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1、驱动疲劳试验机液压系统的设计摘要: 本设计液压系统的主要作用是给液压制动疲劳试验机提供压力源，液压油作为运动介质，执行机构选择液压缸，液压控制系统通过伺服控制器进行压力控制，通过电液伺服阀对液压缸进行运动比例调节。为液压设计提供有力理论设计保障和实体设计思路，设计出的液压系统达到了某公司试验机驱动装置的技术性要求，完成了对设备的驱动。关键词: 液压系统；液压缸；液压泵；流量The design of hydraulic system for driving fatigue testing machine Abstract: The design of hydraulic system for
2、hydraulic brake fatigue testing machine to provide the pressure source, hydraulic oil as medium, actuator selection of hydraulic cylinder, hydraulic control system for pressure control by servo controller, the hydraulic cylinder for movement by electro-hydraulic servo valve ratio adjustment. Provide
3、 design ideas for the hydraulic design of strong theoretical design security and entity, hydraulic system design of the driving device testing machine technical requirements of a company, the driver of the equipment.Key Words: The hydraulic system; The hydraulic cylinder; Hydraulic pump.引言液压系统的作用是给液
4、压疲劳试验机提供压力源，主要由液压动力机构、伺服控制系统、其它液压辅助设备组成，液压油作为运动介质，执行机构选择液压缸，液压控制系统通过伺服控制器进行压力控制，通过电液伺服阀对液压缸进行运动比例调节。试验机具有两套单独的液压测试子回路，当试验机测试过程中其中一个子回路制动软管损坏而使压力下降到测试压力下限时，液压系统停止对其供压，试验机另一子回路运行状态不变。1 液压系统的技术要求液压制动疲劳试验机对液压系统的要求为：同时测试试件2根；保持压力1516.8kPa1620.3kPa，持续运行35小时，当管内压力下降时，能停止对该损坏的软管供给压力；能实时监测管路内的压力值，以满足记录停机时管路的
5、压力的设计要求。由于制动软管试验要求为用水进行，而水的粘度系数极小，又会腐蚀液压原件，不适用于传统液压回路，为了提高系统寿命，满足使用要求，系统拟采用两种工作介质矿物油和乳化液（由水和防腐剂等混合而成）在液压系统中供应、调节压力：在液压调节子系统中采用矿物油介质，而在软管测试回路中使用乳化液通入受试软管。此外，为了保证软管固定管接头所在活动梁的定位，需要设置夹紧油路，结合此前设计的铰链夹紧机构完成相应的夹紧、松开动作。2液压执行机构设计2.1执行机构选型考虑到液压系统的液压油为矿物油，而软管内所充满的应为乳化液，为做到“油水分离”，并且实现故拟定执行器为两个液压缸连接。又考虑到为了增大工作压力
6、调节范围，降低液压泵压力等级和系统造价，使工作安全可靠，在设计中采用工作液压缸与增压器通过球铰连接，实现压力增加和“油水分离”。夹紧油路主要实现夹具的夹紧、松开动作，拟定液压缸的推力为5KN，配合已经设计的夹具机构，完成相应动作，执行器为轻型拉杆式液压缸，缸体采用无缝钢管，根据工作压力选择管壁的厚度。执行机构具有稳定的缓冲性能，压力范围从3.521MPa。2.2选择液压回路1）压力调节卸荷回路，实现压力供应并起到供应稳定压力的作用，采用伺服阀调压方式调节试件压力。为了增强调节能力，采用直动式电液伺服阀，实现对压力的线性调节，达到试验机的工作要求。2）直接测试回路，为做到“油水分离”并且提高测试
7、能力，采用工作液压缸与增压器通过球铰连接。3）夹紧油路，完成夹具的夹紧、松开动作。4）为了同时测试两根软管的性能，并且在一根软管在受损破坏时做到单根软管停止供压，故需要换向阀配合单向阀，实现两个软管测试子回路相对独立进行测试。5）液压源，由于本设计中回路流量很小，变化不大，且测试压力也不大，采用较为成熟经济的小流量的定量叶片泵。2.3合成液压回路各个液压系统回路选定后，把各回路合理地结合，去掉冗余的液压元件，将重复功能的元件合并得到液压回路原理图。系统功能通过电磁阀的电磁铁控制实现，其中直动式电液伺服阀由于为输入模拟控制信号，另外说明，其余采用数字信号控制液压阀动作顺序，见表1所示的电磁铁动作
