关键词： 液压缸
液压缸试验台（精选十篇）
液压缸试验台 篇1
液压缸作为液压系统中的执行元件, 以直线往复运动或回转摆动的运动形式, 将液压能转变为机械能输出。液压缸结构简单, 制造容易, 用来实现直线往复运动尤其方便, 其应用非常广泛, 尤其是在航空航天领域[1]。
大型液压缸测试需要研制专门的试验台, 并且要求试验台有足够的强度和刚度, 与试验台配套的液压系统需要有足够的压力和流量。由于液压缸测试试验种类繁多, 需要配套的硬件须具有足够的接口、软件须具有完善的功能。
2 试验台结构设计
传统的液压缸试验台一般采用一体式的铸铁平台, 使得液压缸之间的作用力转化为铸铁平台的内力, 实现内力的自平衡。长行程液压缸一般采用普通燕尾槽滑轨或T型槽滑轨作为导向, 这两种滑轨的加工精度都要求很高, 并且需要润滑油实现润滑, 难免会有油液污染问题。传统试验台的优点是对试验台的地基要求很低, 但是铸铁平台的造价很高, 在试验台规模很大时这个问题尤为突出。我们设计的液压缸试验台长17m, 宽2m, 如果采用铸铁平台, 费用会急剧上升, 经济性差, 所以我们设计了拉杆式液压缸试验平台, 如图1所示。
试验台的机械结构部分主要由加载液压缸、被测液压缸及其联接件, 移动小车及其附件, 力传感器, 液压缸支撑和底板联接等组成。加载液压缸采用AROS的伺服缸, 行程5m, 最大加载力106N, 采用法兰式连接方式。被测液压缸根据甲方要求采用5×105N的伺服缸, 行程2.5m, 采用耳轴式连接方式。通过四根钢管将加载液压缸的头部和被测液压缸的尾部连接, 构成拉杆导轨结构, 可以将液压缸之间的作用力转化为钢管之间的内力, 从而大大降低了试验台和地基之间的作用力。
为了保证拉杆导轨结构具有足够的强度和刚度, 我们使用UG软件进行三维建模, 并进行了有限元分析。试验结果如图2所示, 拉杆导轨结构沿长度方向位移1.8mm, 满足试验精度要求[2]。
移动小车用于连接两个活塞杆, 由于体积庞大, 所以移动小车本身的质量不能忽略。在试验过程中, 为了防止活塞杆下沉, 同时尽量减少小车与地面的摩擦, 在地基上设计有轨道, 在移动小车下装有滚轮。可以通过调平垫铁来调整轨道的高度。
3 液压缸试验台液压系统设计
液压系统设计是液压缸试验台设计中非常关键的一部分。液压伺服控制系统是以液压动力元件作为驱动装置所组成的反馈控制系统, 输出量 (位移、速度、力等) 能够自动地、快速而准确地复现输入量的变化规律。加载试验台需要精确的力控制 (力控制模式) , 并且能够进行比较精确的位移控制 (位移控制模式) 。液压伺服系统具有很多优点, 从而使它得到广泛的应用[3]。
液压缸试验台的液压原理图如图4所示, 主要包括液压缸及缸头阀块部分, 液压子站部分和液压泵站部分。
我们通过液压分油子站来实现系统低压高压启动和单独卸荷, 避免不同的试验之间的相互影响。
由于试验1和试验2等试验台共用一个液压油源, 参考美国MTS公司的液压子站原理图, 我们需要为每个试验台设计一套液压子站, 保证各个试验相互独立, 互不干涉。液压子站主要由输入环节、阀块组件和支路输出部分组成[8]。液压子站的原理图如图5所示, 能够实现的功能如下:低压、低压-高压缓慢切换功能, 实现缓慢升降压与快速卸荷;可以对每个试验台单独卸载;子站的控制由相应的控制计算机控制, 自动化程度较高;子站的低压状态可以用于系统测试, 避免高压调试中可能出现的损坏试件;子站的压力可以分别设定, 可以使系统不会出现大的过载, 进而保护试件。
1, 3.单向阀2.滤油器4, 12.节流阀5, 10, 11.换向阀6, 9.蓄能器7.溢流阀8.主控阀13.液压缸
所以本子站具有启动冲击小、快速卸荷、对其它子站无影响的特点。蓄能器6用于稳定控制口压力脉动, 节流阀4、换向阀5和比例溢流阀7控制主控阀8 (可调液控两位三通换向阀) 的开口量, 进而调节输入给子站的油压。具体实现方式如下:
(1) 在试验台没有工作时, 电磁换向阀5的阀芯在复位弹簧的作用下, 位于左位, 使得主控阀的右侧和左侧都没有压力油作用, 此时, 主控阀8的阀芯在复位弹簧的作用下位于左位, 动作执行部分不通压力油。
(2) 电磁换向阀5得电, 阀芯位于右位, 压力油通过节流阀4、换向阀5, 进入到主控阀8的右侧控制口, 由于换向阀7阀芯位于左位, 压力油会通过可调节流阀5和比例溢流阀7回到油箱, 通过调节比例溢流阀7的开口可以调节主控阀8右侧油液的压力。主控阀阀芯右侧压力油的作用下向左移动, 当复位弹簧和阀芯两侧的压力油平衡时, 阀芯停止运动, 使得运动执行部分得到低压。
(3) 比例溢流阀给定信号使得阀口关闭, 从而切断控制口压力油回油箱的通路, 使得主控阀右侧的压力升高, 继续推动阀芯左移到右位, 使得系统压力升高到泵源压力。
(4) 在系统高压状态下, 首先比例溢流阀7给定信号, 使得阀口有一定开度, 使得主控阀8右侧压力油通过比例溢流阀7流回油箱, 左侧控制口压力降低, 主控阀阀芯右移, 系统压力降低。
(5) 电磁换向阀5失电, 主控阀8右侧压力油完全卸荷, 使得主控阀8阀芯在左侧控制压力和复位弹簧力作用下右移, 切断泵源高压油进入到液压子站的通道, 使得此部分液压系统卸荷的同时, 保证泵源不卸荷, 避免了各个试验台之间的相互影响。
4 试验台AMESim仿真
AMESim是法国IMAGINE公司开发的一套高级仿真软件。它是一个图形化的开发环境, 用于工程系统的建模、仿真和动态性能分析。AMESim的特点是面向工程应用, 从而成为理想仿真工具。我们可以用AMESim的各种模型库来设计系统, 从而可快速达到建模仿真的最终目标。所建立的模型要尽量接近实际物理模型, 但是为了保证计算的速度需要进行适当简化, 既要保证仿真和实际情况接近, 又要能以比较快的速度进行仿真[4]。
为了保证试验台液压伺服系统合理性, 我们使用AMESim软件对液压系统进行仿真, 系统模型如图6所示。在液压缸实际加载过程中, 耳轴之间的间隙对加载的精确性影响非常大, 过大的间隙可能会导致加载过程中出现死区或者局部振动过大, 影响加载精度。经过我们实际测量, 建立了耳轴的较为精确的模型, 仿真结果如图7、图8所示。由仿真结果可以得知, 使用传统的PID控制器可以获得很好的控制结构, 我们设计的液压缸试验台满足试验精度要求。
5 结论
大型液压缸测试用试验台是大型液压缸测试中不可缺少的关键设备, 广泛地应用于土木工程、机械工程、国防和航空等领域。高可靠性的液压缸是大型设备能够稳定运行的必要条件[5]。
摘要：液压缸是液压系统的执行元件, 是将液压能转化为机械能的关键部件, 所以液压缸试验是保证系统性能中具有重要意义的试验。对大型液压缸进行测试试验, 加载缸的最大行程可以达到5000mm, 额定压力25MPa;被测缸行程2400mm, 额定压力25MPa。系统最大流量300L/min。液压缸测试用试验台结构设计巧妙, 可以对不同尺寸和吨位的液压缸进行测试, 具有良好的互换性。试验台可以进行包括液压缸启动压力测试, 负载效率试验, 行程试验等。
关键词：电液伺服力控制系统,结构设计,仿真,控制系统
参考文献
[1]李壮云, 葛宜远.液压元件与系统[M].北京:机械工业出版社, 1998:1-13.
