可变增压比液压增压试验系统

技术领域

本发明涉及航空液压产品在试验过程中需要采用高压进行耐压或者压力脉冲试验，尤其是一种采用低压进行比例放大的液压增压试验系统。

背景技术

液压试验是以液体介质对压力容器所进行的一种压力试验。其目的是综合考核容器强度与质量。一般试验压力取设计压力(对在用压力容器可取最高工作压力)的1.25倍。当工作时壁温>200℃的钢制容器及>150℃的有色金属制容器，在常温下作液压试验时需要考虑到升温后强度下降的因素，故应适当提高试验压力。液压试验下容器的一次总体薄膜应力通常不得超过试验温度下屈服点的0.9。液压试验系统试压装置通常使用压缩空气为动力源，以气动泵为压力源，气源压力与输出液压力成正比。通过对气源压力的调整，可以对输出液压力无级调节。当气压力与液压力平衡时，气动泵停止动作，输出压力稳定在预调的压力。通过控制气源的进气量，可以控制泵的动作频率，从而控制系统的输出流量。增压系统是根据相关设计标准、将气体或液体试验介质进行增压以达到使用或试验压力的试验设备。液压增压的原理为液压缸两端压力恒定的情况下，压强与活塞受力面积成反比，所以增压缸两端的面积比例就是压力的增压倍数，也就是增压过程的增压比。但是恒定的增压比，对应只能进行一种压力值的高压试验。实现不同产品不同压力值的高压试验，一种方法就是改变低压端的压力。通过不同的低压压力值实现增压后不同的高压压力。但是改变低压端压力的方式需要新增压力控制系统，并且液压与气压的压力控制系统存在差异，不能通用。

