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湘潭大學(xué)興湘學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書
題 目：挖掘機(jī)用多路閥性能檢測試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)
專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
學(xué) 號(hào)： 2010963134
姓 名： 于嘯天
指導(dǎo)教師： 劉金剛
完成日期： 2014.5.29
目 錄
摘 要.......................................................................................................1
第1章 緒論 ............................................................................................3?
1.1 多路閥簡介....................................................................................................3?
1.2 多路閥的發(fā)展趨勢與挖掘機(jī)多路閥特點(diǎn) ..................................................4?
1.3 多路閥測試研究現(xiàn)狀 ..................................................................................5?
1.4 課題研究意義 ..............................................................................................6?
1.5 課題主要研究內(nèi)容........................................................................................7
第2章 挖掘機(jī)多路閥綜合測試系統(tǒng)整體技術(shù)方案設(shè)計(jì)......................8?
2.1 挖掘機(jī)多路閥綜合測試系統(tǒng)技術(shù)要求........................................................8?
2.1.1 試驗(yàn)系統(tǒng)基本要求 ...........................................................................9?
2.1.2 綜合測試系統(tǒng)試驗(yàn)項(xiàng)目和要求 .....................................................10?
2.2 全電液控制綜合測試系統(tǒng)設(shè)計(jì)任務(wù) ........................................................12
2.3 測試系統(tǒng)整體技術(shù)方案 ............................................................................13?
2.4 測試系統(tǒng)各功能單元方案..........................................................................14?
2.4.1 系統(tǒng)動(dòng)力輸入與運(yùn)行控制方案 .....................................................14?
2.4.2 全電液控制方案 .............................................................................16?
2.4.3 負(fù)載模擬加載方案 .........................................................................16?
2.4.4 系統(tǒng)油路切換控制方案 .................................................................17
2.4.5 測試系統(tǒng)油溫控制方案 .................................................................18?
2.5 測試系統(tǒng)主要特點(diǎn) ....................................................................................20?
2.6 本章小結(jié) ....................................................................................................21?
第3章 液壓及測控系統(tǒng)設(shè)計(jì)................................................................22?
3.1 測試系統(tǒng)的液壓系統(tǒng)概述..........................................................................22?
3.2 數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)..........................................................................22
3.2.1 數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)簡介 .............................................................22
3.2.2 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) .................................................................23?
3.2.3 數(shù)據(jù)采集傳感器選型以及抗干擾設(shè)計(jì)...........................................24
3.2.4 數(shù)據(jù)采集及控制軟件設(shè)計(jì) .............................................................25
3.3 測試試驗(yàn)系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)布局......................................................................27
3.4 多路閥一般測試流程規(guī)劃..........................................................................27
3.5 本章小結(jié) ....................................................................................................29?
總結(jié)與展望..............................................................................................30
致謝.........................................................................................................32參考文獻(xiàn)..................................................................................................33
摘 要
