, , (1. 濟(jì)南大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院， 山東 濟(jì)南 250022； 2. 浙江大學(xué) 流體動(dòng)力與機(jī)電系統(tǒng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 浙江 杭州 10027;. 杭州奧士瑪自動(dòng)化技術(shù)有限公司, 浙江 杭州 10000; .韋爾庫(kù)制冷設(shè)備(北京)有限公司, 北京 100079)

引言

某型飛機(jī)前起落架在生產(chǎn)制造廠(chǎng)要進(jìn)行各種試驗(yàn)，其中前起落架轉(zhuǎn)彎試驗(yàn)需要在常溫、高溫、低溫條件下進(jìn)行耐久性試驗(yàn)，考核起落架的密封性能及可靠性。要求液壓系統(tǒng)的工作壓力為21 MPa,最大流量為20 L/min，轉(zhuǎn)彎及牽引轉(zhuǎn)彎壽命試驗(yàn)循環(huán)次數(shù)為27萬(wàn)次。長(zhǎng)時(shí)間的試驗(yàn)是一個(gè)高能耗的過(guò)程， 高溫試驗(yàn)需要加熱油液，低溫試驗(yàn)需要制冷油液。在低溫試驗(yàn)時(shí)，試驗(yàn)環(huán)境箱始終要處于(-55±2) ℃狀態(tài)。本研究主要在于如何合理設(shè)計(jì)高低溫轉(zhuǎn)彎試驗(yàn)液壓系統(tǒng)，以達(dá)到節(jié)能、可靠、高效的設(shè)計(jì)結(jié)果。

1 前起落架試驗(yàn)技術(shù)要求分析

前起落架轉(zhuǎn)彎試驗(yàn)基本結(jié)構(gòu)原理，如圖1所示。

1.高低溫環(huán)境室 2.試驗(yàn)型架 3.加載裝置 4.下支座 5.被試前起落架 6.齒輪齒條擺動(dòng)機(jī)構(gòu) 7.轉(zhuǎn)彎操縱油缸

被試前起落架5安裝在試驗(yàn)型架2中，前起落架上軸固定在試驗(yàn)型架的支撐座中，下輪軸支撐在下支座4上，向前起落架分流閥輸入高壓油，轉(zhuǎn)彎操縱油缸7在液壓系統(tǒng)的控制下產(chǎn)生往復(fù)運(yùn)動(dòng)，齒輪齒條擺動(dòng)機(jī)構(gòu)6轉(zhuǎn)動(dòng)分流閥，控制進(jìn)入前起落架雙作用轉(zhuǎn)彎作動(dòng)筒，使得前起落架輪軸產(chǎn)生最大±45°的轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)。前起落架緩沖腔注入高壓氣體，前起落架產(chǎn)生垂直作用力加載在加載裝置3上，在牽引轉(zhuǎn)向試驗(yàn)中，液壓系統(tǒng)通過(guò)雙作用作動(dòng)筒帶動(dòng)齒輪齒條產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力矩，發(fā)生±70°轉(zhuǎn)角，最大轉(zhuǎn)彎力矩2200 N·m。加載裝置設(shè)計(jì)最大負(fù)載轉(zhuǎn)矩為4200 N·m。

高溫試驗(yàn)時(shí)，周?chē)橘|(zhì)溫度為(20±5) ℃，進(jìn)入分流閥入口處工作液溫度為(90±5) ℃。

低溫試驗(yàn)時(shí)，周?chē)橘|(zhì)溫度及工作液溫度為(-55±2) ℃；試驗(yàn)過(guò)程中允許工作液溫度達(dá)到-40～-35 ℃；低溫試驗(yàn)前，前起起落架應(yīng)經(jīng)過(guò)6 h的(-55±2) ℃的預(yù)冷處理，低溫連續(xù)試驗(yàn)時(shí)間要求達(dá)到2 h。

