用於測試液壓缸的控制閥塊系統及方法
2023-05-16 21:09:11
專利名稱：用於測試液壓缸的控制閥塊系統及方法
技術領域：
本發明涉及一種用於測試液壓缸的系統，尤其涉及一種用於測試液壓缸的控制閥塊系統。本發明還涉及一種用於測試液壓缸的方法。
背景技術：
根據GB/15622-2005《液壓缸測試系統》和JB/T10205-2010《液壓缸》的要求，液壓缸測試項目主要包括試運行試驗、起動壓力特性試驗、耐壓試驗、耐久性試驗、洩漏試驗(內洩漏和外洩漏試驗)、緩衝試驗、負載效率試驗、高溫試驗和行程試驗。試驗項目中除試運行試驗、起動壓力特性試驗、耐壓試驗和行程試驗外，其它試驗項目均要求對系統進行加載測試。目前，市場上絕大多數液壓缸測試系統均為溢流加載模式，該類型液壓缸測試系統的模擬負載由獨立的溢流加載裝置(通常採用溢流閥)來實現，其對於大功率液壓元件的測試，隨著測試壓力的提高或流量的增加，在系統加載裝置處的壓降將進一步增大，因此，不可避免地存在系統能耗大、油溫上升快、油液易老化等缺點，且難以實現模塊化設計。現有技術中的溢流加載式液壓缸測試系統，其溢流加載裝置一般固定且獨立於測試系統，在進行液壓缸測試時，由於被測缸與加載缸是通過拉壓變送裝置連接的，在該測試模式下，通常採用「單缸安裝、單缸測試」的方法，即每個被測缸的測試都必須進行一次停機安裝連接。由此可見，現有技術中的溢流加載式液壓缸測試系統及其方法僅適合於測試樣本數量較少的情況，因此，其測試效率低，同時相應地導致操作人員的工作強度大。
發明內容
現有技術中的液壓缸測試系統一般皆配備有獨立的溢流加載裝置，從而造成「單缸安裝、單缸測試」的運作模式，效率低下，操作者工作強度極大，同時無法適應大規模作業；另一方面，在大功率液壓元件的測試中能耗大、油溫上升快、油液老化快。針對這些缺陷，本發明提出了一種用於測試液壓缸的控制閥塊系統及相應的方法，解決了上述難題。本發明提出了一種用於測試液壓缸的控制閥塊系統，包括:第一主油口和第二主油口，用於接受來自油源的液壓油；液壓缸接口，用於連接液壓缸的有杆腔或無杆腔；至少兩組功能換向閥，其中第一組功能換向閥連接到液壓缸的有杆腔，第二組功能換向閥連接到液壓缸的無杆腔，各組功能換向閥均包括兩個插裝閥單元，其中第一和第二插裝閥單元各自分別由一個二位三通換向閥控制其先導壓力，各插裝閥單元均包括兩個功能插裝閥；至少兩組選擇換向閥，各組選擇換向閥均包括一個選擇插裝閥和一個液控單向閥，每組選擇換向閥由一個二位三通換向閥控制其先導壓力，並且每個選擇插裝閥的B腔與其所對應的第一插裝閥單元中的一個功能插裝閥的直接連接孔和第二插裝閥單元中的一個功能插裝閥的直接連接孔相連通；設置在第一主油口和第二主油口所在的油路中的選擇單元，用來選擇壓力較高的油路作為控制油，其中，二位三通換向閥的壓力口相互連通，並與選擇單元的出口相連，第一主油口分別連通到每個插裝閥單元中的一個插裝閥的工作腔，第二主油口連通到各組選擇換向閥中的液控單向閥的入口，第一主油口和第二主油口通過選擇單元連通到相互連通的二位三通換向閥。在一個實施例中，同一個插裝閥單元中的兩個功能插裝閥的控制腔相互連接。在一個實施例中，同一組選擇換向閥中的選擇插裝閥和液控單向閥的控制腔相連。在一個實施例中，根據本發明的用於測試液壓缸的控制閥塊系統還包括設置在油路上的測溫接口和測壓接口。 在一個實施例中，二位三通換向閥的出油一路與其所控制的功能插裝閥或選擇插裝閥的控制腔，或者其所控制的液控單向閥的控制腔相連，另一路與控制油回油路相連。