多路閥型式試驗臺的設計與開發*

程三紅，徐云奎，許敏影，陳 寅，袁曉鵬

(1.浙江華昌液壓機械有限公司，浙江臨安311305;2.浙江省機電設計研究院有限公司，浙江杭州310000)

0 引言

多路閥作為工程機械液壓系統的核心元件，對整機的控制性能、可靠性及使用壽命均有著重要的影響，如何對多路閥的各種性能及質量參數進行準確而綜合地考核，對多路閥的研制、國產化技術水平的提高均有著重要的意義［1］。目前，國內針對多路閥試驗系統主要用于出廠檢驗，未涉及型式試驗的所有項目，造成對多路閥相關特性研究深度不夠深入。

因此，本研究針對目前國內對多路閥測試的相關標準:液壓多路換向閥技術條件(JB/T8729.1 -1998)［2］、液壓多路換向閥試驗方法(JB/T8729.2 -1998)［3］，設計出以叉車用多路閥型式試驗為主的綜合試驗臺，為液壓行業提供液壓元件產品檢測服務。

1 測試平臺組成與試驗內容

缸、閥、泵試驗臺總體布置圖如圖1所示，該測試平臺在結構上分為油源、系統、臺架以及計算機控制4 部分。

圖1 缸、閥、泵試驗臺總體布置圖

該試驗臺的測試對象除多路換向閥外，兼顧其他手動換向閥、電磁換向閥、溢流閥、節流閥、調速閥、分流閥等;試驗項目主要包括:滑閥機能、壓力損失、內泄漏、工作范圍、動態性能、啟閉特性、壓力穩定性、流量穩定性等［4-6］。與國家測試標準要求設計的測試回路相比較，該企業試驗臺增設了耐久性試驗、微動特性檢測、單穩閥穩態性能檢測等測試機構，為該行業檢測提供更為全面的新產品型式試驗方法。同時，針對傳統內泄漏測量采用量杯人為讀數法易造成較大誤差的現象，本研究提出了采用稱重法測量較小泄漏量的全新設計方法，使測試結果更接近測試元件的真實值。

2 型式試驗回路系統設計

油源部分分為主泵、輔泵與控制油源泵，其中，主泵中增設小排量高壓泵，主要用于多路閥檢測中的自鎖閥芯內泄漏、單向閥泄漏以及瞬態試驗等;做高溫試驗時為方便調整油箱內油液深淺，以及換油清洗工作，泵站增設兩個油箱將吸油與回油分開。臺架由液壓閥、液壓油缸、液壓泵以及液壓馬達4 類組成，其中，本研究主要對液壓閥試驗臺架部分進行介紹。

該測試系統的主要技術參數為:主系統最高工作壓力35 MPa，最大設計流量250 L/min，耐壓試驗壓力最高為25 MPa。液壓系統原理圖如圖2所示。多路閥型式試驗臺系統回路由主測試系統與輔助系統兩部分組成。圖2 中間部分為多路閥主測試系統，包括加載單元、壓力、流量檢測單元;右部分為輔助測試系統，其中一部分為先導式多路閥等元件提供先導控制油，以及在瞬態試驗中提供階躍控制信號;另一部分為耐久試驗提供控制壓力，高溫試驗中提供高溫油液，以及保證小油箱內液位高度不超過設定的上限，以此來保證整個主測試系統的正常供油。

圖2 液壓系統原理圖

3 型式試驗特色功能介紹

綜合國內已有多路閥的出廠試驗系統優化設計方案，通過在油路快速切換環節增設雙向加載單元或液控單向閥組實現油路切換［7-9］，可有效避免頻繁換接閥口測試油管。與傳統液壓元件出廠測試系統的功能相比，在集成原有設計基礎上，該試驗臺增加了對液壓閥的耐久性、微動特性以及瞬態試驗的檢測。其中，瞬態試驗要求階躍加載閥能夠快速動作，在被試閥口處產生滿足瞬態條件的壓力梯度，通過壓力傳感器、記錄儀記錄被試閥8 進口處的壓力變化過程。而微動特性試驗由3 項試驗項目組成:P→T 壓力微動特性、P→A(B)流量微動特性、A(B)→T 流量微動特性。測試期間將通過滑閥閥芯由中立位置緩慢移動到各換向位置，測出隨行程變化所測油口的壓力與流量的相應值［10-11］。筆者在多路閥泄漏量測試中采用稱重測量法檢測泄漏量;在油缸內泄漏測試環節采用微脈沖式位移傳感器監測活塞微小位移量，通過數據采集與程序計算得出油缸內泄漏量，輸出數據并保存，完善了對液壓元件特性參數的全面檢測與認證。

