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液壓缸是液壓系統(tǒng)的執(zhí)行元件，它能將液壓能轉(zhuǎn)變?yōu)橹本�往復(fù)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械能。因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠，在機(jī)械系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用。目前，液壓缸生產(chǎn)廠家較多，液壓缸的性能和質(zhì)量一方面要能滿足主機(jī)的要求，同時(shí)又要能達(dá)到液壓缸本身的標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)。依據(jù)GB/T15622-2005和JB/T10205-2010標(biāo)準(zhǔn)，開發(fā)研制了液壓缸性能測(cè)試試驗(yàn)臺(tái)。

1 試驗(yàn)臺(tái)的組成及工作原理
試驗(yàn)臺(tái)由臺(tái)架、液壓系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、測(cè)控軟件4 部分組成。
1. 1 臺(tái)架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
該試驗(yàn)平臺(tái)為了滿足被試液壓缸加載幅值寬、長度變化大的要求，設(shè)置了兩套結(jié)構(gòu)相同、參數(shù)各異的試驗(yàn)臺(tái)架，主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。
加載液壓缸與被試液壓缸處于同一軸線上，固定在封閉式加載框架內(nèi)部，如圖2所示，封閉式加載框架由反力支座、臺(tái)架、反力桿、反力桿支架、鎖緊螺母組成。試驗(yàn)臺(tái)做加載試驗(yàn)時(shí)，加載液壓缸將作用力通過過渡件組件傳遞到被試液壓缸。導(dǎo)軌組件承受由于安裝誤差引起的側(cè)向力，同時(shí)起導(dǎo)向作用。過渡件組件(其中安裝力傳感器，用于測(cè)量被試液壓缸與加載液壓缸之間的作用力)在導(dǎo)軌的約束下，沿軸向滑動(dòng)，起傳遞力的作用。封閉式加載框架將液壓缸之間的作用力轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)的內(nèi)力。通過調(diào)節(jié)過渡件長度可以試驗(yàn)不同長度液壓缸;通過改變被試件工裝可以連接不同接口形式的液壓缸。
1. 2液壓系統(tǒng)
液壓系統(tǒng)主要由大通徑插裝閥、電液換向閥和比例閥組成。通過比例閥的精確可調(diào)性能，使液壓缸試驗(yàn)臺(tái)的流量和壓力均可以簡(jiǎn)便而精確的得到控制，以試驗(yàn)不同型號(hào)的液壓缸。液壓原理圖如圖3所示。
加載液壓缸與被試液壓缸處于同一軸線上，固定在封閉式加載框架內(nèi)部，如圖2所示，封閉式加載框架由反力支座、臺(tái)架、反力桿、反力桿支架、鎖緊螺母組成。試驗(yàn)臺(tái)做加載試驗(yàn)時(shí)，加載液壓缸將作用力通過過渡件組件傳遞到被試液壓缸。導(dǎo)軌組件承受由于安裝誤差引起的側(cè)向力，同時(shí)起導(dǎo)向作用。過渡件組件(其中安裝力傳感器，用于測(cè)量被試液壓缸與加載液壓缸之間的作用力)在導(dǎo)軌的約束下，沿軸向滑動(dòng)，起傳遞力的作用。封閉式加載框架將液壓缸之間的作用力轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)的內(nèi)力。通過調(diào)節(jié)過渡件長度可以試驗(yàn)不同長度液壓缸;通過改變被試件工裝可以連接不同接口形式的液壓缸。
1. 2液壓系統(tǒng)
液壓系統(tǒng)主要由大通徑插裝閥、電液換向閥和比例閥組成。通過比例閥的精確可調(diào)性能，使液壓缸試驗(yàn)臺(tái)的流量和壓力均可以簡(jiǎn)便而精確的得到控制，以試驗(yàn)不同型號(hào)的液壓缸。液壓原理圖如圖3所示。
