一種液壓馬達測試平臺及測試方法與流程
本發(fā)明涉及液壓試驗設備技術領域，具體為一種液壓馬達測試平臺及測試方法。
背景技術：
液壓馬達是液壓系統(tǒng)的主要執(zhí)行元件。目前已廣泛應用于專用汽車及各類工程機械上，其特性的好壞直接影響整個液壓系統(tǒng)的工作性能，因此檢測液壓馬達在不同負載下的性能就顯得很有必要。
目前缺少一種能夠同時測量液壓馬達和整個液壓驅(qū)動回路性能及傳動效率的試驗平臺。且現(xiàn)有的液壓測試平臺不但存在結(jié)構復雜，精度不高，集成度低，效率低等問題，而且無法實現(xiàn)不同負載的情況下的測試。
技術實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于提供一種靈敏度高，測試結(jié)果準確的液壓馬達測試平臺及測試方法，同時實現(xiàn)在不同負載情況下，對液壓馬達機械效率及整個液壓驅(qū)動回路傳動效率測試。技術方案如下：
一種液壓馬達測試平臺，包括控制系統(tǒng)、液壓站、待測試液壓馬達和發(fā)電機，液壓站的輸出端通過中間管路連接到待測試液壓馬達，中間管路上設有壓力傳感器和流量傳感器；待測試液壓馬達通過兩個聯(lián)軸器連接到發(fā)電機，兩個聯(lián)軸器之間設有扭矩轉(zhuǎn)速傳感器；控制系統(tǒng)包括工控機、PLC控制器和發(fā)電機控制裝置，壓力傳感器、流量傳感器和扭矩轉(zhuǎn)速傳感器依次通過信號調(diào)理卡和數(shù)據(jù)采集卡將采集到的信號傳給工控機，工控機通過PLC控制器控制液壓站中的液壓回路，從而驅(qū)動待測試液壓馬達旋轉(zhuǎn)，發(fā)電機控制裝置通過接收工控機的控制信號來控制發(fā)電機的加載。
進一步的，所述液壓站包括油箱，油箱連接到由驅(qū)動電機帶動的液壓泵，液壓泵通過管路依次經(jīng)二位二通閥、單向閥和三位四通換向閥連接到液壓馬達。
更進一步的，還包括啟?？刂婆_，啟?？刂婆_接收工控機的控制信號，控制被測液壓體系統(tǒng)啟動或關閉。
一種液壓馬達測試方法，包括：
空載排量測試時，工控機向發(fā)電機控制裝置發(fā)送一個空載信號，發(fā)電機控制裝置控制發(fā)電機的勵磁電壓為0V，發(fā)電機則為空載；通過待測試液壓馬達出口處的流量傳感器測出通過的實際流量qnk，通過轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器測出待測試液壓馬達軸轉(zhuǎn)速npk，通過工控機計算出被測液壓馬達的空載排量：Vpk＝(qpk/npk)；
容積效率測試時，通過測試液壓馬達口處流量的傳感器測出待測試液壓馬的實際流量qnk，通過待測試液壓馬達泄漏口的流量傳感器測出待測試液壓馬達的泄漏量q'，通過工控機則計算出被待測試液壓馬達的容積效率η＝qpk/(qpk+q')；
總效率測試時，通過壓力傳感器測出待測試液壓馬達出口處的壓力p，通過測試液壓馬達口處的流量傳感器測出待測試液壓馬達口處的流量q，通過工控機計算出待測試液壓馬達輸入的液壓功率：Pi＝pq；馬達輸出的機械功率根據(jù)下式計算得出：Po＝πTn/30，其中，T為馬達的輸出轉(zhuǎn)矩，n為馬達的輸出轉(zhuǎn)速；
階躍響應測試時，工控機給發(fā)電機控制裝置一個階躍信號，使發(fā)電機勵磁電壓瞬間變化，即負載瞬間變化，得到待測液壓馬達輸出轉(zhuǎn)矩對階躍信號的動態(tài)響應曲線，同時通過工控機計算出上升時間、調(diào)整時間、超調(diào)量、穩(wěn)態(tài)誤差，進而判斷液壓控制系統(tǒng)對階躍輸入的響應性能；
頻率響應測試時，工控機給發(fā)電機控制裝置一個等幅正弦信號，得到待測液壓馬達輸出轉(zhuǎn)矩對正弦信號的幅頻特性和相頻特性曲線，由該曲線分析待測液壓馬達的頻率響應性能。
本發(fā)明的有益效果是：
1)本發(fā)明運用傳感器技術，實時高速采集被測信號，靈敏度高，測試結(jié)果準確；
2)本發(fā)明運用虛擬儀器技術，測試的項目比較完善，可進行靜態(tài)測試和動態(tài)測試，能反映出實際的工況，具有一定的實用性；
3)本發(fā)明的裝置二次開發(fā)和后期擴展性強，可根據(jù)實際情況改變測試的內(nèi)容；
