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工程机械液压多路阀试验台设计开发

作时间:2019-10-09  来源:  编辑:
   
摘要: 工程机械多路阀试验台用于挖掘机、装载机、叉车等液压多路阀性能检测试验。设计并制造了多路阀性能测试试验台,主要设计了液压系统、电控系统与数据采集系统。试验台测试项目与技术参数都达到了国内同类产品先进水平。
0 前言
工程机械多路阀试验台主要用于工程机械中挖掘机、装载机、叉车等机械的液压多路阀性能检测试验,可试验多种规格系列的多路阀。由某企业为某大学设计并制造的工程机械液压系统液压多路阀性能测试试验台,用于液压元件的性能试验,并满足工程机械多路阀的研究开发测试要求。试验台采用整体式结构,外观更美观大方,操作更安全方便,减少尘埃污染,降低噪声,减少占地面积。试验台主要由液压主泵站、过滤循环温控系统、整体试验台架、漏油回收系统、数据采集显示系统和电器控制系统组成。按国家或液压行业颁布的非常新试验标准中型式试验的要求进行多路阀检测试验。
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1 试验台的性能参数与试验项目
系统非常大工作压力 42 MPa; 流量计非常大测试范围 600 L/min; 总驱动功率 120 kW (30 kW+30 kW+30 kW+ 辅助系统),主电机变频调速; 动力站主油箱容积 2 000 L; 试验台液压系统工作液采用 46 号抗磨液压油; 液压系统油温自动控制,可控制在 (50±2)℃; 输入电压为三相交流 AC 380 V,电流 500 A,控制电路电压 DC 24 V; 工作液清洁度等级按 NAS8 设计,油液过滤精度非常小 5 μm; 试验台测试仪器精度(A 级): 压力传感器精度±0. 3%fs; 流量传感器精度±0. 5%R; 温度传感器精度±2. 0 ℃。试验台可完成液压多路阀出厂性能试验项目,主要有: 内泄漏测试; 压力损失测试; 安全阀性能试验; 补油阀开启压力试验; 过载阀、补油阀泄漏量试验; 流量特性测试; 响应特性、阀芯特性及控制滞环测试; 阀杆位移测试; 阀杆先导压力测试; 微动特性试验; 背压试验; 稳态试验; 瞬态试验; 动作复合测试。
2 试验台的液压系统设计
(1) 液压主泵站
液压主泵站系统如图 2 所示,主要由油盘底架、主油箱 (2 000 L)、3 台油泵电机组、滤油器、测试控制阀组、流量压力检测仪等组成。
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油泵电机组分别为: 两台高压电机泵组 5. 1 和5. 2,电机功率为 30 kW,油泵排量 28 mL/r,提供测试时的高压油源,可分开供油 (适用于有两个进油口的多路阀),也可合流供油 (提供高压大流量);一台大流量电机泵组 6,电机功率为 30 kW,油泵排量 160 mL/r,用于测试低压大流量的情况。多路阀有很多种,有的很复杂。特别是挖机的多路阀,要实现多种功能,有的有两个 P 口。为了测试复杂多路阀,用两个高压加载泵 5. 1 和 5. 2 来提供液压油。3 个泵的油都是从吸油过滤器 13 流出,这是个侧面安装的过滤器,带有发讯器,当过滤器堵住,通过发讯器报警,预防泵吸空毁坏。3 个泵的出口处都装有管式单向阀,可预防负载突然过大而憋坏泵。有的大流量测试不需要高压,因此加一个低压大流量的泵 6。3 台 30 kW 的电机带动 3 个为多路阀供油的泵。为了使多路阀油源压力可控,在泵出口加溢流阀 3 和4,而为了能够远程调控压力,用远程控制阀控制主安全阀的开启压力。在单向阀和安全阀之间装压力传感器,引到多路阀 P 口的油也从这之间引出。由于有一个测试项目需要使多路阀进口压力时间上升下降,因此一个安全阀用电磁溢流阀 4。
(2) 先导控制
先导控制油路如图 3 所示,一台控油电机泵组用于提供测试时的先导控制油。电机功率为 2. 2 kW,额定转速 1 450 r/min,对应油泵流量 12 L/min。
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先导手柄用来模拟装载机操作手柄功能。操作手柄输出的先导油压力快速上升,用于某些需要快速升压的测试项目。比例减压阀输出的先导油压力增加缓慢,可以测试先导油缓慢上升的相关参数变化。
(3) 负载模拟
多路阀工作油口的负载模拟,用一个由插装式单向阀 1 组成的液压桥路来实现,如图 4 所示。桥路装一个比例溢流阀 2 加载,实现工况模拟。加载阀后面装流量计以测量流过每一联的实际流量。
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当油从 A 进入时,经过 1. 1,然后到加载阀 2,加载阀溢流出来的油从单向阀 1. 4 去到 B 口; 当油从B口进入,经过单向阀 1. 3,然后到加载阀 2 后,再从单向阀 1. 2 到 A 口。
(4) 过滤温控系统及喷淋防锈系统过滤温控系统及喷淋防锈系统如图 5 所示。
