挖掘機用多路閥性能檢測試驗臺設(shè)計【說明書+CAD】

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機器人的第一代被假設(shè)成了“開環(huán)”安置設(shè)備，這暗示了所有零件必須被制造的具有很高精確性，其次，位置遙控機械裝置與傳感器可觀地減少了對這個準確性的要求。這里是幾種方法，作為參考，使機器人挖掘機提高產(chǎn)業(yè)機器人的工作能力，實施了力量單元細胞、縱向和有角量得傳感器。但是，二個主要區(qū)別在制造機器人和機器人挖掘機得要求之間是應(yīng)該注意的。第一區(qū)別是，制造機器人工作在幾乎完善的情況下，避免振動、濕氣和其他可能殘損的情況。第二個區(qū)別時制造機器人要求非常高得準確性，經(jīng)常在微米之內(nèi)。相反，機器人挖掘機得運轉(zhuǎn)在非常困難得建造場所內(nèi)，并且被運行得軌跡所要求的準確性和產(chǎn)業(yè)機器人相比，是有限的，經(jīng)常在厘米之內(nèi)，以挖掘機工作的困難情況，所有傳感器被連接到吊桿、機械臂和鏟斗之上必須被很好得保護。 記住上述區(qū)別，它將對通過液壓模塊（油泵和裝載獨立閥門）來檢驗控制挖掘軌跡產(chǎn)生很大作用。換句話說，研究系統(tǒng)傳感器單元避免裝在挖掘機附件上，結(jié)合反饋控制器，包括機器的液壓單元。本論文的主要宗旨將擴大討論，由作者[10]創(chuàng)始，裝載獨立閥門可能被安裝在操作員的控制室里面。在這個假定外，系統(tǒng)避免傳感器裝在挖掘機附件上，以后談?wù)撓到y(tǒng)得數(shù)學模型，初步實驗性結(jié)果被提出在本文得末端。 2 問題的聲明 本文處理受控問題得聲明，一個挖掘鏟斗的行動沿一個被規(guī)定的道路，問題來源于早先作者的理論調(diào)查，對半靜止運動學上導致的挖掘過程為假定拋物線的軌道。在這項研究中，可作如下假定：挖掘機附件是一個平面機制，由吊桿、機械臂、鏟斗組成，三者獨立地工作，由液壓缸操作該系統(tǒng)，它們保證這三個獨立部分能在一個平面內(nèi)運動，兩個位移和自轉(zhuǎn)。 挖掘過程，根據(jù)演示實驗，假定是足夠慢的，把它作為一個半靜止狀態(tài)，慣性期限在附件的運動就可以被忽略了，只有伺服機械的短管軸被認為是在加速移動，這無法被忽略。 壓力的干擾被認為采取正旋形式，理想的正旋值取決于系統(tǒng)的移動情況。 假定土壤環(huán)境類似，一些小的影響因素如小石頭等是可以被接受的。 我們建議挖掘操作是人工協(xié)助的，這就意味著在遇到一個更大的障礙時，操作人員必須干預挖掘機的挖掘工作。 如果我們的假定成功，所提出的控制設(shè)定就能應(yīng)用于一種標準的挖掘機，這種挖掘機將在更大范圍內(nèi)增強人類的安全作業(yè)能力，比如槽探和鉆井。 實驗假設(shè)由三個系統(tǒng)組成：即微型計算機、PLC和液壓部分（液壓泵、閥門、液壓缸），并且機制以三個自由度鏟斗。其次，子系統(tǒng)被考慮作為組成部分，在第一子系統(tǒng)中，以下組成部分可被認為：個人計算機以專業(yè)的軟件，變換行為和軌跡整平機以相等和不等形式轉(zhuǎn)換為電信號，后者被送到PLC單元那些反過來控制電磁閥的電子驅(qū)動。壓力從電磁閥產(chǎn)生變化在短管軸位置上，保證假定的油流量流入液壓缸。短管軸位置，反過來被轉(zhuǎn)換裝置轉(zhuǎn)換成一個電反饋信號輸送到電磁閥中，被打開的短管軸讓油流動到第三子系統(tǒng)，即挖掘機的液壓缸。終于，第二子系統(tǒng)由三個組成部分組成：液壓缸、吊桿、機械臂、鏟斗。挖掘機動作時，三個組成部分也在作相應(yīng)的動作。關(guān)于這些信息的改變被輸送到第二液壓系統(tǒng)，在那里，反饋信號改變短管軸的位置，保證油流入被規(guī)定的彈道。 在本文中，所有系統(tǒng)組成部分將被用穩(wěn)定觀點調(diào)查研究，作用理論上被定義，或從數(shù)字圖形上把液壓設(shè)備加以編目，加上所有特殊組成部分的調(diào)動作用，整體系統(tǒng)的調(diào)動作用被談?wù)?。這種觀點表現(xiàn)在突然的單位信號以下。 幾個實驗被執(zhí)行了，表示，假定鏟斗的運動是固定的，在實驗之中，一個致力于鉆井，換句話說，運動學上所說的軌道是平之的垂直線。實驗所獲得的線索被[6]所證實，注意到，有趣的是，實驗時線長的變化不超過10cm。 3、實驗行認識 3．1 微型挖掘機實驗 微型挖掘機K-11用在了實驗中，假設(shè)在一個連續(xù)的機器當中，最小的部分被替換掉，需要進行經(jīng)過考慮的控制，在液壓機構(gòu)中主要部分被替換掉的是閥門。另外，液壓缸加另外的閥門時需要一定的壓力，這保證附件上的意外事件不會發(fā)生。被用于這個實驗的液壓裝載獨立閥門是由丹富斯提出的，信息從微型計算機上調(diào)入裝載獨立閥門是通過一個控制區(qū)域。 在液壓機構(gòu)的修改后，挖掘機可用于二種不同的方式來控制。第一種方法由安置在操作員辦公室里的操縱桿組成，用這種方法，操縱員能夠以隨意的速度反復移動機器至任意位置。第二種方法是在微型計算機編程吊桶的運動，從那里得到的信息轉(zhuǎn)換為液壓缸的伸長率，由液壓油油量來移動它們，后者轉(zhuǎn)換為一個電子信號通過控制區(qū)域網(wǎng)絡(luò)輸送到裝載獨立閥門，裝載獨立閥門的電系統(tǒng)機構(gòu)顯示在圖7中。 圖7 這種控制算法由波蘭巴家私寫出，并在Windows98中被執(zhí)行，控制區(qū)域網(wǎng)絡(luò)假定采樣時間在0.5秒和2秒之間。 3.2 實驗結(jié)果 為了審查所提議的控制系統(tǒng)的表現(xiàn)情況，上面提及的具有三個液壓缸和三個自由度的微型挖掘機被使用了，一個電動液壓閥門、一個裝載獨立閥門、一個比例閥門控制分開各個液壓缸。 完成實驗是為了控制吊桶的運動沿著直線，一個垂直線，一個是水平直線，像在問題的聲明中被提及的，動作被控制在自由空間和裝有類似濕度的潮濕沙子的土壤箱子里 實驗以相對速率為沒分鐘兩米執(zhí)行，鉆井所獲得的彈道沿著一條垂直線，吊桶尖端的運動沿著一條水平線，兩者在圖8和9中被表示出來。 圖8 圖9 4、結(jié)論 一個相對簡單的挖掘機的控制系統(tǒng)被提出來了，系統(tǒng)避免傳感器安裝在機器的附件上，整個控制硬件是在裝載獨立閥門之內(nèi)的，位于操作室內(nèi)。通過更進一不的研究和改進，系統(tǒng)適用于大規(guī)模制造的挖掘機，幫助工作過程反復進行，比如開掘溝槽或鉆井。 實驗性結(jié)果被高質(zhì)量的表現(xiàn)出來，并且，高質(zhì)量的結(jié)果在水平線情況下是被允許的，在這里獲得的彈道在直線的移動不超過4%。較不準確的情況是在第二種情況下，即為垂直線。在這里，實驗的運行錯誤將達到15%，在其他當中，事實也許導致一個液壓缸在運動中改變軌跡，它意味著在那時，它的卷軸將關(guān)閉液壓油對兩個液壓缸末端的輸送，同時，當這個液壓缸的行動被阻礙時，另外兩個液壓缸正在運動。這些判斷在考慮改變當前模型時不得不考慮，這些改變將包括三個液壓缸的聯(lián)合控制系統(tǒng)，包括時間的延誤對零流量缸改變其速度的影響。 共 頁 第 6 頁 湘潭大學興湘學院畢業(yè)論文（設(shè)計）工作中期檢查表 系 機械工程 專業(yè) 機械設(shè)計制造及自動化 班級 四班 姓 名 于嘯天 學 號 2010963134 指導教師 劉金剛 指導教師職稱 教授 題目名稱 挖掘機用多路閥性能檢測試驗臺設(shè)計 題目來源 √ 科研 企業(yè) 其它 課題名稱 題目性質(zhì) √ 工程設(shè)計 理論研究 科學實驗 軟件開發(fā) 綜合應(yīng)用 其它 資料情況 1、選題是否有變化 有 √否 2、設(shè)計任務(wù)書 √有 否 3、文獻綜述是否完成 √完成 未完成 4、外文翻譯 √完成 未完成 由 學 生 填 寫 隨著工程機械的迅速發(fā)展，挖掘機的銷量越來越大。多路閥作為挖掘機液壓系統(tǒng)重要元件，其性能對挖掘機整機的質(zhì)量和技術(shù)水平有很大影響。由于一旦裝機后多路閥液壓系統(tǒng)出現(xiàn)故障就很難檢測到故障源，因此在其裝機前對其進行全面的性能檢驗顯得很有必要。但是目前國內(nèi)現(xiàn)有的多路閥測試試驗系統(tǒng)功能不齊全，且系統(tǒng)操作復雜，測試效率低。因此本文以多路閥測試試驗相關(guān)標準和相關(guān)設(shè)計技術(shù)要求為依據(jù)，結(jié)合現(xiàn)代挖掘機多路閥中常見的功能特性，利用電液比例技術(shù)設(shè)計了一套高效率，操作方便的全電液控制式液壓挖掘機多路閥綜合測試系統(tǒng)。