[2]沈春根, 王贵成.UG NX7.0有限元分析入门与实例精讲[M].北京:机械工业出版社, 2010:20-53.
[3]王春行.液压控制系统[M].北京:机械工业出版社, 1999:1-5.
[4]付永领, 祁晓野.AMESim系统建模与仿真[M].北京:北京航空航天大学出版社, 2006:53-80.
工作总结-液压试验中心建设项目 篇2
集美大学（轮机工程学院）液压试验中心建设项目（一期）
工作总结报告
一、基本情况
集美大学（轮机工程学院）液压试验中心建设项目于2002年7月立项，旨在提高我院的总体科研和教学水平，在兼顾轮机工程专业新增陆上方向-物流装备技术及应用以及诚毅交通运输专业新增方向-物流工程专业需要的同时，为硕士点的申报及硕士研究生培养做好硬件的准备。项目拟分两期建设，该次验收为一期工程，资金来源为2002年省长基金，经过方案论证及市场调研，于2003年1月10日与厦门海德科液压机械设备有限公司签订技术开发合同，合同金额95万元人民币，合同开发期为130天。详见附件一“集美大学轮机工程学院关于液压试验中心建设规划及设备厂家选择的情况报告”，附件二“液压试验中心平面布置图”，附件三“技术开发合同”。
二、项目（一期）建设内容
液压站及MCC柜一套；港机试验台一套；舵机试验台一套；油液污染控制设备一套。详见附件三“技术开发合同”－技术附件。
三、项目技术组
为便于进行项目的规划、管理和执行，学院特成立项目技术组，组构如下：
组长：朱钰
液压实验中心文件
副组长：林少芬
成员：杨爱民、阮礽忠、廖和德。项目责任领导：蔡振雄 省长基金责任领导：陈景锋
四、项目进展情况
虚拟样机技术在液压试验台中的应用 篇3
关键词：虚拟样机技术 液压试验台
液压控制技术以机械制造、微电子及计算机、材料工程、数学、力学以及控制科学为依托，充分发挥自身优势，变得更为绿色化、模块化和智能化。在此形势下，基于虚拟仪器技术的新型液压实验台正以其功能完善、性能灵活而且造价较低等优势，广泛应用于各大院校和中职院校。
一、虚拟仪器的工作原理
液压试验台采用虚拟样机技术。这是一种基于产品的计算机仿真模型的数字化设计方法。虚拟样机技术融合了先进的建模仿真技术、设计制造技术和现代管理技术，并将这些技术应用于产品的全生命周期和全系统的设计，进行综合管理。
在液压试验台中，虚拟仪器利用I/O接口设备完成信号的采集、测量与调理，由计算机软件实现信号数据的运算、分析和处理，通过计算机显示器模拟传统仪器控制面板并输出检测结果，完成各种测试功能。计算机在虚拟仪器中处于关键地位，用户可以在现有条件下通过修改软件改变仪器的功能。
采用虚拟样机技术的新型液压试验台能自由定义。虚拟仪器基于计算机网络技术和接口技术，硬件实现模块化、系列化，软件将多种检测功能集成于一体，不仅缩短了检测时间，也提高了检测的速度、精度、可靠性。数据处理器建立的功能性数学模型，使测试数据不会随时间发生变化，保证了检测结果的稳定性和可重复性。虚拟仪器面板上的控件都是与实物相对应的图标。每个图标都对应着相应的软件程序，用户可使用鼠标进行操作，也可根据自己需要，组合相应的模块实现不同的检测功能。
二、虚拟仪器的构成
虚拟仪器由硬件系统和应用软件两大部分构成。硬件系统由计算机硬件和测控功能硬件两部分组成。计算机硬件平台就是各种类型的计算机。计算机作为虚拟仪器的硬件支撑主要用来管理硬件、软件资源。测控功能硬件主要完成被测信号的放大、A/D转换和数据采集。具体测量仪器硬件模块是指各种传感器、信号调理器、A/D转换器（ADC）、D/A转换器（DAC）、数据采集器（DAQ）。
作为虚拟仪器的核心，高性能的软件模块是虚拟仪器软件技术的重点。根据VPP系统规范的定义，虚拟仪器系统的软件结构有：仪器I/O接口软件、应用软件和仪器驱动程序。I/O接口软件是对系统进行测试的软件基础，存在于I/O接口设备与仪器驱动程序之间，主要任务是完成对寄存器的数据的直接存取操作，并为仪器和仪器驱动程序传递信息。
仪器驱动程序存在于每个仪器模块。仪器驱动程序的实质就是为用户提供函数集。这些函数集用于抽象的仪器操作。应用程序对仪器的操作是通过仪器驱动程序实现的。只要有了仪器驱动程序，应用程序设计人员即便不了解仪器内部的操作过程，也可进行虚拟仪器系统的研究和设计工作。应用软件建立在仪器驱动程序之上，直接面对用户，提供给用户一个满足用户功能要求的友好界面。图形化软件开发平台的提出使编程人员不再需要文本方式编程，可以减轻系统开发人员的工作量，使其将主要精力集中投入到系统设计中。
三、虚拟仪器的应用
传统的液压实验台功能单一，设备大多由继电器电路控制，控制技术落后，自动化程度低，不能反映液压技术与微电子及控制技术的有机结合，操作繁琐，实验抽象，测试精度低，不能满足培养具有创新思维的高科技人才的要求。
根据电液比例阀和电液伺服阀的静、动态特性测试要求，确定基于虚拟仪器的电液比例阀和电液伺服阀测试系统方案。利用虚拟样机技术，可以对电液比例溢流阀的性能测试有：稳态压力控制特性测试、稳态负载特性、输入信号阶跃响应特性测试、负载流量阶跃响应特性测试、频响特性测试。电液比例方向阀的性能测试有：稳态流量控制特性测试、稳态负载特性测试、压力增益特性测试、输出流量与阀压降特性测试、输入电信号阶跃响应特性测试、频率响应特性测试。电液比例流量阀的性能测试有：稳态流量控制特性测试、稳态负载特性测试。电液伺服阀的特性测试有：负载流量特性、空载流量特性、压力特性、频率响应测试。
虚拟仪器作为教学的新手段，正在改变传统的教学模式。在实验室建设中，如果配置常规仪器、仪表，学校财力难以支付。运用虚拟仪器技术不但能满足实验教学需要，而且还可将这批微机用作其他有关计算机课程的教学用机，提高设备利用率，降低实验室建设的成本。虚拟仪器与现有仪器配合，逐步取代传统仪器，是一个必然的发展趋势。
液压缸实验台改造 篇4
液压件生产、检测企业用液压缸实验台既要求有强大的工作效率, 又要求有较宽泛的试验功率范围。海军704所20世纪90年代设计液压缸实验台, 试验能力比较强。试验台使用发现工作单调, 机械噪声大, 易使人产生烦躁和疲劳。检测液压缸的缸径、行程、接头尺寸、连接形式不同, 连接繁琐、耗时, 严重影响试验速度。在实际修复液压元件的元件检测过程中, 由于操作工人熟练程度的加强, 原设计液压缸实验台的元件试验速度已经不能满足元件修复试验的需要。为了能在生产过程中更有效的节省时间和提高工作效率, 有必要对液压缸实验台进行改造。
液压缸的试验分两种, 一种是出厂试验;一种是型式试验, 分别走两套液压回路。工厂中如果没有特殊要求, 一般执行出厂试验标准。
出厂试验具体试验项目包括:试运转 (外观检查、空行程往复试验≥5次、行程检验、爬行试验、启动压力特性试验) ;泄漏试验 (内泄漏试验;外泄漏试验) ;耐压试验。
型式试验一般主要用于新产品开发, 性能试验具体试验项目除出厂试验的所有项目外还要做耐久试验;缓冲试验;负载效率试验;高温试验。
1改造前存在的问题
1.1人工操作复杂繁琐、时间长
原设计供油泵为压力油泵提供油源, 进油压力调节阀限定试验压力, 通过换向阀的换向, 驱动液压缸活塞移动, 回油通过涡轮流量计和椭圆齿轮流量计计量测量结果。每个缸每次空行程往复试验都需要操作工反复扳动选择开关30次才能完成全部部试试验验项项目目, , 还还需需要要管管路路连连接接、、阀阀门门启启闭闭、、缓缓冲冲节节流流阀阀调调整整、、 测测量、计算、记录、填表等, 出厂试验大约一条缸需要2 h。如果做性能试验, 加载试验需要连接加载基座, 连接加载控制油路、连接接手、键、销等, 则需要操作工反复扳动50次选择开关, 才能完成全部试验项目, 性能试验大约1个缸需要4 h。搬动开关的过程既耗时又复杂繁琐, 因此通过改造试验回路改进试验过程, 使整个操作简易、快捷。
