蓄能器在动态试验机液压系统中的应用

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Sup 工程与试验 ENGINEERING & TEST蓄能器在动态试验机液压系统中的应用杨可森(济南大学机械工程学院，山东 济南 250022)摘 要 ：介绍了蓄能器在动态试验 机液压系统设计 中的应用 ，分析 了蓄能器所 在液压回路的工作原理和特点 。

关键词 ：蓄能器 ；动态试验 机 ；液压 系统中图分类号 ：TH87 文献标 识码 ：B doi：i0。3969／j．issn．1674—3407．2013．z1．007Application of Accumulator to Hydraulic Systemfor Dynamic Testing M achineAbstract：The application of accumulator to the design of hydraulic system for dynamic testing machine is introduced in this paper． The working principle and features of accumulator used in hydraulic loop are analyzed.

Keywords：accumulator；dynamic testing machine；hydraulic systeml 前 言动态试验机主要用于疲劳 、冲击和振动等方 面的试验，因其所完成的试验任务与静态试验机有所不同，动态试验机上的液压系统在工作中具有以下特点：(1)负载流量变化范围大；(2)伺服阀频繁换向产生压力脉动冲击；(3)系统压力在高低压切换时产生瞬时压力冲击；(4)一套油源可能同时向多个执行单元供油。

基于以上特点 ，动态试验机中的液压系统在设计时必须具有消除压力脉动和压力冲击的措施。另外，油源供油量要能够满足所有负载工况下的流量要求。蓄能器作为液压系统中的常用元件，其主要功用为储存能量 、吸收液压冲击和消除压力脉动 ，这正好可以满 足动态试验 机液压系统 的以上特 殊要求。

本文就笔者所设计的动态试验机液压系统，对蓄能器在回路中的具体应用进行介绍。

2 油源调压缓升缓降动态试验机的液压系统 ，流量一般都 比较大 ，动辄从每分钟几百升到上千升甚至更高。油源由多台油泵 同时供油，试验时可根据工况需要 ，开启必要台数的油泵一起工作。图 1为 2台油泵同时供油来说明调压回路单元的工作原理。图 1中每台油泵的出口设置一个子调压模块 ，主要功能是油泵 的卸荷和安全保护。系统压力 由总调压模块控制 ，总调压模块上设有 2个先导 阀，分别负责系统回路低压和高压控制。油泵是在卸荷状态下开启，当系统压力由低压转入高压状态后 ，因为在每个子调压模块 的先导油路上设置了一个蓄能器 ，因此 ，系统压力由低压到高压是一个缓慢上升 的过程，而不是一个 阶跃突变 ，消除了压力冲击 的问题。

根据 设 计 计 算 ，当选 用 0．4L、充 气 压 力 为6MPa的蓄能器以及直径为 0．8mm 阻尼器时，升压与降压 的时间各为 9s左右 。

[收稿 日期] 2012—12—1O[作者简介] 杨可森(1965一)，男，副教授，硕士，1995年毕业于甘肃工业大学流体传动与控制专业，现在济南大学机械工程学院从事试验机的开发研究与液压技术的教学工作· 27 ·CgSn .

gn 【 gCggE工程 与试验在总调压模块进油路上设置蓄能器 12，可以消除系统的压力脉动 。

图 1 油 源调 压回路3 油源的储能补油动态疲劳试验机的液压系统，通过在供油路上设置蓄能器，可 以减小液压源的额定流量 ，从而达到节能的效果。

在动态试验中，伺服阀的输入信号多为正弦波，负载流量可以表示为 Q 一Q sinmt，如图 2所示 ，这是半个周期的正弦波，但作为液压系统的脉动流量，它是一个脉动周期。在一个周期 内，负载流量 的盈亏与补偿，可依靠蓄能器来进行，即通过在液压系统中配置适当的蓄能器 ，油泵的供油量 Q 就可不必达到负载的最大流量，取一个脉动周期的平均流量即可 ，即 Qs一(2／丌)Q 。在使用蓄能器后，可将 0～￡和 tz～(丌／∞)期间多余的流量储存起来，在 t ～￡ 的时间段释放以满足负载所需 的流量 ，从而使进入负载的总流量大于泵的流量 。

