液压阀疲劳试验台的研发

李天泽

摘要：液压阀的应用质量直接反映在液压系统的调节品质上，除液压阀自身质量因素外，正确地设计、选型、使用和维护也十分重要，装备维修过程中因不掌握液压阀的功能特性、工作原理、使用注意事项造成的液压系统工作异常案例时有发生。本文针对影响工程机械主控制阀可靠性的主要因素，从阀体铸件现状、试验台液压原理设计、测控系统构建、测试系统软件设计和具体试验项目方面，介绍了搭建工程机械主阀疲劳试验台液压系统和测控软件的研究成果。该试验台已交付国内知名主机厂并成功运行，填补了国内行业空白。

关键词：液压阀；疲劳试验台；研发

引言

当前，随着液压技术的快速发展，液压传动技术的运用范围也越来越广，同时许多新型的液压阀也应运而生。为了研究一种新型比例压力流量集成阀的特性，专门为这种新型比例压力流量集成阀设计了一个试验台。因此，针对比例压力流量集成阀试验台液压系统，设计电气控制系统的硬件和软件;采用计算机辅助技术实现数据采集、显示和数据控制处理功能;实现对某型比例压力流量集成阀液压试验台的设计，并对其进行性能测试。

1液压试验台系统设计

1.1系统概述

该压力流量集成阀液压试验台系统由液压试验系统、电气控制系统和操作显示系统组成。其中，液压试验台系统的液压部分运用了模块化的设计，主要是由油源、调压阀块1、被试阀测试阀块2、回油及泄漏流量测试阀块3组成。该液压测试系统包含了压力和流量传感器，用于试验数据的测量。液压试验台系统的电气控制系统及数据采集显示系统采用了上位机系统、PLC、数据采集卡等主要元器件，通过以太网进行通讯，用于实现数据的上传与下载，具有数据储存、性能曲线绘制、报告生成及打印功能。液压试验台选用了一种10″的带有触摸屏操作显示系统，试验人员可以利用以太网与上位机的通讯，并通过触摸屏完成各项试验的操作。

1.2液压系统设计

根据国家标准和机械行业标准，某型比例压力流量集成阀的液压试验台需要满足以下几个试验方法的国家标准:流量控制阀使用GB8104—87;压力控制阀使用GB8105—87;方向控制阀使用GB8106—87。同时，该试验台也需要满足比例多路阀机械行业试验标准(JB/T8729—2013)。液压试验原理图中，阀块1主要起调节液压系统压力的作用，阀块2主要起对被试集成阀测试的作用，阀块3主要起回油、泄漏流量测试及背压的作用。

2试验台组成

试验台主要由液压系统、电气控制系统和数据采集系统组成。本文分别从试验台液压系统原理、测控系统、试验台软件设计和性能试验这四部分来介绍。

2.1试验台液压系统原理

为了完整地研究液压阀腔体性能，需要做疲劳测试，对液压系统的先导电比例变量主泵供油回路、伺服控制回路、油液清洁循环及温度控制回路等进行测试。伺服控制回路中，伺服阀通过换向控制增压缸的伸出与缩回动作，在高压侧实现建压和卸荷功能；通过压力传感器10.3来监测增压缸的输出压力。蓄能器组设计在伺服阀的Ｐ口油路上，用于补充脉冲波产生时所需要的大流量。位移传感器安装在增压缸的外伸杆上，用于监测增压缸活塞的位移。伺服阀和伺服缸作为脉冲试验台的核心，采用了高度集成化设计，有效地减少了管路连接，降低了泄漏点数量，更重要的是减少了增压后容腔的大小，提高了液压系统的刚度，缩短了系统的起压时间。油液清洁循环功能与温度控制功能设计在同一个回路，由循环泵电机和循环泵提供液压油源，由循环泵电比例溢流阀控制供油压力。温度传感器采集被测试容腔内油液的温度，当被测试容腔内的温度超出（高于或者低于）测试要求的温度范围后，主油路分支一路压力信号源到换向阀驱动液控单向阀21.1，21.2，21.3。此时，循环温控回路的油会推开单向阀进入到被测试容腔，实现了整个试验台的热平衡。另外，增压油缸会存在适当的内泄漏，被测试容腔连接管接头也会存在适当的外泄漏。经过长期的脉冲试验，从增压缸高压侧到被测试容腔会出现油量减少的现象。此时，把循环泵电比例溢流阀的压力调上来，则循环温控回路的油会在脉冲周期的降压力时间段对压力容腔进行补油，补油量的多少可以由增压缸的位移传感器来判断。

2.2测控系统构建

试验台的测控系统由电气控制系统、数据采集系统（DAQ）和计算机控制系统组成。其硬件构成主要包括研华工控机、西门子PLC、传感器、数据采集卡和比例放大器等。试验台控制分为上位机、下位机，分别采用研华工控机和西门子PLC系列，上位机和下位机采用以太网通讯。数据采集卡（模块）与工控机通过PCI总线进行通讯。电气控制柜需具有通风冷却功能，并保证强、弱电隔离。各传感器和仪表的信号线必须采用带屏蔽的通讯电缆，进出控制柜的电缆必须通过全封闭的工业航空插座引入，信号线和强电必须分离，以提高整个测控系统的抗干扰能力，保证信号传输的稳定性。

2.3试验台软件设计

试验台的软件具有自主知识产权，是以NI的LVabIEW平台进行二次开发的软件，其秉承了LVabIEW人机交互友好、界面简洁明了的优点。测控软件自动执行测试工艺流程，自动判断每个测试项目是否合格，自动保存每台产品测试的相关过程及判定数据。主界面包含曲线显示区、参数区、指示灯显示区、参数功能设置区和按钮区。测试期间，曲线显示区绘制系统的输出压力与时间关系曲线，并设计有一些曲线区域放缩工具；参数区显示测试时间、实时参数、试验结果和修正参数；修正参数区（用于方波）可进行波谷修正和零点修正。其中波谷修正调整波谷值的大小，默认值为44（相对值），当波谷值低于20MPa时，稍微上调波谷修正值，可达到所需的波谷值，修正值与波谷实际值成正比关系。零点修正是调整波谷曲线倾斜度，默认值为“-0.05”，该值小则波谷曲线倾斜度小，曲线越平稳。指示灯显示区用来指示测试系统的状态与报警信号。参数设置区包括试验参数与产品信息两部分。报表导出按钮负责将试验结果与数据导入至Ｅｘｃｅｌ。报表导出步骤如下：（１）打开数据库：“在打开数据库”路径选择目标数据库路径。（２）点击“导报表”按扭。（３）导成功之后，点击“退出”按扭，退出测试系统。当自动控制系统停止，系统降压，当检测工件处卸压为零，则可拆卸工件，完成检测。以上试验压力数据均通过压力传感器、位移传感器实时监控，并通过无纸记录仪记录，所有试验数据可保存追溯，生成报表。通过压力传感器与测试时间周期来监测被测物件是否泄漏，其反应灵敏、精度高，若试验过程中发生泄漏，试验台会触发保护程序，自动停止。

结束语

本试验台是为国内某主机厂专门研制的液压阀体疲劳试验台，液压阀耐久性试验是整个液压阀完整试验的一个重要组成部分，目前在部分国际标杆企业有一定的应用，该试验台的成功运行填补了国内行业空白。该系统具有高可靠性、操作方便便捷、节能环保等优点。试验台可进行液压阀腔体加速疲劳试验，为阀体的可靠性研究、提升创造了重要手段。

参考文献

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