CN204403047U - 液压缸综合性能测试系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型的公开了一种液压缸综合性能测试系统，其创新点在于：包括比例液压系统，电气控制系统和液压加载台架，所述的比例液压系统包括比例放大器、电气-机械转换器、液压放大器和检测反馈机构组成；所述电气控制系统包括工控机，数据采集卡、传感器和阀件电器元件；所述液压加载台架为卧式并联结构，在台架的两边平行放置加载缸和被试缸，中间通过轴支撑转动。采用AMESim和Matlab／Simulink建立了电液比例系统的仿真模型，分别从压力控制和流量控制上进行仿真；本实用新型的液压缸加载台架计划采用卧式并联的结构，即能节省场地的空间，又能很好地模拟液压缸实际工况。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种液压缸测试系统，具体涉及一种采用电液比例/伺服技术、计算机控制技术的液压缸综合性能测试系统。
背景技术
液压缸作为液压系统的执行元件之一，其性能的优劣不但直接决定了液压系统的可靠性，而且影响着设备的正常运行和维护，因此需要通过检测系统检验其性能是否达到技术要求。在质量管理过程中，为了保证和提高液压缸质量，除了要做好“预防工作"外，还要做好“把关工作”，对生产过程中的各个阶段进行“验收控制"，就是为了保证产品符合技术标准和使用要求，不让不合格品入库、出厂或流入下道工序，而对液压缸半成品或成品进行检验，并且根据检验的结果，对液压缸质量进行评价，同时作出接收或拒收的判断。
在传统液压系统中，一般使用压力阀、节流阀(或调速阀)和换向阀等液压元件，实现液压系统的压力、流量和方向控制，另外借助压力表、流量计和测力计等测量仪器，进行压力、流量(速度)和力等物理量的测量，经过手工处理，即可得到试验数据，检测过程都是全手工完成的，传统的检测方法存在的问题有：
(1)依靠试验人员进行人工读数、测距、手动调整加载、手工计算和绘图等，试验的工作量非常大，并且由于人工读数的随机性很大，测试精度很低，更无法实现自动检测；
(2)不能全部完成国家标准与行业标准规定的10项试验的检测，一般不能进行的项目有启动压力特性试验、内泄漏试验和负载效率试验，这三个试验数据是液压缸性能指标的重要体现；
(3)试验中液压缸在启动和换向时压力冲击很大，对检测设备和液压缸造成了很大的损坏；
(4)传统的检测设备非计算机控制，无法实时反馈和显示负载力、油压、油温和油箱液位等，不能形成闭环控制系统；
(5)采用传统的液压阀件所开发出来的液压系统都比较复杂，不但给检测人员操作带来了不便，也容易造成系统不稳定。
为了保证产品的质量，传统的液压测试方式已远远不能满足现代生产的要求，需要提供一种新型的检测方法。
发明内容
本实用新型要解决的技术问题是提供一种提高检测精度，减轻劳动强度的液压缸综 合性能测试方法，保证液压缸的出厂质量，提高良品率。
为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：液压缸综合性能测试系统，其创新点在于：包括比例液压系统，电气控制系统和液压加载台架；
所述的比例液压系统包括比例放大器、电气-机械转换器、液压放大器和检测反馈机构组成；所述液压放大器包括先导级阀和功率级主阀；先导级阀接受电气-机械转换器输入的位移、转角信号，将机械量转换成液压力驱动主阀；功率级主阀将先导级阀的液压力转换为流量或压力输出；检测反馈机构将主阀控制口或者先导级阀口的压力、流量或阀芯的位移反馈到先导级阀的输入端或比例放大器；
所述电气控制系统包括工控机，数据采集卡、传感器和阀件电器元件；所述数据采集卡通过PCI、USB、PXI、ISA、PCMCIA、火线接入计算机，实现数据采集功能，输入输出数字开关量和模拟量；所述传感器包括压力传感器、位移传感器、温度传感器和力传感器；所述阀件电器元件包括比例溢流阀和比例流量阀和比例阀件放大器。
