液压元件综合试验台的系统综合结构设计方法分析

李大伟

摘要：当前，液压元件综合试验台作为一种综合应用平台，已在多设备、多仪器、多系统测试中得到广泛应用。本文围绕液压元件综合试验台的内部系统综合结构，探讨了试验台的主要功能及相关参数，并对试验台系统的组成进行了介绍，然后围绕阀试验系统、马达及缸试验系统、泵试验系统的综合结构设计方式进行了分析，望能为此领域设计研究提供些许思路与参考。

关键词：液压元件综合试验台;电液换向阀;系统综合结构;液压桥路

中图分类号：HT137                                      文献标识码：A                                文章编号：1674-957X（2021）08-0071-02

0  引言

伴随社会经济的不断发展，科学技术水平的日渐提升，许多新技术、新理念、新设备在工业生产中得到广泛应用，有力推动着整个工业领域的发展与繁荣。液压元件综合试验台作为一种专门用于测试液压元件的系统设备，当前已在多方面得以应用，如负载敏感比例阀件、常规液压阀件及泵和马达的出厂试验及性能测试等。但在实际使用此系统时，了解其构造，知晓其结构设计思路，对于更高效应用，有着重要意义。本文结合当前实况，就液压元件综合试验台的结构设计的基本方法，现就此作一探讨。

1  液压试验技术的发展情况

1.1 液压试验技术概述

液压技术可理解为：结合人们的主观能动性，并依据其掌握的技术水平，有效结合液压试验设备及测量系统，作为一套完整的技术工作，来服务于试验任务，使其高效完成。

试验技术中一般包含配置试验装备、选择和标定系统、制定试验计划等试验前的准备工作;安装并调试试验油路及测量装置;获取和记录试验数据，并对其进行处理分析;得出结论并总结试验报告。

根据试验性质，可将液压试验划分为三类，即科学性试验、型式试验及出厂试验。科学性试验作为一种试验项目，主要为了科学研究提供服务。型式试验则主要是为了测试和考核产品的全面性能，其根本目的则为了鉴定某些产品，并对新产品的进行定型。型式试验在我国的试验方法及标准中，具有其特定的规定。对于一些已经定型且批量确定的产品，则需进行出厂试验，以此来确保其使用性能，并将其代表性较强的性能指标挑选出来，作为合格标准，并附带说要考核和出厂试验项目。

1.2 液压综合试验设备的发展概况

在液压试验中，为了完成试验目的，需要使用的设备则为液压试验设备。包含试验对象、基本设备和辅助设备三类。根据用途的不同，可将液压试验设备划分为教学用设备、科学研究用设备及产品鉴定检测用设备三种。教学用设备主要在开设液压专业的大专院校中使用，如QCS003A液压试验台。科学研究用设备主要围绕科学性试验，用以研究和开发液压系统及元件，大都在国家科研机构和液压气动专业的学院适用，如广西大学机械工程学院研制的LabVIEW液压实验测试台等。产品鉴定检测用设备主要对液压元件进行型式和出厂试验，从而鉴定产品的合格情况，如浙江大学研制的电液伺服阀性能试验台CAT系统。

根据测试系統的功能，可将液压试验设备分为两种模式，其中一种系统为计算机控制测试装置，并完成对数据的采集和处理，如华中理工大学的液压缸试验台CAT系统等;另外一种为计算机不控制测试装置，仅仅采集数据、处理一些信号并输出相应的试验结果，如广州机床研究所监测液压泵性能和噪声的系统等。

