（机械电子工程专业论文）基于虚拟仪器的液压泵马达性能测试系统研究.pdf

摘要 摘要 液压泵、马达作为液压系统的动力源和执行机构，它们的性能对整个 液压系统的性能有羲巨大的影响，因此液压裂、马达性测试系统研究的 意义极为熏要。而基于虚拟仪器的液压测试技术的兴起和应用，为液压泵、 马达性能测试开辟了广阔的发展前景。 燕由大学液压综合实验台是一个大型的液压测试系统，本系统由国家 液压元件质量监督检测中心研制开发；本课越对液压泵、马达性能测试部 分采用n i 成套虚拟仪器系统进行了二次开发。 本课题归纳了性能测试中需要测试的各个参量以及需要控制的各类信 号_ 鞫需要黢测的各类数据。介绍了耀关的测试硬件原理。实现了测试中系 统运行、信号采集、数据处理、数据输出、曲线绘制、排除干扰等方面的 内容。进行了本系统中各种硬件的配景以及测试系统软件结构的分析，完 成了液压泵、马达摊量试验、效率试验、变量试验、冲击试验簿型式试验 项目的编程。选取恒压变量泵6 3 p c y l 4 1 b 进行了性能测试试验，并对测试 结果进行了分丰斤。 本课题运用l a b v i e w 软件编程替代了各类仪器仪表，实现了测试系 统的智9 化、自动化和虚拟化，满足了多参数同时测熬、各类曲线自动生 成拟和的嚣求。节省了大量的实际物理仪器，大幅度降低了系统成本，大 大缩短了试验时间。软件采耀了模块化编程方式，使程序结构清晰，易于 阅读、维护和功能的扩展。 关键词液压泵、马达；性能测试；计算机辅助测试；虚投仪嚣；l a b v i e w 燕由火学工学硕士学位论文 a b s t r a c t h y d r a u l i cp u m pa n dm o t o ra r et h ed r i v ea n dp e r f o r m a n c eo fh y d r a u l i c s y s t e m ，s oi ti so f n 【g hi m p o r t a n c et h a tt h ec h a r a c t e r i s t i ct e s to f h y d r a u l i cp u m p a n dm o t o r t h ew i d e s p r e a da p p l i c a t i o no ft h ec o m p u t e r - a i d e dt e s tp r o v i d e sa b r i l l i a n tf u t u r ef o r t h ec h a r a c t e r i s t i ct e s to f h y d r a u l i cp u m pa n dm o t o r t h ey a n s h a nu n i v e r s i t yh y d r a u l i cc o m p r e h e n s i v et e s tb e di sal a r g e s y s t e mt h a ti sd e s i g n e da n da s s e m b l e db yn a t i o n a lh y d r a u l i cc o m p o n e n t d e t e c t i n gc e n t e r p a r to fi t ，t h ep e r f o r m a n c eo fh y d r a u l i cp u m pa n dm o t o ri s u p d a t e db yy a n s h a nu n i v e r s i t yb a s i n go nn iv i r t u a li n s t r u m e n ts y s t e m t h ep a p e rc o n c l u d e st h ep a r a m e t e ra n dt h es i g no f t h ec o n t r o la n dt h ed a t a o ft h es t a t e i td i s c u s s e st h ep r i n c i p l eo ft h eh a r d w a r ew h i c hm a k e su pt h et e s t b e d i ti st h ep i v o to ft h ep a p e rt h a tt h ef u n c t i o no ft h es y s t e ma n dt h es i g n a l g a t h e r i n ga n dt h ed a t ap r o c e s s i n ga n dt h ed a t ae x p o r t i n ga n dt h ec u r v e p r o t r a c t i n ga n dt h ei n t e r f e r er e m o v i n g 。