趙磊+趙峰

摘 要： 根據(jù)GB16897-2010《制動(dòng)軟管的結(jié)構(gòu)、性能要求及試驗(yàn)方法》、GBT26143-2010 《液壓管接頭試驗(yàn)方法》標(biāo)準(zhǔn)要求，設(shè)計(jì)一種滿足液壓管接頭、制動(dòng)軟管等液壓介質(zhì)輸送部件的循環(huán)壓力和耐候性試驗(yàn)各功能的測(cè)試系統(tǒng)，并詳細(xì)闡明了試驗(yàn)過(guò)程的各項(xiàng)要求。

關(guān)鍵詞： 液壓管；制動(dòng)管；試驗(yàn)；測(cè)試系統(tǒng)要求

中圖分類號(hào)： TH137.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-8153（2017）05-0107-04

隨著國(guó)內(nèi)汽車(chē)和機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展，越來(lái)越多用到自動(dòng)化設(shè)施設(shè)備，液壓系統(tǒng)在自動(dòng)化設(shè)備里面起到重要的作用，也是絕大多數(shù)自動(dòng)化設(shè)備都用到的重要一環(huán)。液壓管件、液壓管材在液壓系統(tǒng)里的作用尤為重要，其質(zhì)量和壽命關(guān)系到整個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)的成敗。GBT26143-2010詳細(xì)規(guī)定了液壓管接頭的試驗(yàn)方法和評(píng)價(jià)方法，為液壓管接頭的測(cè)試系統(tǒng)提出了指標(biāo)性的要求。該類測(cè)試系統(tǒng)在滿足液壓管接頭測(cè)試的同時(shí)，也能對(duì)管材進(jìn)行測(cè)試，其它實(shí)驗(yàn)條件滿足情況下的測(cè)試同樣適用。

1 試驗(yàn)要求

1.1 執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)

GBT26143-2010 《液壓管接頭 試驗(yàn)方法》

GB16897-2010《制動(dòng)軟管的結(jié)構(gòu)、性能要求及試驗(yàn)方法》

1.2 設(shè)備滿足的測(cè)試工藝流程

2 測(cè)試系統(tǒng)組成及主要參數(shù)

2.1 測(cè)試系統(tǒng)主要組成單元

設(shè)備采用模塊化設(shè)計(jì)，由液壓控制柜（含液壓動(dòng)力系統(tǒng)、介質(zhì)循環(huán)系統(tǒng)、脈沖壓力系統(tǒng)）、試件箱（集成控制柜）和操作控制系統(tǒng)組成。

2.2 測(cè)試系統(tǒng)主要參數(shù)要求

箱體溫控：-50 ℃→+150 ℃，一般液壓系統(tǒng)工作環(huán)境都可以滿足；控溫方式：PID控溫；采用制冷機(jī)組降溫，如果周邊環(huán)境條件狹窄，必要時(shí)可采取室外冷卻水塔降溫。加熱方式：翅片加熱器。開(kāi)門(mén)帶開(kāi)門(mén)報(bào)警停機(jī)功能。溫度波動(dòng)度：≤±1 ℃。溫度偏差：≤±2 ℃。升溫速度：≥4 ℃/min。降溫速度：≥1.2 ℃/min。

目標(biāo)溫度可程序設(shè)定目標(biāo)溫度，根據(jù)需求進(jìn)行復(fù)雜條件設(shè)定。

動(dòng)力液壓系統(tǒng)需要包括油泵、電機(jī)、液壓集成塊、電磁溢流閥、單向閥各單元，主泵采用葉片泵，系統(tǒng)最高壓力21MPa，連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)至少能超過(guò)3 000小時(shí)。

主泵產(chǎn)生動(dòng)力油源，驅(qū)動(dòng)增壓器的高壓端來(lái)控制低壓端輸出的壓力，主泵壓力不低于21 MPa ，流量不低于45L/min。

蓄能器壓力不低于25MPa，容積：10L。電磁溢流閥25 MPa，可調(diào)，額定流量：100L/min。單向閥32 MPa，可調(diào)，額定流量：100L/min。

