大流量溢流阀静动态特性试验系统设计_陈正立.pdf

液压气动与密封年第期 大流量溢流阀静动态特性试验系统设计陈正立，李志鹏，田捍卫，张万年，胡飞强，沈 博（河南航天液压气动技术有限公司，河南 郑州）摘 要：针对潜艇所用的低压大流量溢流阀在试验过程中的大流量、低背压、高响应的要求，对其性能参数进行分析，设计合理的大流量、低背压的试验系统，并对不同性能试验的操作方式进行详细描述。同时通过低压大流量性能试验验证，为低压大流量溢流阀的动、静态试验系统的搭建提供了理论方案。关键词：大流量；低背压；高响应；试验系统中图分类号：文献标志码：文章编号：（）o o o g，g，g，（o oo o，o，）：o o o o，o o o o o o，o ，o o o ，oo o o o ，o o o o o o，o o o oo o o o o oo ：o；o ；o；收稿日期：作者简介：陈正立（），男，河南柘城人，高级工程师，学士，主要从事特种阀门设计及仿真分析。引言低压大流量溢流阀主要应用于舰船控制液压系统中，用于调节与稳定液压系统的最高压力并溢出多余的介质，防止过载，保证系统压力在设定的压力范围内变化。溢流阀性能的好坏直接影响整个液压系统的工作性能和工作可靠性。调压范围 ，而现行溢流阀标准 中均定的直动式溢流阀的压力范围最低是 ，这对于现有试验台对于所生产的溢流阀来说，压力偏高，进行低压力测量时，在背压及溢流阀本身的压力损失影响下，无法完成低压的测试试验，且测试相对不精确也不稳定。因此为了更准确的测定溢流阀的性能，进行低压大流量溢流阀系统的设计，并搭建低压大流量的液压系统进行溢流阀的出厂试验及型式试验，确保产品性能测试准确、无误。依据 标准的相关要求搭建低压大流量溢流阀试验系统，可以调节控制液压试验介质的温度，完成低压大流量直动式溢流阀调压范围及压力稳定性、内泄漏量、压力损失、稳态压力流量特性、瞬态特性、密封性、调节力矩及耐久性试验，确保满足试验参数要求。液压系统单元采用变频流量控制方式，保证在试验过程中流量的恒定。同时系统设置单独的排液系统，可以方便的进行系统清洗、充液、换液和试验件的拆装，实现介质回收。本系统压力脉冲升率达到 ，按标准 要求进行溢流阀瞬态特性试验。同时具备压力、流量、温度波形实时显示功能，并可以打印包含试验压力曲线的试验报告。液压交变压力 范围内任意可调，压力控制精度：设定值的。液压的灵魂在试验，溢流阀的动态特性的测试是研究学者一直以来关注的方向。中国海洋大学工程学院杨友胜等通过搭建试验系统完成对小流量水液压直动式溢流阀的静态特性和动态特性的试验研究，获得了溢流阀压力和流量的关系曲线，以及动态特性曲线，并通过对比溢流阀性能的仿真分析，得出二者基本一致的结论。燕山大学车辆与能源学院杨树军等开展了锥阀式数字比例溢流阀特性的试验研究，并搭建 o具有流量及压力信号采集装置的液压溢流阀试验系统，完成了静动态性能的试验。大连海事大学船舶机电研究所与浙江大学流体传动与控制国家重点试验室弓永军等通过对先导式纯水溢流阀进行仿真及试验研究，建立阀的 仿真模型，分析了先导阀结构参数对溢流阀性能的影响，并在配有数据采集系统的纯水液压综合试验台上完成溢流阀静态性能和动态性能试验，并对仿真与试验性能时行对比分析，较好地验证了溢流阀的动、静态性能。本文参考 并结合大流量溢流的参数要求，首先建立了溢流阀的基本系统原理图模型。并在此基础上搭建了溢流阀的试验系统，并通了对流量分别为 、种流量溢流阀的性能测试，完全符合相关指标的要求。直动式溢流阀试验原理溢流阀工作原理：系统中的液压油压力直接作用于溢流阀的阀芯上，通过调节溢流阀弹簧的预压缩量来控制阀开启压力。如图 所示，直动式溢流阀包括阀体、阀芯、弹簧、调节螺母和上盖等元件组成。溢流阀试验系统参数及原理图，见图，实物图，见图，试验参数是：调节压力：流量范围：瞬态响应时间：不大于 提升阀溢流压力：试验温度：图 溢流阀结构示意图图 中：蝶阀，主路变频电机和螺杆泵，单向阀，过滤器，大球阀，储能器，小球阀，小流量计，大流量计，大球阀，大流量计，大球阀，温度传感器，进口压力传感器，被试溢流阀，出口压力传感器，压力表，进油路三联流量阀，溢流阀，温控模块，过滤器，回油路三联流量阀，排泄阀，提升阀，二位四通电磁阀，过滤器，储能器，柱塞泵，压力表，溢流阀。