液壓試驗臺的設計綜述摘要：傳統(tǒng)的手工測試系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)復雜、成本高、故障率高，測試過程及結(jié)果受較多人為因素影響，精度低。遠不能滿足現(xiàn)代液壓元器件的測試需求。隨著計算機技術(shù)、微電子技術(shù)、通信技術(shù)及傳感器技術(shù)的不斷發(fā)展，液壓計算機輔助測試系統(tǒng)(CAT)，虛擬儀器技術(shù)等現(xiàn)代測試技術(shù)，已經(jīng)成為當今液壓測試系統(tǒng)發(fā)展的方向。本文設計并開發(fā)了一套用于液壓多功能綜合試驗平臺的PLC實時測控系統(tǒng)。該系統(tǒng)以PLC控制核心，輔以觸摸屏提供良好的人機交互平臺，通過與上位工控機的通訊，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的高速采集、處理和分析。這種控制模式，既發(fā)揮了PLC控制精度高、抗干擾能力強、可靠性好的特點，有充分利用了工控機良好的數(shù)據(jù)分析和處理的能力，兩者珠聯(lián)璧合，相得益彰。

關(guān)鍵詞：液壓試驗臺  液壓回路和元件性能   PLC  參數(shù)測量

前言：液壓試驗臺是機械專業(yè)學生學習液壓系統(tǒng)知識的重要實驗設備 ,是學生在學習液壓理論知識時進行實踐論證和綜合應用開發(fā)的主要手段。這個液壓試驗臺能夠比較容易的對常見液壓回路和液壓元性能進行實驗，并且能夠?qū)毫?、溫度、流量、位移、轉(zhuǎn)速等參數(shù)進行測量。

多功能液壓試驗臺能全面模擬液壓系統(tǒng)常見的各類故障,并可運用嵌入在其中的加速度、壓力、流量、溫度、液位、污染度、位移等多種傳感器檢測液壓系統(tǒng)在正常或異常狀態(tài)下的各種信息,可為液壓系統(tǒng)、元件的故障機理分析、狀態(tài)監(jiān)測及故障診斷技術(shù)積累信息,提供數(shù)據(jù)。  

多功能液壓試驗臺用來模擬液壓系統(tǒng)及液壓元件在工作中發(fā)生的常見故障,并對其運行的狀態(tài)信息、故障征兆進行檢測。

液壓原理：在一定的機械、電子系統(tǒng)內(nèi)，依靠液體介質(zhì)的靜壓力，完成能量的積壓、傳遞、放大，實現(xiàn)機械功能的輕巧化、科學化、最大化。

液壓回路的基本機能在于以液體壓力能的形式進行容易控制的能量傳遞。

從能量傳遞方面看：液壓技術(shù)大致處于機械式能量傳遞和電氣式能量傳遞之中間位置。 從傳動特性方面看：機械傳動和液壓傳動裝置可以說有固定的特性，與此相反，液壓傳動裝置和電氣傳動裝置相同，具有無級變速裝置的特性，除了恒功率外，還容易實現(xiàn)恒速和恒轉(zhuǎn)矩等特性。

液壓技術(shù)的特點，一般可以歸納如下：

（1）容易進行無級變速，變速范圍廣，即能在很寬的范圍內(nèi)很容易地調(diào)節(jié)力與轉(zhuǎn)矩；

（2）控制性能好，即力、速度、位置等能以很高的響應速度正確地進行控制。另外，對于電氣，機械等其它的控制方式具有很好地適應性，特別是和電氣信號處理相結(jié)合，可得到優(yōu)良的響應特性；

（3）動作可靠，操作性能好；

（4）結(jié)構(gòu)和特性上具有適度的柔性；

（5）可以用標準元件構(gòu)成實現(xiàn)任意復雜機能的回路。

形成這些特點的原因：在于用容積式元件作能力轉(zhuǎn)換器即液壓泵和液壓執(zhí)行器，用富有潤滑性的油作為工作介質(zhì)。液壓技術(shù)的一般缺點也與液壓油有關(guān)。