在一個實施例中，通過液壓缸接口連接到系統的液壓缸通過能夠測量力的第一傳感器對頂連接。在一個實施例中，選擇單元包括兩個出口相互連通並各自位於一個主油口的油路中的主油口單向閥，或者包括梭閥。在一個實施例中，根據本發明的用於測試液壓缸的控制閥塊系統還包括液壓缸測試負載調節閥，液壓缸測試負載調節閥包括調節插裝閥、溢流閥插芯和電比例溢流閥插芯。在一個實施例中，根據本發明的用於測試液壓缸的控制閥塊系統還包括能夠測量液壓缸的負載壓力的第二傳感器和用來接收並處理第一和第二傳感器的測量結果的數據
處理裝置。本發明還提出了測試液壓缸的方法，包括:第一步:在初始狀態下，使得控制選擇換向閥的先導壓力的二位三通電磁換向閥的電磁鐵得電，使得控制功能換向閥的先導壓力的二位三通電磁換向閥的電磁鐵失電；第二步:啟動第一油源和第二油源；第三步:使控制選擇換向閥的先導壓力的二位三通電磁換向閥中的一個的電磁鐵失電，打開一組與其相應的選擇換向閥，使一個油源的液壓油進入兩液壓缸的兩無杆腔或兩有杆腔；第四步:控制輸入電流的大小，使輸入電流為設定加載壓力值；第五步:使控制功能換向閥的先導壓力的二位三通電磁換向閥中的一個的電磁鐵得電，使其所對應的兩個功能插裝閥的壓力控制腔洩壓，功能換向閥中的這兩個功能插裝閥所在油路處在連通狀態，使得液壓油通過其中的一個功能插裝閥進入其中一個液壓缸的有杆腔，另一個液壓缸的有杆腔的回油通過其中的另一個功能插裝閥與回油路相連；第六步:逐漸調高壓力，使得液壓缸在有杆腔液壓力的作用下開始運動，其運動速度通過進入液壓缸有杆腔的流量來決定；第七步:通過傳感器測量數據，並將結果傳輸給數據處理裝置進行處理。根據本發明的系統基於能量回收型液壓缸測試用控制閥塊，相對現有技術帶來了如下進步:第一，採用全插裝閥換向迴路，減少了系統油液洩漏，降低了系統壓損，提高了系統可靠性；第二，採用全插裝閥連接形式，符合測試工況要求，便於實現系統模塊化設計；第三，將系統壓力引至被測缸和加載缸兩端，代替了獨立的溢流加載裝置，實現了液壓缸負載效率試驗和系統加載的有機結合；第四，避免了系統溢流加載時的能量損失，有效地提高了能源利用率、減少了系統發熱，使得油液溫度便於控制，進而保證了系統測試精度；第五，加載結構的改變和被測液壓缸安裝、測試流程的簡化，成倍提高了液壓缸測試效率。
在下文中將基於僅為非限定性的實施例並參考附圖來對本發明進行更詳細的描述。其中:圖1為根據本發明的系統的示意圖；圖2為一個實施例中的根據本發明的系統的示意圖；圖3為根據本發明的系統的測試/控制信號示意圖。在圖中，相同的構件由相同的附圖標記標示。附圖並未按照實際的比例繪製。
具體實施例方式下面將參照附圖來詳細地介紹本發明。參照圖1，根據本發明的用於測試液壓缸的控制閥塊系統15包括兩組功能換向閥和兩組選擇換向閥。第一組功能換向閥包括插裝閥401、402、404、405 ;第二組功能換向閥包括插裝閥406、407、408、409。每組功能換向閥分別由兩個二位三通換向閥作為先導控制閥。二位三通換向閥可以是電磁換向閥。在第一組功能換向閥中:插裝閥401和插裝閥405的控制腔(即C腔)相連，其先導壓力由二位三通換向閥301控制；插裝閥402和插裝閥404的控制腔(C腔)相連，其先導壓力由二位三通換向閥503控制。在第二組功能換向閥中:插裝閥406和插裝閥409的控制腔(C腔)相連，其先導壓力由二位三通換向閥302控制；插裝閥407和插裝閥408的控制腔(C腔)相連，其先導壓力由二位三通換向閥504控制。第一組選擇換向閥包括插裝閥403和液控單向閥701 ;第二組選擇換向閥包括插裝閥410和液控單向閥702。