多通道伺服液壓加載設備設計

解泳軍

（中國航發哈爾濱東安發動機有限公司，黑龍江 哈爾濱 150066）

多通道伺服液壓加載設備是液壓動力源，輸出一定壓力、流量的液體動力，供零部件疲勞加載試驗用。整套設備應具有先進性、實用性、可靠性、設備結構緊湊，操作簡單，維護方便。在長時間運行中應保持流量、壓力穩定、脈動小、并且無干擾情況下任意組合油泵運行，可同時運行多個不同的壓力項目的試驗需求；具備遠程控制，自動監測運行中的設備狀態，故障顯示、故障報警、故障切斷等，安全保護性好。能夠用于零部件的單點及多點的電液伺服加載。

1 多通道伺服液壓加載設備

1.1 技術指標

設備的工作壓力21MPa，最高壓力為25MPa；總流量400 升/分；工作溫度范圍+5 ～+55℃；壓力連續調整；加載最大載荷300KN；油缸行程最大距離行程130mm；具有超溫報警、超壓自動卸荷、超低液位自動停泵，溫度超限自動停泵、單泵故障顯示并自動換泵等功能；工作介質為N46 抗磨液壓油。

1.2 總體結構

液壓加載設備由總泵站和四個子站組成，總泵站包括泵源、公用油箱、小循環冷卻系統、油路油管、集油器、電器控制柜及遠程控制盒組成。

1.3 總泵站工作原理

主油箱用隔板分成兩個區域(見圖1)，后半區域為出油區，前半區為回油區，四個泵組中每個泵組的吸油口用一個蝶閥控制其開閉。液壓油通過變量柱塞泵進入單泵控制閥塊，經過閥塊進入高壓油路。單組控制閥塊具有手動調壓、超壓卸荷、軟啟動以及測壓之功能，單組控制閥塊的溢流閥壓力應調到系統額定壓力以上。4 臺泵組的高壓油都匯集到高壓油管內，進入總控制閥塊，總控制閥塊具有遠程壓力控制之功能，總溢流閥上泄露油則通過裝在溢流油路上的流量計計量后返回油箱。高壓油通過高壓油濾、高壓球閥再到地溝管路，在地溝管路的終端有集油器，集油器向液壓子站提供系統額定壓力液壓油，液壓子站再向工作液壓系統提供不同壓力的油源。

工作液壓系統的回油通過子站進入回油集油器，再通過地溝管路上裝有回油流量計，主閥塊溢流閥泄油流量計和回油路流量計上均帶有流量變送器，通過遠程遙控柜上的小型觸摸屏操作者可以看到該兩處的實時流量值，通過壓力傳感器可以在遠程遙控柜上看到和調節系統實時壓力，伺服液壓泵具有小循環冷卻系統，當油溫超限時，小循環冷卻系統自動啟動，也可以停到工作主泵進行小循環冷卻，從而保證向油箱提供低溫清潔的液壓油。

1.4 子站工作原理及優點

從總站來的系統壓力經過二次過濾器到達集成塊后，根據子站的不同型號，分成不同高壓進入不同液壓缸，液壓缸的低壓回到集成塊后，匯總到回油進入系統回油管。

單個子站有一種壓力3 個通道；二種壓力3 個通道；三種壓力3 個通道的共3 種，根據試驗的不同要求可任意組合。由于子站的體積小、重量輕，而且底部帶有轱轆，移動方便。子站可消除加載過程的壓力脈動。

快換接頭用于配油塊與油源和加載系統的快速連接，同時，減少管路裝拆時泄漏，避免油液的不必要浪費；單向閥用于降低油源系統對加載通道的影響，通過與蓄能器的配合使用，降低加載系統的壓力脈動，同時，降低油源對加載系統的惡劣影響。插裝閥用于完全隔斷油源與加載系統的聯系，切斷油源對加載系統的供油途徑，保證在單通道加載系統停止工作時不影響其他通道的正常工作，同時，使該通道完成卸荷，保證使用安全。高精度濾油器用于對進入加載通道的油液進入過濾，避免污染物進入伺服閥，同時，在濾油器上安裝壓差傳感器，以實現對濾油器的污染監測，保證油液的清潔和及時更換濾芯。

