高低温工况下铝合金液压阀岛的性能测试研究.docx

朱海燕1 ，曹文琴2 ，向毅3Test research on performance of the hydraulic valve terminal of aluminum-alloyunder the working conditions of high low temperatureZHU Hai-yan1 ，CAO Wen-qin2 ，XIANG Yi3( 1 华东交通大学 轨道交通学院，江西 南昌 330013;2 华东交通大学 机电学院，江西 南昌 330013; 3 美的制冷设备有限公司，广东 佛山528301)摘 要:为了测试铝合金阀岛溢流阀的性能在高低温状态下能否满足使用要求，根据铝合金液压阀岛系统结构和工作原理，以及在分析其试验要求的基础上建立测试试验台的总体结构。将整个阀岛置于能够调 温的高低温柜内，通过在 40 130 的温度下对阀岛的动态特性进行测试，分析测试的动态特性曲线，得 出测试的结果: 液压阀岛在设定的测试温度环境下均能正常调压，无外渗漏现象; 液压阀岛在 40 60 的 温度下工作时其响应稍为缓慢，但压力稳定可调能正常工作; 阀岛在 80 130 温度下工作时电磁阀不能正 常换向，但其响应速度与常温环境下几乎没有变化。关键词:阀岛; 溢流阀; 测试; 特性曲线中图分类号:TH137文献标识码:B文章编号:1000-4858(2011)12-0052-040引言阀岛一词源于德语的“Ventilinsel”，英文为“Valve Terminal”，阀岛技术是某公司最先发明并引入应用 的1。液压阀岛可定义为新一代的电液一体化控制 元器件2。铝合金液压阀岛是应用于某些需减重的 军事设备( 如飞机、大炮、坦克等) 传动系统中提供一 个稳定的压力源的重要液压部件之一，是一个小型液 压集成系统。在国外，铝合金液压元件得到了广泛的 研制并应用较为广泛3。现今，国内液压元件，如各 类液压阀、液压泵等，基本上都是采用铸铁材料等加工 制成，基本上没有采用铝合金材料来 研 发 液 压 元 件4 5。目前，国内尚无铝合金液压阀岛这方面的引 进技术，与西方发达国家存在较大的差距6。因此有 必要系统深入地对铝合金液压元件的开发进行基础理 论和试验研究工作，本文就是对在高低温工况下铝合 金液压阀岛的性能进行测试研究。向阀、报警器、二位三通电磁换向阀、溢流阀部件等组成。电磁换向阀的电磁铁通电时，换向阀换向，液压油 不经主油路而直接流回油箱，此时可将该油路经导引， 即通过见阀体上的回油口 C 而去润滑其他零部件。 当未给电磁铁通电时，由于弹簧力作用，使得换向阀工 作于右位状态，油液经溢流阀定压后供给系统。1 进油滤油器 2 进油滤油座 3 报警器 4 阀体 5 溢流阀6 电磁换向阀 A 阀岛进油口 B 阀岛出油口 C 回油口图 1 铝合金液压阀岛系统结构原理图1 2铝合金液压阀岛的工作原理当电磁换向阀的电磁铁线圈未通电时，液压油通铝合金液压阀岛系统结构原理及工作原理铝合金液压阀岛系统结构原理图本文的铝合金液压阀阀岛是在先行设计的一个定1过阀岛的进油滤油座的入口 A，经滤油器过滤，进入阀1 1体孔道，再经由电磁换向阀，进入溢流阀后与主油路通 压 0 4 MPa 的液压阀岛的基础上进行改造而研制的。改造后的铝合金液压阀岛总体结构原理图如图 1 所 示。图中可以看出，铝合金液压阀岛由进油滤油器、单收稿日期: 2011-09-09作者简介: 朱海燕( 1975) ，男，讲师，硕士，主要从事为机械 设计与控制工程的研究工作。2011 年第 12 期液压与气动53道相通。压力油在溢流阀入口处经由溢流阀定压，多余的油液从回油口流回油箱。其中，通过溢流阀阀芯 左部封油部泄漏的油液聚集在其左弹簧腔内和通过电 磁换向阀右部封油部泄漏的油液聚集在其右弹簧腔 内，为防止弹簧腔油液闭死，故均开有泄油通道孔，让 弹簧腔内油液流回油箱，即所谓的内泄漏方式。为了预防滤油器滤芯堵塞，压力油被封死在滤油 器中导致油液压力升高而使系统不能正常工作或导致 液压元件的破坏，故而在阀岛中装有单向阀。单向阀 中的弹簧有一定的预压缩量，该压缩量取决于工作油 路所需的油压。正常情况下，单向阀是关闭的，而当滤 油器堵塞时，随着油压的升高，单向阀打开，液压油经 由单向阀流通。另外，当滤芯长期使用或其它原因而 导致油液的压力损失过大，压差指示器将给出报警信 号提示工作人员进行系统检修。