溢流阀可靠性寿命试验的设计与实现

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1、溢流阀可靠性寿命试验的设计与实现五海交通大学彭金毅陆兆 能王钓 功拼要木 文介绍? 一种小流 量模拟工 况下的溢 流阀可靠性 寿 命试验 方 案,具 有 能 规小、时耗少、经济效 益高的特 点,从而使 溢 流阀可靠 性寿命考核 在实际生产 中能够有效 地实施?没有产品的一? ? 靠性就没有产品的 反早。可?靠性研究的重要已越来 越为人 们 所认识。可靠划 研究涉及许多学科,但 其墓 础 在于一可 靠性试验。派压产捉?的可靠 性试验?特别 是寿命试验?有它的特 殊性。鉴于试验样本数、试验时? ? ?、功率 消 耗、人力财力等 因素的限制,正确而科 学 的试验方案设计十分重要。近年来上海交通大学开

2、展了溢流 阀可靠性研究,首先遇到的难点就是试验方案 的设计和实现。溢 流 阀的可靠性寿命试验又与 液压泵、马达的试 验不同,其难点是难于组成功率回 收的试验系统,而在额定工况下对溢 流 阀进行多样本、长时 间钓试验能耗非常严重。本文介绍已经实践证明行之有效的小流量 溢 流阀可靠性寿命试验 方案。寿 命?平 均 无故障冲击次数? ?万次。根据考核 要求,试验方案可有如下选择?方 案一?额 定工况下的试验方案。即溢流阀在额 定压力和额定 流 量下进 行 冲击试验,其液压 系统原理见图?所示。一、三种 试验方 案以?一? ?型溢 流阀为对象进行可靠 性寿命试验。该阀的额定压力?,领定流 量? ?,为

3、了 获得阀的失效分布规律、失效机理、进行寿命评估,取试验样本数?“? ?,试验 冲击频率?二?荃?,考核 冲击?盼洲一份卜州?洲卜心卜暇知称, 均协?续卜内今卜 鸣卜今卜鸡卜 刃枷、雌卜听卜。心卜高,可在一台设备上据 冲击能量 要求大小进行调节,适应 面广。?、对于在生产线上 冲击能 量要求基本不 变情况 下,控制线路也可简化,可省去顺序阀?及快排阀? ? 和单向 阀? ?见图?。?、在 铝加工厂的生产线上,使用上述设 针的冲击气缸已正常 工作三年多。图?溢 流 阀在额定工 况下 考核 的试脸合液压 系统原理图?一电动机?一滤油器?一液压泵?一安全 阀?一电液换 向阀?一却荷电磁 换向阀?一被

4、试溢流阀?一远程调压阀该试验方法首先将被试验溢 流阀?关闭,然后通过远程调压阀?将阀?压力调 至?。? ?,再将阀?松开,逐渐将其压 力调至?值。电磁阀?或 用 电磁阀?在?频率下换向,即可 实现对被试 阀?进行。?值的压力冲击试验。经分析和理 论计算,该方案的数据见表?。方案二?在额定压力下,小流量?全流里综合试验方案。即被试阀的平均无故 障冲击次数为? ?万次,其中在额定压力、流 量为力图况下了?,击?万次,在颓定压下上曰? 月厂?日月 ,么定 流一 览?相 同。日中击?万 次。其液 压 系统爪理、翔与? 习毛分析?卜为,得如下数据?表?。表?方 案一所得 计算数抵 号?试 验台配务电机功

5、率?坏台?式哈台同琳犷吹阀数?试 验 汀只?可所需时卜、?一试弓众介子只洲六一厂 比?几?汇?试勺全? ?只阀听而时洲?试 脸?只?司听 耗电能? ?台? ? ? ?度? ? ? ? ? ?度表?方罕二所得计算数据试验台配备电机功 率每台试验台同时试验阀数试验每只 阀所 需时间试 验每只阀所耗电?了匕试验 ? ?只阀所需时间?人?。之? ?别 ? ? 度? ? ?试验 ? ?只阀所一陇电能方案三?在 额定几一?勺厂,? ?度汉?小流 量模 拟 额定工况下的冲击 试验 方 案?简称小 流 量试验方案?。其 液压系统原理 见 图?。该 试验系统由于试验 中只要 提 供 溢 流阀导阀处的小 流 量,

