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浙江大学硕1 j 学位论文高压轴向柱裒泵作能测试系统研究 摘要 轴向柱塞泵是液压系统中最重要的动力元件，广泛应用于各类机械装备液压系统中， 其性能直接影响着各类机械装备的性能。由于我国液压工业起步晚，技术相对落后，无法 提供高性能的轴向柱塞泵满足工程机械和传统工业机械的需求。目前，在国家振兴装备制 造业的政策指引下，全国正掀起一股高性能轴向柱塞泵的研制热潮。而研制性能优良的轴 向柱塞泵，必须相应地要有先进的性能测试系统对轴向柱塞泵的性能进行准确评估。在保 证测试系统通用性的情况下，本学位论文以工程机械中常用的某双联轴向柱塞泵为测试对 象设计了该高压轴向柱塞泵性能测试系统。通过对某轴向柱塞泵的性能测试结果的分析， 验证了该系统符合轴向柱塞泵性能测试标准中对测试系统的要求，可以对轴向柱塞泵进行 全面、准确的性能评估。 本论文主要内容如下： 第一章，首先，对国内外液压泵性能测试系统的现状进行了调研、分析；然后对轴向 柱塞泵性能测试标准和被测泵的原理、结构、控制方式等特点进行了研究。最后确定了本 文的研究内容，指出了研究意义。 第二章，首先，根据设计测试对象的技术参数完成了该高压轴向柱塞泵性能测试液压 系统技术指标的计算；然后，针对液压系统中的关键模块进行了详细的理论计算和液压原 理设计，继而完成液压系统的整体原理设计。 第三章，首先，从模块化的思想出发，完成该高压轴向柱塞泵性能测试液压系统的整 体结构布局设计；然后完成各部分的结构布局设计和关键部件具体结构设计，并通过对其 进行有限元分析来验证结构设计的合理性。 第四章，采用对某轴向柱塞泵进行全面性能测试的方法来验证该高压轴向柱塞泵性能 测试系统的性能。首先，针对该轴向柱塞泵性能测试过程中采用的单泵测试的试验方法进 行理论计算，证明此方法的可行性f 一然后详细分析该轴向柱塞泵的性能测试结果；最后得 出结论：该轴向柱塞泵性能测试系统达到了轴向柱塞泵性能测试标准的要求，可以对轴向 柱塞泵进行全面、准确的性能评估。 第五章，对全文进行了工作总结和下一步展望。 关键词：轴向柱塞泵性能测试测试标准液压系统结构设计有限元分析试 验结果 浙江大学硕l 学位论文高压轴向柱塞泵性能测试系统研究 a b s t r a c t a x i a lp i s t o np u m p ，t h em o s ti m p o r t a n tc o m p o n e n ti nh y d r a u l i cs y s t e m s ，i sw i d e l yu s e di n a l lk i n d so fi n d u s t r i a la n dm o b i l em a c h i n e r ya n dd i r e c t l ya f f e c t st h e i rp e r f o r m a n c e b e c a u s eo f t h eh y d r a u l i ci n d u s t r ys t a r t e dl a t e i nc h i n a ，t h eh i g h p e r f o r m a n c ea x i a lp i s t o np u m pc o u l d n t m e e tt h ed e m a n do fi n d u s t r i a la n dm o b i l em a c h i n e r y a tp r e s e n t ，f o l l o w i n gt h en a t i o n a lg u i d eo f r e v i t a l i z i n gt h ee q u i p m e n tm a n u f a c t u r i n gi n d u s t r y ，d e v e l o p i n gh i g h p e r f o r m a n c ea x i a lp i s t o n p u m pi sb e c o m i n gah o t p o ta l lo v e rt h ec o u n t r y h o w e v e r ，i no r d e rt os u c c e s s f u l l yd e v e l o pt h e a x i a lp i s t o np u m pw i t he x c e l l e n tp e r f o r m a n c e ，a na d v a n c e dp e r f o r m a n c et e s ts y s t e mi sr e q u i r e d e n s u r i n gt h eg e n e r a l i t yo ft h i st e s ts y s t e m ，t a k e nt h ed o u b l ea x i a lp i s t o np u m p ，w h i c hi sw i d e l y u s e di nm o b i l em a c h i n e r y ，a st h et e s to b j