结合其特点及技术两发面来看，当前液压综合试验台的发展方向为：试验台操作的方便和可维护情况、油温闭环自动控制系统、分布式计算机数据的采集和控制等。

2  试验台的功能及主要参数分析

2.1 功能介绍

液压元件综合试验台在控制被试液压元件的工作状态时，主要通过对各个控制元件的调节来完成，并对其性能进行测试。主泵作为动力源供给一方，将不同等级的压力和流量提供给液压系统，从而使被试液压元件，通过对各液压控制阀的调节，来实现对被试元件的试验，促使被试元件所处的状态，能通过数字仪表展现出来，并在计算机的作用下，对测试数据进行采集和处理。对试验台进行系统详细的设计，可促使其提供出的实验手段较为准确、可靠和安全，主要包含的内容如下：①可提供负载敏感油源，并根据元器件需求流量的不同，将相应规格的油源提供出来，并可测试负载敏感比例方向阀;②促使泵-马达具有拖动回路的功能;③能够将压力和流量需求不同的控制油源功能提供给所需的;④能够将压力、温度、流量等数据，借助传感器进行采集和处理，并将其进行传输。

2.2 主要技术参数分析

油源最高压力为：31.5MPa;

控制流量：10L/min;

控制压力：10MPa;

油源流量：25-160L/min;

最大拖动功率：110kW;

系统油液过滤精度为：10μm;

背压压力：0.5-31.5MPa;

系统压力：0.5-31.5MPa。

3  试验台系统组成

液压试验台的组成主要包含五部分，即试验台台架、数字显示系统、液压油源及泵机组、计算机数据采集及处理系统、电气控制系统。

液压元件综合试验台采取的控制技术较为先进，为电液比例控制技术，该技术可对液压系统的进油、出油压力进行准确调控，并可对被试泵的加载压力进行调节。被试泵及被试马达采取的方式为对拖方式，马达及被试泵之间的加载方式互为负载和拖动动力关系，其结构较为简单，工作方便可靠。该试验台具有两台手动的高压泵组，可依据具体的使用过程，对各个泵的排量进行调节。油温控制系统采取的方式为双路冷却并联方式，在对油液温度的控制方面更为经济有效。根据油温，设置了上限和下限控温装置，可有效控制油温，将其温度保持在规定的范围内。此外，该系统具备的计算机数据采集及处理系统，也可自动采集和处理测试数据，从而将测试过程中的人为因素排除，促使实验测试结论更为精确。

4  液压元件综合试验台的系统综合结构设计

4.1 阀试验系统综合结构设计

液压元件综合试验台从字面上解释，即是将液压泵、液压阀、液压马达及液压缸等多种被试元件集中到同一台试验设备上，以此来完成性能测试。以上多种元件共同使用一个油源系统、一个液压元件试验操作台、一个电气操作控制台，以及部分的仪器仪表和传感器。依据液压标准和液压原理，选择适宜的设计技术，并对液压元件综合试验台的系统整体或分体结构进行设计后，之后就需围绕主系统的内部结构展开相关设计。为了将液压阀、液压泵、液压缸及液压马达等试验，在同一台液压元件试验操作台上完成，就需将主控主体选择出来，围绕系统的内部结构，为确保其它的试验台具有相应的试验条件，可将主体选择为板式多油口阀试验台。因此，主控试验台可选取电液换向阀试验台。由于该试验台具备4个油口，即P、A、B、T，可将其作为液压元件综合试验台的主基板，也即被试件，此外，它还是该综合试验台的功能阀。在选择设计原理时，主基板上的电液换向阀就明确了通过试验台和系统的最大流量和压力，从而确定了该试验台可试验的电液换向阀的最大通径。因此，与其相连的基板就可定为主基板。若将电液换向阀取掉，将两个油口阀板连接到主基板上，转变成P、T口，则可借助两油口的板式阀完成试验。同时也可解决两油口和四油口三大类阀的的试验问题。也即根据与基板连接的不同转换连接阀板，为其提供相应的通径，可试验小于试验台规定的最高压力和公称流量下的液压阀。在对试验台进行设计时，为确保螺纹管式连接阀也可进行试验，可在主基板下引出4个外接油口，即P、A、B、T。

