技術領域

本發明涉及一種閥門電動裝置壽命的試驗臺（也稱為閥門電動裝置壽命的試驗系統）。

背景技術：

閥門電動裝置是實現閥門程控、自控和遙控不可缺少的驅動設備，普通閥門電動裝置生產企業使用的壽命試驗檢測方法一般效率低、測試過程復雜，測試參數不能動態呈現，精度也不能保證，而且需要人員日夜值守。

按閥門的真實運行要求，負載特性如圖1 所示，閥門電動裝置壽命試驗時，以運行扭矩運轉，以最大控制扭矩關閉（即圖1中豎線部分所表示）。這樣控制閥門試驗不能準確地模擬閥門真實的工作情況。

原來一般企業的閥門電動裝置壽命試驗臺是使用碟形彈簧模擬閥門負載，壽命試驗過程存在許多缺點，不能滿足試驗規程要求。

電氣控制采用接觸器、繼電器控制分立元件和簡單的碟形彈簧控制裝置，不能進行閥門電動裝置試驗的實時數據采集、分析和通訊，扭矩是間接測量，即通過閥門電動裝置上力矩保護確定最大扭矩的形式，無法讀出運行過程中的實時扭矩，所以每次試驗開始前需要很長的調試校正過程，降低了閥門電動裝置壽命試驗的準確性，難以滿足用戶要求。

壽命試驗要做10000 次左右，為了縮短試驗時間，一般采取閥門電動裝置連續工作，這樣對于短時工作制的閥門電動裝置電機會引起發熱增加，一般試驗臺沒有循環冷卻系統，壽命試驗只能采用人工冷卻，勞動強度很大，容易產生安全事故。

技術實現要素：

本發明要解決的技術問題是：提供一種能進行非線性補償的自動化控制的閥門電動裝置壽命的試驗系統，使調整閥門電動裝置在萬次壽命試驗中，閥門電動裝置的負載特性能夠完全滿足閥門的真實運行狀態要求。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：本發明的能進行非線性補償的自動化控制的閥門電動裝置的壽命試驗系統（以下簡稱試驗系統）包括工作臺、待測閥門電動裝置、用于向待測閥門電動裝置提供加載扭矩的液壓控制裝置以及電氣控制操作臺，電氣控制操作臺分別與閥門電動裝置和液壓控制裝置以及工作臺形成電路連接。

所述的液壓控制裝置包括油箱、三位四通電磁換向閥以及油缸，三位四通電磁換向閥具有第一接口、第二接口、第三接口以及第四接口，所述油箱與第一接口管路連通，在該管路上設置有油泵，油缸的進油口和出油口分別經管道與第二接口和第三接口連通，第四接口經回油管與油箱連通，在第四接口與油箱之間的回油管的管路上設置有比例溢流閥和壓力傳感器。

所述的閥門電動裝置安裝在工作臺上，閥門電動裝置的輸出轉軸下端經扭矩傳感器和扭矩傳動絲杠與油缸的活塞連接，所述扭矩傳動絲杠與工作臺形成螺紋配合，扭矩傳動絲杠的上端經扭矩傳感器與輸出轉軸連接；扭矩傳動絲杠經扭矩傳感器帶動與工作臺上的螺母螺旋轉動實現上下運動，從而帶動油缸的活塞上下運動。

所述的閥門電動裝置在壽命試驗時，閥門電動裝置依次經歷運行階段和加載階段，在加載階段，閥門電動裝置提供的扭矩與工作時間之間存在線性比例關系。

進一步的，所述的工作臺包括臺板和底部的四根立柱，待測閥門電動裝置經螺母套筒安裝在臺板上，扭矩傳動絲杠與臺板之間形成螺紋配合，扭矩傳動絲杠穿過螺母套筒并與螺母套筒螺紋配合連接。

進一步的，所述的扭矩傳動絲杠下端穿過臺板與活塞連接，扭矩傳動絲杠的下端部安裝有用于保持扭矩傳動絲杠穩定性的水平撐桿，水平撐桿與扭矩傳動絲杠螺紋配合，水平撐桿的兩端分別安裝有銅套，兩端的銅套分別與兩側的立柱接觸，所述的銅套為半圓形結構。

進一步的，所述立柱上設置有上限位開關、下限位開關和加載開關，加載開關位于上限位開關和下限位開關之間，上限位開關、下限位開關和加載開關分別與電氣控制操作臺形成電路連接。

