液压缸密封件试验液压控制系统设计分析

钟祥军

摘 要：对试验液压控制系统的设计，主要是针对液压缸的测试要求，以及主要测试项目，对杆密封以及活塞密封的性能进行测试更加便捷有效。对此，本试验将采取脉冲压力以及稳压运行两种模式，并利用对闭环的速度和温度控制的相关原理，对其进行精准的操控，以期达到为液压缸密封件进行测验提供试验支持的目的。

关键词：液压缸;密封件试验;液压控制系统

中图分类号：TH137.51;TP273 文献标识码：A

0 前言

近年来，我国在液压控制系统中已经取得了较大的探索成就，液压机在工作中利用高压液体带来的能量，对各种机械能够进行有效的控制。液压缸在液压系统中，是作为动力传递元件而存在的，液压缸是否出现故障，直接关系到了液压系统能否正常工作，以及在工作过程中是否安全，液压缸中的密封件如果失效，其工作效率就会受到影响，所以对其性能进行试验，是一项十分重要的工作。

1 液压缸密封件试验概述

1.1 液压缸密封件的试验目的

液压缸密封件试验的主要目的，在于在一些动态或者静态条件下的密封件，对其耐磨性、摩擦力、泄漏率以及抗挤出性能等进行测试[1]，让密封件在不同环境下的性能进行直接地反映，在测试中也需要对密封件的实际使用情况进行还原与模拟。对液压系统的设计要考虑到对试验要求的压力、温度与速度的控制，同时也要能够对密封件的密封性能进行测量，也要保证能一定速度下，对密封件的摩擦力大小进行测量。

1.2 液压缸密封件的试验要求

液压缸密封件有五项基本要求，具体要求内容如下：

第一点：在压力范围为0 MPa～40 MPa的时候，可以在静态以及动态的条件下，对密封件进行静态测试以及动态测试。在动态测试时，可以冲击密封件，冲击压力的飞升速率，必须要达到200 000 psi/s。

第二点：密封件需要在地面上连续运动

500 000 m，并且中间没有停机，在进行密封件的动态测试时，其速度以及行程都能够调节[2]。

第三点：密封件在动态条件下，要能够对其摩擦力大小、泄漏量，进行测量，也要保证一定的测量方便程度，测量精度也要达到较高的标准。

第四点：测试油温需要保持在一定的恒定温度，控制精度要保证在该恒定温度的上下2℃左右，以免对试验结果的准确性造成影响。

第五点：机构要方便测试人员对密封件以及相关配件进行更换，同时也要能够对不同规格的密封件进行测试。

2 液压缸密封件的试验项目

密封件试验项目主要有三项，分别是对密封性能、摩擦力、耐久性进行试验，三项试验具体内容如下：

第一项，密封性能试验：要对活塞密封以及杆密封，在动态试验以及静态试验中，其泄漏情况进行检测。

第二项，摩擦力试验：在保持其他的条件不变的前提下，对密封件的摩擦力与速度、压力之间的相关关系进行测量与计算，与此同时，还要对密封件的摩擦力在长时间运作下的变化，进行测量与记录。

第三项，耐久性试验：将温度控制在70℃，误差不能超过上下2℃，液压缸每循环1 000次之后将压力保持在3 000 psi，时间长度为1.4 h。保持这个过程，液压缸循环38.88 h，静止时长9.8 h，共计48.68 h[3]。

3 液压缸密封件试验液压控制系统设计分析

3.1 速度控制

速度对密封件的摩擦力以及泄漏量来说，都有着较大的影响，并且这三者之间的关系也是对密封件性能的主要研究项目之一，所以要对速度进行稳定控制，以及无极调节。该试验系统了用了声波回波测距原理，能够对传感器和目标物之间的距离进行测量，并将数据发送到计算机，计算机可以对相关数据进行计算，并来求出驱动油缸活塞杆的运动速度，并与要求速度进行对比，经过数字PID的调节，通过调节换向阀流量来控制速度。闭环速度控制系统由计算机、超声波位移传感器、比例换向阀三者共同构成，整体流程见图1。

3.2 压力控制

液压缸密封件测试分为脉冲压力运行模式与稳压运行模式。在脉冲压力运行模式下，密封件需要一直承受高压与低压之间的变化冲击，通过对电磁阀的切换，进行压力冲击，能够让冲击压力的飞升速率，有效地达到每秒200 000 psi。

在稳压运行模式下，密封件要保持承受某种恒定的压力，具体如图2所示，压力传感器的信号能够反馈给计算机，并通过数字PID进行调节，具体控制方式与速度控制中的系统控制方式相同。

3.3 温度控制

温度能够对密封件的摩擦力大小以及密封性能造成较大的影响，严格对测试油温的范围进行控制，这就需要将其他测试条件保持一致。对油箱进行加热，当油液经过管路的时候部分热量会散发掉，但是密封件在不断地摩擦中也有新的热量产生，这就让油箱中的油液温度与测试缸中的油液温度，产生大约正负5℃的差值。为了让差值控制在正负2℃，当温度测量产生变化的时候，计算机可以控制調压模块，让加热器的输出功率降低，从而使得油温精准的达到测试油温的标准。如果油温下降，那么可以开启加热器，对油液进行加热，使得油温能够恢复到标准测试温度。闭环温度控制系统与速度、压力控制系统差距较大，具体流程见图3。

3.4 泄漏检测方法

密封件的泄漏量很小，同时流量计的泄漏也会影响测量的精度，现阶段我国多数使用的是两倍测量法来检测内泄漏，这正是因为这种方式原理简单，设备易得，这就使得其适用范围较广，但同时也存在着精度低，效率低等缺点。本试验采用的是电子天平称取量杯质量的方式，利用不同的量杯收集测试缸两端的油液，对侧漏质量用电子天平进行测量，并将测量数据输入计算机进行计算。这种方式的测量精度较高，并且能够实现较高的自动化程度，利用计算机对电子天平的测量数据进行自动计算与检测。

4 结论

综上所述，本试验中设计的液压缸密封件试验系统，能够对杆密封以及活塞密封的密封件进行性能测试，并且试验过程较为方便，效率较高。与此同时，该系统还能够满足密封件测试对三要素——压力、温度、速度的标准要求，为密封件试验提供方法支持。

参考文献：

[1]张富喜，王俊耀.用于液压缸密封件的密封性能分析[J].流体传动与控制，2004（02）：52-53.

[2]缪正成，邢科礼，杨孟林.液压缸密封件试验液压控制系统设计[J].计量与测试技术，2016，43（11）：44-46+48.

[3]缪正成，杨孟林，邢科礼.基于LabVIEW的液压缸密封件泄漏试验测试系统设计[J].计量与测试技术，2016，43（12）：12-14+16.