摘要: 工程機械多路閥試驗臺用于挖掘機、裝載機、叉車等液壓多路閥性能檢測試驗。設計并制造了多路閥性能測試試驗臺，主要設計了液壓系統、電控系統與數據采集系統。試驗臺測試項目與技術參數都達到了國內同類產品先金水平。

0 前言

工程機械多路閥試驗臺主要用于工程機械中挖掘機、裝載機、叉車等機械的液壓多路閥性能檢測試驗，可試驗多種規格系列的多路閥。由某公司為某大學設計并制造的工程機械液壓系統液壓多路閥性能測試試驗臺，用于液壓元件的性能試驗，并滿足工程機械多路閥的研究開發測試要求。試驗臺采用整體式結構，外觀更美觀大方，操作更安全方便，減少塵埃污染，降低噪聲，減少占地面積。試驗臺主要由液壓主泵站、過濾循環溫控系統、整體試驗臺架、漏油回收系統、數據采集顯示系統和電器控制系統組成。按guojia或液壓行業頒布的#新試驗標準中型式試驗的要求進行多路閥檢測試驗。

1 試驗臺的性能參數與試驗項目

系統#大工作壓力 42 MPa; 流量計#大測試范圍 600 L/min; 總驅動功率 120 kW (30 kW+30 kW+30 kW+ 輔助系統)，主電機變頻調速; 動力站主油箱容積 2 000 L; 試驗臺液壓系統工作液采用 46 號抗磨液壓油; 液壓系統油溫自動控制，可控制在 (50±2)℃; 輸入電壓為三相交流 AC 380 V，電流 500 A，控制電路電壓 DC 24 V; 工作液清潔度等級按 NAS8 設計，油液過濾精度#小 5 μm; 試驗臺測試儀器精度(A 級): 壓力傳感器精度±0. 3%fs; 流量傳感器精度±0. 5%Ｒ; 溫度傳感器精度±2. 0 ℃。試驗臺可完成液壓多路閥出廠性能試驗項目，主要有: 內泄漏測試; 壓力損失測試; 安全閥性能試驗; 補油閥開啟壓力試驗; 過載閥、補油閥泄漏量試驗; 流量特性測試; 響應特性、閥芯特性及控制滯環測試; 閥桿位移測試; 閥桿先導壓力測試; 微動特性試驗; 背壓試驗; 穩態試驗; 瞬態試驗; 動作復合測試。

2 試驗臺的液壓系統設計

(1) 液壓主泵站

液壓主泵站系統如圖 2 所示，主要由油盤底架、主油箱 (2 000 L)、3 臺油泵電機組、濾油器、測試控制閥組、流量壓力檢測儀等組成。

油泵電機組分別為: 兩臺高壓電機泵組 5. 1 和5. 2，電機功率為 30 kW，油泵排量 28 mL/r，提供測試時的高壓油源，可分開供油 (適用于有兩個進油口的多路閥)，也可合流供油 (提供高壓大流量);一臺大流量電機泵組 6，電機功率為 30 kW，油泵排量 160 mL/r，用于測試低壓大流量的情況。多路閥有很多種，有的很復雜。特別是挖機的多路閥，要實現多種功能，有的有兩個 P 口。為了測試復雜多路閥，用兩個高壓加載泵 5. 1 和 5. 2 來提供液壓油。3 個泵的油都是從吸油過濾器 13 流出，這是個側面安裝的過濾器，帶有發訊器，當過濾器堵住，通過發訊器報警，預防泵吸空毀壞。3 個泵的出口處都裝有管式單向閥，可預防負載突然過大而憋壞泵。有的大流量測試不需要高壓，因此加一個低壓大流量的泵 6。3 臺 30 kW 的電機帶動 3 個為多路閥供油的泵。為了使多路閥油源壓力可控，在泵出口加溢流閥 3 和4，而為了能夠遠程調控壓力，用遠程控制閥控制主安全閥的開啟壓力。在單向閥和安全閥之間裝壓力傳感器，引到多路閥 P 口的油也從這之間引出。由于有一個測試項目需要使多路閥進口壓力時間上升下降，因此一個安全閥用電磁溢流閥 4。

(2) 先導控制

先導控制油路如圖 3 所示，一臺控油電機泵組用于提供測試時的先導控制油。電機功率為 2. 2 kW，額定轉速 1 450 r/min，對應油泵流量 12 L/min。

先導手柄用來模擬裝載機操作手柄功能。操作手柄輸出的先導油壓力快速上升，用于某些需要快速升壓的測試項目。比例減壓閥輸出的先導油壓力增加緩慢，可以測試先導油緩慢上升的相關參數變化。

(3) 負載模擬

多路閥工作油口的負載模擬，用一個由插裝式單向閥 1 組成的液壓橋路來實現，如圖 4 所示。橋路裝一個比例溢流閥 2 加載，實現工況模擬。加載閥后面裝流量計以測量流過每一聯的實際流量。

當油從 A 進入時，經過 1. 1，然后到加載閥 2，加載閥溢流出來的油從單向閥 1. 4 去到 B 口; 當油從B口進入，經過單向閥 1. 3，然后到加載閥 2 后，再從單向閥 1. 2 到 A 口。

(4) 過濾溫控系統及噴淋防銹系統過濾溫控系統及噴淋防銹系統如圖 5 所示。

溫控系統可由安裝在主油箱內的溫度傳感器通過PLC 程序實現自動冷卻/加熱，試驗臺的溫控系統可分為自動和手動兩種模式。系統默認的自動加熱溫度為 10 ℃，自動冷卻的溫度為 55 ℃ (客戶可根據需要自己調整控制溫度)。

