液压试验台节流阀检测系统应用与研究设计.docx
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液压试验台节流阀检测系统应用与研究设计
摘要
液压系统目前已经广泛应用于部队武器装备、民用设备、航空航天等领域中,液压系统的故障机理分析、状态监测与故障诊断技术也日趋成熟。
但是,对液压系统分析、监测与诊断技术需要到工程实践中进行可靠性检验,一般检验周期长,成本高。
多功能液压实验台能模拟液压系统常见故障,加速设备运行,缩短检验周期,降低成本,缩短诊断理论、技术到工程应用转化时间。
下面经实验,多功能实验台运行可靠、稳定,能全面模拟液压系统、液压元件特别是液压泵、液压缸、节流阀,溢流阀等等元件的故障,并可运用嵌入在实验台中多种传感器实现多源信息采集,能有效地为液压系统的状态监测与故障
关键词:
液压试验台液压元件节流阀检测
1.1液压传动在机械行业中的应用.........................................................................5
1.2液压试验台的基本组成........................................................................................6
2.1液压试验台节流阀检测系统的具体设计....................................................14
2.1.1检测系统的目的...........................................................................................16
2.1.2节流阀功能测试回路图的确定...................................................................20
2.1.3节流阀压力、流量测试的一般步骤.............................................................20
2.4液压集成块的结构设计...................................................................................22
2.4.1通用集成块组的结构.................................................................23
2.4.2集成块的特点............................................................................23
2.4.3液压集成块及其设计..................................................................24
2.4.4集成块设计步骤.........................................................................24
3.1正确测量的测量条件和测量方法..........................................................27
3.3测量仪表的选择.................................................................................30
3.3.1流量计的选择.............................................................................24
3.3.2真空表的选择.............................................................................25
3.3.3压力表的选择.............................................................................27
1绪论
1.1液压传动在机械行业中的应用
液压传动在实际生产中的应用有一下几部分:
磨床、铣床、刨床、拉床、压力机、自动机床、组合机床、数控机床、加工中心等
工程机械——挖掘机、装载机、推土机等。
汽车工业——自卸式汽车、平板车、高空作业车等。
农业机械——联合收割机的控制系统、拖拉机的悬挂装置等。