4)本發(fā)明能測試不同項目的液壓馬達性能，并能根據(jù)測試的結(jié)果做出評價本，有助于改善和提高液壓系統(tǒng)的性能。
附圖說明
圖1為本發(fā)明液壓馬達測試平臺的結(jié)構示意圖。
圖2為本發(fā)明液壓馬達測試平臺的控制系統(tǒng)結(jié)構框圖。
圖3為本發(fā)明液壓馬達測試平臺安裝布置圖的三維示意圖。
圖4為本發(fā)明液壓馬達測試平臺的液壓驅(qū)動回路原理圖。
圖5為本發(fā)明液壓馬達測試平臺的啟?？刂婆_示意圖。
圖中：1-液壓站；2-流量傳感器；3-壓力傳感器；4-液壓馬達；5-聯(lián)軸器；6-扭矩轉(zhuǎn)速傳感器；7-發(fā)電機；8-液晶顯示屏；9-控制柜；10-啟?？刂婆_；11-油箱；12-過濾器；13-液壓泵；14-驅(qū)動電機；15-溢流閥；16-二位二通閥；17-單向閥；18-三位四通換向閥。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明的技術方案和技術效果做進一步詳細說明。如圖1和圖2所示，一種液壓馬達測試平臺，其特征在于，包括控制系統(tǒng)、液壓站1、待測試液壓馬達4和發(fā)電機7，液壓站1的輸出端通過中間管路連接到待測試液壓馬達4，中間管路上設有壓力傳感器3和流量傳感器2；待測試液壓馬達4通過兩個聯(lián)軸器5連接到發(fā)電機7，兩個聯(lián)軸器5之間設有扭矩轉(zhuǎn)速傳感器6；控制系統(tǒng)包括工控機、PLC控制器和發(fā)電機控制裝置，壓力傳感器3、流量傳感器2和扭矩轉(zhuǎn)速傳感器6依次通過信號調(diào)理卡和數(shù)據(jù)采集卡將采集到的信號傳給工控機，工控機通過PLC控制器控制液壓站1中的液壓回路，從而驅(qū)動待測試液壓馬達4旋轉(zhuǎn)，發(fā)電機控制裝置通過接收工控機的控制信號來控制發(fā)電機7的加載。圖2中圖中細線箭頭表示信號流，粗線箭頭表示能量流。
液壓站放置于地面上，位于整個測試平臺最左側(cè)，用以驅(qū)動被測液壓馬達工作；所述被測液壓馬達和發(fā)電機固定在鋼板做成的底座上，置于液壓站右側(cè)，所述被測馬達通過四個螺栓固定于底座的左端，所述發(fā)電機通過四個螺栓固定于底座的右端；被測液壓馬達輸出軸和發(fā)電機輸入軸之間通過兩個聯(lián)軸器相連，兩個聯(lián)軸器中間安裝一個轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器；因所述被測液壓馬達可能是雙向馬達，故所述流量傳感器和壓力傳感器在被測液壓馬達入口油管和出口油管相應位置均安裝有。測試平臺右側(cè)放置控制柜、啟?？刂婆_和液晶顯示屏。
測試人員通過操作啟?？刂婆_起動該測試系統(tǒng)，在工控機上選擇相應的測試項目，工控機便發(fā)出控制指令給PLC，PLC控制液壓系統(tǒng)工作，驅(qū)動被測液壓馬達旋轉(zhuǎn)，被測液壓馬達通過聯(lián)軸器帶動發(fā)電機軸轉(zhuǎn)動，使發(fā)電機發(fā)電。發(fā)電機控制裝置通過調(diào)節(jié)發(fā)電機勵磁電壓，使被測液壓馬達負載改變，完成對液壓馬達的加載。不同的測試項目有不同的加載方式，工控機發(fā)送信號給發(fā)電機控制裝置，使其改變加載方式。測試系統(tǒng)可以通過各傳感器采集被測液壓馬達的相關數(shù)據(jù)，經(jīng)過信號調(diào)理卡的整形、濾波、變換之后，傳輸給數(shù)據(jù)采集卡，數(shù)據(jù)采集卡將最終的數(shù)據(jù)傳遞給工控機。工控機進行分析計算，顯示相應數(shù)據(jù)，繪制相應曲線。可顯示的數(shù)據(jù)包括：被測液壓馬達的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩、工作壓力、流量、空載排量、容積效率和總效率；可繪制的曲線包括：動態(tài)加載過程中馬達轉(zhuǎn)速隨時間變化曲線、馬達轉(zhuǎn)矩隨時間變化曲線、馬達流量隨時間變化曲線、階躍響應曲線和頻率響應曲線。同時，工控機還可根據(jù)測試內(nèi)容控制PLC和發(fā)電機控制裝置，完成相應的測試。