w ec o n f i g u r e dt h eh a r d w a r eo ft h e s y s t e ma n da n a l y z e da n dd e s i g n e dt h es o f t w a r eo ft h et e s ts y s t e m a n dw e p r o g r a m m e df o rt h en o - l o a do u t p u tt e s ta n dt h ee f f i c i e n c yt e s ta n dt h ev a r i e t y t e s ta n dt h es t r i k et e s ta n ds oo n i nt h ee n dw et e s tt h eh y d r a u l i cp u m p 6 3 p c y l4 - 1bw i t ht h es o f t w a r ea n da n a l y z e dt h eo u t c o m e a l lt h ei n s t r u m e n tw h i c ht h ep e r f o r m a n c em e a s u r e m e n ts y s t e mn e e d s w e r ed e s i g n e db a s e do nl a b v i e w w ei n t e l l i g e n t i z e da n da u t o m a t i z e dt h et e s t s y s t e m a n dw em e e tt h er e q u e s to ft h ec o n t e m p o r a r ym e a s u r e m e n to fm a n y p a r a m e t e r sa n dt h eb u i l d i n ga n dp e a c eo fa l lk i n d so fc u r v e s t h es o f t w a r e f u l f i l l st h en e e d so ft h ep e r f o r m a n c e m e a s u r e ，s a v e sl a r g en u m b e r so f i n s t r u m e n ta n dc o s t , a n ds h o r t e n st h et e s tt i m eg r e a t l y k e y w o r d si t y d r a u l i cp u m pa n dm o t o r ；p e r f o r m a n c em e a s u r e m e n t ；c o m p u t e r a i d e dt e s t ；v i r t u a li n s t r u m e n t ；l a b v i e w h 燕山大学硕士学位论文原创性声明 本人郑熏声明：此处所提交的硕士学位论文基于虚拟仪器的液压泵、 马达性能测试系统研究，是本人在导师指导下，在燕山大学攻读硕士学位 期间独立进行研究工作所取得的成果。据本人所知，论文中除已注明部分 外不包含他人已发表载撰写过的研究戒巢。对本文豹磺究工作做出重要贡 献的个人和集体，均已在文中以明确方式注明。本声明的法律缩采将完全 由本人承担。 燕山大学硕士学位论文使用授权书 蒸于艘损仪器的液压泵、马达性能测试系统研究系本人在燕山大 学攻读硕士学位期间在导师指导下完成的硕士学位论文。本论文的研究成 采归燕由大学所有，本人妇霈发表将著名燕由大学为燕一完成单位及穗关 人员。本人完全了解燕山大学关于傈存、使用学使论文的规定，间意学校 保留并向有关部门送交论文的复印件和电子版本，允许论文被查阅和借阅。 本人授权燕山大学，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文，可以 公布论文豹全都或郝分内容。 保髻口，在年解誉后通用本授权书。 本学位论文矮予 不髹魄 ( 请在以上相应方柢内打“”) 作者签名：锄鲤日期；w 口悻4 - 月j a 剥臌氪躲 粥) 嗍一缉蚴如 第1 章绪论 第l 章绪论 1 1 本课题的研究意义 液压泵和马达作为液压系统的动力元件和执行元件，是整个液联系统 的心脏，它们的性能氨接影响着整个液压系统的性能。因此液压泵、马达 性能的精确溅试奄整非常重要豹意义j 。 液压泵和马达静性能测试是辨别产品优劣、改进结构设计、提离工范 水平、保证系统性能和促进产品升级的重疆手段 2 】。但是液压泵和马达性 能测试涉及的参数多、精度要求高，并且有赡参数需要间接处理，另外测 试过程中还有很多相关条件需要保障，传统的测试方法已经很难满足性能 测试越来越高的要求。 但是走向二十世纪的液压技术本身不可能霄惊人的技术突破，皮当 主要靠现存鼓术夔渡避和扩展来不断扩大冀斑月的领域，以满足未来豹要 求l 引。其发展方向主要有以下几个方面：节能、减少污染、降低灌濑、主 动维护、机电一体化技术和与计算机技术缩合的相关技术( 例如液压c a d 、 c a t 等1 。因此近年来液压泵、马达性能测试逐步淘汰了传统的仪表加人工 的测试方法，转向液压技术结合最新的虚拟仪器测试方法、可靠性技术、 最先进的计算机技术，以及数字信号处理方法和现代控制理论，进而形成 了新型液压泵、马达计算极辅助测试系统h “。 