轻工机械——打包机、注塑机、校直机、橡胶硫化机、造纸机等。
冶金机械——电炉控制系统、轧钢机控制系统等。
起重运输机械——起重机、叉车、装卸机械、液压千斤顶等。
矿山机械——开采机、提升机、液压支架等。
建筑机械——打桩机、平地机等。
船舶港口机械——起货机、锚机、舵机等。
铸造机械——砂型压实机、加料机、压铸机等。
本次设计液压试验台节流阀检测系统,主要包括以下几点:
1)压力试验:
在国家要求安全范围内,逐级升高压力,全面检查系统所有焊缝和接口处应无泄漏、管道无永久性变形。
2)功能试验:
逐次调整每个回路,执行器速度应在正常工作压力和温度下运行。
3)噪音,尽量消除和减少系统对周围环境的影响。
4)系统稳定性,应先检查局部闭环的稳定性,然后接上主通路;检查各执行件有无影响。
5)系统响应快速性。
各个执行元件的动作时间是否对应工况设计。
6)温度—时间曲线
其总体方案图结构图如下:
节流阀性能测试实验工作台总体方案与布局图
本次设计的液压试验台节流阀检测系统的设计主要是为节流阀的性能检测而做的,因为,一般对液压元件的性能分析、监测与诊断技术需要到工程实践中进行可靠性检验,一般检验周期长,成本高。
本次设计的液压试验台节流阀检测系统可以通过检测元件所能承受的最大压力,工作中所产生的噪音,工作中的稳定性,以及通过计算机生成温度-时间曲线来判断常见故障,加速设备运行,缩短检验周期,降低成本,缩短诊断理论、技术到工程应用转化时间既可以简化控制线路,节省成本,又可以提高劳动生产率。
1.2液压试验台的基本组成
液压试验台常规配置是由液压试验系统、电气控制系统、试验油管及试验油管悬挂机构、出厂试验台架组成;如用户需要,可增加试验数据计算机处理系统;如没必要,供货时也可不带试验台架,由用户自备。
其中液压试验系统、电气控制系统、试验油管和试验油管悬挂机构组成的试验单元构成了试验台的试验功能,可完成全部试验项目的试验。
这三部分的所有零部件安装固定在机架上,方便整体运输及转换使用场地。
液压系统的泵阀等部件安装在机架内下部,油箱组件安装在机架的上后部,电气柜安装在机架的上前部,在液压元件的外边、机架的四周边安装围门,即整齐美观,又安全卫生。
试验台架主要用于试验时放置固定油缸,便于操作,同时还有收集回收试验时洒落的油液、安装诸如自动测量行程等所需仪器的作用。
1、液压试验系统
液压试验系统在电气控制系统的作用下,使工件完成各项试验项目。
它是由油箱组件、多台油泵电机组、多套液压阀组、过滤装置、液压管路组件、液压检测元件等部件组成的低压大流量动力源系统、高压加载动力源系统、超高压加载动力源系统、试验油路系统、辅助油路系统、气动排油系统等液压系统所构成。
2、电气控制系统
电气控制系统由触摸屏、PLC(可编程处理器)、电器元件、指示面板、操作悬臂等部件组成的电机控制、操作控制、显示(包括指示、警示)仪器仪表三部分构成。
主电路为交流380V,控制电路为交流220V、直流24V。
试验程序由PLC处理完成,控制系统通过对液压系统的控制,实现试验所要求的各项动作及各项安全防护措施。
3、试验油管及试验油管悬挂机构
试验台出厂时都配好一定长度的试验台和油缸连接的高压软管,为了油管拆装方便、高效,还为油管配置好快换接头,在试验台上部安装有平衡器支架及平衡器,将油管悬挂起来,使用时将油管端部拉下接在油缸油口上,不试验时,平衡器将油管悬挂起来。
4、出厂试验台架
该试验台架主要由架体、接油槽、漏板、油缸V型支撑等组成。
V型支撑安装在架体上,用于放置油缸;接油槽是在架体上端焊接而成的封闭结构,收集拆卸试验油管时散落的油液,收集的油液汇集到接油槽下部的集油箱中,油箱装有液位传感器,集油到一定量时,集油系统的回油泵自动启动,将集油通过过滤送到液压系统油箱;在接油槽中配置有一定高度的漏板,用于放置小零件和工具,也使工具和小零件免于沾上油液。
试验台架是选配部件,用户可以选购,也可以依据各自需要定做其它结构形式的台架。
5、试验数据计算机处理系统
该系统由计算机、数据采集卡、传感器、打印机等部件组成。
除了具备和触摸屏一样的显示功能外,主要功能是对每只试验过的油缸试验数据进行处理,形成试验报告,并对报告储存,以供随时查询和打印。
试验报告有两类,一类是单个油缸试验情况的历履报告,一类是一定工作时间段所试油缸的汇总报告。
历履报告内容分两方面,一方面是油缸特征和试验人员特征内容,如产品名称、型号、部件号、各试验项目的要求参数、试验用油、安装距、试验人员、检验人员等,这些内容人工输入;另一方面是试验数据,如试运行次数、起动压力、试验压力、保压时间、油液温度、试验时间、试验结果是否合格等。
