（机械电子工程专业论文）功率回收型液压泵试验系统研究.pdf

y s t e mo fp u m p at h e s i ss u b m i t t e dt ot h eu n i v e r s i t yo fj i n a n i np a r t i a lf u l f i l l m e n to ft h er e q u i r e m e n t s f o rt h em a s t e r sd e g r e eo fe n g i n e e r i n g u n i v e r s i t yo fj i n a n j i n a n ，s h a n d o n g ，p r c h i n a m a y2 9 ，2 0 1 0 卜一 下，独立 进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含 任何其他个人或集体己经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出 重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：欲年 日期：矽肜，反铲 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解济南大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校 保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被 查阅和借鉴；本人授权济南大学可以将学位论文的全部或部分内容编入 有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文和 汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) ：研新签彩节 日期：励争钥舶。 玎一jl 卜一 第一章绪论1 1 1 目前液压泵试验系统的试验状态一1 1 2 液压泵试验系统的节能方式l 1 2 1 提高试验系统自身性能节能2 1 2 2 采用功率回收方式节能4 1 3 功率回收型液压泵试验系统6 1 3 1 功率回收型液压泵试验系统组成。6 1 3 2 功率回收型泵试验系统研究内容6 1 4 本章小结7 第二章功率回收型液压泵试验台概述9 2 1 功率回收型液压泵试验系统原理9 2 2 功率回收型液压泵试验台设计1 3 2 3 功率回收型液压泵试验系统电气设计1 5 2 4 本章小结16 第三章功率回收型液压泵试验系统的硬件设计1 7 3 1 功率回收型液压泵试验系统的硬件组成1 7 3 2 功率回收型液压泵试验系统硬件选择17 3 2 1 传感器的选择1 7 3 2 2 比例放大器的选择2 0 3 2 3 数据采集板卡的选择2l 3 2 4 计算机的选择2 2 3 3 信号的抗干扰措施2 2 3 4 本章小结2 3 第四章功率回收型液压泵试验系统的软件设计2 5 4 1 软件开发平台的选择2 5 4 2p c i 1 7 1l 数据采集卡的软件实现方式2 6 功率【亓i 收型液压泵试验系统研究 4 2 1 软件开发方式2 6 4 2 2 动态链接函数库2 6 4 2 3 v i s u a lb a s i c 环境下的软件开发2 7 4 3 试验系统软件的各功能模块介绍2 8 4 4 试验系统软件的各功能模块设计2 9 4 4 1 实时数据采集模块设计2 9 4 4 2 显示模块设计3 0 4 4 3 存储模块设计31 4 4 4 后处理模块设计31 4 5 功率回收型液压泵试验系统软件程序3 3 4 6 被测信号处理一3 5 4 7 本章小结3 6 第五章功率回收型液压泵试验系统性能测试3 7 5 1 试验系统的技术指标3 7 5 2 试验项目及试验方法3 7 ：；8 ：；9 41 z l ：2 z 4 4 6 4 8 4 9 4 9 ! ；( ) ! ；1 ! ；! ； ：；7 l i 规模的冷却装置，加大了企业的成本。因此对于进行这种高能耗的液压泵试验，采取 有效的节能措施成了液压行业的当务之急。目前，采用功率回收方式进行液压泵试验 节能效果显著。它的优势不仅节约了大量的能源，同时还减小了拖动电机的容量，使 整个试验系统的体积明显减小。本文以内啮合齿轮泵为例，研究功率回收型液压泵试 验系统，主要研究工作如下： ( 1 ) 针对液压泵试验系统能耗偏高这一问题，结合国内外对液压泵试验系统节能 方法的研究现状与液压泵试验系统的自身特点，提出了采用功率回收方式进行液压泵 试验的方法，确定了论文的主要研究内容。 ( 2 ) 基于功率回收型液压泵试验系统的原理，提出了实现功率回收的两个必要条 件：一功率回收马达排量必须小于被试泵的排量；二功率回收马达的转速要高于电机 的转速。