液压缸综合性能测试系统设计Word下载.docx
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随着现在工业化步伐的加快,传统的液压传动和装置已经满足不了产品的需求,高性能液压元件和系统越来越重要。
因此,液压传动与控制领域的研究与设计越来越深入,为了满足产品的不同种需求,新型液压系统与元件也就得到了高度的重视。
液压缸综合性能的测试在液压领域有着十分重要的地位,在进行测试时,主要是对有关物理量进行直接或间接的测量,因此先进的测量仪器以及实用的测量系统能在很大程度上改进液压缸综合性能测试技术,当然这一切都要迎合国家标准和行业标准。
1.2液压缸综合性能测试系统研究现状
存在的问题有:
(1)不能实现简单自动的机械型检测而且数据及结果不清晰;
(2)达不到国家标准和行业标准,不能进行如耐压试验、负载效率实验等一些液压缸重要性能测试;
(3)现在的测试系统存在不稳定不安全性对一些实验仪器会有损害,如实验时压力控制不好,温度控制不好;
(4)现在的测试设备太落后,没有计算机的控制系统,压力、油温和液位等不能够准确实时的反馈,组合不成一个闭环控制系统;
(5)现在的测试系统太过于复杂,检测人员的工作过于繁琐,对人才资源过于浪费。
由此可得,现在的测试系统过于落后,测试结果不准确不能达到要求,而且实验不够全面,实验过程不安全,而且不能实现简单自动化的测试。
1.3课题目的
本论文的主要宗旨在于通过自己的实验和理论分析设计出一个实用型的液压缸综合性能测试系统。
首先,必须在符合国家规定和行业规定的前提下,对液压缸进行试运行实验、启动压力特性实验、耐压实验、泄露实验以及负载效率实验。
其次,对测试得出的数据和现象要准确,能够反应出液压缸的性能,最后测试系统实验过程必须有操作简单、安全性高的特点。
综合上述要求设计出由PLC控制系统、动力源和液压缸综合性能实验台组成的液压缸综合性能测试系统。
2液压缸综合性能
2.1液压缸的综合性能实验的规定
液压缸的分类,
1 按照结构特点不同分为:
活塞式液压缸、柱塞式液压缸、摆动式液压缸。
2 按照作用方式不同分为:
单作液压缸、和双作用液压缸。
国标GB/T15622-2005对液压缸综合性能实验的项目、实验方法、实验要求做出了详细的规定,主要分为型式试验和出厂实验。
2.2液压缸综合性能实验
液压缸的型式试验主要是为了全面的理解液压缸的结构和确定产品有没有定型包括它的完整性、工作性能和耐久性。
而液压缸的出厂实验则是真正的体现了液压缸的综合性能,也就是在生产设计中所重视的。
液压缸综合性能实验项目、试验方法和实验要求如表1
表1
序号
项目
试验方法
要求
1
试运行实验
在液压缸内空气被排除处于近真空的状态的前提下,调系统压力使用液压缸在无负载的情况下顺利启动
不得有外渗漏等不正常现象
2
启动压力实验
液压缸不受任何外力的作用即空载时,使得液压缸无杆空腔压力渐渐上升,一直到液压缸顺利启动
最低启动压力不得超过规定值
3
泄露实验
内泄露:
被试缸在额定负载工况下,运动多次
漏油量或单位时间内沉降量,应符合设计要求
4
耐压实验
被试液压缸无杆腔端施加1.5倍的额定压力,保压时间要达到两分钟。
不得有泄漏现象
5
负载效率
液压缸在额定压力之下工作,测量其负载效率
不得超过规定量
3综合性能实验及回路
3.1试运行试验
在进行每个实验之前一定要先做一个试运行试验,因为试运行试验是接下来每个实验能够顺利进行的前提。
实验分析:
在调整试验系统压力的时候,溢流阀无非是最好的选择,其作用就是让液压缸能够在完全无负载的情况下顺利启动,查液压缸的参数确定全行程的时候往复运动所规定的次数,将液压缸里面的空气完全排除,处于一个近真空的状态,观察是否有什么异常情况。
基本回路图如图1所示
3.2起动压力特性实验
实验分析:
按照起动压力特性试验的基本要求,当试运转实验结束后,液压缸不受任何外力的作用即空载时,使得液压缸无杆空腔压力渐渐上升,一直到液压缸顺利启动,观察压力表,记录被测缸工作腔活塞在启动时所受到的压力,即为实验所需的最低启动压力。
这里是通过调节比例调速阀来使得液压缸无杆腔所受压力改变,其过程不复杂而且实用。
实验原理:
这里主要的是根据比例调速阀的流量不会因为出口压力的变化而变化,从而实验数据更加有效的特点设计的。
先就得确定比例调速阀的信号,当比例调速阀接收信号后,油管内有流量小的液压油流入液压缸无杆腔,设定时间,使液压油不断的流入无杆腔,随之液压油的增多,液压缸无杆腔所受的压力也不段的上升,当上升到能够使活塞杆伸出,即液压缸无杆腔所受压力大于被试缸活塞摩擦力等阻力,直至活塞杆接近开关时,立即停止该项试验。
实验的过程中的所需的数据是液压缸无杆腔所受压力,由压力传感器显示,通过分析选取该过程中的最大压力即为被试缸的启动压力。
基本回路图如图2所示
3.3泄漏实验
液压缸泄露主要有两种泄露方式,分别是内泄漏和外泄露。
液压缸的泄漏现象能够直接影响液压缸的工作性能的好坏,因此进行液压缸泄露实验时一定要谨慎,在进行液压缸泄露实验之前一定要检测以下项目
(1)液压缸在正常的工况下,各运动元件是否存在运动缓慢和爬行现象;
