周旭輝，魏建義，李芳，牛振華，劉志清

(1.安陽(yáng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南安陽(yáng) 455000;2.安陽(yáng)凱拓機(jī)械有限公司，河南安陽(yáng) 455000)

一種高效液壓缸清洗試驗(yàn)機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

周旭輝1，魏建義1，李芳1，牛振華1，劉志清2

(1.安陽(yáng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南安陽(yáng) 455000;2.安陽(yáng)凱拓機(jī)械有限公司，河南安陽(yáng) 455000)

使用在一些重要場(chǎng)合的液壓缸，安裝前除需要進(jìn)行各種常規(guī)測(cè)試外，還對(duì)液壓缸自身的清潔度等級(jí)提出較高要求，但普通的液壓缸試驗(yàn)臺(tái)無(wú)法保證實(shí)驗(yàn)液壓缸的清潔度。著重介紹一種液壓缸清洗試驗(yàn)機(jī)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)，該系統(tǒng)充分運(yùn)用電液比例自動(dòng)控制，較為快捷地實(shí)現(xiàn)了試驗(yàn)壓力與流量等參數(shù)的自動(dòng)化控制調(diào)節(jié)，提高了設(shè)備的工作效率，最大程度地保證了實(shí)驗(yàn)液壓缸自身的清潔度等級(jí)，提高了主機(jī)液壓系統(tǒng)的可靠性。

液壓缸清洗試驗(yàn)臺(tái);液壓缸清潔度

液壓缸是液壓系統(tǒng)主要的執(zhí)行元件，廣泛應(yīng)用于各種機(jī)械設(shè)備中，其性能直接影響所屬主機(jī)設(shè)備的使用功能和穩(wěn)定性。液壓缸制造商在產(chǎn)品出廠前應(yīng)對(duì)其進(jìn)行嚴(yán)格的測(cè)試，比如試運(yùn)行試驗(yàn)、最低啟動(dòng)壓力和往復(fù)運(yùn)動(dòng)試驗(yàn)、耐壓試驗(yàn)、保壓試驗(yàn)、泄漏試驗(yàn)等，但往往忽略液壓缸自身清潔度的保證和檢測(cè)，由于制造及組裝條件所限，油腔中難免存在機(jī)械雜質(zhì)。而對(duì)于用戶，例如各種主機(jī)制造商而言，重要的液壓缸安裝前，除需要再次檢驗(yàn)上述的指標(biāo)外，為保證整機(jī)液壓系統(tǒng)的清潔度和可靠性，對(duì)于液壓缸自身的清潔度有較高要求，避免液壓缸本身對(duì)液壓系統(tǒng)造成污染。例如大型液壓起重機(jī)、大型混凝土泵車使用的液壓缸，其性能要求極其嚴(yán)格。但常規(guī)的液壓缸試驗(yàn)臺(tái)往往不能滿足上述對(duì)液壓缸清潔度的要求。作者設(shè)計(jì)的液壓缸試驗(yàn)臺(tái)除可對(duì)各種型號(hào)油缸進(jìn)行試運(yùn)行試驗(yàn)、最低啟動(dòng)壓力和往復(fù)運(yùn)動(dòng)試驗(yàn)、耐壓試驗(yàn)、保壓試驗(yàn)、泄漏試驗(yàn)外，還可以對(duì)液壓缸自身進(jìn)行徹底的清洗，保證清潔度在較短的時(shí)間內(nèi)可達(dá)到NAS1638 7級(jí)或更高，并且可對(duì)液壓缸進(jìn)行超高壓力 (50 MPa)試驗(yàn)，最大限度保證其可靠性。

1 系統(tǒng)關(guān)鍵功能的設(shè)計(jì)思路

根據(jù)設(shè)備的功能要求，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)清洗功能及壓力試驗(yàn)時(shí)的壓力調(diào)節(jié)是液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵?，F(xiàn)分別將設(shè)計(jì)思路與原理闡述如下。

1.1 自動(dòng)清洗功能

清洗液壓缸可以利用其進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)的液壓油紊流流動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。在液壓缸的往復(fù)運(yùn)動(dòng)中，液壓油將油缸內(nèi)的機(jī)械雜質(zhì)帶出，通過(guò)設(shè)置在管路的高精度過(guò)濾器將雜質(zhì)捕捉。因?yàn)檫^(guò)濾器設(shè)置在管道上，油液工況為雙向流動(dòng)，所以應(yīng)將過(guò)濾器設(shè)計(jì)成可實(shí)現(xiàn)雙向過(guò)濾功能。其液壓原理圖如圖1所示。

