（机械电子工程专业论文）多路阀综合试验系统设计及试验研究.pdf

摘要 摘要 多路阀是一种能够控制多个液压执行机构，集换向阀、单向阀、安全阀、分流阀 等于一体的多功能集成阀。由于其具有结构紧凑、管路连接简单等优点，在工程机械 中得到了广泛应用。作为工程机械液压系统核心元件之一，其性能的好坏，直接决定 着整机的技术水平。要进一步提高多路阀的质量和性能，在其装机前对其进行全面而 准确的测试至关重要，而目前国内已有的多路阀试验系统主要用于出厂检验，功能不 是很齐全；既能对多路阀通用性能进行检测，又能对现代多路阀中的一些特殊功能如 合流、优先、负流量控制等功能进行装机前验证的综合试验系统更少。此外，目前国 内在高性能尤其是高压、大流量多路阀方面设计水平相对国外知名液压元件厂家还有 较大的差距，对多路阀的相关特性研究也不够深入。因此，设计一套能反映多路阀典 型特性的综合试验装置，将为提高国内多路阀整体性能、缩短国内外设计差距起到重 要作用。 本课题以多路阀试验相关标准为依据，结合现代多路阀中常见的功能特性，设计 了一套多路阀综合试验系统，并以具体某多路阀的试验研究为切入点，试验和仿真研 究该多路阀的动静态特性，为该典型多路阀的开发设计提供理论指导。本文主要研究 点是：分析多路阀测试对试验系统相关要求，对比试验系统中各功能单元的方案优缺 点，确定试验系统整体方案原理；进行液压及测控系统集成优化设计，设计多路阀型 式试验整体软、硬件系统，并规划多路阀测试流程；进行典型多路阀的试验测试，以 测试结果验证所建立的多路阀仿真模型，仿真研究多路阀合流、再生、负流量控制等 功能特性的动态过程，揭示阀结构参数与动态性能之间的关系，指导多路阀的设计。 本文各章节具体内容如下： 第一章，介绍了各种多路阀的原理及特点，总结了多路阀的发展趋势；对目前多 路阀测试的研究现状进行分析，并提出本课题的研究意义及主要研究内容。 第二章，分析多路阀相关试验标准，结合各试验项目及其实现方法，并综合考虑 现代多路阀的常见功能特性，设计综合试验系统的整体方案，并对各功能单元方案进 行了详细的对比分析，归纳总结了该试验系统的特点。 第三章，在满足试验系统测试功能的前提下，基于系统紧凑化和操作便捷化的设 计理念，对试验用液压系统各功能模块进行集成化设计，并对关键元件进行选型计算。 按照多路阀测试要求，并充分利用p l c 和数据采集设备的特点进行软硬件配置，进行 摘要 测控系统的优化设计，实现测试系统的控制、试验数据采集处理及实时显示。根据测 试标准，对多路阀测试流程进行合理规划。 第四章，以综合试验系统为基础，对某多路阀展开试验研究。主要是详细分析各 试验项目及其具体实现方法，并进行相关性能测试，结合该多路阀的功能原理和结构 特点，对试验结果进行分析，从而为进一步研究阀的动作机理提供实验支撑。 第五章，建立多路阀的仿真模型，并通过实验验证模型准确性，进一步开展多路 阀合流、优先、再生以及负流量控制特性的研究，通过变参分析获得影响多路阀动态 性能的结构参数。 第六章，对全文的工作进行总结并作下一步展望。 关键词：多路阀工程机械综合试验系统试验研究功能特性分析仿真研究 i l l a b s t r a c t a b s t r a c t m u l t i w a yv a l v eu s e dt oc o n t r o ls e v e r a lh y d r a u l i ca c t u a t o r si sak i n do fm u l t i - - f u n c t i o n i n t e g r a t e dv a l v e ，w h i c hi n t e g r a t e sd i r e c t i o n a lv a l v e ，c h e c kv a l v e ，r e l i e fv a l v e ，s h u n tv a l v e a n ds oo n i tw a sw i d e l yu s e di nc o n s t r u c t i o nm a c h i n e r y ，b e c a u s eo fi t sc o m p a c ts t r u c t u r e a n ds i m p l ep i p e l i n ec o n n e c t i o n a so n eo fc o r ec o m p o n e n t si nt h eh y d r a u l i cs y s t e mo f c o n s t r u c t i o nm a c h i n e ，t h ep e r f o r m a n c eo fm u l t i - w a yv a l v ed e c i d e st h el e v e lo ft h ew h o l e m a c h i n e i no r d e rt oi m p r o v et h eq u a l i t ya n dp e r f o r m a n c eo ft h em u l t i w a yv a l v e ，i ti sq u i t e i m p o r t a n tt o t e s tt h ec h a r a c t e r