液压缸的类型较多，按其作用方式分类，可分为单作用式和双作用式两大类。单作用式液压缸在液压力作用下只能朝着—个方向运动，其反向运动需要依靠重力或弹簧等外力实现。双作用式液压缸依靠液压力可实现正、反两个方向的运动。液压缸按其结构形式的不同，可分为活塞式、柱塞式，摆动式、伸缩式等形式，其中以活塞式液压缸应用最多。工作台与活塞杆连接成一体。若油液进入液压缸的左腔，液压缸右腔的油液回油箱，则在油液压力的作用下，活塞连同工作台一起向右运动。若改变油液进、出液压缸的方向，则液压缸及工作台一起向左运动。双杆活塞缸采用缸固定其工作台的最大活动范围约为活塞有效行程的三倍。由于缸筒是运动的，与其相连的进、出油管需要采用软管连接。为了避免油管运动，可将活塞杆做成空心的，此时油管与活塞杆相连。这种活塞缸工作台的最大活动范围约为液压缸有效行程的两倍，因此占地面积较小。活塞缸左右两腔的有效工作面积不相等，两个方向产生的推力和速度也都不相等。当单杆活塞缸左右两腔相互接通并同时输入液压油时，称为“差动连接”。采用差动连接的液压缸称为差动液压缸。无杆腔进油时产生的推力大、速度低；差动连接和有杆腔进油时产生的推力小、速度高。增压缸也叫增压器，在液压系统不增加高压能源的情况下，采用增压缸可以获得比液压系统能源压力高得多的油液压力。，它是利用大小活塞的有效工作面积之比来使液压系统中局部区域获得高压的。当活塞缸左腔输入的油液压力，大活塞直径为D，小活塞直径为d时，则有伸缩缸。伸缩式液压缸又称为多级液压缸，是由两个或多个活塞套装而成的，它是把活塞杆作成前一级的缸筒，伸出时活塞按有效工作面积由大到小依次伸出，可获得很长的工作行程，缩回时活塞由小到大依次缩回，长度则较短，故结构较紧凑。由于各级活塞的有效工作面积不同，在输入油液压力和流量不变的情况下，液压缸的推力和速度是分级变化的，伸出时，先动作的活塞速度低、推力大，后动作的推力小、速度高。伸缩式液压缸常用于工程机械(如翻斗汽车，起重机等)和农业机械上。增压缸是一种液压增压装置，是一种利用两腔活塞作用面积不相等，将输入低压转换为高压或超高压的液压元件。在系统的压力一定时，可提供比低压端更高的压力；经过增压缸可以使压力放大K倍达到增压。根据增压方式为可分为单个方向增压：单作用液压增压器，正反方向都增压的双作用液压增压器。根据活塞密封方式可分为活塞与高压壳体的孔精密配合形成间隙密封：叫液压增压阀也叫液压增压器。活塞与高压壳体的孔通过密封件密封：叫液压增压缸也叫液压增压器。液压增压器由低压活塞、高压活塞、外部高压壳体以及密封件等组成。如今市面上的液压增压器大部分集成了各种功能的液压控制元件，形成了不同功能的产品。增压缸的主要部件有缸筒、缸盖、活塞、活塞杆。活塞的结构型式通常分为整体活塞和组合活塞两类。整体活塞在活塞圆周上开沟槽，安置密封圈，结构简单，但给活塞加工带来困难，密封圈安装时也容易拉伤和扭曲。组合式活塞结构多样，主要受密封形式决定。组合式活塞大多可以多次拆装，密封件使用寿命长。高压缸活塞的形式(活塞式或柱塞式)和密封方式、及密封件的种类，拉杆的直径和个数以及高压缸的加强套等均需根据增压器输出压力和增压比大小而定。但这些液压试验通常不适用于飞机部件校验等行业。因为在航空领域液压附件作为飞机飞行过程动作完成的执行元件，液压系统的强度可靠性对飞机正常飞行至关重要。不仅仅是在航空航天领域，在其他行业中应用液压附件的领域，液压附件的强度可靠性就成为判断液压附件可靠性的重要指标。其中对液压产品强度考核作为有效的试验方法，一种为采用高于液压产品额定设计压力数倍的液压压力进行爆破或者耐压试验；另一种方法是采用压力脉冲的试验方法考核液压产品的疲劳强度。以上两种方法对产品强度性能都能起到较好的考核作用。但是试验过程都需要采用高压或者超高压的液压系统对其进行试验。现阶段国内外先进的超高压泵组也不能完全满足产品性能日益提高的高压试验测试要求。并且随着压力等级的提升，对整个试验系统的压力等级要求也随之提高，液压阀件以及液压管路的成本也成倍增加。所以采用低压增压的方式已经成为高压试验系统中的最优方案。一方面大部分液压阀件以及管路采用低压系统，大大降低了整个试验系统的成本；另一方面因为主要液压系统的压力等级降低，也提高了整个液压系统的稳定性。现在大部分工厂都采用的恒定压力的气压和液压供给。试验系统包括外气源、外气源流量调节阀、放气阀、燃烧室前流量计、燃烧室、受控增压器压气机前进气阀、受控增压器涡轮后排气阀、增压器转速测量装置等。由于进气阀的阀管结构尺寸受柴油机的总体约束和总体布局限制，会在一定程度上影响气流的均匀性。液压油缸为双作用单活塞杆形式，液压油缸的伸缩由增压器试验台架润滑系统管路中的压力润滑油驱动。进气阀为单作用阀，只允许空气单向流动，在受到反向空气压力时关闭。进气阀采用偏心旋转阀，阀板与阀体为面接触软密封，用行程开关控制的顺序动作回路。采用行程阀的顺序动作回路，虽然工作比较可靠，但行程阀只能安装在工作台附近，另外改变动作顺序也比较困难。这种回路效率较低，一般用于流量不大的情况。高温膨胀产生卡阻及切断是控制执行中的难题，因而高温排气阀是液压转换装置设计与应用的关键技术。通过溢流和泄漏的方式进行降压，不仅会造成能量的损失和浪费，损失的能量还会以发热的方式影响整个压力控制系统，还需要增加冷却系统进行散热处理。整个系统极为复杂。所以采用更稳定可靠的改变增压比的方式进行增压控制相比优势更大。