计算橇辅助 鬟! | 试( c o m p u t e ra i d e dt e s t ) 技寒楚电子计算橇技术与常规 测试系统捅结合的门综合性技术 s l 。藕纛拟仪器是计算机辅助测试的一 个重要分支，通常是指一种运行在个人计算机上，具有传统的独立仪器功 能的硬件与软件的组合。液压泵、马达性能康拟仪器测试系统是综合运用 传统液压试验技术、计算机技术、虚拟仪器技术、测试技术研制开发的一 种综合试验检测装糍。虚拟仪器是计算机辅助测试( c a t ) 的最新发展形式， 它代表了未来仪嚣发鼹的方向，是当前测控领域的热点。国肉外在科学磷 究与工程技术的务个镶域应熏鑫拟仪器开发了大量出色的测控系统，淑缮 燕山大学工学硕士学位论文 了重要的成果 7 - 1 1 。 从国内外液压泵、马达试验台的发展来看，尽管许多元件制造商和科 研机构已经研究开发了许多性能良好的试验台。但是这些试验台还存在着 诸多的不足之处。 第一，它们大都不是针对液压泵、马达全面性能测试的。只是针对液 压泵、马达的某一类或者某一些特性开发的。比如只是测效率或者排量。 这样必然造成重复开发，浪费大量的人力物力。 第二，这些试验台主要是原来试验台的升级，没有采用液压测试的新 技术新元件。新的技术层出不穷，只是传统的改造已经不能大幅度提升试 验台的综合性能，无法满足性能测试越来越高的要求。 第三，液压马达试验台也多共用液压泵试验系统，不能够反映真实的 马达工作情况，影响了液压马达性能测试的效果，达不到实际使用的需求。 第四，它们很多都是基于v c + + 、v b 等传统开发语言和传统的计算 机采集卡，也很少采用成套的虚拟仪器系统，影响了系统的继承性和扩展 性，增加了开发周期，影响了系统性能。 为了弥补这些不足，采用先进的n i 成套虚拟仪器设备，综合运用近 些年来出现的新技术新成果，专门针对液压泵、马达性能测试特点开发一 套基于虚拟仪器的测试系统是非常有必要的。而且基于n i 成套虚拟仪器 系统的研究也f 成为工程应用、科研开发的热点。应用这套系统开发液压 泵、马达性能测试系统在各方面都有着重要的意义 1 2 - 1 5 】。 1 2国内外液压泵、马达性能测试系统研究现状 近些年随着计算机技术、测试技术、液压技术的不断进步，液压泵、 马达性能测试试验台的技术取得了飞速发展。各类液压计算机辅助测试系 统成为了各类液压试验台的主流。尤其是虚拟仪器测试系统的出现和逐渐 发展成熟，几乎应用到了近年来所有液压元件性能测试试验台上。这类试 验台采用计算机集散系统，对液压试验台进行智能检测、控制和管理。按 照液压油泵试验方法国家标准控制有关条件，实时采集性能参数，并对数 掘进行集中处理、分析、计算、存贮、显示、传输、控制和维护，从根本 2 第1 章绪论 上改变了传统继电控制模拟采集人工处理的方式，为企业标称产品性能提 供准确的数据，同时为企业分析产晶质量、改进工艺提供了决策依据。 1 2 1液压泵、马达试验台液压系统研究现状 近年来应用广泛的液压泵、马达计算机辅助测试系统液压原理部分基 本相国。因内外液压泵、马达试验套液压系统主要形式如图1 1 、图l - 2 所示。 1 被试泵2 。转矩转速仪3 高鹾传感器4 真空传感器5 变频电机6 ，流量计7 过滤器8 电波比 例瓣9 ，卸薪瓣 图1 - 1 液压裂试验台结构图 f i g 1 - 1t h es t r u c t u r eo f h y d r a u l i cp u m pt e s tb e d 试验台泊漆投据颡豢标准设计。近年来的研究热点主要集中在舞低系 统污染、减小液压元件功率损耗、引入新型元器件、设计合理液压回路、 引入新型的传感器测试仪表等方面。图1 1 、图1 2 系统中加入了新型的传 感器，变频电机，比例控制元件和务类智能仪器仪表( 转矩转速仪器仪表， 数字式垂力表，温度表等) 。不仅实现了系统与计算枫联接逶讯，还实现了 计算机控制试验过程，采集试验数据。其它液压泵、马达试验台液压系统 组成原理大体相似，只楚针对不同情况稍加调整 1 6 1 9 l 。 气 燕山人学工学硕士学位论文 1 毙剿澈滤翊2 转矩转速设3 高压传感嚣4 1 螽骶抟感器5 宠例调速润6 加载泵7 被试马逮 图1 - 2 液压马达试验台结构图 f i g 1 - 2t h es 仃u c t u r eo f h y d r a u l i cm o t o rt e s tb e d 1 2 2 液压泵、弩达试验台计算机溺控系统硒究现状 1 2 2 1 试验台计算机测控系统发展概况在国外，由于微机和电子技术 发展较早、较快，水平很高，其c a t 系统性能也较高。有许多液压元件制 造公司已经把c a t 潮予产品豹研镧开发、设诗定鍪、生产定塑和出厂检验。 如美国的s u n d s t r o n 公司的液压传动试验赘的c a t 系统，日本制钢所 的柱塞泵效率试验台，英国国家实验室拥有计算机控制的i s o 标准试验台， 法国机械工业磅究中心f 盯玎) 也做了类 跬的工作拉”“。 国内识有许多高落院校及科研单位正在进行液压c a t 的研究工作，并 在液压测试中进行一定程度的应用。