i s t i co ft h em u l t i w a yv a l v ef u l l ya n da c c u r a t e l yb e f o r e i n s t a l l i n gi ti nt h em o b i l em a c h i n e b u tt h ef u n c t i o n so fe x i s t i n gt e s ts y s t e m sf o rm u l t i w a y v a l v e sa r en o tv e r yv e r s a t i l e ；s y s t e m st h a tc a nt e s tt h eu n i v e r s a lp e r f o r m a n c ea sw e l la s s o m es p e c i a lf u n c t i o n so fm u l t i - w a yv a l v e sl i k ec o n f l u e n c e ，p r i o r i t y ，n e g a t i v ec o n t r o la n ds o o na r er a r ei nc h i n a b e s i d e s ，t h e r ei ss t i l lag a pb e t w e e nt h ed o m e s t i ca n ds o m ef a m o u s h y d r a u l i cf o r e i g nm a n u f a c t u r e r si nm u l t i w a yv a l v e sw i t hh i g hp e r f o r m a n c e ，e s p e c i a l l yi n h i g h - p r e s s u r ea n df l o wo n e s ，a n dt h es t u d yo nc h a r a c t e r i s t i c so fm u l t i w a yv a l v e si sn o ti n d e e p t h e r e f o r e ，i tc a np l a ya ni m p o r t a n tr o l ei ni m p r o v i n gt h ew h o l ep e r f o r m a n c ea n d s h o r t e n i n g t h eg a po fd e s i g n i n gb e t w e e nd o m e s t i ca n df o r e i g np r o d u c t st od e s i g na c o m p r e h e n s i v et e s ts y s t e m ，w h i c hc a nr e f l e c tt y p i c a lc h a r a c t e r i s t i c so fm u l t i w a yv a l v e s i nt h i st h e s i s ，ac o m p r e h e n s i v et e s ts y s t e mi sd e v e l o p e df o rm u l t i w a yv a l v e sa c c o r d i n g t ot h ei n d u s t r ys t a n d a r d s d y n a m i ca n ds t a t i cf e a t u r e sa r es t u d i e db ye x p e r i m e n ta n d s i m u l a t i o nb a s e do nf lc e r t a i nm u l t i - w a yv a l v et op r o v i d et h e o r e t i c a lg u i d a n c ef o rt h e d e v e l o p m e n ta n dd e s i g no fi t t h ew h o l es c h e m ei sp r o p o s e da c c o r d i n gt ot h er e q u i r e m e n t s f o rm u l t i - w a yv a l v e st e s t i n ga n dc o m p a r i s o nf o rt h es c h e m ef o re a c hf u n c t i o n a lu n i to ft h e t e s ts y s t e m t h ei n t e g r a t e da n do p t i m i z ed e s i g no fh y d r a u l i ca n dt e s t i n gs y s t e mi sc a r r i e d o u t ，t h ew h o l eh a r d w a r ea n ds o f t w a r eo ft h ec o m p r e h e n s i v et e s ts y s t e