試驗(yàn)臺(tái)工作液是15號(hào)航空液壓油，具有良好的高溫性能、低溫性能、氧化安定性和液壓傳遞性能，根據(jù)油品標(biāo)準(zhǔn)，40 ℃時(shí)運(yùn)動(dòng)黏度不小于13.2 mm2/s ，在100 ℃時(shí)，運(yùn)動(dòng)黏度不小于4.9 mm2/s，-40 ℃時(shí)運(yùn)動(dòng)黏度不大于600 mm2/s，在-40 ℃以下時(shí)，黏度變化率很大，-54 ℃時(shí)其運(yùn)動(dòng)黏度達(dá)到2500 mm2/s，-65 ℃達(dá)到凝點(diǎn)。

參考已有的試驗(yàn)方法，高溫試驗(yàn)大都采用油箱油液加熱到試驗(yàn)溫度，用高溫液壓泵供油，溢流閥等液壓元件也要相應(yīng)的高溫元件，油液長(zhǎng)時(shí)間處于高溫狀態(tài)，這將大大縮短油品的使用壽命，90 ℃時(shí)油液的黏度已經(jīng)低于10 mm2/s，超出了液壓元件的正常使用范圍。低溫試驗(yàn)方法大都采用儲(chǔ)能延時(shí)的方法，把油箱的油液制冷到-50 ℃以下，并且有足夠多的油量，在試驗(yàn)環(huán)境室里設(shè)置排管，排管內(nèi)的油液由環(huán)境室的低溫進(jìn)行制冷，高壓泵置于常溫環(huán)境，開(kāi)始試驗(yàn)后，試驗(yàn)油溫度緩慢上升，當(dāng)溫度升高達(dá)到-35 ℃時(shí)，停止試驗(yàn)，繼續(xù)對(duì)油箱油液制冷，斷續(xù)試驗(yàn)使得試驗(yàn)周期很長(zhǎng)，油液制冷的同時(shí)，環(huán)境室始終制冷，操作人員的工作時(shí)間也很長(zhǎng)，這樣總體試驗(yàn)?zāi)芎母?，試?yàn)成本也很高。

常規(guī)液壓元件推薦油液使用溫度是-20～70 ℃，環(huán)境溫度是-40～80 ℃，品質(zhì)較好的柱塞泵油液使用溫度是-30～90 ℃，油液的黏度限制在10～1000 mm2/s范圍內(nèi)，品質(zhì)較好比例溢流閥油液溫度范圍是-30～80 ℃。高溫超過(guò)90 ℃時(shí)，油液的黏度低、元件熱膨脹、增大配合間隙、內(nèi)泄漏增大、密封件老化快。低溫超過(guò)-40 ℃時(shí)，油液黏度急劇增大、元件控制性能降低、系統(tǒng)噪聲增大。在高溫和低溫狀態(tài)下，液壓元件的可靠使用壽命大大縮短，這就增大了系統(tǒng)的維護(hù)成本，降低了試驗(yàn)系統(tǒng)的可靠性。

因此，高低溫試驗(yàn)是一個(gè)高能耗的過(guò)程，元器件成本高、試驗(yàn)周期長(zhǎng)，如何合理設(shè)計(jì)液壓試驗(yàn)系統(tǒng)、降低能耗、可靠運(yùn)行，節(jié)能高效是本設(shè)計(jì)的目標(biāo)。

2 液壓試驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在調(diào)研分析的基礎(chǔ)上，提出動(dòng)態(tài)平衡的設(shè)計(jì)方法，就是分析考察高低溫試驗(yàn)過(guò)程，進(jìn)油溫度與回油溫度之差，按需設(shè)計(jì)設(shè)備容量，運(yùn)行過(guò)程按需加熱或制冷，使設(shè)備在不多余耗能的前提下平衡運(yùn)行，從而達(dá)到節(jié)能的效果。

液壓試驗(yàn)系統(tǒng)分為泵源系統(tǒng)和加載驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。泵源系統(tǒng)液壓原理圖如圖2所示，加載驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)液壓原理圖如圖3所示。