3 試驗(yàn)基本要求及測(cè)試系統(tǒng)各部分所實(shí)現(xiàn)的功能

3.1 試驗(yàn)的基本要求

試驗(yàn)過(guò)程通過(guò)界面設(shè)定，由程序控制，試驗(yàn)結(jié)束或異常時(shí)自動(dòng)停機(jī)；

設(shè)備運(yùn)行前能預(yù)先設(shè)定試壓工藝流程，包括脈沖波形、峰值壓力、谷值壓力、脈沖次數(shù)、循環(huán)次數(shù)、震動(dòng)位移、震動(dòng)頻率、頻率等相關(guān)參數(shù)；

由計(jì)算機(jī)控制試驗(yàn)，可實(shí)時(shí)采樣壓力、波形、脈沖次數(shù)、震動(dòng)波形和震動(dòng)位移等內(nèi)容。能以O(shè)ffice文檔格式導(dǎo)出試驗(yàn)報(bào)表，并能自由編輯；

設(shè)備具有波峰波谷值微調(diào)功能：由于試件變形和油溫變化引起試驗(yàn)參數(shù)變化時(shí)，可進(jìn)行補(bǔ)償修正；

設(shè)備具有繼續(xù)試驗(yàn)功能。假如以前因某種原因必須中斷試驗(yàn)，以后可以繼續(xù)以前的試驗(yàn)；

設(shè)備對(duì)試驗(yàn)的相關(guān)參數(shù)可以進(jìn)行保存，便于以后做相同試件、相同標(biāo)準(zhǔn)的試驗(yàn)時(shí)直接提取試驗(yàn)參數(shù)，不需再進(jìn)行設(shè)置；

設(shè)備能夠?qū)Ξ?dāng)次試驗(yàn)出現(xiàn)故障的時(shí)間與性質(zhì)、操作人員的操作進(jìn)行記錄。

安全措施：具有油溫超高報(bào)警、液位報(bào)警、泄漏報(bào)警、異常報(bào)警、過(guò)載保護(hù)、緊急卸壓、安全停機(jī)功能。

失效保護(hù)功能：試件失效后壓力迅速下降，不會(huì)有連續(xù)的高壓液體噴出，最大限度保證人身安全，同時(shí)具有試件破損后自動(dòng)停機(jī)保護(hù)功能。

介質(zhì)回收功能：拆卸被試管路后的泄漏介質(zhì)自動(dòng)回收。

雙系統(tǒng)功能：動(dòng)力系統(tǒng)與試驗(yàn)介質(zhì)完全分開(kāi)互不干擾。

安全裝置：門(mén)開(kāi)時(shí)不能測(cè)試；緊急按鈕；遇故障自動(dòng)停機(jī)；介質(zhì)箱設(shè)計(jì)時(shí)加有液位報(bào)警器，液位到達(dá)下限時(shí)，整機(jī)不能啟動(dòng)或加熱

數(shù)據(jù)采集、處理功能：數(shù)據(jù)采集軟件在測(cè)試開(kāi)始時(shí)可以自動(dòng)分辨輸入是否符合要求，對(duì)誤輸入內(nèi)容提醒錯(cuò)誤，對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)壓力波形數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集分析與存儲(chǔ)，也可外接打印機(jī)，圖形文件與文本文件均可打印。

PLC控制器：用于設(shè)備開(kāi)關(guān)量的操作與控制；用于標(biāo)準(zhǔn)模擬信號(hào)的輸出，產(chǎn)生一個(gè)預(yù)設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)模擬信號(hào)，輸出到伺服控制器。

3.2 液壓控制柜

液壓控制柜含液壓動(dòng)力系統(tǒng)、介質(zhì)循環(huán)系統(tǒng)、脈沖壓力系統(tǒng)。所有元件均安裝在封閉式柜體內(nèi)部。面板上安裝有壓力表及操作閥，便于操作；可拆卸式門(mén)板便于安裝與維護(hù)保養(yǎng)。

3.2.1 液壓動(dòng)力系統(tǒng)

作為公共系統(tǒng)為脈沖發(fā)生裝置提供一個(gè)壓力穩(wěn)定的液壓動(dòng)力源。該系統(tǒng)由液壓箱、液壓泵、液壓閥、蓄能器、過(guò)濾器、水冷卻器等零部件組成。

3.2.2 介質(zhì)循環(huán)系統(tǒng)