通過比例流量閥和比例溢流閥調(diào)節(jié)進(jìn)入被試缸的壓力和流量，通過電液換向閥控制被試缸的伸出和縮回。加載缸由一橋式回路和插裝式比例溢流閥進(jìn)行加載。被試缸與加載缸通過滑動(dòng)小車進(jìn)行連接，小車上安裝力傳感器，測(cè)量試驗(yàn)過程中兩缸之間的作用力。
為準(zhǔn)確測(cè)量被試缸的最低起動(dòng)壓力，特意在被試缸回路中增加一旁路，在小流量狀態(tài)下，通過精度更高的比例溢流閥和壓力傳感器控制試驗(yàn)壓力，達(dá)到準(zhǔn)確測(cè)量的目的。另外，實(shí)驗(yàn)臺(tái)為耐壓試驗(yàn)增加了超高壓測(cè)試回路，可以承受55 MPa壓力。試驗(yàn)臺(tái)具備漏油回收裝置，通過接油盤對(duì)液壓缸試驗(yàn)過程中及拆卸過程中產(chǎn)生的油液泄漏進(jìn)行集中回收，回收的油液通過齒輪泵電機(jī)組和過濾器送回液壓源的油箱，既降低了液壓油的浪費(fèi)，也防止了油液造成試驗(yàn)環(huán)境污染。
1. 3電氣系統(tǒng)
液壓缸試驗(yàn)臺(tái)電氣系統(tǒng)主要包括任務(wù)管理計(jì)算機(jī)、測(cè)控計(jì)算機(jī)、信號(hào)調(diào)理箱、UPS電源部分。
任務(wù)管理計(jì)算機(jī)將操作人員的輸入指令和參數(shù)傳輸給測(cè)控計(jì)算機(jī);測(cè)控部分按輸入指令和參數(shù)控制被試缸的運(yùn)動(dòng)和加載缸的加載，采集各傳感器的輸入信號(hào)并輸送給任務(wù)管理計(jì)算機(jī)，用于顯示并輸出試驗(yàn)報(bào)告。信號(hào)調(diào)理箱數(shù)字信號(hào)調(diào)理箱和模擬信號(hào)調(diào)理箱，作用是將各傳感器的信號(hào)調(diào)理成標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸入測(cè)控計(jì)算機(jī)，將測(cè)控計(jì)算機(jī)的輸出調(diào)理成電液比例閥、電磁換向閥能夠接收的信號(hào);UPS電源部分負(fù)責(zé)任務(wù)管理計(jì)算機(jī)、測(cè)控計(jì)算機(jī)和信號(hào)調(diào)理箱的供電。
液壓缸測(cè)控系統(tǒng)與中控室計(jì)算機(jī)采用以太網(wǎng)通訊，中控室計(jì)算機(jī)可對(duì)試驗(yàn)臺(tái)控制系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控和控制。
液壓缸測(cè)控系統(tǒng)與油源PLC采用RS485通訊，采集PLC輸出信號(hào)，了解油源運(yùn)行情況和狀態(tài)，可以對(duì)油源進(jìn)行遠(yuǎn)程啟動(dòng)、加載、停機(jī)等控制。
1. 4測(cè)控軟件
測(cè)控軟件采用LabVIEW軟件編寫。通過LabVIEW軟件中提供的各類控件，根據(jù)液壓缸試驗(yàn)臺(tái)試驗(yàn)流程和數(shù)據(jù)采集要求，編寫控制軟件。
液壓缸試驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)軟件界面
軟件界面主要由幾部分組成:試驗(yàn)臺(tái)狀態(tài)監(jiān)視、被試缸信息、試驗(yàn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示、手動(dòng)控制、曲線顯示和自動(dòng)控制項(xiàng)目標(biāo)簽欄。軟件可以實(shí)現(xiàn)手動(dòng)測(cè)試和項(xiàng)目自動(dòng)測(cè)試兩種控制模式。界面中的各數(shù)據(jù)儀表，模擬顯示當(dāng)前的測(cè)試數(shù)據(jù)和液壓系統(tǒng)狀態(tài)。通過數(shù)據(jù)記錄實(shí)時(shí)記錄試驗(yàn)過程中的相關(guān)數(shù)據(jù)，并支持試驗(yàn)報(bào)告的自動(dòng)生成。
2  臺(tái)架結(jié)構(gòu)的分析及優(yōu)化設(shè)計(jì)