6、因而 消 耗功 率 很 小。因此,一个试验台就可同时进 行多个样 术阀的 试 验?我们设计的试验 台可同 时试 验?个阀?。在 被 试阀安装到试验台上之前,被试 溢 流阀的 导阀部分与主阀之 间需 要 加 入附板,使 得阀回油 与主闷 回油分开。在 导阀 的 回油路上接上浮 子 流量计?,以计量导阔的溢流量。在主阀的 回油路上接上截止 阀?。试验 时关闭,以切断 主阀的回油。打开 截止阀?时,可进 行 阀的静、动态各项指标的检验。冲击寿命试验前要调定好被试阔?的 压力。方法是?首先将?个被试验阀的调压手轮调 到关闭的极限位置,然后 调节调压阀? ?,使系统压力调 至额 定压 力? ?二? ?

7、?,图?模拟溢流 阀领定工况考核的试验台液压 系统原理图?一电机?一滤油器?一液压泵?一定压阀?一电磁换向 阀?一都荷电磁 换向阀?一被试阀?一浮子流量 计?一截止阀? ?一远程调 压阀然后 再依次调节每一被试阀,逐 渐旋开调压手?轮,使通过导阀的流 量?二? ?左右。当调节到所有导阀的 流量都等 于 ? ?左右,系 统压力?时,调试完毕。电磁阀?或?在?频率下换向,即可对被 试阀?进行?一?的冲 击 试验。控制导阀流 量 ?“?工一?右 右,是由模拟额定工况所决定 的。根据 对?只?艺一? ?溢 流阀所作的性能试验?导阀和主 阀 的回油分开条件下?,测得导阀在额 定工况下 的压力流量特性曲线

8、,见图?。?刃刃刃刃刃刃刃刃刃几几 瓜瓜瓜瓜瓜瓜瓜瓜瓜尸尸尸? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?犷犷犷犷犷 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?尸? ? ? 文文文一刁刁刁 方方方方方方? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?叹叹叹叹叹叹叹叹口口口门门? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?币?邸? ?助?万?跳?图?溢 流 阀在额定流量下,所测得导呵的压力流量特性曲线由图可见,溢 流阀在额 定 工 况? ?。? ? ,孙?胡尸?时,通过导 阀 的 流量?二从? ?,? ?。因此,当系统压力

9、?二? ?一?,加过导 阀的流 量?、?,时,模似试验中导阀的工 况与 溢流阀额 定工 况下导阀的工况是 完全相 同的。在小流量模 拟试 验 时,溢 流阀主阀的回油流量为零,则对主 阀芯的运动 和受力会 产生什么影 响?从图?溢流 阀主阀受力图可知,在额定工况下主阀受 到阀芯 弹簧力?和液功力?的作用,与进口油压相平 衡。此 时主阀芯的开启高度,经计算丫? ?。在 小 流量 模拟试验时,主阀流量?,因此液压力?,此时进口方卜压与阀芯 弹簧力?,二相 平 衡,显然,? ,?,开启 高度?二?。当进口油压 等于零时,主阀在?,及自重作用下,撞击主阀座。与额 定工况相比,只是冲击 强度略为大?些。这

10、 对阀的寿命考核来说并无影响。大量试验和现场数据证明,溢 流 阀失效主 要发生在导阀与 导阀座处。因此,方案三反映 了额定工况下的 阀失效的真实情况。经 分析和计算可获得表?所列 的数据?表?方案三所得计算数据试验台配备电机功率每台试 验台可 同 时试验阀数试验每只阀所需时间试验每只阀所耗 电能试验? ? 只 阀所需时 间试验? ? 只 阀所耗 电能?。?只? ?。? ?度? ? ?度?内匕二、试验 方案分析与比较方案一溢 流阀在额定压力和额定流量下进行冲击寿命试 验,从理论上讲这是理想的试验。但实际问题是寿命试验是多样本试验,所需时 间长,能 耗大。由表?可见,? ?个样本,冲击? ?万次,