图 2 正弦波形的流量盈亏可见，在液压系统中设置适当的蓄能器，就可使· 28 ·油源的额定流量减少到最大流量 的(2／r)倍 ，降低36．3 的能耗。

以上分析仅是就理想情况而言，实际工作中，要考虑蓄能器的频宽和响应速度。当工作频率超过十几赫兹后，蓄能器的补油效果将大为降低。

另外 ，在有些冲击试验中，过程很短 ，持续 时间几十秒到一二分钟，但要求的流量却特别大，多达每分钟数千升的流量。如果完全 由油泵实现供油 ，油源规模十分庞大，甚至供电都成困难，系统造价甚巨。如果采用多个蓄能器 ，在试验前先将压力油储存起来，工作时 ，这些蓄能器同时将油液释放排 出，将可产生短时间的超大流量，维持短时冲击试验对流量的要求。采用蓄能器后，液压泵站的规模与造价将大大降低，有效地节约制造与使用成本。

4 吸收伺服阀的换向冲击在动态试验 中，电液伺 服阀的阀芯处于频繁往复换向工作状态，压力油在作动器 的两个工作腔交替供油，这样势必在伺服阀的进 口和出口产生压力冲击，压力的波动将影响伺服阀的工作性能。因此，在伺服阀的进出口附近，要设置蓄能器，以消除伺服阀换向所引起 的压力 冲击。在 图 3中，蓄能器 13、14就是为此 目的而设置 。

图 3 分油器 回路5 消除分油器高低压切换时的压力冲击l6当一套油源同时向多个执行单元供油时，为 了使各个执行单元能够独立工作 ，在作 动器和油源之间需要设置分油器 ，分油器的作用有：(1)切断油路 ，使不工作的执行单元中的伺服阀不受压力的作用；(2)高低压切换时实现压力缓冲；(3)紧急情况下快速卸荷，避免试件受损；(4)降低某支路的工作压力，实现各执行单元伺服阀不同的供油压力要求；(5)消除泵站突然卸荷后工作支路上的压力冲击。

(下转第 34页 )工程与试验5 结 论新型 MR—H3B高速环块磨损试验机在保持MR—H3A试验力与摩擦力核心特征结构不变的前提下 ，对其机械和电气进行了系统地改进，其各项技术性能指标均达到 了设 计要求 ，外 观新颖 、功能完善 、性能优良，是 MR—H3A环块磨损试验机的更新换代产品。

参考文献[1] 济南时代试金试验机有限公司．MR—H3B高速环块磨损试验机型式试验报告Ez3.

(上接第 28页 )分油器的工作原理如下 ：当电磁阀 5断 电时，压力油路切断；当电磁阀5通电、电磁阀 1o断电时，伺服阀低压供油，低压由节流阀 9的开口大小调节；当电磁阀 5通电、电磁阀 1O也通电时，伺 服阀高压供油。由于在控制 回路 中设置有 阻尼器 6和蓄能器7，低压到高压是缓 慢逐渐上 升完成的 ，反之亦然。

如在试验进行 中遇到紧急情况 ，使 电磁阀 5断电，工作回路将迅速泄压和切断，避免试件受损，特别是对造价昂贵的试件，此功能尤为重要。单向阀 1和固定节流 阀2是为防止油源突然卸荷 时 ，避免工作 回参考文献路的反向压力冲击，以保护滤油器 3中的滤芯不被反 向压力损坏。

6 结束语从以上介绍看 出，在动态试验机液压系统中灵活应用蓄能器 ，可以充分发挥蓄能器储能、吸振、缓冲的功能 ，不但可以提高试验机的工作性能，而且还可以显著地降低制造与使用成本。图 4、图 5为蓄能器在笔者所设计的动态试验上的应用实例。

图 4 蓄能器在 1000kN动静万能试验机上 的应用—— 吸收冲击图 5 蓄 能器在 1000kN阻尼器冲 击振 动试 验台上的应用——储 能补油[1] 雷天觉．新编液压工程手册EM-]．北京：北京理工大学· 34 ·出版社 ，1998.

E23 李壮云．液压元件与系统(第二版)[M]业 出版社 ，2005.