我国已经研制出一些具有较高性能的 液压计算机辅助测试系统，如机械部j e 京自动化研究所研制的液压元件计 算机辅助测试系统，该系统可完成阀及泵豹性能测试；l 京理工大学研制 的液压泵( 液压马达、液压泵一液压马达传动系统) 工作特性的计算机辅助 试验系统；上海交通大学及昆山液压件厂共同研制的液压阀的特性试验系 统，j e 舷，开发的液压泵寝拟仪器试验台等f 2 6 - 2 9 1 。 4 第t 章绪论 试验台计算机测拄系统的应用模式主要有以下两种形式： ( 1 ) 通用接霸+ 徽黧梳系统戴类系统中主要由标准化了的仪器系统结 合相应豹离级语言编糕实现。比女i g p i b 或v x i 总线仪器，组萁试验过程中 的调节控制仍由传统的电气控制为主。计算机不对测试装置进行控制，只 进行数援采集、信号处理和试验缀槊输出豹系统。例如由东秘技大学液压 泵、马达性能测试试骏台。北京机械工披自动化研究所的液压阀、液压泵、 液压缸、液压马达试验台计算机辅助测试系统，北京理工大学的液压泵、 液压马达、液压泵一液压马达传动系统工作特性的计算机辅助试验系统， 宁波意宁液蕊有限公司采瘸计算机辅助测试( c a ，) 技术完成的低遥大掇矩 液压马达型式试验台等 3 0 - 3 1 】。 躅1 3 计算机辅助测试典型结构圈 f i g 1 - 3t h ec o m p u t e ra i d e dt e s ts t r u c t u r e 图1 3 掰示为由东科技大学开发弱试验台，硬件毯锺：工控规、 p c l 8 1 2 8 2 通道插入式数据采集卡( d a q ) 和j c z 智能转速转矩仪f r s 一 2 3 2 ) ，数据通讯采用r s - - 2 3 2 实现与预门子$ 7 - - 2 0 0 可编程控制器( p l c ) 的遵讯。软件郝分也采用商级语言v c 、v b 编程来实现各个模块滟功能。 ( 2 ) 兼有测试试验数据处理和计算梳控制功熊蛉微桃系统系统中计 算机不仅完成了数据采集和处理的任务，箍显完成控制试验条件、补偿传 5 燕山大学工学硕士学位论文 感器的非线性、安排试验程序、完成输出特性曲线及数据文件、实现液压 系统计算枧控制、滥测波魇系绞工作状态等工作。龆上海交大和昆山液压 件厂为武钢研制的新国际b 级精度液压阀试验台的计算机辅助测试系统， 华中理工大学滚压泵和马达特性智能测试系统、波餍艇试验台c a t 系统及 电液伺服阀c a t 系统等1 3 2 - 3 4 。 三一重工开发豹测试系统结构如图l - 4 灏示，系统采用蓬型拓扑结构缝 成以太网；主机( h p d 6 5 8 4 a ，p t u 4 0 0 0 ) 和辅机( h p d 6 5 8 4 a ) 通过 d k i n k 5 3 0 t x 网卡，l u c e n t 越五类双绞线1 9 轴电缆，联成对等式互连网 络醛境；主讥和数据采集、温度控制、变频调速、p c 控制等几个子系统闻， 按照星型结构，直接通过p e 5 1 8 e + ( s m a r t i o c l 6 8 h p c ) 提供的8 路异步串行 遥讯翻( r s - 2 3 2 c 接日) 嘏连。软传支撑平台如下：w i n d o w s 9 8 ；w i n d o w s n t 4 0 ；o f f i c e 9 7 ；s t t t d i o ；p h o t o s h o p ；a u t o e a d ；d e l p h i ： s y b a s e ：o 黜c l e ；王n f o r m i x ：a c c e s s 3 。 试验管理( 土机) 数据采集( 单片机)控制女醺机j | 动态仿真( 辅机) f 含j 黛席端相h 模拟量数据栗：数字脉冲量数温度采集控制变频调速控制 p c 控制系统 集系统f 据采集系统系统系统 图1 4 测试系统原理图 f 遮1 - 4t h ep r i n c i p l eo f t e s ts y s t e m 由于计算机软、硬件技术、通信技术、网络技术的发展，测试技术和 计算橇技术的深层次结合，推动了计算极辖助测试技术的不断； 步。从长 远看，液压c a t 的发展将遵循跟着通用计算机走、跟着通用软件和网络标 准走的指导愚怒。“软件就是仪器”这一愚懋，将得到进一步体现和落实。 数据采集、测试、过程控制、信息传输与通信等现代信息技术汇聚在一起， 将使软 牟化仪器得到更广泛豹使用。遴过计算机网络连接，液压c a t 将不 荐岗隈于孤立的或局部的测试系统，丽成为信息采集、传输、处理、剥耀 的大系统中的一环，连网测试将在很多领域发挥出巨大作用 3 5 - 4 1 】。 6 第1 章绪论 1 2 。2 + 2 虚拟仪器技术说到液压c a t 技术我们不得不提到纛拟仪器技 术，正是它的出现促进了液压c a t 技术飞速发展。2 0 世纪8 0 年代末美阑 婿制成功了虚拟仪嚣。应拟仪器的发展标志羲蠢动测试与电子测量仪嚣领 域发展的一个崭新的方向。虚拟仪器( v i r t u a li n s t r u m e m ，简称v i ) ，就是在 臣通蠲诗算梳为核，的疆搏平台上，毒翅户设讲定义共有纛拟秀板测试功 能由测试软件实现的一种计算机仪器系统。