系統(tǒng)由介質(zhì)循環(huán)泵、循環(huán)泵電機(jī)、調(diào)壓閥、高壓?jiǎn)蜗蜷y、試驗(yàn)管路、接頭，排空裝置等組成；循環(huán)電機(jī)采用耐高低溫特定低壓循環(huán)泵，具有輸出流量大，背壓壓力小，噪音小等優(yōu)點(diǎn)。

3.2.3 脈沖壓力系統(tǒng)

脈沖壓力系統(tǒng)為設(shè)備的核心部分，由伺服增壓器、伺服閥、液控單向閥、位移傳感器、壓力表和壓力傳感器等組成，增壓器采用雙缸單傳動(dòng)桿式增壓控制裝置，響應(yīng)時(shí)間短，缸體容積大、排量大，適合中壓試件類脈沖控制；增壓缸結(jié)構(gòu)采用3：1增壓，介質(zhì)端耐溫150 ℃以上，高壓腔每次的排量為150 ml，介質(zhì)腔腔密封組件的壽命約1 000萬(wàn)次，增壓器高壓端和動(dòng)力油端分開(kāi)，目的是為了隔熱延長(zhǎng)增壓器的使用壽命及防止控制系統(tǒng)的電液伺服閥被外來(lái)污染物阻塞。endprint

3.3 高低溫氣候艙（試件運(yùn)行環(huán)境艙）

試件箱主要由試驗(yàn)箱體、試驗(yàn)箱工裝系統(tǒng)、試驗(yàn)箱控制系統(tǒng)、試驗(yàn)箱安全保護(hù)裝置等組成。該試驗(yàn)艙提供給測(cè)試件一個(gè)滿足安裝要求的工作空間。

試件箱為整體式，左上為工作室，右面為電控柜（按操作人員方位）；控制面板上設(shè)有“急停”操作按鈕；寬度方向開(kāi)大門(mén)；

試驗(yàn)箱底面具有一定的傾斜方式和傾斜度，保證泄漏的試驗(yàn)介質(zhì)能完全流入集液槽；試驗(yàn)介質(zhì)流入集液槽前經(jīng)過(guò)嚴(yán)格過(guò)濾，避免有雜質(zhì)進(jìn)入集液槽；集液槽位于試驗(yàn)箱外，設(shè)有液位開(kāi)關(guān)，當(dāng)液位超過(guò)允許液位后系統(tǒng)自動(dòng)報(bào)警提示，并應(yīng)盡快將廢液排除，以免溢出；箱體內(nèi)部裝有LED照明燈供觀察試件狀態(tài)之用。

連接工裝：脈沖試件連接數(shù)量為2-6件。

試驗(yàn)箱溫度范圍-50 ℃～150 ℃，采用雙極復(fù)疊制冷，極限溫度可以達(dá)到-55 ℃；由于脈沖試驗(yàn)不僅是對(duì)膠管總成和接頭的脈沖測(cè)試，也是對(duì)系統(tǒng)管路連接處脈沖壓力疲勞測(cè)試，此試件連接工裝作為經(jīng)常拆卸的部位，其可靠性也非常重要，本試驗(yàn)系統(tǒng)工裝采用螺紋連接，端面金屬密封，所以不會(huì)因環(huán)境及介質(zhì)溫度的變化造成泄漏；工裝支架采用安裝距離可調(diào)的方式，方便連接不同長(zhǎng)度的試件。立體連接工裝分別為上下方向和水平方向可調(diào)節(jié)的結(jié)構(gòu)型式。

3.4 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)

計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)包括伺服控制系統(tǒng)、傳感采集系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)及控制軟件系統(tǒng)。

3.4.1 伺服控制系統(tǒng)

采用的控制系統(tǒng)綜合了基于板卡的計(jì)算機(jī)直接數(shù)字控制系統(tǒng)（DDC）、基于數(shù)字調(diào)節(jié)器的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)混合控制系統(tǒng)和基于PLC的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。該混合控制系統(tǒng)兼具了這三種控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，是一種高性能高可靠性的現(xiàn)代控制系統(tǒng)。該混合控制系統(tǒng)滿足脈沖試驗(yàn)的要求，可以長(zhǎng)時(shí)間、連續(xù)、安全、穩(wěn)定地運(yùn)行。