結(jié)合多路閥測試系統(tǒng)中閥芯位移難于測量且其對測量結(jié)果的影響，依據(jù)測試結(jié)果對閥芯位移進行了補償研究。 由 老 師 填 寫 工作進度預測（按照任務(wù)書中時間計劃） 提前完成 按計劃完成 拖后完成 無法完成 工作態(tài)度（學生對畢業(yè)論文的認真程度、紀律及出勤情況）： 認真 較認真 一般 不認真 質(zhì)量評價（學生前期已完成的工作的質(zhì)量情況） 優(yōu) 良 中 差 存在的問題與建議： 指導教師（簽名）： 年 月 日 建議檢查結(jié)果： 通過 限期整改 緩答辯 系意見： 簽名： 年 月 日 注：1、該表由指導教師和學生填寫。2、此表作為附件裝入畢業(yè)設(shè)計（論文）資料袋存檔。 湘潭大學興湘學院 畢業(yè)論文（設(shè)計）任務(wù)書 論文（設(shè)計）題目：挖掘機用多路閥性能檢測試驗臺設(shè)計 學號：2010963134 姓名：于嘯天 專業(yè)：機械設(shè)計制造及其自動化 指導教師：劉金剛 系主任：簽名 一、主要內(nèi)容及基本要求 1、以多路閥測試試驗相關(guān)標準和設(shè)計技術(shù)要求為依據(jù)確定測試系統(tǒng)的基本功能，明確各測試試驗項目及其實現(xiàn)方法，采用全電液控制方式確定挖掘機多路閥綜合測試系統(tǒng)整體技術(shù)方案。并完成系統(tǒng)各功能模塊單元的方案設(shè)計在滿足功能要求的前提下通過性能對比以及綜合考慮整個測試系統(tǒng)的設(shè)計成本，確定各功能單元的最終方案。 2、基于系統(tǒng)整體布局美觀、合理，試驗臺實用、安全、可靠并操作維護簡單的理念，對測試系統(tǒng)液壓系統(tǒng)進行設(shè)計。并根據(jù)系統(tǒng)參數(shù)，對相關(guān)元器件進行相應(yīng)的計算及選型。結(jié)合挖掘機多路閥測試試驗的原理和要求，完成綜合測試系統(tǒng)的測控系統(tǒng)軟硬件設(shè)計。 3、在研制的全電液控制式挖掘機多路閥綜合試驗系統(tǒng)上對合作商開發(fā)的挖掘機多路閥進行相應(yīng)的測試試驗研究。結(jié)合該多路閥具體功能原理，對相關(guān)測試試驗項目的實現(xiàn)方法進行了概述，并對試驗結(jié)果進行簡要分析。從而驗證該全電液控制式挖掘機多路閥綜合測試系統(tǒng)功能的全面性和操作的便捷性。 二、重點研究的問題 以多路閥測試試驗相關(guān)標準和相關(guān)設(shè)計技術(shù)要求為依據(jù)，結(jié)合現(xiàn)代挖掘機多路閥中常見的功能特性，利用電液比例技術(shù)設(shè)計了一套高效率，操作方便的全電液控制式液壓挖掘機多路閥綜合測試系統(tǒng)。結(jié)合多路閥測試系統(tǒng)中閥芯位移難于測量且其對測量結(jié)果的影響，依據(jù)測試結(jié)果對閥芯位移進行了補償研究。 三、進度安排 序號 各階段完成的內(nèi)容 完成時間 1 查閱資料、調(diào)研 2014.1.20 2 開題報告、制訂設(shè)計方案 2014.1.25 3 實驗（設(shè)計） 2014.3.10 4 分析、調(diào)試等 2014.3.20 5 寫出初稿 2014..4.10 6 修改，寫出第二稿 2014.5.10 7 寫出正式稿 2014.5.20 8 答辯 2010.5.30 四、應(yīng)收集的資料及主要參考文獻 [1] 吳根茂,邱敏秀,王慶豐等. 新編實用電液比例技術(shù)[M]. 杭州:浙江大學出版社，2006. [2] 路甬祥主編. 液壓氣動技術(shù)手冊[M]. 北京:機械工業(yè)出版社，2002. [3] 楊華勇,曹劍,徐兵等. 多路換向閥的發(fā)展歷程與研究展望[J]. 機械工程學報，2005(10):1～5. [4] JB/T 8729.1一1998液壓多路換向閥技術(shù)條件. [5] JB/T 8729.2一1998液壓多路換向閥試驗方法. [6] JG/T 5116一1999液壓挖掘機用整體多路閥技術(shù)條件. 湘潭大學興湘學院 畢業(yè)設(shè)計說明書 題 目：挖掘機用多路閥性能檢測試驗臺設(shè)計 專 業(yè)： 機械設(shè)計制造及其自動化 學 號： 2010963134 姓 名： 于嘯天 指導教師： 劉金剛 完成日期： 2014.5.29 目 錄 摘 要.......................................................................................................1 第1章 緒論 ............................................................................................3? 1.1 多路閥簡介....................................................................................................3? 1.2 多路閥的發(fā)展趨勢與挖掘機多路閥特點 ..................................................4? 1.3 多路閥測試研究現(xiàn)狀 ..................................................................................5? 1.4 課題研究意義 ..............................................................................................6? 1.5 課題主要研究內(nèi)容........................................................................................7 第2章 挖掘機多路閥綜合測試系統(tǒng)整體技術(shù)方案設(shè)計......................8? 2.1 挖掘機多路閥綜合測試系統(tǒng)技術(shù)要求........................................................8? 2.1.1 試驗系統(tǒng)基本要求 ...........................................................................9? 2.1.2 綜合測試系統(tǒng)試驗項目和要求 .....................................................10? 2.2 全電液控制綜合測試系統(tǒng)設(shè)計任務(wù) ........................................................12 2.3 測試系統(tǒng)整體技術(shù)方案 ............................................................................13? 2.4 測試系統(tǒng)各功能單元方案..........................................................................14? 2.4.1 系統(tǒng)動力輸入與運行控制方案 .....................................................14? 2.4.2 全電液控制方案 .............................................................................16? 2.4.3 負載模擬加載方案 .........................................................................16? 2.4.4 系統(tǒng)油路切換控制方案 .................................................................17 2.4.5 測試系統(tǒng)油溫控制方案 .................................................................18? 2.5 測試系統(tǒng)主要特點 ....................................................................................20? 