泵源系統(tǒng)的功能是給被試前起落架提供額定壓力和流量的液壓油，驅(qū)動(dòng)前起落架循環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)輸出主動(dòng)力矩，壽命試驗(yàn)分為三種狀態(tài)：常溫試驗(yàn)、高溫試驗(yàn)、低溫試驗(yàn)， 每種狀態(tài)又有不同的垂直負(fù)載和驅(qū)動(dòng)力矩下的循環(huán)試驗(yàn)。根據(jù)不同狀態(tài)試驗(yàn)要求，泵源系統(tǒng)分為三個(gè)液壓泵源：常溫泵8.1，高溫泵8.2，低溫泵32。常溫泵和高溫泵采用了壓力-流量控制變量柱塞泵，通過(guò)調(diào)節(jié)節(jié)流閥9.1、9.2控制泵源輸出的流量，電磁溢流閥11.1、11.2調(diào)節(jié)泵出口安全壓力并控制泵源加載與卸載，比例溢流閥16.1、16.2按試驗(yàn)要求控制試驗(yàn)壓力。高溫泵輸出的油液經(jīng)高壓加熱器17升溫輸入到被試前起落架。

圖2 泵源系統(tǒng)液壓原理圖

圖3 加載驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)液壓原理圖

低溫泵組由低溫齒輪泵29.1和低溫高壓柱塞泵32及溢流閥34.1組成，低于-40 ℃的油液黏度比較高，柱塞泵不能自吸，采用低溫齒輪泵為柱塞泵供油，溢流閥34.1調(diào)定低溫泵源安全壓力，電磁換向球閥33控制低溫泵源加載與卸載，溢流閥34.2按試驗(yàn)要求調(diào)節(jié)試驗(yàn)壓力。低溫齒輪泵29.2向制冷機(jī)組38蒸發(fā)器供油循環(huán)制冷。低溫泵組和制冷循環(huán)泵安置于密封保溫箱中，與大氣環(huán)境隔離，箱內(nèi)溫度控制在-10～0 ℃，避免液壓泵體表面結(jié)冰與融化帶來(lái)的溫升。

加載驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的功能在轉(zhuǎn)彎試驗(yàn)中進(jìn)行轉(zhuǎn)彎操作和施加負(fù)載轉(zhuǎn)矩，在牽引轉(zhuǎn)彎試驗(yàn)中施加轉(zhuǎn)彎力矩和負(fù)載轉(zhuǎn)矩。內(nèi)嚙合齒輪泵41最大工作壓力為10 MPa，在操縱轉(zhuǎn)彎試驗(yàn)狀態(tài)工作壓力為2.5 MPa，在牽引轉(zhuǎn)彎試驗(yàn)狀態(tài)工作壓力為8 MPa，電動(dòng)機(jī)為3 kW。操縱轉(zhuǎn)彎試驗(yàn)時(shí)，比例方向閥47控制轉(zhuǎn)彎操縱油缸58換向和運(yùn)行速度，從而控制前起落架轉(zhuǎn)彎角速度，試驗(yàn)型架上方的限位調(diào)節(jié)螺栓限制轉(zhuǎn)角大小。油液通過(guò)減壓閥46減壓輸出0.8 MPa壓力油進(jìn)入加載油缸53低壓腔，加載油缸高壓腔由比例溢流閥49.1、49.2控制加載壓力，通過(guò)齒輪齒條加載機(jī)構(gòu)54施加負(fù)載力矩。牽引轉(zhuǎn)彎試驗(yàn)時(shí)，壓力油通過(guò)調(diào)速閥44、電磁換向閥48，進(jìn)入牽引轉(zhuǎn)向油缸60，通過(guò)齒輪齒條機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)前起落架，最大轉(zhuǎn)角±70°，調(diào)速閥44控制轉(zhuǎn)角速度，換向時(shí)間控制可限制正反向轉(zhuǎn)角大小。拉繩式編碼器55測(cè)量前起落架轉(zhuǎn)角和角速度。溢流閥加載會(huì)使油液溫度上升，當(dāng)連續(xù)試驗(yàn)油箱溫度超過(guò)50℃時(shí)，油冷機(jī)6.2自動(dòng)啟動(dòng)制冷，使油液溫度不超過(guò)55℃，當(dāng)溫度低于45 ℃時(shí)油冷機(jī)油泵運(yùn)行循環(huán)過(guò)濾而不制冷。

