液压泵综合试验台设计
摘要本文介绍了利用变频调速技术,通过微机进行综合测控的液压泵试验台的
设计方法,并给出了该试验台对JB P - 40 泵的测试结果, 说明了该系统设计的合理性和
有效性。

随着现代技术的发展,液压传动的应用越来越广泛。

尤其是高压、高速、大功率的场合,液
压技术的应用更为普通,与此同时,人们对液压元件的质量也提出了更高的要求。

国内外厂商
研制了许多新型的液压元件,这些新型的元件都需要进行全面的性能测试,因此就要求有高性
能的试验装置。

本系统正是为了满足我院研制的JBP 系列新型径向柱塞泵的综合试验而设
计的。

JBP 泵是由我院设计的新型径向柱塞泵, 该泵具有压力高、噪声低、寿命长、结构简单、对介质污染敏感小等特点,为了使该成果尽快转化,投入市场,需要对该泵进行全面的性能测试。

我们参照JB2147 - 85 液压泵型式试验标准[ 1 ] 所列的测试项目来进行试验台的设计。

系统要
求测试泵在不同输入转速下的输出压力、流量、温度等多种参数,数据处理量大,为此我们应用
变频调速技术和微机测控技术完成了试验台系统的总体设计。

通过实践证明系统设计是合理
的,能获得令人满意的实验结果。

该系统设计主要分为两大部分: ( 1) 具有变频调速性能的液压系统设计; ( 2 ) 微机测控系
统设计。

1液压系统设计
试验台液压系统基本结构如图 1 所示。

1. 1 动力驱动部分设计
液压泵试验台的动力源部分,我们采用了先进的变频调速技术。

变频器选用SAN EN 通
用型全数字式变频器,该变频器内部配置了16 位微处理器,可以方便地和计算机进行接口,实现自动控制。

变频技术和液压技术的结合是目前液压传动的一个新的发展方向[ 2 ] , 我们的实
验台通过应用这一新技术, 除了可进行常规的液压泵型试验外, 还可进行以下几个方面的研究:
) 以软件方式控制液压泵的恒流量输出。

1
将不同压力下液压泵的泄露量输入计算机, 给出
控制函数,用来设定变频器的频率,改变泵的输入
转速,补尝泄露,实现恒流。

2) 使泵的输出流量与负载匹配,预先设定控
制函数,用改变泵转速的方法来控制泵的输出流
量,即使是定量泵也可以使输出流量与负载相适
应,从而在液压系统设计时去掉节流阀,提高系统
的效率。

3) 拓宽试验范围,更全面地对泵的性能进行
研究。

变频调速效率高、调速范围大、转速稳定性
好,可以连续无级调速,便于对泵的最高、最低、最佳运行转速进行试验, 这是在传统实验台上不易
实现的。

1. 2 液压泵加载部分设计
1 液位计14 滤油器被试泵23
4 单向阀比例节流阀比例溢流阀56
7 压力表换向阀流量计89
10 冷却器转速仪扭矩仪1112
13 电机加热器温度计1516
液压泵加载部分系统采用了电液比例控制新
技术,通过比例节流阀 5 和比例溢流阀 6 组成加
图1液压系统原理图
载回路。