隨著工程機(jī)械的迅速發(fā)展，挖掘機(jī)的銷量越來越大。多路閥作為挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)重要元件，其性能對挖掘機(jī)整機(jī)的質(zhì)量和技術(shù)水平有很大影響。由于一旦裝機(jī)后多路閥液壓系統(tǒng)出現(xiàn)故障就很難檢測到故障源，因此在其裝機(jī)前對其進(jìn)行全面的性能檢驗(yàn)顯得很有必要。但是目前國內(nèi)現(xiàn)有的多路閥測試試驗(yàn)系統(tǒng)功能不齊全，且系統(tǒng)操作復(fù)雜，測試效率低。因此本文以多路閥測試試驗(yàn)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和相關(guān)設(shè)計(jì)技術(shù)要求為依據(jù)，結(jié)合現(xiàn)代挖掘機(jī)多路閥中常見的功能特性，利用電液比例技術(shù)設(shè)計(jì)了一套高效率，操作方便的全電液控制式液壓挖掘機(jī)多路閥綜合測試系統(tǒng)。結(jié)合多路閥測試系統(tǒng)中閥芯位移難于測量且其對測量結(jié)果的影響，依據(jù)測試
結(jié)果對閥芯位移進(jìn)行了補(bǔ)償研究。
關(guān)鍵詞：挖掘機(jī)多路閥；綜合測試系統(tǒng)；電液比例控制；挖掘機(jī)
Abstract
With the rapid development of engineering machinery, the sales of excavator are growing up day by day. Multi-way valve as one of the important elements of excavator hydraulic system, its performance directly determines the quality and technical level of excavator. As the loader hydraulic system fault is very difficult to be detected, the comprehensive and accurate performance test of the multi-way valve is important in the front of the assembly of the machine. But The function of the existing testing systems for multi-way valves are not very versatial，and their process is complexed to handle and the efficiency is very low. In this thesis, a set of efficient and convenient operation integrated test system for multi-way valve of hydraulic excavator will be
designed by using electro-hydraulic proportional control technology based on the related standards of multi-way valve technology and related technical requirements, and combined with the common features of the modern excavator multi-way valve. As the testing system is hard to detect the displacement of the spool valve and it will give effect to the measurement, according to the test results the research of displacement compensationon of the spool will be given.
Keywords: Excavator multi-way valve; test system; electro-hydraulic proportional control; excavator.
第一章 緒論
1.1 多路閥簡介
多路閥是以兩個(gè)以上的換向閥為主體的組合閥，并將各種不同功能的輔助閥如安全閥、補(bǔ)油閥、單向閥、節(jié)流閥等組合在一起來滿足不同液壓系統(tǒng)的需求。因此多路閥具有結(jié)構(gòu)緊湊，壓力損失小和安裝簡單等優(yōu)點(diǎn)。在工程機(jī)械中得到廣泛的運(yùn)用，尤其在挖掘機(jī)上基本上都是用的多路閥。
實(shí)現(xiàn)液壓系統(tǒng)中油液方向和流量的控制是多路閥最基本的功能。不同的分類標(biāo)準(zhǔn)下多路閥可以分成不同的類別，下面對其功能原理及特點(diǎn)進(jìn)行簡單介紹：
1、 按閥體結(jié)構(gòu)形式，多路閥通常有整體式（圖 1.1）和分片式（圖 1.2）兩種。整體式多路閥是將所有的主換向閥和各種輔助功能閥集成安裝到一個(gè)閥體內(nèi)因此具有結(jié)構(gòu)緊湊、壓力損失小等特點(diǎn)；同時(shí)由于閥體內(nèi)部油路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，給閥體的鑄造和加工帶來困難，因此一般適合于批量大、功能穩(wěn)定的品種。分片式多路閥是用螺栓將進(jìn)油閥體、各聯(lián)換向閥體、回油閥體組裝到一起，可按照不同的使用要求組裝成不同的多路閥，通用性較強(qiáng)，但加工面多，出現(xiàn)滲油可能性也多。
圖 1.1 整體式多路閥 圖 1.2 分片式多路閥2
二、按油路形式，多路閥的油路形式一般可以分為并聯(lián)、串聯(lián)、串并聯(lián)及復(fù)合油路等。并聯(lián)式多路閥是指進(jìn)油口來的壓力油可直接通到各聯(lián)滑閥的進(jìn)油腔，并且多路閥的回油口與各聯(lián)換向閥的回油腔相連。并聯(lián)油路的特點(diǎn)是即可控制執(zhí)行元件單動(dòng)，又可實(shí)現(xiàn)復(fù)合動(dòng)作，復(fù)合動(dòng)作時(shí)，負(fù)載小的先動(dòng)作。串聯(lián)式多路閥是指第一聯(lián)換向閥的回油腔為下一聯(lián)的進(jìn)油腔，依次下去直到最后一聯(lián)。其特點(diǎn)是工作時(shí)可以兩個(gè)以上執(zhí)行元件復(fù)合動(dòng)作，但是泵的工作壓力等于同時(shí)工作的執(zhí)行元件壓力之和，在大負(fù)載壓力下很難實(shí)現(xiàn)復(fù)合動(dòng)作。串并聯(lián)油路是指多路閥的各聯(lián)主閥進(jìn)油口串聯(lián)連接而回油口并聯(lián)連接；復(fù)合油路則是通過組合前面所述中的兩種或者三種油路而成的油路形式。
三、按操縱形式，多路閥可以分為直動(dòng)式和先導(dǎo)式兩種。直動(dòng)式多路閥是指每根主閥都具有與其相連的直接操縱機(jī)構(gòu)來控制閥芯的換向，由于多路閥具有多
根主閥芯，因此會(huì)給整機(jī)的布置和管路設(shè)計(jì)帶來困難。先導(dǎo)式多路閥是指主閥的換向是通過先導(dǎo)級控制閥輸出壓力油來控制的，因此使整機(jī)管路的布置變得比較靈活，所以工程機(jī)械中大多采用此種控制形式的多路閥。根據(jù)先導(dǎo)控制閥的控制形式又可分為機(jī)液先導(dǎo)式和電液先導(dǎo)式，機(jī)液先導(dǎo)式是指利用機(jī)械控制式先導(dǎo)閥輸出控制壓力油來驅(qū)動(dòng)主閥芯換向，而電液先導(dǎo)式是指通過電控制信號(hào)來控制先導(dǎo)閥輸出控制壓力油來驅(qū)動(dòng)主閥芯動(dòng)作。
四、按泵的卸荷方式，根據(jù)多路閥液壓系統(tǒng)中泵的卸荷方式，可以分為中位回油卸荷（六通閥）和卸荷閥卸荷（四通閥）兩類。六通型多路閥系統(tǒng)利用的是中位回油卸荷方式，因此具有一定的流量和壓力微調(diào)特性，結(jié)合負(fù)流量控制泵能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)的負(fù)流量控制，還能與正流量控制系統(tǒng)相結(jié)合，達(dá)到很好的節(jié)能效果。四通型多路閥系統(tǒng)利用卸荷閥卸荷，由于滑閥在中位時(shí)由卸荷閥卸荷因此壓力損失小且壓力損失與換向聯(lián)數(shù)無關(guān)，這種閥通過和定差溢流閥或定差減壓閥結(jié)合能方便實(shí)現(xiàn)負(fù)載壓力補(bǔ)償和負(fù)載敏感控制。
1.2 多路閥的發(fā)展趨勢與挖掘機(jī)多路閥特點(diǎn)
多路閥作為挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的重要元件，其性能對整機(jī)的性能和質(zhì)量有很大的影響，因此多路閥技術(shù)的進(jìn)步直接推動(dòng)了挖掘機(jī)整機(jī)技術(shù)的發(fā)展。同時(shí)隨著市場的需求，促使多路閥在操作性能，節(jié)能技術(shù)等方面取得不斷發(fā)展。挖掘機(jī)多路閥的發(fā)展趨勢呈現(xiàn)出以下幾個(gè)特點(diǎn)：