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

根據(jù)前起落架高低溫轉(zhuǎn)彎試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，以高溫轉(zhuǎn)彎試驗(yàn)為例，如圖4所示，前起落架轉(zhuǎn)角-42.6°～42°循環(huán)，角速度穩(wěn)定在8°/s上下，角速度曲線(xiàn)表明在換向啟動(dòng)時(shí)會(huì)出現(xiàn)角速度超調(diào)，這是啟動(dòng)前沖現(xiàn)象，隨機(jī)發(fā)生，前沖發(fā)生時(shí)會(huì)使供油壓力瞬間下降，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)會(huì)報(bào)警停機(jī)，試驗(yàn)條例要求壓力要穩(wěn)定，為使系統(tǒng)壓力穩(wěn)定，必須調(diào)定泵源供油流量大于一定量的工作流量，使比例溢流閥16.2主閥口始終處在開(kāi)啟狀態(tài)，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試觀察發(fā)現(xiàn)要大于工作流量4 L/min， 供油壓力趨于穩(wěn)定。轉(zhuǎn)角的大小由操縱油缸58的兩端限位螺釘位置調(diào)定，角速度由比例方向閥47的輸入電流的大小所調(diào)定。

圖4 轉(zhuǎn)彎試驗(yàn)轉(zhuǎn)角、角速度曲線(xiàn)

圖5表示了試驗(yàn)進(jìn)油壓力、作動(dòng)筒壓差曲線(xiàn)，試驗(yàn)進(jìn)油壓力比較穩(wěn)定，在轉(zhuǎn)彎換向時(shí)會(huì)有點(diǎn)跳動(dòng)，作動(dòng)筒壓差曲線(xiàn)基本穩(wěn)定。

圖5 進(jìn)油壓力、作動(dòng)筒壓差曲線(xiàn)

圖6表示了轉(zhuǎn)彎力矩和加載力矩的大小與關(guān)系，轉(zhuǎn)彎力矩(M)與加載力矩(M′)的差值是前起落架垂直負(fù)載作用在加載裝置上產(chǎn)生的摩擦力矩造成的，摩擦力矩與液壓加載力矩的和組成了負(fù)載力矩。

圖6 轉(zhuǎn)彎力矩、加載力矩曲線(xiàn)

4 高溫試驗(yàn)分析

由圖2高溫泵回路所示，選用壓力-流量控制變量泵8.2，調(diào)節(jié)變量泵出口節(jié)流閥9.2，泵自動(dòng)調(diào)節(jié)排量適應(yīng)調(diào)定的流量，按照最大排量最大工作壓力選用11 kW 電動(dòng)機(jī)7.2，高溫試驗(yàn)時(shí)按需調(diào)定輸出流量。電磁溢流閥11.2調(diào)定安全壓力，控制加載和卸載，比例溢流閥16.2調(diào)定試驗(yàn)進(jìn)口壓力，壓力油進(jìn)入高壓加熱管17，控制加熱使加熱管出口溫度達(dá)到90℃，采用了PLC溫控模塊，檢測(cè)加熱管出口的溫度傳感器20.1，閉環(huán)控制電加熱，調(diào)節(jié)PID參數(shù)，達(dá)到了穩(wěn)定控制溫度的要求。圖7表示了高溫轉(zhuǎn)彎試驗(yàn)連續(xù)244 min 的溫度曲線(xiàn)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表1。

圖7表明，采用PLC模塊PID調(diào)節(jié)控制通斷加熱的方式，控制溫度穩(wěn)定，回到油箱的油液經(jīng)循環(huán)冷卻穩(wěn)定在50 ℃上下，調(diào)壓比例溢流閥安裝在加熱之前的位置，液壓泵、比例溢流閥始終工作在正常溫度范圍。試驗(yàn)回油與溢流回油合流回油箱，再循環(huán)過(guò)濾冷卻，使油箱油液溫度穩(wěn)定在70 ℃以下，元器件工作可靠性高， 使高溫試驗(yàn)可長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)進(jìn)行， 提高試驗(yàn)工作效率，降低綜合能耗。統(tǒng)計(jì)加熱管通電時(shí)間，這個(gè)試驗(yàn)的通電率為35.4%，表明電加熱器實(shí)際運(yùn)行功率為加熱管功率35%左右，設(shè)備還有功率余量，當(dāng)試驗(yàn)流量增大，其通電率也會(huì)增大。采用PID控制方式，穩(wěn)態(tài)誤差小于±0.5 ℃。

