工程機(jī)械柱塞泵沖擊測試范文

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液壓泵作為液壓系統(tǒng)的動力元件，是液壓系統(tǒng)的心臟［1］，其性能好壞直接影響著液壓系統(tǒng)性能。液壓泵的性能測試，不僅是保證液壓系統(tǒng)可靠運(yùn)行的關(guān)鍵，而且還為泵的結(jié)構(gòu)改進(jìn)、提高泵的性能提供重要依據(jù)［2］。目前國內(nèi)液壓測試系統(tǒng)的研制也有一些成功的案例［3－9］，但目前針對工程機(jī)械專用柱塞泵的沖擊試驗(yàn)尚缺乏一種專用的、高精度的測試系統(tǒng)。軸向柱塞泵的沖擊測試是柱塞泵測試的重要項目。根據(jù)液壓軸向柱塞泵行業(yè)測試標(biāo)準(zhǔn)，軸向柱塞泵耐久性測試有3種方案:(1)滿載試驗(yàn)2100h;(2)滿載試驗(yàn)1000h，超載試驗(yàn)10h，沖擊試驗(yàn)10萬次;(3)超載試驗(yàn)250h，沖擊試驗(yàn)10萬次。為了縮短測試周期，提高經(jīng)濟(jì)效益，沖擊試驗(yàn)往往是耐久性測試必做的試驗(yàn)。但由于測試精度要求高、較大的測試難度、較高的測試成本，而且對設(shè)備的損害比較嚴(yán)重，因此很少有對柱塞泵進(jìn)行沖擊測試。作者研制了一套高精度抗沖擊的工程機(jī)械專用柱塞泵沖擊測試系統(tǒng)，為液壓泵的開發(fā)研制提供了有效的測試手段。

1沖擊測試系統(tǒng)設(shè)計

作為一個新型用于產(chǎn)品研發(fā)的測試平臺，再加上沖擊周期短，數(shù)據(jù)實(shí)時性要求較高，對設(shè)備損害嚴(yán)重，因此高速率高精度抗沖擊的檢測設(shè)備是必不可少的，傳統(tǒng)的檢測手段信號采集速率低，數(shù)據(jù)處理速度慢，試驗(yàn)精度低，達(dá)不到試驗(yàn)要求。該測試系統(tǒng)采用計算機(jī)、測試系統(tǒng)硬件和虛擬儀器結(jié)合的方式，將合理的液壓系統(tǒng)、高精度高速率的傳感器、高效的信號流以及先進(jìn)的電子控制設(shè)備結(jié)合起來。根據(jù)測試要求和相關(guān)行業(yè)測試標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計出如圖1所示的測試系統(tǒng)原理圖。該測試系統(tǒng)主要由液壓系統(tǒng)和檢測控制系統(tǒng)組成。油箱、變頻電機(jī)、雙聯(lián)被試泵、集成閥塊、閥、過濾器、冷卻系統(tǒng)構(gòu)成了測試系統(tǒng)的液壓系統(tǒng)，壓力傳感器、流量傳感器、溫度傳感器和污染度傳感器構(gòu)成了檢測系統(tǒng)。液壓油由雙聯(lián)泵3壓出后經(jīng)過三位四通換向閥11，再流經(jīng)手動調(diào)壓閥10－2或者比例調(diào)壓閥12進(jìn)行加壓，然后流經(jīng)流量計7－2，再經(jīng)過冷卻系統(tǒng)11后經(jīng)過過濾器15回到油箱。電機(jī)1作為動力源，溢流閥10－1作為系統(tǒng)的主安全溢流閥，換向閥11、溢流閥10－2和系統(tǒng)比例調(diào)壓閥12組成了系統(tǒng)加載單元。流量計7－2進(jìn)行主回路流量檢測，流量計7－1對漏損流量檢測，壓力傳感器4－1和4－2分別對入口壓力和出口壓力進(jìn)行檢測。當(dāng)換向閥處于右位時，通過比例閥12調(diào)整試驗(yàn)壓力，可以完成變壓力試驗(yàn)。將手動調(diào)壓閥10－2調(diào)定在試驗(yàn)壓力，控制換向閥11左位和中位不斷換向就可以完成沖擊試驗(yàn)。試驗(yàn)冷卻系統(tǒng)通過計算機(jī)自動控制冷水閥13的開度大小對油液進(jìn)行冷卻，將油液維持在試驗(yàn)溫度范圍之內(nèi)。

2信號采集與處理系統(tǒng)