静态试验时,溢流阀 6 起安全作用, 限定系统的最高工作压力, 调节节流阀 5 比例放大器的电参数即可实现对被试泵加载。

动态试验时, 关闭节流阀 5 , 通过计算机控制溢流阀6比例电磁铁的输入电流,可以改变溢流阀 6 的调定压力,相当于给被试泵一个阶跃输入。

这样
试验过程中的加载工作全部可以通过调节电参数来实现,既提高了试验数据的准确性,也大大
地减轻了实验人员的劳动强度。

1. 3 其它辅助部分设计
为了保证测试数据的准确性,可信性,我们还在系统中设置了加热器和冷却器组合成的液
压系统温度控制装置。

因实验室建在室内,加热器较少使用。

实验过程中,液压泵输出的能量
全部经节流或溢流损失后转化为热能, 系统油温上升很快, 油温的变化会引起油液的粘度变
化,影响测试结果,因此冷却装置十分重要。

我们选用冷却效率高的板式换热器、潜水泵来进
行系统的降温冷却。

在室外专设了冷却水塔, 实验过程中, 工作温度基本控制在35 ±℃范围之内。

2微机测控系统设计
由计算机可以自动地记录实验过程中的数据,并在实验结束后整理成图形或表格,还可以
发出指令改变泵的工作状态,全面地测试泵的各项性能。

图2测控系统原理框图
图 2 为测试系统组成原理框图。

系统软件在WINDOWS 环境下实现,具有良好的人机界
面和可操作性。

系统硬件主要由计算机、传感器及其变送单元、信号采集及处理单元、检测结
果输出单元及实验装置等组成。

图3动态特性曲线 4 图效率曲线
计算机采用586 计算机,是整个测试系统的主控机。

通过友好的人机界面,根据试验目的
监视、管理各智能仪器的工作状态,并负责控制A/ D 接口板完成被测量的模拟采集、分析与处
理等。

同时计算机通过显示器和打印机实现测试状态结果的显示、打印输出。

传感器及其变送单元是实验台检测系统的重要部件。

表示液压泵的性能或状态的物理
量,如压力、流量、温度等参数,都需要由相应的传感器转换为电信号, 然后经过二次仪表进行
处理、显示,并送到信号采集与处理单元进行分析处理。

压力、流量的二次仪表为数字显球仪
表,在显示的同时还可以输出模拟量( 4 ～20mA/ 0 ～10V ) 和BCD 数字量。

各传感器及二次仪
表都选用了高精度仪表,测量误差≤± 5 % ,达到液压泵 A 类试验( 科学研究性试验) 的精度0.
要求。

信号采集及处理单元负责来自传感器信号的隔离、放大、滤波、采集、处理等。

在A/ D 接口板采集来自传感器的模拟信号的同时,计算机还采集来自二次仪表的BCD 数字量,这样可
以方便地实现模拟量的在线校准和调零。

液压泵的恒压动态特性曲线使用数字量校准后的模
拟量来绘制,从而既保证了液压泵动特性数据的准确性,又保证了液压泵特性曲线的分辩率和
完整性[ 3 ] 。

利用该试验台,我们已成功地对JBP - 40 新型径向柱塞泵的各项性能指标进行了测试。

图 3 、 4 、 5 为试验结果的部分曲线 。

图 3 为图 图
载荷阶跃变化时 ,泵的输出压力 —时间特性曲线 ,
是通过动态压力采集 ,用模拟量直接绘制完成的 ,
表达该泵抵抗冲击的能力 。

图 4 为泵在额定工况
下的效率曲线 , 由计算机根据测试数据绘制 。

图
5 是泵在不同工作转速下 、每档转速测量多个工
况点的输入扭矩 、转速和输出压力 、流量 , 得到大
量数据经计算机处理后绘制的等效率曲线 , 该曲
线是用户液压泵选型的主要依据之一 。

这些曲线
的正确绘制也证明了系统设计是合理的 。

5 结论 图5 等效率曲线
经过两年多的实践证明 : 本系统采用变频电
机作动力 ,工作稳定 ,操作方便 , 性能优良 ; 以微机为中心的测控系统使试验数据准确 、可靠 。

再次验证了电子电力新技术与液压技术相结合的优越性 。

本试验台不但可以完成 JBP 系列
泵的实验 ,而且还可以完成其它各种液压泵的型式试验 。

参考文献 :
[1] 雷天觉 . 液压工程手册 [ M ] ,北京 : 机械工业出版社 ,1990. 187321878.
1022183. [2] 王意 . 流体技术与电子技术的结合与竞争 [J ] ,液压与气功 ,1998 , ( 5) :124.
[3 ] 王秀玲 . 微机计算机 A/ D 、 A 转换接口技术与数据采集系统设计 [ M ] ,北京 : 清华大学出版社 ,1985 ,D/。