进一步的，所述的比例液压系统具体包括：油温传感器、液位继电器、力传感器、压力传感器、压力表、电机、油泵、过滤器、冷却器、被试缸、加载缸、单向阀、换向阀、截止阀、比例溢流阀、比例调速阀和直动式溢流阀；所述换向阀包括二位二通电磁换向阀和三位四通电磁换向阀。
进一步的，所述的液压系统中液压油路和液压阀部分采用了集成块设计，液压阀安装在集成块的四个垂直表面，压力传感器安装于集成块上表面，油泵电机组采用了上置立式的方式安装。
进一步的，所述液压加载台架为卧式并联结构，加载台架包括：台架主体、台架主体后端设置台架后挡板，台架中间设置横梁，台架后挡板上设置液压缸安装夹具，横梁上设置转轴，台架主体两边平行放置加载缸和被试缸，通过夹具设置于台架主体上，加载缸和被试缸都会绕轴座转动。
本实用新型的有益效果：
(1)采用先进的电液比例/伺服技术，使测试系统精度得到了很大的提高，并且能够实现无级、远程调压/调速(流量)，便于计算机的控制；
(2)采用了计算机控制技术，进一步提高了液压测试准确度与可信度。计算机强大的运算处理功能，对试验数据能够进行复杂的处理。自动采集试验数据，科学地评价试验结果，避免了人为读数误差。另外，计算机采样、存储数据速度快，运算速度高，大大缩短了测试时间，减轻了试验人员的劳动强度，有效地提高了检测过程的自动化程度和效率；
(3)强大的软件功能优化了检测系统硬件系统的构成，增强了检测系统的柔性、通用性和适应性；
(4)便于与通讯技术、数字控制技术和各种优化算法相结合，实现数字化、远程测控。使检测系统具有一定的“智能化”。采用基于计算机控制的液压检测系统能够克服传统液压检测系统的诸多不足，也使得检测系统可以在手动和自动两种模式下动作。在自动状态下，通过生动直观的人机界面，用户只需点击鼠标，即可按照各项试验要求自动进行检测，自动记录各项测试数据并判定被试液压缸是否合格。
附图说明
图1为本实用新型的液压缸综合性能测试系统的框图。
图2为本实用新型的液压油路原理图。
图中，S1-油温传感器，S2-液位继电器，SF-力传感器，SP1～SP3压力传感器，L1～L3-压力表，P1-电机，P2-油泵，P3-过滤器，P4-冷却器，C1-被试缸，C2-加载缸，X1、X2-单向阀，D1-二位二通电磁换向阀，D2、D2-三位四通电磁换向阀，J-截止阀、Y1、Y2-比例溢流阀、Y3-比例调速阀，Y4-直动式溢流阀。
图3为本实用新型的液压泵站示意图。
图中，1-邮箱，2-清洗盖，3-过滤器，4-油泵电机组，5-阀集成块，6-压力传感器，7-压力表，8-冷却器。
图4为本实用新型的液压加载台架结构示意图。
图5为系统电源配电图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本实用新型的技术方案作详细说明。
如图1所示的液压缸综合性能测试系统，包括比例液压系统，电气控制系统和液压加载台架。比例液压系统包括比例放大器、电气-机械转换器、液压放大器和检测反馈机构组成；液压放大器包括先导级阀和功率级主阀；先导级阀接受电气-机械转换器输入的位移、转角信号，将机械量转换成液压力驱动主阀；功率级主阀将先导级阀的液压力转换为流量或压力输出；检测反馈机构将主阀控制口或者先导级阀口的压力、流量或阀芯的位移反馈到先导级阀的输入端或比例放大器。
电气控制系统包括工控机，数据采集卡、传感器和阀件电器元件；所述数据采集卡通过PCI、USB、PXI、ISA、PCMCIA、火线接入计算机，实现数据采集功能，输入输出数字开关量和模拟量；所述传感器包括压力传感器、位移传感器、温度传感器和力传感器；所 述阀件电器元件包括比例溢流阀和比例流量阀和比例阀件放大器。控制软件根据试验要求产生相应的控制信号，由数据采集卡输出开关量和模拟量信号，信号进入相应的模块变为执行机构可以识别的控制指令，驱动执行机构进行相应的操作，同时，传感器变送的输入信号经数据采集卡处理后转化为计算机能够识别的数字信号，控制系统进行采集和处理。
如图2所示为本实用新型的液压系统的原理图，包括油温传感器、液位继电器、力传感器、压力传感器、压力表、电机、油泵、过滤器、冷却器、被试缸、加载缸、单向阀、换向阀、截止阀、比例溢流阀、比例调速阀和直动式溢流阀；所述换向阀包括二位二通电磁换向阀和三位四通电磁换向阀。