圖1 過(guò)濾器原理

制作上，可以選用板式連接高壓過(guò)濾器，整流單向閥安裝在集成塊上。

液壓缸往復(fù)運(yùn)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)，可以利用可編程控制器設(shè)置程序?qū)崿F(xiàn)，具體控制模式可以采用壓力控制及時(shí)間控制來(lái)完成。液壓缸的運(yùn)動(dòng)速度可以通過(guò)采用電液比例方向閥來(lái)控制。通過(guò)操作臺(tái)設(shè)定可以無(wú)極調(diào)節(jié)運(yùn)動(dòng)速度。

1.2 壓力調(diào)節(jié)功能

對(duì)于液壓缸試驗(yàn)臺(tái)而言，要完成各種壓力試驗(yàn)項(xiàng)目，對(duì)系統(tǒng)的功能主要要求有兩點(diǎn):(1)經(jīng)濟(jì)可靠地實(shí)現(xiàn)高壓 (50 MPa或更高);(2)方便實(shí)現(xiàn)壓力測(cè)試曲線的設(shè)定。對(duì)于前者，使用震蕩式自動(dòng)增壓器是理想的選擇，這樣對(duì)系統(tǒng)的主泵壓力級(jí)別要求較低，大大降低了制造成本。后者，可以選擇使用比例壓力控制閥來(lái)實(shí)現(xiàn)壓力的自動(dòng)調(diào)節(jié)，這樣可方便地控制增壓器的入口油壓，實(shí)現(xiàn)高壓可控。

圖2 液壓系統(tǒng)原理圖及主要元件

2 液壓系統(tǒng)原理圖設(shè)計(jì)

該液壓缸清洗試驗(yàn)機(jī)液壓系統(tǒng)原理圖如圖2所示。該液壓系統(tǒng)由試驗(yàn)缸清洗回路、壓力控制回路、復(fù)位缸控制回路、循環(huán)過(guò)濾回路組成，現(xiàn)分別闡明系統(tǒng)及各回路的控制原理。

(1)系統(tǒng)壓力控制。

該液壓系統(tǒng)主泵1采用A4VSO型恒壓變量泵。泵的變量壓力設(shè)定為20 MPa。液壓泵1與電磁溢流閥5共同控制系統(tǒng)的工作壓力。溢流閥5為系統(tǒng)安全閥。為降低系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)的液壓與電氣沖擊，設(shè)計(jì)上采用了以下方式:首先液壓泵電機(jī)安裝軟啟控制器，最大限度降低啟動(dòng)電流;其次，程序上設(shè)定使啟動(dòng)泵時(shí)，電磁溢流閥5處于開(kāi)啟狀態(tài)，泵運(yùn)轉(zhuǎn)5 s后溢流閥恢復(fù)正常狀態(tài)，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了無(wú)壓?jiǎn)?dòng)。同樣道理，為降低能源消耗，在工作間隙，操作工可以通過(guò)系統(tǒng)泄壓按鈕來(lái)使電磁溢流閥5開(kāi)啟，液壓系統(tǒng)卸壓而不必頻繁停泵。

(2)自動(dòng)清洗功能。試驗(yàn)缸清洗回路主要由電液比例換向閥20、數(shù)字式壓力繼電器11、高壓過(guò)濾器42、試驗(yàn)液壓缸及相關(guān)的轉(zhuǎn)換閥門35、36組成。自動(dòng)循環(huán)清洗的運(yùn)動(dòng)主要由電液比例換向閥20來(lái)控制。液壓缸清洗有兩種控制模式:壓力控制模式與時(shí)間控制模式。控制原理如下:首先是壓力控制模式。在這種模式下，電液比例換向閥的換向是根據(jù)設(shè)置在液壓閥出口A、B管道上的壓力繼電器訊號(hào)來(lái)控制的。當(dāng)液壓缸伸出到達(dá)極限位置時(shí)，液壓缸無(wú)桿腔管路的壓力會(huì)升高并最終達(dá)到泵輸出壓力，此時(shí)壓力繼電器11－1觸發(fā)，電液比例換向閥20換向，液壓缸縮回，當(dāng)液壓缸縮回至極限位置時(shí)，液壓缸有桿腔管路的壓力會(huì)升高并最終達(dá)到泵輸出壓力，此時(shí)壓力繼電器11－2觸發(fā)，電液比例換向閥20換向。如此反復(fù)，便可實(shí)現(xiàn)循環(huán)動(dòng)作。循環(huán)動(dòng)作的數(shù)目可以從操作面板的控制屏上方便地設(shè)定。其次是時(shí)間控制模式。在這種模式下，液壓缸伸出或縮回的運(yùn)動(dòng)時(shí)間由PLC進(jìn)行控制，當(dāng)時(shí)間達(dá)到后，電液比例換向閥20換向，同樣可實(shí)現(xiàn)循環(huán)動(dòng)作。時(shí)間參數(shù)同樣由操作面板的控制屏方便地設(shè)定。試驗(yàn)液壓缸的運(yùn)動(dòng)速度根據(jù)缸的具體尺寸應(yīng)及時(shí)調(diào)整，調(diào)整通過(guò)改變電液比例換向閥20的給定來(lái)實(shí)現(xiàn)。