发明内容

本发明的任务是综合液压附件试验需要的高压测试工况要求，提供一种结构紧凑，使用方便，输出压力高，增压效果明显，运行平稳可靠，可实现可变增压比的耐压以及压力脉冲试验采用新型可组装式增压缸系统，并设计液压系统进行增压泄压控制。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种可变增压比液压增压试验系统，包括：为整个试验系统提供动力源的动力源接口1，连接动力源接口1的换向阀2和旁路溢流阀8，连通换向阀2和旁路溢流阀8的可变增压比增压缸，其特征在于：系统工作时，液压泵输出的液压油通过液控单向阀直接到达油缸实现快速供油，进入增压阶段，液控单向阀因压力平衡自动关闭，高压油通过动力源接口进入换向阀2，接通换向阀芯，推动阀芯向运动，控制各执行元件的动作先后顺序，改变供油压力，利用负载变动所引起的油路压力的变化，通过阀芯的负反馈动作自动调节节流部分的压力差，实现快进—工进—快退—停止这一自动工作循环，换向后，液压油达到旁路溢流阀8，旁路溢流阀作为低压系统的安全阀，防止动力源超压，压力油液一部分实现供油压力选程压的控制回路的回路油液，液压油液经旁路溢流阀流向可变增压比增压缸，推动双杆液压低压活塞10运动，低压活塞10活塞杆快速外伸，驱动单杆液压的高压活塞13，液压油通过低压腔与高压腔容积差进行压力比例放大，在可变增压比增压缸增压的外伸行程末端实现对低压动力源的压力进行比例增大，产生更高的油压，高压活塞13到达底部后通过压力传感器4传送到被试产品5，高压油液注入被试产品5进行性能试验，压力传感器4检测超压后，根据力平衡原理控制换向阀2进行换向泄压，实现可变增压比增压缸换向，改变换向时间实现不同频率的脉冲试验，回到初始位置，实现高频动作并连续输出高压油，如此自动循环。

本发明相比于现有技术具有如下的有益效果：

结构紧凑，使用方便。本发明采用连接动力源接口1的换向阀2和旁路溢流阀8，连通换向阀2和旁路溢流阀8的可变增压比增压缸，构成了简单的一个实现增压比可变的单作用增压系统。结构紧凑。利用换向阀的左右切换，可以实现可变增压比增压缸换向功能，通过改变换向时间实现不同频率的脉冲试验，通过改变换向阀2的换向频率可以实现不同频率的压力冲击试验。使用方便。在低压状态下可获得较大的流量，高压泵稳定的将压力增至预定测试压力，增压缸能达到65MPa的压力.输出压力可达3000bar，可轻松实现输出压力任意可调、可控，可确保长时间试验的加压及保压。能够为试验台测试提供足够的模拟液压工作情况的压力.能够满足试验的要求。

运行平稳可靠。本发明采用旁路溢流阀作为低压系统的安全阀，利用被控压力作为信号来改变弹簧压缩量，从而改变阀口开度和系统溢流量来达到定压，旁路溢流阀调压弹簧的预压缩量，则可设定供油压力的最高值，如果连续地调整调压弹簧，则可改变供油压力，控制回路供油压力的回路，可防止动力源超压和液压系统超载。旁路溢流阀8设定好后可以有效防止整个系统因压力波动超压影响产品质量。通过进行长时间的高压试验，没有溢流或者调压造成的压力损失，发热量小，无需增压冷却循环系统进行降温冷却，运行过程稳定。采用机械结构改变高低压腔两端的增压容积比例达到了稳定增压的效果，增压过程避免了复杂控制系统调节低压端压力因控制算法不稳定造成的压力波动情况，能实现更加稳定的增压效果并保证试验的可靠性。

