通过解决液压软管总成耐压、脉冲、爆破综合试验系统设计过程中的一些问题,阐述了系统改造及重新设计过程中的设计思路,介绍了系统的控制切换、溢流阀调节**压力余度设计、爆破压力记忆3个主要特点,并简述了系统在实际使用中的一些成功之处。
1 综合试验系统的设计思路
液压软管总成耐压、脉冲、爆破综合试验系统(原理如图1所示)由主泵装置、充液主泵装置、增压缸总成、控制阀站总成、主油箱总成、充液副油箱总成、操纵台控制柜总成、检测仪表、基础平板总成等主要部分组成。
在系统设计的过程中主要考虑了以下几个问题:脉冲试验与耐压、爆破试验的控制;柱塞泵和电机容量的选择;增压缸增压比大小及一次输送量;爆破压力准确采集的爆破压力保持;如何防止增压缸两端一个压力阀的压力失控;充液油箱是否与主油箱合一等。下面分别对这几个问题的解决进行阐述。
1.1 脉冲试验与耐压、爆破试验的控制切换
如图1所示,脉冲试验与耐压、爆破试验的控制切换是通过对2个换向阀(包括控制增压缸大缸往复运动的三位四通电液换向阀及控制液控单向阀通断的两位三通电磁换向阀)的3个电磁铁自动或手动的得失电控制,实现被试软管总成内的卸压充液与升压封闭状态完成的。
a.两阀同时动作使液控单向阀相对软管回路或关或闭,即图中的3CT如与2CT同时得失电,形成了或高压或卸荷的脉冲试验回路,这时进行的是液压软管总成的脉冲试验。
b.使3CT总是失电,液控单向阀总是关闭,即3CT不与2CT同时得失电而是一直不得电时(两阀只有电液换向阀动作)进行的是液压软管总成的爆破试验。增压缸输送出的压力油进入被试软管总成,压力逐步升高到爆破压力或直至软管总成破裂为止。
c.如果将压力增至软管总成的2倍额定压力且定时保压则又进行了液压软管总成的耐压试验。
这样通过增加一个对3CT的选择开关控制,形成了脉冲试验与耐压、爆破试验之间的切换。
1.2 主泵和电机容量的选择
系统主泵装置中主泵选用了变量高压泵25SCY来满足脉冲频率可调的要求且有容积调速节能作用。主电机容量仅有7.5kW。
主泵全排量时可以完成Φ51通径以下软管总成的脉冲试验。由于主电机容量较小,主泵通过降低排量至1/2~1/3全排量仍能达到爆破试验所需要的主泵工作压力。顺利完成软管总成的爆破试验。
通过调节变量泵,可以找到适合的主压和主流量来分别进行脉冲试验或爆破试验。如增压缸大腔主压为20MPa,则爆破压力为130MPa、排量调至1/2全排量左右。由于流量减少,增压缸往复速度会慢一些,但仍能满足爆破试验要求的高压力且电机容量会小得多。
假定:(1)脉冲压力为P1,则主泵压力为P1/6·5(增压比为6.5);(2)电机功率为N(kW);(3)泵的总效率设为80%。当脉冲压力P1=60MPa,电机功率为7.5kW时脉冲试验的主泵流量为
此时可达主泵全流量。
假定爆破压力为P2,则主泵压力为P2/6.5(增压比为6·5)。当爆破压力P2=130MPa,电机功率为7.5kW时爆破试验的主泵流量为
此时可达主泵的1/2全流量。
1.3 增压缸增压比大小及一次输送量的选择
按国标要求,脉冲试验必须以0. 5Hz至1·25Hz的频率向被试软管总成施加脉冲压力油,压力梯度≥80MPa。系统选用了增压比为6.5、缸径较大的大规格增压缸。脉冲试验时增压缸一次输送*大流量可达1L且灵活、平稳、固有频率高。能够满足软管脉冲试验规定的频率和压力梯度要求。在进行爆破试验时也能满足高试验压力的要求。
1.4 双溢流阀调节**压力余度设计
采用主泵输出压力由双溢流阀调节,**压力余度设计防止增压缸两端只有一个溢流阀难免压力失控。这是解决目前没有超高压溢流阀用于增压缸高压侧问题行之有效的一种办法。长时间连续脉冲,对溢流阀的**性要求较高,增压缸低压区采用两只溢流阀,两只阀同时卡在开路的概率极低,可靠性大大提高,保护了脉冲试验时的被试软管总成和试验系统。
