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      液壓缸性能測試試驗臺的研究
      添加時間:2023-12-02

      液壓缸是液壓系統的執行元件,它能將液壓能轉變為直線往復運動的機械能。因其結構簡單、工作可靠,在機械系統中得到了廣泛應用。目前,液壓缸生產廠家較多,液壓缸的性能和質量一方面要能滿足主機的要求,同時又要能達到液壓缸本身的標準指標。依據GB/T15622-2005和JB/T10205-2010標準,開發研制了液壓缸性能測試試驗臺。

      1 試驗臺的組成及工作原理
      試驗臺由臺架、液壓系統、電氣系統、測控軟件4 部分組成。
      1. 1 臺架結構設計
      該試驗平臺為了滿足被試液壓缸加載幅值寬、長度變化大的要求,設置了兩套結構相同、參數各異的試驗臺架,主要技術參數如表1所示。
      加載液壓缸與被試液壓缸處于同一軸線上,固定在封閉式加載框架內部,如圖2所示,封閉式加載框架由反力支座、臺架、反力桿、反力桿支架、鎖緊螺母組成。試驗臺做加載試驗時,加載液壓缸將作用力通過過渡件組件傳遞到被試液壓缸。導軌組件承受由于安裝誤差引起的側向力,同時起導向作用。過渡件組件(其中安裝力傳感器,用于測量被試液壓缸與加載液壓缸之間的作用力)在導軌的約束下,沿軸向滑動,起傳遞力的作用。封閉式加載框架將液壓缸之間的作用力轉化為系統的內力。通過調節過渡件長度可以試驗不同長度液壓缸;通過改變被試件工裝可以連接不同接口形式的液壓缸。
      1. 2液壓系統
      液壓系統主要由大通徑插裝閥、電液換向閥和比例閥組成。通過比例閥的精確可調性能,使液壓缸試驗臺的流量和壓力均可以簡便而精確的得到控制,以試驗不同型號的液壓缸。液壓原理圖如圖3所示。
      加載液壓缸與被試液壓缸處于同一軸線上,固定在封閉式加載框架內部,如圖2所示,封閉式加載框架由反力支座、臺架、反力桿、反力桿支架、鎖緊螺母組成。試驗臺做加載試驗時,加載液壓缸將作用力通過過渡件組件傳遞到被試液壓缸。導軌組件承受由于安裝誤差引起的側向力,同時起導向作用。過渡件組件(其中安裝力傳感器,用于測量被試液壓缸與加載液壓缸之間的作用力)在導軌的約束下,沿軸向滑動,起傳遞力的作用。封閉式加載框架將液壓缸之間的作用力轉化為系統的內力。通過調節過渡件長度可以試驗不同長度液壓缸;通過改變被試件工裝可以連接不同接口形式的液壓缸。
      1. 2液壓系統
      液壓系統主要由大通徑插裝閥、電液換向閥和比例閥組成。通過比例閥的精確可調性能,使液壓缸試驗臺的流量和壓力均可以簡便而精確的得到控制,以試驗不同型號的液壓缸。液壓原理圖如圖3所示。
      通過比例流量閥和比例溢流閥調節進入被試缸的壓力和流量,通過電液換向閥控制被試缸的伸出和縮回。加載缸由一橋式回路和插裝式比例溢流閥進行加載。被試缸與加載缸通過滑動小車進行連接,小車上安裝力傳感器,測量試驗過程中兩缸之間的作用力。
      為準確測量被試缸的最低起動壓力,特意在被試缸回路中增加一旁路,在小流量狀態下,通過精度更高的比例溢流閥和壓力傳感器控制試驗壓力,達到準確測量的目的。另外,實驗臺為耐壓試驗增加了超高壓測試回路,可以承受55 MPa壓力。試驗臺具備漏油回收裝置,通過接油盤對液壓缸試驗過程中及拆卸過程中產生的油液泄漏進行集中回收,回收的油液通過齒輪泵電機組和過濾器送回液壓源的油箱,既降低了液壓油的浪費,也防止了油液造成試驗環境污染。
      1. 3電氣系統
      液壓缸試驗臺電氣系統主要包括任務管理計算機、測控計算機、信號調理箱、UPS電源部分。
      任務管理計算機將操作人員的輸入指令和參數傳輸給測控計算機;測控部分按輸入指令和參數控制被試缸的運動和加載缸的加載,采集各傳感器的輸入信號并輸送給任務管理計算機,用于顯示并輸出試驗報告。信號調理箱數字信號調理箱和模擬信號調理箱,作用是將各傳感器的信號調理成標準信號輸入測控計算機,將測控計算機的輸出調理成電液比例閥、電磁換向閥能夠接收的信號;UPS電源部分負責任務管理計算機、測控計算機和信號調理箱的供電。