如图3所示，液压加载台架为卧式并联结构，加载台架包括：台架主体3、台架主体3后端设置台架后挡板1，台架主体3中间设置横梁6，台架后挡板1上设置液压缸安装夹具2，横梁6上设置转轴5，台架主体3两边平行放置加载缸7和被试缸4，通过夹2设置于台架主体3上，加载缸7和被试缸4都会绕轴座5转动。
利用AMESim和Matlab/Simulink软件建立压力控制模型和流量控制模型，在AMESim软件里建立电液比例系统的压力液压回路模型和流量液压回路模型，相对应的在Matlab/Simulink环境下建立压力控制仿真模型和流量控制仿真模型。
实施例
1.液压系统总体设计
1.1主要参数计算
表1 检测系统技术设计参数
| 技术类型 | 参数 |
| 液压油过滤精度 | 不低于25μm |
| 仪表测量精度等级 | 不低于B级 |
| 介质工作温度 | 15℃～45℃与50℃±4℃ |
| 最大公称压力 | 16MPa |
| 最大缸径 | 180mm |
| 最大行程 | 1500mm |
| 最大速度 | 50mm/s～70mm/s |
1.2参数计算
(1)液压系统元件设计压力
最大被试缸的公称压力为16MPa，则系统的最高压力为16×1.5＝24MPa，
考虑到过载，各个液压元件设计压力为24×1.25＝30MPa；
(2)液压系统最大流量
最大缸径为180ram的液压缸，按其最大运动速度计算，则最大流量为
Q＝60×10-6πD2v/4≈80～100(L/min)
式中Q一流量，L/rain；
D一被试缸径，mm；
V一被试缸活塞杆运动的速度，mm/s.
1.3总回路设计
根据分析设计的基本回路，综合考虑可得检测系统的总体液压系统原理图，如图1所示。图2所示为液压泵站的结构示意图，图中液压油路和液压阀部分采用了集成块设计，液压阀安装在集成块的四个垂直表面，并采用了插装阀设计，增大了液压系统流量；三个压力传感器安装在集成块上表面。油泵电机组采用了上置立式的方式安装，油泵沉入油箱中有利于减少噪声。
1.4主要元件的选择
液压系统的最高工作压力p＝24MPa，各个液压元件设计压力p＝30MPa；液压系统最大流量Q＝80～100L/min，根据这些参数，下面进行液压系统主要元件的选择。
(1)液压泵
液压系统压力、流量都较大，可选用柱塞式液压泵；综合考虑各种因素，选用63YCYl4.1B型斜盘式轴向柱塞泵。该柱塞泵公称压力P＝32MPa，公称排量为63mL/r，额定转速为甩＝1500r/min。柱塞泵正常工作时，在额定转速下运行，该泵的流量为Q＝63mL/r×1500r/min＝94.5L/min>80L/min.根据以上计算，选用的63YCYl4.1B型斜盘式轴向柱塞泵满足液压系统的要求。
(2)驱动电机
液压泵驱动电机功率公式为:P＝pQ/(60r/)
式中Q一驱动电机功率，KW；
p一液压泵压力，MPa；
根据公式可知，流量与压力乘积最大时，计算出的功率即为电机最高工作功率，试验项目“限位效果试验”中的流量与压力乘积最大，此时的液压系统压力p＝16MPa，流量Q＝80～100L/min。考虑到液压系统的压力损失和流量损失，取p＝17MPa，Q＝100L/min，，7＝81％代入上式计算.选择Y225S一4型电机，该电机主要性能参数为：功率P＝37KW，转速刀＝1500r/min。完成符合液压系统要求。
(3)比例阀与普通溢流阀
所选用的阀类元件的额定压力和额定流量要大于系统的最高工作压力和通过阀的最大流量，但不得超过阀的额定流量的20％，否则会引起压力损失过大。选用的比例阀和普通溢流阀如表2所示：
表2 比例阀和溢流阀型号
| 编号 | 名称 | 型号 | 数量 | 备注 |
| Y1，Y2 | 比例溢流阀 | DBE10-30B | 2 | 31.5MPa |
| Y3 | 比例调速阀 | 2FRE10-40B | 1 | 31.5MPa |
