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基于CAT技術(shù)的軸向柱塞泵性能測試系統
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| 發(fā)布時(shí)間：
2018/1/10 |
某型號液壓泵CAT性能測試系統基于機、機集成化程度高，控制精度高，系統穩定性好，
1．液壓系統
電、液一體化計算機智能控制的思想，計算測量結果準確，操作簡(jiǎn)便、安全。
該液壓泵G叮性能測試系統的測試對象為某雙聯(lián)軸向柱塞泵，其排量為(112+112)mL/r，額定轉速為2360r／min，額定壓力為34．3MPa。
根據行業(yè)標準JB／T 7043--2006《液壓軸向柱塞泵》對液壓泵測試項目和測試系統條件的規定，結合被測液壓泵自身的特點(diǎn)，設計該液壓泵性能測試系統的液壓系統原理如圖1所示。
1一液位液溫計；2截止閥；3一溫度傳感器；4一壓力表；5一壓力傳感器；6一流量計；7一交流異步電動(dòng)機；8一葉片泵；9一水冷卻器；10一電磁水閥；11一交流變頻電動(dòng)機；12一轉矩轉速測試儀；13一被試液壓泵；14一過(guò)濾器；15一溢流閥；16一電磁換向閥；17一插裝式換向閥；18一節流閥；19一比例溢流閥；20一插裝溢流閥
圖1液壓系統原理
1)拖動(dòng)及調速系統
液壓泵性能測試裝置的拖動(dòng)系統是液壓泵性能測試系統的動(dòng)力源。此處采用交流變頻調速技術(shù)。變頻電動(dòng)機和變頻器分別選用ABB公司的QABP335M250KW2PB3和ACS800—07一0400。交流變頻器工作穩定，占地面積小，噪聲低，低速特性佳；并且變頻器帶有與計算機通信的接口，易于實(shí)現自動(dòng)控制，操作極為方便。
2)超載試驗系統
由于該液壓泵的額定壓力為34．3MPa，單泵的額定流量為264．3L／min，超載試驗時(shí)又要求系統的壓力為液壓泵額定壓力的1．25倍，即42．875MPa，此壓力等級已超出絕大部分液壓組件的額定壓力，因此決定單獨設計一路油路，進(jìn)行液壓泵超載試驗。由于普通的溢流閥無(wú)法同時(shí)滿(mǎn)足該液壓泵對壓力和流量的要求，因此該油路采用插裝式以滿(mǎn)足高壓大流量的要求。
3)階躍加載試驗系統
該液壓泵為恒功率加負流量控制，由于負流量控制只在低壓小流量下起作用，因此沖擊試驗只考慮恒功率特性。液壓泵測試標準中對恒功率變量泵沖擊試驗的規定條件為：40％額定功率的恒功率特性，額定轉速，沖擊頻率為10～30次／分鐘。
經(jīng)過(guò)計算，采用插裝式快速換向閥、節流閥和比例溢流閥組成測試系統的階躍加載單元。加載試驗工作原理為：比例溢流閥設定高壓，節流閥設定低壓，按照10～30次／分鐘的頻率切換插裝式快速換向閥，實(shí)現液壓泵的沖擊試驗。
2．CAT系統1)CAT系統的主要功能
CAT系統的主要功能為完成液壓泵的性能參數的測試采集。具體試驗項目包括：排量驗證試驗、容積效率試驗、變數特陛試驗、自吸試驗、沖擊試驗、超載試驗、超速試驗等(參考JB／ T 7043 2006《液壓軸向柱塞泵》和G】B／T 7936—1987《液壓泵、馬達空載排量測定方法》)。
2)CA’r系統的硬件
為了實(shí)現液壓泵性能參數的測試，需要對液壓泵源系統壓力、流量、溫度、轉矩、轉速等參數進(jìn)行測試和控制。同時(shí)為了保證系統安全運行，系統應具有超壓、超溫、濾油器污染、低液位等報警功能。報警的同時(shí)采取相關(guān)安全措施，如卸荷、關(guān)閉泵源等。
