2.3.4 液压阀疲劳及耐高压试验台
液压阀抗疲劳及耐高压性能是其可靠性的重要技术指标。液压阀疲劳及耐高压试验台主要用于液压阀体的疲劳试验及液压阀耐高压试验，通过长时间对阀加载交变高压油液，测试各类液压元件的耐高压程度和疲劳破坏的加载应力。据此可进一步分析元件失效的因素与机理，并为元件的可靠性改进提供依据。测试技术与液压元件可靠性密切相关。液压阀疲劳及耐高压测试的难点是压力高、要提供高频液压脉冲，对节能与可靠性也有较高要求。广州市新欧机械有限公司为此进行了积极探索，设计开发了新型液压阀疲劳及耐高压试验台。
（1）主要技术参数和技术要求
根据用户工程机械多路阀疲劳试验及耐高压试验需求，确定了主要技术参数和技术要求。
①交变应力加载疲劳试验对试验台的技术要求
泵工作流量：普通电机配变频器调速，最大流量80L/min。
系统输出最高压力：60MPa。
系统输出交变压力频率：1～3Hz，实际试验频率与被试件高压腔容积有关，高压腔容积增大，实际试验频率减小。
系统输出交变压力振幅：最大压力振幅40MPa，可调。
输出交变压力的波形可以调节为三角波、正弦波和方波，其中方波的占空比可调。
连续工作时间：>200h。
试验油温：50～80℃可控。
长时间对阀体加载交变高压静态油液，测试阀体疲劳破坏的加载应力。当出现外泄漏或疲劳破坏，即视为故障件。出现故障件时应发出信号，提醒试验员换件。外泄漏采用人工监测。应能对无故障试验时间和每只被试件的循环加载次数进行自动记录。
②耐高压试验对试验台的技术要求
系统输出工作压力：50～90MPa，可调。
试验油温：50～80℃可控。
系统输出的高压流量：0.1～1L/min，可调。
单次耐高压时间最长5min，5min内工作压力需保持稳定，振摆小于±2%。
长时间（时间可人为设定）对液压元件加载高压静态油液，测试液压元件的耐高压程度。油液加载高压有快慢两种方式，快速方式时加载到规定压力的时间小于1s，慢速方式时加载到规定压力的时间大于30s，加载到规定压力后，被试件无泄漏时，试验台要求能够保持压力稳定5min。试验台在高压试验过程中，当液压元件出现屈服或断裂破坏、出现外泄漏，即视为故障件。出现故障件时根据压降判断发出信号，提醒试验员换件。外泄漏采用人工监测。应能对每只被试件的无故障试验时间和破坏压力进行自动记录。
（2）液压系统
①液压系统 采用二级增压系统，主液压源采用变频器，控制柱塞泵，实现流量的无级稳定调控，以主泵为动力源，配置比例溢流阀和安全溢流阀，实现压力精确控制，以2个增压比为4∶1的增压缸，同时配置2个美国进口MOOG伺服阀，分别实现高频与低频压力检测，以增压比为4.5∶1的大增压缸实现高压耐压检测。系统如图2-54所示。
图2-54 液压阀疲劳及耐高压试验台主液压系统
②增压缸及主控制阀 增压缸及主控制阀是系统的关键元件，根据不同技术要求进行了选择。
增压比为4∶1的高频增压缸1，大活塞直径是80mm，小活塞直径是40mm，给大面积活塞腔25MPa的压力，小面积腔可产生100MPa 的压力，设计压力是100MPa。活塞最大行程是70mm，活塞往复运动频率是2～4Hz。
增压比为4∶1的低频增压缸2大活塞直径是100mm，小活塞直径是50mm，给大面积活塞腔20MPa的压力，小面积腔可产生80MPa的压力，设计压力是80MPa。活塞最大行程是200mm，活塞往复运动频率是1～2Hz。图2-55所示为增压缸结构。
图2-55 增压缸结构
增压缸1和增压缸2的控制阀选用美国MOOG公司生产的伺服阀，额定压力在28MPa以上，阀压降为3MPa时的通过流量大于100L/min，带压力反馈。
增压比为4.5∶1的高压增压缸3，大活塞直径是150mm，小活塞直径是70mm，给大面积活塞腔25MPa的压力，小面积腔可产生115MPa的压力，设计压力是115MPa。活塞最大行程是500mm。增压缸3的控制阀选用ATOS公司的三位四通比例换向阀。
高频增压缸1、低频增压缸2、高压增压缸3（耐压缸）出口都设有安全溢流阀，设定压力为100MPa。
③液压泵站 主泵选用力源柱塞泵，压力由比例溢流阀电气调节，流量由变频器控制电机转速调节。
