基于虚拟仪器的超高压气动试验台

　　0　引言

　　高压气动技术是气动发展的一个新方向[1]。而关于高压气动技术的核心元件———气动减压阀的研究则较少,现有的产品多为手动调节型或特殊场合应用的小流量型, 15MPa以上的大流量自动减压阀相关研究报道较少。大流量高压自动减压阀成为限制高压自动化技术发展的瓶颈。

　　为此我们研制了一种最高工作压力为31·5MPa的超高压气动比例减压阀。其原理如图1所示,小股气体经由先导阀进入调压腔t,通过控制先导阀的开度以实现控制主阀芯x1的开度,从而实现需要输出的压力。前期试验研究发现,在进气压力为31·5MPa的条件下输出压力能稳定在5~25MPa,输出流量最高可达0·8kg/s。虽然已基本达到最初设计要求,但阀的改进优化还需要进行大量的试验,为此考虑专门设计试验台以进行系统、规范的研究。

　　1　系统设计

　　试验台的设计根据超高压气动技术规范,将早期替代使用的部分液压设备替换为高压气动元件,气源入口处加入高压过滤器以防止后续元件发生堵塞,在气路系统中加入安全阀以防止系统减压失败或其它原因引起的压力过高。另外设计了牢固的试验台架和排气通道,这样在系统元件或管路出现意外时可最大程度上保障人身安全。

　　试验系统气路原理图如图2所示,气源由空压机与4个容量为90L的储气罐组成,过滤精度为14μm,安全阀设定压力设定为略高于气源压力,图中的元件4即为自主研制的超高压气动比例减压阀,其余如截止阀消声器等元件均采用较为成熟的企业产品。气罐7以及节流阀8用于模拟负载输出。

　　2　数据采集及控制系统

　　数据采集控制系统原理框图如图3所示,数据采集及阀的控制通过搭载有数据采集卡的工控机实现。试验数据如压力流量等信号通过数据采集卡由工控机获得,控制信号通过软件处理后经由数据采集卡输出至比例放大板。比例放大板控制信号为0~5VDC,输出电流为0·1~3A,比例电磁铁额定行程为3mm,额定吸力达80N,以满足设计工作压力31·5MPa的工况。

　　3　软件设计

　　软件开发平台采用美国国家仪器公司(NationalInstrument,简称NI)的LabVIEW[2,3]。LabVIEW界面友好、程序设计快捷、硬件驱动能力强大,使用LabVIEW开发试验程序大大缩短了开发周期,使研究人员可以把主要精力放在系统的设计与控制而非繁琐的代码编写上。

　　程序主界面如图4所示,程序前面板采用标签式页面,主要分为参数设置页面以及状态参数监测页面。参数设置页面主要包括数据采集卡选择,采样通道选择,试验数据文件以及PID参数的设定等。状态监测页面包括输出压力、控制信号、先导阀芯位移等页面。输出压力是减压阀最为重要的性能参数,因此将输出压力虚拟示波器作为主要观察页面,试验过程中也可方便地调用观测。