在全面掌握超越离合器的基础上，选用超越离合器连接电机与功率回收马达， 解决了当功率回收马达转速低于电机转速时，功率回收马达不但不能进行功率回收反 而还成为电机负载的问题。在分析液压马达的变量控制方式的基础上，结合液压计算 机辅助测试技术，确定了功率回收马达的变量控制方式，即采用电控方式对马达的变 量进行控制。在上述研究的基础上，设计了功率回收型液压泵试验台及与之配套的电 气部分。 ( 3 ) 针对功率回收型液压泵试验系统在试验过程中要对压力、流量、转矩、转速 等一系列试验参数进行实时测量这一问题，本文选用了能够满足试验要求的各类传感 器并选用数据采集板卡对其进行采集，实现了将传感器的输出信号转化为标准数字信 号，然后输入计算机并对其进行相关处理的功能。选用比例放大器对控制电信号进行 放大，实现了计算机对比例溢流阀的自动加载和对功率回收马达排量的自动变化。针 对功率回收型液压泵试验系统的电磁干扰问题，提出了四种抗干扰措施，提高了试验 系统的抗干扰能力。 ( 4 ) 针对功率回收型液压泵试验系统在试验过程中不仅要对试验数据进行实时 显示、存储和分析处理，而且还要对试验曲线进行实时绘制这一问题，本文选用v i s u a l i i i 功率同收型液压泵试验系统研究 b a s i c 语言编写功率回收型液压泵试验系统软件程序。通过添加“d r i v e r b a s ”模块，实 现了在试验过程中对数据采集板卡的相关操作。根据本试验程序的功能要求，将试验 程序划分为四大模块进行设计，即显示模块、数据采集与控制模块、存储模块及数据 后处理模块。 ( 5 ) 通过详细地阅读标准手册和查阅文献资料，以内啮合齿轮泵为例制定出切实 可行的液压泵型式试验的试验步骤和试验方法并绘制出各个试验项目的流程图，并对 其做出了相关的性能分析。 总体来说，本试验系统除了具备采用功率回收方式进行液压泵试验外，还具有以 下特点： ( 1 ) 完善的软件功能优化了试验系统硬件的构成，增强了试验系统的柔性、通用 性和适应性。 ( 2 ) 进一步提高了试验的准确度和可信度。 ( 3 ) 实现了试验过程的自动化和提高了试验效率。 因此，本试验系统提高了液压泵试验的试验精度和试验效率，消除了人为因素的 干扰，确保了试验数据的准确性；突破了传统试验系统在数据处理、显示、传送、存 储、打印等方面的限制，使试验结果输出迅速、直观、准确。 关键词：功率回收；泵试验台；节能 g e a rp u m p f o re x a m p l e ，t h em a i nr e s e a r c hw o r ka r ea sf o l l o w s ： ( 1 ) t h eh y d r a u l i cp u m p t e s ts y s t e mi sc o n s u m e dm u c he n e r g ya n dw el i n kt h ec u r r e n t s i t u a t i o no fh y d r a u l i cp u m pt e s ts y s t e me n e r g yc o n s e r v a t i o nm e t h o da th o m ea n da b r o a d a n dh y d r a u l i cp u m pt e s ts y s t e mc h a r a c t e r i s t i ci t s e l f , s ow ep r o p o s et h a tt h eh y d r a u l i cp u m p i st e s t e db yt h ew a yo ft h ep o w e rr e c o v e r y , a n dd e t e r m i n et h em a i nr e s e a r c hc o n t e n t s ( 2 ) b a s e do nt h ep r i n c i p l eo fp o w e rr e c o v e r yt e s ts y s t e mo fh y d r a u l i cp u m pi s p r o p o s e d t oa c h i e v et h et w on e c e s s a r yc o n d i t i o n sf o rp o w e rr e c o v e r y ：f i r s t ，t h e d i s p l a c e m e n to fp o w e rr e c o v e r ym o t o rm u s tb el e s st h a nt h ed i s p l a c e m e n to ft h ep u m p ； t w o ，t h es p e e do fp o w e rr e c o v e r ym o t o r m u s tb eh i g h e rt h a nt h es p e e do ft