1、向高壓大流量，系統(tǒng)專一化方向發(fā)展，而且出現(xiàn)了性能比較專一的多路閥。大大提高了挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的功率密度，為大噸位，多執(zhí)行機(jī)構(gòu)的液壓挖掘機(jī)提供了保障；
2、操控性能、節(jié)能性不斷提高。負(fù)流量和正流量控制技術(shù)提高了六通型多路閥的節(jié)能性負(fù)載壓力補(bǔ)償、負(fù)載敏感以及抗流量飽和技術(shù)等使四通型多路閥系統(tǒng)效率大大提高；
3、結(jié)合計(jì)算機(jī)控制技術(shù)和微電子技術(shù)，使多路閥的控制性能和控制精度有很大提高，為自動(dòng)化和智能化控制的液壓挖掘機(jī)的發(fā)展提供了一定的保障。
1.3 多路閥測試研究現(xiàn)狀
隨著國內(nèi)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，工程機(jī)械行業(yè)發(fā)展快速壯大，國家對工程機(jī)械配
套液壓元件的發(fā)展越發(fā)重視，目前，國內(nèi)相關(guān)單位加強(qiáng)工程機(jī)械核心元件的開發(fā)
力度，在開發(fā)液壓元件的同時(shí)，進(jìn)行配套試驗(yàn)臺(tái)的開發(fā)，能夠有效的保證液壓元
件的開發(fā)進(jìn)度，并提高性能。而多路閥作為包括挖掘機(jī)在內(nèi)的工程機(jī)械液壓系統(tǒng)
的重要元件其性能的好壞直接影響著整機(jī)的質(zhì)量和技術(shù)水平。因此國內(nèi)相關(guān)的多
路閥生產(chǎn)廠家和高校對多路閥的測試試驗(yàn)系統(tǒng)的開發(fā)進(jìn)行了一定的研究。而國外
由于技術(shù)上對國內(nèi)的封鎖，很難找到相關(guān)的技術(shù)資料。因此本文主要介紹國內(nèi)在
多路閥測試系統(tǒng)方面的研究現(xiàn)狀。
1991年寶雞叉車廠研制了一個(gè)用于叉車用多路閥檢測試驗(yàn)的試驗(yàn)臺(tái)，該試驗(yàn)臺(tái)利用微機(jī)控制模擬叉車實(shí)際工況，能夠?qū)Σ孳囉枚嗦烽y進(jìn)行換向性能、內(nèi)泄漏等九個(gè)項(xiàng)目的測試。該試驗(yàn)系統(tǒng)的主要特點(diǎn)有：選用遙控閥控制的遠(yuǎn)程調(diào)壓溢流閥來模擬叉車實(shí)際負(fù)載；通過定量泵與變量泵的組合方式實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)流量的調(diào)節(jié)；同時(shí)對關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行數(shù)字表實(shí)時(shí)顯示；抗干擾能力較強(qiáng)。同時(shí)不足之處有：1、沒有設(shè)置散熱系統(tǒng)，測試時(shí)系統(tǒng)功率轉(zhuǎn)化為熱量，系統(tǒng)油溫上升很快，系統(tǒng)很難連續(xù)運(yùn)行；2、流量調(diào)節(jié)范圍有限，因此適應(yīng)對象比較有限；3、需要通過換接油管來實(shí)現(xiàn)不同聯(lián)滑閥的測試，效率較低，很難滿足批量生產(chǎn)的需要。
天津市精研工程機(jī)械傳動(dòng)有限公司與北京天順長城液壓科技有限公司合作設(shè)計(jì)了一個(gè)主要用于液壓多路換向閥出廠試驗(yàn)的試驗(yàn)臺(tái)，該系統(tǒng)主要特點(diǎn)有：1、采用三泵組合的方式實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)流量的調(diào)節(jié)，公稱流量時(shí)三泵同時(shí)工作，耐壓試驗(yàn)小流量時(shí)只開啟小排量的變量泵，從而達(dá)到節(jié)能的效果；2、利用二通插裝閥的不同組合實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)油路的切換，通過一次安裝就能完成所有項(xiàng)目的測試，提高了測試效率并降低了勞動(dòng)強(qiáng)度；3、利用溢流閥、單向閥和換向閥組成的橋式加載回路完成對多路閥的雙向加載測試；4、充分考慮了系統(tǒng)油液的過濾裝置，提高了系統(tǒng)的抗污染能力，能有效延長系統(tǒng)中各液壓元件的壽命；5、采用單元模塊化設(shè)計(jì)，使系統(tǒng)緊湊。此外，該系統(tǒng)利用計(jì)算機(jī)和數(shù)據(jù)采集設(shè)備完成數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集和處理并利用 PLC 完成系統(tǒng)控制，整個(gè)系統(tǒng)的自動(dòng)化程度較高。但該系統(tǒng)主要針對多路閥的出廠試驗(yàn)而研制，很難滿足型式試驗(yàn)需要，且系統(tǒng)的壓力、流量等級不高，聯(lián)數(shù)不多。
吉林工業(yè)大學(xué)針對整體式多路閥的出廠試驗(yàn)研制了一套高效率的專用工作裝置及試驗(yàn)系統(tǒng)，該系統(tǒng)的主要特點(diǎn)有：1、利用液控單向閥實(shí)現(xiàn)油路之間的切換，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了測試效率；2、設(shè)有專用的內(nèi)泄漏測量窗口，使用方便。其缺點(diǎn)在于：利用節(jié)流閥模擬負(fù)載壓力，壓力不穩(wěn)定且調(diào)節(jié)不便；只適合與聯(lián)數(shù)不多的產(chǎn)品，因?yàn)槁?lián)數(shù)越多液控單向閥的控制變得復(fù)雜。
通過以上對國內(nèi)多路閥測試系統(tǒng)研究方面的研究現(xiàn)狀分析，可知目前國內(nèi)已
有的多路閥測試試驗(yàn)系統(tǒng)主要針對通用多路閥的出廠檢驗(yàn)而研制，比較適合通用多路閥的測試試驗(yàn)，其功能不是很完全，不能滿足現(xiàn)在多路閥多功能和高壓大流量的測試要求，同時(shí)測試試驗(yàn)效率相當(dāng)較低，操作過程相當(dāng)復(fù)雜。而且對一般多路閥的不合格處難以判斷。針對目前挖掘機(jī)的發(fā)展和市場需要，挖掘機(jī)多路閥的功能和功率等級越來越高，因此設(shè)計(jì)一套專用的全電液式液壓挖掘機(jī)多路閥綜合測試系統(tǒng)對挖掘機(jī)多路閥產(chǎn)品的更新?lián)Q代和質(zhì)量水平的提高顯得很有必要。
1.4 課題研究意義
隨著工程機(jī)械的發(fā)展，挖掘機(jī)的銷量越來越大。多路閥作為挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)核心元件，其性能直接決定了挖掘機(jī)整機(jī)的技術(shù)水平，且一旦裝機(jī)后液壓系統(tǒng)出現(xiàn)故障就很難檢測到故障源，因此對多路閥進(jìn)行全面的功能和性能檢驗(yàn)至關(guān)重要。但是目前國內(nèi)現(xiàn)有的多路閥測試試驗(yàn)系統(tǒng)功能都不是很齊全，而且測試效率較低工人勞動(dòng)強(qiáng)度較大，而且試驗(yàn)系統(tǒng)針對性不強(qiáng)，功能不專一因此能對現(xiàn)在挖掘機(jī)多路閥中常見的特殊功能（如直線行走、合流、優(yōu)先和負(fù)流量控制等）進(jìn)行檢驗(yàn)的試驗(yàn)系統(tǒng)更少。出于國內(nèi)對高壓大流量多路閥的研究深入，對相關(guān)產(chǎn)品的開發(fā)加強(qiáng)。因此，設(shè)計(jì)一套能對挖掘機(jī)多路閥性能進(jìn)行全面檢測的綜合測試系統(tǒng)，提高國內(nèi)開發(fā)挖掘機(jī)多路閥的整體質(zhì)量并縮短開發(fā)周期和國內(nèi)外技術(shù)差距提供實(shí)驗(yàn)支撐。
針對目前國內(nèi)已有多路閥試驗(yàn)臺(tái)的缺點(diǎn)，依據(jù)相關(guān)多路閥測試試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)和挖
掘機(jī)多路閥的特點(diǎn)，研制一套全電液控制式綜合試驗(yàn)系統(tǒng)，使其既能在模擬現(xiàn)代
挖掘機(jī)多路閥進(jìn)行加載測試完成標(biāo)準(zhǔn)中所規(guī)定的通用性能項(xiàng)目的測試，并能實(shí)現(xiàn)
對合流、優(yōu)先、直線行走以及負(fù)流量控制等特殊功能的檢驗(yàn)，從而完成傳統(tǒng)測試
中在整機(jī)上才能實(shí)現(xiàn)的功能。同時(shí)系統(tǒng)的測試效率和工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，在挖掘機(jī)