(2)实验结束过后,仔细检查各个密封处是否出现泄漏;
(3)仔细检查没有节流的部件有没有泄漏;
(4)如果液压缸存在焊缝,实验结束过后观察焊缝是否泄漏。
通过查资料得知,外泄露实验比较简便,只需要额外增加系统负载就可以,这里不做过度的研究。
而现有的液压缸内泄漏量的测式方式主要有2种。
一种方法是直接测量,对被试缸无杆腔施加额定压力,加载缸锁紧,使被试缸实现保压,使用密度仪测量出油口流出的油量。
这种方法的泄漏量包含了加载缸的泄露量和液压缸的泄露量,所得测量结果误差大,不可取。
另一种方法是间接法测量,也就是本实验的原理,具体操作如下:
首先锁紧被试缸无杆腔油路,使用加载缸对被试缸加载,由于受到加载缸的作用被试缸无杆腔压力增大,从而使得该腔内液压油从活塞和内缸体泄漏至有杆腔,被试缸活塞则向无杆腔端移动微小位移,通过测量该位移量即可计算出泄漏量。
液压缸的泄漏量采用全新的测量方法,利用密度仪更精确的测量液压缸的泄漏量。
基本回路如图3所示
3.4.耐压实验
由于液压缸的种类很多,每种液压缸的额定压力也不同,在进行耐压试验时工控机的加载力不能统一,因此本实验需要用到电液比例溢流阀使工控机能够远程调节对被试液压缸的加载压力,并且在加载缸回油路上装上单向阀实现对不同类型液压缸加载。
耐压试验的具体操作是在被试液压缸无杆腔端施加1.5倍的额定压力,保压时间要达到两分钟。
基本回路如图4所示
3.5负载效率实验
同耐压试验一样由于液压缸的种类比较多,需要通过工控机来控制。
负载效率实验的具体操作是使用工控机对比例溢流阀进行缓慢的加载,使得被试液压缸在规定的压力下运行,这里使用压力传感器测量并记录被试液压缸无杆腔压力p,用力传感器测量并记录负载力F,实验之前确定好被试液压缸最大直径,通过工控机程序中定义负载效率公式便可计算出无杆腔面积A。
我们知道负载效率在液压缸的综合性能中起着尤为重要的作用,它直接反应了液压缸质量的优劣,因此进行该实验时要特别的仔细。
基本回路如图5所示
3.6总回路设计
通过分析上面五个试验回路图可以得到以下总回路图如图6所示
S1-油温传感器S2-液位继电器SP1.SP2-压力传感器L1.L3-压力表P1-电机P2-油泵P3-冷却器C1-被试缸C2-加载缸X1.X2-单向阀D1-三位四通电磁换向阀D2-三位四通电磁换向阀J-截止阀Y1.Y2-比例溢流阀Y3-比例调速阀Y4-直动式溢流阀
工作原理:
在进行试运行实验时,溢流阀使得系统压力恒定,液压缸能够在完全无负载的情况下启动;
在进行启动压力特性实验时,比例调速阀使得液压缸无杆腔所受的压力均匀上升,从而使得活塞杆能够伸出;
在进行泄露实验时使用截止阀将被试缸无杆腔锁紧,从而使加载缸直接对被试缸加载,被试缸无杆腔压力增大,使得被试缸活塞位移;
在进行耐压实验时,电液比例溢流阀使工控机能够远程调节对被试液压缸的加载压力,并且在加载缸回油路上装上单向阀实现对不同类型液压缸加载;
在进行负载效率试验时,工控机对比例溢流阀进行缓慢的加载,使得被试液压缸在规定的压力下运行。
4PLC控制系统
4.1PLC控制系统的优点
1 使得整个系统抗干扰能力强;
2 在操作上面,安全可靠性高;
3 硬件的安装和接线比较简单;
4 在各种系统中能够灵活的运用。
4.2选型
(1)第一要从PLC的性能方面考虑,不同的PLC工作的方式不同,最基本的是了解PLC的计算速度、储存量等,如果有特殊情况就得看PLC能不能执行任务;
(2第二方面是PLC的价格,不同厂家所生产的PLC在价格上存在很大的差异,有些PLC功能和质量相当、输入点和输出点数也差不多,可是它们的价格却相差很多。
所以在选择PLC时,除了要能完成控制任务还要考虑经济因素以及PLC控制的稳定性。
综合以上的选择西门子公司的S7-200系列的PLC产品CPU226N.
4.3I/O地址的分配
表2
输入设备
地址
输出设备
手动PC转换开关
I0.0
高温泵电动机
Q0.0
I1.0
排油泵电机
Q1.0
油箱加热冷却开关
I2.0
控制泵电机
Q2.0
I3.0
高压泵电机
Q3.0
排油泵的启停
I4.0
主油箱加热
Q4.0
控制泵的启停
I5.0
主油箱冷却
Q5.0
高压泵的启停
I6.0
排油伸出
Q6.0
低压泵的启停
I7.0
排油返回
Q7.0
冷却过滤泵的启停
I8.0
低压表的启动
Q8.0
试运行试验缸的伸出
I9.0
低压表的复位
Q9.0
试运行试验缸的停止
I10.0
低压表的清零
Q10.0
试运行试验缸的返回
I11.0
低压表的停止
Q11.0
启动压力特性试验缸的伸出
I12.0
高压表的启动
Q12.0
启动压力特性试验缸的停止
I13.0
高压表的复位
Q13.0
启动压力特性试验缸的返回
I14.0
高压表的清零
Q14.0
耐压试验缸的伸出
I15.0
高压表的停止
Q15.0
耐压实验缸的停止
I16.0
气压表的启动
Q16.0
耐压试验缸的返回
I17.0
气压表的复位
Q17.0
泄漏试验缸的伸出
I18.0
气压表的停止
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