将其运用到液压测试领域便是 耱典型豹液噩c a t 系统 4 2 - 4 3 】。零谦遂麟建运舔虚拟仪器技术进行了液压 泵、马达性能测试系统的开发，取褥了非常好豹效果。 虚拟仪器技术受然起步较晚，但发展非常迅速。在科研开发、计检、 测控领域得到了广泛的应用。如：比利瞅i n t e r s o f i 电子工程公司豹r a s s p d p 和r a s s s 软件；美嘲斯坦福大学的虚拟仪器教学、试验、仿真系统 h q ；挪威c a r d i a c 公司豹基于l a b v i e w 平台的测试j t 海漓圈石涟、大气、 水流的m p f m 系统等。虚拟仪器的开发和研究在国内尚属于起步阶段，清 华大学瘦用康羧技本构建豹汽车发动极性裁离厂检溺系统；电子豁三掰豹 仪器自动汁量控制系统；石油科学研究院研制的小型石油精炼试验系统等； 另外航天局8 0 9 所、上海8 0 3 所、上海交通大学、西安交通大学、浙江医科 大学以及东方振动和噪声技术研突所等高校翻公司在研究和开发虚拟仪器 产品、虚拟仪器设计平台以及消化吸收n i 等产品方面做了大量工作，其成 柒已在自动计量控铡系统等方瑟得到广泛的斑羯1 , 1 4 鹕】。 虚拟仪器的硬件构成方式如潮1 - 5 所示。康拟仪器总线的发展趋势将按 照以下进行：g b i p - - v x i - - p x i ：p c i 一标准串口一i e e e l 3 9 4 1 4 9 1 。 图l - 5 虚搬仪器的骥件构成方式 f i g 。1 - 5c o m p o s i t eo f v i r t u a li n s t r u m e n t s 7 熬山大学工学硕士学位论文 其中p c - - d a q 是以数据聚集板、信号调理电路及计算枫为仪器硬 牛平台 组成的插卡式虚拟仪器系统。( 炉l b 是以g p i b 标准总线仪器与计算机为仪 器硬件平台缝成的寝拟仪器测试系统。v x i 是以v x i 标猴总线仪器模块与 计算机为仪器硬件乎台缝袋骢寝拟仪器测试系统。p x i 是戬p x l 标准总线 仪器模块与计算机为仪器硬件平台组成的虚拟仪器测试系统。 _ b 京航空航天大学开发的基于虚拟仪嚣技术的液压泵空载摊量试验系 统，综合运用了相应的虚拟仪器技术，目前已经投入使用，效果良好。其 其体结构如图1 - 6 所示。硬件：两台工控机台用于控制，一台用于测试； a d v a n t e c h 研华公司的p c l - 1 8 0 0 高速采集板，配套p c l d 8 8 0 端子扳 一块；n l 公瑶的n i - - 6 0 2 4 e 高速采集板，配套c b 6 8 l b 端予板一块； a d v a n t e c h 研华公藏p c i - l7 5 3 数字扳一块，配套p c l d ，1 2 0 6 8 端子板 一块。软件采用l a b v i e w7 0e x p r e s s 编程包括三大功能模块：参数设置 及传感器零点标定、参数测试、数据管理。软件生成可视界面，调节界磷 上各类按钮参数就可以实现液压泵空载排量的测定删。 工慧磬算k 三! _ p a l l ) k il = ：_ | 信号请理 l 瀛量、童孽、女妻璺玉 譬k 温度 q r 蒋避掘靶哥佯醪努 l 姒一 il 懒蘸大| l 、l 陡倒警蒜魄、嗽饲激流薛、变攘器等l 。 i 帕 i in j氍离k ，i 一爿 豫雒、起髓、低藏挺辞报警信号 ， 【定时嚣【 打印绁翔 涟压综合试验台 图1w 6 空载排最虚拟仪器测试系统 f i g 1 - 6t h en ol o a do u t p u tv is y s t e m 簸近浙江大学流体传动及控铡国家重点试验室也开发的基于虚j 薹l 仪器 豹波聪试验台c a t 系统便蹩比较典型的绸子，软 孛部分采雳了v c + + 6 0 实现试验系统编程。硬件部分a d 卡采用p c i 1 7 1 3 卡( 提供了3 2 个模拟 输入通道，1 2 位转换分辨率，2 5 q s 的转换速率) f 5 l 】。实际应用中该型系统 可根据情况的不同采用不同的接 = i 技术，灵活地组成相应的液压测试系统。 康拟仪器的兴起是测试仪器技术的一次“革命”，楚仪器领域的一个 8 第1 蕈绪论 新的旱程碑。未来的v i 完全可以覆盖计算机辅助测试的全部领域，几乎 能替代所有的模拟测试设备。基于计算机的全数字化测量分析是采集测试 分析的未来，虚拟仪器必将在越来越多的领域中广泛普及。数据采集、测 试、过程控制、信息传输与通信等现代信息技术汇聚在一起，将最终导致 标准化、规范化的卡式仪器和软件化仪器的更广泛流行5 2 4 6 】。 本课题来源：省重点实验室液压综合性能试验台完善项目。 1 4 本课题的主要研究内容 本文的研究对象为基于虚拟仪器的计算机辅助液压泵、马达性能测试 系统。主要工作是液压泵、马达性能测试系统的搭建。 第1 章绪论部分，介绍本课题的研究背景、意义和主要内容。主要分成 液压系统和虚拟仪器两部分介绍了本课题用到的相关理论和相关硬件的研 究现状。 第2 章进行了液压泵、马达性能测试系统设计方案分析，介绍了液压泵、 马达性能指标和测试原理。