汇总报告按序号对所试油缸的试验参数和结果汇总列表,多用于日报表。
数据处理软件设计时,赋予了一定的生产管理功能,如在试验数据采集前必须输入特征内容,否则不予采集,也就形不成试验记录;而对于试验数据只能采集,不能输入,也就不能对报告中的试验数据进行改动,避免了人工干预试验结果的情况出现。
液压实验台能全面模拟液压系统常见的各类故障,并可运用嵌入在其中的加速度、压力、流量、温度、液位、污染度、位移等多种传感器检测液压系统在正常或异常状态下的各种信息,可为液压系统、元件的故障机理分析、状态监测及故障诊断技术积累信息,提供数据。
1)多功能液压实验台组成
液压实验台的原理如图1所示,部分元件结构如图2所示。
实验台液压泵4由75kW交流电动机驱动。
溢流阀7为安全阀,8、11为二级调压阀,调节实验台最高工作压力。
电磁换向阀12、单向节流阀13、14,节流阀17、18、19、液压缸20、溢流阀23构成液压缸故障模拟系统,流量计15、16、21,压力传感器31、33、34构成压缸测试系统。
电磁换向阀25和溢流阀28模拟溢流阀和电磁阀工作。
2)多功能液压实验台特点多功能液压实验台工作最高压力24MPa,系统最大流量为91L/min,能够完全模拟工程机械、武器装备液压系统、元件(尤其是液压泵和液压缸)故障;采用背压方式产生液压缸工作负载,降低了成本;系统采用模块化设计,可扩展性强,系统维护简单。
图1
1.4液压传动技术的发展及应用
液压技术,从1795年英国制造出世界上第一台水压机诞生算起,已经有200多年的历史了,然而在工业上的真正推广使用却是20世纪中叶的事情了。
第二次世界大战期间,在一些武器装备上用上了功率大、反应快、动作准的液压传动和控制装置,大大的提高了武器装备的性能。
同时,也加速了液压技术本身的发展。
战后,液压技术迅速由军事转入民用,在机械制造、工程机械、锻压机械、冶金机械、汽车、船舶等行业中得到了广泛的应用和发展。
20世纪60年代以后,原子能技术、空间技术、电子技术等的迅速发展,再次将液压技术向前推进,使其在各个工业领域得到了更加广泛的应用。
现代液压技术与微电子技术、计算机技术、传感技术的紧密结合已经形成并发展成为一种包括传动、控制、检测在内的自动化技术。
当前,液压技术在实现高压、高速、大功率、经久耐用、高度集成化等各项要求方面都取得了重大的进展,在完善发展比例控制和伺服控制、开发数字控制技术上也有许多新成果。
同时,液压元件和液压系统的计算机辅助设计(CAD)和测试(CAT)、微机控制、机电一体化、液电一体化、可靠性、污染控制、能耗控制、小型微型化等方面也是液压技术发展和研究的方向。
继续扩大应用服务领域,采用更先进的设计和制造技术,将使液压技术发展成为内涵更加丰富完整的综合自动化技术。
目前,液压技术已广泛应用于各个工业领域的技术装备上,例如机械制造、工程、建筑、矿山、冶金、船舶等机械,上至航空、航天工业,下至地矿、海洋开发工程,几乎无处不见液压技术的踪迹。
液压技术的应用领域大致上可以归纳为以下几个主要方面:
(1)各种举升、搬运作业。
尤其在行走机械和较大驱动功率的场合,液压传动已经成为一种主要方式。
如起重机、起锚机等。
(2)各种需要作用力大的推、挤、挖掘等作业装置。
例如,各种液压机、塑料注射成型机等。
(3)高响应、高精度的控制。
飞机和导弹的姿态控制等装置。
(4)多种工作程序组合的自动操作与控制。
如组合机床、机械加工自动线。
(5)特殊工作场合。
例如地下水下、防爆等。
2液压试验台节流阀检测系统的设计
2.1液压试验台节流阀检测系统的具体设计
2.1.1检测系统的目的
本次设计的检测系统的目的主要是通过检测元件所能承受的最大压力,工作中所产生的噪音,工作中的稳定性,以及通过计算机生成温度-时间曲线来判断常见故障,加速设备运行,缩短检验周期,降低成本,缩短诊断理论、技术到工程应用转化时间既可以简化控制线路,节省成本,又可以提高劳动生产率。
2.1.2节流阀功能测试回路图的确定
根据以上工况,我们可以确定节流阀功能测试回路图,如下图所示:
2.1.3节流阀压力、流量测试的一般步骤
液压试验台节流阀检测系统主要是需要完成被测元件各方面的性能检测而设计出的一款检测系统,它是基于液压试验工作台来进行检测的,其主要包括以下几个部分:
1、压力—泄露量曲线(内泄漏、外泄漏耐压)
2、压差—流量特性试验
3、流量—时间曲线
4、工作范围试验
5、功能试验:
逐次调整每个回路,执行器速度应在正常工作压力和温度下运行,包含压力试验。
4、噪音,尽量消除和减少系统对周围环境的影响。
5、系统稳定性测试。
6、温度—时间曲线.
