一种关于液压管品质的测试系统设计

赵磊+赵峰

摘 要： 根据GB16897-2010《制动软管的结构、性能要求及试验方法》、GBT26143-2010 《液压管接头试验方法》标准要求，设计一种满足液压管接头、制动软管等液压介质输送部件的循环压力和耐候性试验各功能的测试系统，并详细阐明了试验过程的各项要求。

关键词： 液压管；制动管；试验；测试系统要求

中图分类号： TH137.5 文献标识码： A 文章编号： 2095-8153（2017）05-0107-04

随着国内汽车和机械制造业的发展，越来越多用到自动化设施设备，液压系统在自动化设备里面起到重要的作用，也是绝大多数自动化设備都用到的重要一环。液压管件、液压管材在液压系统里的作用尤为重要，其质量和寿命关系到整个自动化系统的成败。GBT26143-2010详细规定了液压管接头的试验方法和评价方法，为液压管接头的测试系统提出了指标性的要求。该类测试系统在满足液压管接头测试的同时，也能对管材进行测试，其它实验条件满足情况下的测试同样适用。

1 试验要求

1.1 执行标准

GBT26143-2010 《液压管接头 试验方法》

GB16897-2010《制动软管的结构、性能要求及试验方法》

1.2 设备满足的测试工艺流程

2 测试系统组成及主要参数

2.1 测试系统主要组成单元

设备采用模块化设计，由液压控制柜（含液压动力系统、介质循环系统、脉冲压力系统）、试件箱（集成控制柜）和操作控制系统组成。

2.2 测试系统主要参数要求

箱体温控：-50 ℃→+150 ℃，一般液压系统工作环境都可以满足；控温方式：PID控温；采用制冷机组降温，如果周边环境条件狭窄，必要时可采取室外冷却水塔降温。加热方式：翅片加热器。开门带开门报警停机功能。温度波动度：≤±1 ℃。温度偏差：≤±2 ℃。升温速度：≥4 ℃/min。降温速度：≥1.2 ℃/min。

目标温度可程序设定目标温度，根据需求进行复杂条件设定。

动力液压系统需要包括油泵、电机、液压集成块、电磁溢流阀、单向阀各单元，主泵采用叶片泵，系统最高压力21MPa，连续运转至少能超过3 000小时。

主泵产生动力油源，驱动增压器的高压端来控制低压端输出的压力，主泵压力不低于21 MPa ，流量不低于45L/min。

蓄能器压力不低于25MPa，容积：10L。电磁溢流阀25 MPa，可调，额定流量：100L/min。单向阀32 MPa，可调，额定流量：100L/min。

3 试验基本要求及测试系统各部分所实现的功能

3.1 试验的基本要求

试验过程通过界面设定，由程序控制，试验结束或异常时自动停机；

设备运行前能预先设定试压工艺流程，包括脉冲波形、峰值压力、谷值压力、脉冲次数、循环次数、震动位移、震动频率、频率等相关参数；

由计算机控制试验，可实时采样压力、波形、脉冲次数、震动波形和震动位移等内容。能以Office文档格式导出试验报表，并能自由编辑；

设备具有波峰波谷值微调功能：由于试件变形和油温变化引起试验参数变化时，可进行补偿修正；

设备具有继续试验功能。假如以前因某种原因必须中断试验，以后可以继续以前的试验；

设备对试验的相关参数可以进行保存，便于以后做相同试件、相同标准的试验时直接提取试验参数，不需再进行设置；

设备能够对当次试验出现故障的时间与性质、操作人员的操作进行记录。

安全措施：具有油温超高报警、液位报警、泄漏报警、异常报警、过载保护、紧急卸压、安全停机功能。

失效保护功能：试件失效后压力迅速下降，不会有连续的高压液体喷出，最大限度保证人身安全，同时具有试件破损后自动停机保护功能。

介质回收功能：拆卸被试管路后的泄漏介质自动回收。

双系统功能：动力系统与试验介质完全分开互不干扰。

安全装置：门开时不能测试；紧急按钮；遇故障自动停机；介质箱设计时加有液位报警器，液位到达下限时，整机不能启动或加热

数据采集、处理功能：数据采集软件在测试开始时可以自动分辨输入是否符合要求，对误输入内容提醒错误，对测试数据压力波形数据进行实时采集分析与存储，也可外接打印机，图形文件与文本文件均可打印。

PLC控制器：用于设备开关量的操作与控制；用于标准模拟信号的输出，产生一个预设的标准模拟信号，输出到伺服控制器。

3.2 液压控制柜

液压控制柜含液压动力系统、介质循环系统、脉冲压力系统。所有元件均安装在封闭式柜体内部。面板上安装有压力表及操作阀，便于操作；可拆卸式门板便于安装与维护保养。

3.2.1 液压动力系统

作为公共系统为脉冲发生装置提供一个压力稳定的液压动力源。该系统由液压箱、液压泵、液压阀、蓄能器、过滤器、水冷却器等零部件组成。

3.2.2 介质循环系统

系统由介质循环泵、循环泵电机、调压阀、高压单向阀、试验管路、接头，排空装置等组成；循环电机采用耐高低温特定低压循环泵，具有输出流量大，背压压力小，噪音小等优点。

3.2.3 脉冲压力系统

脉冲压力系统为设备的核心部分，由伺服增压器、伺服阀、液控单向阀、位移传感器、压力表和压力传感器等组成，增压器采用双缸单传动杆式增压控制装置，响应时间短，缸体容积大、排量大，适合中压试件类脉冲控制；增压缸结构采用3：1增压，介质端耐温150 ℃以上，高压腔每次的排量为150 ml，介质腔腔密封组件的寿命约1 000万次，增压器高压端和动力油端分开，目的是为了隔热延长增压器的使用寿命及防止控制系统的电液伺服阀被外来污染物阻塞。endprint