8、。表1 各电磁铁动作表工况2YA3YA4YA5YA6YA7YA开机准备+夹具夹紧+开始试验+试验中，当且仅当试件1受损+试验中，当且仅当试件2受损+试验期间，试件1、2先后受损+试验35小时后，试验结束+试验期间按下停机+夹具松开，试验结束 为了对试验压力进行精准控制，选择自带反馈系统的伺服阀。电液伺服阀能在线性输入的信号控制下实现阀口开启面积的线性变化，实现溢流量的线性化，增加了调节精度。综合以上，绘制液压回路原理图见图1。图1液压系统原理图3液压元件选型设计3.1液压泵选型设计从表1可知，本系统液压执行器工作压力分别是在两试件软管均完好时的入口压力=1620.3kPa+1620.3kPa=
9、3240.6kPa和夹具上夹紧液压缸的入口压力3.5MPa（在提供最大推力7.1KN时），由图1-1可知，从泵到液压缸及增压器之间有一个单向阀和一个三位四通换向阀，且考虑到直接测试油路中的乳化液水箱等管路存在较大压力损失，故取泵到执行器的总压力损失P=1MP，从而按液压泵工作压力计算公式： （1.1）测试子回路压力总和：计算得到液压泵在正常转动时输出的压力为： 由于在测试回路中最大流量仅为软管的容积，所以此回路中的最大流量很小；在夹紧回路中由于采用了缸径50mm，活塞杆直径22mm，设计活动行程小于100mm的轻型拉杆式液压缸,流量不大；由于系统工作时始终存用伺服反馈调压，存在较大的流量损失（
10、取伺服阀的最小流量2L/min），系统泄漏系数一般取，大流量取小值，小流量取大值，故取1.3，按公式： （1.2）计算出液压缸的最大流量为： 取泵的实际流量 。当液压泵压力和流量比例确定时，所需功率计算公式为： 0.387KW 为液压泵最大工作压力； 为液压泵工作流量； 为液压泵工作总效率；表2 液压泵工作效率表 液压泵类型 齿轮泵 螺杆泵 叶片泵 柱塞泵 总效率 0.60.7 0.650.8 0.60.75 0.80.85根据机械设计手册，选用规格相近的YB-A6BDTFL-1型单级叶片泵。液压系统总体装配如图2所示：图2 液压系统装配图1-出油口 2-油标 3-压力表 4-溢流阀 5-单向
11、阀 6-回油接头 7-伺服阀 8-驱动电机 9-联轴器 10-油泵 11箱体 12-油塞 13-箱盖 14-进油口 15-粗过滤器 16空气过滤器 17-蓄能器泵组是液压站运行的驱动装置，由液压泵和液压马达组成。通过液压泵理论公式计算，YB-A6BDTFL-1型单级叶片泵，理论排量6.5mL/r，额定压力7MPa，输出流量4L/min，驱动功率1.0KW，额定转数1000r/min，最高转数2000r/min，最低转速800r/min，转向顺时针，设计选择河南黄河电机厂Y280S-6型三相异步电机，额定功率25kW，额定转速1000r/min。满足YB-A6BDTFL-1型单级叶片泵使用要求。
12、液压泵与电机连接时必须保证轴心精度，误差不能超过0.01mm。3.2 液压阀选型设计通过本文设计液压系统的要求，选择控制阀应考虑执行元件控制流体的流量、压力和方向进行选型，电液伺服阀按照输出特性有流量控制阀、压力控制阀、压力-流量控制阀；按结构形式有圆柱滑阀、喷嘴挡板阀和射流管阀，根据液压系统需要，选择圆柱滑阀结构的QDYDI直动式电液伺服阀作为本系统的伺服控制阀。图3 直动式电液伺服阀结构图 1零位调节螺塞盖 2插座 3阀芯 4阀套 5直线性力马达 6控制电路 7位移传感器本设计中所选用的直动式电液伺服阀结构如图3所示，其中零偏调节由零位调节螺塞来完成，阀套的安装避免了阀芯摩擦，使控制精度得
13、到提升。如图4所示QDYDI电气原理图，通过比较器对输入信号进行比较，再由调幅器进行调幅处理传递给反馈环，经过反馈调节后输出控制信号给液压驱动器。 图4直动式电液伺服阀电气原理图 根据设计理论，想要增强系统效率，应选择小一些额定流量的电液伺服阀，本文所设计的阀的功率特性曲线必须覆盖液压系统运动轨迹，所以选用10L/min额定流量的伺服阀，0.8L/min零位泄漏大小。综上分析所得其特性，如表3所示。 表3 QDYDI性能指标 阀的设计带阀套的滑阀、单级 动作方式永磁直线马达直动式 额定流量10L/min 零位泄露0.8L/min 电源电压+24V 指令信号+4 +20mA 阶跃响应12ms 分
14、辨率0.1% 滞环0.2% 零飘1.5%测量输出信号+4 +20mA频宽（-3dB）50HZ直动式电液伺服阀是由电信号转换液压信号控制的液压阀，主要用作小流量液压系统的压力控制，根据输入电信号的大小控制系统压力。适用于压力变化级别较多的自动化系统，广泛应用于注塑机等高压力调节要求的系统之中。4 结论 本文主要介绍液压制动疲劳试验机液压系统的总体结构和具体的技术要求，通过对负载机构分析和计算，确定液压系统动力源液压泵组机构，选出满足试验机供压要求的液压泵和液压马达。另外，对液压系统中直动式电液伺服阀的特性以及它对本液压系统控制的优点进行概述，并对试验机液压系统负载进行分析计算，确定了试验机液压系统结构设计，为试验机的液压系统研制和装配提供了理论依据和技术保障。参考文献 1 姚建庚.电液伺服控制系统的应用.机电信息.1998，25(2)：12202 陈宝伦.液压操动机构的设计与应用.北京：机械工业出版社，2011，4：1051083 张立平.液压控制系统及设计.北京：化学工业出版社，2006：11144 马德庆.液压系统常见故障及解决方法.设备管理与维修. 2008，(4)：30315 贺利乐，吕刚，张平，郑建校.液压与液力传动.北京：国防出版社，2011，1：1121166 邵俊鹏，周德繁，韩桂华等.液压系统设计禁忌.北京：机械工业出版社，2008，第6章。