液压缸性能测试试验台的改进设计

武金良

天津城建大学(天津 300384)

液压传动系统基于其功率密度大，无极调速方便，工作平稳，易于过载保护和自动控制[1,2]等特点在各个行业的设备上有着十分广泛的应用。液压缸是将油液的压力能转变为机械能的装置[3]，作为液压执行元件[4]，其性能参数在出厂时应满足相关国家行业标准[5]，以使系统的正常工作及功耗情况得到保证。设计的液压缸试验台[6]包括液压回路部分和测控部分，满足国标规定的液压缸试验条件，并在自动化程度、功率的合理利用及检测效率等方面都加以完善和改进，能够完成对中小型液压缸性能的有效测试。

1 液压缸性能测试试验台组成及原理

1.1 测试试验台的组成

(1)液压回路

液压缸性能测试试验台的液压系统回路设计主要参照国标《液压缸实验方法》( GB/15622-2005)[7]中

“型式试验液压系统原理图”如图1 所示的液压回路。

该液压系统中的加载缸回路在进行耐压测试、泄漏测试及负载效率测试过程中应相应的控制元件均需手动调节，故自动化程度很低，检测效率不高，同时液压泵在检测过程中始终处于高功率输出状态，使系统的功率损失较大，功率的有效使用效率不高，系统存在较大温升问题。再者，该系统检测过程得到的数据的准确性受人为观测的影响因素较大，其数据的准确性及精度都不高。

在满足试验条件的前提下，在图1 所示的原理图基础上，融入绿色设计理念，从提高系统自动化程度、提高检测过程的效率，合理使用功率，降低系统温升，提高检测数据的准确性和精度为出发点，对该测试台的液压回路加以改进优化，设计了如图2 所示的液压测试回路，测试所需的原始数据即从该回路中得到。

图1 液压缸型式试验液压系统原理图

图2 优化的液压缸测试系统回路原理图

图2 所示的回路中，溢流阀采用先导式的，其稳压效果优于直动式，使加载稳定性得到提高。主油路采用三位四通“H”型中位机能的换向阀，使液压泵能够方便地实现卸荷，降低了电机的启停次数，延长了其使用寿命，同时也降低了系统的功率损耗。两个液控单向阀形成的锁紧回路能够很方便的将加载缸活塞闭锁在其行程范围内的任意位置。试验缸采用进油节流调速回路，使试验缸的伸出与回缩速度均可调。相应元件参数的选择能够匹配完成常用典型中、小型工程液压缸的性能测试并达到相应精度的要求。

(2)测控系统

测控系统主要由计算机、A/D 和D/A 接口板、控制电路、主要检测参数传感器等组成，原理框图如图3 所示。该系统主要用于从液压回路的相应位置上检测试验过程中需要采集并记录的压力、流量及温度等相关参数，避免了人为误差对测量数据准确性及精度的影响，相应计算机、接口板、传感器的选型应满足试验台检测的需要。

图3 试验台测控系统原理框图

1.2 测试试验台工作原理

将试验台的测控系统与液压回路进行搭接，将液压缸10 的活塞杆完全缩回，不得影响试验缸11 的试运转过程，利用阀13 完成试运转测试，此状态下还可进行缸11 的全行程测试，利用溢流阀17 的调压过程获得试验缸的最低启动压力值。将液压缸10 与11 通过连接件19 进行刚性连接，通过阀8 和9 的锁紧功能将试验缸缸11 的活塞在试验位置上固定后，结合阀17 的调压功能可进行内泄漏的测试与耐压测试。阀3和17 调节缸11 工作腔压力，阀12 和21 调控缸11的速度，可进行缓冲试验和效率测试。使用加热器22将油温加热到指定温度进行高温测试。调节阀13 换向，阀17 调压，结合加载缸的运行可对试验缸进行耐久性测试。

