易建鋼

(江漢大學機電與建筑工程學院，湖北武漢430056)

電液比例閥廣泛應用于機床、冶金工業(yè)、工程機械、礦山機械、化工機械等行業(yè)中，是機械設備液壓系統(tǒng)中的重要構件，其質量和性能的好壞直接影響著液壓系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。隨著我國工業(yè)設備自動化程度的提高，在工業(yè)企業(yè)液壓系統(tǒng)中正在大量使用一類新型電液比例閥，這類元件以多級電反饋、小滯環(huán)、高響應為特征，內部帶有反饋電路，某些元件甚至帶有大型高精度反饋儀器，其本身就相當于一個復雜的系統(tǒng)，是控制整個液壓系統(tǒng)正常運行的關鍵設備。由于這類關鍵元件長期高負荷工作，易于發(fā)生損壞或性能下降。一旦元件性能參數(shù)無法滿足生產要求，就必須及時進行更換和維修，否則極易出現(xiàn)事故或影響生產。然而，國內現(xiàn)有檢測技術尚無法完全滿足這類昂貴的新型電液比例閥性能試驗要求，相關元件性能參數(shù)的檢測精度達不到工作要求，甚至部分國外進口的比例閥性能參數(shù)無法進行檢測。為了滿足生產急需，不少元件被迫送往國外生產廠家進行檢測，不僅檢測費用昂貴，而且常常為此延誤或影響生產。因此，對新型電液比例閥的計算機性能測試方法進行深入研究，進而研制相應的計算機測試平臺和測試軟件，不僅能確保這類液壓系統(tǒng)現(xiàn)場生產的正常運行，還能降低維修成本，并為高精度電液比例元件的國產化提供有力的技術支持。

1 新型電液比例閥測試方法

以某國有大型鋼鐵企業(yè)為例，調研發(fā)現(xiàn)該企業(yè)大量進口及投入使用的新型電液比例閥主要包括方向閥、溢流閥和減壓閥3種，如圖1所示。它們的共同特征是配備有專用的電控器和外置放大器，且內置了高精度傳感器。傳統(tǒng)的測試方法和普通液壓閥試驗臺已無法完成其性能技術指標的測試任務，因此必須建立一套新的數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)，由計算機對壓力、流量、溫度等試驗參數(shù)進行數(shù)據(jù)采集、量化和處理，以高速高精度完成電液比例閥的性能測試。

圖1 新型電液比例閥類型

圖2所示為新型電液比例閥液壓系統(tǒng)原理圖。系統(tǒng)中的元件3、元件4-1及元件5-1構成壓力閥的進口加載裝置，用于對比例溢流閥的靜態(tài)特性和動態(tài)特性進行測試;元件7-1、元件7-2、元件4-2和元件5-2構成壓力閥的出口加載裝置，用于對比例減壓閥的靜態(tài)和動態(tài)特性進行測試;上述進口加載裝置和出口加載裝置構成了比例加載系統(tǒng)，可模擬比例閥的各種負載工況，對比例方向閥的靜態(tài)和動態(tài)特性進行測試。變量泵1作為試驗系統(tǒng)的動力源，為保證快速切斷閥4的快速開閉，控制油源須按高壓設計。

圖2 新型電液比例閥液壓系統(tǒng)原理圖

具體測試方法如下:

(1)比例方向閥測試。將溢流閥2的壓力調高，做安全閥用。關閉快速切換閥4-1，調節(jié)調速閥3，使試驗流量通過被試閥。給被試閥6輸入額定電信號，通過計算機采集被試閥輸出信號。

(2)比例溢流閥測試。將溢流閥2的壓力調高，作安全閥用。關閉快速切換閥4-1，調節(jié)調速閥3，使試驗流量通過被試閥。通過計算機發(fā)出電信號，以小于或等于0.05 Hz的頻率在小于起始電信號和額定電信號之間變化，同時測量相應的壓力值。

(3)比例減壓閥測試。調節(jié)泵1的流量為被試閥試驗流量的1.25倍。調節(jié)溢流閥2為額定壓力。關閉調速閥3和快速切換閥4-1、4-2。給被試閥6輸入額定電信號，調節(jié)節(jié)流閥7-1使通過被試閥的流量為試驗流量。通過計算機發(fā)出信號，使輸入電信號以小于或等于0.05 Hz的頻率在小于起始電信號和額定電信號之間變化，同時測量相應的壓力值。

