２２ 液压与气动 ２０１１年第１１期 工程机械回转接头性能自动检测装置液压系统设计 宋飚 ，顾叶钱 ，王立杰 ，陈酉冰 。何斌辉 。宋杰 Ｔｈｅ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｓｙｓｔｅｍ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｔｅｓｔｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅ ｆｏｒ ｔｕｒｎｉｎｇ ｊｏｉｎｔ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｉｎ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｍａｃｈｉｎｅｒｙ ＳＯＮＧ Ｂｉａｏ ，ＧＵ Ｙｅ－ｑｉａｎ ，ＷＡＮＧ Ｌｉ－ｊｉｅ ，ＣＨＥＮ Ｙｏｕ．ｂｉｎｇ ，ＨＥ Ｂｉｎ．ｈｕｉ’，ＳＯＮＧ Ｊｉｅ （１．南京林业大学机电工程学院，江苏南京２１００３７；２．江阴长龄液压机具厂，江苏江阴２１４４２２） 摘要：工程机械回转接头性能自动检测装置设计在国内尚处于研究探索阶段，设计的关键是液压系统 设计。该检测装置液压系统由高压系统和低压系统二部分组成，低压系统采用液控单向阀进行保压，保压效 果良好。高压系统采用电磁球阀进行加载、保压、卸载，在阀的性能可靠前提下，可以满足系统要求。采用了 Ｐｒｏ／Ｅ软件进行三维立体设计，使设计直观、准确，缩短了集成油路块的设计周期。 关键词：工程机械；回转接头；检测装置；液压系统 中图分类号：ＴＨ１３７文献标识码：Ｂ文章编号：１０００－４８５８（２０１１）１１－００２２－０３ ０引言 回转接头是工程机械中实现流体分配的关键部 Ａ ｊ Ａ 件，为保证产品质量，提高产品的竞争力，在出厂前必 须对其进行性能自动检测。我国回转接头的生产历史 较短，部分产品已经能够替代进口产品，但有关检测装 置还有待研究和开发。出厂性能自动检测装置需要检 测项目主要包括耐压测试，内泄漏测试，外泄漏测试， Ｈ 启动、回转扭矩测试。在进行耐压测试及内外泄漏测 试时，需要对回转接头高压通道和低压通道进行加载、 保压、卸载，这也是检测装置设计的关键，本性能自动 检测装置采用液压系统来实现，即靠液压系统使回转 接头的高压通道、低压通道分别建立起一定的压力，并 保持一定时间后卸压。在液压元件性能可靠的前提下， １．密封圈２．壳体３．回转轴 图１ ８通道回转接头结构 将高压油从壳体上Ａ、ｃ、Ｅ三个油口输入，同时将低压 能满足系统的设计要求，实现了检测装置的正常运行。 １ 工程机械回转接头组成及负载压力的建立 油从壳体上Ｇ油口输入，因为回转轴上出油口被堵 死，回转接头的高压通道、低压通道分别建立起一定的 负载压力。 ２检测装置液压系统工作原理 工程机械回转接头品种繁多，外形与结构差异性 很大。本设计是面向多系列的通用型检测平台设计。 就通道数而言，最常用的是８通道和６通道。本文以 ８通道回转接头为例介绍具体的设计过程，某型８通 回转接头自动检测装置液压系统由低压系统、高 压系统二部分组成。分别对回转接头的低压通道和高 收稿日期：２０１１－０５．１１ 道回转接头结构如图１所示，它主要由密封圈１、壳体 ２、回转轴３组成。 