主要有液压泵、马达的排量验证试验、效率试 验、变量特性试验、效率检查试验等。本章归纳了性能测试中需要测试的 各个参量以及需要控制的各类信号和需要检测的各类数据，并介绍了相关 的试验原理。 第3 章讨论了测试系统的硬件原理。介绍了液压元件、各类传感器、仪 器仪表和计算机测控元件的型号和工作原理。重点论述了测试中系统运行、 信号采集、数据处理、数据输出、排除干扰等方面的内容。 第4 章主要完成了本系统中各种硬件的配置以及测试系统结构的分析 与设计，运用新版的l a b v i e w 软件进行了软件测试平台的搭建。分模块介 绍了测试系统的软件结构，通过硬件与软件的配合，组建了基于虚拟仪器 的液压泵、马达性能测试系统。 第5 章使用本测试系统对恒压变量泵( 6 3 p c y l 4 1 b ) 进行了全面的性能 测试，对所测得的结果进行了分析，找到了误差产生的原因，并对运用不 同的方法所得到的测量结果进行了比较。找到了本测试系统的不足，讨论 了改进的具体构想。 9 燕山人学工学硕士学位论文 第2 章液压泵、马达性能测试系统原理 2 1液压泵( 马达1 试验分类 液压泵( 马达) 主要有三种类型：桂寒泵( 马达) 、馋轮泵( 马达) 和叶片泵 ( 马达) 。试验内容各不福阍。 国标( j b t7 0 3 9 9 3 - - j b t7 0 4 4 9 3 ) 对液压泵、马达试验条件、试验项 目和试验方法有着详细的规定。国标中主要是按试验性质将液压泵( 马达) 试验分为型式试验和出厂试验。 2 1 1 液压泵( 马达) 型式试验 渡压泵黧式试验豹主要封豹是簧全猫掌握产晶的结构宠整性、工作性 能和耐久性，确定设计或生产能否定型。它的试验象件较为严格。试验项 目主要包括静态特性、动态特性、结构完整性和耐久性，试验结果为产品 的特性曲线，其测试精度较高，可作为科研开发、设计定型和，主产定型的 依据。试验琰目主要有：箨量验证试验、效率试验、压力振摆检套、自吸 试验、高温试验、超遮试验、超载试验、满载试验、冲击试验，效率检查 试验和外渗漏检查试验等。 2 1 2 液压泵( _ - - - - q 达) 出i - - 试验 液压泵出厂试验的主要曩的是查明己定型产鼎在批量生产中豹质量稳 定性，它的试验条传较型式试验低。试验项霾主簧是静态特性，试验结果 为指定工况下的性能数据，测试精发不如型式试验嵩，主要用作出厂检验、 产品验收和修复验收。试验项目主要包括排量检焱试验、窑秘效率试验、 箍力摄摆枪态、超载试验霸外渗漏检粪试验等。 2 2 液溢泵( 马达) 性能试验项目的确定 由于不间类型的液压裂( 马达) 有不嗣的测试方法标准，即馒是月一类 l o 型、不同额定压力豹波压泵( 马达) 的测试方法璁不完全相同，所以只能对 其中某一类型、蒹一压力级别的液压泵( 马达) 进行性能测试或对其中共同 的璎磊进行测试。根据蘸一节所述豹试验肉容，参照备类滚愿凝试验的国 家标准，综合考虑现有的试验条件确定试骏项目为：气密性检查和跑合试 验、排量验证试验、效率试验、压力振摆检查、鑫吸试验、裔澄试验、趣 速试验、超载试验、满载试验、冲击试验和效率检查试验。 2 2 1 排量验证试验 g b 7 9 3 6 规定排量验证试验分为以下几步： 第一，使液压泵空载，帮傻液联泵的负载为零，或液压裂豹输出压力 不超过额定压力的5 或不超过o 5 m p a ： 第二，在滚压泵豹最低许羯转速到额定转速的范疆内设寇均匀豹5 挡 转速，测基每档转速珂下泵的流量q 。； 第三，诗算浆的空载擗爨。国标g b 7 9 3 6 兢定： 矿：垫竺造些兰：3陋，、 i 喇吐qh _ l ，i 矿：! ：! 一一z 篡 ! ：! f 2 1 、 i 栉汁_ | _ | 其中k 为空载摊篷m l r ；n 为实际转速r m i n ；n 为转速测量挡数； 吼2 。为有效输出流量l m i n 这是一个闱簸小二乘法拟合静方程，测褥n 个煮的转速和流量 值，然后运用最小二乘法拟合求其崴线的斜率即为要求的空载排量。 2 。2 2 效率试验 按照阑标j b t7 0 4 2 9 3 规定，效率试验主要有以下几步： 第一，在最大排量、额定转速下，使泵的出口压力逐渐增加，至额定 压力的2 5 左右。待测试状态稳定后，测爨与效率有荚的数据； 第二，按上述方法，至少测量泵豹出嗣歪力约为额定压力豹2 5 ，4 0 ， 5 5 ，7 0 0 , 5 ，8 0 ，1 0 0 时，分别测量与效率有关的数据； 燕出大学工学硕士学位论文 第三，转速约为额定转速的1 0 0 ，8 5 ，7 0 ，5 5 ，4 0 时，在上 述各试验压力点，分剐测量与效率奄关的数据。 第四，绘出等效率特性瞌线圈图2 1 和图2 2 ，或绘出性能曲线图2 3 ； 第孤，在额定转速下，进口油温为2 0 3 5 和7 0 8 0 时，分别测量 空载压力至额定压力范围内至少6 个镣分压力点的容积效率； 第六，绘制功率、流量、效率随疆力变化的曲线圈。 