3.3 高低温气候舱（试件运行环境舱）

试件箱主要由试验箱体、试验箱工装系统、试验箱控制系统、试验箱安全保护装置等组成。该试验舱提供给测试件一个满足安装要求的工作空间。

试件箱为整体式，左上为工作室，右面为电控柜（按操作人员方位）；控制面板上设有“急停”操作按钮；宽度方向开大门；

试验箱底面具有一定的倾斜方式和倾斜度，保证泄漏的试验介质能完全流入集液槽；试验介质流入集液槽前经过严格过滤，避免有杂质进入集液槽；集液槽位于试验箱外，设有液位開关，当液位超过允许液位后系统自动报警提示，并应尽快将废液排除，以免溢出；箱体内部装有LED照明灯供观察试件状态之用。

连接工装：脉冲试件连接数量为2-6件。

试验箱温度范围-50 ℃～150 ℃，采用双极复叠制冷，极限温度可以达到-55 ℃；由于脉冲试验不仅是对胶管总成和接头的脉冲测试，也是对系统管路连接处脉冲压力疲劳测试，此试件连接工装作为经常拆卸的部位，其可靠性也非常重要，本试验系统工装采用螺纹连接，端面金属密封，所以不会因环境及介质温度的变化造成泄漏；工装支架采用安装距离可调的方式，方便连接不同长度的试件。立体连接工装分别为上下方向和水平方向可调节的结构型式。

3.4 计算机控制系统

计算机控制系统包括伺服控制系统、传感采集系统、电气控制系统及控制软件系统。

3.4.1 伺服控制系统

采用的控制系统综合了基于板卡的计算机直接数字控制系统（DDC）、基于数字调节器的计算机控制系统混合控制系统和基于PLC的计算机控制系统。该混合控制系统兼具了这三种控制系统的优点，是一种高性能高可靠性的现代控制系统。该混合控制系统满足脉冲试验的要求，可以长时间、连续、安全、稳定地运行。

伺服脉冲控制系统中压力为反馈信号。闭环控制中压力控制要求执行件（伺服阀+减压器）动态响应频率高、反馈滞后小、控制滞后小、综合纯滞后小，所以控制最为复杂。经过多种理论推导、虚拟仿真和实际验证得出的压力控制框图，在实际试验运行中证明该压力控制精度高、速度快、重复性好、运行稳定。

3.4.2 传感控制系统

该试验系统使用了压力、温度、流量共三大类传感器和液位控制器。留有传感器校准接口，方便系统调试和计量校准操作。

（1）压力传感器→采集试件脉冲及静压循环压力；可以采用60.0 MPa高分辨率压力传感器，精度±0.5% F.S即可。

（2）温度传感器→分别采集系统泵站和介质箱的温度值，精度等级±1% F.S。

（3）液位控制器：使用三套液位控制器。分别用于介质箱、系统油箱及废液箱的液位控制，用来监控三种箱体内的油液液位。

3.4.3 电气控制系统

电气控制系统由强电控制系统和弱电控制系统组成。

强电控制系统：对供电进行变压，电机的启停与变频控制，加热器的PID控制，以及供电系统的过载、短路等安全保护。

弱电控制系统：由PLC和中间继电器组成；控制卡用于整台设备的开关量控制与电脉冲模拟信号的输出。

3.4.4 测试软件系统

软件环境：系统软件采用VB编辑软件进行编辑。VB编程也是工业上广泛使用的图形化编程语。可实时显示各路压力信号，可以将压力信号绘制成曲线图表直观地显示压力的变化趋势，进行数据分析。

软件功能：系统软件的开发使试压监控及数据采集等全面实现自动控制的功能，更方便了试压信息的处理和管理、试压报告生成及打印输出等；自动采集，显示，记录和分析试压数据；自动打印报告，数据可由数据库长期保存； 数据库管理，可以方便地查询或调出以前的数据进行打印；在线采集试验压力，并以曲线形式显示、存储试验结果；软件具备报警、控制、读数、曲线及其颜色等各种设置；曲线美观，可以方便地缩放，鼠标在曲线上可以即指即得试压数据。

4 总结

该试验测试系统设计方案是在多年检测经验基础上，综合多种因素整理完成。涵盖了样件的装夹、测试控制、设备参数、数据分析、报告打印每个环节，并在设备参数上预留了一定余量，设备稍加改造即可满足不同标准的使用，为产品标准更新后设备改造升级留有空间。

[参考文献]

[1]曾春华.邹十践.疲劳分析方法与应用[M].北京：国防工业出版社，1991.

[2]姚晓先.伺服系统设计[M]. 北京：机械工业出版社，2013.

[3]李金城.PLC模拟量与通信控制应用实践[M]. 北京：电子工业出版社，2011.

[4]杨培元，朱福元.液压系统设计简明手册[M]. 北京：机械工业出版社，2011.

[5]孟德欣，谢 婷，王先花.VB程序设计[M]. 北京：清华大学出版社，2009.endprint