在这里以压力试验为例,其具体操作步骤如下:
a、先将关闭节流阀2,将溢流阀1全部打开,启动泵半分钟,排除管内的空气。
b、关闭溢流阀1,调节节流阀2,到需要的压力值(比如5Mpa)。
c、调定好后,完全打开溢流阀2,使通过节流阀2的流量为零,逐渐关闭溢流阀1,同时记录相信对应的压力,流量的等各表值,据压差与流量的数值绘制曲线图如下:
2.2液压液的选择
一、选择液压油的原则
1、选择工程机械用液油的依据
(1)液压件。
不同的液压元件对所用液压油都有一个最低的配置要求,因此选择液压油时,应注意液压件种类及其使用的材质、密封件和涂料或油漆等与液压油的相容性,保证各运动副润滑良好,使元件达到设计寿命,满足使用性能的要求。
液压泵是对液压油的黏度和黏温性能最敏感的元件之一,因此,常将系统中泵对液压油的要求作为选择液压油的重要依据(有伺服阀的系统除外)
(2)系统工况。
如果对执行机构速度、系统压力和机构动作精确度的要求越高,则对液压油的耐磨和承载能力等的要求也越高。
根据系统可能的工作温度,连续运转时间和工作环境的卫生情况等,选油时须注意油的黏度、高温性能和热稳定性,以减少油泥等的形成和沉积。
(3)油箱大小。
油箱越小对油的抗氧化安定性、极压抗磨性、空气释放性和过
滤性等要求就越高。
(4)环境温度。
针对工程机械在地下、水上、室内、室外、寒区、或是处于温度变化的严寒区,以及附近有无高温热源或明火等环境温度特点,合理选用液压油。
若附近无明火,工作温度在60℃以下,承载较轻时,可选用普通液压油,如果设备须在很低的温度下启动时,须选用低凝液压油。
综上所述,若液压油的质量合格,系统执行机构运动速度很高时,油液的流速也高,液压损失随之增大,而泄漏相对减少,故宜选择黏度较低的油;反之,
当油的流速低时,泄漏量相对增大,将对工作机构运动速度产生影响,这是宜
选择黏度较高的油。
通常,当工作压力高时,宜选用黏度高的液压油,因为解
决高压时的泄漏问题比克服其黏阻更应优先;当工作压力较低时,宜选用低黏
度的油。
环境温度高时,应采用黏度较高的油,反之,应采用黏度较低的油。
(5)液压油的最后确定。
液压油初步选定后,还须注意核查其货源、黏度、质量、使用特点、适用范围,以及对系统和元件材料的相容性,看各项指标是否能完全满足使用要求。
(6)经济性。
要综合考虑液压油的价格、使用寿命、以及液压系统和维护、安全运行周期等情况,着眼于经济效益好的品牌。
2、选择液压油的经济性分析
选择液压油时,不能只注意油价,而忽视了品种、质量、维护与再生等情况,
如,在高温热源和明火附近的高温、高压和精密液压系统,要选用磷酸酯液抗
燃液压油,不能因价贵而用价廉的含水抗燃液代替,这样会使液压泵过早的磨
损,降低系统精度;又如,在高压液压系统中,应选用抗磨液压油,若选用便
宜的机械油或防锈、抗氧液压油,则液压泵寿命会缩短。
以SO黏度为等级为
VG46的品种L-HH和L-HM油为例,分别用于相同的YB-D25型节流阀(压力为12.5MPa,温度为65℃,转速为500r/min),连续运行250h后测其磨损量,用L-HH油时泵的磨损量为用L-HM油时的63倍。
