波义耳定律在液压缸加载系统中的应用

　　1　前言

　　液压缸活塞往复换向加载试验是液压缸型式试验和出厂试验中的一项重要项目,其目的是检验液压缸质量和性能是否合格。液压缸加载试验原理通常采用GB/T 15622所推荐的方法,即以被试缸作主动缸、加载缸作被动缸的方式,或是用配重的方式进行加载。但在设计实践中,也不能墨守成规一概而论。最佳设计方案往往是针对特定的试验要求进行具体分析,另辟蹊径进行创新而获得成功的。此前,我公司在一项液压缸施加恒定压载荷的试验台研制中,我们利用波义耳气体定律设计了加载系统,省去了加载泵电机组或配重。该加载系统最大的优点是节能节支、原理简单,有效满足了试验要求。

　　2　波义耳定律简介

　　为了说明该试验台的加载原理,有必要先对波义耳定律作以简介。

　　波义耳定律是指:在密闭容器中的定量气体,在恒温下,气体的压力和体积成反比关系。该定律是由英国化学家波义耳在1662年根据实验结果提出的,故称之为波义耳定律。该定律的数学公式为:

　　V =k/p

　　式中,V是指气体的体积;p指气体压力;k为一常数。

　　这个公式又可以继续推导为:理想气体的体积与压强的乘积成为一定的常数。如果在温度相同的状态下,该密闭容器内A、B两种状态下的气体关系式可表示成:

　　p_AV_A=p_BV_B

　　式中,p_A、p_B分别是指在状态A、B下的气体压力;VA、V_B分别是指在状态A、B下的气体容积。

　　波义耳定律是第一个描述气体运动的数学公式,为气体的量化研究和力学分析奠定了基础,在许多领域有广泛的应用。

　　3　试验台加载系统的设计

　　3. 1　加载系统的工作原理

　　该试验台的被使产品是一只单活塞杆双作用加载的液压缸,试验要求:在活塞杆全行程伸出和收回过程中,始终给活塞杆施加70±2. 5 kN的压载荷(其他要求省略)。

　　为了满足上述试验要求,笔者应用波义耳定律,设计了图1所示的液压缸加载系统。

　　图1所示的加载系统简图,由被试液压缸主系统和气缸加载系统两部分组成。被试液压缸主系统在工作时,泵电机组9的供油经电磁换向阀10后,通入被试液压缸6的无杆腔或有杆腔,使其活塞杆在全行程作伸出或收回运动,液压系统的额定压力由溢流阀8设定。气缸加载系统,由单向充气接头2充入额定压力的氮气,经分离器3、过滤器4后,进入气瓶11和加载气缸5的两个有杆腔,气动系统组成一个密闭容器。当气压有异常升高时,安全阀12起保护作用,消声器1消除安全阀出口的气流噪声。被试液压缸6、加载气缸5的活塞杆均铰接在移动横梁7上。试验时,被试液压缸6的活塞杆主动作往返运动,通过移动横梁7带动两只加载气缸5的活塞杆被动作同步运动(加载气缸5的无杆腔通大气)。由于两只加载气缸5的有杆腔活塞端面始终有氮气压力存在,因此,无论是在活塞杆伸出还是收回的运动过程中,加载系统始终给被试液压缸6的活塞杆施加了压缩载荷。