液壓站主油箱由強力磁鐵 + 噴淋系統組成油箱的內部防銹功能，其中噴淋系統起到了舉足輕重的作用。噴淋是引用循環泵的油液對油箱內表面噴灑油霧狀的油液，噴淋油壓即為循環泵開啟時管路過濾器的背壓。每天噴淋 1 min 可起到有效的防銹作用。噴淋時，先打開控制噴淋的球閥，然后打開循環泵即可。

(5) 漏油回收系統

漏油回收系統如圖 6 所示，主要用于: 收集測試過程中換管漏下試驗臺的油，小集油箱裝有液位繼電器和電磁水閥，當油液滿到一定程度液位繼電器給信號到 PLC，控制電磁水閥開啟并啟動抽油電機自動抽油; 當大油箱需要放油，可打開相應球閥用抽油電機抽油到外面; 當大油箱需要加油，可打開相應球閥往油箱加油。

3 試驗臺電氣控制及數據系統設計

試驗臺電氣控制及數據系統如圖 7 所示。

系統各組成部分描述如下。

(1) 中央操作控制臺

控制系統采用西門子 PLC。控制電壓采用 DC 24 V，保證安全性。壓力、流量、轉速、比例電流數顯表顯示。所有控制都在中央操作控制臺完成。有手動自動功能: 在手動模式下，通過操作臺的按鈕和電位器或手柄即可完成所有測試項目; 自動模式下，在采集柜CAT 軟件里面設定好參數，即可完成自動加載和自動采集。有各類高壓保護、回油堵塞保護、電機超載保護、液位保護、流量計保護等，當出現報警時，進行相應保護動作，并且報警燈閃耀、在 CAT 界面中顯示報警內容，提示操作人員如何處理。

(2) CAT 計算機采集 (標準計算機機柜)采用研華工控計算機。采集卡采用美國 NI 公司的采集卡。試驗臺計算機輔助試驗 (簡稱液壓 CAT)系統為該公司采用美國guojia儀器公司的 LabVIEW 軟件開發的采集軟件，具有自己的知識產權，界面美觀，功能強大。液壓計算機輔助試驗 CAT 系統能完成壓力、流量、泄漏量、油溫、液位等參數的自動采集 (測試); 根據測試項目進行數據處理、存儲與備份，并由計算機自動生成相應試驗曲線及試驗報告;并能將數據、曲線及試驗報告及時保存和打印輸出。試驗報告由計算機自動生成。測試系統預留與生產管理系統接口，待生產管理系統建設完成后能將試驗數據與結果上傳并接收生產管理系統下傳的試驗計劃與安排。計算機測試系統具備數據庫管理功能，操作界面友好，報表具有組態功能。測試系統自動生成試驗元件編號。

(3) 防電磁干擾措施

在數據采集器機內選用工業級高可靠抗干擾穩壓電源，工頻交流電經過變壓、整流、濾波、穩壓后得到系統所需的各檔電壓。并通過增加濾波級數、加大濾波電容等方式消除來自電網的傳導噪聲和因濾波不佳引起的紋波噪聲，具有穩壓精度高、抗干擾性能強等特點。有較高的共模抑制比及串模抑制比，能在較寬頻率范圍抑制干擾。

計算機采用研華工業機箱，其配電源為研華工業級電源。開關電源采用明緯工業開關電源，并且傳感器和線圈電感性 (如電磁閥) 電源為不同電源。模擬量采集信號經過隔離變送器，對頻響要求高的信號采用高速隔離器。所有控制全部通過西門子 PLC 完成，由上位機給 PLC 指令，由 PLC 完成指令動作，這個是此控制系統的特點。PLC 為能適用強電磁干擾的成熟產品。傳感器選擇 4～20 mA 信號，電流信號抗干擾能力強。信號線選擇雙絞屏蔽線，信號線所走線槽采用鍍鋅線槽，線槽外殼接地。強電線槽和弱電線槽分開。對采集要求較高的場合，如伺服閥動態試驗需要做伯德圖片，會根據需要改為軟啟動，用比例變量泵調節流量，減少變頻器對信號的干擾。控制電源和動力電源分開，減少電機電流、電壓波動對控制采集電源的干擾。動力電源地和控制電源地分開，單好接地。

4 試驗臺測試項目舉例: 多路閥壓力損失測試

閥 P 口接試驗臺 P2 口，閥 T 口接試驗臺 T1 口，A 口接試驗臺負載模擬油路 A1 口，B 口接試驗臺負載模擬油路 B1 口，其他暫時不測試的回路用螺堵堵死; 開啟大流量合流球閥，擰緊操作臺的 “P3 壓力調節”和 “P2 壓力調節”手柄。點擊計算機桌面上的 “多路閥測試系統”圖標，進入測試界面。選擇 “流量壓差”，即可采集壓力損失隨流量變化的曲線。點擊 “生成報告”，可得流量壓差曲線，如圖 8 所示。

5 結束語

此試驗臺通過了該大學組織的省級專家評審驗收，得到了專家組的高度認可。通過此試驗臺的設計開發，提升了設計團隊的水平，積累了更多寶貴的經驗。尤其是與該大學的老師、研究生、試驗指導員一起做實驗，把教學理論與實踐設計相結合，使以后的試驗臺設計具有更強理論指導性且實用性更強。

 

 

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