多路閥綜合試驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中加以充分考慮，使系統(tǒng)具有高效率和高精度的特點(diǎn)。
該綜合測試系統(tǒng)的研制，能夠提高國內(nèi)挖掘機(jī)多路閥產(chǎn)品的質(zhì)量和裝機(jī)測試成功
率，為挖掘機(jī)多路閥新產(chǎn)品的研制提供試驗(yàn)裝備支撐。
1.5 課題主要研究內(nèi)容
本課題以全電液控制式挖掘機(jī)多路閥綜合測試系統(tǒng)為目標(biāo)，綜合目前的測試
標(biāo)準(zhǔn)和合作商的技術(shù)要求，研制一套全電液控制式挖掘機(jī)多路閥綜合測試系統(tǒng)。
并在設(shè)計(jì)完成的試驗(yàn)臺(tái)上對研發(fā)的挖掘機(jī)多路閥進(jìn)行測試試驗(yàn)研究。本文的主要
研究內(nèi)容如下：
1、以多路閥測試試驗(yàn)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)技術(shù)要求為依據(jù)確定測試系統(tǒng)的基本功能，明確各測試試驗(yàn)項(xiàng)目及其實(shí)現(xiàn)方法，采用全電液控制方式確定挖掘機(jī)多路閥綜合測試系統(tǒng)整體技術(shù)方案。并完成系統(tǒng)各功能模塊單元的方案設(shè)計(jì)在滿足功能要求的前提下通過性能對比以及綜合考慮整個(gè)測試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)成本，確定各功能單元的最終方案。
2、基于系統(tǒng)整體布局美觀、合理，試驗(yàn)臺(tái)實(shí)用、安全、可靠并操作維護(hù)簡單的理念，對測試系統(tǒng)液壓系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。并根據(jù)系統(tǒng)參數(shù)，對相關(guān)元器件進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算及選型。結(jié)合挖掘機(jī)多路閥測試試驗(yàn)的原理和要求，完成綜合測試系統(tǒng)的測控系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)。
3、在研制的全電液控制式挖掘機(jī)多路閥綜合試驗(yàn)系統(tǒng)上對合作商開發(fā)的挖掘機(jī)多路閥進(jìn)行相應(yīng)的測試試驗(yàn)研究。結(jié)合該多路閥具體功能原理，對相關(guān)測試試驗(yàn)項(xiàng)目的實(shí)現(xiàn)方法進(jìn)行了概述，并對試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行簡要分析。從而驗(yàn)證該全電液控制式挖掘機(jī)多路閥綜合測試系統(tǒng)功能的全面性和操作的便捷性。
第二章 挖掘機(jī)多路閥綜合測試系統(tǒng)整體技術(shù)方案設(shè)計(jì)
本章主要介紹全電液控制方式挖掘機(jī)多路閥綜合測試系統(tǒng)的整體技術(shù)方案。
參照多路閥相關(guān)測試試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)和測試系統(tǒng)技術(shù)條件，并結(jié)合具體研究的某挖掘機(jī)
多路閥的功能特點(diǎn)，在綜合分析多路閥工作特性的前提下，確定了試驗(yàn)臺(tái)的基本
技術(shù)要求、測試試驗(yàn)項(xiàng)目以及所需檢測的技術(shù)參數(shù)。結(jié)合當(dāng)前計(jì)算機(jī)檢測與控制
技術(shù)，以檢測實(shí)用性、操作方便性、使用可靠性為原則，完成整個(gè)測試系統(tǒng)的方
案原理設(shè)計(jì)。
2.1 挖掘機(jī)多路閥綜合測試系統(tǒng)技術(shù)要求
本文所研究的測試對象（挖掘機(jī)多路閥）具有以下特點(diǎn)：1、開中位負(fù)流量控制；2、動(dòng)臂和斗桿都采用雙閥芯控制，閥內(nèi)合流；3、直線行走功能；4、斗桿閥內(nèi)流量再生，實(shí)現(xiàn)斗桿在輕載荷時(shí)快速回收；5、在動(dòng)臂大腔和斗桿小腔設(shè)置保持閥，確保整機(jī)的安全；6、可實(shí)現(xiàn)復(fù)合動(dòng)作；7、采用兩片式整體結(jié)構(gòu)。其具體的系統(tǒng)原理如圖 2.1 所示。
圖2.1 挖掘機(jī)多路閥系統(tǒng)原理圖
因此本文結(jié)合研究對象的具體功能和性能特點(diǎn)以及合作商提出的相關(guān)技術(shù)要求，并參照國家標(biāo)準(zhǔn)文件：液壓多路換向閥技術(shù)條件(JB/T8729.1—1998)；液壓多路換向閥試驗(yàn)方法(JB/T8729.2—1998)；以及液壓挖掘機(jī)用整體多路閥技術(shù)條件(JG/T5116-1999)，對挖掘機(jī)多路閥的試驗(yàn)項(xiàng)目、具體實(shí)現(xiàn)方法以及測試工況等進(jìn)行規(guī)范。本課題研制的全電液控制式挖掘機(jī)多路閥綜合試驗(yàn)系統(tǒng)是參照上述三個(gè)測試標(biāo)準(zhǔn)文件為設(shè)計(jì)依據(jù)，下面對主要內(nèi)容進(jìn)行進(jìn)行介紹。
2.1.1 試驗(yàn)系統(tǒng)基本要求
根據(jù)合作商要求以及相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)的要求，并結(jié)合研究對象的具體特點(diǎn)，本
文研究的挖掘機(jī)多路閥綜合測試系統(tǒng)應(yīng)該具有如下的基本要求：
1、泵站供油系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速（0～2300rpm）范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，油源流量可大于被試閥的公稱流量（280L/min×2），油源壓力能達(dá)到 36MPa；
2、可以實(shí)現(xiàn)挖掘機(jī)多路閥任何油路獨(dú)立工作時(shí)的變負(fù)荷正反向加載，可實(shí)現(xiàn)室內(nèi)測試臺(tái)的遠(yuǎn)程控制；
3、試驗(yàn)過程充分考慮液壓系統(tǒng)散熱和能量回收問題，嚴(yán)禁液壓油過熱，破壞液壓油品質(zhì)；
4、試驗(yàn)油源應(yīng)具備自加熱能力。試驗(yàn)環(huán)境應(yīng)具備可重復(fù)性；
5 、各測壓點(diǎn)位置和測壓孔直徑，溫度測量點(diǎn)位置均符合機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JB/8729.2-1998 的相關(guān)規(guī)定，應(yīng)拆裝方便；
6、測試數(shù)據(jù)精度不低于B級測量精度：溫度±1℃，壓力±1%，流量±1%，功率±1%；
7、關(guān)鍵數(shù)據(jù)需在測試臺(tái)上利用儀表直觀顯示，除泄漏流量外，其他所有數(shù)據(jù)均可以實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)采集、顯示和存儲(chǔ)。
8、試驗(yàn)臺(tái)整體布局美觀、合理，試驗(yàn)臺(tái)應(yīng)實(shí)用、安全、可靠并操作、維護(hù)方便，試驗(yàn)臺(tái)使用環(huán)境溫度為-10℃～40℃，設(shè)計(jì)使用壽命不小于 10000h；
9、試驗(yàn)臺(tái)架應(yīng)便于各項(xiàng)檢測數(shù)據(jù)的觀測，盡可能的少拆卸試驗(yàn)管路、傳感器及儀表；
10、測試時(shí)保證試驗(yàn)人員的安全性，安裝管路完成后，試驗(yàn)人員具有獨(dú)立操作間；
11、試驗(yàn)臺(tái)應(yīng)便于保養(yǎng)和儀表維修，線路布置合理，便于拆卸；
12、試驗(yàn)臺(tái)外購的試驗(yàn)設(shè)備的性能應(yīng)處于國內(nèi)領(lǐng)先水平，要求工作可靠，經(jīng)久耐用（設(shè)計(jì)壽命 10000h），維修方便。
同時(shí)所開發(fā)的綜合測試系統(tǒng)應(yīng)滿足功率 184kW、壓力 36MPa 泵性能檢測試驗(yàn)要求，滿足流量 280L/min×2 多路閥性能檢測試驗(yàn)要求；通過計(jì)算機(jī)總線進(jìn)行聯(lián)調(diào)；試驗(yàn)過程中系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)采集、存儲(chǔ)、參數(shù)顯示和表格打印等功能，并且系統(tǒng)應(yīng)滿足抗電磁干擾的要求，試驗(yàn)系統(tǒng)具有較強(qiáng)的擴(kuò)展性。