1.2快速接头没起到快速作用
在生产过程中发现液压缸油口连接型式多样, 并不适合实验台快速接头的螺纹。
1.3压力匹配计算繁琐
加载试验调整和计算步骤:先将被试缸试验回路压力调整至被试缸额定压力 (2#溢流阀) 。计算加载液压缸调整压力。试验台加载缸活塞直径250 mm, 被试缸品种较多, 加载试验时加载缸压力可通过相关公式求得。
通过计算求得加载试验中加载缸应该调整到的压力, 加载回路通过调节 (3#) 阀, 实现被试缸的载荷状态往复运动。
2改进措施
2.1液压缸实验台液压系统改进
在液压缸实验台液压系统回路上增设自动往复控制装置, 如图1椭圆内部分所示。
图1上部分系统是加载回路, 通过1#溢流阀调整加载缸试验压力, 下部分是被试缸试验回路, 通过2#溢流阀调整被试缸试验压力。增设的自动换向回路设计充分利用原油路, 液动换向阀驱动压力2 MPa, 力求简洁实用。当DT3断电时 (长断) , 新增设的自动换向回路无作用, 不影响原设计回路正常动作。当DT1与DT2断电, 自动换向回路DT3得电时, 被试缸无杆腔进入压力油, 活塞无负荷运行到被试缸缸头时系统压力升高, 液控换向阀远控口压力大于复位弹簧力, 使液控换向阀阀芯被推到另一边, 完成换向;当被试缸有杆腔进油, 活塞无负荷运行到被试缸缸尾时, 系统压力升高, 液控换向阀远控口压力大于另一端复位弹簧力, 使液控换向阀阀芯被推到另一边, 完成换向。活塞左右自动往复换向。
一般试验中, 加载缸功率比被试缸大, 应注意试验中加载缸的压力对被试缸的影响, 错误的操作将对被试缸造成损害。
2.2快速接头改进
在生产过程中发现, 液压缸油口连接型式多样, 并不适合实验台快速接头的螺纹, 故将快速接头改为胶管与过渡接头连接, 连接简单方便。
2.3压力匹配计算列表
针对试验计算繁琐问题, 设计出加载液压缸推力表1, 方便工作中查找。试验台加载缸活塞直径250 mm, 对应加载缸压力1~35 MPa, 相应加载缸推力按F1=P1A1计算, 得出表1。
以被试缸缸径125 mm, 额定压力16 MPa为例, 计算加载缸试验调定压力。
2.3.1计算法。
A1=49 062.5 mm2, P2=16 MPa。A2=12 265.625 mm2。根据P1=P2A2/A1得, 加载缸试验调定压力P1=4 MPa。
2.3.2查表法。
计算得F1=196 k N, 查表1可得加载缸试验调定压力P1=4MPa。
3改进效果
改造后, 计算和操作程序简化, 节省工作时间。通过改造试验回路和改进试验过程, 实现活塞左右自动往复换向, 提高检测质量和效率。整个操作简易快捷, 减少操作人员的烦躁和疲劳, 提高工作效率。进行出厂试验时, 每试验1个缸, 可节省40 min时间, 进行性能试验1个缸可节省1 h。
摘要：液压缸试验台人工操作复杂、时间长, 快速接头没起到快速作用, 压力匹配计算繁琐。为了能在生产过程中有效地节省时间和提高工作效率, 对液压缸实验台进行改造。在原回路上增设自动往复控制装置, 对快速接头改进, 制定压力匹配计算列表。改造后, 实现活塞左右自动往复换向, 提高检测质量和效率, 简化计算和操作程序, 节省工作时间。整个操作简易快捷, 提高工作效率。
液压缸试验台 篇5
关键词：液压挖掘机；混合动力系统；节能；仿真模型；试验研究
中图分类号：TH39文献标识码：A
Energy Saving Performance and Experimental Study
on Hybrid System of Hydraulic Excavator
LIU Changsheng1， HE Qinghua1，2， GONG Jun1， ZHAO Yuming1
（1.State Key Laboratory of High Performance Complicated， Central South Univ， Changsha，Hunan410083， China；
2.Sunward Intelligent Equipment Co Ltd， Changsha，Hunan410100，China）
Abstract：Based on low utilization rate of energy and high fuel consumption， the energy losses in the hydraulic excavator during typical working condition were analyzed， and the major directions of the energy saving research for the hybrid power system were derived. A parallel hydraulic & electric configuration for hybrid excavator was proposed based on capacitor and motor. For the hybrid power system based on SUNWARD 20T hybrid excavator， the paper established simulation model， and the effect of the power coupling characteristics， the control strategy， the capacitors State Of Charge on the hybrid excavator were studied by contrast calculation and simulation. And the key parameters were optimized and matched. At last the energy saving effect was studied by building test platform of hybrid system， and found that adopting the parallel hydraulic & electric system， selecting the appropriate parameters in power coupling， instantaneous optimization of control strategy， compensating parameter of capacitor SOC are helpful to improve the energy saving effect of hybrid excavator， and the energy saving efficiency can reach above 20%.
Key words： hydraulic excavator； hybrid system； energy saving； simulation model； experimental study
鉴于全球范围内能源短缺以及日趋严格的排放法规，各工程机械制造商和研究机构开始重视工程机械节能技术的研究与应用.作为工程机械的典型产品——液压挖掘机，由于其负载工况恶劣，发动机受到负载波动的影响大，工作点大部分时间处于低效区，而且系统在能量传递过程中损失大，重力势能和制动动能转为热能浪费严重，造成油耗大，能量利用率低，排放增加.因此，展开节能减排技术研究，降低油耗、减少排放、提高挖掘机能量利用率已成为当前国内外研究热点[1，2].
