装备，由于大缸径低速机体积巨大、成本高昂，大部分的试验台架都不包含气缸等结构，不能验证气缸压力和排气道背压对排气阀的影响，大缸径低速机排气阀由于气阀直径和升程较大，试验过程中不能忽略以上因素对排气阀的影响。对于配备有气缸等结构的试验台架，通常采取的弥补方式是使用压缩空气对气缸压力和气道背压进行模拟，但由于气缸体积巨大仅能实现单周期的工况模拟。因此，传统的大缸径低速机排气阀试验台架难以模拟排气阀的实际工况。

发明内容

本发明的目的在于提供能够连续、快速模拟排气阀工况，还可以模拟排气阀空气弹簧作用效果的一种大缸径低速机排气阀试验装置及其控制方法。

本发明的目的是这样实现的：

本发明一种大缸径低速机排气阀试验装置，其特征是：包括缸体、活塞、阀组单元、蓄能器、液压马达、低压油箱，缸体上端固定有上盖板，缸体下端固定有下盖板，活塞设置在缸体里，上盖板上设置孔，活塞的活塞杆穿出上盖板的孔并与气阀相连，气缸的上部设置低压油口，气缸的下部设置油压控制油口；所述阀组单元包括高压油路控制阀和低压油路控制阀，高压油路控制阀和低压油路控制阀均与油压控制油口相连，高压油路控制阀、蓄能器、液压马达、低压油箱依次相连，低压油路控制阀直接连接低压油箱。

本发明还可以包括：

1、所述的液压油口包括四个，均匀分布在缸体的周向上，每个液压油口分别对应一组阀组单元，阀组单元之间并联。

2、液压控制油口的上方设置下限位环状凸台。

本发明一种大缸径低速机排气阀试验控制方法，其特征是：活塞与其下方缸体以及下盖板形成油腔B，根据曲轴转角来实时改变油腔B的油压大小，根据当前的曲轴转角查表得到此时油腔B油压的设定值，比较设定值与实际值的大小；

当油腔B内的油压大于设定值时，对于高压油路控制阀，将PID的输出结果与系数0相乘，即使高压油路控制阀的占空比为0，并保持常闭状态，对于低压油路控制阀，将PID的输出结果与系数1相乘，即直接将PID结果作为其占空比；当油腔B内的油压小于设定值时，对于高压油路控制阀，将PID的输出结果与系数1相乘，即直接将PID结果作为其占空比，对于低压油路控制阀，将PID的输出结果与系数0相乘，即使低压油路控制阀的占空比为0；当油腔B内的油压等于实际值时，向高压油路控制阀与低压油路控制阀输出同一PWM信号。

本发明的优势在于：

1、本发明所设计的试验装置结构简单，加工难度小，装配方便。

2、本发明所设计的大缸径低速机排气阀试验装置能够模拟包括气缸压力、排气道背压和空气弹簧在内多种外界因素对排气阀的影响，并且可连续、快速的对多种因素进行模拟。

3、本发明利用多组高速开关电磁阀组并联的方式解决油腔B瞬时流量大，而单个高速开关电磁阀流量较小的矛盾，本装置缸体设有活塞运动机械限位，用于防止活塞堵塞油口。

4、本发明在不依靠实际柴油机的情况下，通过简单的装置针对不同试验台架模拟不同外界因素的影响，极大的降低了大缸径低速机排气阀配气试验的成本，本装置中全部采用高速开关电磁阀作为控制阀取代了传统的三位四通比例阀，进一步降低了该装置的整体成本。

5、本发明利用多组控制阀组PWM控制信号的相位偏移，有效降低了电控液压装置油腔内的压力波动，针对控制阀组中的高压与低压控制阀采取相反的控制策略，保证不同功能的控制阀不能同时工作可提高系统的响应速度。

附图说明

图1a为电控液压式试验装置示意图，图1b为A-A剖视图，图1c为电控液压式试验装置俯视图；

图2a为上盖板示意图，图2b为B-B剖视图；

图3a为下盖板示意图，图3b为C-C剖视图；

图4为本发明的结构示意图；

图5为气阀关闭时，电控液压式试验装置的示意图；

图6为气阀升程维持时，电控液压式试验装置的示意图；

图7为本发明的方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

结合图1-7，本发明装置包括活塞1、上盖板螺钉2、上盖板3、缸体4、下盖板固定螺钉5、下盖板螺钉6、下盖板7、油压控制油口8、下限位环状凸台9、低压油口10。

如说明书附图4所示，4个油压控制油口8各与一组高压油路控制阀12、低压油路控制阀13组成的阀组相连接，其中高压油路控制阀12控制高压油进入油腔B，低压油路控制阀13控制液压油流出油腔B，通过脉宽调制的方式改变以上两个电磁阀的控制信号的占空比，进而控制油腔B的容积变化。通过控制油腔B内液压油容积的方式间接控制油压，最终达到控制排气阀工作工况的目的。

控制阀组通过PWM信号驱动，为进一步简化控制流程、降低控制难度，PWM控制信号的输出遵循以下方式：高压控制阀的信号输出方法为，当油腔B内的油压大于设定值时，将PID的输出结果与系数0相乘，即使高压控制阀12的占空比为0，并保持常闭状态。当油腔B内的油压小于设定值时，将PID的输出结果与系数1相乘，即直接将PID结果作为其占空比，当油腔B内的油压等于实际值时，向高压与低压控制阀输出同一PWM信号；低压控制阀的信号输出方法与高压控制阀方法相反，即将其系数调换位置，其控制流程如附图7所示。以上信号输出方式可保证设定值与实际值存在偏差时，能迅速对实际值进行调整。