测试试验台检测过程中，相应的压力、流量、温度等数据可以由传感器得到。

于在性能上有不同侧重要求的液压缸可有针对性的选测相应测试项目，一般工程液压缸都要对试运转、全行程、最低启动压力、耐压及泄漏项目进行测试。

2 液压缸性能测试过程

使用该试验台对某典型液压缸进行常规性能检测，过程如下：

2.1 试运转测试

加载缸10 活塞杆回缩到行程末端，要求对试验缸11 的全行程范围内无刚性干扰，利用阀17 调定系统处于低压，即能使试验缸缸11 克服自身阻力，在全行程范围内完成正常的伸出与回缩动作即可，通过换向阀13 使缸11 完成5 次以上全行程的正常伸缩即可。

2.2 全行程测量

在试运转测试完成后，用阀13 使测试缸活塞分别停留在行程末端上，测量测试缸的其全行程长度，该测量结果应满足设计和使用的要求。

2.3 启动压力特性测试

试运转测试后，活塞杆回缩，阀12 和阀21 节流口全开，阀17 导阀弹簧全松，换向阀13 左位接入到回路中，均匀缓慢地调节溢流阀17 的导阀，逐步提高调定压力值，观察测试缸11 无杆腔进油口处压力传感器测量的压力值，活塞在开始启动时的压力值即为该测试缸的最低启动压力值。

2.4 耐压性测试

将加载缸10 与测试缸11 的活塞杆用连接件19连接，使用加载回路中的液压锁将测试缸的活塞分别锁定在其行程末端，但不得与缸盖有接触，调节阀17为测试缸的工作腔加压并保压2 min，阀17 的调定压力值错误！未找到引用源。应为按测试缸的额定压力确定：p， p时，，耐压性测试后试验缸不应出现任何异常现象。

2.5 泄漏测试

将加载缸10 与测试缸11 的活塞杆用连接件19连接，使用加载回路中的液压锁将测试缸的活塞分别锁定在其行程末端，但不得与缸盖有接触，调节阀17为测试缸的工作腔加其额定压力，在测试缸的另一出油口处用流量传感器测试内泄漏量。

在测试缸的检测过程中应实时观测其密封处、零件配合处、调节机构处是否存在外泄漏的现象。

2.6 负载效率检测

将加载缸10 与测试缸11 的活塞杆用连接件19连接，换向阀7 左位接入回路，阀13 的右位接入回路，调节阀3 使加载压力逐渐升高，使测试缸在不同负载下完成其伸出动作，测试不同负载下测试缸的效率。

3 试验数据处理及缸的质量等级评定

完成液压缸的检测试验后，对原始数据按相关国家行业标准(GB/T15622-2005)进行处理，液压缸质量等级应按相关行业标准(JB/T10205-2000)的规定进行分析评定。

4 结论

设计的液压缸性能测试试验台尽可能减少元件的使用数量，在减少试验台本身的成本的同时使试验台的测试过程中功耗降低，操作过程高效、简单，传感器保证了试验数据的准确性，加载缸回路采用了液压锁，能够在泵卸荷的状态下，有效锁定被测缸活塞的位置，不但合理的处理了系统的功耗问题，而且提高了试验台的自动化程度。

由设计的试验台获得的数据既可以作为液压缸质量等级评定的依据，又能为检验液压缸的设计方案、优化缸的结构提供有力数据支持。

设计液压缸性能检测试验台可运用于各种类型的中、小型液压缸的性能测试。

[1]姜继海,宋锦春,高常识.液压与气压传动(第二社)[M].北京:高等教育出社,2010:4-5.

[2]左健民.液压与气压,第4 社[M ].北京:机械工业出社社,2012: 50-73.

[3]许迎,刘永光,王聪．大型液压缸测试用试验台研制［J］.机械工程师: 2013(6):81-83．

[4]刘晓明,叶玮.液压缸结构设计及运行特性分析［J］.液压气动与密封,2013(07):17-21.

[5]晁建桃.起拨道机液压缸测试台的液压系统设计［J］.液压与气动,2013(1):85-87.

[6]乔学新.关于液压元件综合试验台的系统综合结构设计［J］.液压与气动,2010(2):32.

[7]GB/T15622-2005，液压缸试验方法［S］．