近年来，混合动力挖掘机的研究已成为工程机械行业内技术人士关注的焦点.自2004年日本小松公司研制出世界上第一台混合动力挖掘机后，国内外挖掘机制造企业如日本的神钢、日立建机以及美国的卡特彼勒等都开展了混合动力挖掘机研究工作[3-8].国内山河智能、柳工等已开始研究混合动力技术在挖掘机上的应用，并完成了样机研制[9].浙江大学张彦廷、王冬云等对混合动力系统的节能效果、控制策略和节能方案等进行了仿真研究[10-11].中南大学李铁辉对混合动力挖掘机能量回收系统、参数匹配、控制算法等进行了建模仿真和试验研究[12].
本文以液压挖掘机为研究对象，分析液压挖掘机在典型作业工况下的能耗损失、节能潜力以及能量回收的主要途径.设计基于超级电容与电机的并联式油电混合动力节能方案，建立系统仿真模型，分析系统动力耦合特性、控制策略及超级电容SOC等因素对整机节能效果的影响，并对关键参数进行了优化匹配.搭建挖掘机混合动力系统试验平台，对系统的节能效果和关键参数优化匹配进行试验验证.
1液压挖掘机能量损耗分析
1.1挖掘机工况分析
液压挖掘机的典型作业模式主要为挖掘土方作业，以山河智能公司20吨级液压挖掘机为研究对象，在分析其实地测试数据的基础上，可得到液压挖掘机作业工况循环下的功率.图1为挖掘机的典型作业循环，在单个挖掘作业周期内，液压挖掘机先后完成了挖掘、满载举升回转、卸载和空载返回四个阶段.
1.2挖掘机能耗分析
液压挖掘机在作业过程中，发动机通过液压泵输出动力来驱动工作装置（动臂、斗杆、铲斗）进行挖掘，以及驱动转台回转.此工况下挖掘机为定点挖掘，无行走动作，执行元件行走马达不产生功率消耗.
液压挖掘机挖掘作业工况的需求功率和能量为
为了便于分析和比较，选取液压泵的总输出能量为基准值，计算得到的各单元能量损耗均取此基准值的相对值.根据山河智能20吨级液压挖掘机的性能参数和实测试验数据，计算得到挖掘机在典型挖掘作业循环中各液压执行元件的能量损耗比，如图2所示.
由图2可知，回转动作能耗在液压挖掘机典型挖掘作业工作循环总能耗中所占比重较大，达到了38%，因此可将回转系统作为液压挖掘机节能的研究对象.另一方面，液压挖掘机动力系统具有波动性和周期性强的特点，其负载功率曲线如图3所示，发动机在该负载工况下输出功率变化范围大、波动剧烈，造成工作点远离最佳高效工作区域，工作效率低下，能量利用率不高，所以研究动力源与负载的功率匹配实现发动机工作在高效区对挖掘机节能也具有重要意义.
2混合动力系统结构与原理
液压挖掘机传统动力系统中柴油发动机作为驱动液压泵的唯一动力源，液压泵吸收发动机输出的功率并输出压力油驱动各执行机构，挖掘机工作时的制动能均以节流的方式转化为热能消耗.根据前文分析，在传统液压挖掘机的基础上，结合国内外应用最广泛的混合动力驱动技术，设计得到本文的液压挖掘机并联式混合动力系统整体方案，主要增加了油电混合驱动单元、电回转驱动与制动单元、电储能单元以及整机能量管理单元.如图4所示.
在该系统中，驱动电机通过动力耦合作为辅助动力源，与发动机共同协调驱动负载.具体地，当液压泵需求功率高于发动机高效功率段时，驱动电机工作在电动模式，辅助发动机驱动液压泵工作；同理当液压泵需求功率较小时，驱动电机工作在发电模式，吸收发动机的多余功率，并储存在电储能系统.这样实现对外负载的“削峰填谷”作用，以稳定发动机工况，保证其工作在合理高效工作区间来获得较优的燃油经济性.
针对液压挖掘机回转系统特点，采用回转电机来实现转台驱动及回转制动能量的回收再利用.这样不仅能避免回转启动时原液压马达产生的溢流损失，而且能在回转制动过程中将回转平台的动能实现回收再利用，提高能量利用率.
3理论结果及分析
3.1混合动力系统仿真建模
为了从理论上对液压挖掘机混合动力系统进行仿真评价，在分析系统各单元元件数学模型的基础上，在AMESim环境下建立了混合动力系统仿真模型，如图5所示.模型中变量泵出口压力由比例溢流阀控制，来模拟挖掘机负载压力；主泵的输出流量可通过调节变量泵排量和发动机转速实现，来模拟负载流量.变量泵出口压力和流量数据可通过液压挖掘机实际工作过程采集获得.
这里以20吨级液压挖掘机为混合动力系统平台进行仿真分析，整车和动力系统的主要参数如表1所示.
3.2动力耦合特性
在混合动力系统中，发动机持续提供挖掘机作业负载的平均功率输出，与其同轴并联耦合的驱动电机则输出负载需求力矩与发动机目标力矩的差值，辅助发动机提供重载挖掘时的大功率输出或轻载时的输入储能.因此，驱动电机的力矩响应特性对其与发动机、液压泵的动力耦合性能的影响较大.图6（a）～（d）为驱动电机力矩响应时间分别在300 ms，150 ms，100 ms，10 ms时的系统力矩分配曲线.从图中可知，驱动电机力矩响应特性对发动机力矩输出的稳定性有较大影响，其力矩响应时间越快，发动机输出力矩曲线波动越小，工作更平稳.
3.3动力系统控制策略
混合动力系统控制策略是整个系统的研究重点，它的优劣将直接影响到挖掘机节能减排的效果.目前常用的控制策略主要为基于规则的逻辑门限控制、自适应PID控制等[13-15].
这里提出一种以系统瞬时全局能量消耗率最小为目标的优化控制策略，在所设定的挖掘机负载条件下，决定发动机、超级电容、驱动电机和回转电机之间的最优输入输出功率分配，使系统在挖掘机工作过程中的瞬时能量消耗最少.
具体方法是通过将系统各能量单元的输入输出功率等效为发动机能量消耗方程，从而建立混合动力系统瞬时全局能量消耗率最小的目标函数，以功率守恒和负载需求为条件，求出最优解.以系统瞬时全局能量消耗率最小为基础进行动力分配的同时还引入超级电容SOC（State of Change，荷电状态）补偿函数，保证SOC稳定在安全合理范围内.
建立系统等效能量消耗函数为
3.4超级电容SOC
前文的瞬时优化控制策略在综合考虑混合动力系统能量消耗率最小的同时，还需考虑超级电容的工作荷电范围SOC，通过加入SOC补偿函数，采取主动策略来实现SOC保持在合理波动范围.
SOC补偿函数如下式所示
其中：Sop为超级电容最优工作点；λ为电容SOC调整系数.考虑到挖掘机实际工况和超级电容特性，避免出现过充过放现象，电容SOC的正常工作范围设为50%～90%，最优工作点为70%，以保证超级电容可以同时满足驱动电机工作或能量回收充电的需求.
当超级电容SOC偏离工作荷电状态上下限值时，通过提高或降低电机与超级电容的等效能量消耗率，来使等效能量目标函数的最优解趋向于放电释能或充电储能.所以通过标定调整系数λ，来保持电容SOC在合理工作范围.若取λ>0，从式中可以得出，当SOC>Sop时， α<1，函数最优解趋向于放电释能；当SOC
图8是液压挖掘机混合动力系统在调整系数λ不同取值下的超级电容SOC波动范围，由图中可得，当瞬时优化控制策略未引入补偿函数α时（即α=1），SOC的波动范围为24%到100%，波动相对值大于75%，超出了超级电容工作荷电状态上限，出现了电容过充现象，这表示单纯的全局优化控制策略无法保持电容SOC的稳定工作.当λ取0.1时，SOC波动范围相对值缩小至54%，随着λ取值增大，SOC的波动范围越来越小，趋于稳定在最优工作区间，具体如表3所示.