圖7 高溫轉(zhuǎn)彎試驗(yàn)溫度曲線(xiàn)

表1 高溫試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果

5 低溫試驗(yàn)分析

圖2低溫泵回路所示，選用低溫定量柱塞泵32做主泵，變頻電動(dòng)機(jī)31做動(dòng)力源，調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速控制輸出的流量，按照最大流量最大工作壓力選用11 kW電動(dòng)機(jī)28.1，用低溫齒輪泵29.1輔助供油，采用變頻電動(dòng)機(jī)28.1做動(dòng)力，調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速控制輸出的流量，電動(dòng)機(jī)功率為3 kW。溢流閥34.1設(shè)定最高安全壓力，電磁換向球閥33控制主泵加載與卸荷，溢流閥34.2設(shè)定試驗(yàn)壓力，試驗(yàn)時(shí)處于低溫溢流狀態(tài)，制冷循環(huán)回路選用低溫齒輪泵29.2供油，采用變頻電動(dòng)機(jī)28.2做動(dòng)力，電機(jī)功率為3 kW。

按照制冷原理設(shè)計(jì)計(jì)算，換熱量公式如下式：

Q=qmc(T1-T2)=ρqc(T1-T2)

式中：Q—— 制冷量，kW

qm—— 介質(zhì)質(zhì)量流量，kg/s

q—— 介質(zhì)流量，m3/s

c—— 介質(zhì)定壓比熱容，kJ/(kg·K),

c=2.1 kJ/(kg·K)

T1—— 試驗(yàn)回油溫度，℃

T2—— 最低制冷溫度，℃

ρ—— 介質(zhì)密度，kg/m3,ρ=850 kg/m3

試驗(yàn)回油溫度T1為-32 ℃，最低制冷溫度T2為-50℃， 流量為20 L/min,代入公式計(jì)算結(jié)果為10.7 kW。

制冷壓縮機(jī)采用2臺(tái)半封閉雙級(jí)壓縮機(jī)，其制冷技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表2。配套室外風(fēng)冷式冷凝器，冷凝溫度與環(huán)境溫度有關(guān)，取45 ℃，油液制冷要達(dá)到-45～-50 ℃，蒸發(fā)溫度設(shè)定-50 ℃，設(shè)計(jì)的工作點(diǎn)制冷量單機(jī)6.38 kW，雙機(jī)12.76 kW。選擇兩臺(tái)壓縮機(jī)可以適應(yīng)多工況試驗(yàn)。兩臺(tái)壓縮機(jī)可同時(shí)工作，當(dāng)制冷平衡點(diǎn)低于-50 ℃時(shí)，一臺(tái)壓縮機(jī)斷續(xù)開(kāi)停機(jī)，減少能耗。

表2 半封閉雙級(jí)壓縮機(jī)相關(guān)技術(shù)參數(shù)

圖8表示了低溫轉(zhuǎn)彎試驗(yàn)——連續(xù)183 min的溫度曲線(xiàn)，曲線(xiàn)表明了壓縮機(jī)的工作狀態(tài)，當(dāng)油箱油液溫度低于-50 ℃時(shí)，一臺(tái)壓縮機(jī)停止工作，一臺(tái)壓縮機(jī)連續(xù)工作，單機(jī)工作時(shí)制冷量不能平衡試驗(yàn)溫度，油箱油液溫度和試驗(yàn)進(jìn)口溫度逐漸上升，當(dāng)溫升至-40 ℃時(shí)，壓縮機(jī)啟動(dòng)制冷，油箱油液溫度逐漸下降，形成了周期變化，試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表3。

圖8 低溫轉(zhuǎn)彎試驗(yàn)溫度曲線(xiàn)一

表3 低溫轉(zhuǎn)彎試驗(yàn)——數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果

圖9表示了低溫轉(zhuǎn)彎試驗(yàn)二連續(xù)530 min的溫度曲線(xiàn)，曲線(xiàn)表明了制冷平衡點(diǎn)高于-50 ℃，2臺(tái)壓縮機(jī)處于連續(xù)工作狀態(tài)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表4。