每組選擇換向閥由一個二位三通換向閥作為先導控制閥。在第一組選擇換向閥中:插裝閥403和液控單向閥701的控制腔相連，其先導壓力由二位三通換向閥501控制。在第二組選擇換向閥中:插裝閥410和液控單向閥702的控制腔相連，其先導壓力由二位三通換向閥502控制。插裝閥403的油液出口腔(即插裝閥B腔)與插裝閥401和插裝閥404的油液入口(即插裝閥A腔)相通；插裝閥410的B腔與插裝閥407和插裝閥409的油液入口相通。系統15還具有單向閥601和單向閥602。二位三通換向閥301，302，501，502，503，504的壓力口相連通，並與單向閥601和單向閥602的出口相連。系統15還包括液壓缸測試負載調節閥，該液壓缸測試負載調節閥包括調節插裝閥8、溢流閥插芯9和電比例溢流閥插芯10。插裝閥8可以為壓力閥插芯。溢流閥插芯9可以是二位兩通電磁換向閥。電比例溢流閥插芯10可以是插裝溢流閥蓋板。液壓缸測試負載調節閥用來根據被測缸的壓力狀況調節輸入的油量。在另一個實施方案中，調節插裝閥8，溢流閥插芯9和電比例溢流閥插芯10可以由一個比例溢流閥代替。然而在不同的實施例中，如圖2，也可以用梭閥12來代替單向閥601和602。根據本發明的用於測試液壓缸的控制閥塊系統15，壓力油主要通過主油口 P1、主油口 P2和主油口 Pc5進入系統15，優選地通過主油口 P1和主油口 Pct進入系統15。在主油口 P1、主油口 P2和主油口 Pep所在油路中設有單向閥。在圖1所示的實施例中，單向閥601位於主油口 Pep所在的油路中，單向閥602位於主油口 P1或主油口 P2所在的油路中。將單向閥601和602的出口相連接，或者通過梭閥12，都可以實現自主選擇主油口P1、主油口 P2和主油口 Pc5所在油路中的最高壓力者作為主控制油。主控制油被引到各二位三通電磁換向閥的壓力油口。同時，各二位三通電磁換向閥的出油一路與其所控制的插裝閥控制腔或者液控單向閥控制腔相連，另一路和控制油回油路相連。根據本發明的系統15，兩液壓缸101和102採用對頂連接，優選地為兩液壓缸101和102通過力傳感器對頂連接。參照圖1，液壓缸101的無杆腔和有杆腔的連接口分別與接口 A1和接口 A2連接，液壓缸102的無杆腔和有杆腔的連接口分別與接口 B1和接口 B2連接。參照圖1，系統15在其各主油路和各主控制油路均可設有測壓接口或測溫接口。測壓接口包括乂^^皿^皿^和^。Mpl測量A1接口油路壓力；Mp2測量A2接口油路壓力；Mp3測量B2接口油路壓力；Mp4測量B1接口油路壓力％5測量主回油接口 T2油路壓力。測溫接口包括Mtl，Mt2, Mt3, Mt4和Mt5，Mtl測量A1接口油路溫度；Mt2測量A2接口油路溫度；Mt3測量B2接口油路溫度；Mt4測量B1接口油路溫度；Mt5測量主回油接口 T2油路溫度。參照圖1，系統油源1101和1102分別與系統15的接口 P1和接口 Pep相連。油源1101輸出的液壓油經接口 P1分別進入插裝閥401、插裝閥402、插裝閥406和插裝閥407的工作腔。油源1102輸出的液壓油經接口 Pep分別進入液控單向閥701和液控單向閥702的入口。油源1101和油源1102中具有較高壓力者，其輸出油一路通過其所在油路的單向閥(601或602)進入控制油路作為系統15的先導控制油源。控制油路即圖1中用虛線表示的迴路，控制油路主要包括從主油口通過梭閥(或者另一個實施例中的兩個單向閥)進入的油路，它主要起到了控制各組功能換向閥和選擇換向閥的控制腔壓力，以達到最終控制功能換向閥和選擇換向閥的開啟或關閉的功能。