海淡水液压综合试验台的集成研究

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液压传动因具有能量密度高、结构紧凑、响应速度快、能无级调速、易于实现 自动化等优点而得到广泛应用 J。17世纪末出现了以水作为工作介质的液压传动，到 19世纪末，矿油基液压油逐渐取代了水在液压技术中的作用和地位 J。然而液压油在使用中存在许多不足。首先，油液具有易燃烧、污染环境、浪费能源、维护困难等-系列严重问题。其次，石油作为不可再生资源使成熟的油压传动技术面临着严峻的挑战，特别是2O世纪 7O年代出现的石油危机” 。为了克服油压传动的不足，研究以水代替液压油作为工作介质的任务迫在眉睫。水压传动与油压相比具有清洁、无污染、安全、廉价、利用率高等优点，致使水压传动技术得到广泛的应用 J。研制水压元件试验台对于开展关键水压元件的研制和工程应用，有着极其重要的意义和紧迫性。-方面试验台可实现对各类水压元件的性能进行试验研究；另-方面还可以对水压系统特性进行研究为水压传动系统的开发创造条件。本文介绍的海淡水液压元件综合试验台不仅能够满足最高工作压力 21 MPa，最大流量为 120 L/rain的泵的试验要求 ；而且可以实现对各种阀件静态或动态性能的测试以及实验数据的采集等。

1 试验台系统结构及工作原理1.1 试验 台系统结构图 1和图2分别为自制的液压综合试验台系统原理图和实物图，所选元件材料均能够耐海水腐蚀，该试验台由动力单元、测压单元、调压单元、马达单元、回流单元、水箱单元六部分组成。其中液压泵是整个试验台的压力水源由主电动机 10驱动。当需要测试液压马达或液压阀时，压力水由主液压泵 8供给；如需对液图 1 液压综合试验台系统图 2 海水液压泵/马达综合性能试验台收稿 日期：2012-07-13基金项目：国家 自然科学基金资助(51075007)；国家 863计划项目(2012AA091103)作者简介：申凤梅(1985-)，女，河南商丘人，硕士研究生，研究方向：水压传动。

66 液压与气动 2013年第 l期压泵性能进行测试，该液压泵作为被试泵进行试验。

在工作中，可以通过调整变频电机来满足不同类型液压泵对转速的要求，并根据电动机的正反转实现各种液压泵对旋向的要求。

该试验台能够满足对中、高压泵性能进行测试，整个过程采用节流阀加载方式进行，通过调节节流阀开口的大小，来改变液压泵的负荷。为了测试液压泵输入轴上的扭矩和转速，在泵和驱动电机之间安装有转速转矩传感器，传感器采集的信号远传给数显表，通过馈电输出给数据集卡，完成泵输入轴上的转速转矩的测量。加载后的液流经过单向阀至流量计，调节吸人真空调节阀，可以改变液压泵的吸水阻力，来实现泵的自吸性能试验，并由真空表显示泵出口处的真空度。

1.2 试验 台工作原理1)泵的性能测试当对液压泵进行性能测试时，二位二通电磁换向阀 14全关，节流加载阀 16全开，启动被试泵，该泵供出的高压水经节流加载阀 l6进入主通路，单向阀 11位于泵的出口防止高压水倒流，此时打开电磁换向阀14，接通 B、B1球阀，使节流阀 18处于全开状态，逐渐关汹流加载阀，可以通过压力表 21.1读出被测泵的供水压力。如果关闭节流阀，被试泵输出的高压水就可以通过流量计 l7直接流回水箱，此时可以测得被试泵的实际流量，测出不同压力下的流量便可计算泵的容积效率。

2)马达性能测试当对液压马达进行性能测试时，这时试验系统的B端接马达的高压进水口，B1接马达的出水口，同时要打开手动阀门 18-1和 18-2，电磁阀得电管路导通。

试验台系统中变频电机驱动液压泵 8，液压泵输出的高压水就可以进人马达测试单元。在液压马达进水和回水水路中，分别安装有流量传感器、压力传感器，另外在回水管处还装有背压加载的节流阀。在马达输出轴上装有磁粉加载器用来给马达加载载荷，中间由转速转矩测量仪连接，经过数据采集可以得到马达的输出转速、转矩。液压马达的主要测试项 目如下：(1)最低启动压力：在空载的情况下，给电磁换向阀通电使换向阀接通，打开高压球阀，逐渐鹏节流阀16，通过压力表21-2记录马达启动时的压力值；(2)容积效率：在不同的压力及负载下，通过采集设备记录下马达的进水量、出水量、进水压力和出水压力。利用软件生成压力.流量曲线和压力 容积效率曲线；(3)空载流量：在没有给马达加负载情况下的流量特性。

3)测试液压阀该试验台还可以对各类液压阀进行测试，其原与马达测试时-样，调整节流阀 16的开口大小，使高压水达到液压阀的额定流量～ B、B1分别 液压阀的进 出口相连。以溢流阀为例，其主要测 试 项 l如下 ：(1)压力调节范围 调节节流阀 l6使泵 口的压力为被测阀额定压力的 1.15倍左右。调节被测的调压手轮，从最小压力至被测阀的额定压力，冉从额定压力至最小压力，重复三次，观测压力表 21.2的 升与下降情况，并记录调压范围；(2)压力振摆值 将节流阀 16调至被测阀的额定压力，压力振摆值可由表21-2读 出；(3)内泄漏 调节被测阀的调压手轮，使阀口关闭≮流阀 16调至比被测阀额定压力高 0.3～0.5MPa，从被测阀的溢水 口测量泄漏量，该值应小于规定值；(4)压力损失 调节被测阀的调压手轮至全松位置，分别通过压力表21-2、21-3(低压表)测出进口和口压力，其差值即为被测阀的压力损失。