CAT系統的硬件主要由工控計算機、PI。C(S7—200CPU226CN)、調理接線(xiàn)端子板 AI—IVl6A、數據采集卡PCI--6229、開(kāi)關(guān)電磁鐵、比例電磁鐵和各種傳感器組成。主要傳感器包括：JSC4型轉矩轉速測試儀、壓阻壓力傳感器、透平渦輪流量計、溫度傳感器、液位控制繼電器、過(guò)濾器發(fā)訊器等?？傮w結構如圖3—15所示。
3)CAT系統的軟件
液壓泵CAT性能測試系統中軟件部分的主要任務(wù)包括系統自動(dòng)控制，測量參量實(shí)時(shí)顯示，系統診斷報警，試驗數據的采集、分析處理及存儲打印等。
(1)軟件開(kāi)發(fā)工具的選擇。
系統測控軟件用美國NI公司的LabVIEW開(kāi)發(fā)完成，此開(kāi)發(fā)系統是一種基于C語(yǔ)言的可視化(圖形化)開(kāi)發(fā)平臺，通過(guò)選擇功能圖標并聯(lián)機，即可實(shí)現多種儀表的檢測功能。
(2)系統測試流程及操作面板。
根據液壓泵測試標準的規定，液壓泵的性能測試包括很多試驗項目，不同的試驗項目對系統的油溫、壓力和流量等參數有不同的要求，因此在進(jìn)行各試驗項目前必須首先設定其參數，然后單擊“開(kāi)始采集”按鈕，直到指示完成燈亮起，完成該試驗項目的測試。具體的測試流程如圖2所示。
圖2 測試流程
虛擬儀器操作面板是測控系統與用戶(hù)交流信息的橋梁，通過(guò)面板上的按鈕、開(kāi)關(guān)以及顯示窗口可以很方便地實(shí)時(shí)觀(guān)察系統的運行情況。
該操作面板主要包括試驗項目選擇、試驗參數設置、開(kāi)始和停止等控制按鈕，以及壓力、流量、轉速和轉矩等參數實(shí)時(shí)顯示等。試驗開(kāi)始前，輸入試驗者及指導者等有關(guān)信息；試驗過(guò)程中，可以直觀(guān)觀(guān)察測試過(guò)程中各主要參數的變化，計算分析結果，并可以隨時(shí)通過(guò)“停止運行”按鈕中斷試驗過(guò)程；指示完成燈亮起，表示該試驗項目完成，系統自動(dòng)生成TXT文件存儲在指定目錄下；試驗數據采集完畢后可在線(xiàn)處理試驗數據，生成試驗曲線(xiàn)，并可存儲或打印輸出試驗曲線(xiàn)。
3．試驗結果
該液壓泵的壓力一流量特性曲線(xiàn)和效率曲線(xiàn)如圖3—17所示。從圖中可以看出，隨著(zhù)系統壓力的升高，被試泵的輸出流量和容積效率逐漸下降。而泵的總效率開(kāi)始隨著(zhù)壓力的升高很快上升，到達最大值后，又逐步下降?？傂实倪@種變化是由機械效率的變化導致的。液壓泵在低壓運轉時(shí)，機械摩擦損失在總損失中所占的比重較大，其機械效率很低。隨著(zhù)工作壓力的提高，機械效率很快提高。在達到某一值后，機械效率大致保持不變，從而表現出總效率曲線(xiàn)幾乎和容積效率曲線(xiàn)平行下降的變化規律。這與液壓系統的基礎理論是吻合的，由此證明了該液壓泵性能測試系統的設計是合理的。采用便攜式儀器診斷液壓系統故障的基本原理和意義
 
壓力(MPa)(a)壓力一流量特性曲線(xiàn) 壓力(MPa)(b)效率曲線(xiàn)
圖3被測泵的壓力一流量特性曲線(xiàn)和效率曲線(xiàn)
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