控制油路的回油口在圖1中表示ST3 口。在操作根據本發明的用於測試液壓缸的控制閥塊系統15時，控制二位三通換向閥501或二位三通換向閥502中的一個,使其電磁鐵得電,從而打開選擇換向閥中的一組(另一組處於關閉狀態)，此時油源1102輸出的液壓油同時進入兩被測缸/加載缸的有杆腔或無杆腔，由於液壓力平衡，液壓缸活塞仍將處於靜止位置。根據負載的大小調節油源1102的壓力，由於液壓作用面積相同，改變壓力後液壓缸保持靜止，以此可實現模擬液壓缸測試系統的加載。然後，控制不與已開啟的油路的選擇換向閥相連接的功能換向閥中的一個二位三通換向閥，使得油源1101的輸出油液進入其中一個被測缸/加載缸的無杆腔或有杆腔，此時在油液壓力的作用下，液壓缸摩擦力等阻力被克服，液壓缸開始運動，並且通過改變油源1101的流量可以方便地 改變液壓缸的運動速度。記錄液壓缸試驗加載壓力和力傳感器輸出的數據，通過計算和繪製曲線圖得到液壓缸的負載效率。因此，完成了通過模擬液壓缸負載的工況對液壓缸負載效率的測試。
本發明基於能量回收原理，採用插裝閥連接形式實現系統功能。在液壓缸負載效率測試工況下，通過控制油路插裝閥動作邏輯，將液壓缸測試系統加載壓力油同時引至被測缸和加載缸的有杆腔或無杆腔，以此實現系統加載。同時，根據被測缸測試時的運動方向控制另一路控制油液進入被測缸和加載缸的無杆腔或有杆腔，以此實現液壓缸測試在加載工況下的運動。本發明的另一方面，提出了使用根據本發明的用於測試液壓缸的控制閥塊系統15對液壓缸進行測試的方法。根據本發明的方法，其步驟大致包括:第一步:啟動系統，打開液控單向閥中任意一組，以較低壓力使一組油源進入兩對頂液壓缸的兩無杆腔或兩有杆腔。第二步:調節進入兩對頂液壓缸101和液壓缸102的兩無杆腔或有杆腔的油液的壓力至設定的試驗壓力。第三步:打開兩組由二通插裝閥連接組成的功能換向迴路中的一組插裝閥，以較低壓力使另一組油源進入其中一個對頂缸(即液壓缸101和102中的一個，可根據試驗方向選擇)的有杆腔或無杆腔，此時，液壓缸由於受力平衡(此時，驅動壓力不足以克服液壓缸靜摩擦力)，仍處在平衡位置。其中，另一對頂缸的有杆腔或無杆腔與回油路相連。第四步:調節第三步中進入一個液壓缸有杆腔或無杆腔的壓力，逐漸調高壓力，使得液壓缸在液壓力的作用下開始運動，其運動速度由第三步中進入液壓缸中的流量決定。第五步:記錄第二步中的液壓缸試驗壓力和力傳感器的輸出數據，通過計算和曲線繪製即可得到其中一個液壓缸的負載效率，同理，通過改變前四個步驟中液壓油的流動方向，繼續重複測試過程，可得到另一個液壓缸的負載效率。下面結合附圖所示的具體的實施例來介紹根據本發明的方法:第一步:檢查系統15的油路、電氣、測控和附件等的連接狀況，確保油路和電氣等的連接準確無誤。第二步:參照圖3，在啟動油源1101和1102前，通過設定電比例溢流閥10控制信號Iinl和信號Iin2，控制其設定壓力為零(或為最小穩定值，無負載啟動)；確認在初始狀態下，二位三通電磁換向閥501和502的電磁鐵得電；確認在初始狀態下，二位三通電磁換向閥301、503、302和504的電磁鐵失電。第三步:啟動油源1101和1102。此時由於電比例溢流閥1101.1和1102.1設定壓力為零(或為最小穩定值)，液壓系統無負載啟動。(其中電比例溢流閥1101.1對應油源1101，電比例溢流閥1102.1對應油源1102。)