基金项目：江苏省“六大高峰人才”项目（第七批次 ０１３０４００２４） Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈ是液压油进出油口，将壳体 上的油口Ｂ、Ｄ、Ｆ、Ｈ用自制的螺塞堵死，与此同时将 作者简介：宋飚（１９６３一），男，江苏启东人，副教授，硕士，主 要从事机械设计和液压传动系统设计的科研与教学工作。 回转轴上的Ａ、Ｂ、ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈ油口也用螺塞堵死， ２０１１年第１ １期 压通道进行加载、保压、卸载。 ２．１低压系统 液压与气动 ２３ 动，当电磁球阀５、６、７、８电磁铁１ＤＴ、２ＤＴ、３ＤＴ、４ＤＴ 分别通电，电磁球阀换向至左位，液压油经电磁球阀 ５、６、７、８，单向阀９、１０、１１、１２，电磁球阀１３、１４、１５、１６ 分别进入４个回转接头的高压通道，回转接头高压通 道加载。 低压系统主要由４个Ｙ型机能电磁换向阀，４个 液控单向阀组成，叠加阀式低压系统原理图如图２所 示。泵启动，当电磁阀７、８、９、１０的电磁铁１ＤＴ、３ＤＴ、 ５ＤＴ、７ＤＴ分别通电，液压油经电磁换向阀７、８、９、１０， 液控单向阀１１、１２、１３、１４分别进入４个回转接头的低 压通道，回转接头低压通道加载。 １ＤＴ ３ＤＴ ５ＤＴ ７ＤＴ ２４ １．油箱２．液位液温计３．空气滤清器４．滤油器５．叶片泵 ６．溢流阀７一ｌ０．电磁阀１１～１４．液控单向阀１５～１８．压力传感器 １９—２２．回转接头２３．压力表开关２４．压力表 图２叠加阀式低压系统原理图 当油液压力达到规定值后，压力传感器ｌ５、１６、 １７、１８分别发信号，电磁铁１ＤＴ、３ＤＴ、５ＤＴ、７ＤＴ分别断 电，回转接头低压通道保压。保压达到规定时间后电 磁阀７、８、９、１０的电磁铁２ＤＴ、４ＤＴ、６ＤＴ、８ＤＴ分别通 电，４个回转接头低压通道的油液分别通过液控单向 阀１ｌ、１２、１３、１４，以及电磁换向阀７、８、９、１０回油箱， 回转接头低压通道卸载。各电磁阀的电磁铁动作顺序 表如表１所示。 表１电磁铁动作顺序表（一） 动作 电磁铁 名称 １ＤＴ ２ＤＴ ３ＤＴ ４ＤＴ ５ＤＴ ６ＤＴ ７ＤＴ ８ＤＴ 加载 ＋ ＋ ＋ ＋ 保压 卸载 ＋ ＋ ＋ ＋ ２．２ 高压系统 高压系统主要由８个电磁球阀、４个单向阀组成。 回转接头高压系统原理图如图３所示，超高压泵４启 ２０ １．油箱２．液位液温计３．空气滤清器 ４．超高压单作用泵５—８．电磁球阀９～１２．单向阀 １３～１６．电磁球阀１７～２０．压力传感器２１～２４．回转接头 图３高压系统原理图 当压力达到规定值后，压力传感器１７、１８、１９、２０ 分别发信号，电磁球阀５、６、７、８电磁铁断电，电磁球阀 回复至右位，回转接头高压通道保压。保压达到规定 时间后，电磁球阀ｌ３、１４、ｌ５、１６电磁铁５ＤＴ、６ＤＴ、 ７ＤＴ、８ＤＴ分别通电，电磁球阀换向至左位，４个回转接 头高压通道的油液分别通过电磁球阀１３、１４、１５、ｌ６回 油箱，回转接头高压通道卸载。各电磁阀的电磁铁动 作顺序表如表２所示。 表２电磁铁动作顺序表（二） 动作 电磁铁 名称 １ＤＴ ２ＤＴ ３ＤＴ ４ＤＴ ５ＤＴ ６ＤＴ ７ＤＴ ８ＤＴ 加载 ＋ ＋ ＋ ＋ 保压 卸载 ＋ ＋ ＋ ＋ ３ 液压系统主要液压元件参数的确定及阀连接方式 选择 根据自动检测装置液压系统的要求，低压系统最 高工作压力为１ ＭＰａ，高压系统最高工作压力４２ ｂｌＰａ， 因为系统中没有执行元件，不需要根据速度或转速的 要求来确定系统流量，设计时主要考虑系统压力上升 ２４ 液压与气动 ２０１１年第１１期 速度不能太慢，同时考虑系统泄漏的影响，液压元件流 量不易过小。 