ma r ed e s i g n e d ，a n d t h et e s tp r o c e s so ft e s t i n gf o rm u l t i w a yv a l v e si sw e l lp l a n n e d t h ee x p e r i m e n to n at y p i c a l m u l t i w a yv a l v ei sc o n d u c t e d ，a n dt h es i m u l a t i o nm o d e li sv e r i f i e db yt h et e s t i n gr e s u l t s t h ed y n a m i c so ff u n c t i o n sl i k ec o n f l u e n c e ，p r i o r i t y ，f l o wr e g e n e r a t i o n ，a n dn e g a t i v ec o n t r o l a r es t u d i e db ys i m u l a t i o n ，a n dt h er e l a t i o nb e t w e e ns t r u c t u r a lp a r a m e t e r sa n dd y n a m i c p e r f o r m a n c ei sr e v e a l e d ，w h i c hc a nt h ed e s i g no ft h i st y p i c a lv a l v e e a c hc h a p t e ro ft h i s p a p e ri si n t r o d u c e da sf o l l o w s ： i nc h a p t e r1 ，t h es c h e m ea n dc h a r a c t e r i s t i c so fe a c hk i n do fm u l t i w a yv a l v e sa r e i v a b s t r a c t i n t r o d u c e d ，a n dt h et r e n do fd e v e l o p m e n ti sa l s os u m m a r i z e d ；t h ec u r r e n ts i t u a t i o no f r e s e a r c ho nm u l t i w a yv a l v e st e s t i n gs y s t e m si sa n a l y z e d f i n a l l y ，t h es i g n i f i c a n c ea n dm a i n r e s e a r c hs u b j e c t so ft h i sp a p e ra r ep r e s e n t e d i nc h a p t e r2 ，t h er e l a t e ds t a n d a r d sf o rm u l t i - w a yv a l v e st e s t i n ga r ea n a l y z e d t h ew h o l e s c h e m eo ft h ec o m p r e h e n s i v et e s ts y s t e mi sp r o p o s e db yc o m b i n i n gt h et e s ti t e m sa n d m e t h o d s ，a l s oc o n s i d e r i n gs o m ei m p o r t a n tf u n c t i o n a lc h a r a c t e r i s t i c s ，a n dt h e nt h es c h e m e f o re a c hf u n c t i o n a lu n i ta r ec o m p a r e da n da n a l y z e d t h em a i nc h a r a c t e r i s t i c so ft h et e s t s y s t e mi nt h i sp a p e ra r ei n d u c t e d i nc h a p t e r3 ，e a c hf u n c t i o n a lu n i to fh y d r a u l i cs y s t e mi sd e s i g n e db a s e du p o nc o m p a c t d e s i g na n dc o n v e n i e n to p e r a t i o n ，u n d e rt h ec o n t e x tt h a tt h et e s tf u n c t i o n sa r ef u l f i l l e d o p t i m i z a t i o no ft h et e s ta n dc o n t r o ls y s t e mi sc a r r i e do u ta c c o r d i n gt ot