2.1.2 綜合測試系統(tǒng)試驗(yàn)項(xiàng)目和要求
本文所研制的挖掘機(jī)多路閥綜合測試系統(tǒng)應(yīng)該能夠完成對挖掘機(jī)多路閥的各項(xiàng)功能和關(guān)鍵性能的檢驗(yàn)檢測。依據(jù)相關(guān)測試標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)文件的要求以及研究對象具體的特點(diǎn)，將標(biāo)準(zhǔn)中的出廠試驗(yàn)和型式試驗(yàn)加以細(xì)分為挖掘機(jī)多路閥的功能試驗(yàn)和性能試驗(yàn)，因此能更加體現(xiàn)測試系統(tǒng)的專用性和綜合性。挖掘機(jī)多路閥的具體試驗(yàn)類型及試驗(yàn)項(xiàng)目如表 2.1 所示。
依據(jù)測試標(biāo)準(zhǔn)要求和技術(shù)文件規(guī)定，挖掘機(jī)多路閥進(jìn)行功能試驗(yàn)和性能試驗(yàn)
前都需要對挖掘機(jī)多路閥進(jìn)行耐壓試驗(yàn)。下面對各項(xiàng)測試項(xiàng)目要求進(jìn)行分析。耐壓試驗(yàn)，標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定多路閥進(jìn)行耐壓試驗(yàn)時(shí)，路閥組泄油口與油箱連通，在工作油口處通以 1.5 倍額定工作壓力的壓力油保壓 5min，不得有外泄漏及零件損壞現(xiàn)象。
功能試驗(yàn)：
1、主閥芯換向功能試驗(yàn)被試多路閥組進(jìn)油口、施加 36MPa 的恒壓源（中位除外），各工作油口封閉，T 口背壓在規(guī)定的范圍內(nèi)，調(diào)節(jié)被試多路閥組各主閥芯的控制壓力。
表2.1 試驗(yàn)類型及試驗(yàn)項(xiàng)目
功能試驗(yàn)項(xiàng)目
性能試驗(yàn)項(xiàng)目
主閥芯換向功能
內(nèi)置信號(hào)油路功能
負(fù)流量反饋
閥芯壓力損失
直線行走功能
動(dòng)臂合流功能
主安全閥性能
工作油口過載保護(hù)
動(dòng)臂保持功能
動(dòng)臂流量再生功能
負(fù)流量控制流量特性
主閥芯微動(dòng)特性
斗桿保持功能
斗桿閥內(nèi)合流功能
高溫試驗(yàn)
壽命試驗(yàn)
復(fù)合動(dòng)作功能
斗桿流量再生功能
內(nèi)泄漏
復(fù)合動(dòng)作流量分配
2、內(nèi)置信號(hào)油路功能試驗(yàn)
空載狀態(tài)下模擬挖掘機(jī)多路閥各種動(dòng)作（含復(fù)合動(dòng)作），測試信號(hào)油壓和在各種動(dòng)作下輸出壓力是否正確。
3、直線行走功能試驗(yàn)
模擬挖掘機(jī)直線行走和正常行走工況，用相關(guān)數(shù)據(jù)證明被試閥是否具有直線
行走功能。
4、動(dòng)臂提升閥內(nèi)合流功能試驗(yàn)
模擬挖掘機(jī)動(dòng)臂提升工況，用相關(guān)數(shù)據(jù)證明被試閥是否具有閥內(nèi)合流功能。
5、動(dòng)臂保持功能試驗(yàn)
模擬挖掘機(jī)動(dòng)臂保持和解鎖工況，用相關(guān)數(shù)據(jù)證明被試閥動(dòng)臂保存和解鎖功
能是否完好。
6、動(dòng)臂下降流量再生功能試驗(yàn)
模擬挖掘機(jī)動(dòng)臂下降工況，用相關(guān)數(shù)據(jù)證明被試閥是否具備動(dòng)臂下降流量再
生功能。
7、斗桿提升閥內(nèi)合流功能試驗(yàn)
模擬挖掘機(jī)斗桿提升工況，用相關(guān)數(shù)據(jù)證明被試閥是否具有閥內(nèi)合流功能。
8、斗桿保持功能試驗(yàn)
模擬挖掘機(jī)斗桿保持和解鎖工況，用相關(guān)數(shù)據(jù)證明被試閥斗桿保存的解鎖功能是否完好。
9、斗桿下降流量再生功能試驗(yàn)
模擬挖掘機(jī)斗桿下降工況，用相關(guān)數(shù)據(jù)證明被試閥是否具備斗桿下降流量再
生功能。
10、復(fù)合動(dòng)作功能試驗(yàn)
模擬挖掘機(jī)各動(dòng)臂、回轉(zhuǎn)、斗桿、鏟斗、行走復(fù)合動(dòng)作。
性能試驗(yàn)：
1、負(fù)流量反饋-壓力曲線
要求繪制反映中位流量與壓力之間關(guān)系的曲線。
2、閥芯中位壓力損失
被試多路閥組處于中位，要求繪制流量與壓力損失曲線。
3、主閥芯雙向壓力損失曲線
被試閥閥芯置于最大開口位置，通過控制被試閥主閥芯的流量從 0 逐漸增大到 100%公稱流量（油液流向分 P→A→B→T 和 P→A→B→T 兩種情況）,計(jì)算各主閥芯在不同流量下的壓力損失，繪制不同流量下的壓力損失曲線。
4、主安全閥性能測試
測試被試主安全閥的調(diào)壓范圍，并得出安全閥啟閉特性曲線。
5、各工作油口過載保護(hù)閥性能測試
測試各工作油口過載保護(hù)閥的調(diào)壓范圍，并得出安全閥啟閉特性曲線。
6、負(fù)流量控制泵流量特性曲線
在無負(fù)流量控制作用時(shí)測試泵 1、泵 2 的輸出壓力與流量的特性曲線；在有負(fù)流量控制時(shí)測試負(fù)流量控制控制壓力與流量的特性曲線。
7、 主閥芯微動(dòng)特性試驗(yàn)
P→A（B）流量微動(dòng)特性及 P→T 中位流量微動(dòng)特性測試：控制被試閥進(jìn)油口P 通以公稱流量，同時(shí)保持 A（B）口公稱壓力的 50%，測試主閥芯行程與相應(yīng)流量，繪制流量微動(dòng)特性曲線。
8、復(fù)合動(dòng)作流量分配試驗(yàn)
試驗(yàn)在不同工況下（單向等負(fù)荷加載），復(fù)合動(dòng)作時(shí)流量分配關(guān)系。
9、高溫試驗(yàn)：油液溫度在 80+5℃的工況下，被試多路閥組在公稱壓力條件下
通以公稱流量，并通過計(jì)算機(jī)編程實(shí)現(xiàn)主閥芯以一定的頻率連續(xù)換向半個(gè)小時(shí)，不得出現(xiàn)液壓元件損壞現(xiàn)象。
10、 壽命試驗(yàn)：主要目的是考核多路閥的使用壽命，被試閥在公稱壓力下通以試驗(yàn)流量，通過計(jì)算機(jī)控制多路閥組以一定的頻率進(jìn)行連續(xù)換向動(dòng)作，達(dá)到規(guī)定的換向次數(shù)后，檢查被試閥內(nèi)部主要元件是否完好。
2.2 全電液控制綜合測試系統(tǒng)設(shè)計(jì)任務(wù)
依據(jù)相關(guān)國家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)文件，結(jié)合某挖掘機(jī)多路閥組的功能原理，設(shè)計(jì)開發(fā)一套省時(shí)省力，操作簡單，測試準(zhǔn)確精度高的全電液控制式挖掘機(jī)多路閥綜合測試系統(tǒng)，能夠完成挖掘機(jī)多路閥的各項(xiàng)功能和性能測試，并能對挖掘機(jī)多路閥特殊功能如負(fù)流量控制功能、直線行走、優(yōu)先和合流等驗(yàn)證性檢測。能夠?qū)﹃P(guān)鍵的流量、壓力和溫度等關(guān)鍵數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測，并能生成相關(guān)性能特征曲線，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動(dòng)化采集、處理和顯示等功能，且相關(guān)數(shù)據(jù)精度須達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的 B 級精度要求。同時(shí)系統(tǒng)應(yīng)該具有散熱和加熱功能以保證系統(tǒng)能夠正常工作在相關(guān)工作溫度下，并能模擬挖掘機(jī)的實(shí)際工況對多路閥進(jìn)行加載測試。且要求能夠?qū)崿F(xiàn)合作商技術(shù)要求中的其他相關(guān)功能。下面對全電液控制式挖掘機(jī)多路閥綜合測試系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì)過程進(jìn)行分析。
2.3 測試系統(tǒng)整體技術(shù)方案