输出压力高，增压效果明显。本发明根据低压缸体9和增压缸体12不同的压强P，受力面积S，利用压强P与受力面积S成反比关系，增压过程采用是低压腔液压受力面积大于高压腔液压受力面积的原理，通过两个有效面积不同的低压活塞杆10和高压活塞杆13高低压面积差进行压力的比例放大，根据压力F平衡流体压强公式F＝P×S，通过低压缸体9和增压缸体12两端及低压活塞杆10和高压活塞杆13机械结构产生容积差，可以使压力放大K倍，保证增压效果，避免复杂的控制系统进行调节来保证压力的稳定。液压油通过低压腔与高压腔容积差进行压力比例放大，在可变增压比增压缸增压的外伸行程末端实现对低压动力源的压力进行比例增大，产生更高的油压，实现稳定的增压效果，输出压力高，增压效果明显。

控制精度高。本发明采用高压活塞13到达高压腔底部后，通过压力传感器4传送到被试产品5，高压油液注入被试产品5进行性能试验，压力传感器4检测超压后，根据力平衡原理控制换向阀2进行换向泄压，实现可变增压比增压缸换向，控制自增压油箱高压和低压油腔的进、出油，改变换向时间实现不同频率的脉冲试验，自动循环实现高频动作并连续输出高压油。通过改变换向阀2的换向频率可以实现不同频率的压力冲击试验。变增压比增压缸实现对低压动力源的压力进行比例增大以实现增压试验要求，控制精度高。

本发明可用于管道、小型阀门、压力容器、石油工具等产品的压力检测；仪器仪表的压力检测与校订，安全阀性能测试，汽车制动系统及喷油嘴测试，向管道或反应釜中注射化学试剂。可以用于功率大，负载变化较大或运动平衡性要求较高的液压系统中。

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明可变增压比液压增压试验系统原理示意图。

图2是图1可变增压比增压缸的断面剖视图。

图3是图2可变增压比增压缸一个实施例的连接剖视图。

图中：1动力源接口，2换向阀，3可变增压比增压缸，4压力传感器，5被试产品，6单向阀，7补油油箱，8旁路溢流阀，9低压缸体，10低压活塞，11低压腔右端盖，12增压缸体，13高压活塞杆，14高压腔，15低压缩回腔，16低压伸出腔，17二级低压缸，18，一级低压缸，19高压缸。

具体实施方式

参阅图1。在以下描述的优选实施例中，一种可变增压比液压增压试验系统，包括：为整个试验系统提供动力源的动力源接口1，连接动力源接口1的换向阀2和旁路溢流阀8，连通换向阀2和旁路溢流阀8的可变增压比增压缸，其中：动力源接口1与标准气压源或者液压源进行连接，为系统增压提供低压动力源。通过换向阀2、旁路溢流阀8和可变增压比增压缸3进行增压，然后将高压油液注入被试产品5进行性能。旁路溢流阀8是压力控制阀，阀芯上设有避免阀芯动作过快引起的振动，提高阀工作的稳定性的阻尼孔，通过阀芯的平衡和运动构成负反馈，利用被控压力作为信号来改变弹簧压缩量、阀口开度和系统溢流量来达到定压，当系统压力升高时，阀口的开度增加，溢流量加大，促使液压系统压力下降。旁路溢流阀8调节增压系统的低压出口压力，保持进入低压伸出腔压力为设定值。溢流阀可以采用直控型溢流阀和先导式溢流阀两种结构形式，调整通过与换向阀2高压口相联通的调节螺母可以改变旁路溢流阀8弹簧的予压缩量，从而调整溢流阀的控制压力。根据阀芯在阀体中工作位置的数目不同，换向阀可分为两通阀、三通阀、四通阀和五通阀，三位四通换向阀用于测试元件的切换。

连接在可变增压比增压缸3与被试产品5之间的压力传感器4，可对试验参数进行实时监控并记录，还可以实现检测超压后控制换向阀2进行泄压。连接在可变增压比增压缸3输出端下方的单向阀6，将加压过程油液回流入补油油箱7。