因此,在中高压系统中,不该使用L-HH或L-HL油,而要选用L-HM抗磨液压油。
对于寒区和严寒区室作作业工程机械的高压系统,则于气温低,环境温度变化大,应该选用高黏度指数的低温液压油,以使系统低温油液流动性好,冷启动在液压设备中使用寿命短。
2.HL液压油(也称通用型机床工业用润滑油)
l)规格HL液压油是由精制深度较高的中性基础油加抗氧和防锈添加剂制成的。
HL液压油按40C运动粘度可分为15、22、32、46、68、100六个牌号。
2)用途
HL液压油主要用于对润滑油无特殊要求,环境温度在O’C以上的各类机床
的轴承箱、齿轮箱、低压循环系统或类似机械设备循环系统的润滑。
它的使用时间比机械油可延长一倍以上。
该产品具有较好的橡胶密封适应性,其最高使用温度为80’C。
3)质量要求
(l)适宜的粘度和良好的粘温性能。
要求油的粘度受温度变化的影响小,即温度变化不致影响液压系统的正常工作。
(2)具有良好的防锈性、抗氧化安定性。
(3)其有较理想的空气释放值、抗泡性、分水性和橡胶密封适应性。
使用注意事项
(l)使用前要彻底清洗原液压油箱,清除剩油、废油及沉淀物等,避兔与其他
油品混用。
(2)本品不适用于工作条件苛刻,润滑要求高的专用机床。
对油品质量要求较
高的齿轮传动装置、液压系统及导轨,应选用中、重负荷齿轮油、抗磨液压油或
HG液压油。
(3)本油品代替机械油用于通用机床及其他类似机械设备的循环系统的润滑,
经济效益显著能延长换油周糊平均节约润滑油1/3-1/2。
3.抗磨液压油(HM液压油)
l)规格, 抗磨液压油(HM液压油)是从防锈、抗氧液压油基础上发展而来的,它有碱性高锌、碱性低锌、中性高锌型及无灰型等系列产品,它们均按40'C
运动粘度分为22、32、46、68四个牌号。
2)用途
(l)抗磨液压油主要用于重负荷、中压、高压的节流阀、柱塞泵和齿轮泵的液压系统J目YB一D25节流阀、PF15柱塞泵、CBN一E306齿轮泵、YB一E80/40
双联泵等液压系统。
(2)用于中压、高压工程机械、引进设备和车辆的液压系统。
如电脑数控机床、隧道掘进机、履带式起重机、液压反铲挖掘机和采煤机等的液压系统。
(3)除适用于各种液压泵的中高压液压系统外也可用于中等负荷工业齿轮
(蜗轮、双曲线齿轮除外)的润滑。
其应用的环境温度为一10'C-40’C。
该产品
与丁腈橡胶具有良好的适应性。
3)质量要求
(l)合适的粘度和良好的粘温性能,以保证液压元件在工作压力和工作温度发生变化的条件下得到良好润滑、冷却和密封。
(2)良好的极压抗磨,以保证油泵、液压马达、控制阀和油缸中的摩擦副在高压、高速苛刻条件下得到正常的润滑,减少磨损。
(3优良的抗氧化安定性、水解安定性和热稳定性,以抵抗空气、水分和高温、高压等因素的影响或作用,使其不易老化变质,延长使用寿命。
(4良好的抗泡性和空气释放值,以保证在运转中受到机械剧烈搅拌的条件下产生的泡沫能迅速消失;并能将混入油中的空气在较短时间内释放出来,以实
现准确、灵敏、平稳地传递静压。
(5)良好的抗乳化性,能与混入油中的水分迅速分离,以免形成乳化液,引起
液压系统的金属材质锈蚀和降低使用性能。