2.6 本章小結(jié) ....................................................................................................21? 第3章 液壓及測控系統(tǒng)設(shè)計................................................................22? 3.1 測試系統(tǒng)的液壓系統(tǒng)概述..........................................................................22? 3.2 數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)設(shè)計..........................................................................22 3.2.1 數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)簡介 .............................................................22 3.2.2 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)硬件設(shè)計 .................................................................23? 3.2.3 數(shù)據(jù)采集傳感器選型以及抗干擾設(shè)計...........................................24 3.2.4 數(shù)據(jù)采集及控制軟件設(shè)計 .............................................................25 3.3 測試試驗系統(tǒng)整體設(shè)計布局......................................................................27 3.4 多路閥一般測試流程規(guī)劃..........................................................................27 3.5 本章小結(jié) ....................................................................................................29? 總結(jié)與展望..............................................................................................30 致謝.........................................................................................................32參考文獻..................................................................................................33 摘 要 隨著工程機械的迅速發(fā)展，挖掘機的銷量越來越大。多路閥作為挖掘機液壓系統(tǒng)重要元件，其性能對挖掘機整機的質(zhì)量和技術(shù)水平有很大影響。由于一旦裝機后多路閥液壓系統(tǒng)出現(xiàn)故障就很難檢測到故障源，因此在其裝機前對其進行全面的性能檢驗顯得很有必要。但是目前國內(nèi)現(xiàn)有的多路閥測試試驗系統(tǒng)功能不齊全，且系統(tǒng)操作復雜，測試效率低。因此本文以多路閥測試試驗相關(guān)標準和相關(guān)設(shè)計技術(shù)要求為依據(jù)，結(jié)合現(xiàn)代挖掘機多路閥中常見的功能特性，利用電液比例技術(shù)設(shè)計了一套高效率，操作方便的全電液控制式液壓挖掘機多路閥綜合測試系統(tǒng)。結(jié)合多路閥測試系統(tǒng)中閥芯位移難于測量且其對測量結(jié)果的影響，依據(jù)測試 結(jié)果對閥芯位移進行了補償研究。 關(guān)鍵詞：挖掘機多路閥；綜合測試系統(tǒng)；電液比例控制；挖掘機 Abstract With the rapid development of engineering machinery, the sales of excavator are growing up day by day. Multi-way valve as one of the important elements of excavator hydraulic system, its performance directly determines the quality and technical level of excavator. As the loader hydraulic system fault is very difficult to be detected, the comprehensive and accurate performance test of the multi-way valve is important in the front of the assembly of the machine. But The function of the existing testing systems for multi-way valves are not very versatial，and their process is complexed to handle and the efficiency is very low. In this thesis, a set of efficient and convenient operation integrated test system for multi-way valve of hydraulic excavator will be designed by using electro-hydraulic proportional control technology based on the related standards of multi-way valve technology and related technical requirements, and combined with the common features of the modern excavator multi-way valve. As the testing system is hard to detect the displacement of the spool valve and it will give effect to the measurement, according to the test results the research of displacement compensationon of the spool will be given. Keywords: Excavator multi-way valve; test system; electro-hydraulic proportional control; excavator. 第一章 緒論 1.1 多路閥簡介 多路閥是以兩個以上的換向閥為主體的組合閥，并將各種不同功能的輔助閥如安全閥、補油閥、單向閥、節(jié)流閥等組合在一起來滿足不同液壓系統(tǒng)的需求。因此多路閥具有結(jié)構(gòu)緊湊，壓力損失小和安裝簡單等優(yōu)點。在工程機械中得到廣泛的運用，尤其在挖掘機上基本上都是用的多路閥。 實現(xiàn)液壓系統(tǒng)中油液方向和流量的控制是多路閥最基本的功能。不同的分類標準下多路閥可以分成不同的類別，下面對其功能原理及特點進行簡單介紹： 1、 按閥體結(jié)構(gòu)形式，多路閥通常有整體式（圖 1.1）和分片式（圖 1.2）兩種。整體式多路閥是將所有的主換向閥和各種輔助功能閥集成安裝到一個閥體內(nèi)因此具有結(jié)構(gòu)緊湊、壓力損失小等特點；同時由于閥體內(nèi)部油路結(jié)構(gòu)復雜，給閥體的鑄造和加工帶來困難，因此一般適合于批量大、功能穩(wěn)定的品種。分片式多路閥是用螺栓將進油閥體、各聯(lián)換向閥體、回油閥體組裝到一起，可按照不同的使用要求組裝成不同的多路閥，通用性較強，但加工面多，出現(xiàn)滲油可能性也多。 圖 1.1 整體式多路閥 圖 1.2 分片式多路閥2 二、按油路形式，多路閥的油路形式一般可以分為并聯(lián)、串聯(lián)、串并聯(lián)及復合油路等。