系统工作时，液压泵输出的液压油通过液控单向阀直接到达油缸实现快速供油，进入增压阶段，液控单向阀因压力平衡自动关闭，高压油通过动力源接口进入换向阀2，接通换向阀芯，推动阀芯向运动，控制各执行元件的动作先后顺序，改变供油压力，利用负载变动所引起的油路压力的变化，通过阀芯的负反馈动作自动调节节流部分的压力差，实现快进—工进—快退—停止这一自动工作循环，换向后，液压油达到旁路溢流阀8，旁路溢流阀作为低压系统的安全阀，防止动力源超压，压力油液一部分实现供油压力选程压的控制回路的回路油液，液压油液经旁路溢流阀流向可变增压比增压缸，推动双杆液压低压活塞10运动，低压活塞10活塞杆快速外伸，驱动单杆液压的高压活塞13，液压油通过低压腔与高压腔容积差进行压力比例放大，在可变增压比增压缸增压的外伸行程末端实现对低压动力源的压力进行比例增大，产生更高的油压，高压活塞13到达底部后通过压力传感器4传送到被试产品5，高压油液注入被试产品5进行性能试验，压力传感器4检测超压后，根据力平衡原理控制换向阀2进行换向泄压，实现可变增压比增压缸换向，改变换向时间实现不同频率的脉冲试验，回到初始位置，实现高频动作并连续输出高压油，如此自动循环。

参阅图2、图3。可变增压比增压缸包括，通过快速接头、密封圈、以两端内外螺纹结构的活塞杆，装配在低压缸体9中的双作用低压活塞10，双作用低压活塞10通过外圆上的环槽密封圈，低压腔分为低压缩回腔15和低压伸出腔16，伸出低压伸出腔16左端的活塞杆外螺纹端与另一个低压端进行拼接，实现增压比例的调节，低压腔右端盖11通过内螺纹端与增压缸体12进行匹配，低压腔右端盖11与增压缸体12对接，利用高压活塞杆13连接的活塞形成的高压腔14进行匹配，实现增压比的调节和低压转高压的压力放大。其中，低压腔右端盖11用于进行压力密封和低压活塞10活塞杆的导向，低压活塞10面积大于高压腔14内置高压活塞面积而形成面积差，根据流体压强公式F＝P×S可以得到，低压活塞10与高压活塞之间的面积比例关系的增压的倍数，低压活塞10的面积为伸出低压伸出腔16左端活塞杆串联所有低压端活塞面积的总和S

高压腔14通过单向阀6从补油油箱7吸入的液压油液，被吸入增压缸体12右液压增压腔，通过高压活塞压缩增压后，高压油将换向阀2的换向阀芯上部接通，推动阀芯向下运动，换向后，液压油通过换向阀2达到低压活塞10的底部，推动双杆液压的低压活塞10向单杆液压高压活塞杆13方向运动，推动高压缸活塞增压，输出高压油，注入被试产品5中，完成液压增压系统一个周期的运动。高压活塞杆13到顶部后，换向阀2再次换向，当换向阀2进行切换换向时，低压压力源被注入低压缩回腔15，实现试验泄压，泄压后，高压腔14从补油油箱7中吸油进行液压油补充，当换向阀2进行另一个方向换向时，低压压力源被注入低压伸出腔16，自动循环实现被试产品5的高压试验。

参阅图3。在可选的实施例中，低压缸体9设为二级低压缸17相连的一级低压缸18，一级低压缸18左端通过串联组件固定连接二级低压缸17，组成与高压缸19固定连接的多级增压系统。一级低压缸18通过二级低压缸17左端固定连接后与高压缸19连接，可实现一个二级增压系统的可变增压比增压缸3。

在不付出创造性劳动的前提下，本发明还可以根据上述实施例获得其他的技术方案，以及在本发明保护的范围内做出的等同变化均应落入本发明的保护范围内，都属于本发明保护的范围。