該系統(tǒng)所有數(shù)據(jù)采集和電器元件的控制都采用自動的方式，信號采集和控制流程如圖2所示。工業(yè)平板作為測試系統(tǒng)的上位機(jī)，接收來自PLC和ADAM4520的數(shù)據(jù)并進(jìn)行處理。油液壓力、流量、電位器電壓這些實(shí)時性要求較高的信號用ADAM高速采集模塊采集，然后用ADAM4520轉(zhuǎn)換模塊將RS485信號轉(zhuǎn)換成RS232信號進(jìn)入上位機(jī)，經(jīng)過上位機(jī)處理后的信號用PLC模擬量模塊輸出到二次儀表進(jìn)行顯示。此外，PLC模擬量模塊還輸出冷水閥開度信號、比例閥壓力信號和電機(jī)頻率設(shè)定信號。溫度、冷水壓力這些實(shí)時性要求不高的信號，用KST二次儀表采集顯示并變送輸出4～20mA的電流信號供PLC采集，轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩信號用RS232通訊直接進(jìn)入平板電腦。變頻器、調(diào)零電機(jī)、換向閥以及試驗(yàn)臺照明風(fēng)扇按鈕狀態(tài)信號用PLC數(shù)字量模塊采集處理后由PLC數(shù)字量輸出模塊輸出到對應(yīng)的控制元件，執(zhí)行相應(yīng)的動作。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障，PLC數(shù)字量輸出模塊會發(fā)出報警信號，待故障排除以后，系統(tǒng)正常運(yùn)行。

3軟件系統(tǒng)開發(fā)

測試系統(tǒng)下位機(jī)以西門子300系列PLC為控制核心，實(shí)現(xiàn)各種電動設(shè)備的自動控制，保證設(shè)備的可靠運(yùn)行，下位機(jī)軟件在Step7環(huán)境下用梯形圖語言開發(fā)。上位機(jī)軟件以LabWindows/CVI2009為開發(fā)平臺進(jìn)行開發(fā)。開發(fā)出的測試系統(tǒng)軟件模塊如圖3所示。LabWindows/CVI2009具有功能強(qiáng)大的函數(shù)庫，用來創(chuàng)建數(shù)據(jù)采集和儀器控制的應(yīng)用程序，程序代碼用標(biāo)準(zhǔn)C語言開發(fā)，并采用多線程處理技術(shù)，提高系統(tǒng)軟件的運(yùn)行效率，尤其在數(shù)據(jù)采集處理中單獨(dú)創(chuàng)建了一個數(shù)據(jù)處理線程，增強(qiáng)數(shù)據(jù)實(shí)時性。在平板電腦上開發(fā)的虛擬儀器界面可以觸摸操作控制。軟件采用模塊化設(shè)計，分為“參數(shù)設(shè)置”、“信號采集與處理”、“主控系統(tǒng)”、“實(shí)時數(shù)據(jù)曲線”、“自由試驗(yàn)”、“效率試驗(yàn)”、“沖擊試驗(yàn)”、“數(shù)據(jù)存儲與處理”模塊，如圖3。

4測試結(jié)果分析

沖擊試驗(yàn)人機(jī)界面如圖4所示，在人機(jī)界面上可以對沖擊參數(shù)進(jìn)行設(shè)置、實(shí)時數(shù)據(jù)監(jiān)控和沖擊波形顯示。該測試系統(tǒng)對K3V112雙聯(lián)軸向柱塞泵進(jìn)行測試，額定壓力為35MPa。按照測試標(biāo)準(zhǔn)，高壓穩(wěn)態(tài)壓力保持時間不能少于1/3周期，低壓不能大于10%的額定壓力，即最低壓力不能低于3.5MPa。在試驗(yàn)參數(shù)設(shè)置區(qū)域進(jìn)行參數(shù)設(shè)置以后，進(jìn)行沖擊試驗(yàn)，圖4所示曲線為沖擊實(shí)時曲線。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定為了判定被試泵的耐久性是否符合要求，在沖擊試驗(yàn)后，需要重新對被試泵進(jìn)行效率測試。如果被試軸向柱塞泵的容積效率不低于規(guī)定值的3%，同時零件不得有異常磨損或其他形式的損壞，則認(rèn)為被試泵耐久性符合標(biāo)準(zhǔn)要求。該泵在沖擊前測試容積效率為95.88%，沖擊10萬次以后，在軟件系統(tǒng)效率試驗(yàn)TAB頁面上再次進(jìn)行容積效率測試測得為94.74%，下降了1%，符合設(shè)計要求。

5結(jié)論

研究了工程機(jī)械專用柱塞泵沖擊測試技術(shù)，提出了抗沖擊測試方案，利用先進(jìn)的傳感檢測技術(shù)，建立了基于PLC和ADAM高速采集模塊集成的高速高精度信號采集系統(tǒng)，運(yùn)用多線程技術(shù)并開發(fā)了基于LabWindow/CVI2009的人機(jī)交互界面，實(shí)現(xiàn)了強(qiáng)大的人機(jī)交互功能，并能進(jìn)行實(shí)時數(shù)據(jù)曲線顯示、生成報表。通過對工程機(jī)械柱塞泵沖擊測試實(shí)踐證明，該測試系統(tǒng)具有很強(qiáng)的實(shí)用性，為工程機(jī)械專用柱塞泵的發(fā)展和研制提供可靠的數(shù)據(jù)支持。

作者：萬麗榮 王天超 王成龍 劉志海 單位：山東科技大學(xué)機(jī)械電子工程學(xué)院