伺服脈沖控制系統(tǒng)中壓力為反饋信號(hào)。閉環(huán)控制中壓力控制要求執(zhí)行件（伺服閥+減壓器）動(dòng)態(tài)響應(yīng)頻率高、反饋滯后小、控制滯后小、綜合純滯后小，所以控制最為復(fù)雜。經(jīng)過(guò)多種理論推導(dǎo)、虛擬仿真和實(shí)際驗(yàn)證得出的壓力控制框圖，在實(shí)際試驗(yàn)運(yùn)行中證明該壓力控制精度高、速度快、重復(fù)性好、運(yùn)行穩(wěn)定。

3.4.2 傳感控制系統(tǒng)

該試驗(yàn)系統(tǒng)使用了壓力、溫度、流量共三大類傳感器和液位控制器。留有傳感器校準(zhǔn)接口，方便系統(tǒng)調(diào)試和計(jì)量校準(zhǔn)操作。

（1）壓力傳感器→采集試件脈沖及靜壓循環(huán)壓力；可以采用60.0 MPa高分辨率壓力傳感器，精度±0.5% F.S即可。

（2）溫度傳感器→分別采集系統(tǒng)泵站和介質(zhì)箱的溫度值，精度等級(jí)±1% F.S。

（3）液位控制器：使用三套液位控制器。分別用于介質(zhì)箱、系統(tǒng)油箱及廢液箱的液位控制，用來(lái)監(jiān)控三種箱體內(nèi)的油液液位。

3.4.3 電氣控制系統(tǒng)

電氣控制系統(tǒng)由強(qiáng)電控制系統(tǒng)和弱電控制系統(tǒng)組成。

強(qiáng)電控制系統(tǒng)：對(duì)供電進(jìn)行變壓，電機(jī)的啟停與變頻控制，加熱器的PID控制，以及供電系統(tǒng)的過(guò)載、短路等安全保護(hù)。

弱電控制系統(tǒng)：由PLC和中間繼電器組成；控制卡用于整臺(tái)設(shè)備的開(kāi)關(guān)量控制與電脈沖模擬信號(hào)的輸出。

3.4.4 測(cè)試軟件系統(tǒng)

軟件環(huán)境：系統(tǒng)軟件采用VB編輯軟件進(jìn)行編輯。VB編程也是工業(yè)上廣泛使用的圖形化編程語(yǔ)?？蓪?shí)時(shí)顯示各路壓力信號(hào)，可以將壓力信號(hào)繪制成曲線圖表直觀地顯示壓力的變化趨勢(shì)，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

軟件功能：系統(tǒng)軟件的開(kāi)發(fā)使試壓監(jiān)控及數(shù)據(jù)采集等全面實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的功能，更方便了試壓信息的處理和管理、試壓報(bào)告生成及打印輸出等；自動(dòng)采集，顯示，記錄和分析試壓數(shù)據(jù)；自動(dòng)打印報(bào)告，數(shù)據(jù)可由數(shù)據(jù)庫(kù)長(zhǎng)期保存； 數(shù)據(jù)庫(kù)管理，可以方便地查詢或調(diào)出以前的數(shù)據(jù)進(jìn)行打??；在線采集試驗(yàn)壓力，并以曲線形式顯示、存儲(chǔ)試驗(yàn)結(jié)果；軟件具備報(bào)警、控制、讀數(shù)、曲線及其顏色等各種設(shè)置；曲線美觀，可以方便地縮放，鼠標(biāo)在曲線上可以即指即得試壓數(shù)據(jù)。

4 總結(jié)

該試驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案是在多年檢測(cè)經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，綜合多種因素整理完成。涵蓋了樣件的裝夾、測(cè)試控制、設(shè)備參數(shù)、數(shù)據(jù)分析、報(bào)告打印每個(gè)環(huán)節(jié)，并在設(shè)備參數(shù)上預(yù)留了一定余量，設(shè)備稍加改造即可滿足不同標(biāo)準(zhǔn)的使用，為產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)更新后設(shè)備改造升級(jí)留有空間。

[參考文獻(xiàn)]

[1]曾春華.鄒十踐.疲勞分析方法與應(yīng)用[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，1991.

[2]姚曉先.伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2013.

[3]李金城.PLC模擬量與通信控制應(yīng)用實(shí)踐[M]. 北京：電子工業(yè)出版社，2011.

[4]楊培元，朱福元.液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011.

[5]孟德欣，謝 婷，王先花.VB程序設(shè)計(jì)[M]. 北京：清華大學(xué)出版社，2009.endprint