因此，确定低压系统中三位四通电磁换向阀、液控 单向阀的最大工作压力均为６．３ ＭＰａ，通径为６，电磁 换向阀、液控单向阀连接方式均采用叠加式，以缩短设 计周期 ｊ，便于安装、调试及维护 ］。低压系统液压 泵采用叶片泵，额定压力６．３ ＭＰａ，排量１０ ｍＬ／ｒ。 高压系统的换向阀采用板式连接的电磁球阀，其 最大工作压力４５ ＭＰａ，通径为６。因一般电磁换向阀 最高工作压力只能达到３１．５ ＭＰａ，不能满足所设计系 统的要求，电磁球阀最大工作压力可达６３ ＭＰａ，而且 具有密封性好 Ｊ，没有液压卡紧，受液动力影响小，换 向和复位所需力小这样一些优点。系统中单向阀采用 板式连接的普通单向阀，最大工作压力为３１．５ ＭＰａ， 通径为６。高压系统采用特殊订货的超高压泵，额定 压力５Ｏ ＭＰａ，流量２ ＩＶｍｉｎ。 ４液压系统集成油路块设计 低压系统阀均采用叠加式，只需要设计一个底块， 油路块的设计比较简单。由于高压系统采用电磁球 阀，电磁球阀目前没有叠加式，油路块的设计比较复 杂，既要保证孔道位置的准确性，又要保证孑Ｌ道间的壁 厚，以承受高压。本案采用了Ｐｒｏ／Ｅ软件进行三维立 体设计，在设计中既可以多角度观测孔道间是否干 涉 Ｊ，又可以进行壁厚验算，方便快捷，有效缩短了 油路块的设计周期，并直接导出二维零件图。高压系 统油路块三维立体图如图４所示。装配图也用Ｐｒｏ／Ｅ 软件绘制，方便地实现了虚拟装配。高压系统油路块 三维立体装配图如图５所示。 图４高压系统油路块三维立体图 图５高压系统油路块三维立体装配图 ５液压系统液压站设计 液压站结构如图６所示，将高压泵、低压泵均置于 油箱盖板之上，所有阀及连接阀的集成油路块也置于 油箱盖板之上，这样有利于系统检修和维护，同时有利 于泄漏油液的回收，不至于污染场地。由于系统工作 压力较高，考虑到油温升高、油中杂质的沉淀及机器在 运行和停止时，油液从管路流回油箱诸方面因素 ］， 同时考虑到测试时油液损失，油箱的有效容积根据下 列表达式计算。 Ｖ＝ （ｑ １＋ｑ ２）＋ 式中： ——油箱的有效容积 ——与系统压力有关的系数，取 ＝１０ ｇ ｐ】——低压泵的流量，ｇ １＝１４．２ Ｌ／ｍｉｎ ｑｐ２——高压泵的流量，ｑｐ２＝２．０ Ｌ／ｍｉｎ ——测试时油液损失，取 ＝１０ Ｌ Ｖ＝１０×（１４．２＋２．０）＋１０：１７２ Ｌ 圜 图６液压站结构 ６结论 （１）本性能自动检测装置采用液压系统对回转接 头进行加载、保压、卸载，这与回转接头实际工况比较 吻合。在液压系统的设计中低压系统采用叠加阀缩短 了设计周期，利用液控单向阀进行保压，因为其反向密 封性好，使用效果理想。高压系统采用电磁球阀，在阀 的性能可靠前提下，可以满足系统设计要求； （２）采用Ｐｒｏ／Ｅ软件对液压油路块进行三维立体 设计，既可以多角度观测孔道间是否干涉，又可以进行 壁厚验算，能做到直观、快捷，有效缩短了油路块的设 计周期。 参考文献： ［１］章宏甲，黄谊，王积伟．液压与气压传动［Ｍ］．北京：机械 工业出版社，２０００． ［２］ 刘茜．舞台演出车叠加阀式液压系统设计［Ｊ］．机床与液 压，２０１０，（２２）． ［３］侯波．用电磁球阀设计电牵引采煤机液压系统研究［Ｊ］． 液压与气动，２００７，（１０）：６６—６７． ［４］曹铭，曾良才，李金良，张小明．Ｐｒｏ／Ｅｎｇｉｎｅｅｒ在液压阀块 设计中的应用［Ｊ］．机床与液压，２００７，（１）． ［５］ 罗亮．Ｐｒｏ／Ｅ配合件设计在液压阀块设计中的应用［Ｊ］． 流体传动与控制，２００９，（１）． ［６］官忠范．液压传动系统［Ｍ］．北京：机械工业出版社，１９８３．