2 阀岛测试试验台的总体结构本试验台总体结构如图 2 所示。试验台系统硬件 主要包括液压试验系统、配电柜及二次仪表、工控机及 PCL 812PG 数据采集卡和各类传感器等主要部件。高低温阀岛测试实验测试相关要求33 1( 1)测试目的: 检查铝合金液压阀岛各个零部件的加工质量、装配质量; 调试铝合金液压阀岛的各项功能; 检查铝合金液压阀岛是否达到设计要求;测试的温度范围:( 2)( 3) 40 130 ;测试设备: 本液压阀岛的高低温试验选择在广州机械科学研究院的现有的高低温柜中进行，所选用的高温柜是银河 ( YINHE ) 型号的高温柜，其有加 热、制冷等功能。温度可自由设定，其还有鼓风、累加 计时、超温设置等辅助功能;( 4)测试油液: 在 40 130 的环境下能正常工作的军用红油;( 5)测试项目: 由于试验条件的限制，阀岛的高低温性能试验的主要项目为: 检验阀岛在高低温状况下的一般性能，阀岛的密封性性能，电磁阀的换向性能，溢流阀的调压性能等。3 2测试方法高低温试验原理图见图 3 所示。当在高温或低温状况下，将阀岛置于高低温柜内。先在常温下将系统压力调至一个较低压力，便于启动泵( 通过图 3 中被 测溢流阀 10 来调节) 。然后将高低温柜的温度设置 为一确定温度，再启动高低温柜的制冷或加热功能，并 开启鼓风按钮，便于快速冷却或加温。当温度降至或 升至所调定温度时，再保温一定时间，通常低温时需要 保温的时间要比高温时的保温时间要长。确保整个阀 岛测试系统完全工作于所设定的环境温度中，然后启 动泵，进行测试。图 2 阀岛试验台总体结构试验所用的工控机为先科工控机，采集卡为研华 公司生产的 PCL 812PG 增强型多功能实验采集卡， 它应用于 IBM / XT / AT 及其兼容机的高性能、高速度 的多功能数据采集卡，此卡不仅功能强大，性能优越， 而且支持的软件较多，使得它成为工业控制和实验室 应用的理想选择，可应用于数据采集、过程控制、自动 检测、工厂自动化。与硬件相辅助方面软是用 VB 语言程序开发的计 算机辅助测试软件。该测试软件，该软件能自动保存 数据、实时显示相应的测试曲线、并将测试结果保存在 相应的数据库中便于查阅和打印。1 滤油器 2 定量泵 3 电机 4 压力表 5 报警器 6 滤油器7 单向阀 8 电磁换向阀 9 压力传感器 10 溢流阀 11 压力表12 压力表 13 流量计 14 滤油器图 3 高低温阀岛试验原理图3 3测试结果及分析( 1) 测试结果表明液压阀岛在 40 130 温度液压与气动2011 年第 12 期54范围内均能正常调节压力，低温时压力表指针振摆不停，但其波动不大，不超过为 0 1 MPa。阀岛的电磁换 向阀在低温情况下需增大电磁铁线圈的电压方可换 向。在常温及低温状况下，电磁铁需 24 V 直流电压方 可换向，但在高温 80 130 情况下，电磁铁需要大于27 V 的直流电压方可换向。而电磁铁的磁化强度是 受环境温度的影响的，可见在高温状况下，环境温度 高，电磁铁的磁化能力将随之减弱。( 2) 在低温情况下: 当温度维持在 40 时，由于 所采用传感器为 LWGY 6 型涡轮流量传感器，介质 温度为 20 120 ，环境温度为 20 50 ，故此时流 量传感器所测的流量不准确。当被测溢流阀初始调定 压力为 3 5 MPa 时( 常温情况下设定) ，在低温 40 时，启动电机，延迟 3 s 左右压力才开始上升，会出现一 个较大的压力超调量，约为 0 3 MPa，然后压力又才缓 慢回落 3 2 MPa 稳定下来。当给电磁换向阀通电换向 后，压力回落，整个压力回落过程是先快后慢。常温下 设定压力为 3 5 MPa 时，在低温 40 时，由于油液变 稠，其粘度系数变大，泵的吸油能力变差，所以泵泵出的 流量的较低，故而影响到溢流阀的调定压力，使得其调 定压力只能定在 3 2 MPa，有了 0 3 MPa 的偏差。调定溢流阀使其定压在 6 3 MPa 时，然后给电磁 铁通断电观察其压力变化过程。试验结果表明: 溢流 阀的压力上升过程是先缓缓升，然后快速上升，至最大 压力 6 75 MPa 时，溢流阀压力缓缓下降至 6 3 MPa 稳 定下来。其压力下降过程较为缓慢，压力从 6 3 降至1 2 MPa 较快，约需 2 s，从 1 2 降至 0 5 MPa 时甚微 缓慢，约需 10 s。从图 4 可以看出: 低温 20 时，压力上升与下 降都较 40 要快。