測試項目包含兩個方面：穩(wěn)態(tài)特性和動態(tài)特性。穩(wěn)態(tài)特性包含空載排量、泄漏量、容積效率和總效率。動態(tài)特性包含階躍響應和頻率響應。根據(jù)測試結(jié)果，可以給被測液壓馬達及整個液壓系統(tǒng)做出評價。
工控機是所有功能的控制者，其主要作用是：接收啟停控制臺10的指令，啟動或關閉測試系統(tǒng)；運行測試軟件，根據(jù)用戶所選的測試項目向發(fā)電機控制裝置和PLC發(fā)送控制指令，進行相應的測試項目；接收數(shù)據(jù)采集卡采集的數(shù)據(jù)，計算相關的性能，顯示相關的測試數(shù)據(jù)、繪制測試曲線和打印測試報告。
發(fā)電機7的作用是吸收被測液壓馬達4的功率，并根據(jù)發(fā)電機控制裝置的控制要求，對被測液壓馬達進行加載。
PLC的作用是控制液壓閥件閥芯運動，改變閥口開度，從而使流入被測液壓馬達的流量改變，以調(diào)節(jié)被測液壓馬達的輸出轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩，完成不同工況的測試；控制驅(qū)動電機的轉(zhuǎn)動。
數(shù)據(jù)采集卡的作用是對信號調(diào)理卡發(fā)送的數(shù)據(jù)進行A/D轉(zhuǎn)換模擬/數(shù)字，使計算機能處理這些信號。
信號調(diào)理卡的作用之一是將各傳感器發(fā)送的信號進行調(diào)理，主要包括放大、縮小、濾波和整形；之二是對數(shù)據(jù)采集卡的保護和隔離，防止傳感器的信號損壞數(shù)據(jù)采集卡。
壓力傳感器的作用是采集液壓管路中的壓力；流量傳感器的作用是采集液壓管路中的流量；轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速傳感器的作用是測量被測液壓馬達輸出軸的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速。
本實施例的液壓測試系統(tǒng)安裝布置圖的三維示意圖如圖3所示。
圖4是液壓驅(qū)動回路原理圖，所述液壓站1包括油箱11，油箱11連接到由驅(qū)動電機14帶動的液壓泵13，液壓泵13通過管路依次經(jīng)二位二通閥16、單向閥17和三位四通換向閥18連接到液壓馬達4。液壓系統(tǒng)工作時，驅(qū)動電機14帶動液壓泵13從油箱11中吸油，液壓油流經(jīng)二位二通閥16，單向閥17及三位四通換向閥18，最終進入液壓馬達4，帶動液壓馬達4旋轉(zhuǎn)并向外輸出功率，溢流閥15用以調(diào)定整個液壓系統(tǒng)壓力。
如圖5是啟?？刂婆_的面板按鈕，包含U、V、W三相380V動力電源的指示燈，指示燈亮代表該項電源正常。只有當三相電源都正常時該測試系統(tǒng)才能正常工作。三相電源指示燈的下方是三個按鈕，分別是運行指示按鈕、停止按鈕和急停按鈕。當需要啟動該系統(tǒng)時按下該按鈕，主電源閉合，按鍵里面的綠燈亮起；當需要停止該系統(tǒng)時，按下停止指示按鈕，主電源斷開，按鍵里的紅燈亮起；當系統(tǒng)發(fā)生故障時，按下急停按鈕，系統(tǒng)緊急停止，此時主電源斷開，若不排除故障，系統(tǒng)無法起動，需對工控機下電后檢查排除故障，方能重新起動。
測試項目包含兩個方面：穩(wěn)態(tài)特性和動態(tài)特性。穩(wěn)態(tài)特性測試包含空載排量、容積效率、總效率、外泄漏檢查。動態(tài)特性測試包含動態(tài)加載測試、階躍響應測試和頻率響應測試。
穩(wěn)態(tài)特性實驗：試驗前將被測液壓馬達和電機聯(lián)軸器安裝好，檢查所有元件安裝螺釘，接頭油管無異?，F(xiàn)象。操作啟停控制臺，使控制臺發(fā)送信號給工控機，PLC控制液壓系統(tǒng)工作，使液壓馬達輸出功率，帶動發(fā)電機轉(zhuǎn)動。通過傳感器將測試對象的各個測試信號包括流量、壓力、轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速等采集出來；信號調(diào)理卡將信號調(diào)理成標準的電壓信號輸入到數(shù)據(jù)采集卡中，數(shù)據(jù)采集卡將采集的數(shù)據(jù)輸入到計算機中，并由測試程序讀取并處理，測試程序同時具有顯示測試曲線、保存測試記錄、導入導出測試數(shù)據(jù)和自動生成并打印測試報告等功能。