(3)系統(tǒng)清潔度的控制?？刂圃囼?yàn)液壓缸的清潔度等級(jí)是該試驗(yàn)機(jī)的主要功能。為此，該液壓系統(tǒng)設(shè)置了多重過(guò)濾器。例如，液壓系統(tǒng)單獨(dú)設(shè)計(jì)了循環(huán)過(guò)濾回路，由循環(huán)泵2、冷卻器31、加熱器3、過(guò)濾器38組成，可有效控制油溫及系統(tǒng)清潔度，循環(huán)過(guò)濾精度為5μm。同時(shí)系統(tǒng)設(shè)置了回油過(guò)濾器18，過(guò)濾精度為10μm。為防止試驗(yàn)液壓缸內(nèi)的機(jī)械雜質(zhì)進(jìn)入系統(tǒng)對(duì)液壓元件造成損害，在試驗(yàn)缸清洗回路上設(shè)置了可雙向過(guò)濾的高壓過(guò)濾器42，過(guò)濾精度為10 μm。通過(guò)這些過(guò)濾器，事實(shí)證明，有效控制了系統(tǒng)清潔度，試驗(yàn)液壓缸在循環(huán)清洗30次后，清潔度基本達(dá)到了NAS7級(jí)。

(4)壓力試驗(yàn)功能。壓力試驗(yàn)是該試驗(yàn)機(jī)的關(guān)鍵功能。使用增壓器可以方便實(shí)現(xiàn)局部高壓功能，降低了對(duì)液壓主泵的壓力等級(jí)要求，可以靈活選用中壓系列工業(yè)液壓泵，降低了系統(tǒng)成本及制作難度。其液壓回路主要由比例減壓閥6、換向閥9、增壓器12、壓力變送器13及相關(guān)的轉(zhuǎn)換閥門組成。增壓器的增壓比為3.2，電磁換向閥9控制增壓器是處于增壓狀態(tài)或是卸壓狀態(tài)。比例減壓閥6控制進(jìn)入增壓器的輸入油壓，從而控制其最高輸出壓力。比例減壓閥6的給定可以在操作臺(tái)設(shè)定。壓力變送器13實(shí)時(shí)顯示增壓器的輸出油壓并顯示在操作面板上。通過(guò)PLC編程，可以方便地實(shí)現(xiàn)各種壓力測(cè)試功能。

3 結(jié)論

該油缸清洗試驗(yàn)機(jī)的液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)，充分運(yùn)用比例控制方式，實(shí)現(xiàn)了壓力與流量的復(fù)合控制，最大程度減化了系統(tǒng)設(shè)計(jì)。同時(shí)，巧妙運(yùn)用增壓回路，實(shí)現(xiàn)局部高壓使系統(tǒng)整體性能得到優(yōu)化，對(duì)其他類似功能的液壓系統(tǒng)有較強(qiáng)的應(yīng)用推廣價(jià)值。

［1］成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2004.

［2］雷天覺(jué).新編液壓工程手冊(cè)［M］.北京:北京理工大學(xué)出版社，1998.

［3］路甬祥.液壓氣動(dòng)技術(shù)手冊(cè)［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2004.

Hydraulic System Design of High Performance Hydraulic Cylinder W ashing and Testing Machine

ZHOU Xuhui1，WEIJianyi1，LIFang1，NIU Zhenhua1，LIU Zhiqing2
(1.Anyang Vocational and Technical College，Anyang Henan 455000，China;2.Anyang Kaituo Machinery Co.，Ltd.，Anyang Henan 455000，China)

The hydraulic cylinder used at important occasion requirementsmore for its cleanness，but the ordinary cylinder testingmachine can'tmeet this requirements.The design points of a cylinder testingmachine were introduced.Making full use of the electro-hydraulic proportional control，the automatic adjustmentof flow and pressurewas realized.So the efficiency of the equipment is improved，the hydraulic cylinder cleanness is guaranteed to the greatest extent，the reliability of the equipment is improved.

Hydraulic cylinder test-bed;Cleanness of hydraulic cylinder

TH137.51

A

1001－3881(2014)10－146－3

10.3969/j.issn.1001 －3881.2014.10.045

2013－04－23

中央財(cái)政支持提升專業(yè)服務(wù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展能力資助項(xiàng)目

周旭輝 (1976—)，男，高級(jí)工程師，主要從事液壓系統(tǒng)的教學(xué)與科研等方面的工作。E－mail:15518881369@163.com。