液压调平系统部件检测试验台设计

范　鸾

（国防科技大学 机械工程系，湖南　长沙　410000）

液压调平系统部件检测试验台设计

范鸾

（国防科技大学 机械工程系，湖南长沙410000）

根据泵类、缸类、阀类液压元件的检测要求，需要完成对一个特定的液压调平系统的各部件检测试验台的原理设计。文章进一步分析了各部件的检测系统、合并同类项，以达到缩小试验台体积的目的。利用软件实现检测系统液压元件和管路的调用，以简化操作流程。

液压试验台；系统合并；软件控制

一个完整的液压系统由动力元件、执行元件、控制元件、辅助元件和液压油组成。其中，液压泵是液压系统的动力元件，将原动机的机械能转换成液体的压力能；液压缸是执行元件，将液体的压力能转换为机械能，驱动负载作直线往复运动或回转运动；各种液压阀是控制元件，控制和调节液体的压力、流量和方向；辅助元件包括油箱、滤油器、油管及管接头、密封圈、压力表等。实现对一个特定的液压系统各部件的检测，也就完成了对各类液压部件检测的研究，这个液压检测试验台在一定压力范围内，能满足各类液压元件的检测需求。笔者在分析各类液压元件的检测要求之后，对各种液压元件的检测系统进行设计，并对各个检测系统进行同项合并，运用电动开关阀和单向阀实现检测系统的整合和局部调用，探索完成了针对某特定液压调平系统各液压部件的检测试验台的设计。

1　检测要求

待检测的液压元件属于一个完整的平台液压调平系统，调平前后平台的支撑由4个轮子转换为3个调平油缸，通过控制3个调平油缸的伸缩实现平台的快速调平，此液压系统的结构如图1所示。

此液压系统的调平有电动和手动两种模式，故其含有电动泵和手动泵两种动力元件，通过控制阀、手动阀、单向阀、液控阀、快慢阀、节流阀和转接头，实现对液压泵输出的油液进行流向控制、压力控制和流量控制，最终传输到执行元件，即调平油缸和翻转油缸，完成负载平台的调平和车轮的翻转。

通过分析各待测液压部件的检测要求，发现检测项目主要涉及保压检测、流量检测、阀门功能性检测3个方面，具体检测指标如表1所示。

图1　液压调平系统结构

表1　各液压部件的检测要求

综合对待检测部件的分析，检测试验台的综合技术要求如表2所示。

表2　检测试验台性能参数

2　检测系统设计

检测系统设计包括各类检测项目的检测原理分析、各个部件检测分系统设计以及检测系统同类项的合并与局部调用的实现，检测设计如图2所示。

2.1保压检测设计

图2　保压检测系统结构

统计保压检测要求和检测系统压力要求主要有2MPa，6MPa，10MPa，15MPa 4种状态，检测系统由电动泵泵油，电动开关阀（Kd4～6）根据检测系统需要接入安全阀，实现检测系统最高压力的控制，完成各项保压检测，或达到系统其他检测的压力要求。控制系统压力的安全阀接入的电动开关阀的通断，由逻辑控制程序与检测流程同步实现。

2.2流向检测设计

在阀门功能检测，即阀门的单向导通、双向导通、换向等功能的检测模块如图3所示，根据对每种待测阀门的结构和检测要求的分析得出，为了满足各个阀的检测，需要4组上述流向检测的检测模块。模块的调用同样是通过电动开关阀的通断，由逻辑控制程序与检测流程同步实现。

图3　流向检测系统结构

2.3各类检测系统的对比与合并

泵类待测部件的检测，不需要额外的动力元件，只需要油箱、安全阀、压力表和流量表，故将此类元件的检测独立为一个检测分系统。

阀类和油缸类待测部件的检测，需要额外的电动泵作为动力元件，为检测系统提供能达到一定压力的油液，通过各待测部件结构和检测要求分析，对各个检测系统进行同类项合并和油路的综合规划，得出阀类和油缸类待测部件的检测分系统具体调用情况如图4所示。

3　控制软件设计

硬件平台搭建好了，如何让系统运作起来，这就需要控制软件的设计了，需要分层完成对应的定义与协同。首先是物理层，确定电动开关阀与控制程序变量的对应，通过放大电路和数模转换电路实现程序0或1对变量的赋值，确定特定开关的通断；其次是逻辑层，确定检测某个液压部件的过程中，每个检测状态对应哪些电动开关的通或断，实现相应液压元件和管路系统的调用；最后是交互层，让操作人员明确，他的每一步操作，对应的功能，检测系统将处于的状态，以及需要做的准备和注意事项。这就是控制软件的分层设计思路。