h er e q u i r e m e n t so f m u l t i - w a yv a l v et e s t i n g ；t h es o f t w a r ea n dh a r d w a r ea r ec o n f i g u r e dt a k i n ga d v a n t a g eo f p r o g r a m m e dl o g i cc o n t r o l l e ra n dd a t aa c q u i s i t i o nd e v i c e ，w h i c hc a nr e a l i z et h ec o n t r o lo f t e s ts y s t e m ，t h ed i s p l a ya n dp r o c e s s i n go ft e s td a t a t h ep r o c e s so fm u l t i w a yv a l v et e s t i n g i sp l a n n e d p r o p e r l yu n d e rt h et e s t i n gs t a n d a r d i nc h a p t e r4 ，t h ee x p e r i m e n t a lr e s e a r c ho nac e r t a i nm u l t i - w a yv a l v ei sc a r r i e do u to n t h eb a s i so ft h ec o m p r e h e n s i v et e s ts y s t e m t h et e s ti t e m sa sw e l la st h e i rr e a l i z a t i o na r e a n a l y z e di nd e t a i l s ，a n dr e l a t e dt e s t so fc h a r a c t e r i s t i c so ft h ev a l v ea r ec o n d u c t e d t h et e s t r e s u l t sa r ea n a l y z e dc o m b i n i n gt h ef u n c t i o n a lp r i n c i p l ea n ds t r u c t u r a lc h a r a c t e r i s t i c st h a tc a n p r o v i d ee x p e r i m e n t a ls u p p o r tf o rt h ef u r t h e rr e s e a r c ho nt h ea c t i o nm e c h a n i s mo ft h et e s t e d m u l t i w a yv a l v e i nc h a p t e r5 ，t h es i m u l a t i o nm o d e lo fm u l t i w a yv a l v ei s b u i l t ，a n dv e r i f i e db y e x p e r i m e n t ，t h e nt h ec h a r a c t e r i s t i c s l i k e c o n f l u e n c e ，p r i o r i t y ，f l o wr e g e n e r a t i o n ，a n d n e g a t i v ec o n t r o lo ft h ev a l v ei ss t u d i e d s t r u c t u r a lp a r a m e t e r st h a ta f f e c tt h ed y n a m i c so ft h e v a l v ea r eo b t a i n e db yv a r i a b l ep a r a m e t r i ca n a l y s i s i nc h a p t e r6 ，c o n c l u s i o n si nt h i st h e s i sa r es u m m a r i z e da n df u t u r er e s e a r c hp r o p o s a l s a r es u g g e s t e d k e yw o r d s ：m u l t i w a yv a l v e ，c o n s t r u c t i o nm a c h i n e ，c o m p r e h e n s i v et e s ts y s t e m ， e x p e r i m e n t a lr e s e a r c h ，a n a l y s i so ff u n c t i o n a lc h a r a c t e r i s t i c s ，s i m u l a t i o nr e s e a r c h v 浙江大学研究生学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其它人已经发表或撰写过的 研究成果，也不包含为获得迸江盘堂或其它教育机构的学位或证书而使用过的材 料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示 谢意。 