并聯(lián)式多路閥是指進油口來的壓力油可直接通到各聯(lián)滑閥的進油腔，并且多路閥的回油口與各聯(lián)換向閥的回油腔相連。并聯(lián)油路的特點是即可控制執(zhí)行元件單動，又可實現(xiàn)復合動作，復合動作時，負載小的先動作。串聯(lián)式多路閥是指第一聯(lián)換向閥的回油腔為下一聯(lián)的進油腔，依次下去直到最后一聯(lián)。其特點是工作時可以兩個以上執(zhí)行元件復合動作，但是泵的工作壓力等于同時工作的執(zhí)行元件壓力之和，在大負載壓力下很難實現(xiàn)復合動作。串并聯(lián)油路是指多路閥的各聯(lián)主閥進油口串聯(lián)連接而回油口并聯(lián)連接；復合油路則是通過組合前面所述中的兩種或者三種油路而成的油路形式。 三、按操縱形式，多路閥可以分為直動式和先導式兩種。直動式多路閥是指每根主閥都具有與其相連的直接操縱機構(gòu)來控制閥芯的換向，由于多路閥具有多 根主閥芯，因此會給整機的布置和管路設(shè)計帶來困難。先導式多路閥是指主閥的換向是通過先導級控制閥輸出壓力油來控制的，因此使整機管路的布置變得比較靈活，所以工程機械中大多采用此種控制形式的多路閥。根據(jù)先導控制閥的控制形式又可分為機液先導式和電液先導式，機液先導式是指利用機械控制式先導閥輸出控制壓力油來驅(qū)動主閥芯換向，而電液先導式是指通過電控制信號來控制先導閥輸出控制壓力油來驅(qū)動主閥芯動作。 四、按泵的卸荷方式，根據(jù)多路閥液壓系統(tǒng)中泵的卸荷方式，可以分為中位回油卸荷（六通閥）和卸荷閥卸荷（四通閥）兩類。六通型多路閥系統(tǒng)利用的是中位回油卸荷方式，因此具有一定的流量和壓力微調(diào)特性，結(jié)合負流量控制泵能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)的負流量控制，還能與正流量控制系統(tǒng)相結(jié)合，達到很好的節(jié)能效果。四通型多路閥系統(tǒng)利用卸荷閥卸荷，由于滑閥在中位時由卸荷閥卸荷因此壓力損失小且壓力損失與換向聯(lián)數(shù)無關(guān)，這種閥通過和定差溢流閥或定差減壓閥結(jié)合能方便實現(xiàn)負載壓力補償和負載敏感控制。 1.2 多路閥的發(fā)展趨勢與挖掘機多路閥特點 多路閥作為挖掘機液壓系統(tǒng)的重要元件，其性能對整機的性能和質(zhì)量有很大的影響，因此多路閥技術(shù)的進步直接推動了挖掘機整機技術(shù)的發(fā)展。同時隨著市場的需求，促使多路閥在操作性能，節(jié)能技術(shù)等方面取得不斷發(fā)展。挖掘機多路閥的發(fā)展趨勢呈現(xiàn)出以下幾個特點： 1、向高壓大流量，系統(tǒng)專一化方向發(fā)展，而且出現(xiàn)了性能比較專一的多路閥。大大提高了挖掘機液壓系統(tǒng)的功率密度，為大噸位，多執(zhí)行機構(gòu)的液壓挖掘機提供了保障； 2、操控性能、節(jié)能性不斷提高。負流量和正流量控制技術(shù)提高了六通型多路閥的節(jié)能性負載壓力補償、負載敏感以及抗流量飽和技術(shù)等使四通型多路閥系統(tǒng)效率大大提高； 3、結(jié)合計算機控制技術(shù)和微電子技術(shù)，使多路閥的控制性能和控制精度有很大提高，為自動化和智能化控制的液壓挖掘機的發(fā)展提供了一定的保障。 1.3 多路閥測試研究現(xiàn)狀 隨著國內(nèi)經(jīng)濟的高速發(fā)展，工程機械行業(yè)發(fā)展快速壯大，國家對工程機械配 套液壓元件的發(fā)展越發(fā)重視，目前，國內(nèi)相關(guān)單位加強工程機械核心元件的開發(fā) 力度，在開發(fā)液壓元件的同時，進行配套試驗臺的開發(fā)，能夠有效的保證液壓元 件的開發(fā)進度，并提高性能。而多路閥作為包括挖掘機在內(nèi)的工程機械液壓系統(tǒng) 的重要元件其性能的好壞直接影響著整機的質(zhì)量和技術(shù)水平。因此國內(nèi)相關(guān)的多 路閥生產(chǎn)廠家和高校對多路閥的測試試驗系統(tǒng)的開發(fā)進行了一定的研究。而國外 由于技術(shù)上對國內(nèi)的封鎖，很難找到相關(guān)的技術(shù)資料。因此本文主要介紹國內(nèi)在 多路閥測試系統(tǒng)方面的研究現(xiàn)狀。 1991年寶雞叉車廠研制了一個用于叉車用多路閥檢測試驗的試驗臺，該試驗臺利用微機控制模擬叉車實際工況，能夠?qū)Σ孳囉枚嗦烽y進行換向性能、內(nèi)泄漏等九個項目的測試。該試驗系統(tǒng)的主要特點有：選用遙控閥控制的遠程調(diào)壓溢流閥來模擬叉車實際負載；通過定量泵與變量泵的組合方式實現(xiàn)系統(tǒng)流量的調(diào)節(jié)；同時對關(guān)鍵參數(shù)進行數(shù)字表實時顯示；抗干擾能力較強。同時不足之處有：1、沒有設(shè)置散熱系統(tǒng)，測試時系統(tǒng)功率轉(zhuǎn)化為熱量，系統(tǒng)油溫上升很快，系統(tǒng)很難連續(xù)運行；2、流量調(diào)節(jié)范圍有限，因此適應(yīng)對象比較有限；3、需要通過換接油管來實現(xiàn)不同聯(lián)滑閥的測試，效率較低，很難滿足批量生產(chǎn)的需要。 天津市精研工程機械傳動有限公司與北京天順長城液壓科技有限公司合作設(shè)計了一個主要用于液壓多路換向閥出廠試驗的試驗臺，該系統(tǒng)主要特點有：1、采用三泵組合的方式實現(xiàn)系統(tǒng)流量的調(diào)節(jié)，公稱流量時三泵同時工作，耐壓試驗小流量時只開啟小排量的變量泵，從而達到節(jié)能的效果；2、利用二通插裝閥的不同組合實現(xiàn)系統(tǒng)油路的切換，通過一次安裝就能完成所有項目的測試，提高了測試效率并降低了勞動強度；3、利用溢流閥、單向閥和換向閥組成的橋式加載回路完成對多路閥的雙向加載測試；4、充分考慮了系統(tǒng)油液的過濾裝置，提高了系統(tǒng)的抗污染能力，能有效延長系統(tǒng)中各液壓元件的壽命；5、采用單元模塊化設(shè)計，使系統(tǒng)緊湊。此外，該系統(tǒng)利用計算機和數(shù)據(jù)采集設(shè)備完成數(shù)據(jù)的自動采集和處理并利用 PLC 完成系統(tǒng)控制，整個系統(tǒng)的自動化程度較高。但該系統(tǒng)主要針對多路閥的出廠試驗而研制，很難滿足型式試驗需要，且系統(tǒng)的壓力、流量等級不高，聯(lián)數(shù)不多。 吉林工業(yè)大學針對整體式多路閥的出廠試驗研制了一套高效率的專用工作裝置及試驗系統(tǒng)，該系統(tǒng)的主要特點有：1、利用液控單向閥實現(xiàn)油路之間的切換，降低了勞動強度，提高了測試效率；2、設(shè)有專用的內(nèi)泄漏測量窗口，使用方便。其缺點在于：利用節(jié)流閥模擬負載壓力，壓力不穩(wěn)定且調(diào)節(jié)不便；只適合與聯(lián)數(shù)不多的產(chǎn)品，因為聯(lián)數(shù)越多液控單向閥的控制變得復雜。 通過以上對國內(nèi)多路閥測試系統(tǒng)研究方面的研究現(xiàn)狀分析，可知目前國內(nèi)已 有的多路閥測試試驗系統(tǒng)主要針對通用多路閥的出廠檢驗而研制，比較適合通用多路閥的測試試驗，其功能不是很完全，不能滿足現(xiàn)在多路閥多功能和高壓大流量的測試要求，同時測試試驗效率相當較低，操作過程相當復雜。而且對一般多路閥的不合格處難以判斷。針對目前挖掘機的發(fā)展和市場需要，挖掘機多路閥的功能和功率等級越來越高，因此設(shè)計一套專用的全電液式液壓挖掘機多路閥綜合測試系統(tǒng)對挖掘機多路閥產(chǎn)品的更新?lián)Q代和質(zhì)量水平的提高顯得很有必要。 1.4 課題研究意義 隨著工程機械的發(fā)展，挖掘機的銷量越來越大。多路閥作為挖掘機液壓系統(tǒng)核心元件，其性能直接決定了挖掘機整機的技術(shù)水平，且一旦裝機后液壓系統(tǒng)出現(xiàn)故障就很難檢測到故障源，因此對多路閥進行全面的功能和性能檢驗至關(guān)重要。但是目前國內(nèi)現(xiàn)有的多路閥測試試驗系統(tǒng)功能都不是很齊全，而且測試效率較低工人勞動強度較大，而且試驗系統(tǒng)針對性不強，功能不專一因此能對現(xiàn)在挖掘機多路閥中常見的特殊功能（如直線行走、合流、優(yōu)先和負流量控制等）進行檢驗的試驗系統(tǒng)更少。出于國內(nèi)對高壓大流量多路閥的研究深入，對相關(guān)產(chǎn)品的開發(fā)加強。