新型風機風量調整電液伺服缸試驗裝置設計

王志博，蘇東海，賈永帥，葛憲順，李順新

（沈陽工業大學 機械工程學院，沈陽110870）

0 引 言

引風機是火電廠重要的輔助設備之一，由于其處于長時間連續工作狀態和惡劣的工作環境中，所以故障率比較高，而引風機風量調節機構有一部分就是利用液壓伺服系統來完成的[1-2]，因此作為執行元件的伺服液壓缸的性能直接影響引風機能否正常工作和工作的可靠性。利用風機風量調整液壓缸試驗裝置對液壓缸進行各種性能測試，對液壓缸出廠及修復具有重要意義[3]。原有風機風量調整試驗裝置存在一些缺陷和不足，無法充分滿足試驗要求?，F研制了一種新型風機風量調整電液伺服缸試驗裝置，能夠更好地滿足試驗要求。

1 原有風機風量調整電液伺服缸試驗裝置

原有風機風量調整電液伺服缸試驗裝置結構如圖1所示。該試驗裝置為兩液壓缸對地面相對靜止的液壓缸對頂試驗臺。電液伺服缸活塞受伺服閥控制產生動作，兩活塞通過法蘭連接，并由加載缸提供加載力。試驗缸通過旋轉接頭配油，加載缸則直接配油[4]。性能都會與靜止情況不同。原有電液伺服缸試驗裝置中，試驗缸相對地面靜止，無法準確模擬實際工況，使原有試驗裝置測試數據不夠準確。

圖1 現有試驗裝置機械結構

在風機的實際應用中，會根據不同工況采用不同規格的風機，而不同規格的風機中電液伺服缸規格也有所不同。原有電液伺服缸試驗裝置無法滿足對多種型號的試驗缸進行測試，每增加一種型號的試驗缸就需要增加一套試驗裝置，設計生產成本較高，不利于系列產品開發。

2 新型風機風量調整電液伺服缸試驗裝置優點

該新型高速旋轉試驗裝置能夠模擬伺服液壓缸在風機風量調節過程中的實際工況，這就使檢測結果更加接近實際，可參考性更高，對壓力損失、泄漏量、電液伺服液壓缸動態性能等參數的測量更準確，可為產品出廠及維修提供指導。

并且該試驗裝置可以滿足多種型號試驗缸的試驗需求，無需更換安裝法蘭和加載缸，直接更換試驗缸即可，使系列產品試驗更加便捷，降低了試驗設備開發成本，有利于系列產品的研制。

3 試驗裝置結構設計

圖2 新型試驗臺機械結構

風機風量調整電液伺服缸試驗裝置的機械結構組成如圖2所示。1.位移傳感器 2.試驗缸 3.試驗缸連接板 4.試驗缸桿接頭 5. 試驗缸連接法蘭 6. 加載缸連接法蘭7.加載缸 8.試驗缸位移傳感器 9.試驗臺架

伺服液壓缸在實際工況中跟隨風機葉片進行1500 r/min 高速旋轉，在高速旋轉情況下電液伺服缸的壓力損失、泄漏量、動態

該試驗臺是由動力源部分1、加載缸部分2、試驗缸部分3和連接部分4組成。

3.1 動力源部分

動力源部分主要由電動機與帶輪組成。為實現模擬風機高速旋轉，電動機通過帶傳動為系統提供轉動力，試驗缸、加載缸、配油軸、兩缸外殼及連接部分都同步高速旋轉，整個旋轉部分由兩個軸承座支撐。整個旋轉部分以1500 r/min高速旋轉，達到模擬風機高速旋轉工況的目的。

3.2 加載缸部分

加載缸部分如圖3所示。

圖3 加載缸部分結構

因為整個系統在試驗時處于高速旋轉狀態，為解決系統供油問題，使用旋轉接頭與配油軸為加載缸配油。此外，配油軸軸身有多段定位軸肩并鑲有傳動鍵，兼具為加載缸配油功能與傳動功能。配油軸通過端部與加載缸螺紋連接帶動加載缸軸向旋轉，同時通過傳動鍵和加載缸外殼為試驗部分提供轉矩。旋轉接頭除供油回油口外，還開有泄漏油口，可通過泄漏油口測量加載系統的泄漏量。旋轉接頭工作時要求外套固定內芯旋轉，使用旋轉接頭支架作為輔助支撐，固定旋轉接頭外套。