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温控系统可由安装在主油箱内的温度传感器通过PLC 程序实现自动冷却/加热,试验台的温控系统可分为自动和手动两种模式。系统默认的自动加热温度为 10 ℃,自动冷却的温度为 55 ℃ (客户可根据需要自己调整控制温度)。
液压站主油箱由强力磁铁 + 喷淋系统组成油箱的内部防锈功能,其中喷淋系统起到了举足轻重的作用。喷淋是引用循环泵的油液对油箱内表面喷洒油雾状的油液,喷淋油压即为循环泵开启时管路过滤器的背压。每天喷淋 1 min 可起到有效的防锈作用。喷淋时,先打开控制喷淋的球阀,然后打开循环泵即可。
(5) 漏油回收系统
漏油回收系统如图 6 所示,主要用于: 收集测试过程中换管漏下试验台的油,小集油箱装有液位继电器和电磁水阀,当油液满到一定程度液位继电器给信号到 PLC,控制电磁水阀开启并启动抽油电机自动抽油; 当大油箱需要放油,可打开相应球阀用抽油电机抽油到外面; 当大油箱需要加油,可打开相应球阀往油箱加油。
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3 试验台电气控制及数据系统设计
试验台电气控制及数据系统如图 7 所示。
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系统各组成部分描述如下。
(1) 中央操作控制台
控制系统采用西门子 PLC。控制电压采用 DC 24 V,保证安全性。压力、流量、转速、比例电流数显表显示。所有控制都在中央操作控制台完成。有手动自动功能: 在手动模式下,通过操作台的按钮和电位器或手柄即可完成所有测试项目; 自动模式下,在采集柜CAT App里面设定好参数,即可完成自动加载和自动采集。有各类高压保护、回油堵塞保护、电机超载保护、液位保护、流量计保护等,当出现报警时,进行相应保护动作,并且报警灯闪耀、在 CAT 界面中显示报警内容,提示操作人员如何处理。
(2) CAT 计算机采集 (标准计算机机柜)采用研华工控计算机。采集卡采用美国 NI 企业的采集卡。试验台计算机辅助试验 (简称液压 CAT)系统为该企业采用美国国家仪器企业的 LabVIEW App开发的采集App,具有自己的常识产权,界面美观,功能强大。液压计算机辅助试验 CAT 系统能完成压力、流量、泄漏量、油温、液位等参数的自动采集 (测试); 根据测试项目进行数据处理、存储与备份,并由计算机自动生成相应试验曲线及试验报告;并能将数据、曲线及试验报告及时保存和打印输出。试验报告由计算机自动生成。测试系统预留与生产管理系统接口,待生产管理系统建设完成后能将试验数据与结果上传并接收生产管理系统下传的试验计划与安排。计算机测试系统具备数据库管理功能,操作界面友好,报表具有组态功能。测试系统自动生成试验元件编号。
(3) 防电磁干扰措施
在数据采集器机内选用工业级高可靠抗干扰稳压电源,工频交流电经过变压、整流、滤波、稳压后得到系统所需的各档电压。并通过增加滤波级数、加大滤波电容等方式消除来自电网的传导噪声和因滤波不佳引起的纹波噪声,具有稳压精度高、抗干扰性能强等特点。有较高的共模抑制比及串模抑制比,能在较宽频率范围抑制干扰。
计算机采用研华工业机箱,其配电源为研华工业级电源。开关电源采用明纬工业开关电源,并且传感器和线圈电感性 (如电磁阀) 电源为不同电源。模拟量采集信号经过隔离变送器,对频响要求高的信号采用高速隔离器。所有控制全部通过西门子 PLC 完成,由上位机给 PLC 指令,由 PLC 完成指令动作,这个是此控制系统的特点。PLC 为能适用强电磁干扰的成熟产品。传感器选择 4~20 mA 信号,电流信号抗干扰能力强。信号线选择双绞屏蔽线,信号线所走线槽采用镀锌线槽,线槽外壳接地。强电线槽和弱电线槽分开。对采集要求较高的场合,如伺服阀动态试验需要做伯德图片,会根据需要改为软启动,用比例变量泵调节流量,减少变频器对信号的干扰。控制电源和动力电源分开,减少电机电流、电压波动对控制采集电源的干扰。动力电源地和控制电源地分开,单好接地。
4 试验台测试项目举例: 多路阀压力损失测试
阀 P 口接试验台 P2 口,阀 T 口接试验台 T1 口,A 口接试验台负载模拟油路 A1 口,B 口接试验台负载模拟油路 B1 口,其他暂时不测试的回路用螺堵堵死; 开启大流量合流球阀,拧紧操作台的 “P3 压力调节”和 “P2 压力调节”手柄。点击计算机桌面上的 “多路阀测试系统”图标,进入测试界面。选择 “流量压差”,即可采集压力损失随流量变化的曲线。点击 “生成报告”,可得流量压差曲线,如图 8 所示。
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5 结束语
此试验台通过了该大学组织的省级专家评审验收,得到了专家组的高度认可。通过此试验台的设计开发,提升了设计团队的水平,积累了更多宝贵的经验。尤其是与该大学的老师、研究生、试验引导员一起做实验,把教学理论与实践设计相结合,使以后的试验台设计具有更强理论引导性且实用性更强。
 
 
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