一擗。咯港婵醐：m 肿岁月步日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解迸姿盘堂有权保留并向国家有关部门或机构送交 本论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权逝姿盘堂可以将学位论 文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索和传播，可以采用影印、缩印或扫描等复 制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名： 汐， 够痉荔 导师签名： 槲期：伊年了月j 黼期：易斛3 月心日 致谢 致谢 本学位论文是在导师徐兵教授悉心指导下完成的，此论文凝聚了导师的智慧和心 血。在课题的研究中，自始至终都得到了导师的关心和帮助，使我能够克服各种困难顺 利完成课题。导师严谨的治学态度、认真负责的工作作风、丰富的理论和实践知识，给 我留下了非常深刻的印象，是我永远学习的榜样。同时感谢导师给我们营造了良好的科 研和学习的氛围，并给我们提供了很多直接参与实践的机会，使我在这两年多的研究生 求学过程中，各方面的能力都得到了锻炼。在学位论文即将完成之际，谨向我的导师徐 兵教授表示我最崇高的敬意和最衷心的感谢。 感谢课题组的杨华勇教授、傅新教授、周华教授、龚国芳教授、阮晓东教授、谢海 波老师、欧阳小平老师、岳艺明高工对我的帮助和指导。 在此，还要特别感谢师兄刘英杰博士生在课题上给予我耐心的指导和帮助，为我创 造了很多学习的机会和条件，并在生活上也经常给以关心，并传授为人处事之道理，可 以说我在硕士研究生期间的每一步成长和进步都离不开师兄的指引。 感谢实验室的周城博士、任好玲博士、刘伟博士、程敏博士、湛大强硕士、张圣峰 硕士平时在学习和生活上的帮助，与你们相处的点点滴滴都是我美好的回忆。 感谢课题组的张斌博士、马吉恩博士、宋月超博士、许书生、文哲、李迎兵、童章 谦以及同学李春光、刘汉斌、魏忠永、丁斐、刘峰等平时对我的帮助，和你们一起学习 和生活的时光令我终生难忘。 感谢实验室的董皎女士在生活上的照顾，让我的研究生生活更加丰富多彩。 感谢我的室友张军辉、安涛对我的帮助和照顾，与你们的友谊是我一辈子的财富。 感谢浙江苏强格泵阀有限公司的林绍兵厂长、高月平、祝路路、刘成轩等工程师在 系统调试和试验期间提供了很大的帮助。 感谢我慈爱的父母和哥哥，在这么多年的求学生涯中，是你们一直在默默地支持着 我，我无时无刻不感受到你们的关爱。 感谢浙江大学对我的培养。在这里不仅学习了知识，更重要的是学习做人的道理， 愿母校的明天更加辉煌灿烂! 曾定荣 2 0 1 0 年1 月2 0 日 于浙大求是园 第一章绪论 第一章绪论 【摘要】奉章主要介绍t 各种多路闻的原理和特点，总结7 多路阔的发展趋势在综述7 多路阀 测试研究现轶的基础上，提出7 丰课起的研究意义和主要研究内客 1 _ l 多路阀简介 液压多路换向阀简称多路阀，是一种能控制多个液压执行机构的换向阎的组合， 它以两个以上的换向闽为主体，井集成7 单向阀、节流阎、安全阎、补油阎、分流阀， 制动阗等不同功能的阀它的出现，使包括工程机械在内的行走机械的液压系统变得 结构紧凑，管路简单压力损失小。 多路闻最基本的功能是实现方向和流量控制，根据不同的标准可以分成不同的类 别下面对各种多路阊原理及特点进行简单的介绍： 一，多路阎按照阁体结构形式，主要分为整体式和分片武多路阎。所谓整体式多 路阎是将各联换向阎及不同功能的辅助阉集成在一个阎体内。其优点是结构紧凑，重 量轻、压力损失较小；但也具有通用性不强，阔体铸造要求较高等缺点，适合于相对 稳定批量太的品种。分片式多路阎也叫组合式多路阀是由一定数量的换向阎单元 组合而成。由于有些联的换向阀可以通用，使其具有替换、维修简单，使用范围较广； 而分片武结构也加大了多路阎曲体积、重量以及加工面，增加了泄漏的可能性。 蝴娥滚：_ 1 7 图l l 整体式多路阀围i2 分片式多路嚼 - m 、按照油路形式，多路阎分为并联、串联、串并联及复合油路等。并联式多路 阉，其进油可直接通到每联挟向阎的进油腔，并且各联换向闽的回油腔，都直接与总 回油口相通采用这种油路形式多路闽的系统，当多联换向阎复合动作时，压力油总 是优先进入负载较小的执行元件而串联式多路阎，除第一联外，其余各联的进油腔 都与其前一联阎的回油相通。采用这种油路油路形武的多路阎，虽然可以操作各联换 向阀同时动作，但其前提是瘦压泵能提供所有正在工作的执行元件负载所需要压力之 和，使得操作时阻力较大串并联式油路又称优先回路或者顺序单动油路，其每一联 浙江人学硕l 学位论文 的进油腔都是前一联滑阀的中位回油通道，而回油腔都与总回油口相通，也就是说各 联阀的进油是串联的，回油是并联的。采用这种油路形式的多路阀，同时操作两联换 向阀时，总是前面一联工作，而要使后一联工作，则前一联滑阀必须回到中位；所谓 复上述基本油路中的两种或者三种组合而成的油路形式。 