图2 - 1 容积效率曲线 转速n ( r r a i n ) p ，( 幢出压力 图2 - 2 总效率曲线 e , j j p ( a ) 注：一窖积效率，巩一总教率，p 一功率q 一流量，许p h 豳2 - 3 性能曲线与菜一漩度的特性曲线 f i g 2 - 3t h ep e r f o r m a n c ec b r v ea n ds p e c i a l t yc u r v eo f ac e r t a i nt e m p e r a t u r e 1 2 * k 鞲m * 誓 第2 章液压裂、马达性能测试系绞潺理 2 。2 3 变量特性试验 2 2 3 1 恒功率变爨泵恒功率变量泵的特性试验主要有以下几步： ( 1 ) 激低压力转换点的测定调节变量机构使被试泵处于最低压力转 换状态，测量浆出口压力； ( 2 ) 最高压力转换点的测定调节变量机构使被试泵处于最高膳力转 换状态，测量泵出口歪力： ( 3 ) 恒功率特性的测定根据设计要求调节变量机构，测量压力、流量 相对应的数据，绘嗣毽功率特性曲线( 压力一流量特性曲线) ，如图2 4 上图 所示。 ( 4 ) 其他特性按实际要求进行试验。 2 2 。3 。2 恒压变量裂本试验台安装的为恒压变量泵，因此应做相应的恒 压特性试验。恒压静特性试验包括最大排量、额定转速下加载，然后绘制 不同调定压力下的流量一魇力特挫莛线，见图2 - 4 下图瘊示绥示。 注ip n 为被试泵额定压力，调定匝力# 3 3 p n ，6 6 p n ，1 0 0 p n 。 图2 4 难力流量特性曲线 f i g 2 - 4t h ef i r s tc u r v eo f p r e s s u r e - f l u x 2 2 4 冲击试验 2 2 4 1 定羹鞘手动蜜量泵在最大接量、额定转速下，狰诣频率力l o 3 0 次r a i n ，冲击波行符合图2 - 5 规定，造续运转。 1 3 燕山大学工学硕士学位论文 2 2 4 2 懂功率变量泵在4 0 额定功率的恒功率特髓和额定转速下，冲 击频率为1 0 3 0 次m i n ，冲击波形符合图2 - 6 规定，连续运转。 2 2 4 3 恒匿变耋裂额定转速、额定压力、流萋在l o q ，。弱，璺0 ， q ，。之间连续进行恒压段冲击( 阶跃) 循环试验，其波形如图2 - 6 所示。 翻2 - 5 冲击波形图t图2 - 6 冲击波形嘲2 f i g 2 - 5t h ef i r s ts h o c kw a v ec h a r tf i g 2 - 6t h es e c o n ds h o c kw a v ec h a r t 图2 6 中；t 为冲击循环周赣；t l 为额定愿力小流爨保压时阗；t 2 为额 定压力大流量保压时间；p n 为额定压力：吼。为最大流量。 2 2 + 4 4 其他变蠢鬃式按最大功率的变量姆性或蕊户要求试验。傲砖击 试验时，被试泵的进口油淑为3 0 6 0 。c 。 2 2 5 其它试验琰目 其它试验项目相对简单，本文不再详细叙述。国家标准规定如下： ( 1 ) 气密性检查和跑台 气密性检查和跑合应该在试验前进行气密性 检查：在被试泵内胶充满压力为0 1 6 m p a 的干净气体，浸没在防锈液中停 留l m i n 叛上。跑合：在额定转速或试验转速下，从空载压力开始逐级加 载，分级跑合。跑含时间和压力分级根据需装确定，其中额定压力( 变量 泵为7 0 节流压力) 下跑合黠阋不少于2 m i n 。 ( 2 ) 压力振摆试验在最大排量、额定压力、额定转速工况下， 观察并记录泵出口膳力振摆值。 1 4 引 第2 章液压泵、马达瞧能测试系统原理 ( 3 ) 自| 毅试验在最大排量、额定转速、空载压力工况下，溺量 吸入口真窳度为零时的排量，以此为基准，逐渐增加吸入阻力，直至 排量下降1 时，测爨其真空度。 ( 4 ) 低温试验使被试泵和进口油温处于- - 2 0 以下，在最大排 量、空载膘力工况下启动被试泵至少菠次。 ( 5 ) 高漩试验凌额定工况下，邂霜浊潺为9 0 以上时，连续逸 转至少l h 。注：油液糕度根据设计要求。 ( 6 ) 超遽试验在额定转速的l1 5 2 t 2 况下，分别在额定垂力和空 载压力下述续运转1 5 m i n 。试验时被试泵豹进口油湓为3 04 c 6 0 ( 7 ) 超载试验在3 0 6 0 c 的遴口油澄、额定转速和1 2 5 的额 定压力下做连续运转。 ( 8 ) 满载试验在额定捱力、额定转速下做连续运转。试验时被 试泵约遂翻油溢为3 0 6 0 。 ( 9 ) 效率检查试验测攫额定压力、额定转速下的容积效率帮总效露。 2 3 液压泵( 马达) 性能参数的确定及试验方法 2 3 1 液搓泵性能表达式及参数 试验油路是为一定的试验目的服务的，离不开具体的试验内容，要求 溅试液歪泵豹套种性能撵栋，藤这些指耩又与各种参数有关。谢关液压泵 的主要性能表达式有： 排量匕：圪= 幻拧) l 扩( l m i n ) ( 2 - 2 ) 式中q 为泵输出的实际流量( l m i n ) ；l l 为泵轴转速( r ! m i n ) ；泵的空载摊量矿 为空载时潮出豹箨堂最大俊。 泵轴输入的理论转矩砟小 = 掣洳) = 警2 ) 王饨e 。 其中p h 为裂的出臼压力( m p a ) ；n 为泶的避鞠鹾力( m p a ) 。 