h ee l e c t r i cm o t o r b a s e do nc o m p l e t i n gc o n t r o lo fc l u t c h ，w es e l e c tc l u t c hw h i c hc o n n e c t st h ep o w e rr e c o v e r y m o t o ra n dt h ee l e c t r i cm o t o r , a n ds o l v et h ep r o b l e mw h e nt h es p e e do fp o w e rr e c o v e r y m o t o ri sl o w e rt h a nt h es p e e do fe l e c t r i cm o t o r , p o w e rr e c o v e r ym o t o rc a nn o to n l yr e c o v e r b u ta l s oi se l e c t r i c a lm o t o rl o a d b a s e do na n a l y z i n gt h eh y d r a u l i cm o t o rv a r i a b l ec o n t r o l m o d e ，a n dt h ec o m p u t e r - a i d e dt e s t i n go fh y d r a u l i ct e c h n o l o g y , w ea s c e r t a i nt h ev a r i a b l e c o n t r o lm e t h o do ft h ep o w e rr e c o v e r ym o t o r , w h i c hu s e se l e c t r o n i c a l l yc o n t r o l l e dv a r i a b l e a p p r o a c h i n gt om o t o rc o n t r 0 1 b a s e do nt h e s es t u d i e s ，w ed e s i g nw i t hp o w e rr e c o v e r y p u m pt e s ts t a n da n dt h ea c c o m p a n y i n ge l e c t r i c a lp a r t s ( 3 ) t h ep o w e rr e c o v e r yt e s ts y s t e mo fh y d r a u l i cp u m pi nt h et e s t i n gp r o c e s st o m e a s u r ep r e s s u r e ，f l o w , t o r q u e ，s p e e da n das e r i e so ft e s tp a r a m e t e r si nr e a l t i m e ，s ow e s e l e c tt ov a r i o u st y p e so fs e n s o r sw h i c hm e e tt h et e s tr e q u i r e m e n t s u s i n gd a t aa c q u i s i t i o n b o a r da c q u i r e st e s td a t u ma n da c h i e v e st h es e n s o ro u t p u ts i g n a li n t ot h es t a n d a r dd i g i t a l v 功率同收犁液压泵试验系统研究 s i g n a lw h i c hc o m p u t e rc a nr e c o g n i z e s ，a n dt h e ne n t e r st h et e s td a t u mi n t oc o m p u t e rf o r d e a l i n gw i t ht h e m p r o p o r t i o n a lc o n t r o la m p l i f i e ri su s e dt oa m p l i f ye l e c t r i c a ls i g n a l s ， a c h i e v i n gt h ec o m p u t e ra u t o m a t i c a l l yl o a d st h ep r o p o r t i o n a lr e l i e fv a l v ea n dc h a n g e st h e d i s p l a c e m e n to ft h ep o w e rr e c o v e r ym o t o r