圖1 總泵站原理圖

1.5 油箱

因為液壓系統連續工作在21MPa，所以油箱的有效容量應為：

式中：H 為總發熱量，千卡/時；τ1 為長期工作后之油溫，℃；τ2 為周圍空氣溫度，℃。

并且油箱的有效容量以不超過油箱總容量的2/3，根據油箱上蓋板上擺放的元器件，確定油箱尺寸為1500×1200×1200。材料為1Cr18Ni9Ti 不銹鋼，此材質不容易生銹，可以防止污染液壓油和防凝水，為了分離回油帶來的氣泡與贓物，吸油側設有隔板。

在油箱側壁安設與壁等高的油位指示計，以指示最高最低油位。為了感受到油溫，側壁還設有JM2021 型一體化溫度傳感器。為了清洗換油的方便，油箱的上端設有注油口，側壁有清洗口，底端設有放油口。油箱的頂部安裝了MPM416WK 型壓阻式液壓變送器，它把與液壓深度成正比的液體靜壓力，通過變送器轉換成電流（或電壓）信號輸出，從而建立遠程遙控盒可看到。頂部還安裝有LWGY30 型渦流流量計，流體流經傳感器殼體，由于葉輪的葉片與流向有一定的角度，流體的沖力使葉片具有轉動力矩，克服摩擦力矩和流體阻力之后葉片旋轉，在力矩平衡后，轉速穩定，在一定的條件下，轉速與流速成正比，由于葉片有導磁性，它處于信號檢測器（由永磁鋼和線圈組成）的磁場中，旋轉的葉片切割磁力線，周期性的改變著線圈的磁通量，從而使線圈兩端感應出電脈沖信號。

此信號經過放大器的放大整形，形成有一定幅度的連續德爾矩形脈沖波，可遠傳至顯示儀表，顯示出流體的瞬時流量成正比。為了消除氣泡，油箱的上端設有QUQ4-40×10 型空氣濾清器。

1.6 冷卻系統

由于大量的高壓油從溢流閥流出，會產生大量的熱而使溫度升高，油溫過高，將使泵的容積效率下降，所以采用回油加旁路小循環水冷卻系統，小循環冷卻泵采用內嚙合齒輪泵，冷卻器采用瑞士不銹鋼板式冷卻器，其散熱面積5.4m2。當油溫升到30℃時，打開冷卻系統的水閥，冷卻器開始工作，系統回油流經冷卻器熱交換后回油箱。當油溫達到設定上限值時，小循環冷卻泵自行啟動，將高溫從油箱底部抽出并與系統回油匯合經冷卻器后回油箱。

1.7 過濾系統

為了防止污染所有的液壓件，在高壓出油口，設有流通能力為630L/min，過濾精度為5u 的高壓油濾器。在冷卻后的回油管路上安裝一臺流通能力為630L/min，過濾精度為30u 的直回式回流過濾器進行一次過濾后流入油箱，可以防止污染油箱。油濾上裝有防油污染的CMS 型壓差指示器，當污染度超標后就報警。

1.8 管道

油箱采用對分式法蘭壓板連接，安裝方便，強度高，無泄漏，而且避免了電焊內部有焊渣而污染油。在油管路中，裝有壓力變送器，壓力信號可以直接傳到控制臺的計算機中，操作人員可以隨時檢測滑油的供給情況。

2 設備控制

多通道伺服液壓加載設備可就地控制也可遠程控制，遠程控制是通過S7-200 型可編程程序邏輯控制器控制各種設備從而實現自動控制。控制器轉入運行模式后，CPU 將執行用戶程序，用戶程序中包括位邏輯、計數器、定時器、復雜的數字運算以及與其他智能模塊通訊等指令內容，從而使它能夠監視現場的輸入狀態，根據控制邏輯去控制現場的輸出設備的狀態，以達到控制的目的。

3 結語

多通道伺服液壓加載設備操作方便靈活，可就地操作或遠程操作。設備可以實現軟啟動、軟卸荷、遙控可不卸荷啟動其它泵組、回路冷卻、循環過濾、抽油、加油以及消泡等功能。設備具有效率高、可靠性高、保養方便、經濟性好等特點。經零部件疲勞試驗驗證，該設備符合設計要求，達到了單、多通道伺服液壓加載的目的。