e c t ，ah i g h p r e s s u r ea x i a lp i s t o np u m pp e r f o r m a n c et e s t s y s t e mw a sd e s i g n e di nt h i st h e s i s b ya n a l y z i n gt h et e s tr e s u l t so fa na x i a lp i s t o np u m p ，a c o n c l u s i o nw a sd e d u c e dt h a t ，t h i sh i g h p r e s s u r ea x i a lp i s t o np u m pp e r f o r m a n c et e s ts y s t e mh a d m e tt h er e q u i r e m e n t so ft h et e s ts t a n d a r d ，a n dc o m p r e h e n s i v ea n da c c u r a t ep e r f o r m a n c e e v a l u a t i o no fa x i a lp i s t o np u m p sc o u l db ea c c o m p l i s h e do ni t t h em a i nc o n t e n t so ft h i st h e s i sa r ea sf o l l o w s ： i nc h a p t e r1 ，f i r s t l y ，c u r r e n tr e s e a r c hp r o g r e s s e so np u m pp e r f o r m a n c et e s ts y s t e mw e r e r e v i e w e da l lo v e rt h ew o r l d s e c o n d l y ，t h ep e r f o r m a n c et e s ts t a n d a r d ，p r i n c i p a l ，s t r u c t u r ea n d c o n t r o lm o d eo fa x i a lp i s t o np u m pw e r ei n v e s t i g a t e d t h e n ，t h em a i nr e s e a r c hs u b j e c t sa n d s i g n i f i c a n c eo ft h es t u d yi nt h et h e s i sw e r ep r e s e n t e da n dd i s c u s s e d i nc h a p t e r2 ，f i r s t l y ，t h es p e c i f i c a t i o n so ft h i sh i g h p r e s s u r ea x i a lp i s t o np u m pp e r f o r m a n c e t e s th y d r a u l i cs y s t e mw e r ec a l c u l a t e da c c o r d i n gt ot h es p e c i f i c a t i o n so ft h ed o u b l ea x i a lp i s t o n p u m p s e c o n d l y ，d e t a i l e da c a d e m i cc a l c u l a t i o na n dp r i n c i p a ld e s i g no nt h ek e ym o d u l e so ft h e h y d r a u l i cs y s t e mw e r ec a r d e do u t t h e n ，t h es y s t e m a t i cp r i n c i p a ld e s i g no ft h eh y d r a u l i cs y s t e m w a s c o m p l e t e d i nc h a p t e r3 ，f i r s t l y ，b a s e do nt h em o d u l a r i z a t i o n ，t h eo v e r a l la r r a n g e m e n to ft h e h i g h p r e s s u r ea x i a lp i s t o np u m pp e r f o r m a n c et e s th y d r a u l i cs y s t e mw a sd e s i g n e d t h e n ，t h e d e t a i l e da r r a n g e m e n to fe v e r yp a r t ，a sw e l la st h ed e t a i l e ds t r u c t u r eo fs o m ek e yc o m p o n e n t s w a sc o m p l e t e d ，a n dt h er a t i o n a l i t yo ft h es t r u c t u r ed e s i g nw a sc o n f i r m e db a s e do nt h ef i n i t e e l e m e n ta n a l y s i so ft h ek e yc o m p o n e n t s 浙江大学硕一i j 学位论文高压轴向柱寒泉。