第四步:控制二位三通電磁換向閥502的電磁鐵失電，打開由液控單向閥702和插裝閥410組成的第二組選擇換向閥(以打開該組選擇換向閥為例進行說明，同理，改變其啟閉狀態則為另一項測試項目)，使油源1102的液壓油分別進入兩對頂液壓缸的兩無杆腔。由於兩對頂液壓缸具有結構尺寸對稱的特性，當油液進入兩對頂液壓缸的兩無杆腔後，液壓缸活塞保持靜止。第五步:控制電比例溢流閥1102.1的輸入電流的大小，使輸入電流為設定加載壓力值。根據加載力的要求，控制輸入電流以實現測試系統加載。負載壓力的變化將使兩對頂液壓缸之間的力發生改變。由於兩對頂液壓缸對稱受力平衡，活塞保持靜止。
第六步:控制二位三通電磁換向閥503得電，插裝閥402和插裝閥404的壓力控制腔C腔洩壓，此時功能換向閥中的插裝閥402和插裝閥404所在油路處在連通狀態(根據兩對頂液壓缸的運動方向要求，可改變二位三通電磁換向閥503和301的電磁鐵的得失電狀態，控制插裝閥402和插裝閥404，以及插裝閥401和插裝閥405所在油路的連通狀態，以實現換向)。此時，油源1101的液壓油通過二通插裝閥402進入液壓缸101的有杆腔，液壓缸102的有杆腔的回油通過二通插裝閥404與回油路相連。第七步:調節電比例溢流閥1101.1的設定壓力，逐漸調高其壓力，使得液壓缸在液壓缸101有杆腔液壓力的作用下開始運動，其運動速度由進入液壓缸101有杆腔的流量決定。第八步:參照圖3將液壓缸試驗負載壓力(由壓力傳感器1102.2測出)和加載力(參照圖1，由力傳感器2測出)數據輸入數據處理系統13，經過數據處理(例如液壓缸負載效率可表示為:計算加載力與試驗負載壓力和所在液壓缸容腔作用面積的乘積之比，即ε =[W/(P.A)] X 100%，式中，ε為液壓缸負載效率；Ρ為試驗負載壓力；Α為液壓缸的負載壓力容腔作用面積)和曲線繪製即可得到液壓缸102的負載效率曲線，同理，通過改變液壓油的流動方向，可得到另一個液壓缸的負載效率曲線。圖3中的14為信號/數據輸入輸出終端。通過根據本發明的系統及方法，實現了一次安裝一組測試樣本(兩個被測液壓缸)，測得兩個液壓缸的負載效率，簡化了試驗操作步驟，提高了測試效率。雖然已經參考優選實施例對本發明進行了描述，但在不脫離本發明的範圍的情況下，可以對其進行各種改進並且可以用等效物替換其中的部件。本發明並不局限於文中公開的特定實施例，而是包括落入權利要求的範圍內的所有技術方案。
權利要求
1.一種用於測試液壓缸的控制閥塊系統，包括: 第一主油口和第二主油口，用於接受來自油源的液壓油； 液壓缸接口，用於連接液壓缸的有杆腔和無杆腔； 至少兩組功能換向閥，其中第一組功能換向閥連接到液壓缸的有杆腔，第二組功能換向閥連接到液壓缸的無杆腔，各組所述功能換向閥均包括兩個插裝閥單元，其中第一和第二插裝閥單元各自分別由一個二位三通換向閥控制其先導壓力，各所述插裝閥單元均包括兩個功能插裝閥； 至少兩組選擇換向閥，各組所述選擇換向閥均包括一個選擇插裝閥和一個液控單向閥，每組所述選擇換向閥由一個二位三通換向閥控制其先導壓力，並且每個所述選擇插裝閥的B腔與其所對應的第一插裝閥單元中的一個功能插裝閥的直接連接孔和第二插裝閥單元中的一個功能插裝閥的直接連接孔相連通； 設置在所述第一主油口和第二主油口所在的油路中的選擇單元，用來選擇壓力較高的油路作為控制油； 其中，所述二位三通換向閥的壓力口相互連通，並與所述選擇單元的出口相連，所述第一主油口分別連通到每個插裝閥單元中的一個插裝閥的工作腔，所述第二主油口連通到各組所述選擇換向閥中的所述液控單向閥的入口，所述第一主油口和所述第二主油口通過所述選擇單元連通到相互連通的所述二位三通換向閥。