當銅套與上限位開關觸碰時，扭矩傳動絲杠停止上行；當銅套與加載開關觸碰時，扭矩傳動絲杠加載運行；當銅套與下限位開關觸碰時，扭矩傳動絲杠停止下行。

閥門電動裝置處于運行階段時，所述的銅套位于上限位開關和加載開關之間；閥門電動裝置處于加載階段時，所述的銅套位于加載開關和下限位開關之間。

進一步的，位于第一接口進口處的管路上安裝有用于保護三位四通電磁換向閥換向安全的第一溢流閥，所述的第一溢流閥為電磁溢流閥，并且與電氣控制操作臺形成電路連接。

進一步的，位于油泵出口處的管路上連通有第二溢流閥。

進一步的，位于油缸進油口和出油口的管路上分別設置有單向節流閥。

進一步的，所述油箱與三位四通電磁換向閥之間的管路上還安裝有過濾器和單向閥，過濾器設置在油泵和油箱之間的管路上。

進一步的，所述的電氣控制操作臺包括工控機、PLC 和擴展單元，該工控機具有液晶顯示觸摸屏，PLC 接受工控機傳輸的數據以及扭矩傳感器所反饋的參數，所述比例溢流閥的比例溢流輸出調節經由PLC 的擴展單元控制。

進一步的，所述工作臺上還設置有用于對閥門電動裝置的電機進行降溫的冷卻裝置。

本發明的有益效果是：通過液壓控制裝置為閥門電動裝置提供負載扭矩，可以為閥門電動裝置模擬出更加真實的閥門運行狀態，提高閥門電動裝置測試的效率，使測試過程變得更加簡單，并且測試參數呈動態顯示，精確性也能得到保證，自動化程度得到提高。

采用觸摸屏工控機和PLC，替換接觸器、繼電器控制系統，對傳感器和檢測儀表進行實時數據采集，同時建立友好的人機界面，使整個試驗系統操作運行更加簡單直觀，而且可以實時修改和監控控制參數，并記錄和輸出。

增加循環水冷卻裝置，及時冷卻閥門電動裝置的電機，保證整個壽命試驗順利完成。

實際操作電氣控制操作臺時，操作人員將閥門電動裝置的試驗參數要求通過工控機上的液晶顯示觸摸屏輸入工控機，工控機將輸入參數進行修正轉換，傳送給PLC，PLC 將試驗參數和扭矩傳感器實時反饋的閥門電動裝置的扭矩參數進行比較運算，同時進行非線性補償后傳送給擴展單元，擴展單元將參數轉化成標準電流控制比例溢流閥，比例溢流閥根據輸入電流調節油缸背壓回路中的背壓值，背壓變化使油缸的活塞上下移動產生阻力變化，活塞的阻力變化調節閥門電動裝置加載扭矩，該扭矩完全按照閥門的真實運行工作狀態下的扭矩負載特性變化。如果閥門電動裝置扭矩因干擾產生波動，扭矩傳感器會立即響應，PLC會同步調節比例溢流閥，使背壓回路的液壓變化滿足扭矩的試驗要求。試驗系統可自動按設置的數據調整負載，負載特性與閥門的真實運行相符，觸摸屏界面方便實現操作和設置，從而實現對閥門電動裝置輸出扭矩的實時跟蹤調節控制，并自動完成對閥門電動裝置加載數據和過程數據的記錄。

附圖說明

下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。

圖1 是改造前試驗臺的負載特性示意圖。

圖2 是本發明采用公稱扭矩小于1200N.M 閥門電動裝置時的負載特性示意圖。

圖3 是本發明在使用中的閥門開向和關向的標準測試時間的示意圖。

圖4 是本發明的液壓控制裝置的液壓控制原理圖。

圖5 是本發明試驗系統的示意圖。

圖6 是本發明的扭矩傳動絲杠與螺母套筒、工作臺之間的連接結構示意圖。

圖7 是本發明試驗系統的整體控制流程示意圖。

上述附圖中的標記如下：工作臺1，臺板11，立柱12，上限位開關13，下限位開關14，加載開關15，，冷卻裝置5螺母套筒6，扭矩傳感器7，扭矩傳動絲杠8，水平撐桿9，滑塊91；閥門電動裝置2，輸出轉軸21；液壓控制裝置3，油箱31，三位四通電磁換向閥32，油缸33，油泵34，比例溢流閥35，第一溢流閥36，第二溢流閥37，單向節流閥38，過濾器39，活塞331；電氣控制操作臺4。

具體實施方式

以下結合附圖對本發明作進一步詳細的說明。這些附圖均為簡化的示意圖，僅以示意方式說明本發明的基本結構，因此其僅顯示與本發明有關的構成。

（實施例1）

如圖4至圖6 所示，本實施例的能進行非線性補償的自動化控制的閥門電動裝置壽命的試驗系統，包括工作臺1、待測閥門電動裝置2、用于向待測閥門電動裝置2 提供加載扭矩的液壓控制裝置3 以及電氣控制操作臺4，電氣控制操作臺4 分別與閥門電動裝置2 和液壓控制裝置3 以及工作臺1 形成電路連接。