4.2 马达、缸试验系统综合结构设计

依据综合试验台的原理，试验台与其它试验进行连接的主要油口，即为主控试验电液换向阀台上的被试电液换向阀A、B。依据试验原理，为了完成马达对拖的试验，可将其模拟加载回路断开，使用A、B两个工作口与马达试验加载回路相连即可。在控制马达的旋转方式时，可将补油系统设置到泵加载回路设计中，选取四个单向阀作为液压桥路，从而平衡加载泵的进出口供油情况，采取主油路将被试马达推动，以此来使加载泵的进出油口方向发生转变，然后将主基板上的电液换向阀作为功能阀来转变方向。将一个调压溢流阀安装到组成液压桥路的4个单向阀B口侧，促使马达加载泵完成加载工况。设计液压马达试验台可测量的最大排量为50mL/r;最高工作压力为25MPa;流量计准确等级为0.5%;压力传感器量程为0～40MPa，测量精度为0.3%。若将两个高压球阀安装在被试马达的进出油口处，从而截止主油路，并将被试液压油缸连接到电液换向阀A、B及两油口油路上，就可完成对液压油缸的相关试验。液压缸试验台架包含的结构为位移传感器、轴承支座、加载缸、试验台架基座等。试验台架基座上安装有轴承支座、加载缸支架及被试钢支架。轴承支座可用来放置被试缸，并可自由滑动和调整高度。加载缸为被试缸的主动缸或负载缸。在调节系统压力和流量时，可通过选择不同的液压油源供油方式进行。借助对柱塞变量泵的调节，来进一步排量，利用节流阀来完成对小流量的调节。被测试液压缸最高试验压力为25MPa;最大试验流量为300L/min;公称压力满足GB/T2346规定;可测试不大于500mm的液压缸外径;压力传感器的量程為0～40MPa，测量精度为0.3%。

4.3 泵试验系统综合结构设计

液压泵站可将液压能源提供给整套的液压试验系统，如液压泵试验台、液压马达试验台、伺服比例阀试验台等。液压泵站主要由液压站和两个75kW的电控柜组成。液压泵试验台在液压元件综合试验台上，相比于系统综合结构设计，其是一个单独的回路，其试验系统与阀、缸及马达等不同，在共同使用的液压元件试验操作台上，为完成被试泵的出口远程加载调压功能，可将一个远程调压阀安装到上面。将一个单独被试泵的进出口回路，设置到共同使用的油源系统上，并将与被试扭矩仪、液压泵及电机组合的被试泵试验台架进行连接，就可完成与液压泵相关的试验，并可使用同一个电气操作控制台。结合企业的使用需求，并参照中华人员共和国机械行业标准，液压泵试验台的测量参数范围及精度分别为：最大测量排量为250mL/r;最高工作压力为25MPa;扭矩转速仪的准确等级为0.5级;压力传感器的量程为0～40MPa，精度为0.3%。

5  结语

综上，要设计出一台可适用于不同种类液压元件综合试验的液压元件试验台，使用的设计理念和设计思路都有所不同，为此，需依据液压标准，根据相应的液压原理展开创造性设计和思考。开阔视野，开放思想，结合实践中的实例和具体应用展开设计，确保其切实可行，并保障液压试验台的设计配置及人机组合较为合理。为此，在设计过程中，需充分发散思维，确保设计出的液压元件综合试验台既实用，又合理，满足对多种液压元件的综合试验。

参考文献：

[1]胡晓，林明星，董雪.基于LabVIEW液压元件综合性能试验系统的开发[J].机床与液压，2020，48（8）：117-122.

[2]郭媛，张昌，邓江洪，等.基于模块化的液压阀试验台性能测试系统研究[J].机床与液压，2020，48（1）：79-86.

[3]王娟，胡文军，祝守新.基于虚拟仪器的综合性液压实验台研究[J].实验室研究与探索，2019，38（8）：104-108.

[4]李丹提，骆艳洁，段东海.通用型伺服液压缸测试系统设计与研究[J].农业装备与车辆工程，2019，57（6）：75-77.

[5]丁建军，金瑶兰，金岫，陈竞强.双路刹车压力伺服阀性能测试综合试验台的研制[J].船舶工程，2020，42（S1）：264-267.

[6]贾宝惠，于灵杰，卢翔.基于ANSYS Workbench的压接修理民机液压管路振动特性分析[J].航空学报，2019，40（9）：23-25.