陀能测试系统研究 i nc h a p t e r4 ，t h r o u g hac o m p r e h e n s i v ep e r f o r m a n c et e s t i n go fa na x i a lp i s t o np u m pt o v e r i f yt h ec a p a b i l i t i e so ft h eh i g h p r e s s u r ea x i a lp i s t o np u m pp e r f o r m a n c et e s ts y s t e m f i r s t l y ， a c a d e m i cc a l c u l a t i o nw a sc a r r i e do u ti no r d e rt op r o v et h ef e a s i b i l i t yo ft h es i n g l ep u m pl o a d i n g m e t h o d ，w h i c hi su s e di nt h ep e r f o r m a n c et e s t i n gp r o c e s so ft h ea x i a lp i s t o np u m p s e c o n d l y ， t h ep e r f o r m a n c et e s t i n gr e s u l t so ft h ea x i a lp i s t o np u m pw a sa n a l y z e dp a r t i c u l a r l y a tl a s t ，a c o n c l u s i o ni sc o n f i r m e dt h a tt h i sh i g h - p r e s s u r ea x i a lp i s t o np u m p p e r f o r m a n c et e s ts y s t e mi su p t ot h er e q u i r e m e n t so fa x i a lp i s t o np u m pp e r f o r m a n c et e s ts t a n d a r d ，a n dc o m p r e h e n s i v ea n d a c c u r a t ep e r f o r m a n c ee v a l u a t i o no fa x i a lp i s t o np u m p sc o u l db ea c c o m p l i s h e do ni t i nc h a p t e r5 ，m a j o rr e s e a r c hi nt h i st h e s i sw a ss u m m a r i z e d ，f u t u r er e s e a r c hp r o p o s a l sw e r e s u g g e s t e d k e yw o r d s ：a x i a lp i s t o np u m p ，p e r f o r m a n c et e s t ，t e s ts t a n d a r d ，h y d r a u l i cs y s t e m ，s t r u c t u r e d e s i g n ，f i n i t ee l e m e n ta n a l y s i s ，t e s t i n gr e s u l t s i v 浙江大学研究生学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。 除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其它人已经发表或撰写过的研究成 果，也不包含为获得逝鎏盘堂或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一 同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名： 剀派舐签字日期： 芦口年3 月2 2 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解逝鎏盘堂 有权保留并向国家有关部门或机构送交本 论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权逝姿盘堂可以将学位论文的 全部或部分内容编入有关数据库进行检索和传播，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段 保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名： 别派舐 签字日期：细l o 年3 月2 2 日 新虢锻 签字r 期：? 