电机为三相异步电机，变频调速。
设有精密过滤器，保证油液系统的清洁度在NAS1638 规定中的5级以上，确保MOOG伺服阀的正常工作。
粗过滤器用于保证油液的初步清洁要求，保护油泵及控制阀的正常运行。
电磁比例溢流阀用于实现电气系统自动控制。软件参数设置调压功能。其中比例电磁铁起先导溢流控制作用，比例电磁铁不得电，系统相当于全开，压力为零。当给电磁铁一定的电流，系统对应一定的压力。
电磁安全溢流阀用于实现电气系统自动控制。软件参数设置安全卸压功能，设定一个比系统压力稍高的定值，当系统压力突然超过此定值，则安全阀起卸压作用，卸除部分压力，系统压力下降到设定值以下，安全阀弹簧自动复位。其中电磁阀起旁通开关作用，当电磁阀不给电，则系统流体经旁通油路流回油箱，系统不憋压。当电磁阀给电后，系统才憋压，安全阀才起作用。安全溢流阀设定压力为30MPa。
温度传感器用于监测油液系统的温度。
液位传感器用于监测油箱油液位置，当液位低于设定位置，则关闭电源，停止泵的工作。
另设有冷却系统、齿轮泵系统，实现油液的循环、冷却、加油、充油、清洁过滤作用。
（3）电气控制及数据采集系统
电气控制采用西门子S7-300系列PLC（表2-6），并通过总线将PLC与上位机进行通信连接。PLC主要完成动力系统的控制及各项保护，PLC采用S7编程软件编程。
采集系统研华采集卡向伺服阀提供交变控制信号，实现对泵站输出压力的控制。系统能对无故障试验时间和每只被试件的循环加载次数进行自动记录。上位机用LabVIEW软件编程。LabVIEW软件具有面向对象功能，可将试验操作步骤程序化、具体化、简单化。
电气控制柜需具有通风冷却功能，保证强、弱电隔离。各传感器和仪表的信号线必须采用带屏蔽的通信电缆，进出控制柜的电缆必须通过全封闭的工业航空插座引入、引出，信号线和强电必须分离。
表2-6 西门子S7-300系列PLC主要模块及上位机
电气设计和安装符合相应专业及安全标准，选用优质电气元件，性能可靠，稳定性高。低压电气元件采用正泰产品，中间继电器、稳压电源采用施耐德产品。所有压力表均采用耐振型，由专用测压线和测压点接头相连。压力传感器采用SENEX（森纳士）和HUBA产品。各油口的压力，除了在显示屏上显示外，还在试验台架上用压力表显示。电磁阀为24V DC控制。传感器24V DC供电，4～20mA输出。
电气系统如图2-56所示。
图2-56 电气系统
（4）软件操作界面
疲劳耐压试验台软件系统设有操作界面，由此可对液压阀壳体工件进行高频脉冲测试、低频脉冲测试和耐压测试三种试验。双击图标进入，登录界面如图2-57所示。
图2-57 登录界面
①脉冲测试 图2-58所示为脉冲测试软件主界面。主界面包含左上角的曲线显示区，左下角的参数区，右上角的指示灯显示区，右下角的参数设置区和按钮区。
图2-58 脉冲测试软件主界面
测试期间，曲线显示区绘制系统的输出压力与时间的曲线。图2-59所示为曲线区域放缩工具。
图2-59 曲线区域放缩工具
参数区显示测试期间实时参数、试验结果和修正参数。
修正参数区用于方波。波谷修正：调整波谷值的大小，默认值为44（相对值），当波谷值低于20MPa时，稍微往上调波谷修正值，可达到所需的波谷值，修正值与波谷实际值成正比关系。零点修正：调整波谷曲线倾斜度，默认值为“-0.05”，波谷曲线倾斜度越小，曲线越平稳。
指示灯显示区指示测试系统的状态与报警信号。
参数设置区包括试验参数与产品信息两部分，如图2-60所示。
图2-60 参数设置区
测试波形如图2-61所示。
图2-61 测试波形
此外，通过操作界面，还可实现“增压缸对中”与“报表导出”的操作。
②耐压测试 图2-62所示为耐压测试软件主界面。主界面包含左上角的曲线显示区，左下角的参数区，右上角的指示灯显示区，右下角的参数设置区和按钮区。
耐压测试具体操作界面及方法与脉冲测试相似。
图2-62 耐压测试软件主界面
（5）测试应用
广州市新欧机械有限公司设计开发的液压阀疲劳及耐高压试验台主要用于工程机械多路阀腔体疲劳及耐高压试验。系统具有稳定可靠、节能、操作简便等优点，在用户工程机械多路阀可靠性测试分析与优化改进工作中发挥了重要作用，受到用户好评。