三、根据采用多路阀的液压系统中液压泵的卸荷方式，可分为六通型和四通型。 六通型多路阀如图1 3 所示，相比传统的换向阀增加了一条中位回油通道，使得 当各联滑阀都处于中位时，泵输出的流量可以通过该油路直接回油箱而卸荷，当任何 一联换向后，都会切断此油路，使油液进入对应的执行元件。这类阀具有流量和压力 微调特性，并且可以与负流量、正流量控制等进行结合，在工程上得到了广泛应用。 图1 3 六通型多路阀 四通型多路阀如图1 4 所示，当各联换向阀均处于中位时，控制油路b 与回油相 通，因此液压泵输出流量经卸荷阀g 以较低的压力回油。其优点是中位时压力损失与 换向阀联数无关，始终保持较小的数值。但多路阀换向时，在卸荷阀的控制油路路b 被切断的瞬时，由于卸荷阀突然关闭，所以容易产生液压冲击。 图1 4 四通型多路阀 第一章绪论 此外，多路阀按操纵形式可以分为直动式和先导式两种。直动式多路阀是通过与 滑阀阀芯相连的杠杆机构直接操纵其换向，由于需要将其布置在操作方便的地方，给 整机的布置和管路设计带来困难，增加了液压系统总的压力损失，一般用于低压，中 小流量的场合。先导式多路阀的出现大大提高了整机及管路布置的灵活性，因此在各 种工程机械中得到广泛的应用。先导式又可分为机液先导式和电液先导式，机液先导 式主要是利用机械式先导手柄输出压力油去驱动阀芯换向，而电液先导式是指用电信 号操纵先导阀，从而输出压力油驱动阀芯动作。机液先导式多路阀由于其操作较为方 便且价格低廉，成为目前应用最为广泛的一种。 1 2 多路阀的发展趋势 多路阀作为工程机械液压系统的核心元件之一，其发展大大推动了工程机械液压 系统的进步。同时随着人们对工程机械操作性能以及系统效率要求的提高，也促进了 多路阀在操作性能，节能特性等方面不断取得发展。 近年来，多路阀在发展趋势上呈现出以下一些特点： ( 1 ) 高压、大流量是多路阀发展的一个重要方向，进一步提高工程机械液压系统 的功率密度，满足其整机布局紧凑的要求； ( 2 ) 在操控性、节能性等方面发展了多种新的技术，如针对六通多路阀系统的负 流量、正流量控制，四通多路阀系统中出现的负载压力补偿、负载敏感以及抗流量饱 和技术等； ( 3 ) 开始结合微电子及计算机控制技术，如电液比例、电液负载补偿及电液负载 敏感技术以及基于负载口独立控制的双阀芯控制技术的出现，进一步提高了多路阀的 控制精度及节能性，并使得工程机械的自动化和智能化成为国内外一个重要的研究方 向； 1 3 多路阀测试研究现状 作为工程机械液压系统的核心元件之一，多路阀性能的好坏对整机的控制性能及 可靠性等有着决定性的影响，要提高多路阀的质量水平，在装机前，对其各项性能及 指标进行检测至关重要。正因如此，各多路阀生产厂家及相关高校对多路阀的测试及 其试验系统展开相应的研究和设计工作。国外出于技术保密等方面的原因，多路阀测 试相关文献资料极少，本文主要以国内在多路阀测试方面的研究为重点，介绍其研究 浙江大学硕i j 学位论文 现状。 国内宝鸡叉车厂早在1 9 9 1 年就设计并建成了一个叉车用多路阀试验台，其试验系 统的原理如图1 5 所示。该试验台采用s t d 微机系统控制，能够完成对多路阀换向性 能，内泄漏等九个出厂试验项目的测试。该试验系统的主要特点是：采用溢流阀模拟 叉车实际负载，为便于集中控制，各加载溢流阀均采用遥控阀远程调压。系统流量调 节采用定量泵与变量泵的组合，需要流量较小时，由变量泵单独供油，而需要大流量 时，两个泵同时供油，以达到流量的合理利用。该多路阀测试系统除了采用微机控制 外，还有一个关键之处就是对测试系统的抗干扰性能作了比较全面的考虑。但是整个 测试系统也存在一些不足：1 、设计时没有考虑油液冷却，由于多路阀测试过程中，系 统功率基本以发热的形式损耗，油液温度上升较快，使得系统很难连续运行；由于多 路阀相关性能在不同油液温度下存在一定差别，因此很难保证测试结果的重复性和一 致性。2 、系统流量调节范围有限，通用性不是很强。3 、测试不同联滑阀时通过换接 油管实现，测试效率较低，很难满足批量生产的需要【1 1 1 。 图1 5 叉车用多路阀试验台液压原理图 天津精研工程机械传动有限公司联合北京天顺长城液压科技有限公司研制成功一 套主要针对装载机液压多路换向阀的出厂试验系统，其原理如图1 6 所示。该系统主 要由动力单元、控制单元、双向加载单元、过滤温控及先导控制单元组成。系统流量 第一章绪论 调节也是采用多泵组合方式。三台液压泵同时工作时可以提供被试阀的公称流量，而 小排量变量泵主要满足耐压试验高压小流量的要求；系统主要特点是：1 ) 通过二通插 装式换向阀的组合实现各油路间的切换，从而实现被试多路阀一次安装后便可以完成 所有项目测试，提高了测试效率，并降低工人劳动强度。2 ) 采用单向阀、二位换向阀 及溢流阀组成的桥式加载回路实现被试阀的双向加载。3 ) 采用不同量程范围的压力变 送器结合高、低压切换装置实现对不同压力的测量，从而提高压力测试精度。除此之 外，该系统还采用数据采集卡和计算机进行试验数据的采集和处理，系统自动化程度 较高。但由于该系统主要根据出厂试验而研制，比较适合成熟定型的多路阀产品出厂 检验，且该系统主要测试的装载机用多路阀压力、流量等级不高，联数也不多u 2 1 。 