11、需化 时? ?小时。若以每天试验?小时计,整个试验将历时一年,耗 电七万多度。若溢 流 阀寿命考核为一百万次,则 完成试验需三年时 间?还不包括试件的装卸、试验台和测试仪器 的调整、维修等辅助时 间?,耗 电二十多万度。因此,采用方案一进行 溢 流阀可靠性寿命试验是不经济的,现实实施时是不可行的。方案二?该试验方案考虑了试验 时的节能问题,但整个试验 时 间仍不能缩短,更大的间题是该试验工况不能 正确模拟溢流阀的额定工况、对 于 阀壳体、连 接螺钉强度的寿命考核该方案可认为符合实际,但对导阀阀芯与阀座、主阀阀芯 与阀座的疲劳磨损损坏,则与实际情况有很大出入,理论上依据不足,试验 结果也发现命寿

12、大大偏高,不能真正代表溢流阀的实际寿命。仁二气? 获二气?炸久?忙气 良乍方案三该方案大幅度减少了试验时 间和能耗。从表?、?、?中可见,试验方 案三 的 试验 时 间为方案一、二的?能 耗为方案一的?、方案二的?。虽然这个方案仅用了很小的 流量? ? ?左右?,但它正确地模 拟 了溢 流阀在额定压力和额定 流 量下的工作状 况,从理论上和实践 上,都证明了 此方案是合理钓、有效的、河行的、上海交通大学应用此方案,顺利地 完成 了“七五”图?溢流阀主阀受力图?额定工况?模拟额定工况攻关项目一?型溢流阀可靠性研究,找出了阀的失效簿弱环节、失效模拟和机理、失效分布函数以及捉高 寿 命的 措 施等。

13、三、试验系统 的 实现根据试验 妥求,实施试验 方 案三,试验系统主要 由三部分组成?控 制 台、泵站和 试验台。控制台由微型工业控制机、示 波 器、稳压电源、放大电路等组成,其 主要作用是产生冲击讯号、记录 和显示冲击次数以及过载保护。试验冲击讯号可以根 据不 同要求调节频率和波形。常用的 溢流阎试验 冲击频率为?,波形为 矩形波。泵站由变量柱塞 泵、溢流阀?不是被试阀?、换向阀、滤油 器等组成。变量 泵 用于调节整个系统流量,溢流阀用 于调节整个系统 压力。滤油 器应控制 油 液污 染度在一定 范围内?如? ?级?。整个试验还需保持在一定油温下进行。试验台由阀块、截止阀、浮子流量计等组成。

14、试验 时要 保证被试溢 流阀主阀 回油口的关闭,并定 时检查连接被试阀导 阀 回油口的 浮子流量 计的 读数,定时检查导阀、主阀处的 泄漏量,以及 时进行阀的失 效判 断。四、结论溢 流阀一可靠性寿 命试验,以往 由 于 时耗长、能 耗大,在实际应用时难于付之实施。本文所述的额定压力下,小 流量模 拟工况冲击试验旅一令 方案,经实践证明,在理论上和实用上是合理的、有效的、可行 的、已建议机电部主管 部 门制 订 国家考核规范时采用。若 要进一步减少试验 时 间和能 耗,还可以压力为加速因子,即提高 液压系统压力,进行加速寿命试验。参考文献?段长宝?陈兆能。柳 曾兴.液压元件的寿命试验.国 防工

15、业出版社,1990年5月2彭 金毅.溢流 阀可靠性研究.硕士生毕业论文。上海交通大学,1990年2月三柱塞泵密封性能理论分析黑龙江矿业学院杨俭姜成 志黑龙江巴彦县建筑设 计室杨军一、引言高压 水射流应用技术要求泵具有高压力、大流量的能力。在柱塞泵研制过程中,遇到一个关键间题,就是柱塞的密封。本文针对这一实际间题,对鸡西煤矿专用设备厂生 产的QR B型三柱塞泵的 密封直径为3 2毫米的柱塞密封进行了理论分析。这一研究有助于三柱塞泵的研制 和对现有高压泵柱塞密封的改进,以及类似于柱塞密封的密封件的研究提供了理论依据。如图1所示,它是由弹簧、支承环、密封圈、压环、导 向套 及压紧 螺母组成。把 两个密封圈 串联使用,首先 由弹簧产 生预紧力,工作-时,由于压力的作 用,密封圈产生 径 向变形,使得柱塞与密封圈的 径 向间隙减小,这样就 起到了密封作用。选择了两种密封材 料,一 种 为编 织 聚四氟乙烯,它具有摩擦系数小、强度高、耐磨等特点,另一种为夹布橡胶,它具有弹性好、强度高、耐磨等特点。据 国内外有关资料报道,这 两种材料比较适 合 高压柱塞 密封的 场合。