按照設(shè)計(jì)技術(shù)要求確定本課題所開發(fā)設(shè)計(jì)的全電液式液壓挖掘機(jī)多路閥綜合測試系統(tǒng)的整體技術(shù)方案原理如圖 2.2 所示。整個(gè)液壓挖掘機(jī)多路閥檢測試驗(yàn)臺(tái)主要由動(dòng)力輸入及運(yùn)行控制系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)檢測系統(tǒng)三個(gè)相對獨(dú)立的子系統(tǒng)組成。動(dòng)力輸入及運(yùn)行控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)多路閥工況的模擬：控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)輸入轉(zhuǎn)速的模擬，控制電液比例溢流閥的溢流壓力實(shí)現(xiàn)多路閥負(fù)荷的模擬加載及系統(tǒng)壓力的調(diào)節(jié)。液壓系統(tǒng)通過液壓管路將多路閥、泵、比例閥、傳感器組合為一個(gè)整體；計(jì)算機(jī)檢測系統(tǒng)通過智能儀表、數(shù)據(jù)采集卡和工控機(jī)等實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測及采集。液壓系統(tǒng)可以分成幾個(gè)主要的獨(dú)立功能單元，包括動(dòng)力輸入與運(yùn)行控制單元、電液控制單元、負(fù)載模擬單元、油路切換控制和油溫控制單元等，測控系統(tǒng)的硬件主要由工業(yè)計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)采集設(shè)備、信號(hào)調(diào)理設(shè)備和儀器儀表同時(shí)利用 PLC 控制實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)控制及狀態(tài)監(jiān)測。通過 Labview 軟件完成測控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)相關(guān)設(shè)備之間的通信以及測試數(shù)據(jù)處理和顯示。下面對測試系統(tǒng)整體技術(shù)方案設(shè)計(jì)的過程進(jìn)行簡單介紹。
圖 2.2 測試系統(tǒng)整體技術(shù)方案
2.4 測試系統(tǒng)各功能單元方案
2.4.1 系統(tǒng)動(dòng)力輸入與運(yùn)行控制方案
結(jié)合多路閥試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)以及合作商提出的挖掘機(jī)多路閥綜合測試系統(tǒng)技術(shù)要求，可以確定系統(tǒng)流量需要能夠連續(xù)可調(diào)。然而系統(tǒng)流量需要?jiǎng)恿︱?qū)動(dòng)，因此，首先應(yīng)對挖掘機(jī)多路閥綜合試驗(yàn)系統(tǒng)的動(dòng)力輸入與運(yùn)行控制進(jìn)行考慮，經(jīng)綜合考
慮研究，確定測試系統(tǒng)流量的調(diào)節(jié)方式。目前，常用的動(dòng)力油源流量調(diào)節(jié)的方式
有：
1、 多泵組合的方式：其原理是通過多臺(tái)定量泵或者定量泵與變量泵的組合來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)流量的調(diào)節(jié)，該方案原理圖如圖 2.3所示，根據(jù)液壓系統(tǒng)不同工況下流量的需求來控制相關(guān)的泵工作，根據(jù)不同泵輸出流量的組合來達(dá)到系統(tǒng)流量的需求，并且在泵流量組合控制的過程中需要輔助控制閥的切換來實(shí)現(xiàn)。因此系統(tǒng)流量調(diào)節(jié)范圍較寬時(shí)則系統(tǒng)需要的泵源數(shù)量就多，不僅增加了系統(tǒng)成本而且還使系統(tǒng)變得復(fù)雜。因此此方式比較適合于只有幾個(gè)流量等級需求的系統(tǒng)。
圖2.3 多個(gè)定量泵組合方案 圖2.4 普通電機(jī)驅(qū)動(dòng)變量泵
圖 2.5 變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)定量泵 圖 2.6 變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)變量泵
2、普通電機(jī)驅(qū)動(dòng)變量泵：該方案原理圖如圖 2.4 所示，因?yàn)槠胀姍C(jī)的轉(zhuǎn)速基本恒定因此系統(tǒng)流量是通過改變變量泵的排量來實(shí)現(xiàn)的。運(yùn)用此方案系統(tǒng)流量可以根據(jù)負(fù)載變化來調(diào)節(jié)，節(jié)能效果好，系統(tǒng)響應(yīng)較快，而且普通電機(jī)比較便宜。但是如果需要實(shí)現(xiàn)流量的自動(dòng)調(diào)節(jié)就需要一套控制泵排量的變量控制機(jī)構(gòu)，增加
了系統(tǒng)故障率，且控制機(jī)構(gòu)的抗污染能力較差，且小流量時(shí)電機(jī)和泵都高速運(yùn)動(dòng)
加速了機(jī)械磨損。而且能夠根據(jù)控制信號(hào)來改變排量的變量泵價(jià)格貴而且供貨周
期長。
3、變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)定量泵：該方案原理如圖 2.5 所示，泵輸出的流量是通過控制變頻電機(jī)的轉(zhuǎn)速來實(shí)現(xiàn)的，相比變量泵省去了復(fù)雜的變量機(jī)構(gòu)。且國內(nèi)變頻技術(shù)相對成熟，控制效果較好供貨時(shí)間不長，流量的調(diào)節(jié)也比較方便而且容易實(shí)現(xiàn)。但是由于泵的排量不能調(diào)節(jié)而且一般的定量泵都有最低轉(zhuǎn)速的限制，且變頻電機(jī)
在低轉(zhuǎn)速下效率較低，在系統(tǒng)小流量需求的工況難以實(shí)現(xiàn)。因此系統(tǒng)流量調(diào)節(jié)的
范圍有一定的限制且有研究表面此種方式不適合在高壓小流量的場合。
4、變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)變量泵：該方案原理如圖 2.6 所示，此方案中由于有變頻電
機(jī)和變量泵，因此泵輸出流量的調(diào)節(jié)方式呈現(xiàn)多樣性，即可以通過調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速
也可以通過調(diào)節(jié)泵的排量，還可以兩者同時(shí)調(diào)節(jié)。此種方案系統(tǒng)流量調(diào)節(jié)不僅方
便而且調(diào)節(jié)變化的范圍比較寬。能夠通過選擇不同的調(diào)節(jié)方式避開在小流量情況
下泵的最低轉(zhuǎn)速和效率低的問題，提高系統(tǒng)效率。有研究表明，采用變頻電機(jī)
驅(qū)動(dòng)變量泵方式的液壓系統(tǒng)其系統(tǒng)效率最高，節(jié)能效果最好。
本課題根據(jù)多路閥試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)技術(shù)文件中對系統(tǒng)流量調(diào)節(jié)的相關(guān)要求，
在滿足系統(tǒng)流量調(diào)節(jié)的需求上，充分考慮了系統(tǒng)的節(jié)能性和操作方便性，確定了
本文所研制的全電液控制式液壓挖掘機(jī)多路閥測試試驗(yàn)系統(tǒng)的動(dòng)力輸入與運(yùn)行控制系統(tǒng)的方案采用變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)變量泵的方案。
2.4.2 全電液控制方案
為了提高整個(gè)測試試驗(yàn)過程的自動(dòng)化程度和測試效率，本課題所開發(fā)的挖掘
機(jī)多路閥綜合測試系統(tǒng)采用全電液控制技術(shù)方案，即通過對電信號(hào)的控制實(shí)現(xiàn)對
液壓系統(tǒng)的控制，包括測試系統(tǒng)中電機(jī)的啟動(dòng)停止，液壓系統(tǒng)中系統(tǒng)壓力，加載
壓力以及挖掘機(jī)多路閥換向工作的過程，都是通過對電信號(hào)的控制來實(shí)現(xiàn)對液壓
系統(tǒng)的控制。常用的電液控制方式有：
1、電磁開關(guān)閥方案，其結(jié)構(gòu)簡單，抗污染能力強(qiáng)且價(jià)格相對較便宜，一般在液壓開關(guān)控制系統(tǒng)中經(jīng)常用到，但其控制精度較差且只能進(jìn)行開關(guān)控制動(dòng)作不能進(jìn)行輸出油液的壓力調(diào)節(jié)。
2、電液比例閥方案，其結(jié)構(gòu)相對較簡單，同時(shí)控制精度較好且能實(shí)現(xiàn)輸出壓力的連續(xù)控制，其抗污染能力較強(qiáng)價(jià)格適中。
3、電液伺服閥方案，其結(jié)構(gòu)相對比較復(fù)雜，成本較高對油液的清潔度較敏感，但是控制精度最好，能夠?qū)崿F(xiàn)對輸出油液壓力的精確控制。
根據(jù)系統(tǒng)先導(dǎo)控制和壓力控制需要要求能夠?qū)崿F(xiàn)對油液壓力的連續(xù)控制，實(shí)現(xiàn)多級調(diào)節(jié)，并充分考慮系統(tǒng)成本和系統(tǒng)控制需求，系統(tǒng)中電液控制方式采用電液比例控制方式，其中先導(dǎo)調(diào)壓控制部分采用電磁比例減壓閥作為先導(dǎo)閥，系統(tǒng)壓力調(diào)節(jié)和加載控制采用的是電液比例閥。