咖年多月史妨 浙江大学硕i ：学位论文高压轴向柱寒泵性能测试系统研究 致谢 本学位论文是在导师徐兵教授悉心指导和热情关怀下完成的。在我课题研究、论文撰 写的过程中，徐老师给了我很多指教和帮助，导师渊博的知识结构，敏捷缜密的思维，认 真负责的工作态度，丰富深厚的工程经验给我留下了深刻的印象，并将鞭策我在未来人生 道路上不断锐意进取。感谢导师给我提供了一个很好的发展平台和成长的空间，使我在硕 士期间各种能力得到了非常大的提高。至此论文完成之际，谨向导师徐老师致以最诚挚的 感谢。 感谢杨华勇教授、傅新教授、周华教授、龚国芳教授、阮晓东教授、欧阳小平副教授 对我的关心和帮助。感谢浙江大学所有帮助过、教育过我的老师。 感谢岳艺明高工和张鸿墩高工在科研工作中给予的指导和帮助，感谢董娇女士在日常 生活中给予的帮助! 感谢刘伟博士和张军辉博士在电控和液压系统方面提供的指导和帮助，没有你们所做 的大量工作，该项目不可能如此顺利迅速地完成。 感谢张斌博士、马吉恩博士、刘英杰博士、湛大强硕士在项目进行和论文撰写阶段提 供的悉心指导和无私帮助。 感谢胡东明、宋月超、周成、任好玲、程敏、苏琪等博士生和周高明、陈庆瑞、李静、 王扬彬、伍中宇、李春光、曾定荣、魏忠勇、丁斐、许书生、文哲、李迎兵、张圣峰、童 章谦等硕士生平时对我的帮助，祝愿大家都有一个美好的前程。 感谢同寝室的石茂顺、李葳和王学孔平时在科研和生活上对我的帮助。感谢所有机电 0 7 硕的同学，大家一起度过了这两年多短暂而又美好的时光，祝大家前程似锦。 特别感谢我的父母、小妹和所有关心支持我的亲人，我在浙江大学求学期间，无时无 刻不感觉到你们殷殷期盼的目光，特将此文献给你们，请你们与我一起分享喜悦和荣耀。 特别感谢我的妻子李燕洁，她温文尔雅、善解人意，既给予我生活中的欢乐和幸福， 也给予我事业上的支持与鼓励。执子之手，与子偕老；执子之手，夫复何求? 感谢浙江大学对我的培养。在这里不仅学习知识，而且学习做人的道理，这所百年名 校所孕育出的求是、创新的精神将对我的人生产生深远的影响。愿母校的明天更美好。 谨以此文献给所有关心、爱护、帮助我的师长、同学和朋友们! 刘汉斌 2 0 1 0 年1 月于浙大求是园 l 浙江大学硕十学位论文高压轴向柱雍泵件能测试系统研究 第一章绪论 【摘要】本章首先介绍了轴向柱塞泵性能测试系统的国内外研究现状，然后详细介绍了轴向柱塞泵的 性能测试标准和被测泵的原理、结构、技术参数及变量控制方式等，在此基础上提出了本课题的研究 内容和研究意义。 1 1 液压泵性能测试系统的研究现状 液压传动是一种功率密度高、结构小巧、配置灵活、组装方便、可靠耐用的传动方式， 已成功应用于大多数需要中等以上功率输出，且需对运动过程进行灵活控制和调节的场 合，是现代化传动与控制的关键技术之一【1 】【2 】【3 】。 当前，液压技术在实现高压、高速、大功率、高效率、低噪声、经久耐用、高度集成 化等各项要求方面都取得了重大的进展，在完善比例控制、伺服控制、数字控制等技术上 也有许多新成就。此外，计算机辅助设计、计算机仿真和优化以及微机控制等在液压元件 和液压系统的开发方面应用日益广泛【4 】【5 1 。 目前，液压泵的技术已经较为成熟，因此要求更高的设计工艺水平以及融合现代化的 最新技术才能达到更完美的阶段。下述的八个方面是从技术以及应用方面对液压泵的进一 步发展要求【6 】【7 j 【8 】： ( 1 ) 更高的功率质量比 ( 2 ) 更好的工作性能与更高的效率 ( 3 ) 更低的噪音水平 ( 4 ) 结构设计的通用性 ( 5 ) 泵的集成模块化 ( 6 ) 通用、简捷、更可靠的安装方式 ( 7 ) 更低的成本 ( 8 ) 更长的工作寿命与更高的可靠性 通过先进的液压泵性能测试系统对液压泵进行精确的性能测试，是辨别产品优劣、改 进结构设计、提高工艺水平、促进产品升级换代和保证系统性能的必要手段。液压泵性能 测试涉及的参数主要有压力、流量、温度、转速、转矩等一些随时间连续变化的物理量。 同时为了保证系统的安全运行，系统还需具有超压、超温、过滤器堵、低液位等报警功能， 以及可采取的相关措施如卸荷、关闭泵源等。此外，还应尽量提高测试精度和测试效率、 降低能耗，使系统相关条件更趋合理，控制更加智能化、自动化。 传统的液压泵测试系统主要采用传统仪表加人工的测试方法，称为手工测试、记录阶 浙江大学硕f j 学位论文高f e 轴向柱塞泵件能测试系统研究 段。一般由安装有按钮、开关、指示灯等主令、显示元器件的电器操作台和安装有保险装 置、继电器、控制器等控制元器件的电控柜等组成泵源、油路控制部分，信号发生器、记 录仪、示波器等作为测试显示记录部分。在测试过程中，由模拟记录仪器在纸上记录实验 曲线或由实验人员读取并记录实验数据，然后根据实验曲线或数据手工处理得到液压泵的 性能指标。这种测试系统控制部分结构复杂、成本高、故障率高且故障排除难度大，测试 部分因涉及多种复杂仪器、仪表，对测试系统操作人员素质要求高，测试过程及结果受较 多人为因素的影响，导致测试劳动强度大、精度低1 0 】。 