封閉式加載框架是試驗(yàn)機(jī)的關(guān)鍵部件，它由反力桿、鎖緊螺母、反力支座與臺(tái)架組成。液壓缸固定在反力桿與臺(tái)架中間，做加載試驗(yàn)時(shí)，封閉式加載框架將液壓缸之間的作用力轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)的內(nèi)力，整體協(xié)調(diào)變形，使得試驗(yàn)臺(tái)對(duì)實(shí)驗(yàn)室地基強(qiáng)度要求低。為了保證系統(tǒng)有足夠的強(qiáng)度和剛度，對(duì)其進(jìn)行了有限元分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)。有限元分析結(jié)果如圖5~圖7所示，其最大應(yīng)力為67MPa，Y向最大變形量為1.15 mm，Z向最大變形量為0.05 mm。
3  試驗(yàn)臺(tái)的特點(diǎn)
(1)試驗(yàn)臺(tái)適應(yīng)能力強(qiáng)。加載能力大，適應(yīng)被試件長度變化范圍寬，通過更換不同形式連接接口，使得試驗(yàn)臺(tái)可以適應(yīng)不同連接形式的被試件。
(2)擁有獨(dú)特的剛性封閉式框架，可以將液壓缸之間的作用力轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)內(nèi)力，降低了試驗(yàn)臺(tái)與地基之間的作用力，對(duì)實(shí)驗(yàn)室地基強(qiáng)度要求低。
(3)采用插裝閥和電液閥作為系統(tǒng)主要元件，可進(jìn)行大流量測(cè)試。
(4)采用比例壓力閥控制測(cè)試壓力，采用比例流量閥和壓力傳感器控制側(cè)時(shí)流量，無需單獨(dú)油源。
(5)設(shè)有超高壓回路，一次安裝即可完成液壓缸兩腔的耐壓試驗(yàn)。
(6)設(shè)有泄漏油回收裝置，可以將拆裝被試缸時(shí)泄漏的液壓油回收，經(jīng)過過濾后送回液壓源油箱。
(7)測(cè)控柜采用模塊化，分為任務(wù)管理計(jì)算機(jī)、測(cè)控計(jì)算機(jī)、信號(hào)調(diào)理箱、UPS電源4個(gè)模塊。
(8)軟件界面直觀易操作，手動(dòng)自動(dòng)切換方便。軟件功能強(qiáng)大，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、處理等各項(xiàng)工作，省去試驗(yàn)員數(shù)據(jù)采集及處理工作，提高了效率和準(zhǔn)確性。軟件具有可編寫性，可根據(jù)實(shí)際測(cè)試需要，添加測(cè)試功能�？梢宰詣�(dòng)生成試驗(yàn)報(bào)告。
4  結(jié)論
研制的液壓缸性能測(cè)試試驗(yàn)臺(tái)能夠按照GB/T1562-2005對(duì)液壓缸進(jìn)行測(cè)試，利用不同的工裝可以對(duì)工程機(jī)械上使用的絕大多數(shù)液壓缸(最大出力2800kN，最大行程6000mm)進(jìn)行測(cè)試。液壓缸性能測(cè)試試驗(yàn)臺(tái)研制成功具有三方面的意義:
(1)在新產(chǎn)品開發(fā)和液壓缸的基礎(chǔ)研究方面，通過測(cè)試可驗(yàn)證液壓缸技術(shù)性能是否達(dá)到預(yù)期設(shè)計(jì)目標(biāo)。通過對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)和曲線的分析，可判斷液壓缸的結(jié)構(gòu)方案是否合理、所用材料是否最佳，解決液壓缸在設(shè)計(jì)、加工、材料等方面存在的問題;幫助分析液壓缸最佳工作范圍，以便確定液壓缸合理工況，延長液壓缸使用壽命。
(2)制造企業(yè)對(duì)批量產(chǎn)品進(jìn)行質(zhì)量控制時(shí)，通過定期和隨機(jī)抽樣測(cè)試，驗(yàn)證產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定性和可靠性，消除潛在問題，保證產(chǎn)品質(zhì)量，提高用戶對(duì)產(chǎn)品的信任，有助于開發(fā)和穩(wěn)
固市場(chǎng)。
(3)解決液壓缸生產(chǎn)廠家與使用單位之間對(duì)產(chǎn)品性能和質(zhì)量方面的分歧問題。