2.4.3 負(fù)載模擬加載方案
為了實(shí)現(xiàn)在挖掘機(jī)多路閥測試過程中模擬挖掘機(jī)實(shí)際工作過程中的負(fù)載，因
此一般通過模擬實(shí)際負(fù)載時(shí)的負(fù)載壓力來實(shí)現(xiàn)負(fù)載模擬從而模擬實(shí)際工況來加載測試多路閥。一般的液壓負(fù)載模擬裝置有溢流閥負(fù)載模擬和節(jié)流閥負(fù)載模擬兩類液壓負(fù)載模擬裝置。溢流閥負(fù)載模擬是通過調(diào)定溢流閥的溢流壓力，來模擬挖掘機(jī)多路閥實(shí)際工作過程中的負(fù)載壓力。其原理如下圖 2.7 所示，由于溢流閥的開啟，壓力一旦調(diào)定后基本上就會(huì)保持不變，所以采用溢流閥模擬負(fù)載加載時(shí)，負(fù)載壓力穩(wěn)定，而且配合電液比例技術(shù)能夠方便的實(shí)現(xiàn)負(fù)載壓力連續(xù)調(diào)節(jié)而且更能真實(shí)的復(fù)現(xiàn)實(shí)際工作過程。節(jié)流閥負(fù)載模擬裝置則是通過調(diào)節(jié)節(jié)流閥實(shí)際開口大小，使油液流過節(jié)流口時(shí)產(chǎn)生一定的壓差來模擬負(fù)載壓力，其原理如下圖 2.8 所示。由于節(jié)流閥用于壓力調(diào)節(jié)時(shí)，壓力很難穩(wěn)定而且受流量的影響很大。本文所研制的試驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)流量要求能夠連續(xù)調(diào)節(jié)且變化范圍大，且要求負(fù)載壓力穩(wěn)定準(zhǔn)確，因此，采用溢流閥作為試驗(yàn)系統(tǒng)中的負(fù)載模擬加載裝置。
圖 2.7 溢流閥負(fù)載模擬裝置 圖 2.8 節(jié)流閥負(fù)載模擬裝置
2.4.4 系統(tǒng)油路切換控制方案
在全電液式挖掘機(jī)多路閥綜合測試系統(tǒng)中，要求被試多路閥一次安裝完成后，不需要換接油管等操作就能完成所有試驗(yàn)項(xiàng)目的測試，從而提高挖掘機(jī)多路閥測試試驗(yàn)效率。而在測試過程為了實(shí)現(xiàn)不同測試試驗(yàn)液壓回路的連接，系統(tǒng)需要經(jīng)常切換油路，因此測試系統(tǒng)中需要有相應(yīng)的油路切換單元來實(shí)現(xiàn)相應(yīng)測試回路的切換和選擇。目前，常用的油路切換方式有以下幾種：
1、電液換向閥方案：通過控制具有合適的滑閥機(jī)能的電液換向閥的工作位置可以實(shí)現(xiàn)相關(guān)油路之間的切換。但是當(dāng)需要切換的油路較多時(shí)，對電液換向閥的控制就變得比較復(fù)雜，給電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)帶來難度，而且由于聯(lián)動(dòng)操作會(huì)使操作過程中引起誤動(dòng)作。且一般的電液換向閥都是采用滑閥式結(jié)構(gòu)，密封性不好存在一定的泄漏，因此會(huì)影響多路閥內(nèi)泄漏測試項(xiàng)目的準(zhǔn)確性而且成本較高。
2、液控單向閥方案：在沒有控制壓力油時(shí)液控單向閥只能單向流動(dòng)而當(dāng)其反向開啟時(shí)則需要控制壓力油才能實(shí)現(xiàn)反向流動(dòng)，所以利用液控單向閥可以實(shí)現(xiàn)油路之間的切換，但是當(dāng)需要切換的油路增多時(shí)容易引起誤動(dòng)，而且需要提供控制油路來控制其動(dòng)作，會(huì)使系統(tǒng)油路變得復(fù)雜，成本相對較高。
3、二通插裝閥方案：通過利用二通插裝閥和電磁換向閥的組合來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)油路的切換，其功能類似與球閥。其優(yōu)點(diǎn)在于：能夠把所有的插裝閥組集成安裝到閥塊中，簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，同時(shí)可以方便的控制電磁閥就能實(shí)現(xiàn)油路的通斷。同時(shí)此方案也存在一定的缺點(diǎn)：插裝閥的雙向開啟需要通過控制油來實(shí)現(xiàn)，因此系統(tǒng)需要提供控制油路，使管路連接變得復(fù)雜；而且當(dāng)需要控制的油路較多時(shí)，系統(tǒng)的控制按鈕多而且需要復(fù)合動(dòng)作，就會(huì)增加電氣控制難度，同時(shí)也容易引起誤動(dòng)作降低系統(tǒng)的可靠性。
4、換接油管方案：此種方案是通過將需要測試聯(lián)的油口與系統(tǒng)管路相連，不需要測試的就把油口堵住。因此系統(tǒng)只需要提供進(jìn)油、回油和兩條工作油口油路從而簡化系統(tǒng)油路，降低成本且可靠性高。但是測試過程中每完成一聯(lián)測試就需要換接油管和拆裝油口法蘭，這樣就增加了勞動(dòng)強(qiáng)度，系統(tǒng)效率較低。而且不能滿足挖掘機(jī)多路閥復(fù)合動(dòng)作等特殊功能的測試，以及批量測試的要求。
5、高壓球閥方案：由于球閥本身結(jié)構(gòu)相對簡單、且密封性好并且價(jià)格較便宜，通過簡單操作就能方便的實(shí)現(xiàn)油路之間的切換，而且系統(tǒng)可靠性高。因此通過選
擇球閥的組合可以方便的實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)一次安裝就能完成所有項(xiàng)目的測試，每選擇一
條油路只需打開或者關(guān)閉相關(guān)的球閥就可以方便的實(shí)現(xiàn)油路之間的切換。因此系
統(tǒng)具有較高的測試效率，而且球閥的密封性好而且高壓下也能保證很好的密封性，因此能滿足挖掘機(jī)多路閥的內(nèi)泄漏量測試要求。
因此在滿足系統(tǒng)油路切換功能的前提下，基于系統(tǒng)緊湊性、可靠性和操作方
便性的原則并綜合考慮系統(tǒng)設(shè)計(jì)成本和測試效率，選擇高壓球閥方案作為系統(tǒng)油
路切換控制單元。
2.4.5 測試系統(tǒng)油溫控制方案
圖 2.9 溢流加熱方案 圖 2.10 電加熱器
在液壓系統(tǒng)測試過程中，由于系統(tǒng)輸入功率基本上轉(zhuǎn)化為熱量的形式損耗，
使系統(tǒng)的油溫上升很快，而油液溫度對液壓油的粘度有很大的影響從而會(huì)改變液
壓油的品質(zhì)，并對液壓元件如多路閥性能造成影響，同時(shí)也會(huì)破壞密封件的性能
增加系統(tǒng)泄漏，如果系統(tǒng)沒有設(shè)置冷卻裝置，隨著測試時(shí)間的增加，油液溫度不
斷上升，不僅會(huì)破壞液壓油的品質(zhì)，還會(huì)由于溫度過高而破壞液壓元件的密封件，
縮短相關(guān)元件的使用壽命。因此系統(tǒng)工作的油溫不能太高。又由于標(biāo)準(zhǔn)文件中規(guī)
定高溫試驗(yàn)時(shí)要求油液溫度在 80 土 5℃的工況下進(jìn)行，為了能夠增加系統(tǒng)效率縮短油液溫升過程的時(shí)間，測試試驗(yàn)系統(tǒng)需要設(shè)置油液加熱裝置。因此，系統(tǒng)需要選擇合適的油液加熱和冷卻裝置來控制系統(tǒng)的油溫使其保持在標(biāo)準(zhǔn)要求的范圍之內(nèi)。因此經(jīng)充分考慮本文所研制的挖掘機(jī)多路閥綜合測試系統(tǒng)需設(shè)置油液加熱裝置和油液冷卻系統(tǒng)。
一般可以選擇電加熱器直接加熱和溢流循環(huán)加熱兩種方式對液壓系統(tǒng)的油液進(jìn)行加熱。其中電加熱器加熱迅速方便，溫度控制效果較好。而溢流加熱裝置，具有實(shí)現(xiàn)簡單，不容易使油液變質(zhì)，但是需要額外增加溢流液壓設(shè)備給系統(tǒng)管路布置增加了難道，溢流加熱的方案原理如上圖 2.9 所示。綜合多種考慮后，本試驗(yàn)系統(tǒng)中采用電加熱器加熱的方式。
液壓系統(tǒng)中常用的散熱系統(tǒng)裝置有風(fēng)冷裝置和水冷裝置兩種。采用風(fēng)冷裝置
散熱的優(yōu)點(diǎn)有：風(fēng)冷卻器的成本較低，維修比較簡單，而且利用空氣進(jìn)行熱交換，
因而不會(huì)影響液壓油的品質(zhì)，但是其制冷能力受環(huán)境溫度影響較大。水冷裝置的
主要特點(diǎn)有：水冷卻器的體積小、制冷能力比較固定，但由于其利用循環(huán)水來帶
走多余熱量因此系統(tǒng)需要提供水源，同時(shí)冷卻水的滲漏會(huì)影響液壓系統(tǒng)元器件的
正常工作。
因此根據(jù)兩者的特點(diǎn)并考慮到試驗(yàn)系統(tǒng)現(xiàn)場水源獲得比較困難，且試驗(yàn)場所受限。同時(shí)為了使測試環(huán)境與挖掘機(jī)實(shí)車保持一致，因此測試系統(tǒng)選擇風(fēng)冷卻器作為系統(tǒng)散熱裝置。