因此，設(shè)計一套能對挖掘機多路閥性能進行全面檢測的綜合測試系統(tǒng)，提高國內(nèi)開發(fā)挖掘機多路閥的整體質(zhì)量并縮短開發(fā)周期和國內(nèi)外技術(shù)差距提供實驗支撐。 針對目前國內(nèi)已有多路閥試驗臺的缺點，依據(jù)相關(guān)多路閥測試試驗標準和挖 掘機多路閥的特點，研制一套全電液控制式綜合試驗系統(tǒng)，使其既能在模擬現(xiàn)代 挖掘機多路閥進行加載測試完成標準中所規(guī)定的通用性能項目的測試，并能實現(xiàn) 對合流、優(yōu)先、直線行走以及負流量控制等特殊功能的檢驗，從而完成傳統(tǒng)測試 中在整機上才能實現(xiàn)的功能。同時系統(tǒng)的測試效率和工人的勞動強度，在挖掘機 多路閥綜合試驗系統(tǒng)設(shè)計中加以充分考慮，使系統(tǒng)具有高效率和高精度的特點。 該綜合測試系統(tǒng)的研制，能夠提高國內(nèi)挖掘機多路閥產(chǎn)品的質(zhì)量和裝機測試成功 率，為挖掘機多路閥新產(chǎn)品的研制提供試驗裝備支撐。 1.5 課題主要研究內(nèi)容 本課題以全電液控制式挖掘機多路閥綜合測試系統(tǒng)為目標，綜合目前的測試 標準和合作商的技術(shù)要求，研制一套全電液控制式挖掘機多路閥綜合測試系統(tǒng)。 并在設(shè)計完成的試驗臺上對研發(fā)的挖掘機多路閥進行測試試驗研究。本文的主要 研究內(nèi)容如下： 1、以多路閥測試試驗相關(guān)標準和設(shè)計技術(shù)要求為依據(jù)確定測試系統(tǒng)的基本功能，明確各測試試驗項目及其實現(xiàn)方法，采用全電液控制方式確定挖掘機多路閥綜合測試系統(tǒng)整體技術(shù)方案。并完成系統(tǒng)各功能模塊單元的方案設(shè)計在滿足功能要求的前提下通過性能對比以及綜合考慮整個測試系統(tǒng)的設(shè)計成本，確定各功能單元的最終方案。 2、基于系統(tǒng)整體布局美觀、合理，試驗臺實用、安全、可靠并操作維護簡單的理念，對測試系統(tǒng)液壓系統(tǒng)進行設(shè)計。并根據(jù)系統(tǒng)參數(shù)，對相關(guān)元器件進行相應(yīng)的計算及選型。結(jié)合挖掘機多路閥測試試驗的原理和要求，完成綜合測試系統(tǒng)的測控系統(tǒng)軟硬件設(shè)計。 3、在研制的全電液控制式挖掘機多路閥綜合試驗系統(tǒng)上對合作商開發(fā)的挖掘機多路閥進行相應(yīng)的測試試驗研究。結(jié)合該多路閥具體功能原理，對相關(guān)測試試驗項目的實現(xiàn)方法進行了概述，并對試驗結(jié)果進行簡要分析。從而驗證該全電液控制式挖掘機多路閥綜合測試系統(tǒng)功能的全面性和操作的便捷性。 第二章 挖掘機多路閥綜合測試系統(tǒng)整體技術(shù)方案設(shè)計 本章主要介紹全電液控制方式挖掘機多路閥綜合測試系統(tǒng)的整體技術(shù)方案。 參照多路閥相關(guān)測試試驗標準和測試系統(tǒng)技術(shù)條件，并結(jié)合具體研究的某挖掘機 多路閥的功能特點，在綜合分析多路閥工作特性的前提下，確定了試驗臺的基本 技術(shù)要求、測試試驗項目以及所需檢測的技術(shù)參數(shù)。結(jié)合當前計算機檢測與控制 技術(shù)，以檢測實用性、操作方便性、使用可靠性為原則，完成整個測試系統(tǒng)的方 案原理設(shè)計。 2.1 挖掘機多路閥綜合測試系統(tǒng)技術(shù)要求 本文所研究的測試對象（挖掘機多路閥）具有以下特點：1、開中位負流量控制；2、動臂和斗桿都采用雙閥芯控制，閥內(nèi)合流；3、直線行走功能；4、斗桿閥內(nèi)流量再生，實現(xiàn)斗桿在輕載荷時快速回收；5、在動臂大腔和斗桿小腔設(shè)置保持閥，確保整機的安全；6、可實現(xiàn)復合動作；7、采用兩片式整體結(jié)構(gòu)。其具體的系統(tǒng)原理如圖 2.1 所示。 圖2.1 挖掘機多路閥系統(tǒng)原理圖 因此本文結(jié)合研究對象的具體功能和性能特點以及合作商提出的相關(guān)技術(shù)要求，并參照國家標準文件：液壓多路換向閥技術(shù)條件(JB/T8729.1—1998)；液壓多路換向閥試驗方法(JB/T8729.2—1998)；以及液壓挖掘機用整體多路閥技術(shù)條件(JG/T5116-1999)，對挖掘機多路閥的試驗項目、具體實現(xiàn)方法以及測試工況等進行規(guī)范。本課題研制的全電液控制式挖掘機多路閥綜合試驗系統(tǒng)是參照上述三個測試標準文件為設(shè)計依據(jù)，下面對主要內(nèi)容進行進行介紹。 2.1.1 試驗系統(tǒng)基本要求 根據(jù)合作商要求以及相關(guān)國家標準的要求，并結(jié)合研究對象的具體特點，本 文研究的挖掘機多路閥綜合測試系統(tǒng)應(yīng)該具有如下的基本要求： 1、泵站供油系統(tǒng)實現(xiàn)轉(zhuǎn)速（0～2300rpm）范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，油源流量可大于被試閥的公稱流量（280L/min×2），油源壓力能達到 36MPa； 2、可以實現(xiàn)挖掘機多路閥任何油路獨立工作時的變負荷正反向加載，可實現(xiàn)室內(nèi)測試臺的遠程控制； 3、試驗過程充分考慮液壓系統(tǒng)散熱和能量回收問題，嚴禁液壓油過熱，破壞液壓油品質(zhì)； 4、試驗油源應(yīng)具備自加熱能力。試驗環(huán)境應(yīng)具備可重復性； 5 、各測壓點位置和測壓孔直徑，溫度測量點位置均符合機械行業(yè)標準JB/8729.2-1998 的相關(guān)規(guī)定，應(yīng)拆裝方便； 6、測試數(shù)據(jù)精度不低于B級測量精度：溫度±1℃，壓力±1%，流量±1%，功率±1%； 7、關(guān)鍵數(shù)據(jù)需在測試臺上利用儀表直觀顯示，除泄漏流量外，其他所有數(shù)據(jù)均可以實現(xiàn)計算機采集、顯示和存儲。 8、試驗臺整體布局美觀、合理，試驗臺應(yīng)實用、安全、可靠并操作、維護方便，試驗臺使用環(huán)境溫度為-10℃～40℃，設(shè)計使用壽命不小于 10000h； 9、試驗臺架應(yīng)便于各項檢測數(shù)據(jù)的觀測，盡可能的少拆卸試驗管路、傳感器及儀表； 10、測試時保證試驗人員的安全性，安裝管路完成后，試驗人員具有獨立操作間； 11、試驗臺應(yīng)便于保養(yǎng)和儀表維修，線路布置合理，便于拆卸； 12、試驗臺外購的試驗設(shè)備的性能應(yīng)處于國內(nèi)領(lǐng)先水平，要求工作可靠，經(jīng)久耐用（設(shè)計壽命 10000h），維修方便。 同時所開發(fā)的綜合測試系統(tǒng)應(yīng)滿足功率 184kW、壓力 36MPa 泵性能檢測試驗要求，滿足流量 280L/min×2 多路閥性能檢測試驗要求；通過計算機總線進行聯(lián)調(diào)；試驗過程中系統(tǒng)能實現(xiàn)數(shù)據(jù)動態(tài)采集、存儲、參數(shù)顯示和表格打印等功能，并且系統(tǒng)應(yīng)滿足抗電磁干擾的要求，試驗系統(tǒng)具有較強的擴展性。 2.1.2 綜合測試系統(tǒng)試驗項目和要求 本文所研制的挖掘機多路閥綜合測試系統(tǒng)應(yīng)該能夠完成對挖掘機多路閥的各項功能和關(guān)鍵性能的檢驗檢測。依據(jù)相關(guān)測試標準和技術(shù)文件的要求以及研究對象具體的特點，將標準中的出廠試驗和型式試驗加以細分為挖掘機多路閥的功能試驗和性能試驗，因此能更加體現(xiàn)測試系統(tǒng)的專用性和綜合性。挖掘機多路閥的具體試驗類型及試驗項目如表 2.1 所示。 依據(jù)測試標準要求和技術(shù)文件規(guī)定，挖掘機多路閥進行功能試驗和性能試驗 前都需要對挖掘機多路閥進行耐壓試驗。下面對各項測試項目要求進行分析。耐壓試驗，標準中規(guī)定多路閥進行耐壓試驗時，路閥組泄油口與油箱連通，在工作油口處通以 1.5 倍額定工作壓力的壓力油保壓 5min，不得有外泄漏及零件損壞現(xiàn)象。 功能試驗： 1、主閥芯換向功能試驗被試多路閥組進油口、施加 36MPa 的恒壓源（中位除外），各工作油口封閉，T 口背壓在規(guī)定的范圍內(nèi)，調(diào)節(jié)被試多路閥組各主閥芯的控制壓力。 表2.1 試驗類型及試驗項目 功能試驗項目 性能試驗項目 主閥芯換向功能 內(nèi)置信號油路功能 負流量反饋 閥芯壓力損失 直線行走功能 動臂合流功能 主安全閥性能 工作油口過載保護 動臂保持功能 動臂流量再生功能 負流量控制流量特性 主閥芯微動特性 斗桿保持功能 斗桿閥內(nèi)合流功能 高溫試驗 壽命試驗 復合動作功能 斗桿流量再生功能 內(nèi)泄漏 復合動作流量分配 2、內(nèi)置信號油路功能試驗 空載狀態(tài)下模擬挖掘機多路閥各種動作（含復合動作），測試信號油壓和在各種動作下輸出壓力是否正確。 