2 比例閥性能測試系統(tǒng)設計

為了完成上述測試任務，設計了如圖3所示的新型比例閥性能測試系統(tǒng)，它主要由計算機測試系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、電控系統(tǒng)、可編程控制器 (PLC)和被測元件組成。其中，計算機測試系統(tǒng)主要由工業(yè)控制計算機和數(shù)據(jù)采集卡組成，用于完成監(jiān)測和管理任務，并能進行靜態(tài)和動態(tài)測試實時采樣;液壓系統(tǒng)如圖2所示，用于實現(xiàn)液壓回路的動作;電控系統(tǒng)包括各類開關、繼電器和顯示燈，用于控制液壓系統(tǒng)中的泵、閥的啟停及狀態(tài)顯示;PLC用于協(xié)調液壓系統(tǒng)、計算機測試系統(tǒng)和電控系統(tǒng)，實現(xiàn)系統(tǒng)的全自動控制;被測元件即需測試的方向閥、減壓閥或溢流閥。PLC與計算機之間采用MPI(RS485)方式通訊，計算機測試系統(tǒng)采用SIEMENS公司的WINCC軟件實現(xiàn)對電控系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)的狀態(tài)監(jiān)控，所有測試參數(shù)均由電控系統(tǒng)中數(shù)顯表顯示，能方便地進行觀察和記錄。采用PLC控制器控制電機啟動和停止、油溫加熱和冷卻、液位、過濾器堵塞報警以及液壓系統(tǒng)互鎖控制。系統(tǒng)壓力調節(jié)、加熱冷卻和電機的啟停均可通過操作電控系統(tǒng)上的按鈕實現(xiàn)。所有測試內容由計算機控制完成，并能顯示、保存、打印測試性能曲線。

圖3 比例閥性能測試系統(tǒng)圖

3 軟件實現(xiàn)

根據(jù)上述對新型電液比例閥的性能檢測要求，作者采用Microsoft公司的Virsual C++編程設計了新型電液比例閥的計算機性能測試軟件，對其靜態(tài)特性及動態(tài)特性進行測試和分析，測試內容包括:

(1)流量特性。用于測試新型電液比例閥在給定信號下的流量-電流之間的關系;

(2)壓力特性。用于測試新型電液比例閥在給定信號下的壓力-電流之間的關系;

(3)靜耗特性。用于測試新型電液比例閥在給定信號下的泄漏量-電流之間的關系;

(4)頻率特性。用于測試新型電液比例閥在給定信號下的幅值比/相位差-頻率之間的關系;

(5)參數(shù)設置。用于設置測試信號通道、測試比例尺及坐標范圍等參數(shù)。

圖4為作者為某企業(yè)研制開發(fā)的新型電液比例閥測試系統(tǒng)計算機軟件主界面，圖5和圖6分別是某比例閥的流量特性和壓力特性實測曲線結果。通過與國外生產廠家所提供的原始性能曲線相比較，所開發(fā)的系統(tǒng)及軟件測試精度高、數(shù)據(jù)準確，能很好地檢測新型電液比例閥的靜態(tài)及動態(tài)性能參數(shù)。該系統(tǒng)已投入現(xiàn)場運行1年以上，實際運行情況表明:該系統(tǒng)使用正常，提高了生產效率，降低了維修成本和工作強度，提高了綜合經濟效益。

圖4 計算機測試主界面

圖5 流量特性測試

圖6 壓力特性測試

4 結論

新型電液比例閥以其響應速度快、控制精度高的特點而被廣泛地應用于許多液壓系統(tǒng)中。為了降低新型電液比例閥的檢測費用，提高液壓系統(tǒng)可靠性，給設備的檢修和維護提供可靠的技術保障，研究新型電液比例閥的計算機測試方法并設計相應的性能測試軟件是十分有必要的。作者提出了其靜態(tài)及動態(tài)特性的測試方法，建立了新型電液比例閥的自動測試系統(tǒng)，并開發(fā)了計算機測試軟件，解決了該類電液比例閥難以維修的難題。

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