王志博，蘇東海，賈永帥，葛憲順，李順新

（沈陽工業(yè)大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，沈陽110870）

0 引 言

引風(fēng)機(jī)是火電廠重要的輔助設(shè)備之一，由于其處于長時(shí)間連續(xù)工作狀態(tài)和惡劣的工作環(huán)境中，所以故障率比較高，而引風(fēng)機(jī)風(fēng)量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)有一部分就是利用液壓伺服系統(tǒng)來完成的[1-2]，因此作為執(zhí)行元件的伺服液壓缸的性能直接影響引風(fēng)機(jī)能否正常工作和工作的可靠性。利用風(fēng)機(jī)風(fēng)量調(diào)整液壓缸試驗(yàn)裝置對液壓缸進(jìn)行各種性能測試，對液壓缸出廠及修復(fù)具有重要意義[3]。原有風(fēng)機(jī)風(fēng)量調(diào)整試驗(yàn)裝置存在一些缺陷和不足，無法充分滿足試驗(yàn)要求。現(xiàn)研制了一種新型風(fēng)機(jī)風(fēng)量調(diào)整電液伺服缸試驗(yàn)裝置，能夠更好地滿足試驗(yàn)要求。

1 原有風(fēng)機(jī)風(fēng)量調(diào)整電液伺服缸試驗(yàn)裝置

原有風(fēng)機(jī)風(fēng)量調(diào)整電液伺服缸試驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)如圖1所示。該試驗(yàn)裝置為兩液壓缸對地面相對靜止的液壓缸對頂試驗(yàn)臺。電液伺服缸活塞受伺服閥控制產(chǎn)生動(dòng)作，兩活塞通過法蘭連接，并由加載缸提供加載力。試驗(yàn)缸通過旋轉(zhuǎn)接頭配油，加載缸則直接配油[4]。性能都會(huì)與靜止情況不同。原有電液伺服缸試驗(yàn)裝置中，試驗(yàn)缸相對地面靜止，無法準(zhǔn)確模擬實(shí)際工況，使原有試驗(yàn)裝置測試數(shù)據(jù)不夠準(zhǔn)確。

圖1 現(xiàn)有試驗(yàn)裝置機(jī)械結(jié)構(gòu)

在風(fēng)機(jī)的實(shí)際應(yīng)用中，會(huì)根據(jù)不同工況采用不同規(guī)格的風(fēng)機(jī)，而不同規(guī)格的風(fēng)機(jī)中電液伺服缸規(guī)格也有所不同。原有電液伺服缸試驗(yàn)裝置無法滿足對多種型號的試驗(yàn)缸進(jìn)行測試，每增加一種型號的試驗(yàn)缸就需要增加一套試驗(yàn)裝置，設(shè)計(jì)生產(chǎn)成本較高，不利于系列產(chǎn)品開發(fā)。

2 新型風(fēng)機(jī)風(fēng)量調(diào)整電液伺服缸試驗(yàn)裝置優(yōu)點(diǎn)

該新型高速旋轉(zhuǎn)試驗(yàn)裝置能夠模擬伺服液壓缸在風(fēng)機(jī)風(fēng)量調(diào)節(jié)過程中的實(shí)際工況，這就使檢測結(jié)果更加接近實(shí)際，可參考性更高，對壓力損失、泄漏量、電液伺服液壓缸動(dòng)態(tài)性能等參數(shù)的測量更準(zhǔn)確，可為產(chǎn)品出廠及維修提供指導(dǎo)。

并且該試驗(yàn)裝置可以滿足多種型號試驗(yàn)缸的試驗(yàn)需求，無需更換安裝法蘭和加載缸，直接更換試驗(yàn)缸即可，使系列產(chǎn)品試驗(yàn)更加便捷，降低了試驗(yàn)設(shè)備開發(fā)成本，有利于系列產(chǎn)品的研制。

3 試驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

圖2 新型試驗(yàn)臺機(jī)械結(jié)構(gòu)

風(fēng)機(jī)風(fēng)量調(diào)整電液伺服缸試驗(yàn)裝置的機(jī)械結(jié)構(gòu)組成如圖2所示。1.位移傳感器 2.試驗(yàn)缸 3.試驗(yàn)缸連接板 4.試驗(yàn)缸桿接頭 5. 試驗(yàn)缸連接法蘭 6. 加載缸連接法蘭7.加載缸 8.試驗(yàn)缸位移傳感器 9.試驗(yàn)臺架

