大扭矩_低差速液压差速器测试平台设计及应用的设计.docx

大扭矩、低差速液压差速器测试平台设计及应用的设计周成蹊，钱健航，孙祥建，钱青，李琛( 上海市离心机械研究所有限公司，上海 200231)摘要: 在液压差速器投入运行前，判断其低速稳定性是否合格，对提高离心机的可靠性至关重要。开发一个大扭矩、 低差速液压差速器测试平台，采用自动化仪表监控差速器承载扭矩、回油量、转速等数据，与理论值对比后可判定其运行 是否符合要求，为差速器的质量提供可靠保证。关键词: 液压差速器; 测试平台; 扭矩; 回油量; 转速中图分类号: tu1318文献标识码: b文章编号: 1001 3881 (2011) 14 062 3design on test platform for hydraulic diff with high torque and low differential speedzhou chengxi，qian jianhang，sun xiangjian，qian qing，li chen( shanghai centrifuge institute co ，ltd ，shanghai 200231，china)abstract: before the fluid diff throws in circulation，the stability of its low speed is important to reliability of the centrifuge the test platform of the fluid diff with high torque and low differential was developed，and the diffs torsion moment，discharge of oil at exit， and data of rpm were supervised and controlled by automated instruments with test values contrasting with theory ones，its movement could be judged whether met the request it provides dependable guarantee for diff s qualitykeywords: fluid diff; test platform; torque; discharge of oil;speed根据公司统计资料显示，液压驱动离心机在某公司出厂机械中的比重逐年增加，从 2003 年 至 2005 年，增长率保持在每年 15% 左右。提高液压驱动离 心机运行的可靠性，不仅能有效降低维修成本，而且 为客户生产效率的提高提供了可靠保证。由于该公司 所使用的液压差速器具有大扭矩、低差速的特点，即 便协作单位按要求生产，也无有效的测试工具对该两 项指 标 进 行 准 确 测 试。 按 照 机 械 行 业 标 准 jb-/ t8728-1998 低速大扭矩液压马达 规定: 径向钢球 马达公称排量 1. 25 2. 80 l / r，最低转速5 r / min， 容积率91% 。而该公司的液压差速器运行工况比较 差，常常需要在 5 r / min 情况下运转。按 jb-/ t 8728-1998 型式试验项目和方法的规定，低速性能试验只 做型式试验，不做出厂试验。因此，液压差速器制造 厂往往只测量空载排量和额定转速下的有关参数，不 能反映低速性能。他们认为合格的产品，该公司可能 不能使用。为解决该问题，该公司于 2005 年底开始 对大扭矩、低差速液压差速器的测试平台进行研发， 耗时 2 年，搭建出该测试平台1。图 1该差速器特点:液压差速器结构图( 1) 运动副惯量小，钢球结实可靠，故该型液压差速器可以在较高转速和冲击负载下连续工作。( 2)摩擦副少，配油轴与转子内力平衡，球塞1大扭矩、低转速液压差速器的性能特点如图 1 所示为该公司使用的液压差速器结构图，副通过自润滑复合材料制成的球垫传力，并具有静压平衡和良好润滑条件，采用可自动补偿磨损的软性塑 料活塞环密封高压油，因而具有较高的机械和容积效 率，能在很低的转速下稳定运转，起动力矩较大。其连接于离心机与液压泵之间，将液压泵输送来的高压油的推力转化为供离心机推料用旋转力。收稿日期: 2010 06 21作者简介: 周成蹊 ( 1983) ，本科，工程师。e mail: chengxi_ zhou hotmail. com。63第 14 期周成蹊 等: 大扭矩、低差速液压差速器测试平台设计及应用的设计( 3) 因其结构的特殊性，该型液压差速器所需回油背压较低，一般为 0. 3 0. 8 mpa，转速 越 高，背压应越大。油流量和工作压力，可以有效调整负载大小。