液壓控制裝置3 包括油箱31、三位四通換向閥32 以及油缸33，三位四通電磁換向閥32 具有第一接口、第二接口、第三接口以及第四接口，油箱31 與第一接口管路連通，在該管路上設置有油泵34，油缸33 的進油口和出油口分別經管道與第二接口和第三接口連通，第四接口經回油管與油箱31 連通，在第四接口與油箱31 之間的回油管的管路上設置有比例溢流閥35 和壓力傳感器。

閥門電動裝置2 安裝在工作臺1 上，閥門電動裝置2 的輸出轉軸21 下端由扭矩傳動絲杠8 與油缸33 的活塞331 連接，扭矩傳動絲杠8 與工作臺1 形成螺紋配合，扭矩傳動絲杠8 的上端經扭矩傳感器7 與輸出轉軸21 連接傳動；扭矩傳動絲杠8 經扭矩傳感器7 帶動與工作臺1 螺旋轉動實現上下運動，從而帶動油缸33 的活塞331 上下運動；待測閥門電動裝置2 閥門電動裝置2 提供的扭矩與閥門真實工作狀態下的扭矩特性一致。

閥門電動裝置2 在承受活塞推動桿331 加載扭矩進行試驗時，閥門電動裝置2 依次經歷運行階段和加載階段，在加載階段，閥門電動裝置2 提供的扭矩與工作時間之間存在線性比例關系。

工作臺1 包括臺板11 和底部的四根立柱12，待測閥門電動裝置2 經螺母套筒6 安裝在臺板11 上，扭矩傳動絲杠8 與臺板11 之間形成螺紋配合，扭矩傳動絲杠8 穿過螺母套筒6 并與螺母套筒6 螺紋配合連接；扭矩傳動絲杠8 與螺母套筒6 之間的連接結構為，在螺母套筒6 內安裝有軸套，軸套與螺母套筒6 之間通過滾珠軸承形成轉動配合，扭矩傳動絲杠8 穿過軸套并且是與軸套的內圈形成螺紋配合，由于有螺母套筒6 的存在一是可以將閥門電動裝置2 穩定的固定在臺板11 上，二是可以有效保持扭矩傳動絲杠8 的穩定性，避免扭矩傳動絲杠8 在拉動活塞推動桿331 上行的時候出現左右晃動的現象。

扭矩傳動絲杠8 下端穿過臺板11 與活塞331 連接，扭矩傳動絲杠8 的下端部安裝有用于保持扭矩傳動絲杠8 穩定性的水平撐桿9，水平撐桿9 與扭矩傳動絲杠8 螺旋配合，水平撐桿9 的兩端分別安裝有銅套91，銅套91 為半圓形結構，并且兩端的銅套91 分別與兩側的立柱12 接觸。銅套91 為半圓形的結構主要是為了避免銅套與立柱之間出現卡塞的現象。

水平撐桿9 的存在也是為了保持扭矩傳動絲杠8 的穩定性，避免扭矩傳動絲杠8的下端在拉動活塞331 上行的時候出現左右晃動的現象。

立柱12 上設置有上限位開關13、下限位開關14 和加載開關15，加載開關15 位于上限位開關13 和下限位開關14 之間，上限位開關13、下限位開關14 和加載開關15 分別與電氣控制操作臺4 形成電路連接。

當銅套91 與上限位開關13 觸碰時，扭矩傳動絲杠8 停止上行；當銅套91 與加載開關15 觸碰時，扭矩傳動絲杠8 加載運行；當銅套91 與下限位開關14 觸碰時，扭矩傳動絲杠8 停止下行。

當閥門電動裝置2 處于運行階段時，銅套91 位于上限位開關13 和加載開關15 之間，閥門電動裝置2 處于加載階段時，銅套91 位于加載開關15 和下限位開關14 之間。當銅套91 與加載開關15 相接觸的時候，PLC 控制比例溢流閥工作，從而活塞對扭矩傳動絲杠8 提供加載扭矩，此時的閥門電動裝置2 的輸出轉軸21 開始負載運行，當銅套91 與加載開關相接觸時扭矩傳動絲杠8 停止下行。

位于第一接口進口處的管路上安裝有用于保護三位四通電磁換向閥32 換向安全的第一溢流閥36，第一溢流閥36 為電磁溢流閥，并且與電氣控制操作臺4 形成電路連接。通過該電磁溢流閥可使三位四通電磁換向閥32 在換向的時候，將背壓回路所產生的高壓釋放掉，避免換向時背壓端的高壓瞬時加載到低壓輸入端，沖擊和影響輸入回路油泵等低壓元器件的正常使用，確保液壓輸入端的使用壽命，第一溢流閥36 承擔三位四通電磁換向閥32 智能保護換向功能。