所以在同一工况下，λ取值越大，超级电容SOC的波动范围越小.但需要注意的是，若λ取值太大，则SOC工作区间小，能量储存和释放的容量就越小，系统功率分配和能量回收功能无法实现最优原则，最终将对系统综合能量消耗率造成影响.因此系数λ的取值应在保证电容SOC允许范围内尽可能选最小值，根据超级电容的工作特性，以SOC波动范围相对值在40%作为λ取值的条件，选取λ=0.18.
4试验研究
根据系统方案设计和仿真结果分析，在山河智能20吨级挖掘机上搭建混合动力系统试验平台，在典型挖掘作业循环下进行节能效果研究并验证关键参数优化匹配的有效性，如图9所示.系统中的驱动电机单元、回转电机单元、超级电容单元、整车控制器及笔记本电脑通过CAN总线连接，整车控制器作为下位机来采集传感器和手柄操作数据，对混合动力系统输出控制指令，并向上位机笔记本电脑发送传感器实时数据和系统状态反馈数据，上位机完成系统状态实时显示和测试数据的存储.
图10为挖掘机混合动力系统在瞬时优化控制策略下的能量消耗曲线.在70 s测试时间里，传统液压系统和基于瞬时优化控制策略的混合动力系统所消耗能量分别为1 134 kJ，867 kJ，节能效率改善达到23.6%.与传统液压系统相比，瞬时优化控制策略在混合动力系统工作过程中进行功率最优分配使能量消耗明显减少，燃油经济性更高.图11为混合动力系统中超级电容SOC波动曲线，由图中可以看出，引入SOC补偿函数并取适当的调整系数λ，系统在实现较高节能效率的同时，保持超级电容SOC工作在50%～90%的合理波动范围内.
根据挖掘机液压系统负流量特性，当主阀处于中位时，液压泵泵口压力较低，输出流量小，设计当斗杆在外摆行程终点时，快速操作手柄以获得主泵溢流压力使发动机受到冲击负载，来验证驱动电机电动力矩响应性.如图12所示，在21 s前发动机受到冲击负载的影响，转速从1 820 r/min掉至1 707 r/min，从29 s开始引入驱动电机力矩200 N·m，发动机输出力矩从617 N·m减小到403 N·m，转速波动明显减弱，发动机工况得到有效优化，工作平稳.
5结论
1）对液压挖掘机在典型作业工况下能耗，以及混合动力挖掘机的节能潜力和主要途径进行了分析.
2）设计了一种基于电机+超级电容回收方式的并联混合动力系统，建立了混合动力系统的仿真模型，并对系统动力耦合特性、控制策略及超级电容SOC等因素对混合动力挖掘机节能效果的影响进行了理论计算和仿真分析，对关键参数进行了优化匹配.
3）搭建了挖掘机混合动力系统试验平台，对该试验系统的节能效果和关键参数优化匹配进行了试验验证.研究结果表明，根据液压挖掘机工况特点，采用油电并联混合动力系统，并选择合适的动力耦合参数、瞬时优化控制策略及超级电容SOC补偿参数等关键参数有利于提高挖掘机的节能指标.
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液压缸试验台 篇6
液压阻尼器是安装于火力发电站锅炉管道上的重要设备,其主要功能是在管道受到瞬间外力冲击时,阻尼器能瞬间成刚性体,防止管道因冲击振动而造成破坏。随着国内外对阻尼器需求量的增加,开发设计一套高性能的液压阻尼器性能试验台已成当务之急。我公司在全面借鉴国内外液压缸试验台的基础上,开发设计了一套液压阻尼器综合性能试验台。
2 综合性能试验台系统模块组成及功能
综合性能试验台基本参数设计如下:
额定工作压力:Pn=35MPa;流量:Qmax=135L/min;最大试验缸径:D=220mm;最大工作行程:Lmax=300mm。
综合性能试验台基本工作原理如图1所示,系统主要由5大模块组成:液压系统模块、加载试验台模块、电气控制模块、计算机系统模块、PLC信号采集转换模块。
2.1 液压系统模块
液压系统模块主要功能是接收电气控制模块指令,完成对被测阻尼器的加载,主要由电机、齿轮泵、阀控组、加载缸、过滤系统、报警系统和油源等组成,其中阀控组由溢流阀、换向阀、调速阀、单向阀构成。液压供油系统如图2所示。
2.2 电气控制模块
电气控制模块包含了本试验台系统的所有电控部分,主要包括三个部分,其原理简图如图3所示。
(1)电源部分:为整个试验系统提供电源。并可以分别控制通断,为调试和维修提供方便。
(2)液压油源的控制部分:控制电动机的启、停,油路的通断,油压的加载、卸荷,提供油压的高、低压报警,高、低温报警,粗滤、精滤堵塞报警及故障急停等功能。
(3)电液伺服系统的模拟和数字控制及物理量检测部分:此部分是本试验系统的核心部分,其原理图如图4所示。主要由接口电路、模控及伺服放大电路、计算机及其接口板、控制软件等组成。
2.3 计算机系统模块
计算机系统模块主要完成对电气控制模块发出指令,对PLC信号采集转换模块采集的信息数据进行分析、整理、计算,并实时仿真,输出检测报告,同时提供实时交互操作界面。实时交互操作界面是基于Windows(NT)2000+RTX实时操作系统,采用Lab Windows、CVI(C for Virtual instrumentation)虚拟仪器系统的交互式软件开发环境开发出来的,实时交互操作界面如图5所示,具有操作方便灵活的特点。
2.4 PLC、信号采集转换模块
主要由PLC单元、压力传感器、位移传感器、力传感器组成,其功能是收集信号并进行转换,通过接口将信息传输给上位机-计算机,同时接收上位机-计算机发出的指令,并将指令转为电信号,指令液压系统动作。
2.5 加载试验台模块
主要由滑动导块、机架、导轨、加载液压缸及试验工装组成,完成对被测阻尼器的安装和加载。
3 主要试验项目
通过计算机指令,加载液压缸运动,阻尼器活塞杆运动到指定位置,然后通过液压系统的蓄能器对被测阻尼器加压加速,模拟阻尼器所保护的设备所受到的外力冲击。再通过PLC、信号采集转换模块采集数据,并传给计算机,完成仿真,输出阻尼器特性曲线,同时检验阻尼器内泄情况。在对12T液压阻尼器试验结果如图6所示。从图6我们可以看出,本设计方案是可行的,试验结果是可靠的。
4 试验台设计特点
(1)本液压阻尼器综合性能试验台,结构简单紧凑,成本低,性能可靠。
(2)本实验台设计采用了模块化设计方法,缩短了总体设计时间,各接头采用快接接头,方便拆装,减少了工人劳动强度,节约了生产成本。
(3)本实验台采用可视交互操作界面,实时性强,操作简单方便,使检验人员能快速准确的完成阻尼器各性能检验,为阻尼器批量检验提供了可能。
5 结论
本实验台整体设计采用了模块化设计方法,实现了电-液结合,检测系统与信息系统集成,具有较广阔的市场前景。
参考文献
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液压调平系统部件检测试验台设计 篇7
1 检测要求
待检测的液压元件属于一个完整的平台液压调平系统, 调平前后平台的支撑由4个轮子转换为3个调平油缸, 通过控制3个调平油缸的伸缩实现平台的快速调平, 此液压系统的结构如图1所示。