随着微电子技术和计算机技术的迅速发展，结合了最新的液压技术、测试技术、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的计算机辅助测试 ( c a t ，c o m p u t e ra i d e dt e s t i n g ) 技术在液压系统状态监测中的应用越来越广泛。它具有测 试精度高、测试速度快、性价比高、测试的重复性和可靠性高及适宜在线动态测试和状态 监测等特点，有着良好的应用前景【1 1 - 1 4 1 。 液压系统是液压泵性能测试系统最根本的部分，主要包括以下关键点： ( 1 )拖动及调速模块是液压泵性能测试系统的一个关键部分，主要实现对被测泵的调 速、换向等功能。对于小功率的液压系统，选取普通的三相异步电动机和减速器就可以满 足要求了。而对于大功率的液压系统，则比较复杂。目前，国内中、大型液压泵性能测试 装置的拖动及调速系统多为可控硅直流调速系统，其占地大、维护困难、投资高，使用极 为不便。而大功率的二次调节系统因噪声大、系统复杂及投资高而未得到广泛应用i ”】【1 6 1 。 阀 图1 1 某液压泵试验台液压原理图 图1 1 所示为某液压泵试验台液压原理图f ”】。该系统采用液压马达驱动被测液压泵，通 过改变加载泵的排量来控制输入驱动马达的流量，从而实现对被测泵转速的调节。但由于 液压马达存在泄漏，此驱动方案无法精确控制被测泵的转速，并且系统总的效率较低。 2厶 浙江大学硕。i j 学位论文高压轴向柱雍泉性能测试系统研究 2 0 世纪7 0 年代后，由于大规模集成电路和计算机控制技术的发展，以及现代控制理论 的应用，出现了调速平滑性好，低速稳定性好、调速范围大、精度高、节能效果明显、易 于实现远程控制的交流变频调速技术。由于变频调速技术所具有的优点，其在大功率液压 系统的拖动及调速系统中应用越来越广泛 1 8 - 2 0 1 。 ( 2 )液压油的粘度控制是液压泵性能测试系统的另一个关键点。在液压泵的性能测试 过程中，液压油的黏度将直接影响液压元件的工作性能，进而影响试验测试精度、数据准 确度和可比性。而液压油的粘度与其温度之间有着紧密的关系。因此，在国际标准及国家 机械工业委员会液压行业企业标准中，规定了液压元件试验温度等级( 按测量等级分，油 温变化范围分别是a 级对应士l ，b 级对应+ 20 c ，c 级对应土4 ) ，以间接将油液黏度的变 化控制在一个较小的范围内。 传统的油温控制调节方式是通过电接点温度计通断来控制系统的加热和散热，但由于 油液调节过程惯性大，只能将油湿控制在一个较大范围内，无法达到标准中规定的温度范 围。随着计算机技术的发展，通过计算机对油温进行控制逐渐应用到液压泵性能测试系统 中来。计算机控制系统油温的基本思路为：呆用湿度传感器测量被测泵入口处的油温，经 过信号处理后传送到计算机中，通过预先编制好的控制算法，如最小方差自校正控制算法、 p i d 控制算法、自学习模糊控制和神经网络控制等，来控制系统的冷却面积，从而达到控 制系统油温的目的2 1 】【2 2 1 。 油箱水池 图1 2 某液压泵试验台油温控制系统原理图 图1 2 所示为某液压泵试验台油温控制系统原理图。温度传感器测量系统的油温，并传 输到微机中，根据已编制好的控制策略输出信号，控制电磁水阀的开度，从而控制通过系 统的冷却水量。当电磁水阀全开时，系统的冷却面积最大，冷却水流量最大，因而冷却功 3 浙江人学硕十学位论文高j k 轴向柱塞泉件能测试系统研究 率最大【2 3 1 。 图1 3 所示为某液压泵试验台油温控制系统原理图。该试验台采用溢流加载方式，通 过4 个换热器降温。4 个换热器的散热面积比为1 ：2 ：4 ：8 。这样通过不同组合就可得到1 5 种不同的冷却面积，从而构成数字式冷却系统。这种数字式冷却系统可以针对不同发热量 而提供不同冷却器组合，达到控制油温维持在5 09 c 左右的目的。为了进一步提高油温的 控制精度，将四个换热器中的冷却面积最大的一个用比例水阀控制，而其它三个用开关水 阀控制。通过微机构成的温度控制器来确定各电磁开关水阀的开闭及比例水阀的开度，调 节系统的冷却面积，即通过系统的冷却水量，从而达到使油温维持在要求的温度水平上的 目的【2 4 1 。 恒压永籍 棚稽 水池 图1 3 某液压泵试验台油温控匍系统原理图 ( 3 )液压泵性能测试系统中的另一个关键点是液压泵的加载方式。比较常用的加载方 式有节流加载和溢流加载。节流加载所需元件少，结构简单，其流量全部由节流阀的出口 输出，无泄漏量要处理，但节流口易受温度的影响，控制特性不佳。溢流加载的控制特性 较好，但溢流阀在高压大流量的状况下易产生较大的压力脉动，影响被测泵的脉动测试， 且有先导溢流量，该泄漏量给流量的测量带来了诸多不便。由这两种加载方式派生出了比 例加载，比例加载操作方便，易于实现自动控制2 5 】1 2 6 1 。 图1 4 所示为某闭式液压泵试验台原理刚2 7 1 。采用比例溢流阀和比例节流阀和快速切换 阀来构成系统的负载阶跃加载单元。通常，隋况下采用比例溢流阀加载，在进行被测泵的冲 击试验时，比例溢流阀设为高压，比例节流阀设为低压，按一定频率切换快速换向阀，实 现对被测泵的冲击试验。 