一种高效液压缸清洗试验机液压系统设计方案

周旭辉，魏建义，李芳，牛振华，刘志清

(1.安阳职业技术学院，河南安阳 455000;2.安阳凯拓机械有限公司，河南安阳 455000)

一种高效液压缸清洗试验机液压系统设计方案

周旭辉1，魏建义1，李芳1，牛振华1，刘志清2

(1.安阳职业技术学院，河南安阳 455000;2.安阳凯拓机械有限公司，河南安阳 455000)

使用在一些重要场合的液压缸，安装前除需要进行各种常规测试外，还对液压缸自身的清洁度等级提出较高要求，但普通的液压缸试验台无法保证实验液压缸的清洁度。着重介绍一种液压缸清洗试验机液压系统的设计要点，该系统充分运用电液比例自动控制，较为快捷地实现了试验压力与流量等参数的自动化控制调节，提高了设备的工作效率，最大程度地保证了实验液压缸自身的清洁度等级，提高了主机液压系统的可靠性。

液压缸清洗试验台;液压缸清洁度

液压缸是液压系统主要的执行元件，广泛应用于各种机械设备中，其性能直接影响所属主机设备的使用功能和稳定性。液压缸制造商在产品出厂前应对其进行严格的测试，比如试运行试验、最低启动压力和往复运动试验、耐压试验、保压试验、泄漏试验等，但往往忽略液压缸自身清洁度的保证和检测，由于制造及组装条件所限，油腔中难免存在机械杂质。而对于用户，例如各种主机制造商而言，重要的液压缸安装前，除需要再次检验上述的指标外，为保证整机液压系统的清洁度和可靠性，对于液压缸自身的清洁度有较高要求，避免液压缸本身对液压系统造成污染。例如大型液压起重机、大型混凝土泵车使用的液压缸，其性能要求极其严格。但常规的液压缸试验台往往不能满足上述对液压缸清洁度的要求。作者设计的液压缸试验台除可对各种型号油缸进行试运行试验、最低启动压力和往复运动试验、耐压试验、保压试验、泄漏试验外，还可以对液压缸自身进行彻底的清洗，保证清洁度在较短的时间内可达到NAS1638 7级或更高，并且可对液压缸进行超高压力 (50 MPa)试验，最大限度保证其可靠性。

1 系统关键功能的设计思路

根据设备的功能要求，实现自动清洗功能及压力试验时的压力调节是液压系统设计的关键。现分别将设计思路与原理阐述如下。

1.1 自动清洗功能

清洗液压缸可以利用其进行往复运动时的液压油紊流流动来实现。在液压缸的往复运动中，液压油将油缸内的机械杂质带出，通过设置在管路的高精度过滤器将杂质捕捉。因为过滤器设置在管道上，油液工况为双向流动，所以应将过滤器设计成可实现双向过滤功能。其液压原理图如图1所示。

图1 过滤器原理

制作上，可以选用板式连接高压过滤器，整流单向阀安装在集成块上。

液压缸往复运动的实现，可以利用可编程控制器设置程序实现，具体控制模式可以采用压力控制及时间控制来完成。液压缸的运动速度可以通过采用电液比例方向阀来控制。通过操作台设定可以无极调节运动速度。

1.2 压力调节功能

对于液压缸试验台而言，要完成各种压力试验项目，对系统的功能主要要求有两点:(1)经济可靠地实现高压 (50 MPa或更高);(2)方便实现压力测试曲线的设定。对于前者，使用震荡式自动增压器是理想的选择，这样对系统的主泵压力级别要求较低，大大降低了制造成本。后者，可以选择使用比例压力控制阀来实现压力的自动调节，这样可方便地控制增压器的入口油压，实现高压可控。