圖9 低溫轉(zhuǎn)彎試驗(yàn)溫度曲線(xiàn)二

表4 低溫轉(zhuǎn)彎試驗(yàn)二數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果

低溫泵源是個(gè)高能耗的單元，除試驗(yàn)必需的制冷能耗，還有泵壓、輸送、溢流造成的溫升所需要的制冷能耗，由曲線(xiàn)圖所示，油箱中油液泵壓至試驗(yàn)進(jìn)油口溫升6.7 ℃，試驗(yàn)回油與溢流閥溢流合流回油箱，溫升至-35 ℃，與油箱油液混合以后再循環(huán)制冷，循環(huán)制冷的流量要大于高壓泵流量，合理調(diào)節(jié)循環(huán)流量，高壓泵流量，可以降低制冷的能耗。

油液制冷平衡狀態(tài)滿(mǎn)足試驗(yàn)溫度要求，就可以長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)運(yùn)行，突破了以前2 h溫升超限的狀態(tài)，可以實(shí)現(xiàn)24 h連續(xù)工作，提高了試驗(yàn)效率，降低了電能消耗，縮短了人員工作時(shí)間。

6 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在合理設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)與制冷加熱系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了計(jì)算機(jī)控制與電氣系統(tǒng)，電控系統(tǒng)分為制冷機(jī)組控制系統(tǒng)、動(dòng)力柜、電氣操作臺(tái)、PLC控制系統(tǒng)、工控機(jī)，試驗(yàn)檢測(cè)控制系統(tǒng)采用總線(xiàn)方式。

制冷機(jī)組控制系統(tǒng)采用PLC控制，觸摸屏與按鈕操作，針對(duì)油制冷的特點(diǎn)和運(yùn)行工況，制訂了控制策略，檢測(cè)制冷機(jī)組各點(diǎn)的狀態(tài)，雙壓縮機(jī)錯(cuò)時(shí)啟動(dòng)與停止，具有安全報(bào)警功能，可以設(shè)定溫度控制的上下限，有運(yùn)行參數(shù)界面、狀態(tài)顯示界面、參數(shù)設(shè)置界面，其運(yùn)行參數(shù)通過(guò)DP網(wǎng)與工控機(jī)通訊，工控機(jī)顯示相關(guān)數(shù)據(jù)并記錄，運(yùn)行狀態(tài)界面如圖10所示，一臺(tái)壓縮機(jī)工作，一臺(tái)壓縮機(jī)停機(jī)關(guān)閉，當(dāng)電動(dòng)機(jī)頻率為48.2 Hz時(shí)，相應(yīng)的流量為43 L/min，當(dāng)油液制冷溫度達(dá)到-48.7 ℃ 時(shí)，內(nèi)循環(huán)壓力為0.53 MPa，根據(jù)試驗(yàn)記錄，當(dāng)溫度達(dá)到-53.4 ℃時(shí)，內(nèi)循環(huán)壓力達(dá)到0.9 MPa， 說(shuō)明油液黏度在深冷狀態(tài)下急劇升高，油泵箱溫度為4.4 ℃，油泵箱隔離了環(huán)境溫度和濕度對(duì)液壓泵的影響，尤其運(yùn)行過(guò)程沒(méi)有結(jié)冰和融化的能耗，當(dāng)箱內(nèi)溫度過(guò)低時(shí)，啟動(dòng)電加熱，使箱內(nèi)溫度保持在-10 ～0 ℃， 使泵壓油過(guò)程減少升溫消耗， 過(guò)低的空氣溫度，雖然能降低能耗，但會(huì)使液壓泵的使用壽命縮短。

圖10 制冷機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)界面

試驗(yàn)控制系統(tǒng)由工控機(jī)柜、操作臺(tái)和動(dòng)力柜組成。PLC的CPU模塊安裝在操作臺(tái)內(nèi)，動(dòng)力柜和制冷機(jī)組控制箱內(nèi)裝有分布式IO模塊。工控機(jī)、PLC的CPU模塊和分布式IO模塊以ProfilBus-DP現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)相聯(lián)接，采用工控機(jī)為上位機(jī)、PLC為下位機(jī)的主從控制。

在操作臺(tái)上有各種壓力、溫度、位移等試驗(yàn)數(shù)據(jù)的顯示儀表，可以手動(dòng)控制電機(jī)的啟停、調(diào)節(jié)電液比例閥的控制電流。

