基于PrO／E的1200kN标准动态力源装置液压站的设计

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液压站设计的好坏直接影响着液压系统的运作效率。以往的液压泵站是在设计计算及确定液压系统原理图后，结合阀块的设计，完成泵站的组装等-系列的设计，并绘制二维图来说明液压元件、阀块和管路之间的装配关系。而-个完整液压站包含种类繁多的液压元件 ，孔口错综复杂的阀块及纵横交错的油管，因此 ，通过二维图难以清楚地表达液压泵站的装配关系。针对 1 200 kN标准动态力源装置液压系统，利用Pro/E技术对标准动态力源装置液压站进行设计，绘制阀块和液压站三维图，使液压站内各个部件空间位置清晰可见，大大缩短了设计周期，提高了液压系统的设计品质。

1 液压系统的设计本装置为负阶跃动态力发生装置，应用于计量领域力传感器的动态校准，其结构原理图如图 1所示。根据帕斯卡原理，测力液压缸2把标准品质的砝码 1所产生的标准压力经管路传递给工作液压缸4，进而在工作液压缸的活塞5上产生标准静态力F，并且存在如下等式关系：F11G2式中，G为砝码所受的重力，N；。为工作液压缸活塞面积，m2；A 为测力液压缸活塞面积，m2。

标准动态力通过卸荷部件 6和垫块 7传递给力传感器8，然后在冲杆 10上施加冲击力 )，使卸荷部件卸荷同时使施加于力传感器上的力撤销，力传感器感受到负阶跃力的作用。适当选择工作液压缸及测力液压缸的面积比可得到较大传动比，以此产生所需的动态力。

1.砝码组 2.测力液压缸 3.5.活塞 4.工作液压缸6.卸荷部件 7.垫块 8.力传感器 9.顶座 lO.冲头图 1 力源装置结构原理图该测力装置通过在小直径测力液压缸上施加标准动态力，在相连接的大直径工作缸上复现放大的标准力值，然后用冲击卸载的方法获得-个近似于理想的负阶跃力。此装置克服了以往对于动态力值采用的静标动用”的方法，减小了动态误差，可作为精确动态力源。

装置中液压系统用于完成给传感器施加所选的静态力的各项操作，包括：向工作液压缸及测力液压缸注油施压，实验完毕释压、泄油等操作。此外，设有- 提升液压缸，用于配合电气系统选择砝码时提升所有砝码。通过此液压系统可方便准确地进行动态力校准，液压系统原理图如图2所示。

液压泵2及所在油路构成系统的主工作油路，该油路压力由电液比例溢流阀5确定。液压泵 l及所在油路构成系统的高压油路，油路压力由电液比收稿日期：2013-01-05作者简介：龚清华(1973-)，江苏南京人，副教授，主要从事流体传动与控制教学与研究。

136《装备制造技术)2013年第 4期YA12 3液压泵 4、5.电液比例溢流阀 6.减压阀 7.单向闽8.9.三位四通电磁换向阀 1O.液控单向阀 1l、13.节流阀 12.蓄能器C1.工作液压缸 C2.测力液压缸 C3.提升液压缸fi.吸油过滤器 f0.压油过滤器 K1、l(2、K3、K4.行程开关图2 力源装置液压系统原理图例溢流阀4决定，该压力应稍低于工作液压缸Cl中的油压。由于本系统属精密计量系统，对油液清洁度有较高的要求，泵3的作用是将副油箱的油液经过滤器过滤后排入主油箱，以提高主油箱油液的清洁度。

液压系统工作过程包括：(1)首先启动液压泵 2，使电磁铁3YA得电，三位四通换向阀9切至左位，液压泵中的压力油经过过滤器fI)、减压阀 6、换向阀 9、节流阀 1I进入提升缸C3。当提升缸 C3行程开关 K2动作，电磁铁 3YA失电，换向阀9回到中位，提升缸此时处于保压状态，此时将所需砝码移下，使电磁铁4YA得电换向阀切至右位，液压缸 C3中的液压油在柱塞重力作用下压回油箱，液压缸回落至行程开关 Kl，同时4YA失电。

(2)再启动液压泵 1，同时使 1YA得电，液压泵2的压力油进入工作缸 c1及测力缸c2。其中关键的比例溢流阀 5压力的建立过程如下：起初阀 5先处于最大溢流状态，然后逐渐减小阀5的溢流量(即增大D/A数值)，提高系统压力，同时向工作缸及测力缸内注油，当测力缸下限位开关(限位开关3)检测到测力缸柱塞被提起，则迅速降低系统升压速率，缓慢升高系统压力，直到测力缸上限位开关 (限位开关 4)动作，则使电磁铁 lYA断电，阀8处于中间位置，两缸中的油液被液控单向阀 8封住系统进入保压状态。由阀4调定的压力继续向工作缸和测力缸的高压密封口供油进行保压，此时选中砝码挂在测力缸的挂杆上，两缸腔内压力等于标准砝码重量与测力缸柱塞面积之比。

以上过程中，在检测到下限位开关K3动作时，马上降低系统油压及系统升压速率是为了防止压力过冲，油压降低多少根据试验结果确定，这里降低20%，此时系统压力上升速率理论上说越慢越好，但考虑到工作效率，不宜太慢，应根据不产生过冲为原则。

(3)当冲击完成后，使电磁铁 2YA得电，换向阀切换至右位，液控单向阀反向打开，工作缸c1测力缸C2中的液压油经液控单向阀 1O和换向阀8回油箱。

2 利用 Pro/E技术对标准动态力源装置阀块进行设计阀块的主要作用是充当管路和安装面，在阀块上有些孔之间要相互连通，以便于液压油流过。尽管目前已经形成多种集成块系列以及其本单元回路，但是每个液压系统的设计根据实际情况都会有其独特之处，因此，有必要根据实际系统自行设计阀块。

在确定了集成块中公用油道孔的数目、直径及在块中的位置与集成块的外形尺寸后，即可逐步布置液压元件了。液压元件在通道块上的安装位置合理与否，直接影响集成块体内孔道结构的复杂程度、加工工艺性的好坏及压力损失的大校元件芭位置不仅与典型单元回路的合理性有关，还要受到元件结构、操纵调整的方便性等因素的影响。即使单元回路完全合理 ，若元件位置不当，也难于设计好集成块体。在元件布置时，应充分利用油路块体积，尽量减少油路块的闲置空间，还应考虑元件与元件之间的油道关系，从而使内部油道变得更简洁。尽量将相通油口放在同-支线上。充分发挥空间想象力，并借助 Pro/E技术 ，对油路块进行设计与优化。阀块与阀装配效果图如图 3所示。

图 3 阀块与阎装配效果图3 利用Pro/E技术对标准动态力源装置液压站进行设计利用Pro/E技术绘制液压站三维图如图4所示。

液压站由集成块回路部分、泵装置和油箱三大部分组成。其中集成块回路部分在液压油箱盖上安装固定，再由油管、管接头根据油路需要加以联接。

图4 液压站总装效果图137Equipment Manufacturing Technology No.4，201 34 结束语绘制阀块和液压站三维图，能使孔口错综复杂的阀块设计简单明了，避免干涉；同时，液压站上各个液压元件空问位置清晰可见，纵横交错管路-目了然。利用 Pro/E技术设计液压站，大大缩短了设计周期，提高了设计品质。