图 溢流阀试验原理图图 试验系统实物图试验系统主要有 部分组成，主系统模块、温控模块、瞬态响应模块。本项目典型件试验台将开展典型件调压范围及压力稳定性、内泄漏量、压力损失、稳态压力流量特性、密封性、调节力矩及瞬态响应试验。溢流阀试验系统的试验方法2.1 溢流阀调压范围及压力稳定性打开系统主路球阀（），打开大流量（、），关闭小流量管道处球阀（、），调节系统主溢流阀（）止全紧，调节被试溢流阀（）止全松，同时调节工控机上的频率按钮，控制主电机（）转速，使系统试验流量为 ，进行试验。通过采集装置采集压力传感器、流量传感器、温度传感器反馈的压力、流量、温试实测值，并上传至工控机，实时生成压力、流量、温度曲线。图 是试验设备在试验过程中采集的调压范围及压力稳定性试验曲线，能较好地符合产品的要求。2.2 溢流阀压力损失打开系统主路球阀（），同时打开大流量处球阀液压气动与密封年第期图 调压范围及压力稳定性试验曲线图 全程压力损失试验曲线（、），关闭小流量处球阀（、），调节系统主溢流阀（）止全紧，调节被试溢流阀（）止全松，同时调节工控机上的频率按钮，控制主电机（）转速，使系统试验流量为 ，被试阀进口压力传感器（）和出口压力传感器（）实时记录压力信号，并把压力信号传递到数据采集装置上，通过工控机上实时显示和读取进出口压力值，工控机实时记录压力损失试验曲线。图 是试验设备在试验过程中采集的全程压力试验曲线，能较好地符合产品的要求。2.3 溢流阀稳态压力-流量特性打开系统主路球阀（），打开大流量管路球阀（、），关闭小流量处球阀（、），调节系统主溢流阀（）至全紧，调节被试溢流阀（）为调压上限值 ，同时调节工控机上的频率按钮，控制主电机（）转速，使系统试验流量为 ，然后调节系统溢流阀（），使系统逐渐降压至被试阀闭合率压力时，关闭大流量管道处球阀（、），同时打开小流量处球阀（、），使系统油路通过小流量通道进行流动，通过采集装置采集的小流量计反馈的流量、压力数据，并上传至工控机，实时生成压力流量曲线。图、图 分别是试验设备在试验过程中采集的不同出口压力情况下的压力流量试验曲线，能较好地符合产品的要求。o图 溢流阀瞬态响应曲线图 出口压力为 时的压力流量曲线图 出口压力为 时的压力流量曲线2.4 溢流阀瞬态响应调节系统主溢流阀（）至系统压力的 倍，打开系统主路球阀（），同时打开大流量处球阀（、），关闭小流量处球阀（、）。调节被试溢流阀（）至调压上限值，同时调节工控机上的频率按钮，控制主电机（）转速，使系统试验流量为 。启动柱塞泵（），调节溢流阀（），使提升阀（）的压力能保证提升阀动作试验符合 的要求，当电磁换向阀（）通电时，提升阀（）上部卸荷，提升阀打开，使系统卸荷，被试阀（）进口压力不得超过 的调压范围上限值，然后将电磁换向阀（）断电复位，提升阀（）由开通状态迅速关闭，使被试阀（）进口产生一个压力阶跃，并通过采集装置、被试阀进口压力传感器（）采集进、出口压力及流量，并上传至工控机，记录被试阀进口压力变化过程，实时记录进口压力响应特性曲线，并读出响应时间、瞬态恢复时间和压力超调率实测值，工控机实时记录瞬态响应试验曲线，用于分析试验数据。图 是试验设备在试验过程中采集的瞬态响应曲线试验曲线，压力脉冲升率达到约 ，可以较好地满足产品瞬态响应要求。结论本文通过对试验系统搭建所用元件的合理选型，以及对以往系统的优化改进，并通过试验验证，系统可以满足低压大流量溢流阀的性能测试。可以保证溢流阀稳态压力流量特性、瞬态响应、压力损失、压力调节稳定性等响应曲线采集要求。参考文献 杨友胜，卢青松，司传岭 直动式水液压溢流阀设计与试验研究 华中科技大学学报：自然科学版，（）：杨树军，王青，鲍永，等 锥阀式数字比例溢流阀特性的试验研究 机床与液压，（）：弓永军，王祖温，徐杰，等 先导式纯水溢流阀仿真与试验研究 机械工程学报，（）：引用本文：陈正立，李志鹏，田捍卫，等 大流量溢流阀静动态特性试验系统设计 液压气动与密封，（）：，o o o ，（）：