(6良好的防锈性,以防止金属表面锈蚀。
4)注意事项
(l)要保持液压系统的清洁,及时清除油箱内的油泥和金属屑。
(2)按换油参考指标进行换油,换油时应将设备各部件清洗干净,以免杂质等
混入油中,影响使用效果。
(3)储存和使用时,容器和加油工具必须清洁,防止油品被污染。
(4)该油品主要适用于钢-钢摩擦副的液压油泵。
用于其它材质摩擦副的液压
油泵时,必须要有油泵制造厂或供油单位推荐本产品所适用的油泵负荷限值。
4.HR、HG液压H液压油是在环境温度变化大的中低压液压系统中使用的液压油。
该油具有良好的防锈、抗氧性能,并在此基础上加入了粘度指数改进剂,使油品具有较好的粘温特性。
该类油由于用量小至今尚未大力开发,在此不作详细介绍。
HG液压油原为普通液压油中的32G和68G,曾用名为液压导轨油,该产品是在HM液压油基础上添加油性剂或减磨剂构成的丶一类液压油。
该油不仅具有优良的防锈、抗氧、抗磨性能,而且具有优良的抗粘滑性。
该产品主要适用于各种机床液压和导轨合用的润滑系统或机床导轨润滑系统及机床液压系统。
在低速惰况下,防爬效果良好。
目前的液压一导轨油属这一类产品。
5.HⅤ、HS液压油(低温液压油)
l)规格
这是两种不同档次的液压油,在GB 7631.2一87中均属宽温度变化范围下使用的液压油。
此二类油都有低的倾点,优良的抗磨性、低温流动性和低温泵送性。
HV、HS液压油按基础油分为矿油型与合成油型两种,按40。
C运动粘度,HⅤ油为15、22、32、46、68、100六个牌号HS油分为15、32、32、46四个牌号。
2)用途
(l)HⅤ低温液压油主要用于寒区或温度变化范围较大和工作条件苛刻的工程机械、引进设备和车辆的中压或高压液压系统。
如数控机床、电缆井泵
.以及船舶起重机、挖掘机、大型吊车等液压系统。
使用温度在一30’C以上。
(2)HS低温液压油主要用于严寒地区上述各种设备。
使用温度为一30'C以
下。
3)质量要求
(l)适宜的粘度。
(2)良好的极压抗磨性能。
(3)优良的低温性能,点较低,能保证工程机械或设备在寒区或严寒区环境下易于启动和正常运转。
(4)优良的粘温性能,粘度指数均在130以上,保证液压设备在温度变化幅度
较大的情况下得到良好的润滑、冷却和密封。
(5)良好的抗乳化性和防锈性能。
良好的氧化安定性、水解安定性和热稳定性能。
4)注意事项
(l)低温液压油是一种既具有抗磨又具有高低温性能的高级液压油,应注意
合理使用。
(2)低温液压油不能用于有银部件的液压设备。
(3)HV油和HS油由于基础油组成不同,所以不能混装混用八以免影响使用性
能。
其它注意事项同HM液压油。
(一)液压油的选用
液压系统运行故障的70%是由液压油引起的,因此,正确、合理地选用液压油对于提高液压设备的工作可靠性,延长系统及元件的寿命,保证机械设备的安全、正常运行具有十分重要的意义。
压油的选用应当是在全面了解液压油性质并结合考虑经济性的基础上,根据液压系统的工作环境及其使用
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