伺服液壓缸在實(shí)際工況中跟隨風(fēng)機(jī)葉片進(jìn)行1500 r/min 高速旋轉(zhuǎn)，在高速旋轉(zhuǎn)情況下電液伺服缸的壓力損失、泄漏量、動(dòng)態(tài)

該試驗(yàn)臺是由動(dòng)力源部分1、加載缸部分2、試驗(yàn)缸部分3和連接部分4組成。

3.1 動(dòng)力源部分

動(dòng)力源部分主要由電動(dòng)機(jī)與帶輪組成。為實(shí)現(xiàn)模擬風(fēng)機(jī)高速旋轉(zhuǎn)，電動(dòng)機(jī)通過帶傳動(dòng)為系統(tǒng)提供轉(zhuǎn)動(dòng)力，試驗(yàn)缸、加載缸、配油軸、兩缸外殼及連接部分都同步高速旋轉(zhuǎn)，整個(gè)旋轉(zhuǎn)部分由兩個(gè)軸承座支撐。整個(gè)旋轉(zhuǎn)部分以1500 r/min高速旋轉(zhuǎn)，達(dá)到模擬風(fēng)機(jī)高速旋轉(zhuǎn)工況的目的。

3.2 加載缸部分

加載缸部分如圖3所示。

圖3 加載缸部分結(jié)構(gòu)

因?yàn)檎麄€(gè)系統(tǒng)在試驗(yàn)時(shí)處于高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，為解決系統(tǒng)供油問題，使用旋轉(zhuǎn)接頭與配油軸為加載缸配油。此外，配油軸軸身有多段定位軸肩并鑲有傳動(dòng)鍵，兼具為加載缸配油功能與傳動(dòng)功能。配油軸通過端部與加載缸螺紋連接帶動(dòng)加載缸軸向旋轉(zhuǎn)，同時(shí)通過傳動(dòng)鍵和加載缸外殼為試驗(yàn)部分提供轉(zhuǎn)矩。旋轉(zhuǎn)接頭除供油回油口外，還開有泄漏油口，可通過泄漏油口測量加載系統(tǒng)的泄漏量。旋轉(zhuǎn)接頭工作時(shí)要求外套固定內(nèi)芯旋轉(zhuǎn)，使用旋轉(zhuǎn)接頭支架作為輔助支撐，固定旋轉(zhuǎn)接頭外套。

為防止可能出現(xiàn)的懸臂情況，經(jīng)過計(jì)算校核，使用圓錐滾子軸承座支撐加載缸部分，提高了裝置主軸的剛度，并且將軸承座設(shè)計(jì)為分體式結(jié)構(gòu)，方便安裝。

3.3 試驗(yàn)缸部分

試驗(yàn)缸部分如圖4所示。

與加載部分不同，因?yàn)檗D(zhuǎn)動(dòng)力由加載部分提供，所以試驗(yàn)缸部分采用旋轉(zhuǎn)接頭直接與試驗(yàn)缸相連供油。試驗(yàn)缸旋轉(zhuǎn)接頭支架和角接觸球軸承軸承座與加載部分相同，分別起到固定旋轉(zhuǎn)接頭外套和支撐試驗(yàn)缸部分提高結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的作用。

圖4 試驗(yàn)缸部分結(jié)構(gòu)

在試驗(yàn)部分的旋轉(zhuǎn)接頭端部添加位移傳感器，通過檢測試驗(yàn)缸活塞距離反饋給電液伺服閥，形成閉環(huán)控制。泵站上電液伺服閥與試驗(yàn)缸旋轉(zhuǎn)接頭連接，由上位機(jī)傳遞動(dòng)作信號控制試驗(yàn)缸活塞軸向動(dòng)作。

3.4 連接部分

兩缸分別與法蘭盤、外殼、鐘罩螺紋連接，使兩缸體達(dá)到同步轉(zhuǎn)動(dòng)。同樣兩缸活塞桿也通過法蘭螺紋連接在一起。因?yàn)閮筛谆钊麠U與缸體之間存在足夠大的摩擦力，所以兩缸活塞桿也能達(dá)到與缸體同步轉(zhuǎn)動(dòng)的目的。由加載缸外殼傳遞的轉(zhuǎn)矩通過加載缸法蘭、連接鐘罩、試驗(yàn)缸法蘭傳遞到試驗(yàn)缸，從而保證試驗(yàn)部分能與加載部分同步旋轉(zhuǎn)。