2.根據權利要求1所述的系統，其特徵在於，同一個所述插裝閥單元中的兩個所述功能插裝閥的控制腔相互連接。
3.根據權利要求1 或2所述的系統，其特徵在於，同一組所述選擇換向閥中的所述選擇插裝閥和所述液控單向閥的控制腔相連。
4.根據權利要求1到3中任一項所述的系統，其特徵在於，還包括設置在油路上的測溫接口和測壓接口。
5.根據權利要求1到4中任一項所述的系統，其特徵在於，所述二位三通換向閥的出油一路與其所控制的所述功能插裝閥或所述選擇插裝閥的控制腔，或者其所控制的所述液控單向閥的控制腔相連，另一路與控制油回油路相連。
6.根據權利要求1到5中任一項所述的系統，其特徵在於，通過所述液壓缸接口連接到所述系統的液壓缸通過能夠測量力的第一傳感器對頂連接。
7.根據權利要求1到6中任一項所述的系統，其特徵在於，所述選擇單元包括兩個出口相互連通並各自位於一個主油口的油路中的主油口單向閥，或者包括梭閥。
8.根據權利要求1到7中任一項所述的系統，其特徵在於，還包括液壓缸測試負載調節閥，所述液壓缸測試負載調節閥包括調節插裝閥、溢流閥插芯和電比例溢流閥插芯。
9.根據權利要求6所述的系統，其特徵在於，還包括能夠測量液壓缸的負載壓力的第二傳感器和用來接收並處理所述第一和第二傳感器的測量結果的數據處理裝置。
10.通過根據權利要求1到9中任一項所述的系統測試液壓缸的方法，包括: 第一步:在初始狀態下，使得控制選擇換向閥的先導壓力的二位三通電磁換向閥的電磁鐵得電，使得控制功能換向閥的先導壓力的二位三通電磁換向閥的電磁鐵失電； 第二步:啟動第一油源和第二油源； 第三步:使控制選擇換向閥的先導壓力的二位三通電磁換向閥中的一個的電磁鐵失電，打開一組與其相應的選擇換向閥，使一個油源的液壓油進入兩液壓缸的兩無杆腔或兩有杆腔； 第四步:控制輸入電流的大小，使輸入電流為設定加載壓力值； 第五步:使控制功能換向閥的先導壓力的二位三通電磁換向閥中的一個的電磁鐵得電，使其所對應的兩個功能插裝閥的壓力控制腔洩壓，功能換向閥中的這兩個功能插裝閥所在油路處在連通狀態，使得液壓油通過其中的一個功能插裝閥進入其中一個液壓缸的有杆腔，另一個液壓缸的有杆腔的回油通過其中的另一個功能插裝閥與回油路相連； 第六步:逐漸調高壓力，使得液壓缸在有杆腔液壓力的作用下開始運動，其運動速度通過進入液壓缸有杆腔的流量來決定； 第七步:通過傳感 器測量數據，並將結果傳輸給數據處理裝置進行處理。
全文摘要
本發明提出了一種用於測試液壓缸的控制閥塊系統，屬於機械液壓領域。該系統包括第一主油口和第二主油口，用於接受來自油源的液壓油；液壓缸接口，用於連接液壓缸的有杆腔和無杆腔；至少兩組功能換向閥；至少兩組選擇換向閥；選擇單元，其中，二位三通換向閥的壓力口相互連通，並與選擇單元的出口相連，第一主油口分別連通到每個插裝閥單元中的一個插裝閥的工作腔，第二主油口連通到各選擇換向閥中的液控單向閥的入口，第一主油口和第二主油口通過選擇單元連通到相互連通的二位三通換向閥。本發明還提出了一種方法。根據本發明的系統及方法，只需一次安裝，同時測量兩個液壓缸，避免了獨立的溢流加載裝置，從而提高了效率，降低了成本。
文檔編號F15B13/04GK103148042SQ20131008601
公開日2013年6月12日 申請日期2013年3月18日 優先權日2013年3月18日
發明者劉飛香, 程永亮, 鄭大橋, 廖金軍, 李之雄, 左佳玉, 郝蔚祺, 王文標 申請人:中國鐵建重工集團有限公司