液壓缸密封件試驗液壓控制系統設計分析

鐘祥軍

摘 要：對試驗液壓控制系統的設計，主要是針對液壓缸的測試要求，以及主要測試項目，對桿密封以及活塞密封的性能進行測試更加便捷有效。對此，本試驗將采取脈沖壓力以及穩壓運行兩種模式，并利用對閉環的速度和溫度控制的相關原理，對其進行精準的操控，以期達到為液壓缸密封件進行測驗提供試驗支持的目的。

關鍵詞：液壓缸;密封件試驗;液壓控制系統

中圖分類號：TH137.51;TP273 文獻標識碼：A

0 前言

近年來，我國在液壓控制系統中已經取得了較大的探索成就，液壓機在工作中利用高壓液體帶來的能量，對各種機械能夠進行有效的控制。液壓缸在液壓系統中，是作為動力傳遞元件而存在的，液壓缸是否出現故障，直接關系到了液壓系統能否正常工作，以及在工作過程中是否安全，液壓缸中的密封件如果失效，其工作效率就會受到影響，所以對其性能進行試驗，是一項十分重要的工作。

1 液壓缸密封件試驗概述

1.1 液壓缸密封件的試驗目的

液壓缸密封件試驗的主要目的，在于在一些動態或者靜態條件下的密封件，對其耐磨性、摩擦力、泄漏率以及抗擠出性能等進行測試[1]，讓密封件在不同環境下的性能進行直接地反映，在測試中也需要對密封件的實際使用情況進行還原與模擬。對液壓系統的設計要考慮到對試驗要求的壓力、溫度與速度的控制，同時也要能夠對密封件的密封性能進行測量，也要保證能一定速度下，對密封件的摩擦力大小進行測量。

1.2 液壓缸密封件的試驗要求

液壓缸密封件有五項基本要求，具體要求內容如下：

第一點：在壓力范圍為0 MPa～40 MPa的時候，可以在靜態以及動態的條件下，對密封件進行靜態測試以及動態測試。在動態測試時，可以沖擊密封件，沖擊壓力的飛升速率，必須要達到200 000 psi/s。

第二點：密封件需要在地面上連續運動

500 000 m，并且中間沒有停機，在進行密封件的動態測試時，其速度以及行程都能夠調節[2]。

第三點：密封件在動態條件下，要能夠對其摩擦力大小、泄漏量，進行測量，也要保證一定的測量方便程度，測量精度也要達到較高的標準。

第四點：測試油溫需要保持在一定的恒定溫度，控制精度要保證在該恒定溫度的上下2℃左右，以免對試驗結果的準確性造成影響。

第五點：機構要方便測試人員對密封件以及相關配件進行更換，同時也要能夠對不同規格的密封件進行測試。

2 液壓缸密封件的試驗項目

密封件試驗項目主要有三項，分別是對密封性能、摩擦力、耐久性進行試驗，三項試驗具體內容如下：

第一項，密封性能試驗：要對活塞密封以及桿密封，在動態試驗以及靜態試驗中，其泄漏情況進行檢測。

第二項，摩擦力試驗：在保持其他的條件不變的前提下，對密封件的摩擦力與速度、壓力之間的相關關系進行測量與計算，與此同時，還要對密封件的摩擦力在長時間運作下的變化，進行測量與記錄。

第三項，耐久性試驗：將溫度控制在70℃，誤差不能超過上下2℃，液壓缸每循環1 000次之后將壓力保持在3 000 psi，時間長度為1.4 h。保持這個過程，液壓缸循環38.88 h，靜止時長9.8 h，共計48.68 h[3]。

3 液壓缸密封件試驗液壓控制系統設計分析

3.1 速度控制

速度對密封件的摩擦力以及泄漏量來說，都有著較大的影響，并且這三者之間的關系也是對密封件性能的主要研究項目之一，所以要對速度進行穩定控制，以及無極調節。該試驗系統了用了聲波回波測距原理，能夠對傳感器和目標物之間的距離進行測量，并將數據發送到計算機，計算機可以對相關數據進行計算，并來求出驅動油缸活塞桿的運動速度，并與要求速度進行對比，經過數字PID的調節，通過調節換向閥流量來控制速度。閉環速度控制系統由計算機、超聲波位移傳感器、比例換向閥三者共同構成，整體流程見圖1。

3.2 壓力控制

液壓缸密封件測試分為脈沖壓力運行模式與穩壓運行模式。在脈沖壓力運行模式下，密封件需要一直承受高壓與低壓之間的變化沖擊，通過對電磁閥的切換，進行壓力沖擊，能夠讓沖擊壓力的飛升速率，有效地達到每秒200 000 psi。

在穩壓運行模式下，密封件要保持承受某種恒定的壓力，具體如圖2所示，壓力傳感器的信號能夠反饋給計算機，并通過數字PID進行調節，具體控制方式與速度控制中的系統控制方式相同。

3.3 溫度控制

溫度能夠對密封件的摩擦力大小以及密封性能造成較大的影響，嚴格對測試油溫的范圍進行控制，這就需要將其他測試條件保持一致。對油箱進行加熱，當油液經過管路的時候部分熱量會散發掉，但是密封件在不斷地摩擦中也有新的熱量產生，這就讓油箱中的油液溫度與測試缸中的油液溫度，產生大約正負5℃的差值。為了讓差值控制在正負2℃，當溫度測量產生變化的時候，計算機可以控制調壓模塊，讓加熱器的輸出功率降低，從而使得油溫精準的達到測試油溫的標準。如果油溫下降，那么可以開啟加熱器，對油液進行加熱，使得油溫能夠恢復到標準測試溫度。閉環溫度控制系統與速度、壓力控制系統差距較大，具體流程見圖3。

3.4 泄漏檢測方法

密封件的泄漏量很小，同時流量計的泄漏也會影響測量的精度，現階段我國多數使用的是兩倍測量法來檢測內泄漏，這正是因為這種方式原理簡單，設備易得，這就使得其適用范圍較廣，但同時也存在著精度低，效率低等缺點。本試驗采用的是電子天平稱取量杯質量的方式，利用不同的量杯收集測試缸兩端的油液，對側漏質量用電子天平進行測量，并將測量數據輸入計算機進行計算。這種方式的測量精度較高，并且能夠實現較高的自動化程度，利用計算機對電子天平的測量數據進行自動計算與檢測。

4 結論

綜上所述，本試驗中設計的液壓缸密封件試驗系統，能夠對桿密封以及活塞密封的密封件進行性能測試，并且試驗過程較為方便，效率較高。與此同時，該系統還能夠滿足密封件測試對三要素——壓力、溫度、速度的標準要求，為密封件試驗提供方法支持。

參考文獻：

[1]張富喜，王俊耀.用于液壓缸密封件的密封性能分析[J].流體傳動與控制，2004（02）：52-53.

[2]繆正成，邢科禮，楊孟林.液壓缸密封件試驗液壓控制系統設計[J].計量與測試技術，2016，43（11）：44-46+48.

[3]繆正成，楊孟林，邢科禮.基于LabVIEW的液壓缸密封件泄漏試驗測試系統設計[J].計量與測試技術，2016，43（12）：12-14+16.