空載排量測試時，空載排量為空載時液壓馬達排量的最大值，其計算公式為Vpk＝(qpk/npk)，式中，qnk為液壓馬達輸出的實際流量，npk為液壓馬達軸轉(zhuǎn)速。工控機給發(fā)電機控制裝置一個空載信號，發(fā)電機控制裝置使發(fā)電機勵磁電壓為0，發(fā)電機為空載即負載為0，被測液壓馬達出口油管處的流量傳感器測出馬達出口的實際流量，被測液壓馬達輸出軸上的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器測出馬達軸轉(zhuǎn)速，工控機則可計算出被測液壓馬達的空載排量，并將數(shù)據(jù)顯示在液晶顯示屏上。
容積效率測試時，容積效率是液壓馬達理論流量與實際流量之比，實際流量qnk是液壓馬達入口處的流量，理論流量是不計泄漏量q'，根據(jù)排量計算所得的指定轉(zhuǎn)速所需的流量。而為了在實際工況下提高測試效率，采用容積效率的近似計算方法，其計算公式為，η＝qpk/(qpk+q')。被測液壓馬達出口油管處的流量傳感器測出馬達出口的實際流量，被測液壓馬達泄漏口的流量傳感器測出馬達泄漏量，工控機則可計算出被測液壓馬達的容積效率，并將數(shù)據(jù)顯示在液晶顯示屏上；
總效率測試時，總效率是液壓馬達輸出的機械功率與輸入的液壓功率之比。馬達入口處的液壓功率可根據(jù)公式計算得出，其公式為Pi＝pq，式中，p為馬達入口處的壓力，q為馬達進口處的流量。被測馬達入口處的壓力和流量傳感器采集相應壓力和流量，工控機可計算出被測馬達輸入的液壓功率；馬達輸出的機械功率可根據(jù)公式計算得出，其公式為Po＝πTn/30，式中，T為馬達的輸出轉(zhuǎn)矩，n為馬達的輸出轉(zhuǎn)速。馬達出口處的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器測出馬達輸出軸的輸出轉(zhuǎn)矩和輸出轉(zhuǎn)速，工控機則可計算出被測液壓馬達輸出的機械功率，并可計算出被測馬達的總效率，顯示在液晶顯示屏上；
外泄漏檢查時，在上述所有測試過程中，檢查密封部分不得出現(xiàn)滲油情況。
動態(tài)特性實驗：開始與穩(wěn)態(tài)實驗一樣，做好準備工作。
動態(tài)加載時，發(fā)電機控制裝置調(diào)節(jié)發(fā)動機勵磁電壓，勵磁增強，電樞電壓升高，發(fā)電機輸出功率增加，液壓馬達負荷增加，從而模擬隨機負載。載荷增加時的變化速率范圍為6N·m/s～30N·m/s，加載間隔時間為0.5s～10s不等，可得出動態(tài)加載過程中被測液壓轉(zhuǎn)速隨時間變化曲線、馬達轉(zhuǎn)矩隨時間變化曲線、馬達流量隨時間變化曲線，并顯示在液晶顯示屏上。
階躍響應測試時，當液壓系統(tǒng)穩(wěn)定工作時，工控機給發(fā)電機控制裝置一個階躍信號，使發(fā)電機勵磁電壓瞬間變化，即負載瞬間變化；此時液壓馬達輸出轉(zhuǎn)矩對階躍信號的動態(tài)響應曲線將會顯示在液晶顯示屏上，同時，工控機計算出上升時間、調(diào)整時間、超調(diào)量、穩(wěn)態(tài)誤差等數(shù)據(jù)，也顯示在顯示屏上，可判斷出整個液壓控制系統(tǒng)對階躍輸入的響應的快速性、準確性、穩(wěn)定性等性能的好壞。
頻率響應測試時，工控機給發(fā)電機控制裝置一個等幅正弦信號，此時液壓馬達輸出轉(zhuǎn)矩對正弦信號的幅頻特性和相頻特性曲線將會顯示在液晶顯示屏上，觀察記錄響應的幅頻特性和相頻特性，觀察記錄控制輸出量與電控輸入量在頻域中的幅值比和相位差，從而可評價出馬達的頻率響應性能好壞。
測試系統(tǒng)能測試不同項目的液壓馬達性能，并能將液壓馬達輸出的流量、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩、功率及效率等參數(shù)以及動態(tài)響應情況實時顯示到液晶屏上，繪制測試曲線，并能根據(jù)測試的結(jié)果做出評價，同時也可以人工做出評價，得出一個綜合的評價結(jié)果。最后可生成文件打印出來。
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