4 浙江人学硕l 学位论文高斥，轴向柱褒泵性能测试系统研究 图1 r 4 某闭式液压泵试验台原理图 ( 4 )防止液压泵吸空，即保证被测泵吸油口压力大于空气压力是轴向柱塞泵性能测试 系统的又一个关键点。一种方法是采用大排量低压泵抽油给被测泵供油的方法。该方法便 于实现对被测泵吸油阻力的调节，结构紧凑，但需要额外增加设备，加重系统复杂性，且 在被测泵排量较小时容易造成能源浪费，故该方法适用于空间要求较高的场合。图1 5 为 某液压泵试验台液压系统原理图。采用补油泵给被测泵供油，中间加一整流阀组，无论被 测泵的转向如何，都可以实现对被测泵供油f 2 甜。 图1 5 某液压泵试验台液压系统原理图 另一种方法是抬高油箱使油液吸入口高于被试泵进油口，并克服吸油管路压力损失， 使油液自动倒灌进被试泵的方法。此方法可以通过在吸油路上设置大通径低压节流阀来实 现对被测泵吸油阻力的调节，以测试被测泵的自吸性能。此方法结构简单，易于实现，但 会增加系统的占用空间，适用于对空间要求不高的场合。 5 浙江大学硕上学位论文高压轴向柱摩泵性能测试系统研究 1 2 轴向柱塞泵性能测试标准眇i 由于轴向柱塞泵对于液压系统的重要性，针对轴向柱塞泵的生产和测试出台了相关的 标准及技术文件，对轴向柱塞泵的性能指标、技术条件以及性能测试的试验装置、试验项 目和方法等进行规范。经过调研，目前轴向柱塞泵性能测试的标准为液压轴向柱塞泵( j b t 7 0 4 3 2 0 0 6 ) ，下面对其规定内容进行简介。 1 2 1 轴向柱塞泵试验装置 轴向柱塞泵性能试验应具备图1 6 所示的开式回路或图1 7 所示的闭式回路的试验台。 系统主要包括被测泵驱动部分、压力表、流量计、加载装置以及检测和调节油温的温度计、 加热器和冷却器等。其中，为了保证实验结果的准确性，压力测量点应设置在距被测泵进、 出油口( 2 4 ) d 处( d 为管道内径) 。温度测量点应设置在距压力测量点( 2 4 ) d 处， 且比压力测量点更远离被测泵。 ： 一22 2 l 爿测泵；2 1 2 4 压力表；3 1 3 4 一温度计；4 1 、4 2 一流量计； 5 1 5 3 一溢流阀；嘞热器；埘却器；江电磁换向阀 图1 6 开式试验回路原理图 6 浙江大学硕l 学位论文高压轴向柱寒泵性能测试系统研究 1 1 一被测泵；1 2 一补油泵；2 1 2 5 一压力表；3 一l 3 6 一温度计； 4 1 4 3 一流量计5 1 5 仁溢流阀；仲热器；埘却器；江电磁换向阀 图1 7 闭式试验回路原理图 1 2 2 轴向柱塞泵试验条件 ( 1 )试验介质 a ) 试验介质应为被测泵适用的工作介质。 b ) 试验介质的温度：除明确规定外，型式试验应在5 0 + 2 。c 下进行，出厂试验应在5 0 士4 下进行。 c ) 试验介质的粘度：4 0 。c 时的运动粘度为4 2 m m 2 p 7 4m i l l 2 s ( 特殊要求另行规定) 。 d ) 试验介质的污染度：试验系统油液的固体颗粒污染等级不应高于g b t1 4 0 3 9 2 0 0 2 规定的1 9 1 6 。 ( 2 )测量准确度 测量准确度分为a 、b 、c 三级，型式试验不应低于b 级，出厂试验不应低于c 级。 各等级测量系统的允许系统误差值如表1 1 所示。 ( 3 )轴向柱塞泵试验项目 轴向柱塞泵的检验分为型式检验和出厂检验。其中，型式检验是指对产品质量进行全 面考核所做的检验；出厂检验是指产品交货时应进行的各项检验。两种检验所规定的试验 项目对比如表1 2 所示。 7 浙江大学硕 学位论文高压轴向柱宋泵件能测试系统研究 表1 1 轴向柱塞泵性能测试系统的允许系统误差 测量准确度等级 测量参量 abc 压力( 表压力p o 2 m p a 时) k p a - 4 - 1 0士3 0士5 0 压力( 表压力p 芝o 2 m p a 时) 士0 5士1 5士2 5 流量 士0 。5士1 5士2 5 转矩 土0 5士1 o士2 0 转速 士o 5士1 o士2 0 温度 士0 5士1 0士2 0 表1 2 型式试验和出厂试验的试验项目对比 序号 型式试验出厂试验 l 跑合试验跑合试验 2 排量验证试验容积效率试验 3 效率试验总效率试验 4 变量特性试验 变量特性试验 5 自吸试验超载性能试验 6 噪声试验外泄漏检查 7 低温试验 8 高温试验 9 超速试验 1 0 超载试验 1 1 冲击试验 1 2 满载试验 1 3效率检查 1 4 密封性能检查 ( 4 ) 试验数据处理和结果表达 1 ) 数据处理 利用试验数据和下列公式，计算出轴向柱塞泵的相关性能指标。 容积效率： 8 浙江大学硕i j 学位论文高，畏轴向柱塞泵性能测试系统研究 巩2 苦2 券枷似 ， 总效率： 现：垒兰堕丝1 0 0 ( 1 2 ) 2 z n 输出液压功率( 单位为o t , k w ) ： p ：垒墨! (13)2 1 , h 一1 面矿 、7 输入机械功率( 单位为k w ) ： p l , m 淼 ( 1 4 ) 式中： 圪。一试验压力时的排量，单位为m l r ； 圪。一空载排量，单位为m l r ； q 。