此液压系统的调平有电动和手动两种模式, 故其含有电动泵和手动泵两种动力元件, 通过控制阀、手动阀、单向阀、液控阀、快慢阀、节流阀和转接头, 实现对液压泵输出的油液进行流向控制、压力控制和流量控制, 最终传输到执行元件, 即调平油缸和翻转油缸, 完成负载平台的调平和车轮的翻转。
通过分析各待测液压部件的检测要求, 发现检测项目主要涉及保压检测、流量检测、阀门功能性检测3个方面, 具体检测指标如表1所示。
综合对待检测部件的分析, 检测试验台的综合技术要求如表2所示。
2 检测系统设计
检测系统设计包括各类检测项目的检测原理分析、各个部件检测分系统设计以及检测系统同类项的合并与局部调用的实现, 检测设计如图2所示。
2.1 保压检测设计
统计保压检测要求和检测系统压力要求主要有2MPa, 6MPa, 10MPa, 15MPa 4种状态, 检测系统由电动泵泵油, 电动开关阀 (Kd4~6) 根据检测系统需要接入安全阀, 实现检测系统最高压力的控制, 完成各项保压检测, 或达到系统其他检测的压力要求。控制系统压力的安全阀接入的电动开关阀的通断, 由逻辑控制程序与检测流程同步实现。
2.2 流向检测设计
在阀门功能检测, 即阀门的单向导通、双向导通、换向等功能的检测模块如图3所示, 根据对每种待测阀门的结构和检测要求的分析得出, 为了满足各个阀的检测, 需要4组上述流向检测的检测模块。模块的调用同样是通过电动开关阀的通断, 由逻辑控制程序与检测流程同步实现。
2.3 各类检测系统的对比与合并
泵类待测部件的检测, 不需要额外的动力元件, 只需要油箱、安全阀、压力表和流量表, 故将此类元件的检测独立为一个检测分系统。
阀类和油缸类待测部件的检测, 需要额外的电动泵作为动力元件, 为检测系统提供能达到一定压力的油液, 通过各待测部件结构和检测要求分析, 对各个检测系统进行同类项合并和油路的综合规划, 得出阀类和油缸类待测部件的检测分系统具体调用情况如图4所示。
3 控制软件设计
硬件平台搭建好了, 如何让系统运作起来, 这就需要控制软件的设计了, 需要分层完成对应的定义与协同。首先是物理层, 确定电动开关阀与控制程序变量的对应, 通过放大电路和数模转换电路实现程序0或1对变量的赋值, 确定特定开关的通断;其次是逻辑层, 确定检测某个液压部件的过程中, 每个检测状态对应哪些电动开关的通或断, 实现相应液压元件和管路系统的调用;最后是交互层, 让操作人员明确, 他的每一步操作, 对应的功能, 检测系统将处于的状态, 以及需要做的准备和注意事项。这就是控制软件的分层设计思路。
明确控制软件的设计步骤以后, 还需要进一步明确每个部件检测的操作流程。每个检测的实现, 需要对应特定的检测系统状态, 每种状态之间如何安全地切换。特别是涉及高压液压系统后, 安全是特别重要的, 检测系统压力从低到高, 再从高到低的切换, 合理的安排可以一定程度提高安全度和系统状态切换的速度, 这就需要对检测流程进行合理规划设计, 从而实现控制系统状态的顺利切换, 即液压系统局部元件与管路的调用。
这里以控制阀的检测为例, 如图5所示, 简述检测操作流程的设计以及逻辑控制的实现。
明确操作流程以后, 如何实现操作流程的顺序进行, 如何控制硬件平台中各元件的状态, 与操作人员期望的状态一致, 这就需要逻辑控制来实现。如图6所示, 硬件平台上的每一个元件对应一个特定的编号, 可控的元件对应一个特定的逻辑变量, 从对逻辑变量赋值的改变, 来变换可控元件的通断状态, 实现检测系统的局部调用。
检测流程是以检测要求和检测过程说明为蓝本的, 故其与检测表也是对应的, 为了更加明确检测过程与检测系统逻辑的对应关系, 列出了上表。其中K2是检测系统电动泵的启动开关;K3是电磁铁1的启动开关, 电磁铁1控制待检测的控制阀的阀体2的换向;K4是电磁铁2的启动开关, 电磁铁2控制待检测的控制阀的阀体3的换向;Kd4是2MPa安全阀的隔离电动开关, “1”状态表示上电即“通”状态, “0”表示断电即“断”状态, 如在6MPa的保压检测中, Kd4为“0”状态, 即2MPa的安全阀被断开于系统, 系统最大压力能达到6MPa;Kd5是6MPa安全阀电动隔离开关, 一致处于常“通”状态;Kd7是检测系统的输出端口之一, 与相应的手动开关阀连通, 这些手动开关阀是待测部件接入检测系统的唯一接口, 根据待检测部件的不同, 调用不同的检测系统局部, 选用相应的手动开关阀接入;Kd17是检测系统末端的保压电动开关, 待系统压力达到后, 隔离液压系统与外界的联系, 开始保压检测。通过分析, 会发现, 电磁铁检测后, 2MPa保压检测开始前的检测系统各相关开关的状态与阀芯检测时的检测系统状态一致;检测完毕后, 系统各开关的状态与控制阀检测开始时的初始状态一致。这些系统状态的定义, 如“P9”等, 与人机交互界面一致, 在操作员点击相应界面的下一步时, 会启动检测系统处于相应的状态, 这就是控制逻辑设计的目的和意义。
4结语
多个检测系统的综合, 实现对一个完整的液压调平系统的各种部件的全面检测, 有优势也有缺点, 优势是通过各个检测系统的综合和局部调用, 极大限度地控制了检测平台的体积、关键液压元件的数量, 对各类液压元件的检测, 系统具有一定的兼容和扩展性;缺点是未能引入各种传感器, 未能实现检测过程的全自动, 还需要操作人员的人工介入, 这是以后需要完善进步的方面。对于各种液压传感器的研究与应用需要进一步深入探索。
同时, 虽然检测系统主要液压元件数量减少, 系统体积缩小, 但是系统复杂程度却有所提升, 检测系统自身的维护问题不容忽视, 这也是我们完成液压元件检测功能以后, 需要进一步研究和完善的问题。
多功能液压检测试验台的研制、自动化控制在液压检测领域的应用、检测系统自监控的发展, 这些液压检测领域的需求将越来越多, 更是我们努力的发展方向, 产学研的合作将为发展提供更大的动力和更好的加速度。
摘要：根据泵类、缸类、阀类液压元件的检测要求, 需要完成对一个特定的液压调平系统的各部件检测试验台的原理设计。文章进一步分析了各部件的检测系统、合并同类项, 以达到缩小试验台体积的目的。利用软件实现检测系统液压元件和管路的调用, 以简化操作流程。
关键词：液压试验台,系统合并,软件控制
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液压阀试验台计算机控制系统 篇8
液压支架用阀做为煤矿液压支架的关键控制元件,其性能的好坏直接影响到整个液压系统。液压阀试验台的研制为液压阀提供了必备的试验条件,具有重要的工程应用价值,本文采用了西门子S7-200系列PLC,结合液压阀试验台液压系统的控制要求,开发了一套新型液压阀试验台控制系统。
1 液压阀试验台的工作原理
液压支架用阀试验台控制系统液压原理图如图1所示。液压阀试验台系统由液压系统和油液系统两部分组成。油液系统给增压缸和被试元件提供泵源压力,并控制改变流量。油液经滤油器进入由溢流阀6、换向阀7和两个调压阀8组成的油系统阀块,实现了油源压力调节。电磁换向阀11、可调单向节流阀12和一个二位二通电磁换向阀13来实现增压缸14的增压充液。电磁阀13得电时,大小流量两档增压输出,失电时,实现卸荷回液和增压缸充液回程。乳化液泵用于对试验充液,排油口处的卸荷溢流阀9用于调整次充液压力。经增压缸增压后的油液进入试验系统部分。该试验系统由二位三通电磁换向阀15、压力表17及压力传感器18等组成。