s o l v i n gt h ee l e c t r o m a g n e t i ci n t e r f e r e n c eo ft h e p o w e rr e c o v e r yt e s ts y s t e mo fh y d r a u l i cp u m p ，w ep r o p o s ef o u rm e a s u r e st oi m p r o v e a n t i i n t e r f e r e n c ea b i l i t yo ft h et e s ts y s t e m ( 4 ) t h ep o w e rr e c o v e r yt e s ts y s t e mo fh y d r a u l i cp u m pn o to n l yi nt h et e s t i n gp r o c e s s r e a l - t i m e d i s p l a y s ，s t o r a g e sa n dd e a l sw i t ht h e t e s td a t u m ，b u ta l s o p r o t r a c t st h e e x p e r i m e n t a lc u r v ei nr e a l - t i m e ，s ow eu s ev i s u a lb a s i cl a n g u a g et ow r i t et h ep o w e r r e c o v e r yt e s ts y s t e mo fh y d r a u l i cp u m ps o f t w a r ep r o g r a m b ya d d i n g ”d r i v e r b a s ”m o d u l e ， w er e a l i z et oo p e r a t ed a t aa c q u i s i t i o nb o a r di nt h ep r o c e s so ft h et e s t a c c o r d i n gt ot h e f u n c t i o n a lr e q u i r e m e n t so ft h i st e s tp r o g r a m ，t h et e s tp r o g r a mi sd i v i d e di n t of o u rm o d u l e s t od e s i g n ，t h a ti sr e a l t i m ed a t aa c q u i s i t i o nm o d u l e s ，d i s p l a ym o d u l e s ，m e m o r ym o d u l e s a n dc o n t r o lm o d u l e s ( 5 ) r e a d i n gt h r o u g ht h ed e t a i l e ds t a n d a r d sm a n u a la n dl i t e r a t u r ed a t a , d e v e l o pat e s t p r o c e d u r ef o rt y p et e s t i n ga n dt e s tm e t h o d s ，a n dd r a waf l o wc h a r to fv a r i o u st e s ta st h e g e a rp u m pa sa ne x a m p l e ，a n dm a k et h er e l e v a n ta n a l y s i so ft h e i rp e r f o r m a n c e o v e r a l l ，t h et e s ts y s t e mn o to n l yi su s e dt h em e t h o do ft h ep o w e rr e c o v e r yt ot e s t p u m p ，b u ta l s oi th a st h ef o l l o w i n gc h a r a c t e r i s t i c s ： ( 1 ) i t sp o w e r f u ls o f t w a r ef u n c t i o no p t i m i z e st h i st e s ts y s t e m sh a r d w a r es t r u c t u r ea n d e n h a n c e st h es y s t e m sf l e x i b i l i t y , v e r s a t i l i t ya n da d a p t a b i l i t yo ft h et e s ts y s t e m ( 2 ) i