图4　试验台检测系统结构图

明确控制软件的设计步骤以后，还需要进一步明确每个部件检测的操作流程。每个检测的实现，需要对应特定的检测系统状态，每种状态之间如何安全地切换。特别是涉及高压液压系统后，安全是特别重要的，检测系统压力从低到高，再从高到低的切换，合理的安排可以一定程度提高安全度和系统状态切换的速度，这就需要对检测流程进行合理规划设计，从而实现控制系统状态的顺利切换，即液压系统局部元件与管路的调用。

这里以控制阀的检测为例，如图5所示，简述检测操作流程的设计以及逻辑控制的实现。

明确操作流程以后，如何实现操作流程的顺序进行，如何控制硬件平台中各元件的状态，与操作人员期望的状态一致，这就需要逻辑控制来实现。如图6所示，硬件平台上的每一个元件对应一个特定的编号，可控的元件对应一个特定的逻辑变量，从对逻辑变量赋值的改变，来变换可控元件的通断状态，实现检测系统的局部调用。

图5　控制阀的检测流程

检测流程是以检测要求和检测过程说明为蓝本的，故其与检测表也是对应的，为了更加明确检测过程与检测系统逻辑的对应关系，列出了上表。其中K2是检测系统电动泵的启动开关；K3是电磁铁1的启动开关，电磁铁1控制待检测的控制阀的阀体2的换向；K4是电磁铁2的启动开关，电磁铁2控制待检测的控制阀的阀体3的换向；Kd4是2MPa安全阀的隔离电动开关，“1”状态表示上电即“通”状态，“0”表示断电即“断”状态，如在6MPa的保压检测中，Kd4为“0”状态，即2MPa的安全阀被断开于系统，系统最大压力能达到6MPa；Kd5是6MPa安全阀电动隔离开关，一致处于常“通”状态；Kd7是检测系统的输出端口之一，与相应的手动开关阀连通，这些手动开关阀是待测部件接入检测系统的唯一接口，根据待检测部件的不同，调用不同的检测系统局部，选用相应的手动开关阀接入；Kd17是检测系统末端的保压电动开关，待系统压力达到后，隔离液压系统与外界的联系，开始保压检测。通过分析，会发现，电磁铁检测后，2MPa保压检测开始前的检测系统各相关开关的状态与阀芯检测时的检测系统状态一致；检测完毕后，系统各开关的状态与控制阀检测开始时的初始状态一致。这些系统状态的定义，如“P9”等，与人机交互界面一致，在操作员点击相应界面的下一步时，会启动检测系统处于相应的状态，这就是控制逻辑设计的目的和意义。

图6　控制阀检测的逻辑控制实现

4　结语

多个检测系统的综合，实现对一个完整的液压调平系统的各种部件的全面检测，有优势也有缺点，优势是通过各个检测系统的综合和局部调用，极大限度地控制了检测平台的体积、关键液压元件的数量，对各类液压元件的检测，系统具有一定的兼容和扩展性；缺点是未能引入各种传感器，未能实现检测过程的全自动，还需要操作人员的人工介入，这是以后需要完善进步的方面。对于各种液压传感器的研究与应用需要进一步深入探索。

同时，虽然检测系统主要液压元件数量减少，系统体积缩小，但是系统复杂程度却有所提升，检测系统自身的维护问题不容忽视，这也是我们完成液压元件检测功能以后，需要进一步研究和完善的问题。

多功能液压检测试验台的研制、自动化控制在液压检测领域的应用、检测系统自监控的发展，这些液压检测领域的需求将越来越多，更是我们努力的发展方向，产学研的合作将为发展提供更大的动力和更好的加速度。

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Design of the large-torque precise cable drive mechanism

Fan Luan
（Mechanical Engineering Department of National University of Defense Technology， Changsha 410000， China）

According to the testing requirements of pumps， cylinders and valves hydraulic components， completing the system design of each component test bench of a specifc hydraulic leveling system is needed. The article further analyzed the detection system of the various components， merging similar items to reduce the volume of the test platform. Calling the hydraulic components and pipes of

hydraulic test platform； system design； software control

范鸾（1981— ），女，湖南常德，本科，工程师；研究方向：机电控制研究。

detection systems to simplify operations with the software.