3、直線行走功能試驗 模擬挖掘機直線行走和正常行走工況，用相關(guān)數(shù)據(jù)證明被試閥是否具有直線 行走功能。 4、動臂提升閥內(nèi)合流功能試驗 模擬挖掘機動臂提升工況，用相關(guān)數(shù)據(jù)證明被試閥是否具有閥內(nèi)合流功能。 5、動臂保持功能試驗 模擬挖掘機動臂保持和解鎖工況，用相關(guān)數(shù)據(jù)證明被試閥動臂保存和解鎖功 能是否完好。 6、動臂下降流量再生功能試驗 模擬挖掘機動臂下降工況，用相關(guān)數(shù)據(jù)證明被試閥是否具備動臂下降流量再 生功能。 7、斗桿提升閥內(nèi)合流功能試驗 模擬挖掘機斗桿提升工況，用相關(guān)數(shù)據(jù)證明被試閥是否具有閥內(nèi)合流功能。 8、斗桿保持功能試驗 模擬挖掘機斗桿保持和解鎖工況，用相關(guān)數(shù)據(jù)證明被試閥斗桿保存的解鎖功能是否完好。 9、斗桿下降流量再生功能試驗 模擬挖掘機斗桿下降工況，用相關(guān)數(shù)據(jù)證明被試閥是否具備斗桿下降流量再 生功能。 10、復合動作功能試驗 模擬挖掘機各動臂、回轉(zhuǎn)、斗桿、鏟斗、行走復合動作。 性能試驗： 1、負流量反饋-壓力曲線 要求繪制反映中位流量與壓力之間關(guān)系的曲線。 2、閥芯中位壓力損失 被試多路閥組處于中位，要求繪制流量與壓力損失曲線。 3、主閥芯雙向壓力損失曲線 被試閥閥芯置于最大開口位置，通過控制被試閥主閥芯的流量從 0 逐漸增大到 100%公稱流量（油液流向分 P→A→B→T 和 P→A→B→T 兩種情況）,計算各主閥芯在不同流量下的壓力損失，繪制不同流量下的壓力損失曲線。 4、主安全閥性能測試 測試被試主安全閥的調(diào)壓范圍，并得出安全閥啟閉特性曲線。 5、各工作油口過載保護閥性能測試 測試各工作油口過載保護閥的調(diào)壓范圍，并得出安全閥啟閉特性曲線。 6、負流量控制泵流量特性曲線 在無負流量控制作用時測試泵 1、泵 2 的輸出壓力與流量的特性曲線；在有負流量控制時測試負流量控制控制壓力與流量的特性曲線。 7、 主閥芯微動特性試驗 P→A（B）流量微動特性及 P→T 中位流量微動特性測試：控制被試閥進油口P 通以公稱流量，同時保持 A（B）口公稱壓力的 50%，測試主閥芯行程與相應(yīng)流量，繪制流量微動特性曲線。 8、復合動作流量分配試驗 試驗在不同工況下（單向等負荷加載），復合動作時流量分配關(guān)系。 9、高溫試驗：油液溫度在 80+5℃的工況下，被試多路閥組在公稱壓力條件下 通以公稱流量，并通過計算機編程實現(xiàn)主閥芯以一定的頻率連續(xù)換向半個小時，不得出現(xiàn)液壓元件損壞現(xiàn)象。 10、 壽命試驗：主要目的是考核多路閥的使用壽命，被試閥在公稱壓力下通以試驗流量，通過計算機控制多路閥組以一定的頻率進行連續(xù)換向動作，達到規(guī)定的換向次數(shù)后，檢查被試閥內(nèi)部主要元件是否完好。 2.2 全電液控制綜合測試系統(tǒng)設(shè)計任務(wù) 依據(jù)相關(guān)國家技術(shù)標準文件，結(jié)合某挖掘機多路閥組的功能原理，設(shè)計開發(fā)一套省時省力，操作簡單，測試準確精度高的全電液控制式挖掘機多路閥綜合測試系統(tǒng)，能夠完成挖掘機多路閥的各項功能和性能測試，并能對挖掘機多路閥特殊功能如負流量控制功能、直線行走、優(yōu)先和合流等驗證性檢測。能夠?qū)﹃P(guān)鍵的流量、壓力和溫度等關(guān)鍵數(shù)據(jù)的實時監(jiān)測，并能生成相關(guān)性能特征曲線，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動化采集、處理和顯示等功能，且相關(guān)數(shù)據(jù)精度須達到國家標準規(guī)定的 B 級精度要求。同時系統(tǒng)應(yīng)該具有散熱和加熱功能以保證系統(tǒng)能夠正常工作在相關(guān)工作溫度下，并能模擬挖掘機的實際工況對多路閥進行加載測試。且要求能夠?qū)崿F(xiàn)合作商技術(shù)要求中的其他相關(guān)功能。下面對全電液控制式挖掘機多路閥綜合測試系統(tǒng)的具體設(shè)計過程進行分析。 2.3 測試系統(tǒng)整體技術(shù)方案 按照設(shè)計技術(shù)要求確定本課題所開發(fā)設(shè)計的全電液式液壓挖掘機多路閥綜合測試系統(tǒng)的整體技術(shù)方案原理如圖 2.2 所示。整個液壓挖掘機多路閥檢測試驗臺主要由動力輸入及運行控制系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、計算機檢測系統(tǒng)三個相對獨立的子系統(tǒng)組成。動力輸入及運行控制系統(tǒng)實現(xiàn)多路閥工況的模擬：控制驅(qū)動電機的轉(zhuǎn)速實現(xiàn)發(fā)動機輸入轉(zhuǎn)速的模擬，控制電液比例溢流閥的溢流壓力實現(xiàn)多路閥負荷的模擬加載及系統(tǒng)壓力的調(diào)節(jié)。液壓系統(tǒng)通過液壓管路將多路閥、泵、比例閥、傳感器組合為一個整體；計算機檢測系統(tǒng)通過智能儀表、數(shù)據(jù)采集卡和工控機等實現(xiàn)試驗參數(shù)的實時監(jiān)測及采集。液壓系統(tǒng)可以分成幾個主要的獨立功能單元，包括動力輸入與運行控制單元、電液控制單元、負載模擬單元、油路切換控制和油溫控制單元等，測控系統(tǒng)的硬件主要由工業(yè)計算機、數(shù)據(jù)采集設(shè)備、信號調(diào)理設(shè)備和儀器儀表同時利用 PLC 控制實現(xiàn)系統(tǒng)控制及狀態(tài)監(jiān)測。通過 Labview 軟件完成測控系統(tǒng)軟件設(shè)計設(shè)計實現(xiàn)相關(guān)設(shè)備之間的通信以及測試數(shù)據(jù)處理和顯示。下面對測試系統(tǒng)整體技術(shù)方案設(shè)計的過程進行簡單介紹。 圖 2.2 測試系統(tǒng)整體技術(shù)方案 2.4 測試系統(tǒng)各功能單元方案 2.4.1 系統(tǒng)動力輸入與運行控制方案 結(jié)合多路閥試驗標準以及合作商提出的挖掘機多路閥綜合測試系統(tǒng)技術(shù)要求，可以確定系統(tǒng)流量需要能夠連續(xù)可調(diào)。然而系統(tǒng)流量需要動力驅(qū)動，因此，首先應(yīng)對挖掘機多路閥綜合試驗系統(tǒng)的動力輸入與運行控制進行考慮，經(jīng)綜合考 慮研究，確定測試系統(tǒng)流量的調(diào)節(jié)方式。目前，常用的動力油源流量調(diào)節(jié)的方式 有： 1、 多泵組合的方式：其原理是通過多臺定量泵或者定量泵與變量泵的組合來實現(xiàn)系統(tǒng)流量的調(diào)節(jié)，該方案原理圖如圖 2.3所示，根據(jù)液壓系統(tǒng)不同工況下流量的需求來控制相關(guān)的泵工作，根據(jù)不同泵輸出流量的組合來達到系統(tǒng)流量的需求，并且在泵流量組合控制的過程中需要輔助控制閥的切換來實現(xiàn)。因此系統(tǒng)流量調(diào)節(jié)范圍較寬時則系統(tǒng)需要的泵源數(shù)量就多，不僅增加了系統(tǒng)成本而且還使系統(tǒng)變得復雜。因此此方式比較適合于只有幾個流量等級需求的系統(tǒng)。 圖2.3 多個定量泵組合方案 圖2.4 普通電機驅(qū)動變量泵 圖 2.5 變頻電機驅(qū)動定量泵 圖 2.6 變頻電機驅(qū)動變量泵 2、普通電機驅(qū)動變量泵：該方案原理圖如圖 2.4 所示，因為普通電機的轉(zhuǎn)速基本恒定因此系統(tǒng)流量是通過改變變量泵的排量來實現(xiàn)的。運用此方案系統(tǒng)流量可以根據(jù)負載變化來調(diào)節(jié)，節(jié)能效果好，系統(tǒng)響應(yīng)較快，而且普通電機比較便宜。但是如果需要實現(xiàn)流量的自動調(diào)節(jié)就需要一套控制泵排量的變量控制機構(gòu)，增加 了系統(tǒng)故障率，且控制機構(gòu)的抗污染能力較差，且小流量時電機和泵都高速運動 加速了機械磨損。而且能夠根據(jù)控制信號來改變排量的變量泵價格貴而且供貨周 期長。 3、變頻電機驅(qū)動定量泵：該方案原理如圖 2.5 所示，泵輸出的流量是通過控制變頻電機的轉(zhuǎn)速來實現(xiàn)的，相比變量泵省去了復雜的變量機構(gòu)。