tp r o m o t e st h ea c c u r a c ya n dt h er e l i a b i l i t yo ft h et e s t ( 3 ) i tr e a l i z e st h et e s ta u t o m a t i o na n di n c r e a s e st e s te f f i c i e n c y t h e r e f o r e ，t h et e s ts y s t e mi m p r o v e st h eh y d r a u l i cp u m pt e s t sa c c u r a c ya n dt e s t e f f i c i e n c y , a n de l i m i n a t e sa r t i f i c i a li n f e r e n c ea sw e l la se n s u r e st h ea c c u r a c yo ft e s td a t u m i tn o to n l ym a k e ss i g n i f i c a n tb r e a k t h r o u g hi nd a t aa n a l y s i s ，d i s p l a y , t r a n s i t i o n ，s t o r e ， p r i n t i n g ，b u ta l s oi tg u a r a n t e e st h a tt h et e s t i n gr e s u l t sa l ea b l et ob eo u t p u tr a p i d l y , i n t u i t i v e l ya n da c c u r a t e l y k e y w o r d s ：p o w e rr e c o v e r y ；p u m pt e s tr i g ；e n e r g yc o n s e r v a t i o n 泵节约下来l l - 4 1 。目前液压泵试验基本上是采用溢流节流加载方式进行，试验时液压 泵产生的能量将全部转化为热能，使系统发热，油温升高。为降低试验系统的油温， 试验台必须具备相应规模的冷却装置，消耗大量的冷却水。如果能将液压泵试验过 程中产生的能量进行回收，不仅可以减小拖动电机的容量，而且还能减小冷却装置 的功率，节省大量的冷却水和大量的电能。因此采用功率回收方式进行液压泵试验 具有较好的经济效益【5 j 。 1 1 目前液压泵试验系统的试验状态 通常，液压泵、液压马达试验都采用功率消耗的方式进行。在做液压泵出厂试 验时，要对液压泵进行耐压试验，其试验压力要高于液压泵的最高允用压力，在此 试验条件下，保压5 m i n ，以检验液压泵的密封性能。另外，还要对液压泵做试运转 和最低启动压力试验，这就需要高压、大排量的液压泵作为试验系统的动力源，其 驱动电机的功率一般都要上千瓦。目前大多数液压泵试验台在做耐压试验等出厂试 验时，液压泵输出的压力油全部经溢流阀溢流到油箱，能量也随之转化为热能散发 掉了【6 1 。 液压泵试验系统的功率损耗，还造成试验系统的温度升高。温度升高会加速油 液的老化，使液压元件加速磨损、泄漏增加、性能降低，影响液压元件的寿命和试 验系统的可靠性7 1 。因此，试验系统就必须安装水冷或风冷装置对其降温，这又进 一步加大了能源的消耗，浪费了宝贵的水资源【引。同时废弃的液压油又造成了环境 的污染。由此可见，在进行液压泵试验时采取有效的节能措施就显得尤为重要。 1 2 液压泵试验系统的节能方式 针对液压泵试验过程中能耗偏高这一问题，设计更加节能的液压泵试验系统 就成了当今的发展趋势。液压泵试验系统节能方式总体可以分为提高试验系统自身 1 功平【口i 收型顺胝泵试验系统石j f 冗 性能节能和采用功率回收方式节能。 1 2 1 提高试验系统自身性能节能 液压泵试验的过程也是能量转换的过程，在能量转换的每个环节上都存在着能 量的损失 9 1 。另外，部分液压能还通过液压元件的内、外泄漏、压力损失、管道损 失、溢流、节流、机械摩擦等形式，产生功率损耗。因此提高试验系统自身性能显 得尤为重要。 ( 1 ) 选用合理的控制元件 若要降低液压泵试验系统的能耗，就必须尽可能地减小试验系统的流量损失和 压力损失。减小流量损失的主要措施是选择合适的液压源，并采取有效地防泄漏制 泄露的措施；减小压力损失的主要措施是合理地选择控制元件和试验系统的管路规 格，另外还要合理地调整试验系统的压力。为减少管路压力损失，液体流速要有一 定的限制，吸油管取h 1 1 2 m s ，压油管取h 3 6 m s 。当压力低、管路长、 粘度高时流速取小值，反之取大值。在设计液压泵试验系统时，应尽量减少不必要 的弯曲，缩短管路长度，2 个局部阻力要相距足够长的距离，一般距离l 2 0 d ，避 免互相干扰，增加压力损失1 0 1 。 ( 2 ) 选择合理的液压油黏度 液压油作为液压泵试验系统中的传动介质，其黏度随液压泵试验系统的温度、 压力以及剪切速度等试验参数的变化而变化，对试验系统的效率影响很大。一般情 况下，当试验条件稳定时液压油的黏度有极大值，当液压油的黏度大于这个极大值 时，试验系统就要做更多的功来克服液压油黏性所引起的内摩擦力，增加了能量的 损失；当液压油的黏度小于这个极大值时，容积间隙数将不断增大，同样可使试验 系统的效率降低。为提高液压泵试验系统的总效率，液压油应满足以下要求： a 当液压泵试验系统的温度变化时液压油的黏度应变化较小，这样才能保证 液压泵的效率基本不变； b 当液压泵试验系统的压力变化时液压油的黏度应稍微上升，这样才能抑制 管路中压力较大处摩擦阻力的增加【l l 】。 ( 3 ) 保证油液的清洁度 在液压泵试验系统中，油液清洁度的好坏间接地影响着液压泵试验系统的能量 损失，它往往是导致液压泵试验系统中某些能量损失的主要因素。当油液的清洁度 2 济南大学硕二f ：学位论文 比较理想或者满足试验要求时，它不但不会加剧液压元件的磨损，同时还会减少试 验系统的泄漏量、压力损失和流量损失等等。因此，应选择优质的液压油作为液压 泵试验系统的工作介质。另外，还要做好试验系统的过滤设计，这对试验系统的节 能将达到事半功倍的效果。 ( 4 ) 油温的控制 油温过高和过低都会降低液压泵试验系统的工作效率。油温过高将导致液压油 粘度降低，使液压泵试验系统的泄漏量增大，同时加速了密封件的破损，降低了液 压元件的性能。油温过低则会导致液压油粘度升高，液阻增大，压力损失增加。通 常，应采取相应的措施来保证试验系统的油温在3 5 - - - , 6 0 。c 之间【1 2 1 。 ( 5 ) 采用新型液压油 液压泵试验系统中的液压油，不仅起着传递能量，润滑试验系统中各运动部件 的作用，同时还起着保护金属不被腐蚀的作用。可见，其性能的好坏将直接影响到 液压泵试验系统的性能。目前，新型液压油已经越来越受到人们的广泛重视，与传 统液压油相比，它具有性能可靠，使用安全，无污染、节能等特点，其中高水基液 压油便是新型液压油的典型代表。它是一种含水量为9 0 9 5 的抗燃液压油，可分 为合成溶液、可溶性油和微乳化液三种类型。合成溶液虽然不含油，但是它含有少 量的水溶性化学添加剂；可溶性油实际就是一种含有少量添加剂的油的乳化液：微 乳化液是一种含有少量化学添加剂和精细扩散的油。但是由于高水基液压油存在着 一些缺点，故其仍处于研究、完善阶段。但是在不久的将来，高水基液压油一定会 成为重要的液压传动介质【1 3 1 。 ( 6 ) 液压泵试验系统的合理联接与安装 液压泵试验系统中各个元件之间的联接及其安装对液压泵试验系统的节能都 有着重要影响。例如电机和液压泵的联接，可选用弹性联轴器联接；管路与管路之 间、管路与油口之间的联接，可选用富有弹性和具有位置补偿能力的接头进行联接。 ( 7 ) 防止液压冲击和液压振动 在液压泵的试验过程中，存在着液压冲击和液压振动。这些液压冲击和振动不 仅会造成试验系统中各元部件之间的联接松动，导致泄漏量的增加，同时还会引起 试验系统的压力和流量的脉动增大，造成能量的损失。因此，在设计液压泵试验系 统时，应采用液压缓冲技术，使液压元部件更加平稳地工作，尤其应在管路上配置 蓄能器。蓄能器不仅能够达到储存能量、吸收振动的目的，而且作为辅助能源，它 3 功率同收型液乐泵试验系统研究 曼皇曼曼曼曼吕m 一, 曼曼! 曼曼皂曼曼曼! 曼曼曼皇曼舅曼罡曼曼曼曼鼍曼曼曼曼曼皇皇曼曼曼曼曼皇量舅鼍詈曼皇 还能满足试验系统短时大流量的需求，由此可降低液压泵的排量和驱动功率，达到 节能的目的【1 4 】。 1 2 2 采用功率回收方式节能 目前，对于液压泵试验系统来说采用功率回收方式进行试验是最节能的一种试 验方式。它既解决了采用背压加载方式使油温上升过快，不能做连续试验和寿命试 验的缺点；同时也避免了采用电力回收功率方式时因增加安全控制系统而造成整个 试验设备更加复杂庞大的缺点。因此国内正愈来愈多地采用功率回收方式来试验大 功率液压泵和液压马达( 一般为柱塞式) 的性能。这种试验系统不仅在技术上和经 济上都有许多可取之处，而且提高了试验的经济效果。 功率回收方式可分为机械补偿功率回收方式和液压补偿功率回收方式。机械补 偿功率回收方式的原理是被试液压泵、加载马达和电机同轴机械连接，系统不足的 能量由电机补偿。液压补偿功率回收方式的原理是液压泵马达同轴机械相连，液压 泵的出口与马达的入口直接相通，用补偿泵串联或并联在液压油路中，提供一定的 压力油，以液压能量来进行补偿。其中机械补偿功率回收方式主要针对大型液压泵 试验，其原理如图1 1 所示，而液压补偿功率回收方式主要针对大型液压马达试验， 其原理如图1 2 所示。 厂一 1 电动机2 被试泵3 加载马达4 溢流阀 图1 1 机械补偿功率回收系统原理图 4 1 电动机2g 主泵3 被试马达4 加载泵 图1 2 液压补偿功率回收系统原理图 采用功率回收方式进行试验只需增加较少的液压元件，实现起来比较容易。