图1 6 液压多路换向阀出厂试验系统原理图 吉林工业大学针对整体式多路阀的传统出厂试验方法耗时长，操作工人劳动强度 大，测试效率低等不足，设计了一套专用工作装置及试验系统，如图1 7 所示，该工 作装置中所有液压元件集中在工装车上，移动方便。系统主要特点是：采用液控单向 阀组实现油路之间的切换，无需频繁拆卸油口法兰及换接油管，提高了多路阀的测试 效率；采用专用的测量窗口对实现内泄漏量的检测，使用方便。但该试验装置主要针 浙江大学硕士学位论文 对联数不多的多路阀测试，如果被试多路阀联数较多，则需要较多数量的液控单向阀 来控制油路间的切换，并且液控单向阀之间要实现联动操作，因而使系统的控制交得 复杂。此外系统采用单向节流阀模拟负载，压力调节不是很方便1 3 】。 广一一一一一一一一一一r 一一1 系统进油 系统回油 一 图1 7 专用试验装置原理图 天津石化通用机械研究所研究人员针对多路阀测试中内泄漏量的测量，设计了一 套计算机检测装置，并申请了实用新型专利。检测装置的原理如图1 8 所示，在多路 阀的回油口设置了两条油路，其中一条专门用于被试多路阀泄漏量的测试，另一条用 于一般情况下系统回油，两油路之间通过电磁阀进行切换。其内泄漏测量的具体方法 为：测试前先通过排空阀将量筒中的油液排空，并打开进液阀，接通被试多路阀的回 油口和量具，由置于量筒底部的液位变送器检测其液位变化量j i l 并输入计算机，通过 在计算机中由相应的软件记录液位变化五所用时间，然后由式1 1 计算出单位时间 内泄漏油的流量大小。该装置的主要特点是：测量内泄漏量的范围较大，操作较为方 便，造价不是很高15 1 。 v = s xa h t ( 1 1 ) 式中：v 一测得的内泄漏量，m l m i n ； s 一量筒横截面积，c m 2 ； 第一章绪论 办一液位变化高度，c m ； f 一测量所用时间，m i n ； 图1 8 内泄漏检测装置原理 同济大学研制成功以试验多路阀为主的挖掘机液压元件试验台，该试验台能够实 现对多路阀，液压马达、回转接头及溢流阀等进行测试。该系统最主要的特点是，除 了能对多路阀出厂试验中的各项性能进行检测外，还能够模拟液压挖掘机的一些实际 工况，如双泵合流、多联同时加载等，一定程度上改变了传统多路阀测试只能单联加 载，难以符合挖掘机复杂工况要求，一装机就暴露出许多问题的状况，大大提高了多 路阀装机测试的成功率。此外，本试验系统用p l c 完成数据采集和部分控制，通过 v b 编程语言进行测试软件的开发，并实现p l c 与计算机之间的数据通信，整个测试 的自动化程度较高【l o 】。 浙江大学对负载敏感多路阀性能测试进行了相应的研究，根据多路阀测试需要设 计了液压测试回路，并编制了一套适应性较强的测试软件完成对测试数据的采集，保 存和实时显示。该测试系统主要是对负载敏感多路阀的比例调速性能，换向阀启闭特 性以及单双泵切换等进行测试，该测试系统结合了计算机辅助测试技术，因此具有较 高的测试精度和测试效率，但该多路阀测试系统主要是对负载敏感多路阀中相关性能 进行测试【1 4 】。 综合目前国内在多路阀测试方面的研究现状，可知已有的多路阀试验系统主要针 浙江大学硕f + 学位论文 对出厂检验而研制，比较适合成熟定型的多路阀产品出厂前的检验；而不能对多路阀 进行型式试验项目的测试，因此，很难用于新产品的开发和研制，不利于产品的升级。 1 4 课题研究意义 由于具有功率密度大、响应快等优点，液压传动及控制技术已在工程机械尤其是 行走机械中得到了广泛应用，而工程机械一个共同的特点是具有较多的执行机构。这 些靠液压驱动的执行机构一般不同时工作，因此常常是共用泵源，要实现对这些共用 泵源的多个执行机构的控制，如果采用分立的控制阀，其管路连接、整机布置将变得 十分复杂【2 1 1 。而作为一种高度集成的多执行机构控制装置，多路阀具有结构紧凑、管 路连接简单等特点，非常适合工程机械紧凑化布局的要求，因此在工程机械中得到了 极为广泛的应用。随着工程技术的发展，人们对工程机械的操控性能提出了越来越高 的要求，而作为其液压系统关键元件之一的多路阀，其性能在很大程度上决定了整机 的操控性。在我国这样一个经济发展迅速，国土面积辽阔的发展中国家，有着大量的 基础建设项目，且这些工程很大一部分工作都是由挖掘机，装载机、推土机以及起重 机等工程机械来完成的，可见工程机械具有很大的现实及潜在市场。在这种行业背景 下，我国的工程机械迅猛发展，已成为国际工程机械制造业的四大基地之一，然而作 为工程机械液压系统关键部分的液压元件，如多路阀、液压泵等发展与主机发展严重 脱节，尤其是高压、大流量等高性能液压元件，基本上都是由国际上几大知名液压元 件产商提供，国内主机厂在价格，供货周期上都大大受限，严重影响了国内主机发展 的进程。因此，国内各主机及液压元件厂纷纷投入力量对多路阀，尤其是高压、大流 量等高性能的多路阀产品进行研制。 要研制出质量高、性能好的多路阀产品，对其各项性能进行全面而准确的检测是 极为重要的一个环节。然而，目前国内已有的多路阀试验系统主要针对出厂检验而设 计，功能不是很齐全，系统的压力、流量等级不是很高，且不能模拟多路阀的一些实 际工况，很难满足高性能多路阀的测试要求。因此以多路阀测试相关标准为依据，研 制一套综合试验系统，使其既能满足标准所规定的多路阀通用性能测试的要求，又能 模拟现代多路阀中一些常见的工况，实现对合流、优先、直线行走以及负流量控制等 特殊功能的检验，从而完成传统测试中在整机上才能实现的功能。