在工控機(jī)上有參數(shù)設(shè)置、數(shù)據(jù)顯示、動(dòng)畫(huà)模擬、報(bào)表打印等功能，試驗(yàn)軟件實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)全過(guò)程控制。試驗(yàn)軟件分為主界面，分項(xiàng)運(yùn)行界面。主界面有常溫操縱、高溫操縱、低溫操縱、報(bào)表打印項(xiàng)目供選擇，每個(gè)操縱試驗(yàn)界面有操縱試驗(yàn)、控制臺(tái)、參數(shù)設(shè)置、自動(dòng)設(shè)置界面。低溫操縱試驗(yàn)界面如圖11所示，上方區(qū)域顯示試驗(yàn)相關(guān)的壓力、壓差、轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)角速度、溫度、試驗(yàn)循環(huán)次數(shù)等參數(shù)，左上角顯示報(bào)警點(diǎn)內(nèi)容，左下方動(dòng)畫(huà)顯示前起落架的轉(zhuǎn)動(dòng)位置狀態(tài)和轉(zhuǎn)角，右中區(qū)域顯示了電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，運(yùn)行、加載狀態(tài)顯示綠色，低溫試驗(yàn)又有變頻運(yùn)行或直接運(yùn)行狀態(tài)，右下區(qū)域是試驗(yàn)數(shù)據(jù)區(qū)域，實(shí)時(shí)記錄顯示相關(guān)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

圖11 低溫操縱試驗(yàn)界面

控制臺(tái)界面如圖12所示，上方數(shù)字顯示區(qū)域與電氣操作臺(tái)上的儀表顯示同步，下方區(qū)域與電氣操作臺(tái)上的按鈕、旋鈕一一對(duì)應(yīng)，帶數(shù)字的方塊與比例閥控制電位器和變頻電位器對(duì)應(yīng)，用數(shù)字控制方式，啟動(dòng)狀態(tài)顯示綠色，停止?fàn)顟B(tài)顯示紅色。選擇手動(dòng)方式時(shí)，工控機(jī)界面按鈕不起作用，系統(tǒng)由電氣操作臺(tái)控制，用于設(shè)備調(diào)試。選擇自動(dòng)方式時(shí)，電氣操作臺(tái)除了停止按鈕還起作用外，其他按鈕、開(kāi)關(guān)、電位計(jì)不再起作用，控制可以在工控機(jī)界面屏幕操作，試驗(yàn)運(yùn)行中不易誤操作，運(yùn)行可靠。

圖12 控制臺(tái)界面

參數(shù)設(shè)置界面針對(duì)不同的試驗(yàn)項(xiàng)目列出了對(duì)應(yīng)的參數(shù)名稱(chēng)，根據(jù)試驗(yàn)要求設(shè)定控制數(shù)值或上下限，參數(shù)設(shè)置界面可以分別設(shè)定 “報(bào)警”與 “停機(jī)”的條件，以區(qū)別處理不同的異常情況。

報(bào)表打印界面可以調(diào)取歷史試驗(yàn)記錄，輸出打印規(guī)定格式報(bào)表。

7 結(jié)論

在充分分析了系統(tǒng)工況和技術(shù)要求的前提下，各動(dòng)力單元裝機(jī)容量設(shè)計(jì)合理，試驗(yàn)過(guò)程根據(jù)實(shí)際工況設(shè)定流量與壓力，變排量和變頻方式輸出相應(yīng)的流量，電液比例溢流閥、比例方向閥控制試驗(yàn)工作壓力和運(yùn)行速度，大大減少動(dòng)力能耗，制熱與制冷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，遵循動(dòng)態(tài)平衡的設(shè)計(jì)思想，高溫試驗(yàn)按需制熱，平衡運(yùn)行，低溫系統(tǒng)是制冷系統(tǒng)與液壓系統(tǒng)的匹配，減少液壓泵壓與管路輸送過(guò)程的溫升，制冷與溫升相平衡，實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)試驗(yàn)的目標(biāo)。經(jīng)過(guò)產(chǎn)品壽命試驗(yàn)過(guò)程，證實(shí)該高低溫液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)達(dá)到了節(jié)能、高效、可靠的目標(biāo)。

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