图2 液压系统原理图及主要元件

2 液压系统原理图设计

该液压缸清洗试验机液压系统原理图如图2所示。该液压系统由试验缸清洗回路、压力控制回路、复位缸控制回路、循环过滤回路组成，现分别阐明系统及各回路的控制原理。

(1)系统压力控制。

该液压系统主泵1采用A4VSO型恒压变量泵。泵的变量压力设定为20 MPa。液压泵1与电磁溢流阀5共同控制系统的工作压力。溢流阀5为系统安全阀。为降低系统启动时的液压与电气冲击，设计上采用了以下方式:首先液压泵电机安装软启控制器，最大限度降低启动电流;其次，程序上设定使启动泵时，电磁溢流阀5处于开启状态，泵运转5 s后溢流阀恢复正常状态，系统实现了无压启动。同样道理，为降低能源消耗，在工作间隙，操作工可以通过系统泄压按钮来使电磁溢流阀5开启，液压系统卸压而不必频繁停泵。

(2)自动清洗功能。试验缸清洗回路主要由电液比例换向阀20、数字式压力继电器11、高压过滤器42、试验液压缸及相关的转换阀门35、36组成。自动循环清洗的运动主要由电液比例换向阀20来控制。液压缸清洗有两种控制模式:压力控制模式与时间控制模式。控制原理如下:首先是压力控制模式。在这种模式下，电液比例换向阀的换向是根据设置在液压阀出口A、B管道上的压力继电器讯号来控制的。当液压缸伸出到达极限位置时，液压缸无杆腔管路的压力会升高并最终达到泵输出压力，此时压力继电器11－1触发，电液比例换向阀20换向，液压缸缩回，当液压缸缩回至极限位置时，液压缸有杆腔管路的压力会升高并最终达到泵输出压力，此时压力继电器11－2触发，电液比例换向阀20换向。如此反复，便可实现循环动作。循环动作的数目可以从操作面板的控制屏上方便地设定。其次是时间控制模式。在这种模式下，液压缸伸出或缩回的运动时间由PLC进行控制，当时间达到后，电液比例换向阀20换向，同样可实现循环动作。时间参数同样由操作面板的控制屏方便地设定。试验液压缸的运动速度根据缸的具体尺寸应及时调整，调整通过改变电液比例换向阀20的给定来实现。

(3)系统清洁度的控制。控制试验液压缸的清洁度等级是该试验机的主要功能。为此，该液压系统设置了多重过滤器。例如，液压系统单独设计了循环过滤回路，由循环泵2、冷却器31、加热器3、过滤器38组成，可有效控制油温及系统清洁度，循环过滤精度为5μm。同时系统设置了回油过滤器18，过滤精度为10μm。为防止试验液压缸内的机械杂质进入系统对液压元件造成损害，在试验缸清洗回路上设置了可双向过滤的高压过滤器42，过滤精度为10 μm。通过这些过滤器，事实证明，有效控制了系统清洁度，试验液压缸在循环清洗30次后，清洁度基本达到了NAS7级。

(4)压力试验功能。压力试验是该试验机的关键功能。使用增压器可以方便实现局部高压功能，降低了对液压主泵的压力等级要求，可以灵活选用中压系列工业液压泵，降低了系统成本及制作难度。其液压回路主要由比例减压阀6、换向阀9、增压器12、压力变送器13及相关的转换阀门组成。增压器的增压比为3.2，电磁换向阀9控制增压器是处于增压状态或是卸压状态。比例减压阀6控制进入增压器的输入油压，从而控制其最高输出压力。比例减压阀6的给定可以在操作台设定。压力变送器13实时显示增压器的输出油压并显示在操作面板上。通过PLC编程，可以方便地实现各种压力测试功能。

3 结论

该油缸清洗试验机的液压系统设计，充分运用比例控制方式，实现了压力与流量的复合控制，最大程度减化了系统设计。同时，巧妙运用增压回路，实现局部高压使系统整体性能得到优化，对其他类似功能的液压系统有较强的应用推广价值。

［1］成大先.机械设计手册［M］.北京:化学工业出版社，2004.

［2］雷天觉.新编液压工程手册［M］.北京:北京理工大学出版社，1998.

［3］路甬祥.液压气动技术手册［M］.北京:机械工业出版社，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

中央财政支持提升专业服务产业发展能力资助项目

周旭辉 (1976—)，男，高级工程师，主要从事液压系统的教学与科研等方面的工作。E－mail:15518881369@163.com。