位于油泵34 出口處的管路上連通有第二溢流閥37。在第二溢流閥37 的進油管路上設置有壓力表，經過第二溢流閥37 可以控制從油泵34 中輸入的油壓，穩定進入第一接口時的油缸33 的油壓，避免不穩定的油壓對三位四通電磁換向閥32 等元器件產生沖擊影響。

在油缸33 進油口和出油口的管路上分別設置有單向節流閥38。經兩單向節流閥38 可以確保油缸33 的正常工作，使油缸33 的活塞331 在伸縮時具有穩定的油壓控制，避免油缸活塞331 伸縮時發生抖動和傾斜。在油箱31 與三位四通電磁換向閥32 之間的管路上還安裝有過濾器39 和單向閥，過濾器39 設置在油泵34 和油箱31 之間的管路上，保持油缸33 液壓油的清潔，單向閥的主要作用是防止液壓油回流油泵出口，損壞油泵34，確保液壓控制裝置3 的液壓系統具有穩定的油壓進行工作。

工作臺1 上還設置有用于對閥門電動裝置2 的電機進行降溫的冷卻裝置5。在試驗的過程中閥門電動裝置2 壽命試驗需要做10000 次左右的連續試驗，而閥門電動裝置2的電機是短時間工作制的電機，長時間連續工作電機會產生發熱的現象，所以工作臺1 上還設置有用于對閥門電動裝置2 的電機進行降溫的冷卻裝置5，冷卻裝置5 用于及時冷卻閥門電動裝置2 的電機，保證整個壽命試驗順利完成。

電氣控制操作臺4 包括工控機、PLC（可編程控制器）和擴展單元，該工控機具有液晶顯示觸摸屏，PLC 接受工控機傳輸的數據以及扭矩傳感器7 所反饋的參數，比例溢流閥35的溢流比例經擴展單元控制。上限位開關13、下限位開關14 和加載開關15 分別與PLC 電連接，受PLC 控制。

實際操作時，操作人員將閥門電動裝置2 的試驗參數要求通過工控機上的液晶顯示觸摸屏輸入工控機，工控機將輸入參數進行修正轉換，傳送給PLC，PLC 將試驗參數和扭矩傳感器7 實時反饋的閥門電動裝置2 的扭矩參數進行比較運算，同時進行非線性補償后傳送給擴展單元，擴展單元將參數轉化成標準電流控制比例溢流閥35，比例溢流閥35 根據輸入電流調節油缸33 背壓回路中的背壓值，背壓變化使油缸33 的活塞331 上下移動產生阻力變化，活塞331 的阻力變化調節閥門電動裝置2 的加載扭矩，使扭矩完全按照閥門的真實運行工作狀態下的扭矩負載特性變化，該真實情況即如圖2 所示，閥門電動裝置2 的加載過程，即圖中斜線部分所表示。

如以推力表示，即以三分之一的最大推力運行，以最大推力關閉，負載特性如圖2所示。閥門電動裝置2 一開一關為運轉一次。每運轉一次的時間為40s。即開10s，停10s，關10s，停10s。操作時間特性如圖3 所示。

如果閥門電動裝置2 扭矩因干擾產生波動，扭矩傳感器7 會立即響應，PLC 會同步調節比例溢流閥35，使背壓回路的液壓變化滿足扭矩的試驗要求。閥門電動裝置2 的電機的冷卻控制直接由PLC 根據溫度變化進行控制。所以試驗系統的整體控制流程如圖7 所示。

液壓控制裝置3 的液壓系統中，比例溢流閥35 控制油缸33 出油管路上的油壓（即油缸33 的背壓），比例溢流閥35 可根據試驗要求改變溢流口的大小，完成控制所在管路的油壓；油缸33 的活塞331 在伸出或縮回的過程中，經三位四通電磁換向閥32 可使油缸33的出油管路都是保持在比例溢流閥35 所在的回油管上。液壓系統提供油缸33 的輸入油壓，油泵34、第一溢流閥36、第二溢流閥37 各壓力表組成液壓系統的輸入端；比例溢流閥35 控制油缸33 出油管路上的背壓實現對高壓加載時的扭矩比例調節，壓力傳感器實現實時監控高壓端壓力，完成監控背壓，連接電氣控制操作臺4 實現對液壓系統的保護，它們構成背壓輸出端。

試驗系統可自動按設置的數據調整負載，負載特性與閥門的真實運行相符，觸摸屏界面方便實現操作和設置，閥門電動裝置2 輸出扭矩的實時跟蹤調節控制、試驗對象的循環冷卻、閥門電動裝置2 加載和過程數據記錄的自動化控制過程。

以上述依據本發明的理想實施例為啟示，通過上述的說明內容，相關工作人員完全可以在不偏離本項發明技術思想的范圍內，進行多樣的變更以及修改。本項發明的技術性范圍并不局限于說明書上的內容，必須要根據權利要求范圍來確定其技術性范圍。