1-滤油器;2-温度计;3-油泵;4-乳化液泵;5-电机;6-溢流阀;7-调压换向阀;8-调压阀;9-卸荷溢流阀;10-单向阀;11-电磁换向阀;12-调速阀;13-二位二通阀;14-增压缸;15-二位三通阀;16-蓄能器;17-压力表;18-压力传感器
2 液压阀试验台测控系统的设计
试验台测控系统主要由PLC控制器、工业控制计算机、传感器等组成。系统的控制结构框图见图2。
试验台通过传感器将信号输送到PLC控制器,经PLC处理后,由RS-232实现与计算机的通信,接收到反馈信息后,通过改变PLC的程序来控制电磁阀,实现自动控制。系统的监控和管理由上位机通过VB的MSComm控件完成。
2.1 PLC控制系统的设计
可编程控制器PLC具备了控制程序可随工艺改变、易于计算机接口、可靠性高、抗干扰能力强等优点,已成为替代传统继电器控制线路的升级换代产品。本试验台采用SIMATIC S7-200系列PLC作为控制系统的核心部件。现以安全阀和截止阀为例进行控制系统设计。
首先给各输入、输出变量分配地址,其次根据控制过程设计出梯形图程序,最后进行调试。输入、输出(I/O)地址分配见表1。
梯形图是使用最多的PLC图形编程语言,与继电器控制系统的电路图相似,试验控制的梯形图见图3。
2.2 控制系统的软件设计
本系统的软件部分主要由数据采集处理和数据管理两部分组成,主要完成数据采集的控制、处理、管理以及试验报告输出。
PLC具有极高的可靠性,一般用于执行现场的控制任务,但是它的人机接口功能较差。个人计算机(PC)的价格便宜,软件资源丰富,人机接口功能较强。PLC与个人计算机通过通信连接起来,用PC作为上位计算机,主要完成数据通信、网络管理、人机界面(HMI)和数据处理等功能。
上位机通信程序是在VB6.0环境下开发的。VB是一种可视化的、面向对象和采用事件驱动方式的结构化高级程序设计语言,可用于开发Windows环境下功能强大、图形界面丰富的应用软件系统。在Windows环境下,操作系统通过驱动程序控制各硬件资源,不允许用户象在DOS环境下那样直接对串口进行底层的操作。为此,VB提供了一个串行通信控件Microsoft Comm Control,简称MSComm控件。试验员只需设置和监视MSComm控件的属性和实践,就可以实现串行通信。
人机界面(HMI)一般用于操作人员与控制系统之间进行对话和相互作用。采用VB6.0的控件组合及代码可以为监控系统设计界面。
3 结论
液压支架用阀试验台是煤矿液压系统的重要组成部分,本试验台采用PLC控制大大提高了设备的工作效率和测试精度,同时采用VB进行编程实现自动化管理,使操作更加方便,整体上为煤矿液压支架用阀试验研究提供了更可靠的技术保障。
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液压缸试验台 篇9
水下多功能液压快速接头 (Multi Hydraulic Quick Connector) , 简称为MQC, 是用来在水下同时连接多个单路液压接头[1]的装置。由于水下环境的复杂性和装置更换的难度大, 设备出现故障后造成的经济损失是不可估量的, 因此在设备投入使用前, 需要进行泄漏压力测试及耐压测试。
为了在研发和生产中更合理地测试MQC性能, 有必要开发与海底实际使用环境相似的试验台。本文研究一种水下多功能液压接头 (MQC) 性能检测的试验台, 用于MQC的连接性能测试、泄漏压力测试及耐压测试。
1 试验台结构和工作原理
如图1所示, 该试验台主要由液压回路、近端和远端等组成。液压回路主要由油源、分合流模块、MQC、节流阀等组成。分合流模块的主要功能为实现油路一路分多路再多路分一路的功能, 且能够分别控制各路油路的通断并通过各个支路上的压力传感器采集各路油路的压力信号。
在试验时首先开启液压油源, 调节油源压力到工作压力, 在试验台近端中的人机操作界面中打开电磁阀, 使高压油流过分合流模块至接头处。此时接头尚未接合, 油路不通, 进油路为高压且等于油源出口压力, 回油路为低压, 压力值为零。将分合流模块进油路球阀全部打开, 此时压力传感器压力值显示为进油, 然后将MQC移动端插入到MQC固定端并锁紧, 使得MQC上各接头均顺利接合[2]。根据压力传感器测得的各油路的压力值可以推知各油路的通断情况, 而且在油路中其它元件不产生泄漏的情况下, 可以测试MQC的耐压性能, 即在15 min内能否保持压力恒定, 此恒定压力值为1.1×1.5倍工作压力。
2 试验台液压系统设计
试验台液压系统主要是模拟海上钻井平台液压部分实际工作情况[3]。
试验台的液压回路主要包括油源、分合流模块、长软管、MQC等, 图2为MQC连接功能测试液压原理图。由于MQC是在海底工作, 而油源位于海上钻井平台上, 油液需经长液压软管经分合流模块再经MQC输送到各个工作单元。为模拟其真实工作情况, 试验台采用软管和节流阀组合来模拟长软管的液容和液阻, 以期最大限度地还原MQC的真实工作情况。
由于该试验需要实现对油路压力的控制, 液压源选用定量泵和溢流阀构成的恒压源, 通过调节溢流阀的溢流压力来调节系统最高压力, 系统压力通过油源出口的压力表显示。而且在油源出口至分合流模块进油路的压力表处, 在截止阀完全打开时基本没有压降。在试验准备阶段可以通过该压力表来校准压力传感器的压力值。在压力表后面, 选用一个两位两通电磁阀控制进油路的通断, 即可实现对油路的控制。试验台中分合流模块主要实现油路的一分多和多合一, 并实现对每个油路的单独控制和监测, 因此在每个油路上均装有一个截止阀和压力传感器。而为使油路全开时系统压力不为零, 在回油口处增加一个节流阀。
MQC连接功能试验时, MQC接回油长软管, 而在MQC耐压测试时, MQC接堵头。
3 水下多功能液压快速接头模拟试验
3.1 MQC的连接功能测试
MQC的主要功能就是通过插拨实现油路的通断, 且能保证在连接状态下不存在泄漏。MQC在实际使用的过程中, 固定端连接到海底基座上, ROV机械手抓住移动端的旋转接口逆时针旋转至末端。然后将MQC移动端插入到固定端, 通过观察插入到位标识线和前端标识线对齐后, 即判断移动端在轴向方向已经插入到位。当移动端插入到位后, ROV机械手抓住扭矩工具并插入到传动轴上, 然后开始顺时针旋转至锁紧到位标识线与前端标识线对齐, 插入到位标识线与后端标识线对齐时, 可判断此时锁紧到位, 连接作业结束。试验台再现水下液压快速接头的工作状态, 即在额定工作压力下实现多路管路的连接, 并保证连接的可靠和稳定。通过观察软件界面上各个油路的压力变化, 可以推知各个油路的通断情况, 从而判断MQC能否正常工作[3]。
图3为测试台的操作界面, 该操作界面提供了电力单元的启停、电磁阀的控制、控制信号的传输和各路压力传感器压力信号的显示, 用户可以根据操作界面显示的压力值来判断各个接头的连接情况。