依靠如图 3 所示的扭矩传感器、压力传感器、流量计等对数 据的采集，与电脑内预期存储的理论被测液压差速器 参数进行对比，可判断被测液压差速器性能是否达 标。2. 1 负载单元负载单元技术指标为负载装置的转速范围为 5 16 r / min; 负载范围为 0 20 000 nm; 液压差速器 工作压力为 0 25 mpa。该负载装置工作转速和调节扭矩范围都比较大， 考虑其经济性和可调节性，作者仍旧采用液压马达作 为负载装置。为了解决负载液压马达低速性能不够稳 定、从而影响测试数据可靠性的问题，通过提高该马 达的输出转速，使其工作转速区域上移，从而避开低 速区域并达到稳定。同时在液压马达后部串联减速装 置，使负载液压马达转速与被测液压差速器的转速匹 配。据此设计后，在实际使用中，该负载装置的各项 指标和性能均满足测试要求。( 4)因配油轴与定子刚性连接，故该型液压差速器进出油管允许用钢管连接，有二级和三级变排量，因而具有较大的调速范围。( 5)结构简单，拆修方便，对清洁度无特殊要求，油的过滤精度可按配套油泵的要求选定。大 扭 矩、 低 转 速 液压差速器 柱 塞 结 构 如图 2 所 示， 高 压 油 通过中间配 油 盘 通 入 柱塞 底 部， 推 动 一 组 柱塞， 柱 塞 沿 径 向 曲 线下 滑， 当 至 曲 线 底 部时， 高 压 油 做 功 完图 2 液压差速器柱塞图毕，腔内 液 压 油 变 为低压油，其后另一组柱塞在高压油推动下也沿该曲线下滑，推动其沿曲线上移，通过配油盘将低压油压回 液压站中。2. 2控制单元控制单元主要由速度传感器、扭矩传感器、流量大扭矩、低差速液压差速器的测试平台原理液压差速器测试平台主要是由被测液压差速器、 被动液压马达 ( 摆缸式低压大扭矩径向柱塞液压马 达) 、扭矩传感器、减速器、液压泵站和控制台等部 件组成。如图 3 所示。2计、数据采集器、上位机、下位机组成。在满足测试要求和获取准确数据的前提下，通过 电子技术有效全面采集所获参数，利用下位机对各测 试数据进行记录，通过以太网，连接数据采集器，结 合用组态王编写的软件，使数据在上位机 ( 计算机) 上实时显示。控制单元的应用，使液压差速器测试平 台操作系统可以进行数字化操作和全程监控，使测试 过程更直观、准确。同时将所有测试产品相关测试数 据归类、编号，保存于电脑系统数据库中，并获得实 时存储分析所得出的测试结果。在控制单元中，信号能否被准确收集，直接影响 被测液压差速器的性能。由于所测转速较低，采用常规测试方法时存在测 量值跳动、失真等问题，为解决该问题，作者采用了 一种防止转速测量值跳动的装置及方法 ( 专利申请 号 2008 1 0201209. 9) ，有效解决了该问题。为准确记录进油流量数据，在考虑经济性的前提 下，采用通过测试低压回油流量和泄漏油流量间接获 取数据的方法。图 3 液压差速器测试平台结构图该测试平台系统分为: 负载单元、控制单元、被 测单元。基本流程为:电气控制打开被测液压差速器被测液压差速器带动减速器低速旋转减速器经过齿轮调节转换输出高速旋转 转轴带动被动液压马达旋 转。其操作原理为: 被测液压差速器经过减速器带动 被动液压马达; 此时，被动液压马达对被测液压差速器产生负载扭矩; 通过手动调节被动液压马达进、出2. 3被测单元被测单元主要由被测液压马达、固定支架、减速机、驱动液压站组成。为使液压差速器测试平台具有更高的通用性，根 据所需液压差速器不同型号规格尺寸，在固定支架上64机床与液压第 39 卷配备不同的过渡连接元件，从而在节省成本的同时，使操作人员在更换被测液压差速器时的劳动强度大大 降低。2. 4实验装置的使用该实验平台如图 4，电器控制箱如图 5 所示。对 该平台进行参数调节，通过采用负载加载方式，定格 于各测试点上，通过测试反馈将被测液压差速器各个 指标性能与理论值对比，确定是否为合格可用产品。图 5 电器控制箱以一台 32-1. 6 液压马达为例，数据见图 6，通过 调节测试平台的泵加载压力，对频率在 25 45 hz 的 被测液压差速器的性能数据进行采集、对比，将数据 反馈于上位机中逐行记录，从而测定出实际值与理论 值之差，进而可十分直观地判断该被测液压差速器是 否符合出厂要求。图 4 实验平台图 6测试数据现，机械报修率降低明显;3结论该装置的设计，充分考虑了离心机液压差速器所( 2)在该环节的维修成本显著降低。需达到的性能。应用该装置，在源头上很好地解决了泄漏以及无动作等问题。经过实际使用，近年保修统 计如表 1 所示。表 1 20062009 年保修统计表公司在该项目的口碑明显提高，定单呈上升趋势。参考文献:【1】全国液压气动标准化委员会 jb-/ t 8728-1998 低速大 扭矩液压马达s 北京: 中国标准出版社，1999【2】姬奎生，李长顺 机械设计手册m 北京: 化学工业出 版社，2002【3】张利平 液压站设计与使用m 北京: 海洋出版社，2004【4】周恩涛，徐