且國內(nèi)變頻技術(shù)相對成熟，控制效果較好供貨時間不長，流量的調(diào)節(jié)也比較方便而且容易實現(xiàn)。但是由于泵的排量不能調(diào)節(jié)而且一般的定量泵都有最低轉(zhuǎn)速的限制，且變頻電機 在低轉(zhuǎn)速下效率較低，在系統(tǒng)小流量需求的工況難以實現(xiàn)。因此系統(tǒng)流量調(diào)節(jié)的 范圍有一定的限制且有研究表面此種方式不適合在高壓小流量的場合。 4、變頻電機驅(qū)動變量泵：該方案原理如圖 2.6 所示，此方案中由于有變頻電 機和變量泵，因此泵輸出流量的調(diào)節(jié)方式呈現(xiàn)多樣性，即可以通過調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速 也可以通過調(diào)節(jié)泵的排量，還可以兩者同時調(diào)節(jié)。此種方案系統(tǒng)流量調(diào)節(jié)不僅方 便而且調(diào)節(jié)變化的范圍比較寬。能夠通過選擇不同的調(diào)節(jié)方式避開在小流量情況 下泵的最低轉(zhuǎn)速和效率低的問題，提高系統(tǒng)效率。有研究表明，采用變頻電機 驅(qū)動變量泵方式的液壓系統(tǒng)其系統(tǒng)效率最高，節(jié)能效果最好。 本課題根據(jù)多路閥試驗標準和設(shè)計技術(shù)文件中對系統(tǒng)流量調(diào)節(jié)的相關(guān)要求， 在滿足系統(tǒng)流量調(diào)節(jié)的需求上，充分考慮了系統(tǒng)的節(jié)能性和操作方便性，確定了 本文所研制的全電液控制式液壓挖掘機多路閥測試試驗系統(tǒng)的動力輸入與運行控制系統(tǒng)的方案采用變頻電機驅(qū)動變量泵的方案。 2.4.2 全電液控制方案 為了提高整個測試試驗過程的自動化程度和測試效率，本課題所開發(fā)的挖掘 機多路閥綜合測試系統(tǒng)采用全電液控制技術(shù)方案，即通過對電信號的控制實現(xiàn)對 液壓系統(tǒng)的控制，包括測試系統(tǒng)中電機的啟動停止，液壓系統(tǒng)中系統(tǒng)壓力，加載 壓力以及挖掘機多路閥換向工作的過程，都是通過對電信號的控制來實現(xiàn)對液壓 系統(tǒng)的控制。常用的電液控制方式有： 1、電磁開關(guān)閥方案，其結(jié)構(gòu)簡單，抗污染能力強且價格相對較便宜，一般在液壓開關(guān)控制系統(tǒng)中經(jīng)常用到，但其控制精度較差且只能進行開關(guān)控制動作不能進行輸出油液的壓力調(diào)節(jié)。 2、電液比例閥方案，其結(jié)構(gòu)相對較簡單，同時控制精度較好且能實現(xiàn)輸出壓力的連續(xù)控制，其抗污染能力較強價格適中。 3、電液伺服閥方案，其結(jié)構(gòu)相對比較復雜，成本較高對油液的清潔度較敏感，但是控制精度最好，能夠?qū)崿F(xiàn)對輸出油液壓力的精確控制。 根據(jù)系統(tǒng)先導控制和壓力控制需要要求能夠?qū)崿F(xiàn)對油液壓力的連續(xù)控制，實現(xiàn)多級調(diào)節(jié)，并充分考慮系統(tǒng)成本和系統(tǒng)控制需求，系統(tǒng)中電液控制方式采用電液比例控制方式，其中先導調(diào)壓控制部分采用電磁比例減壓閥作為先導閥，系統(tǒng)壓力調(diào)節(jié)和加載控制采用的是電液比例閥。 2.4.3 負載模擬加載方案 為了實現(xiàn)在挖掘機多路閥測試過程中模擬挖掘機實際工作過程中的負載，因 此一般通過模擬實際負載時的負載壓力來實現(xiàn)負載模擬從而模擬實際工況來加載測試多路閥。一般的液壓負載模擬裝置有溢流閥負載模擬和節(jié)流閥負載模擬兩類液壓負載模擬裝置。溢流閥負載模擬是通過調(diào)定溢流閥的溢流壓力，來模擬挖掘機多路閥實際工作過程中的負載壓力。其原理如下圖 2.7 所示，由于溢流閥的開啟，壓力一旦調(diào)定后基本上就會保持不變，所以采用溢流閥模擬負載加載時，負載壓力穩(wěn)定，而且配合電液比例技術(shù)能夠方便的實現(xiàn)負載壓力連續(xù)調(diào)節(jié)而且更能真實的復現(xiàn)實際工作過程。節(jié)流閥負載模擬裝置則是通過調(diào)節(jié)節(jié)流閥實際開口大小，使油液流過節(jié)流口時產(chǎn)生一定的壓差來模擬負載壓力，其原理如下圖 2.8 所示。由于節(jié)流閥用于壓力調(diào)節(jié)時，壓力很難穩(wěn)定而且受流量的影響很大。本文所研制的試驗臺系統(tǒng)流量要求能夠連續(xù)調(diào)節(jié)且變化范圍大，且要求負載壓力穩(wěn)定準確，因此，采用溢流閥作為試驗系統(tǒng)中的負載模擬加載裝置。 圖 2.7 溢流閥負載模擬裝置 圖 2.8 節(jié)流閥負載模擬裝置 2.4.4 系統(tǒng)油路切換控制方案 在全電液式挖掘機多路閥綜合測試系統(tǒng)中，要求被試多路閥一次安裝完成后，不需要換接油管等操作就能完成所有試驗項目的測試，從而提高挖掘機多路閥測試試驗效率。而在測試過程為了實現(xiàn)不同測試試驗液壓回路的連接，系統(tǒng)需要經(jīng)常切換油路，因此測試系統(tǒng)中需要有相應(yīng)的油路切換單元來實現(xiàn)相應(yīng)測試回路的切換和選擇。目前，常用的油路切換方式有以下幾種： 1、電液換向閥方案：通過控制具有合適的滑閥機能的電液換向閥的工作位置可以實現(xiàn)相關(guān)油路之間的切換。但是當需要切換的油路較多時，對電液換向閥的控制就變得比較復雜，給電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計帶來難度，而且由于聯(lián)動操作會使操作過程中引起誤動作。且一般的電液換向閥都是采用滑閥式結(jié)構(gòu)，密封性不好存在一定的泄漏，因此會影響多路閥內(nèi)泄漏測試項目的準確性而且成本較高。 2、液控單向閥方案：在沒有控制壓力油時液控單向閥只能單向流動而當其反向開啟時則需要控制壓力油才能實現(xiàn)反向流動，所以利用液控單向閥可以實現(xiàn)油路之間的切換，但是當需要切換的油路增多時容易引起誤動，而且需要提供控制油路來控制其動作，會使系統(tǒng)油路變得復雜，成本相對較高。 3、二通插裝閥方案：通過利用二通插裝閥和電磁換向閥的組合來實現(xiàn)系統(tǒng)油路的切換，其功能類似與球閥。其優(yōu)點在于：能夠把所有的插裝閥組集成安裝到閥塊中，簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，同時可以方便的控制電磁閥就能實現(xiàn)油路的通斷。同時此方案也存在一定的缺點：插裝閥的雙向開啟需要通過控制油來實現(xiàn)，因此系統(tǒng)需要提供控制油路，使管路連接變得復雜；而且當需要控制的油路較多時，系統(tǒng)的控制按鈕多而且需要復合動作，就會增加電氣控制難度，同時也容易引起誤動作降低系統(tǒng)的可靠性。 4、換接油管方案：此種方案是通過將需要測試聯(lián)的油口與系統(tǒng)管路相連，不需要測試的就把油口堵住。因此系統(tǒng)只需要提供進油、回油和兩條工作油口油路從而簡化系統(tǒng)油路，降低成本且可靠性高。但是測試過程中每完成一聯(lián)測試就需要換接油管和拆裝油口法蘭，這樣就增加了勞動強度，系統(tǒng)效率較低。而且不能滿足挖掘機多路閥復合動作等特殊功能的測試，以及批量測試的要求。 5、高壓球閥方案：由于球閥本身結(jié)構(gòu)相對簡單、且密封性好并且價格較便宜，通過簡單操作就能方便的實現(xiàn)油路之間的切換，而且系統(tǒng)可靠性高。因此通過選 擇球閥的組合可以方便的實現(xiàn)系統(tǒng)一次安裝就能完成所有項目的測試，每選擇一 條油路只需打開或者關(guān)閉相關(guān)的球閥就可以方便的實現(xiàn)油路之間的切換。因此系 統(tǒng)具有較高的測試效率，而且球閥的密封性好而且高壓下也能保證很好的密封性，因此能滿足挖掘機多路閥的內(nèi)泄漏量測試要求。 因此在滿足系統(tǒng)油路切換功能的前提下，基于系統(tǒng)緊湊性、可靠性和操作方 便性的原則并綜合考慮系統(tǒng)設(shè)計成本和測試效率，選擇高壓球閥方案作為系統(tǒng)油 路切換控制單元。 2.4.5 測試系統(tǒng)油溫控制方案 圖 2.9 溢流加熱方案 圖 2.10 電加熱器 在液壓系統(tǒng)測試過程中，由于系統(tǒng)輸入功率基本上轉(zhuǎn)化為熱量的形式損耗， 使系統(tǒng)的油溫上升很快，而油液溫度對液壓油的粘度有很大的影響從而會改變液 壓油的品質(zhì)，并對液壓元件如多路閥性能造成影響，同時也會破壞密封件的性能 增加系統(tǒng)泄漏，如果系統(tǒng)沒有設(shè)置冷卻裝置，隨著測試時間的增加，油液溫度不 斷上升，不僅會破壞液壓油的品質(zhì)，還會由于溫度過高而破壞液壓元件的密封件， 縮短相關(guān)元件的使用壽命。