為防止可能出現的懸臂情況，經過計算校核，使用圓錐滾子軸承座支撐加載缸部分，提高了裝置主軸的剛度，并且將軸承座設計為分體式結構，方便安裝。

3.3 試驗缸部分

試驗缸部分如圖4所示。

與加載部分不同，因為轉動力由加載部分提供，所以試驗缸部分采用旋轉接頭直接與試驗缸相連供油。試驗缸旋轉接頭支架和角接觸球軸承軸承座與加載部分相同，分別起到固定旋轉接頭外套和支撐試驗缸部分提高結構強度的作用。

圖4 試驗缸部分結構

在試驗部分的旋轉接頭端部添加位移傳感器，通過檢測試驗缸活塞距離反饋給電液伺服閥，形成閉環控制。泵站上電液伺服閥與試驗缸旋轉接頭連接，由上位機傳遞動作信號控制試驗缸活塞軸向動作。

3.4 連接部分

兩缸分別與法蘭盤、外殼、鐘罩螺紋連接，使兩缸體達到同步轉動。同樣兩缸活塞桿也通過法蘭螺紋連接在一起。因為兩缸活塞桿與缸體之間存在足夠大的摩擦力，所以兩缸活塞桿也能達到與缸體同步轉動的目的。由加載缸外殼傳遞的轉矩通過加載缸法蘭、連接鐘罩、試驗缸法蘭傳遞到試驗缸，從而保證試驗部分能與加載部分同步旋轉。

因為實際風機產品中有規格不同的幾種試驗缸，為保證試驗裝置可對不同規格試驗缸進行測試，在試驗缸法蘭和試驗缸活塞桿法蘭在安裝位置開多排螺紋安裝孔，更換試驗缸時只需要拆卸法蘭上試驗缸的安裝螺栓即可，無需拆卸其他元件，使試驗缸更換更便捷。

4 試驗裝置液壓系統設計

風機風量調整電液伺服缸試驗裝置的液壓原理圖如圖5所示。其液壓系統由試驗缸系統、加載缸系統組成。

圖5 液壓原理圖

1）試驗缸系統由兩個定量葉片泵、電液伺服閥、試驗缸，以及一系列控制閥和傳感器組成。采用雙泵供油，兩個不同流量泵分別為不同規格試驗缸供油，從而減小整個系統功率。電液伺服閥根據位移傳感器反饋的數據進行換向等操作，實現液壓缸活塞軸向移動。

2）加載系統由定量葉片泵、多個先導式溢流閥和單向閥組成。加載系統采用橋式回路，加載缸兩腔壓力直接通過調節其中兩個溢流閥的壓力調定，再根據加載缸有效面積換算出需要的加載力；為避免補油腔補油不足，在加載系統中加入了一個補油泵，配合小功率的電動機實現強制補油[5]。

3）在試驗缸系統泵出口、加載系統加載缸進出口都裝有壓力傳感器、流量傳感器，試驗缸裝有位移傳感器，油箱上裝有溫度傳感器，采集卡通過采集這些傳感器的信號，將試驗數據顯示在顯示器上，方便操作人員實時觀測試驗數據。

5 計算機控制系統

計算機控制系統如圖6所示。

圖6 計算機控制系統

計算機控制采集系統由溫度傳感器、壓力傳感器、流量傳感器、位移傳感器、數據采集卡、計算機、PLC 等 組成。計算機主要完成數據處理、分析、計算、存儲和打印等任務[6]。計算機計算和分析后的數據、繪制的試驗曲線通過顯示器顯示。試驗臺采用數據采集卡作為數據采集的主要單元，數據采集卡性能穩定，數據處理速度快，采樣速率高，抗干擾性好。采集卡將從各個傳感器采集到的數據傳輸到計算機進行計算，再利用PLC完成電氣控制系統開關量的采集，通過RS485轉RS232完成與上位機通信。

6 結 論

該新型試驗裝置改進了試驗臺機械結構，彌補了原有試驗臺的不足，使試驗更接近實際工況，通用性更好，操作更便捷。液壓系統中采用橋式回路，方便加載缸的壓力調劑與補油，采用雙泵供油有效減小系統功率，起到節能作用。該新型試驗裝置可以對風機風量調整高速電液伺服缸進行靜態測試和動態測試，因為試驗裝置更接近實際工控，測試參數更加具有參考性，可為產品出廠與維修提供指導。