容积效率印，r ：蟹，= ( 巧) 1 0 0 ( 2 4 ) t 5 鍪当盔兰圭兰鎏圭茎焦鎏塞 机械效率叩m ：笮m = ( z k 耳) 1 0 0 ( 2 5 ) 泵轴输入功率霉：霉= 1 5 x l o 。4 强( k w ) ( 2 6 ) 其中巧为泵轴输入转矩( n m ) ；聍为泵的转速( r r a i n ) 泵的输出功率最；塌= 穹孚( k w ) ( 2 7 ) 0 u 其中匈为泵豹送、出口缀力差( m p 的；q 为菜实嚣输出流量( l m i n ) 总效率秭：= ( 岛偶) = 1 5 9 挈x 1 0 0 ( 2 8 ) 实嚣翰出流璧q ：q = x 1 0 4 ( l m i n ) ( 2 - 9 ) 漏损流f i t q ：q = k n 1 0 一q ( l r a i n ) ( 2 - l o ) 2 3 2 液压马达性能表达式及参数 滚蹑马达的捧鳖：吃= 话挖) 1 0 3 ( m l r ) ( 2 - 1 1 ) 在空载条 牛下测出的流量和转速，即认为楚液压的空载排薰p 幺。泵 的空载排量矿础为空载时测出的排量最大值。 泵辘输入酶理论转缀f 赢： r：堡掣(n、(2-12)pthu 1 ) j 一= 一l 、 一堡盘 一2 牙 其中只为泵的出嗣压力( m p a ) ；只为泵的进口艇力( m p a ) 。 容积效率r t 。：簟w = ( ) x 1 0 0 ( 2 1 3 ) 或一鬻鬻器糯x l o 一蝴毁铷。甭荪丽琢两而丽瓣 u w 0 机械效率即：= ( ) 1 0 0 ( 2 - 1 4 ) 其中为液蕊马达轴输出转矩( n m ) ；7 赫为在没有漏损和摩擦损失的情 猛( 理想情况) 下，为壳服液压马达负载面输入豹“液疆转矩”。 ：鼍( n 。m ) 。毛+ 巧( 2 - 1 5 ) 第2 章液压泵、马达性能测试系统原理 其中f ，为液压马达本身内部摩擦等造成的阻力矩。 所以野协拦( ) = + 弓) 篇赢“o o ( 2 1 6 ) 总效率叩。：孙= 警= ，7 。 ( 2 1 7 ) , a p q 2 4 试验状态控制和参数采集、处理、输出原理 根据上述液压泵的性能计算公式可觅，液压泵幢能测试中需要测薰的 参数应该包括进口压力、出口压力、输出流爨、壳体外漏流量、泵轴转速、 裂轴输入转矩；由液压马达桎能公式可冤，程试验中必要测羹被试马这的 输出转矩，马达轴转速，马达进出阴压力，经过马达的流量和壳体外泄漏 瀛量。试验过程中鬟要计算的值有摊篮、容积效率、总效率、输出功率、 输入功率。试验结果输出的曲线有被试泵( 码达) 的性能曲线、等效率曲 线、不同漶度下性能曲线和压力流薰曲线等。试验条传参数宥浊瀑( 进、出 口处油温和回油管道油温等) 、工作油粘度、湿度等。为了测试液压泵、马 达的性能参数，同时为了保证系统安全运行，系统应具有超压、超温、滤 浊器污染、低液位等报警功能，鞭警的同时采取相关安全措施如卸葡、关 闭泵源等。 其中试验台输出的进出口压力信号为直流电珏信号，流量，转矩转速 信号为脉冲信号，试验报警信号为开关量。转速，压力调节为模拟输出信 号。数据采集卡一般都配有多个模拟采集通邀、模数输出通道、计数通道 和多个数字开关量的输入输出通道，因此试验台的开关控制，试验状态调 整，各类信号的采集均可以通过计算机控制实现。 2 4 1测试系统传感器的标定和非线性校正 2 , 4 1 1 标定原理分析一个液压c a t 系统，试验过程中被测物理量，妇 压力、流嫩、扭矩、转速和温度等量纲各不相同，但是这些参数信号经过 a d 模数转换后，均变成数字量存入计算税内存。数字量虽然代表了参数 值的大小，却不一定等于原来带有量纲的参数值，因此，必须把数字爨转 1 7 燕由大学工学硕士学位论文 换成原来参数的真实值才具有实际意义，然后才能短示、打印，或进行后 续的数据处理、曲线绘翻等操作。这种转换称为标度转换，却标定。 投据鼹感器黎c a t 系统的应用范疆，标定毒以分为静态标定秘动态标 定两类。当对被测参量进行静态测最或测恳时被测参量变化非常缓慢时， 测试系统只作静态标定：当测量频率很高的参量辩，除作静态标定外，还 必须作动态标定，因为本次试验为静态试验故动态标定不作讨论。液压泵、 马达试验的压力、流量、扭矩参量只作静态标定。传感器和c a t 系统的标 定方式分为整体标定和环节标定两种。所谓环节标定悬指将组成c a t 系统 的传戆器、浏囊电路、a d 模板等分别进行标定，给出各自的标定特性曲 线、方程相系数；整体标定怒指将传感器、测量鸯踌、a d 模数、计算极 视为一个特定的测量系统，利用标准测量信号直接获得响应的数字输出量 用越避行糯定处理。液篷泵、马达溺试系统霹采爱整体标定方式，逸样傲 是为了充分髑用计算机c a t 系统各个缎成部分的匹配误差，提离擦9 量精度。 测试系统中，当被测参璧值与转换结构之间黑线性关系时，被测参量 的栋度转换公式为： a ，= + 0 。一凡，i n ；酉- n o ( 2 - 1 8 ) 其中 为被测参量量程起点值；a 。为被测参量量程终点值；4 为被测参 量测量僮：o 为心对威酌a d 转换篷 雹为a ；对应的a i d 转换德( 采样值) ： m 为z 。对臌的a d 转换傻。 对某一测薰系统而亩， a 厶m 0