因此系統(tǒng)工作的油溫不能太高。又由于標準文件中規(guī) 定高溫試驗時要求油液溫度在 80 土 5℃的工況下進行，為了能夠增加系統(tǒng)效率縮短油液溫升過程的時間，測試試驗系統(tǒng)需要設(shè)置油液加熱裝置。因此，系統(tǒng)需要選擇合適的油液加熱和冷卻裝置來控制系統(tǒng)的油溫使其保持在標準要求的范圍之內(nèi)。因此經(jīng)充分考慮本文所研制的挖掘機多路閥綜合測試系統(tǒng)需設(shè)置油液加熱裝置和油液冷卻系統(tǒng)。 一般可以選擇電加熱器直接加熱和溢流循環(huán)加熱兩種方式對液壓系統(tǒng)的油液進行加熱。其中電加熱器加熱迅速方便，溫度控制效果較好。而溢流加熱裝置，具有實現(xiàn)簡單，不容易使油液變質(zhì)，但是需要額外增加溢流液壓設(shè)備給系統(tǒng)管路布置增加了難道，溢流加熱的方案原理如上圖 2.9 所示。綜合多種考慮后，本試驗系統(tǒng)中采用電加熱器加熱的方式。 液壓系統(tǒng)中常用的散熱系統(tǒng)裝置有風冷裝置和水冷裝置兩種。采用風冷裝置 散熱的優(yōu)點有：風冷卻器的成本較低，維修比較簡單，而且利用空氣進行熱交換， 因而不會影響液壓油的品質(zhì)，但是其制冷能力受環(huán)境溫度影響較大。水冷裝置的 主要特點有：水冷卻器的體積小、制冷能力比較固定，但由于其利用循環(huán)水來帶 走多余熱量因此系統(tǒng)需要提供水源，同時冷卻水的滲漏會影響液壓系統(tǒng)元器件的 正常工作。 因此根據(jù)兩者的特點并考慮到試驗系統(tǒng)現(xiàn)場水源獲得比較困難，且試驗場所受限。同時為了使測試環(huán)境與挖掘機實車保持一致，因此測試系統(tǒng)選擇風冷卻器作為系統(tǒng)散熱裝置。 2.11 風冷卻器 2.12 水冷卻器 2.5 測試系統(tǒng)主要特點 通過上述對全電液控制式挖掘機多路閥綜合測試試驗系統(tǒng)整體技術(shù)方案的設(shè)計和各功能單元模塊方案的對比分析，下面對本課題所研制的全電液控制式挖掘機多路閥綜合試驗系統(tǒng)主要特點總結(jié)如下: 1、液壓系統(tǒng)設(shè)計參數(shù): 本試驗系統(tǒng)屬于高壓、大流量液壓系統(tǒng)，最大工作壓力達到 36MPa，最大設(shè)計流量 560L/min。 2、測試系統(tǒng)中對系統(tǒng)壓力，負載壓力和主閥芯換向動作都采用遠程控制的方案，即利用電液比例控制技術(shù)，通過對電信號的控制來實現(xiàn)液壓系統(tǒng)的控制，因此能方便的實現(xiàn)壓力和流量的連續(xù)調(diào)節(jié)，以及閥芯動作的準確控制。提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和操作性，減輕了測試工作的負擔并提高了測試的安全性。系統(tǒng)的自動化測試程度較高。 3、測試系統(tǒng)綜合性較強，不但能夠完成各種挖掘機多路閥常規(guī)功能試驗和性能試驗，還可以模擬挖掘機多路閥的一些實際工況，從而實現(xiàn)對挖掘機多路閥中常見的一些功能，如直線行走、負流量控制、合流、優(yōu)先以及復合動作等，進行檢驗測試。一定程度上能提高挖掘機多路閥的質(zhì)量和合格率。 4、本測試試驗系統(tǒng)采用簡單可靠，密封性能好的高壓球閥的組合來實現(xiàn)測試系統(tǒng)中油路通斷?？梢詫崿F(xiàn)被試挖掘機多路閥一次安裝，便可完成所有測試項目的檢測，油路之間的切換通過手動操作完成提高了系統(tǒng)的可靠性，同時操作方便。 因此在兼顧系統(tǒng)設(shè)計成本的同時，提高了系統(tǒng)的測試效率。 5、本試驗系統(tǒng)利用計算機完成整個測試系統(tǒng)測控系統(tǒng)的設(shè)計，自動化程度較高，通過計算機和數(shù)據(jù)采集設(shè)備并以 Labview 軟件為平臺完成測試系統(tǒng)軟件系統(tǒng)的設(shè)計。使測試系統(tǒng)能自動完成數(shù)據(jù)的自動采集處理和顯示等功能。以 PLC 為核 心完成系統(tǒng)的運行控制和狀態(tài)監(jiān)測功能。 6、測試系統(tǒng)設(shè)計時，充分考慮了系統(tǒng)的節(jié)能性要求和安全性，設(shè)計了系統(tǒng)的加熱和散熱系統(tǒng)，以及選擇合適的動力輸入與運行控制系統(tǒng)等。 2.6 本章小結(jié) 本章主要是對挖掘機多路閥綜合試驗系統(tǒng)整體技術(shù)方案以及相關(guān)功能單元方案進行了設(shè)計。參照多路閥測試試驗相關(guān)標準和設(shè)計技術(shù)文件要求，并結(jié)合研究的挖掘機多路閥的特點和實際工況需求，確定了測試系統(tǒng)的整體技術(shù)方案。在滿足測試系統(tǒng)功能要求的前提下，通過對比分析并考慮系統(tǒng)成本等因素的影響確定了系統(tǒng)各功能單位的方案。并對本課題所研制的全電液控制式液壓挖掘機多路閥綜合測試系統(tǒng)的主要特點進行了總結(jié)。 第三章 液壓及測控系統(tǒng)設(shè)計 本章主要內(nèi)容是在滿足技術(shù)要求和系統(tǒng)功能的前提下完成測試試驗系統(tǒng)的液壓系統(tǒng)和測控系統(tǒng)設(shè)計。對液壓系統(tǒng)原理和各功能單元進行設(shè)計并對相關(guān)元器件進行選型計算；完成測控系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計。同時基于對系統(tǒng)緊湊性、美觀性和操作方便性的要求，對測試系統(tǒng)進行集成安裝設(shè)計并進行整體布局。 3.1 測試系統(tǒng)的液壓系統(tǒng)概述 液壓系統(tǒng)作為全電液控制式液壓挖掘機多路閥綜合測試系統(tǒng)的基礎(chǔ)，要實現(xiàn) 對挖掘機多路閥的測試，液壓系統(tǒng)需要為挖掘機多路閥的整個測試過程提供液壓 回路支持，使多路閥的輸入輸出流量形成測試回路，并能夠模擬挖掘機多路閥的 實際工況提供壓力油源和負載壓力等功能。同時通過對電信號的控制使液壓系統(tǒng) 作出相應(yīng)的系統(tǒng)響應(yīng)從而實現(xiàn)控制過程。根據(jù)系統(tǒng)功能需求和系統(tǒng)緊湊化設(shè)計的理念，將液壓系統(tǒng)按功能分成不同的功能模塊。試驗系統(tǒng)液壓方案原理如圖 3.1 所示。 3.2 數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)設(shè)計 3.2.1 數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)簡介 圖 3.1 數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)原理圖 全電液式液壓挖掘機多路閥綜合測試系統(tǒng)主要由動力輸入及運行控制系統(tǒng)、 液壓系統(tǒng)、計算機檢測系統(tǒng)三個相對獨立的子系統(tǒng)組成。其中動力輸入及運行控 制系統(tǒng)實現(xiàn)多路閥工況的模擬：控制驅(qū)動電機的轉(zhuǎn)速實現(xiàn)發(fā)動機輸入轉(zhuǎn)速的模擬；控制電液比例溢流閥的溢流壓力實現(xiàn)多路閥負荷的模擬加載。數(shù)據(jù)采集檢測系統(tǒng)利用數(shù)據(jù)采集設(shè)備和工控機以及 Labview 軟件系統(tǒng)實現(xiàn)測試試驗相關(guān)參數(shù)的實時采集、處理和顯示。動力輸入及運行控制系統(tǒng)和計算機檢測系統(tǒng)可以總稱為數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)。其中數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)以工控機和數(shù)據(jù)采集卡等設(shè)備為主體，主要完成測試試驗系統(tǒng)中的壓力、流量和溫度等信號進行采集、處理、存儲和顯示，使系統(tǒng)具有很高的自動化程度。系統(tǒng)狀態(tài)檢測與控制則以可編程控制器（PLC）和數(shù)據(jù)輸出控制卡為核心，其中 PLC 實現(xiàn)對液壓系統(tǒng)中電機以及風冷系統(tǒng)控制，以及系統(tǒng)中關(guān)鍵狀態(tài)的實時監(jiān)測，并做出報警提示等功能。而數(shù)