1.3 试验台性能参数及设计特点1)主要性能参数电动机功率 75 kW电动机转速 1500 r/rain压力调节范围 0～21 MPa允许流量测试范围 0～120 L/rain水箱有效容积 1500 L工作水温 50±5℃2)试验台设计特点该试验台的主要特点如下：(1)试验台用海水或淡水作丁作介质，要求所有液压元件、液压辅件和可能与海水接触的测试传感器、仪表等均能耐海水腐蚀；(2)试验台采用节流加载，并配以冷却器冷却，简单可靠；(3)采用-次仪表、二次仪表和计算机辅助测试三者相结合的测试方式，试验结果可相互比较，既可保证试验结果的可靠，又具备实时采集、储存 、自动处理和打印输出试验数据和结果的能力；2013年第1期 液压与气动 67(4)试验系统所用的测压管线均采用软管，管线长度均为2.5 In。

2 测控系统的硬件及软件介绍2.1 测控 系统的硬件试验台需要检测的参数有柱塞泵的工作压力，输出流量及系统转矩、转速和工作温度。测量系统原理见图3所示。

待检测的参数经传感器检测后直接或间接传送给计算机，计算机经过数据处理将结果显示或打印出来。

试验系统的启蜕由计算机发出指令信号，通过开关控制单元来控制。具体可采用定时控制和转矩、流量相结合的方法。

(数字信号)转速转矩传感器流量传感器温度传感器开关控制单元羹A/换D H L显l l打印示l l结果图 3 测量 系统原 理图2.2 测控 系统的软件设计及应用对液压元件进行性能测试时，通常面临数据采集的问题。数据采集处理系统(测控系统)作为整个试验台的重要组成部分，对试验的成败起着至关重要的作用。因此开发-套能够精确测试水液压元件性能的测控软件显得十分必要。

通常用来进行计算机辅助测试液压试验台测试软件的编程语言有 VB，C，C等，华中科技大学龙雷 J基于 VB环境设计了纯水液压元件及水压双缸同步控制试验系统的测试软件，该测控软件具有 良好的人机交互功能，界面简洁、操作方便。然而在软件编程过程中，设计者需编写大量的文本格式代码，较为繁琐。

以LabVIEw为平台的虚拟仪器(VI)技术是计算机辅助测试(CAT)领域中-项重要技术。与传统编程语言相比具有如下特点：(1)具有图形化的编程工具，使用者无需编写任何文本格式代码；(2)提供丰富的数据采集、分析和存储的库函数；(3)提供传统的程序高度方法；(4)提供 与外部代码或软件链接的机制，如：DLL、DDE、ActiveX等；(5)具有强大的 Internet功能，支持常用网络协议，方便利用网络远程开发测控仪器及软件；(6)生成 32位编译程序，保证使用者数据采集、测试任务的快速完成。

应用虚拟仪器(LabVIEW)编程技术的监测系统，具有编程简单、高效、直观、维护方便，功能扩展和软件升级都容易实现。因此，已经成为现阶段用于的测控系统的主流语言。燕山大学张寅、安徽理工大学彭天好、广西大学李中山等 采用 NI公司的 PCI-6602、PCI-6259数据采集卡并结合 LabVIEW 软件，各 自设计了基于 Labview平台的平整机液压 AGC系统时域特性的测试系统、泵控马达变转速节流复合调速试验系统、组合式液压实验台测控系统♂果表明，基于LabVIEW 软件的测控系统成本低、控制容易、采样精度高、使用方便灵活，运行稳定可靠，各参数测量准确性达到98%，符合系统实际要求，可靠性和可扩展性良好。

鉴于上述诸多优点，课题组采用 NI-6218数据采集卡结合 LabVIEW软件，设计了水压元件综合试验系统的测控软件。试验结果表明，基于 LabVIEW 的水压元件综合试验台测控系统具有采样精度高、人机界面友好、性能稳定等特点，满足纯水液压元件的性能测试要求。图4为测控软件的设计原理图。

图5为该软件的主界面和参数设置界面，参数设置界面主要有参数设置拈、功能选择拈和显示模块三部分组成，其中功能选择拈可以实现对泵、马达、阀静动态性能进行测试。根据需要选择不同的功能按钮实现对不同部件的性能测试。

3 应用实例利用该试验台对自行研制的纯水斜盘柱塞泵进行性能测试，被试泵额定压力 14 MPa，额定流量 120 L/min。具体实验过程(见图6)如下：(1)安装被试泵和各种测试工具，检查水压系统、各种阀、压力传感器、端子板、数据采集卡、计算机接口，以及电源连线是否正确，开启计算机，打开测试程序；(2)打开水压截止阀，将被试泵调成空载状态，然后检查、调整各种仪器工况，使各设备处于正常工作状态；在转速分别为 200，400，600，1000 r/min下测试泵的流量 ；(3)通过变频控制将将泵 的转速逐渐提高至1000 r/min，不断给泵加载，通过软件绘制泵在不同压力下的性能曲线图。