 液壓流量測量儀表及其發(fā)展動態(tài)

目前液壓行業(yè)采用的流量測量儀表按其工作原理來分主要有容積式、速度式及質(zhì)量式流量計, 但也不乏有基于其他物理原理與規(guī)律開發(fā)的流量計, 它們業(yè)已得到普遍使用或即將推廣作用, 如渦街流量計、超聲波流量計、熱膜(絲) 流量計等。

1 差壓式流量計

由把流量轉(zhuǎn)變成靜壓差的一次裝置(節(jié)流裝置)和把靜壓差轉(zhuǎn)變成標準信號并顯示流量值的二次儀表組成, 常用的一次裝置有標準孔板,噴嘴和文丘里管,其作用原理是表達流體能量守恒的伯努利方程和流體連續(xù)性方程, 利用節(jié)流裝置反映出差壓與流量的平方關(guān)系。這種流量計具有適應范圍大、結(jié)構(gòu)簡單、堅固耐用、差壓變送器功能多、性能好等特點。但其輸出特性為非線性、量程受制約、且實際使用精度不高。近幾年許多國際知名公司對差壓變送器進行了深入的研究與開發(fā), 相繼推出了性能優(yōu)異的智能變送器,

2 容積式流量計

亦稱正排量流量計, 主要由轉(zhuǎn)子和計量腔(由流量計殼體內(nèi)腔所形成) 以及計數(shù)機構(gòu)組成, 流體介質(zhì)周期性地充滿計量腔并推動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn), 其轉(zhuǎn)速正比于流速。根據(jù)轉(zhuǎn)子的形狀有羅茨流量計、橢圓齒輪流量計、圓盤流量計、刮板流量計以及近年出現(xiàn)的雙轉(zhuǎn)子流量計等。這類流量計具有測量準確度高、重復性好、對直管段要求不高、介質(zhì)粘度變化對測量顯示值影響較小等特點。

3 渦輪流量計

渦輪流量計是一種速度式流量測量儀表, 由渦輪流量傳感器, (包括渦輪、導流器、殼體及磁電傳感器) 和顯示儀表組成, 其殼體由不導磁的材料制成,導磁的渦輪裝在殼體中心軸承上, 當阻力矩與動力矩平衡時, 渦輪轉(zhuǎn)速穩(wěn)定且正比于流速, 借助于殼體外的非接觸式磁電轉(zhuǎn)速傳感器將轉(zhuǎn)速信號變換成電頻率信號, 送至顯示儀表即可顯示介質(zhì)的流量。傳感器中溫度補償裝置的完善和發(fā)展使流量計不僅適用于壓力管路而且擴大了粘度適應范圍。流場畸變的管段, 減少了對直管段的要求; 同時顯示儀表實現(xiàn)了智能化和小型化。渦輪流量計測量準確度高、重復性好、結(jié)構(gòu)輕巧、安裝簡便、耐壓高、線性范圍寬。

4 質(zhì)量流量計

這種流量計有直接式和間接式兩大類別。這類流量計具直接測量質(zhì)量流量、準確度高、與各種物性參數(shù)無關(guān)、壓力損失小等特點。這是一種發(fā)展中的流量儀表, 目前仍有許多問題需進一步解決, 如流體介質(zhì)的相態(tài)與物性影響問題、零點漂移問題、最佳振動管形狀選擇問題、管材選擇問題等。

液壓泵、流量計經(jīng)過電磁換向閥右位進入單向節(jié)流閥、流量計進入液壓缸的無桿腔,有桿腔的油液經(jīng)過流量計、單向節(jié)流閥、電磁換向閥的左位、流量計、溢流閥、過濾器回油箱。反向行程時,電磁換向閥工作在左位,油液流向相反。調(diào)節(jié)溢流閥,液壓缸產(chǎn)生不同的背壓,模擬液壓缸的工作負載,測試液壓缸不同負載下的動特性曲線,研究液壓缸的運行規(guī)律。液壓缸泄漏故障模擬由節(jié)流截止閥實調(diào)節(jié)節(jié)流截止閥開口度模擬液壓缸二腔的外泄漏。液壓缸爬行通過增加負載和泄漏實現(xiàn)。