因?yàn)閷?shí)際風(fēng)機(jī)產(chǎn)品中有規(guī)格不同的幾種試驗(yàn)缸，為保證試驗(yàn)裝置可對不同規(guī)格試驗(yàn)缸進(jìn)行測試，在試驗(yàn)缸法蘭和試驗(yàn)缸活塞桿法蘭在安裝位置開多排螺紋安裝孔，更換試驗(yàn)缸時(shí)只需要拆卸法蘭上試驗(yàn)缸的安裝螺栓即可，無需拆卸其他元件，使試驗(yàn)缸更換更便捷。

4 試驗(yàn)裝置液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)

風(fēng)機(jī)風(fēng)量調(diào)整電液伺服缸試驗(yàn)裝置的液壓原理圖如圖5所示。其液壓系統(tǒng)由試驗(yàn)缸系統(tǒng)、加載缸系統(tǒng)組成。

圖5 液壓原理圖

1）試驗(yàn)缸系統(tǒng)由兩個(gè)定量葉片泵、電液伺服閥、試驗(yàn)缸，以及一系列控制閥和傳感器組成。采用雙泵供油，兩個(gè)不同流量泵分別為不同規(guī)格試驗(yàn)缸供油，從而減小整個(gè)系統(tǒng)功率。電液伺服閥根據(jù)位移傳感器反饋的數(shù)據(jù)進(jìn)行換向等操作，實(shí)現(xiàn)液壓缸活塞軸向移動(dòng)。

2）加載系統(tǒng)由定量葉片泵、多個(gè)先導(dǎo)式溢流閥和單向閥組成。加載系統(tǒng)采用橋式回路，加載缸兩腔壓力直接通過調(diào)節(jié)其中兩個(gè)溢流閥的壓力調(diào)定，再根據(jù)加載缸有效面積換算出需要的加載力；為避免補(bǔ)油腔補(bǔ)油不足，在加載系統(tǒng)中加入了一個(gè)補(bǔ)油泵，配合小功率的電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)強(qiáng)制補(bǔ)油[5]。

3）在試驗(yàn)缸系統(tǒng)泵出口、加載系統(tǒng)加載缸進(jìn)出口都裝有壓力傳感器、流量傳感器，試驗(yàn)缸裝有位移傳感器，油箱上裝有溫度傳感器，采集卡通過采集這些傳感器的信號，將試驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示在顯示器上，方便操作人員實(shí)時(shí)觀測試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

5 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)

計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)如圖6所示。

圖6 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)

計(jì)算機(jī)控制采集系統(tǒng)由溫度傳感器、壓力傳感器、流量傳感器、位移傳感器、數(shù)據(jù)采集卡、計(jì)算機(jī)、PLC 等 組成。計(jì)算機(jī)主要完成數(shù)據(jù)處理、分析、計(jì)算、存儲(chǔ)和打印等任務(wù)[6]。計(jì)算機(jī)計(jì)算和分析后的數(shù)據(jù)、繪制的試驗(yàn)曲線通過顯示器顯示。試驗(yàn)臺采用數(shù)據(jù)采集卡作為數(shù)據(jù)采集的主要單元，數(shù)據(jù)采集卡性能穩(wěn)定，數(shù)據(jù)處理速度快，采樣速率高，抗干擾性好。采集卡將從各個(gè)傳感器采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)進(jìn)行計(jì)算，再利用PLC完成電氣控制系統(tǒng)開關(guān)量的采集，通過RS485轉(zhuǎn)RS232完成與上位機(jī)通信。

6 結(jié) 論

該新型試驗(yàn)裝置改進(jìn)了試驗(yàn)臺機(jī)械結(jié)構(gòu)，彌補(bǔ)了原有試驗(yàn)臺的不足，使試驗(yàn)更接近實(shí)際工況，通用性更好，操作更便捷。液壓系統(tǒng)中采用橋式回路，方便加載缸的壓力調(diào)劑與補(bǔ)油，采用雙泵供油有效減小系統(tǒng)功率，起到節(jié)能作用。該新型試驗(yàn)裝置可以對風(fēng)機(jī)風(fēng)量調(diào)整高速電液伺服缸進(jìn)行靜態(tài)測試和動(dòng)態(tài)測試，因?yàn)樵囼?yàn)裝置更接近實(shí)際工控，測試參數(shù)更加具有參考性，可為產(chǎn)品出廠與維修提供指導(dǎo)。