试验开始前关闭所有截止阀, 并将溢流阀压力调至零, 关闭近端和远端的电源。试验开始后, 通过溢流阀将试验压力调到MQC额定工作压力, 逐个打开进口截止阀, 待压力稳定后, 观察1~5号压力传感器示数变化。15 min后, 逐个打开出口处截止阀, 待压力稳定后, 观察1~13号压力传感器求数变化[4]。
多次试验表明, MQC能够正常工作, MQC连接后每个接头均能正常连通, 试验台能够准确地模拟MQC的实际工作情况并验证MQC的正常功能。
3.2 MQC耐压测试
在MQC固定端公头上接上堵头, 将油路封闭, 可以测试MQC耐压性能。
在液压管路连接好后, 将系统压力通过油源的溢流阀调到额定压力的1.5×1.1倍左右, 等压力传感器示数达到该压力后关闭分合流模块进油口的球阀。观察15 min内各压力传感器值的变化。如果各管路的压力值都只有小幅度的下降, 则MQC满足设计的耐压要求。
在MQC的耐压试验中, 在关闭进油口的球阀后15 min内, 各压力传感器压力值只有很小幅度的下降。该部分的压力下降主要原因是压力传感器的压力波动以及软管为弹性元件, 在这段保压过程中会有一定的体积膨胀。
多次试验证明试验台可以方便有效地测试MQC的耐压性能。
4 结语
本试验中采用液压软管和节流阀的方案来模拟液压软管的液阻[5], 能够很大程度上模拟出长管传输的特性。
所开发试验台能够根据各管路的压力情况来判断出各接头的通断情况, 进而测试出MQC的连接功能是否能够满足要求。
所开发试验台能够根据不同试验压力, 实现各个等级的耐压测试。多次耐压试验表明, 试验台满足MQC耐压测试的需求。
利用试验台可以分别对各路接头进行测试, 因此可以测试具有不同接头数量的MQC。
摘要：开发了一种用于水下多功能液压快速接头性能测试的试验台, 用于模拟深海环境下其连接性能、电力载波信号传输并进行耐压测试。该试验台主要由支撑架、油源、分合流模块、电力系统等组成。台架试验结果表明, 试验台能够测试MQC的连接功能。利用该试验台可以方便地调节各油路通断并实时采集各油路压力信号, 以实现MQC耐压的测试功能。
关键词：水下多功能液压快速接头,试验台,MQC
参考文献
[1]Oceaneering International, Inc.Subsea Juction Plates[EB/OL].[2013-07-13].http://www.oce aneering.com/oceandocuments/brochures/subseaproducts/OIE%20-%20Subsea%20Junction%20Plates.pdf.
[2]姜传东, 杨学平, 王维春.液压油管快速接头的正确使用与调整[J].农机维修, 1997 (3) :38.
[3]李华凤.近海油田水下生产设施液压控制系统设计及仿真研究[D].杭州:浙江大学, 2010.
[4]周君鹏, 赵小进, 何城, 等.电力线载波通信方法:中国, 103475391A[P].2013-12-25.
液压夯夯实效果试验分析 篇10
高速液压夯实机对于解决高速公路桥台、桥涵侧回填土的质量不高的问题具有非常灵活的适用性和有效性[1]。因此在国内外, 常将液压夯配置于挖掘机上, 应用于边沟, 电缆沟等采用常规压实机具难以压实处的夯实[2]。在某高速上, 对桥台锥坡, 邻近桥台台背的填方用液压夯进行了夯实。为掌握夯实效果, 我们进行了相关试验。试验包含两个部分:一是专门针对页岩填料进行的液压夯夯实影响深度和压实效果试验, 二是在试验段某原动探孔位置, 在液压振夯后再进行动探, 比较夯实效果, 其土质为含卵石粉质粘土。
2 试验结果与分析
在试验路段, 定出一块顺路线走长约5m的半幅路基, 挖出桥台背填土后, 松铺2.5m厚的页岩土, 用液压夯振夯。振动过程中, 用肉眼观侧填土表面, 当其高程不下降时, 即停止振压。对选定的试验段, 垂直路线走向方向用液压夯振压了两个循环, 每循环振压四遍;平行路线走向方向振压了一个循环, 共三遍, 至此, 填土表面高程用肉眼看不到下降。
在振压好的填土上, 分别进行了轻型动力触探试验和不同深度的密度裁定, 密度测定采用灌砂法。轻型触探试验共测了三个测点密度测定的分层厚度为加20cm。
通过试验, 得到了表1和表2所示的不同深度触探锤击数和不同深度密度测定结果, 以及根据这终结果绘出的锤击数N和压实度随深度的变化图 (图1、图2) 。
由表2数据可见, 当深度大于60cm时, 其压实度小于80%。填土厚度分别为60cm、40cm时, 压实度分别仅为85.2%和90.9%。
北段的试验安排在CQI合同段K4+877.6桥桥背填方K7+975处和CQ2合同段K12+520桥桥背填方K14+290处, 这两处在采用液压夯振压前已进行过动力触探, 在振压后进行测定时, 发现K4+875处和K13+290处分别在原路基表明加填了2.3m和0.6m的砂卵石, 两处在振压后测定的63.skg动力触探锤击试验结果如表3和表4所示, 表中仅按0.5m间隔列出了试验数据。
将原有动探结果和振压后相同层位的结果相比, 得出:
a.K4+875处, 原探孔0~0.5m范围内, 填土压缩模量有明显提高, 平均锤击数为7.25击, 压缩模量13.34MPa, 而原探孔的平均锤击数为2.69击, 压缩模量为5.31MPa;0.5m~1.0m范围内, 填土压缩模量有较大提高, 平均锤击数为4.66击, 压缩模量8.58MPa, 原探孔的平均锤击数为2.69击, 压缩模量为5.31MPa, 1.0m以下坡土无明显变化, 平均锤击数为2.85击, 压缩模量为5.58MPa, 原探孔的平均锤击数为z.69击, 压缩模盘为5.31MPa。
b.K13+290处, 原探孔0~0.4m范围内, 较振压前有较明显变化, 平均锤击数为5.73击, 压缩模受10.36MPa, 而原探孔的平均锤击数为2.40击, 压缩模量为4.83MPa:0.9m以下无明显变化, 平均锤击数为2.40击, 压缩模量为4.83MPa.原探孔的平均锤击数为2.42击, 压缩模量为4.61MPa。
3 结论
由两个路段的试验结果, 可综合得出如下的结论与建议:
a.无论是页岩还是粉质粘土, 液压夯的振压影响深度不超过100cm, 当深度超过60cm时, 振压效果明显减弱。
b.用液压夯振压路基, 当填土厚度不超过40cm时, 其压实度可望达到路基90区和93区要求;当填土厚度不超过20cm时, 则可望达到路基95区要求。
c.液压夯应用于桥台背等普通压路机不易或不便压实的小区域填土压实是可行的, 但应注意填料厚度、粒径、含水量和振压遍数的控制, 要达到90区压实要求, 填料松铺厚度不宜大于50cm;达到93区压实要求, 填料松铺厚度不宜大于30cm;达到95区压实要求, 填料松铺厚度不宜大于25cm, 振压遍数不宜小于8遍。
d.当压实范围太大时, 采用液压夯压实不经济。
参考文献
[1]陈基灿.高速液压夯实机技术在韶赣高速公路涵洞台背填料夯实补强的工程应用[J].交通世界 (建养.机械) , 2009, (8) .