一试验压力时的输出流量，单位为l m i n ； 怫一试验压力时的转速，单位为r m i n ； 强一空载压力时的转速，单位为r m i n ； q 。一空载压力时的输出流量，单位为l m i n ； 仍。输出试验压力，单位为k p a ； 角一。一输入压力，大于大气压为正，小于大气压为负，单位为k p a ； 石一输入转矩，单位为n m ； q k ，一试验压力时的输入流量，单位为l m i n ； 2 ) 结果表达 试验报告应包括试验数据和相关的特性曲线。特性曲线示例如图1 8 图1 1 1 所示。试 验报告还应提供试验人员、设备、工况及被测泵基本特征等信息。 9 浙江大学硕 j 学位论文高压轴向柱寒泵性能测试系统研究 效率彬聊 ( ) 流量q r ( l m i n ) 功率j d ( k 渺) 转速( r m i n ) 效率h nt h ( ) 流量秒 ( 1 _ m 加) 功率p ( 足) 医丸p | ( m p a ) 图1 8 功率、流量、效率随转速变化曲线图图1 9 功率、流量、效率随压力变化曲线 隘力p f ( m p a ) 图1 1 0 恒功率特性曲线图 1 3 被测泵简介 图1 1 1 冲击波形 该课题的目标是研制一套通用的轴向柱塞性能测试系统，可以对各种轴向柱塞泵进行 性能评估。在保证系统通用性的前提下，以在工程机械上得到广泛使用的某双联轴向柱塞 泵为被测泵进行系统参数的计算。在对该轴向柱塞泵性能测试系统进行设计前，必须对被 测泵的原理、构造及其常用的变量方式以及其他独特的特点等进行详细的研究，这样才能 保证所设计的轴向柱塞泵性能测试系统能够准确可靠的满足被测泵性能试验的要求。 1 0 渐江丈 确士学位论文一赢轴冉拄骞鬟性能测试秉统研究 1 3 1 被测泵的原理及构造睁3 2 l 该泵的构造是两台泵以花键接头相连接，马达的旋转被传遵到前部的驱动轴，同时驱 动两台泵油的吸入和排出口在二台泵的连接部汇集，前泵和后泵共用吸入口，同时在泵 的尾部串联一个齿轮泵，用来为系统提供先导控制油藏被测泵的液压原理图及构造田分 别如图1 1 2 和l1 3 , 昕：t , p 3 】m 】 a i , a 2 主泵出油口；a 3 齿轮泵出曲o ：b i - 主泵嗳油o ：b 3 齿轮泵吸曲o ：d r - 泄希油口 f i t ，p i 2 - 先导油i o ：a l ，2 , 3 , 4 - 蒯压o ；p s v - 伺服油口 囤1 1 2 被测暮液压厚理田 囤1 1 3 被测泵构造圈 浙江大学硕1 ：学位论文高压轴向柱塞泵性能测试系统研究 1 3 2 被测泵的技术参数 被测泵的主要技术参数如表1 3 所示： 表1 3 被测泵k 3 v 1 1 3 d t 的技术参数 1 3 3 被测泵的控制方式3 孓3 9 i 被测泵的控制方式为负流量控制、总功率控制、变功率控制和最大流量切断控制，因 为前、后泵的构造原理和动作原理是相同的，故以前泵为例，对其动作原理进行说明。 ( 1 ) 负流量控制 负流量控制就是液压泵根据主控制阀传来的负压信号的压力值的大小来对其排量进 行控制。负流量控制是为了减少主控制阀在中位时泵的流量，使泵的流量能够按照司机的 操作，按需求提供，从而改善调速性能，避免无用的能耗。负流量控制包括流量减少和流 量增加两个动作过程，分别如图1 1 4 和图1 1 5 所示。 图1 1 4 流量减小的液压原理图 1 2 额定转速刀n额定匿如p n理论排量圪最大峰值压力控制方式 ( r m i n )( m p a )( m l r ) m 甜( m p a ) 负流量 2 3 6 03 4 31 1 2 + 1 1 2 + 1 53 9 2 交叉总功率控制 浙江大学硕十学位论文高压轴向拄采泵件能测试系统研究 流量减少：当主控制阀处于中位时，通过主阀中间通道回油流量增加，控制压力p i 增加。p i 作用于活塞a 上，克服左端弹簧力的作用，把活塞a 向左侧推动，从而伺服阀 b 阀芯也向左移动，使主泵的出油口与伺服活塞的大端相通。此时，伺服活塞两端的液压 油压力相同，由于作用面积的差异，伺服活塞向左移动，使主泵的斜盘摆角变小，泵的输 出流量减少。伺服活塞左移时带动活塞b 阀套同时左移，关闭伺服活塞大端与泵出油口， 达到平衡。 图i 1 5 流量增加的液压原理图 流量增加：当主控制阀处于工作位时，主泵的输出油液进入执行器中，控制压力p i 为零。活塞a 在左端弹簧力的作用下向右移动，带动伺服阀b 阀杆向右移动，使伺服活 塞大端与泵腔相通，连通低压油。而伺服活塞小端为主泵输出的高压油液，伺服活塞向右 移动，斜盘倾角变大，主泵输出流量增加。伺服活塞右移时带动活塞b 阀套同时右移，关 闭伺服活塞大端与泵腔，达到平衡。 ( 2 )过载保护功能 为了防止发动机过载，当泵的输出压力升高时，其输出流量应相应地减少，此时需要 同时控制两个泵。过载保护功能的调节原理图如图1 1 6 所示。 当发动机在承受负载或油缸到达行程末端的时候，会引起泵输出压力的升高，如果两 个泵的输出压力作用在活塞d 上所产生的力大于活塞b 和d 左端弹簧的力时，活塞b 和 1 3 浙江大学硕 j 学位论文高y k - c t h 向柱雍泵r 丰能测试系统研究 d 向左侧移动，从而泵的压力油与伺服活塞c 的大端连通，此时伺服活塞c 大端和小端 的压力相同，由于作用面积的差异，伺服活塞c 向左侧移动，斜盘倾角变小，泵的输出流 量减少。