变 工况时，试验系统调节功率回收马达会存在一定的功率损失，其大小主要取决于试 验系统的响应速度，因此提高试验系统的响应速度是减少功率损失的主要措施【1 5 】。 目前，当要做大批量、功率超过3 0 k w 的液压泵的性能试验以及功率超过l o k w 的 液压泵的寿命试验时，应尽量采用功率回收方式进行试验【1 6 1 。国内外的试验资料都 表明，对于大功率的液压泵，当采用功率回收方式进行性能试验时将大大减少液压 泵试验系统的能量消耗和装机容量，很好地克服了采用非功率回收方式进行液压泵 试验时造成的能耗大、运转费用高、投资大的缺点，因而具有远大的发展前途【1 7 1 。 以中国人民解放军第七四二三工厂为例，其年生产约3 0 万台液压齿轮泵，平 均排量约为9 0 m l r ，试验时平均转速在2 0 0 0 2 3 0 0 r m i n ，试验时的平均压力为 2 0 m p a ，试验的平均时间1 5 m i n ，总效率约为8 3 ，工业用电为0 7 元度，则每台 液压泵消耗的功率为 p = p ，刀( 6 0 0 0 0 刁) = 2 0 x 9 0 x2 1 5 0 ( 6 0 0 0 0 x 0 8 3 ) 7 7 7 k w ( 1 1 ) 全年消耗的电量为 形= p x ，= 7 7 7x3 0 0 0 0 0 x1 5 6 0 = 5 8 3x1 0 6 k w h ( 1 2 ) 则全年消耗的电费为4 0 8 万元。采用功率回收方式进行试验大约可回收总功率 的1 3 ，即节约成本约1 3 6 万元。 可见，当采用功率回收方式做液压泵的出厂试验时将大大节约成本。另外，采 功翠同收犁液压泵试验系统研究 用功率回收方式的液压泵试验系统其设备动力系数小，发热系数也小，比采用非功 率回收方式的液压泵试验系统更为优越，所以应尽可能地采用功率回收方式进行液 压泵试验，特别是在对大功率液压泵进行试验时这一点尤为重要。 1 3 功率回收型液压泵试验系统 1 3 1 功率回收型液压泵试验系统组成 功率回收型液压泵试验系统在试验过程中涉及的参数多、精度要求高，并且有 些参数需要间接处理，传统的试验方法很难满足试验的要求。因此本试验系统结合 最新的液压技术、测试技术、计算机技术，以及数字信号处理方法和现代控制理论 进行设计，淘汰了传统的仪表加人工的试验方法【1 8 。2 0 1 。 功率回收型液压泵试验系统主要有硬件与软件两部分组成。其中硬件包括功率 回收型液压泵试验台、测量传感器、二次仪表、信号调理器、数据采集卡、计算机 等；软件则是由v b 语言编写的一套集数据采集和数字控制于一体的试验程序，运 行在w i n d o w s 平台上，界面美观，操作简便，具有数据采集、数据处理、参数设置 和通讯等功能。在试验过程中计算机可对试验数据进行实时采集、显示、报表，绘 制曲线图，同时可输出控制信号，对试验系统进行实时控制，工况转换，实现试验 过程的自动化。其整体框图如图1 3 所示。 图1 3 功率回收型泵试验系统整体框图 1 3 2 功率回收型泵试验系统研究内容 本文以内啮合齿轮泵为例，根据国家标准，即由全国液压气动标准化技术委员 6 济南大学硕上学位论文 -i ii i 曼。i ii ii iiii i ii i 曼曼曼皇曼曼皇曼曼曼曼曼 会主编的液压泵、马达标准专辑中的国内标准试验方法进行液压泵的型式试验， 分别采用功率回收方式和非功率回收方式进行试验，得出最佳的功率回收型液压泵 试验系统，计算出节能效率。 1 4 本章小结 本章介绍了目前我国液压泵试验系统的现状，发现能量损失极为严重。针对这 一现况同时根据液压泵试验系统的自身特点提出了采用功率回收方式进行液压泵 试验的方法。阐明了本论文选题的目的和意义并提出了本论文的主要研究方向和内 容。 7 功牢【亓i 收型液压泵试验系统研究 济南大学硕十学位论文 第二章功率回收型液压泵试验台概述 2 1 功率回收型液压泵试验系统原理 功率回收型液压泵试验系统原理如图2 1 图2 3 所示，此试验系统中由被试泵输 出的高压油带动功率回收马达旋转，功率回收马达与电机由超越离合器连接，从而 使功率回收马达带动电机旋转，实现节能目的。当动力输出部分( 内环或外环) 的转 速即电机转速比动力源( 外环或内环) 的转速即功率回收马达转速慢时，离合器处于 连接状态，实现功率回收。反之，当电机转速比功率回收马达转速还要快时，离合 器处于脱离状态，内外环没有任何连动关系，也就无法实现功率回收。故若要实现 功率回收必须满足以下两个条件： ( 1 ) 功率回收马达的排量必须小于被试泵的排量； ( 2 ) 功率回收马达的转速高于电机的转速。 2 图2 1 功率回收型定量泵试验系统原理图 9 功率同收型液压泵试验系统研究 济南人学硕士学位论文 i i i ii i ii ii i_ 超越离合器可分为滚珠式单向离合器、楔块式单向离合器和非接触式单向离合 器。