基于功率匹配的油缸试验台液压系统设计

黄 烨

（浙江工业职业技术学院，浙江绍兴 312000）

0 前言

油缸作为液压传动的主要执行元件，广泛应用于工程机械、起重设备、冶金机械、农业机械、车辆工程、武器装备、航空航天装备等领域中，油缸质量和性能的好坏，直接影响整个液压系统和设备的正常工作，因此检验与测试油缸性能至关重要。在油缸开发、出厂检验、产品验收过程中，需要对液压缸进行试验。由于油缸的品种、规格多，因此，设计能满足不同直径与行程、不同负载（不同流量与压力）的液压缸通用试验台，并与负载功率匹配，提高试验台的运行效率，降低能源消耗显得非常必要。

按照GB/T 15622——2005 规定[1]，液压缸的型式检验项目有10项，其中耐久性试验消耗功率最多，是油缸试验台的关键。

1 油缸试验台液压系统设计

一般油缸试验台液压系统如图1～5所示，油缸试验台系统一般由被试缸子系统、加载缸子系统、检测控制子系统组成；按组成模块分供油模块、控制阀模块、电气控制模块等。

为了满足不同规格的油缸进行性能测试，油缸试验台需要提供不同的压力和速度。不同的被试油缸要承受不同的液压力，加载缸需要提供不同的加载压力，因此在被试液压缸支路和加载缸支路设置溢流阀调定压力；对于速度调节，加载子系统和被试缸子系统采用节流调速或变量泵调速。

如图1 为国标GB/T 15622—2005 液压缸型式试验液压系统原理图[1-2]，溢流阀3 调定加载缸的压力后，差动加载缸提供一定的负载，泵2 起补油作用；被试缸13的压力由17调整，往复速度由单向节流阀20、21调节。该系统简单实用，但节流调速发热量大，功耗大，不宜于高速和功率大的场合。将图1 中的节流调速改为变量泵调速，成为图2系统，减少功耗。

图1 单向节流调速液压系统

图2 变量泵调速液压系统

对于功率大的加载缸，采取换向阀控液压系统，如图3～5。

图3 中，泵2 和2’、16 和16’采取中高压泵、高压泵组合形式，可单独供油，流量大时可双泵供油，加载缸压力由加载阀6调节，并利用双向整流回路[3-4]。如果需要加载侧向力，由于侧向力一般为被试液压缸轴向力的10%，此力较小，可以在侧向加载支路上设置减压阀构成减压回路。

上述几种组合，采用的是节流调速，且由于泵所能直接提供的流量通常不能与油缸所需流量匹配，而是依靠溢流损失来满足的，故该液压系统总体功率损耗比较大。

图4 中，泵2 和13 采取中高压变量泵，利用比例阀和变量泵一起调节进入液压缸的流量——容积节流调速，由于容积节流调速没有溢流损失，效率高，速度稳定性好，调整范围大，且能准确控制油缸速度[5-6]。

图3 具有侧向加载的液压系统

图4 比例阀控液压系统

功率大，特别是功耗及发热量大时，应采取图5所示具有功率回收的液压系统[7]。当截止阀13关闭时，泵2、2’独立向加载缸供油，压力由溢流阀4、5调节。当截止阀13打开时，进行功率回收，此时有两种情况：（1）若截止阀7 关闭，泵17、17’向被试缸和加载缸有杆腔供油，泵17、17’压力由溢流阀15 调节；（2）若截止阀7 打开，泵2、2’、17、17’联合向两缸供油，此时截止阀14关闭，系统压力由溢流阀4、5调节（系统压力还可设置多级远程调节），这种情况下，可提供最大流量。

图5 具有功率回收的液压系统

该组合一般采取中低压变量泵与高压泵组合形式，也可采取三泵组合，分别为低压泵、中高压泵和高压泵，变量泵为系统提供主要油液，有恒压泵和恒流泵；高压泵作补油之用。

此外，有些油缸液压系统，在主高压回路中设置蓄能器，以减少系统压力脉动，提高系统稳定性。

2 结论

根据油缸规格、负载和运行速度不同，设计不同的试验台液压系统，选择不同的供油方式，做到能源与负载功率匹配，降低功率损耗，同时提高系统运行质量。

［1］GB/T 15622-2005.液压缸试验方法［S］.

［2］彭熙伟.液压缸综合性能试验台设计［J］.液压与气动，2011（11）：93-94.

［3］张新，陈尚兵.油缸试验台的液压系统［J］.煤矿机械，2010，2（31）：115-117.

［4］张立军，刘克铭.液压缸试验台液压系统的初步设计［J］.机床与液压，2008，12（36）：110-112.

［5］徐灏.机械设计手册·液压传动与控制：第5版［M］.北京：机械工业出版社，2010.

［6］王春行.液压控制系统［M］.北京：机械工业出版社，2004.

［7］纪跃波，张飞.高压高速液压缸耐久性试验功率回收节能技术［J］.集美大学学报，2010，3 （14）：63-67.