液壓系統(tǒng)故障模擬試驗(yàn)臺的設(shè)計(jì)

引言

不同于機(jī)械設(shè)備,液壓元件及其系統(tǒng)有其特殊性,即液壓設(shè)備的元件、工作油液等大都密封在油路中,相較于機(jī)械設(shè)備具有不直觀的缺陷此外其工作狀態(tài)只能靠設(shè)備中僅有的壓力表和流量計(jì)來指示不能使用電氣設(shè)備檢查參數(shù)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(xiàn)出不確定因素多、隱蔽性強(qiáng)、種類多樣、因果關(guān)系復(fù)雜、故障發(fā)生后難以查找等特點(diǎn),且故障的突發(fā)會帶來生產(chǎn)設(shè)備停工、造成重大經(jīng)濟(jì)損失等后果,因此在保障液壓系統(tǒng)正常運(yùn)行的前提下,如何預(yù)判故障及其征兆具有重要意義。

1設(shè)計(jì)要求與方案設(shè)計(jì)

1.1設(shè)計(jì)要求

要求液壓系統(tǒng)故障模擬試驗(yàn)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(shè)計(jì)

液壓泵10氣穴故障模擬:通過安裝一個(gè)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(nèi)外泄漏故障模擬:通過在液壓缸6的進(jìn)油口并聯(lián)一個(gè)節(jié)流閥1.3來模擬液壓缸6進(jìn)油路的外泄漏故障:通過在液壓缸6的出油口并聯(lián)一個(gè)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(jìn)出油口之間并聯(lián)一個(gè)節(jié)流閥1.4來模擬液壓缸6的內(nèi)泄漏故障。

先導(dǎo)式溢流閥9.1內(nèi)泄漏和彈簧折斷故障模擬:溢流閥9.1進(jìn)油路加截止閥3.2來模擬溢流閥閥芯在關(guān)閉位置卡死,在其進(jìn)油路上并聯(lián)一個(gè)節(jié)流閥1.7來模擬溢流閥9.1內(nèi)泄漏和彈簧折斷故障。

電磁換向閥7內(nèi)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?qū)е碌膬?nèi)泄漏故障。

先導(dǎo)式減壓閥5故障模擬:利用一個(gè)節(jié)流閥1.1與油箱相通,模擬先導(dǎo)式減壓閥5的遠(yuǎn)程調(diào)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(xiàn)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(guān)閉位置卡死的故障現(xiàn)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(yàn)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(shù)選擇方面,需要根據(jù)其在工作中的實(shí)際壓力、流量指標(biāo)來確定此外電機(jī)功率、油箱體積等參數(shù)也需計(jì)算。

2.1液壓缸選擇

這里選取內(nèi)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(shí)的速度為2.4m/s,計(jì)算液壓缸所需的流量:

2.2液壓泵及電機(jī)的選擇

根據(jù)試驗(yàn)臺設(shè)計(jì)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(jī),其轉(zhuǎn)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(yàn)臺液壓元件明細(xì)表如表1所示。

2.4液壓油箱容積計(jì)算

本試驗(yàn)臺試驗(yàn)時(shí)壓力一般小于等于6.3MPa,并根據(jù)q_p=11.44L/min,計(jì)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(jì)算得出油箱體積為V_o=V/80%=80/80%=100L。

3液壓系統(tǒng)性能驗(yàn)算

本試驗(yàn)臺的液壓系統(tǒng)在泵故障模擬試驗(yàn)的設(shè)計(jì)回路中效率為:

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

經(jīng)過計(jì)算,此試驗(yàn)臺的液壓系統(tǒng)的溫升在允許范圍內(nèi),不需要加冷卻器對液壓系統(tǒng)進(jìn)行降溫冷卻處理。

4故障模擬試驗(yàn)臺結(jié)構(gòu)布置

液壓系統(tǒng)故障模擬試驗(yàn)臺總體結(jié)構(gòu)布置如圖2所示。

圖2液壓系統(tǒng)故障模擬試驗(yàn)臺結(jié)構(gòu)布置圖

5結(jié)語

本課題提出了液壓系統(tǒng)故障模擬試驗(yàn)臺故障模擬方案,并成功設(shè)計(jì)了試驗(yàn)臺,該試驗(yàn)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(yàn)。本試驗(yàn)臺巧妙地利用替代的方法實(shí)現(xiàn)了在不損傷液壓元件的情況下完成各種故障模擬的試驗(yàn),可以使學(xué)生和工程技術(shù)人員直觀地了解各種液壓系統(tǒng)的故障現(xiàn)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(shí)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。