引言

不同于機械設備,液壓元件及其系統(tǒng)有其特殊性,即液壓設備的元件、工作油液等大都密封在油路中,相較于機械設備具有不直觀的缺陷此外其工作狀態(tài)只能靠設備中僅有的壓力表和流量計來指示不能使用電氣設備檢查參數用的萬用表、測試筆等電子儀器。因此液壓系統(tǒng)的故障主要表現出不確定因素多、隱蔽性強、種類多樣、因果關系復雜、故障發(fā)生后難以查找等特點,且故障的突發(fā)會帶來生產設備停工、造成重大經濟損失等后果,因此在保障液壓系統(tǒng)正常運行的前提下,如何預判故障及其征兆具有重要意義。

1設計要求與方案設計

1.1設計要求

要求液壓系統(tǒng)故障模擬試驗臺能夠完成液壓泵、液壓缸、溢流閥和電磁閥等元件的故障模擬,系統(tǒng)最高壓力7MPa,流量不小于11L/min。

1.2方案設計

液壓泵10氣穴故障模擬:通過安裝一個懸空的吸油過濾器11.2來模擬液壓泵10的氣穴故障。

液壓缸6內外泄漏故障模擬:通過在液壓缸6的進油口并聯(lián)一個節(jié)流閥1.3來模擬液壓缸6進油路的外泄漏故障:通過在液壓缸6的出油口并聯(lián)一個節(jié)流閥1.5來模擬液壓缸6出油路的外泄漏故障:在液壓缸6的進出油口之間并聯(lián)一個節(jié)流閥1.4來模擬液壓缸6的內泄漏故障。

先導式溢流閥9.1內泄漏和彈簧折斷故障模擬:溢流閥9.1進油路加截止閥3.2來模擬溢流閥閥芯在關閉位置卡死,在其進油路上并聯(lián)一個節(jié)流閥1.7來模擬溢流閥9.1內泄漏和彈簧折斷故障。

電磁換向閥7內泄漏故障模擬:利用節(jié)流閥1.6將換向閥7的M口和A口相連來模擬換向閥7因閥芯磨損等原因導致的內泄漏故障。

先導式減壓閥5故障模擬:利用一個節(jié)流閥1.1與油箱相通,模擬先導式減壓閥5的遠程調壓口和泄油口接通,使減壓閥5閥芯一直處于打開狀態(tài),故障現象為無法減壓,以此來模擬錐閥和閥座配合間隙過大,減壓閥錐閥彈簧折斷、漏裝,主閥芯在開啟位置卡死等故障。

節(jié)流閥1.2故障模擬:將節(jié)流閥1.2與截止閥3.1串聯(lián)來模擬節(jié)流閥1.2的閥芯在關閉位置卡死的故障現象:將節(jié)流閥1.1與節(jié)流閥1.2并聯(lián)來模擬節(jié)流閥閥芯磨損故障。

單向閥2故障模擬:將節(jié)流閥1.1與單向閥2并聯(lián)來模擬單向閥2閥芯磨損故障。

綜合以上各方面繪制故障模擬試驗臺液壓系統(tǒng)原理圖,如圖1所示。

2液壓系統(tǒng)主要元件選擇

在液壓元件的規(guī)格、型號等參數選擇方面,需要根據其在工作中的實際壓力、流量指標來確定此外電機功率、油箱體積等參數也需計算。

2.1液壓缸選擇

這里選取內徑為D=63mm、活塞桿直徑為d=45mm的液壓缸,代入無桿腔的有效作用面積公式,得到:

代入有桿腔的有效作用面積公式,得到:

以液壓缸伸出時的速度為2.4m/s,計算液壓缸所需的流量:

2.2液壓泵及電機的選擇

根據試驗臺設計要求,泵的最高壓力為7MPa,流量不小于11L/min,宜選用壽命長、性能穩(wěn)定、流量范圍大、噪聲小的YB-A型雙作用葉片泵,其額定壓力為7MPa,公稱排量為8mL/r。液壓泵的輸入功率P為:

因此選擇Y100L1-4型電機,其轉速為1430r/min,功率為2.2kw。

2.3液壓閥及輔助元件的選擇

故障模擬試驗臺液壓元件明細表如表1所示。

2.4液壓油箱容積計算

本試驗臺試驗時壓力一般小于等于6.3MPa,并根據q_p=11.44L/min,計算油箱的有效容積得:

圓整化處理,取V=80L,一般將體積的80%視為有效的容積,因此計算得出油箱體積為V_o=V/80%=80/80%=100L。

3液壓系統(tǒng)性能驗算

本試驗臺的液壓系統(tǒng)在泵故障模擬試驗的設計回路中效率為:

將各參數代入公式得,液壓系統(tǒng)總效率為:

液壓泵的輸入功率為:

則系統(tǒng)總發(fā)熱量為:

由溫升計算公式△t=H/kA[傳熱系數k=15W/(m²·℃）]和液壓油箱的散熱面積公式A=0.065V3v2,可計算液壓系統(tǒng)的溫升:

經過計算,此試驗臺的液壓系統(tǒng)的溫升在允許范圍內,不需要加冷卻器對液壓系統(tǒng)進行降溫冷卻處理。

4故障模擬試驗臺結構布置

液壓系統(tǒng)故障模擬試驗臺總體結構布置如圖2所示。

圖2液壓系統(tǒng)故障模擬試驗臺結構布置圖

5結語

本課題提出了液壓系統(tǒng)故障模擬試驗臺故障模擬方案,并成功設計了試驗臺,該試驗臺可以完成液壓泵、液壓缸、溢流閥、單向閥、節(jié)流閥、換向閥、減壓閥等元件的故障模擬試驗。本試驗臺巧妙地利用替代的方法實現了在不損傷液壓元件的情況下完成各種故障模擬的試驗,可以使學生和工程技術人員直觀地了解各種液壓系統(tǒng)的故障現象,掌握液壓系統(tǒng)故障診斷的技巧和方法,快速解決工程實際中遇到的問題,對于從業(yè)人員深入理解液壓系統(tǒng)的工作原理及故障診斷、排除也具有重要意義。