伺服活塞c 左移时带动活塞b 阀套同时左移，关闭伺服活塞c 大端与泵出油口， 达到平衡。 ( 3 ) 功率设定功能 图1 1 6 过载保护的液压原理图 图1 1 7 功率设定功能的液压原理图 1 4 浙江人学硕 ：学位论文高压轴向柱寒泵性能测试系统研究 可以对该泵的恒功率点进行设定，以便适应不同场合的需要。总功率设定功能的液压 原理图如1 1 7 所示。 在运行过程中选定了某个功率模式时，想对应的电控比例减压阀的输出压力作用在活 塞d 的最外面的台阶上，克服活塞b 和d 的左端弹簧力的作用把活塞d 和b 推向左侧， 从而泵的压力油与伺服活塞c 的大端连通，此时伺服活塞c 大端和小端的压力相同，由 于作用面积的差异，伺服活塞c 向左侧移动，斜盘倾角变小，泵的输出流量减少。伺服活 塞c 左移时带动活塞b 阀套同时左移，关闭伺服活塞c 大端与泵出油口，达到平衡。此 时，在主泵的输出压力不变的情况下，泵的输出流量减少，从而改变了泵的功率。 1 4 课题研究内容及研究意义 1 4 1 课题研究内容 本课题以某中型挖掘机所用的双联轴向柱塞泵为测试对象进行其性能测试系统的设 计与研究。根据轴向柱塞泵测试标准，结合被测泵实际性能参数设计其性能测试系统，对 被测泵进行性能测试，分析研究其试验结果，为被测泵的设计开发提供试验支持和优化依 据。 课题的具体研究内容如下： 1 ) 调研轴向柱塞泵性能测试的相关标准，国内外液压泵性能测试系统的研究现状以 及被试泵的工作原理及技术指标参数。 2 ) 根据测试标准“j b t7 0 4 3 2 0 0 6 液压轴向柱塞泵”的要求，结合被测泵实际技术参 数，进行液压系统的计算说明，并根据该计算说明进行各液压系统模块的液压原 理设计和关键元件选型。继而确定轴向柱塞泵性能测试系统的总体方案，绘制液 压原理图。 3 ) 根据液压原理图、计算说明书和已选用的标准液压元件，结合实际场地情况，进 行轴向柱塞泵性能测试系统总体布局及非标结构件的设计，并对关键元件进行强 度校核。 4 ) 通过对某轴向柱塞泵进行性能测试，分析其试验结果，并与轴向柱塞泵性能测试 标准中规定的数值进行对比，验证该轴向柱塞泵性能测试系统是否具有正确进行 被测泵的性能测试的能力。 1 5 浙江人学硕 j 学位论文高压轴向柱泉泵件能测试系统研究 1 4 2 课题研究意义 近年来，随着国民经济的稳步快速增长以及国内基础设施建设项目的大规模开展，国 内工程机械市场进入高速发展时期。但对比以日本小松、日立、加藤及美国卡特彼勒为代 表的国外工程机械，国内工程机械在竞争中处于劣势，其中最大的差距就在于液压元件方 面。轴向柱塞泵是液压领域中最核心的零部件，也是结构最复杂、对工艺、材料要求较高 的元件之一。由于我国液压工业起步晚、基础差，以及重主机、轻配套的思想导致在液压 元件研发投入上的不足等，国内轴向柱塞泵的技术水平已经远落后于国外，无法提供高性 能的轴向柱塞泵，这已经在很大程度上限制了我国现阶段工程机械的发展。因此，研制高 性能的柱塞泵对于提升国产工程机械的国内外市场竞争力，有很强的促进作用。而轴向柱 塞泵的性能评估则必须通过先进的轴向柱塞泵性能测试系统来完成。这是本课题提出的背 景和工程意义。 1 6 浙江大学硕上学位论文高压轴向柱寨泵件能测试系统研究 第二章液压系统原理设计 【摘要】液压系统是轴向柱塞泵c a t 性能测试系统的基础部分，对液压部分的合理设计是该系统成功 与否的关键。本章首先从该轴向柱塞泵性能测试系统需完成的试验项目以及需具备的技术指标两个方 面对液压系统的功能需求进行了分析，然后针对液压系统中的关键模块进行了详细的理论计算和液压 原理设计。 2 1 技术指标 由第一章中第三节对被测泵的简介可知，被测泵具有交叉总功率控制，当两个泵的功 率之和超过设定的恒功率值时，被测泵进入恒功率功率，输出流量减小，即在最大排量状 态下，两个泵不能同时为大功率输出状态，而必须为一泵为大功率输出状态，另一泵为小 功率输出状态。因此，在测试时需要采用单泵测试的试验方式，并且要保证该性能测试系 统的通用性，故在进行测试系统技术指标的计算时以单泵的技术参数为计算依据。 参照轴向柱塞泵的性能测试标准“j b t7 0 4 3 2 0 0 6 液压轴向柱塞泵”中对各试验项目试 验方法的规定，可以看出超载试验和超速试验是对被测泵的两种极端能力的测试，结合被 测泵的实际技术参数进行额定工况和两种试验下的压力、流量和功率计算如下： 1 ) 系统最高压力、最大流量和装机功率的计算 a ) 额定工况 压力： = 3 4 3 m p a ( 2 1 ) 流量： 输出功率： b ) 超载试验 压力： 流量： g 。：型监：2 3 6 0 x 1 1 2 ：2 6 4 3 2 l m i h a l 11 n 一 疗 = l o = 一= m “ 1 0 0 010 0 0 只：盟堕：3 4 3 x 2 6 4 3 2 1 5 1 1 k w 6 06 0 如= 见1 2 5 = 3 4 3 x 1 2 5 = 4 2 8 7 5 m p a ( 2 2 ) ( 2 3 ) ( 2 4 ) 浙江大学硕十学位论文高压轴向柱察泵性能测