溢流閥檢測

電磁換向閥位于中位,截止閥開啟,液壓試驗臺工作在溢流閥、電磁閥檢測狀態(tài)。電磁閥控制溢流閥工作狀態(tài),通過不斷更改電磁閥25工作狀態(tài),檢測溢流閥和電磁閥性能。

 液壓泵故障模擬與檢測

液壓泵常見故障為磨損和氣穴,齒輪泵是最常見的液壓泵,本文以齒輪泵為例研究液壓泵故障模擬與檢測。齒輪泵磨損又分為齒輪磨損和側(cè)板磨損。齒輪磨損故障設置是通過人工打磨主動齒輪上輪齒的嚙合面,使其嚙合曲線失形,人工模擬磨損,側(cè)板磨損故障設置是根據(jù)齒輪泵的出油口工作壓力高,磨損概率大的特點,人工打磨側(cè)板靠近出油口端的端面,形成側(cè)板偏磨的故障,氣穴故障設置是通過調(diào)整多功能液壓試驗臺中的節(jié)流閥使其開口度變小,并將齒輪泵進油口擰松,造成進油口吸入空氣,形成氣穴。液壓泵故障檢測過程:截止閥關(guān)閉,電磁換向閥位于中位,液壓試驗臺工作在液壓泵的檢測狀態(tài)。電機開啟后,泵工作,油液從油箱截止閥，節(jié)流閥進入液壓泵,經(jīng)流量計、溢流閥和、流量計、濾油器回油箱。溢流閥、調(diào)節(jié)液壓泵的工作壓力。液壓泵的狀態(tài)信息由粘接在液壓泵的多路振動傳感器 、轉(zhuǎn)速計、流量計、壓力傳感器、油箱中的液位、溫度等傳感器獲取。

液壓缸故障模擬與檢測

液壓缸檢測過程:截止閥關(guān)閉,液壓試驗臺工作在液壓缸檢測狀態(tài)。液壓缸正向行程時,電磁換向閥工作在右位,油液從油閥、截止閥、節(jié)流閥

故障加速

在對液壓系統(tǒng)進行狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷時,往往需要監(jiān)測系統(tǒng)從正常到異常故障狀態(tài)的運行過程。如系統(tǒng)正常磨損運行,監(jiān)測時間長,成本高。在液壓試驗臺液壓油中加入少量水、固體顆粒物可以加速系統(tǒng)磨損,縮短監(jiān)測時間。液壓油中水、顆粒污染一方面由嵌入在液壓試驗臺污染度傳感器檢測,另一方面通過定期抽取回路液壓油油樣,由潤滑油液檢測實驗室分析

污染情況、設備磨損狀態(tài)并監(jiān)測系統(tǒng)運行。

結(jié)論

經(jīng)實驗,多功能試驗臺運行可靠、穩(wěn)定,能全面模擬液壓系統(tǒng)、液壓元件特別是液壓泵、液壓缸的故障, 該試驗臺結(jié)構(gòu)簡單，液壓回路明晰，利于學生自己組建液壓回路。功能上并不求全求大，充分考慮到本專業(yè)學生特點，滿足適用性要求，并留下了可擴展的接口并可運用嵌入在試驗臺中多種傳感器實現(xiàn)多源信息采集,能有效地為液壓系統(tǒng)的狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)的研究提供科學實驗基礎和科學的數(shù)據(jù)、信息依據(jù)。

關(guān)健字： 液壓試驗臺 液壓測試臺 葉片泵試驗臺 液壓泵馬達試驗臺 齒輪泵試驗臺 液壓軟管試驗臺 多路閥試驗臺 電磁閥測試臺 液壓閥試驗臺 液壓油缸試驗臺