如说明书附图5所示，此为发动机气阀处于关闭状态下，即该试验装置的初始状态，该试验装置在反馈控制系统的控制下始终保持油腔B内油压的恒定，即作用于气阀的力保持稳定。实际的气阀关闭过程中气缸压力并非处于恒定状态，由于此时气阀为完全落座状态，气阀的受力对于配气技术的研究意义不大，为简化试验过程认为此时气阀的受力不变，即此时保持高压控制阀与低压控制阀的输出信号一致。

当气阀开启过程中，气阀开启使气缸压力会逐渐减小、气道背压增大，模拟空气弹簧工作过程时，气阀开启过程会使空气弹簧缸内气压不断增加，因而该试验装置需要根据曲轴转角来实时改变油腔B的油压大小。其实现方式为根据当前的曲轴转角查表得到此时油腔B油压的设定值，比较设定值与实际值的大小，根据前述的PWM信号输出方式输出PWM控制信号，使油腔B进入容积减小状态，同时将油腔B内油压与设定值的偏差稳定在允许范围内。

如说明书附图6所示，此为发动机气阀维持阶段试验装置的状态，在发动机中此时气缸及气道内的气压虽然变化较小，但由于气阀直径过大，其对气阀的影响仍然不能忽略，需要继续根据曲轴转角的变化实时查表得到设定值，并依此调节控制阀组的占空比。

当气阀关闭时，对于配备空气弹簧的配气系统，排气阀会在空气弹簧的推动下进行落座，试验过程为完全模拟排气阀的实际工况还需要叠加考虑气缸、气道压力的影响，此时油腔B进入容积增大状态，同时控制系统根据曲轴转角的变化不断调整油腔B内油压的大小。

本大缸径低速机排气阀试验装置及其控制方法包括电控液压试验装置11、高压油路控制阀12、低压油路控制阀13组成的控制阀组及其控制系统和液压系统三部分，液压系统包括：蓄能器14、液压马达15、过滤器16、低压油箱17、溢流阀18和油管等附属部件。

本发明装置包括A、B两个油腔，在A腔与B腔之间有一个活塞1，将A、B两油腔分隔开，其中A腔中的液压油始终处于低压状态，A腔中的液压油口10与低压油箱相连。油腔B中的液压油的压力会随着活塞的运动情况发生改变，通过控制油腔B腔中液压油的压力来控制活塞施加给气阀作用力的大小，进而实现在试验台架中对排气阀实际工况的模拟，保证试验结果的准确性。

电控液压试验装置油腔B四周均布有4个完全相同的油压控制油口，用于连接控制电磁阀组。该装置中的活塞与气阀之间为刚性连接，在气阀开启过程中，活塞随气阀向下运动，关闭过程反之。气阀开启时通过控制电磁阀12、13控制液压油进出油腔B,即通过控制容积间接控制压力，进而达到对影响排气阀工作的诸多因素进行模拟的目的。

为防止活塞在下行过程中堵塞油口，在油腔B内接近油压控制油口处设置环状凸台作为机械限位装置，保证任何情况下，都不会出现活塞堵塞油口的问题，在安装正确及正常运行下活塞不会与限位凸台发生碰撞，以减少运行噪声和机械损耗。

在试验装置的上盖板3上，其中心位置处有一个与活塞杆直径相同的圆孔，在圆孔四周，有用于密封活塞杆的密封圈。此外，沿缸体圆周均布6个沉头螺纹孔2，目的是为了将上盖板3与缸体4连接起来，在二者接合面处设有垫片用于防止泄露。

在试验装置的下盖板7的下表面，沿缸体圆周均布6个沉头螺纹孔6，用于将下盖板与缸体进行连接，同时沉头螺纹的使用有利于装置整体的水平安装，同样在接合面处设有防止泄露的垫片。在下盖板的上表面沿下盖板四周布设8个沉头螺纹孔，用于该电控液压装置整体的固定及安装。

Claims (4)

1.一种大缸径低速机排气阀试验装置，其特征是：包括缸体、活塞、阀组单元、蓄能器、液压马达、低压油箱，缸体上端固定有上盖板，缸体下端固定有下盖板，活塞设置在缸体里，上盖板上设置孔，活塞的活塞杆穿出上盖板的孔并与气阀相连，气缸的上部设置低压油口，气缸的下部设置油压控制油口；所述阀组单元包括高压油路控制阀和低压油路控制阀，高压油路控制阀和低压油路控制阀均与油压控制油口相连，高压油路控制阀、蓄能器、液压马达、低压油箱依次相连，低压油路控制阀直接连接低压油箱。

2.根据权利要求1所述的一种大缸径低速机排气阀试验装置，其特征是：所述的液压油口包括四个，均匀分布在缸体的周向上，每个液压油口分别对应一组阀组单元，阀组单元之间并联。

3.根据权利要求1或2所述的一种大缸径低速机排气阀试验装置，其特征是：液压控制油口的上方设置下限位环状凸台。

4.一种大缸径低速机排气阀试验控制方法，其特征是：活塞与其下方缸体以及下盖板形成油腔B，根据曲轴转角来实时改变油腔B的油压大小，根据当前的曲轴转角查表得到此时油腔B油压的设定值，比较设定值与实际值的大小；

当油腔B内的油压大于设定值时，对于高压油路控制阀，将PID的输出结果与系数0相乘，即使高压油路控制阀的占空比为0，并保持常闭状态，对于低压油路控制阀，将PID的输出结果与系数1相乘，即直接将PID结果作为其占空比；当油腔B内的油压小于设定值时，对于高压油路控制阀，将PID的输出结果与系数1相乘，即直接将PID结果作为其占空比，对于低压油路控制阀，将PID的输出结果与系数0相乘，即使低压油路控制阀的占空比为0；当油腔B内的油压等于实际值时，向高压油路控制阀与低压油路控制阀输出同一PWM信号。