此时泵的出口流量有所上升，由 流量传感器检测得其为 5 2 L / min。在为 15 1 L / min，此也就是溢流阀的溢流量。从图 4 至7 可以看出，此时溢流阀的响应要比低温时快得多。图 5、图 6 至图 7 分别为在温度为 35 ( 常温) 、60 、80 、100 、120 、130 情况下测得被测溢流 阀 10 的动态响应特性曲线。4结论本文根据铝合金液压阀岛系统结构和工作原理， 以及在分析其试验要求的基础上建立测试试验台的总 体结构及测试相关要求。对铝合金液压阀岛进行了在 常温、高温、低温等不同温度下的测试，结果表明: 液压 阀岛工作在高温 80 130 时，电磁阀不能正常换向， 必须提高电磁阀的线圈电压方可换向，说明了随着温 度的升高电磁铁的磁化强度有所下降。液压阀岛在高 温、低温、常温等不同温度环境下均能正常调压，无外 渗漏现象; 液压阀岛在低温环境下工作时其响应较为 缓慢，这与低温环境下油液黏度系数大，导致系统流量 下降和油液流动缓慢相关，阀岛还是可以正常工作，即 其压力稳定可调，无渗漏现象，阀岛在高温环境下工作 时其响应与常温环境下基本没有差异。T = 40 ，ps = 6 3 MPaT = 20 ，ps = 6 3 MPa图 4 溢流阀压力动态特性曲线( 3) 在高温情况下: 从图由于高温时，油液的黏度 系数变小，所以泵泵出的流量较大，由流量传感器检测 得其在常温 35 120 情况下泵得出口流量基本维持2011 年第 12 期液压与气动55多功能轨道车液压系统分析与改进设计赵志国1 ，刘忠宝2Analysis and improved design of hydraulic systemfor multifunctional railcarZHAO Zhi-guo1 ，LIU Zhong-bao2( 1 淮阴工学院 交通工程学院，江苏 淮安 223001; 2 抚顺矿业集团 检修中心，辽宁 抚顺 113001)摘 要:通过对多功能轨道车液压系统原理进行分析，发现液压系统操作复杂，故障率较高等问题，在此基础上提出了改进设计的方法。从现场应用情况来看，改进后的液压系统具有很好的操作方便性和可靠性，符合现场作业要求，为轨道车液压系统的优化设计提供了一条新途径。关键词:多功能轨道车; 液压系统; 改进设计中图分类号:U273 1文献标识码:B文章编号:1000-4858(2011)12-0055-02液压系统是多功能轨道车中的一个重要组成部分，其性能直接影响轨道车作业的安全性及工作效率。 整车液压系统由吊机液压系统、升降平台液压系统和 收放线装置液压系统三部分组成，系统设有 3 台齿轮 泵，共用 1 个液压油箱，动力由发动机直接提供，三个 系统相互独立，满足各自的工作要求。根据轨道车液 压系统现场使用情况，本文通过对轨道车液压系统原 理进行分析，在此基础上提出改进设计方案，为轨道车 液压系统的改进设计提供新的思路。分别连接齿轮泵、，取力器安装在变速箱右下角，取力器安装在变速箱左上角。在升降平台液压系统回路中，取力器带动齿轮 泵 I 运转，当升降平台不工作时( 即电磁换向阀不通 电) ，来自齿轮泵 的液压油通过电磁换向阀 的回 油管路流回油箱 1; 当升降平台上升或下降时，即电磁 换向阀通电，可调式平衡阀 7 具有自锁功能，防止升 降平台突然降落，保证人车的安全性; 系统采用“H”型 中位机能的三位四通电磁换向阀，换向时冲击小，运行 平稳，中位时 P 口与 T 口连通，泵卸荷减小了功率损 失; 系统最高压力由安全阀限定，压力可调，当系统 压力高于系统调定压力时，液压油经安全阀卸载流 回油箱 1。1原有的轨道车液压系统分析图 1 是原有的轨道车液压系统工作原理图，吊机采用 8 t 随车吊，现场使用过程中，其液压系统 17 具有很好的稳定性和可靠性，未出现故障。而升降平台、收 放线装置及液压系统为检修中心自行设计，系统共用1 个液压油箱，设有 3 台齿轮泵，动力由发动机通过取 力器提供。图 2 是取力器安装位置图，取力器、收稿日期: 2011-06-14作者简介: 赵志国( 1977) ，男，辽宁铁岭人，讲师，博士，主 要从事车辆设计与液压系统方面的科研和教学工作。櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘参考文献:3向毅，孙海平，成国真 铝合金液压阀岛的研究及性能分析J 机床与液压，2004，( 10) : 68 70樊瑞，张明 导控溢流阀动态数学模型的建