| Y4 | 直动式溢流阀 | DBDS10P10/315 | 1 | 至120L/min |
(4)液压系统其它液压元件
根据工作的中位滑阀机能、最大压力和流量，以及供电环境等因素选择电磁换向阀。同理选用液压系统辅件，所选用的其他液压系统元件如表3：
表3 其它液压元件
| 编号 | 名称 | 型号 | 数量 | 备注 |
| D1 | 二位二通电磁换向阀 | 4WE6D-50/G24-NZ5L | 1 | |
| D2 | 三位四通电磁换向阀 | 4WE10E-30/G24-NZ5L | 1 | |
| D3 | 三位四通电磁换向阀 | 4WE10J-30/G24-NZ5L | 1 | |
| X1，X2 | 单向阀 | RVP16-01 | 2 | 至100L/min |
| L1～L3 | 压力表 | YN-100III | 3 | 0-40MPa |
| S1 | 液位计 | YWZ-150T | 1 | |
| P4 | 冷却器 | GLC3-10 | 1 | |
| P3 | 高压滤油器 | ZUD-H160×FS | 2 |
2.加载台架设计
2.1设计原则：
加载台架为被试缸检测提供加载平台.为了使测试结果能真实反映被试液压缸的性能，本加载台架根据如下四点原则设计。
(1)模拟实际工作状态
为了尽量保证试验所测得数据与被试缸在实际工作状况下的性能数据一致，试验装置对被试液压缸在实际工作状态进行模拟，包括安装方式、运动方式和负载状况等；
(2)具有足够的强度
检测过程中力求工作平稳，加载台架必须具备足够的剐度和强度。由于液压缸最大输出力高达600kN，如果机械结构强度不足，就会造成失稳甚至断裂，发生危险的可能；
(3)液压缸装夹牢固和便利
被试液压缸重达几十公斤，必须使用辅助吊车才能移动，在试验过程中被试液压缸不但在轴向存在巨大的力，侧向也有较大分力，所以夹具必须能够牢固定位被试液压缸；同时还要考虑夹具装夹的便利性；
(4)管路布置合理
电气管路的布置必须合理，除能保证电气系统工作稳定外，还应做到布线简洁.便于调整。液压管路必须圆滑过渡，不得出现直角变化，以避免流量和压力的损失。
2.2结构设计
如图4所示，设计的加载台架为卧式并联结构，在台架的两边平行放置加载缸7和被试缸4，中间通过轴支撑转动，在检测过程中，加载缸和被试缸都会绕轴座5转动，液压缸活塞杆与并联式转动部件相连。加载台架基本结构由支撑脚、底板、油缸支撑架固定装置和转动板及其连接部件等构成。整个加载系统主要为受力件，设计的要求为抗拉、抗弯以及抗扭。设计的思想为：能够安全可靠地进行试验，安装使用简便，结构合理，外形美观太方。
3.电气控制系统设计
3.1控制系统硬件设计
3.1.1传感器
(1)压力传感器
系统最大工作压力为24MPa，根据传感器线性区工作的特点，检测系统压力的传感器选用量程为30MPa的传感器。又由于启动压力一般在0.5MPa以下，使用大量程压力传感器会使测量结果产生很大的误差，所以需要选用小量程压力传感器测量启动压力，选用的压力传感器性能参数如表4所示。
表4 合肥中亚PT211型30MPa和1MPa压力变送器参数
| 量程 | 0～30MPa | 0～1MPa |
| 电源 | 24VDC | 24VDC |
| 稳定性 | ±0.2～±0.5FS/F.S | ±0.2～±0.5FS/F.S |
| 精度 | 0.25 | 0.25 |
| 输出信号 | 0～5V | 0～5V |
| 过载能力 | 1.5～5倍 | 1.5～5倍 |
| 非线性 | 0.25％FS | 0.25％FS |
| 工作温度 | -40～85℃ | -40～85℃ |
(2)温度传感器
液压系统长时间运行会使液压油温度上升，控制系统需要对油温实时监测，以避免油温过高，损坏系统。选用了STT-B系列铂电阻温度传感器，头部为铝质防水接线盒，螺纹连 接，测量精度为A级。
(3)行程开关