1.5 爆破压力记忆回路
系统设计时,在高压区压力测量位置设置了压力记忆回路(如图2所示)。压力表经并联的压力表开关与单向阀与被试软管回路连接,爆破试验时压力表开关闭。当压力增大到爆破压力或破裂时,由于单向阀的作用避免了因为压力表指针的迅速回零而打表和爆破压力值读不准现象,防止了压力表的长久损坏和试验数据的丢失。
1.6 充液油箱是否与主油箱合一
我们考虑到用户提出的不同试验介质及有时被试软管总成的试验介质的温度在90℃以上等问题,将充液油箱与主油箱分置。充液油箱可作为高温油箱使用,同时也可以向充液油箱加注不同的试验介质,同时满足被试软管总成的介质和温度要求。
2 综合试验系统设计的主要特点
a.在增压缸低压区主泵压力阀采用了余度设计,即采用了两只溢流阀并联组成调压单元(如图3所示)。
原国标中推荐的液压系统图中增压缸往复工作回路只有一只溢流阀(即增压缸低压区的主泵溢流阀),如果这只溢流阀正常工作则增压缸高压侧是脉冲试验压力。如果这只溢流阀故障卡在开路位置,假定主压升至20MPa,则增压缸高压端压力为20×6.5=130MPa,这个压力足以使大多数只能承受100MPa爆破压力的软管破损。笔者曾经在脉冲试验的过程中发现这种现象,*终分析得出只有一只溢流阀是不可靠的。改用两只溢流阀就可以避免这种试验压力猛增,脉冲试验演变为爆破试验,使被试软管总成受损或者破坏其他部件、零件,甚至造成试验装置损坏的现象出现。
我们的试验实践佐证了这一点:单只溢流阀系统中产品脉冲试验到50万次就会发生脉冲变爆破事故。采用了双溢流阀后上百个产品脉冲试验、千万次连续运行都没有脉冲变爆破现象出现。按条件概率的乘法定理,也可以充分说明这一点。假定一只溢流阀卡在开路位置的概率为万分之一(脉冲10 000次就可能卡在开路位置),即PA= PB=0.000 1,则两只溢流阀同时卡在开路位置的概率为PA×PB=0.000 1×0.000 1=1×10-8,即一亿次连续运行才能发生两只溢流阀同时卡在开路位置的现象。这是很高的可靠性概率(1-1108)。
系统压力不猛增,则脉冲试验的**性大大提高。
b.通过3CT得失电即可分别进行脉冲试验和耐压、爆破试验。液压软管总成脉冲试验推荐系统图中2CT、3CT同时得脉冲供电,能够完成脉冲试验控制。而我们这次新的脉冲试验综合试验台电气控制对3CT、2CT有选择控制,3CT可与2CT同时得脉冲供电,也可使3CT不得电。这样这个脉冲试验系统就增加了2个试验项目功能:一个是两倍额定压力的耐压试验;另一个是爆破试验。实际上只是使压力值变为n个额定工作压力(P),前者是将主溢流阀调至2P/6.5压力,后者是将主溢流阀调至100MPa/6.5压力或直到软管总成破裂为止而已。
c.具有了压力记忆功能。在系统中增加了一个压力表开关与单向阀的组阀,使得软管总成爆破时的压力值保留,在试验人员得出准确压力数值后慢慢打开压力表开关释放压力表里的压力油卸压。这样就杜绝了压力表在软管总成破裂时迅速复位被打坏,且瞬间读不准爆破压力值的情况。使检测数据准确可靠且试验更**、操作更方便。
3 综合试验系统在实际工作中的其他应用
本综合试验系统除了能够满足液压软管总成的耐压、脉冲、爆破、泄漏等常规试验项目外,还可以满足类似液压软管总成的其他管道及使用不同试验介质(如乳化液,在充液油箱内加入乳化液即可)的管道的试验要求。笔者曾经承担了汽车制动管、摩托车刹车管的特别性能试验,如体积变化量试验(汽车摩车液压制动管)和屈服疲劳试验(汽车液压制动管、与中小型泵台联合进行)等试验任务。