液压封闭式齿轮疲劳试验台的液压系统设计

　　1　齿轮疲劳试验台的组成

　　如图1所示,齿轮接触疲劳试验的试验时间一般需要数十到数百小时,为了节约能耗,现在通常采用机械封闭式或者电力封闭式结构,机械封闭式试验台因结构简单、能耗小而比较常用[1]。本文研究的机械封闭式齿轮接触疲劳试验台采用电液伺服液压加载技术,可利用计算机对试验齿轮进行正弦波、三角波等不同波谱的加载控制。同时,为了研究齿轮在不同温度、压力、流量的润滑状态下的疲劳特性,本润滑系统分别采用了二套独立可控的润滑供油装置,可以分别对主试箱和陪试箱的试件进行不同润滑环境的设置,以提高试验效率。为了实现可靠的循环喷油润滑环境,将润滑油箱设计在齿轮试件箱的下方,满足大流量润滑液循环使用的要求。

　　2　液压加载器配套的电液伺服系统设计

　　2. 1　工作原理

　　如图2所示,液压加载器包含压力油口A、B、单独冷却油口L、泄漏油回油口T等4个与液压站连接的油口[2],当高压油从A口进入,从B口回油时,左右轴输出一个与输入AB口的压差成线性比例的扭矩,反之,高压油从B口进,从A口回油时,左右轴输出一个反方向的扭矩。由于液压加载器存在高速相对运动部件,在长时间交变加载时会产生一些热量,同时由于内部没有太多空间供冷却油通流冷却,因此需要强制低温(通常20℃)小流量(约1 L/min)的冷却液冷却,而且该冷却油需要非常干净(5μm),以防止划伤高速旋转部件。在工作时高速旋转部件间有一定间隙,油液会泄漏出来,需要一根较粗的回油管依靠非常低的压力回油,要求背压低于0. 05MPa。

　　为了实现不同波谱的加载和正反方向的交变加载,需要用电液伺服阀或者电液伺服比例阀来实现AB腔的油压控制。本液压站利用电磁溢流阀8和压力表15为伺服阀18提供一个稳定的压力;为了吸收系统的压力波动和提供比泵额定流量更大的瞬间流量给伺服阀18,为系统添加了一个皮囊式蓄能器17;当系统停止工作后,在单向阀7、电磁溢流阀8、中位常闭的伺服阀18、蓄能器17和之间会建立起一个高压密闭腔,只能随时间慢慢泄漏降压,因此需要设计两个截止阀16供卸压用。

　　2. 2　系统参数确定

　　如果需要实现齿轮疲劳试验台的最高加载扭矩在±1000 Nm, 5Hz的交变频率下加载,需要选择输出扭矩在100~1000Nm的液压加载器,一般0. 1MPa的压力对应10 Nm的扭矩值,因此AB口的最大压差最大需要达到10MPa,通常将电磁溢流阀设定为21MPa,泵6流量选择在40~60 L/min的范围之间即可满足要求,电动机的功率按W=pQ/50=10×60/50=12 kW选择。冷却系统的流量可以选择在1~2 L/min,压力可以选择在0. 2~0. 4MPa之间,过滤精度在5~10μm,最好采用强制冷却器将冷却油温控制在15℃~20℃之间。为了取得高频交变加载,伺服阀18的AB口到液压扭矩加载器19的AB口间必须采用钢管连接或尽量短距离,这在实际使用时经常忽略。