同时，针对传统测 试效率较低、通过人工读数记录数据影响测试精度等不足，在综合试验系统设计中加 以充分考虑，从而提高多路阀测试的效率和试验数据的准确性。综合可得，该综合试 第一章绪论 验系统的研制，对于提高多路阀产品质量和装机测试成功率，为多路阀的研制奠定坚 实的基础。 目前，国内在高性能尤其是高压、大流量多路阀方面设计水平相对国外知名液压 元件厂家还有较大的差距，对多路阀的相关特性研究也不够深入。本课题在多路阀综 合试验系统的基础上，对具体某多路阀开展试验研究，并结合该多路阀功能原理和结 构特点对试验结果进行细致而深入的分析。为进一步研究此多路阀一些重要功能特性 的机理及动态过程，建立其仿真模型，并以测试结果验证所建立的多路阀仿真模型准 确性，进而仿真研究多路阀合流、再生、负流量控制等动态特性，揭示阀结构参数与 动态性能之间的关系，指导多路阀的设计。 1 5 主要研究内容 本课题以多路阀测试为目标，综合考虑测试标准要求及测试系统的通用性、综合 性，研制一套多路阀综合试验系统。并以此为基础，对某多路阀进行试验研究。为进 一步分析该多路阀功能特性的机理和动态特性，建立了其仿真模型，仿真研究该多路 阀合流、再生、优先、负流量控制等功能特性。课题主要研究内容如下： ( 1 ) 详细分析多路阀相关试验标准对测试系统提出的要求，分析各试验项目及其实 现方法，并结合现代多路阀的一些实际工况，设计综合试验系统整体方案原理，并对 各功能单元的方案进行对比分析，综合考虑整个测试系统的可靠性、通用性、综合性 及设计成本，确定各功能单元的最终方案。 ( 2 ) 基于整个系统及各功能单元的方案，对试验用液压系统进行设计，考虑系统布 局紧凑化和操作便捷化，对各功能单元采用模块化设计，各元件通过液压集成阀块安 装，减少管路连接。并根据系统设计参数，对元件进行相应的计算及选型。结合多路 阀测试的原理和方法，对测试系统的控制、数据采集及处理部分进行设计，以高性能 的数据采集设备与稳定性较高的工业控制计算机为硬件基础，并利用方便实用的图形 化编程软件l a bv i e w 开发数据采集、存储及实时显示的应用程序。 ( 3 ) 结合具体某多路阀和本课题所研制的多路阀综合试验系统，展开相应的试验研 究。结合该多路阀功能原理及其结构特点，详细阐述了各试验项目的实现方法，并对 试验结果进行细致的分析。为进一步分析该多路阀主要功能特性的动作机理和动态过 程，建立了其仿真模型，仿真研究该多路阀合流、再生、优先、负流量控制等功能特 性的动作机理及动态特性，获得影响多路阀动态性能的结构参数。 第二章多路阀综合试验系统方案设计 第二章多路阀综合试验系统方案设计 【摘要】本章介绍了现有多路阀试验相关标准，结合现代多路阀辅助功能的测试方法，对比分析 各功能测试单元方案的优缺点，设计出多路阀试验系统整体测试方案，并对多路阀综合试验系统 的主要特点进行了归纳总结。 2 1 多路阀试验相关标准介绍 多路阀作为工程机械液压系统的核心元件之一，对整机的控制性能、可靠性及使 用寿命均有着重要的影响，如何对多路阀的各种性能及质量参数进行准确而综合的考 核，对多路阀的研制、技术水平的提高都有重要的意义。因此，针对多路阀测试也制 定了相关的标准及技术条件，对多路阀的试验项目、试验方法以及测试工况等进行规 范。由于国内在多路阀测试方面起步较晚，所以暂时还没有形成统一的国家标准。经 查阅，目前国内多路阀测试的相关标准主要有液压多路换向阎技术条件( j b t8 7 2 9 1 1 9 9 8 ) 、液压多路换向阀试验方法( j b t8 7 2 9 2 1 9 9 8 ) 1 ) j , 及液压挖掘机用整体多路阀 技术条件( j g t5 11 仁1 9 9 9 ) 。前两个是通用的多路阀试验方法和技术条件，对各类 多路阀的测试都适用，而最后一个标准是参考前面的两个，并结合液压挖掘机用整体 多路阀的特点而制定【7 8 】。本课题中的多路阀综合试验系统主要以前者为设计依据，下 面对其主要内容进行介绍。 2 1 1 试验类型及试验项目 耐压试验，多路阀进行试验前必须进行耐压试验，耐压试验时，对各被试油口施 加耐压试验压力，而耐压试验压力为被试油口最高工作压力的1 5 倍。 表2 1 试验类型及试验项目 出厂试验项目 型式试验项目 油路型式、滑阀机能内泄漏稳态试验瞬态试验 其他辅助阀性能背压试验操纵力试验微动特性试验 压力损失、换向性能安全阀性能高温试验耐久试验 多路阀的试验类型主要分为型式试验和出厂试验：其中型式试验是对多路阀的质 量进行全面考核，它主要针对新开发的的产品，以及原来的产品在结构、材料或者工 艺有较大改变等情况下需要进行的试验，而出厂试验主要是指产品交货前需进行的各 浙江大学硕l 学位论文 项检验【7 】o 测试标准中规定的多路阀试验类型及试验项目如表2 1 所示。 2 1 2 测试标准中试验回路 测试标准中给出了多路阀试验用液压回路，如图2 1 所示；该试验回路的主要由 主测试系统和辅助系统两部分组成，主测试系统包括泵源，加载部分以及压力流量检 测元件；而辅助系统主要是为先导式多路阀提供先导油，以及为阶跃加载装置提供控 制油【8 】o 1 一液压泵2 一溢流阀3 一