      液壓缸測控系統與中控室計算機采用以太網通訊,中控室計算機可對試驗臺控制系統進行遠程監控和控制。
      液壓缸測控系統與油源PLC采用RS485通訊,采集PLC輸出信號,了解油源運行情況和狀態,可以對油源進行遠程啟動、加載、停機等控制。
      1. 4測控軟件
      測控軟件采用LabVIEW軟件編寫。通過LabVIEW軟件中提供的各類控件,根據液壓缸試驗臺試驗流程和數據采集要求,編寫控制軟件。
      液壓缸試驗測試系統軟件界面
      軟件界面主要由幾部分組成:試驗臺狀態監視、被試缸信息、試驗數據實時顯示、手動控制、曲線顯示和自動控制項目標簽欄。軟件可以實現手動測試和項目自動測試兩種控制模式。界面中的各數據儀表,模擬顯示當前的測試數據和液壓系統狀態。通過數據記錄實時記錄試驗過程中的相關數據,并支持試驗報告的自動生成。
      2  臺架結構的分析及優化設計
      封閉式加載框架是試驗機的關鍵部件,它由反力桿、鎖緊螺母、反力支座與臺架組成。液壓缸固定在反力桿與臺架中間,做加載試驗時,封閉式加載框架將液壓缸之間的作用力轉化為系統的內力,整體協調變形,使得試驗臺對實驗室地基強度要求低。為了保證系統有足夠的強度和剛度,對其進行了有限元分析和優化設計。有限元分析結果如圖5~圖7所示,其最大應力為67MPa,Y向最大變形量為1.15 mm,Z向最大變形量為0.05 mm。
      3  試驗臺的特點
      (1)試驗臺適應能力強。加載能力大,適應被試件長度變化范圍寬,通過更換不同形式連接接口,使得試驗臺可以適應不同連接形式的被試件。
      (2)擁有獨特的剛性封閉式框架,可以將液壓缸之間的作用力轉化為系統內力,降低了試驗臺與地基之間的作用力,對實驗室地基強度要求低。
      (3)采用插裝閥和電液閥作為系統主要元件,可進行大流量測試。
      (4)采用比例壓力閥控制測試壓力,采用比例流量閥和壓力傳感器控制側時流量,無需單獨油源。
      (5)設有超高壓回路,一次安裝即可完成液壓缸兩腔的耐壓試驗。
      (6)設有泄漏油回收裝置,可以將拆裝被試缸時泄漏的液壓油回收,經過過濾后送回液壓源油箱。
      (7)測控柜采用模塊化,分為任務管理計算機、測控計算機、信號調理箱、UPS電源4個模塊。
      (8)軟件界面直觀易操作,手動自動切換方便。軟件功能強大,可以實現數據的采集、處理等各項工作,省去試驗員數據采集及處理工作,提高了效率和準確性。軟件具有可編寫性,可根據實際測試需要,添加測試功能?梢宰詣由稍囼瀳蟾。
      4  結論
      研制的液壓缸性能測試試驗臺能夠按照GB/T1562-2005對液壓缸進行測試,利用不同的工裝可以對工程機械上使用的絕大多數液壓缸(最大出力2800kN,最大行程6000mm)進行測試。液壓缸性能測試試驗臺研制成功具有三方面的意義:
      (1)在新產品開發和液壓缸的基礎研究方面,通過測試可驗證液壓缸技術性能是否達到預期設計目標。通過對測試數據和曲線的分析,可判斷液壓缸的結構方案是否合理、所用材料是否最佳,解決液壓缸在設計、加工、材料等方面存在的問題;幫助分析液壓缸最佳工作范圍,以便確定液壓缸合理工況,延長液壓缸使用壽命。
      (2)制造企業對批量產品進行質量控制時,通過定期和隨機抽樣測試,驗證產品的質量穩定性和可靠性,消除潛在問題,保證產品質量,提高用戶對產品的信任,有助于開發和穩
      固市場。
      (3)解決液壓缸生產廠家與使用單位之間對產品性能和質量方面的分歧問題。

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