2.11 風(fēng)冷卻器 2.12 水冷卻器
2.5 測試系統(tǒng)主要特點(diǎn)
通過上述對全電液控制式挖掘機(jī)多路閥綜合測試試驗(yàn)系統(tǒng)整體技術(shù)方案的設(shè)計(jì)和各功能單元模塊方案的對比分析，下面對本課題所研制的全電液控制式挖掘機(jī)多路閥綜合試驗(yàn)系統(tǒng)主要特點(diǎn)總結(jié)如下:
1、液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù): 本試驗(yàn)系統(tǒng)屬于高壓、大流量液壓系統(tǒng)，最大工作壓力達(dá)到 36MPa，最大設(shè)計(jì)流量 560L/min。
2、測試系統(tǒng)中對系統(tǒng)壓力，負(fù)載壓力和主閥芯換向動(dòng)作都采用遠(yuǎn)程控制的方案，即利用電液比例控制技術(shù)，通過對電信號(hào)的控制來實(shí)現(xiàn)液壓系統(tǒng)的控制，因此能方便的實(shí)現(xiàn)壓力和流量的連續(xù)調(diào)節(jié)，以及閥芯動(dòng)作的準(zhǔn)確控制。提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和操作性，減輕了測試工作的負(fù)擔(dān)并提高了測試的安全性。系統(tǒng)的自動(dòng)化測試程度較高。
3、測試系統(tǒng)綜合性較強(qiáng)，不但能夠完成各種挖掘機(jī)多路閥常規(guī)功能試驗(yàn)和性能試驗(yàn)，還可以模擬挖掘機(jī)多路閥的一些實(shí)際工況，從而實(shí)現(xiàn)對挖掘機(jī)多路閥中常見的一些功能，如直線行走、負(fù)流量控制、合流、優(yōu)先以及復(fù)合動(dòng)作等，進(jìn)行檢驗(yàn)測試。一定程度上能提高挖掘機(jī)多路閥的質(zhì)量和合格率。
4、本測試試驗(yàn)系統(tǒng)采用簡單可靠，密封性能好的高壓球閥的組合來實(shí)現(xiàn)測試系統(tǒng)中油路通斷。可以實(shí)現(xiàn)被試挖掘機(jī)多路閥一次安裝，便可完成所有測試項(xiàng)目的檢測，油路之間的切換通過手動(dòng)操作完成提高了系統(tǒng)的可靠性，同時(shí)操作方便。
因此在兼顧系統(tǒng)設(shè)計(jì)成本的同時(shí)，提高了系統(tǒng)的測試效率。
5、本試驗(yàn)系統(tǒng)利用計(jì)算機(jī)完成整個(gè)測試系統(tǒng)測控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，自動(dòng)化程度較高，通過計(jì)算機(jī)和數(shù)據(jù)采集設(shè)備并以 Labview 軟件為平臺(tái)完成測試系統(tǒng)軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。使測試系統(tǒng)能自動(dòng)完成數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集處理和顯示等功能。以 PLC 為核
心完成系統(tǒng)的運(yùn)行控制和狀態(tài)監(jiān)測功能。
6、測試系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，充分考慮了系統(tǒng)的節(jié)能性要求和安全性，設(shè)計(jì)了系統(tǒng)的加熱和散熱系統(tǒng)，以及選擇合適的動(dòng)力輸入與運(yùn)行控制系統(tǒng)等。
2.6 本章小結(jié)
本章主要是對挖掘機(jī)多路閥綜合試驗(yàn)系統(tǒng)整體技術(shù)方案以及相關(guān)功能單元方案進(jìn)行了設(shè)計(jì)。參照多路閥測試試驗(yàn)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)技術(shù)文件要求，并結(jié)合研究的挖掘機(jī)多路閥的特點(diǎn)和實(shí)際工況需求，確定了測試系統(tǒng)的整體技術(shù)方案。在滿足測試系統(tǒng)功能要求的前提下，通過對比分析并考慮系統(tǒng)成本等因素的影響確定了系統(tǒng)各功能單位的方案。并對本課題所研制的全電液控制式液壓挖掘機(jī)多路閥綜合測試系統(tǒng)的主要特點(diǎn)進(jìn)行了總結(jié)。
第三章 液壓及測控系統(tǒng)設(shè)計(jì)
本章主要內(nèi)容是在滿足技術(shù)要求和系統(tǒng)功能的前提下完成測試試驗(yàn)系統(tǒng)的液壓系統(tǒng)和測控系統(tǒng)設(shè)計(jì)。對液壓系統(tǒng)原理和各功能單元進(jìn)行設(shè)計(jì)并對相關(guān)元器件進(jìn)行選型計(jì)算；完成測控系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計(jì)。同時(shí)基于對系統(tǒng)緊湊性、美觀性和操作方便性的要求，對測試系統(tǒng)進(jìn)行集成安裝設(shè)計(jì)并進(jìn)行整體布局。
3.1 測試系統(tǒng)的液壓系統(tǒng)概述
液壓系統(tǒng)作為全電液控制式液壓挖掘機(jī)多路閥綜合測試系統(tǒng)的基礎(chǔ)，要實(shí)現(xiàn)
對挖掘機(jī)多路閥的測試，液壓系統(tǒng)需要為挖掘機(jī)多路閥的整個(gè)測試過程提供液壓
回路支持，使多路閥的輸入輸出流量形成測試回路，并能夠模擬挖掘機(jī)多路閥的
實(shí)際工況提供壓力油源和負(fù)載壓力等功能。同時(shí)通過對電信號(hào)的控制使液壓系統(tǒng)
作出相應(yīng)的系統(tǒng)響應(yīng)從而實(shí)現(xiàn)控制過程。根據(jù)系統(tǒng)功能需求和系統(tǒng)緊湊化設(shè)計(jì)的理念，將液壓系統(tǒng)按功能分成不同的功能模塊。試驗(yàn)系統(tǒng)液壓方案原理如圖 3.1
所示。
3.2 數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
3.2.1 數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)簡介
圖 3.1 數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)原理圖
全電液式液壓挖掘機(jī)多路閥綜合測試系統(tǒng)主要由動(dòng)力輸入及運(yùn)行控制系統(tǒng)、
液壓系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)檢測系統(tǒng)三個(gè)相對獨(dú)立的子系統(tǒng)組成。其中動(dòng)力輸入及運(yùn)行控
制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)多路閥工況的模擬：控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)輸入轉(zhuǎn)速的模擬；控制電液比例溢流閥的溢流壓力實(shí)現(xiàn)多路閥負(fù)荷的模擬加載。數(shù)據(jù)采集檢測系統(tǒng)利用數(shù)據(jù)采集設(shè)備和工控機(jī)以及 Labview 軟件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)測試試驗(yàn)相關(guān)參數(shù)的實(shí)時(shí)采集、處理和顯示。動(dòng)力輸入及運(yùn)行控制系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)檢測系統(tǒng)可以總稱為數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)。其中數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)以工控機(jī)和數(shù)據(jù)采集卡等設(shè)備為主體，主要完成測試試驗(yàn)系統(tǒng)中的壓力、流量和溫度等信號(hào)進(jìn)行采集、處理、存儲(chǔ)和顯示，使系統(tǒng)具有很高的自動(dòng)化程度。系統(tǒng)狀態(tài)檢測與控制則以可編程控制器（PLC）和數(shù)據(jù)輸出控制卡為核心，其中 PLC 實(shí)現(xiàn)對液壓系統(tǒng)中電機(jī)以及風(fēng)冷系統(tǒng)控制，以及系統(tǒng)中關(guān)鍵狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測，并做出報(bào)警提示等功能。而數(shù)