滚珠式单向离合器是外环与内环之间以圆柱形滚子支撑，而内环安装有弹簧与 顶销，由项销产生一个持续的推力，将滚柱往外挤压便构成了外环、内环及滚柱的 接触结构，由于滚柱与内环、外环的接触为持续不间断的，故可立即的反应与传输 扭矩力。此种滚柱型设计坚固耐用、可靠性高，可适用各种应用范围。楔块式单向 离合器的内环及外环均为圆柱形环面。楔块安置在保持器中来支撑内环与外环，依 照楔块与内环、外环的相对运动来达到传递扭力或空转的功能。此种型式可设计出 各种形式的楔块及保持器以满足各种不同的特性需求。其特点是传递扭矩大，使用 寿命长。非接触式单向离合器的特点为楔块固定于楔块保持架中，楔块保持架与超 运转速度的环体( 如内环或外环) 结合。与内环或外环结合的楔块保持架及楔块转动 时会产生离心力，此离心力会抵消或大于楔块弹簧的力量，从而使楔块以离心力的 方向重新旋转一个角度，而使旋转的内环和外环与楔块保持一个无接触的状态，克 服了离合器高速超越回转磨损较大的缺点，可使离合器的寿命得以延长【2 l 】。 本试验系统的难点在于对功率回收马达的实时控制，对其控制的好坏将直接影 响试验系统的功率回收效率。因变量马达具有在变量机构的作用下根据其实际工作 的需要在某一范围内调整输出特性的特点，因此可采用变量马达作为功率回收马达 使用。变量马达的控制方式也多种多样，归纳起来主要有压力切断控制、功率控制、 排量控制和负载敏感控制四种基本控制方式【2 2 】： ( 1 ) 压力切断控制方式 压力切断控制方式是对试验系统压力限制的控制方式，有时也简称为压力控制。 当试验系统压力达到切断压力值时，排量调节机构通过减小排量使试验系统的压力限 制在切断压力值以下。如果切断压力值在工作中可以调节则称为变压力控制，否则称 为恒压力控制。当试验系统压力达到切断压力时，变量控制阀阀芯左移，使排量减小， 从而实现压力切断控制。 ( 2 ) 功率控制方式 功率控制方式是对试验系统功率限制的控制方式。当试验系统功率达到调定的功 率值时，排量调节机构通过减小排量使试验系统的功率限制在调定功率值以下。如果 功率限制值在试验中可以调节则称为变功率控制，否则称为恒功率控制。 ( 3 ) 排量控制方式 排量控制是指对变量泵的排量直接进行控制的控制方式，施加一个控制力就可以 功率同收型液压泵试验系统研究 得到一个相应的排量值。当先导控制压力变大时，变量控制阀阀芯偏移，使变量泵的 排量减小，从而使变量泵的流量随先导控制压力的增大成比例地减小【2 3 - 2 4 1 。 ( 4 ) l s ( 负载敏感) 控制方式 l s 控制方式是对变量泵排量变化率进行控制的控制方式。其根据负载来调整供 给压力的大小，使供给压力和负载压力之间的压力差保持不变来实现节能效果【2 5 之7 】。 l s 控制变量泵的输出特性与排量控制相同，但其信号反映的不是排量本身，而是排 量的变化值。当压差与阀芯弹簧压力不平衡时，变量控制阀阀芯偏移，使变量泵的排 量发生相应变化【2 引。稳压控制是使供给压力维持不变的控制方式，也是一种有效节能 的方式【2 9 。o 】。但是，由于电动机转动惯量较大，变量泵的响应频率较低，因此动态响 应速度还有待进一步提耐3 1 1 。 随着液压计算机辅助测试技术的发展，使得液压传动系统操纵和控制更加自动化 和智能化。它具有精度高、测试速度快、性价比高、重复性高的特点，因此有着良好 的应用前景【3 2 】。它所涉及的范围也十分广泛，主要有液压技术、自动控制技术、计算 机技术、测试技术和数字信号处理技术等。其主要是利用计算机建立起一套可实现数 据采集和数字控制的试验系统，与试验台相连接，由计算机完成对各试验数据的实时 采集、量化、相关处理和试验结果的输出1 3 3 1 。在试验过程中，计算机还可根据人工输 入或数字反馈的要求，对试验过程进行实时控制，以实现计算机密切跟踪控制试验台 和监测被试液压元件试验状态的目的，从而以高精度、高效率地完成对液压元件的相 关性能试验。将液压马达与液压算机计辅助测试技术相结合，实现了对功率回收马达 的智能化操纵和控制，除了能够实现常规的液控变量马达输出特性之外，还能根据试 验的具体要求任意地改变输出特性，以满足试验系统的试验要求。 采用电控方式作为变量马达的操纵方式，可大大简化变量马达的内部控制机构。 采用电液比例控制方式作为变量马达的变量方式，再配以流量传感器和压力传感器， 就可实现对变量马达的智能化输出控制1 3 4 1 。马达控制结构如图2 4 所示，控制方框图 如图2 5 所示。 1 2 图2 4 马达控制结构图 图2 5 控制方框图 2 2 功率回收型液压泵试验台设计 目前，综合运用计算机技术、传感器技术、比例控制技术、集成插装技术及现 代控制理论是液压泵试验台设计的发展趋势。因此在设计试验台时，应充分运用各 种技术来提高液压泵试验台的试验性能，而且还要尽可能的节约能源，减少污染 3 5 - 3 7 】。基于以上要求，本文根据功率回收型液压泵试验系统的原理结合液压泵试验