3.1 稱重測量法

多路換向閥內泄漏測試裝置如圖3所示，該裝置采用單點式稱重傳感器，具有過載保護設置，且可進行角差修正，防護等級達到IP66。當被試閥8 的滑閥閥芯處于中立位置時，A、B 油口進油，溢流閥加壓至公稱壓力，除T 油口外其余油口堵住，由T 口測量泄漏量，通過稱重傳感器將泄漏油液的重量轉換成電信號，再轉換成內泄漏量，顯示在工控顯示器上。檢測過程不存在人為操作，改善了傳統內泄漏測量采用量杯人為讀數帶來的不必要誤差。

圖3 多路換向閥內泄漏測試裝置

3.2 耐久試驗

該試驗臺采用輔助系統中的高壓葉片泵為控制回路提供壓力油，同時該泵也可換接油缸操縱滑閥實現多路閥的耐久性測試。耐久性試驗臺架結構簡圖如圖4所示，該試驗通過調節被試多路閥的主安全閥壓力至公稱壓力，并使通過被試閥流量為試驗流量，將被試閥以20 次/min～40 次/min 的頻率連續換向。本研究記錄試驗過程中換向閥的換向次數與安全閥動作次數，并在達到壽命指標所規定的換向次數后，檢查被試閥主要零件是否完好無損。將油缸與被試閥之間連接拉壓力傳感器，進行換向閥操縱力試驗數據的采集。

圖4 多路換向閥耐久性試驗臺架

3.3 微動特性試驗

多路換向閥微動特性試驗臺如圖5所示，基于多路閥耐久性測試臺架，將油缸與被試閥之間安裝微調機構，便可進行微動特性試驗的操作。該微調機構可以以微小增量移動滑閥，其原理為通過輸入直線行程轉換成螺距，再將螺距轉換為直線行程作為輸出量，每次進程通過螺距控制可實現微小增量的輸出，油缸端部的位移傳感器可測量增量的大小，以此來實現緩慢移動滑閥閥芯的操縱工況，分別得出滑閥行程與壓力(流量)的微動特性曲線。其中，微動性位移通過主動油缸安裝的內置式微脈沖位移傳感器測量并顯示在工況計算機中，實現實驗數據的自動采集。

圖5 多路換向閥微動特性試驗臺

3.4 型式試驗臺的擴展單元

多路閥試驗臺設計工裝布局考慮到后期的擴展設備安裝，因此，其設計具有可擴展性，可實現對分流閥、換向閥、溢流閥、減壓閥的標準測試，該部分按實際需要將逐步完善。擴展單元中采用溢流閥來模擬負載，可實現負載壓力的連續調節，回油路增設3 個并聯且具有不同量程的流量計，計量不同測試閥的回油流量值。

4 結束語

該綜合測試臺設計實用可靠，且兼顧了設計成本與測試效率。試驗臺架的設計具有可擴展性，且試驗臺新增多路閥某些特殊性能的檢測，有助于對新開發研制的多路閥產品進行全面檢測認證;通過位移、力等傳感器的合理運用，改善了原有測試系統人為獲取試驗數據存在較大誤差這一現象，同時為自動化控制提供了良好的技術支持。

［1］曾定榮.多路閥綜合試驗臺系統設計及試驗研究［D］.杭州:浙江大學機械工程學院，2010.

［2］全國液壓氣動標準化技術委員會.JB/T8729.1-1998 液壓多路換向閥技術條件［S］.北京:中國標準出版社，1998.

［3］全國液壓氣動標準化技術委員會.JB/T8729.2-1998 液壓多路換向閥試驗方法［S］.北京:中國標準出版社，1998.

［4］張圣峰，徐 兵，劉 偉，等.LUDV 多路閥中節流閥的仿真分析［J］.機電工程，2011，28(9):1036-1039.

［5］張勤輝.液壓綜合實驗臺的研究與開發［J］.煤礦機械，2010，31(2):119-122.

［6］雷天覺.新編液壓工程手冊［M］.北京:北京理工大學出版社，1998.

［7］曾億山，李文新，夏永勝.液壓缸綜合性能檢測試驗臺液壓系統的研究開發［J］.煤礦機械，2008，29(8):97-99.

［8］張利斌，趙 強，姚繼英.裝藥設備液壓系統的維護方法［J］.兵工自動化，2013，32(1):48-51.

［9］陳建長，王福山，孟祥富，等.液壓多路換向閥試驗過程工作油口控制［J］.工程機械，2010，41(10):53-56.

［10］XU Bing，LIU Ying-jie，YANG Hua-yong.Simulation study of the novel valve arrangement used in hydraulic control system［C］//The Sixth International Fluid Power Conference，Dresden，Germany，2008，Workshop，Group B，2008:139-14.

［11］嚴繼東，張 鳳，牟吉平.多功能綜合液壓試驗臺的研制與開發［J］.流體傳動與控制，2005，10(3):16-18.