行程开关在包括限位开关和液位继电器，传输的信号都为数字信号。其中，限位开关分为接触式和非接触式，选用霍尔式非接触式限位开关，避免了与被测物体的接触，延长了器件的使用寿命，其作用是限定液压缸活塞杆的运动极限位置；另外，选用了三段液位继电器监测液压油高度，分别为液位高、液位中(报警)、液压低(停机)。
3.2电气电路设计
选用的液压泵驱动电机为三相交流电机，需要三相交流380V供电，控制系统的总配电进线采用三相380V交流电。另外，工控机、监控器等使用220V两相交流电，而传感器、比例阀放大器模块等采用直流24V电源供电，电气系统配电部分采用220V交流电和24V直流电。
如图5所示为系统电源配电图，外部三相电进入电气柜后，三相断路器QF0作为设备电源总控制开关。总控电源由继电器KMl控制，继电器KM2、KM3和KM4组成电机启动器，完成电机的启/停控制。
4.系统调试、运行与分析
首先对电气控制系统硬件检查和软件测试，使用控制软件调试模式对电气元件进行调试，用万用电表等测量仪器对I/O、模拟量输入输出口进行检查，对限位开关进行性能检测。
电气控制系统检验完成后，可将电路接入液压阀电气驱动元件和电机等液压泵站电气元件中，同样地使用调试模式程序，检测各个液压阀和电机的通断是否正常和灵敏，在确保液压系统压力油不泄漏的情况下(可暂时将液压集成块油口封闭)，调试液压系统的性能，检查包括最高压力、最大流量是否符合设计要求，工作压力是否平稳，液压泵站各个部位是否有泄漏，还需要注意液压泵站的噪声和振动等是否异常。同时，注意检查压力传感器、温度传感器指示是否正确，可以使用相关测量仪器进行标定。在检验液压系统初始阶段，液压系统需要在小压力下运行一段时间，然后再逐渐增加系统压力，以使液压系统完成磨合，发挥出液压系统的最大性能。
在前面电气和液压部分检验完成的基础上，最后进行加载台架的检验，检验的范围包括：加载台架强度、刚度、行程范围等，注意检查加载台架夹具是否能够牢固地夹紧液压缸，并对安装在加载台架上的负载力传感器和限位开关进行标定和校验。检测系统通过安装、调试与运行，能够完成液压缸的型式试验和出厂试验，检测系统稳定运行，证明了系统设计合理、软件结构成熟、控制策略正确。
Claims (4)
1.液压缸综合性能测试系统，其特征在于：包括比例液压系统、电气控制系统、液压加载台架；
所述的比例液压系统包括比例放大器、电气-机械转换器、液压放大器和检测反馈机构组成；所述液压放大器包括先导级阀和功率级主阀；先导级阀接受电气-机械转换器输入的位移、转角信号，将机械量转换成液压力驱动主阀；功率级主阀将先导级阀的液压力转换为流量或压力输出；检测反馈机构将主阀控制口或者先导级阀口的压力、流量或阀芯的位移反馈到先导级阀的输入端或比例放大器；
所述电气控制系统包括工控机，数据采集卡、传感器和阀件电器元件；所述数据采集卡通过PCI、USB、PXI、ISA、PCMCIA、火线接入计算机，实现数据采集功能，输入输出数字开关量和模拟量；所述传感器包括压力传感器、位移传感器、温度传感器和力传感器；所述阀件电器元件包括比例溢流阀和比例流量阀和比例阀件放大器。
2.根据权利要求1所述的液压缸综合性能测试系统，其特征在于：所述比例液压系统具体包括：油温传感器、液位继电器、力传感器、压力传感器、压力表、电机、油泵、过滤器、冷却器、被试缸、加载缸、单向阀、换向阀、截止阀、比例溢流阀、比例调速阀和直动式溢流阀；所述换向阀包括二位二通电磁换向阀和三位四通电磁换向阀。
3.根据权利要求1所述的液压缸综合性能测试系统，其特征在于：所述的液压系统中液压油路和液压阀部分采用了集成块设计，液压阀安装在集成块的四个垂直表面，压力传感器安装于集成块上表面，油泵电机组采用了上置立式的方式安装。
4.根据权利要求1所述的液压缸综合性能测试系统，其特征在于：所述液压加载台架为卧式并联结构，加载台架包括：台架主体、台架主体后端设置台架后挡板，台架中间设置横梁，台架后挡板上设置液压缸安装夹具，横梁上设置转轴，台架主体两边平行放置加载缸和被试缸，通过夹具设置于台架主体上，加载缸和被试缸都会绕轴座转动。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |