轴向柱塞泵的压力与流量性能测试.pdf

2 0 1 5年 1 月 第 4 3卷 第 2期 机床与液压 MACHI NE T OOL HYDRAULI CS J a n 2 01 5 Vo 1 4 3 No 2 D OI 1 0 3 9 6 9 j is s n 1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 5 0 2 0 5 4 叶片泵 轴向柱塞泵的压力与流量性能测试 张 志森 四川文理 学院物理与机 电工程 学院 四川达州 6 3 5 0 0 0 摘要 对液压实验平台液压泵站上的叶片泵 轴向柱塞泵进行压力一 流量测试实验 建立液压泵的流量 容积效率及总 效率方程 采集液压泵在不同出口压力下通过其节流阀的流量大小 并应用 MA T L A B软件绘制出压力一 流量特性 曲线 对 比分析两种液压泵在实验测试过程中 其压力一 流量特性变化情况 关键词 液压实验平台 轴向柱塞泵 叶片泵 性能测试 中图分类号 T H1 3 7 5 1 文献标志码 B 文章编号 1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 5 2 1 6 6 2 Pr e s s ur e f l o w Te s t Ex pe r ime nt o f Va ne Pump a nd Ax ia l Pis t o n Pump Z HANG Z his e n D e p a r t m e n t o f P h y s i cs a n d E n g in e e r i n g S ich u a n U n i v e r s it y o f A r t s a n d S cie n ce D a z h o u S ich u a n 6 3 5 0 0 0 C h in a Ab s t r a ct P r e s s u r e fl o w t e s t e x p e ri me n t s f o r v a n e p u mp a n d a x ia l p is t o n p u mp o n t h e h y d r a u l ic e x p e ri me n t p l a t f o r m we r e ma d e T h e e q u a t io n s for fl o w r a t e v o l u me t ri c e ffi cie n cy a n d o v e r a l l e ffi cie n cy o f h y d r a u l ic p u mp we r e b u il t T h e fl o w r a t e d a t a o f t h e t h r o t t l e v a l v e wh e n h y d r a u l ic pu mp in d if f e r e n t o u t l e t pr e s s u r e we r e co l l e ct e d t he p r e s s u r e flo w cha r a ct e r is t ic cu e s we r e dr a wn by u s in g MAT L AB s o f t wa r e a n d co n t r a s t i v e a n a l y s i s t o p r e s s u r e fl o w ch a r a ct e ri s t ic o f t wo k in d s o f p u mp w a s ma d e Ke ywo r ds Hy d r a u l ic e x p e ri me nt p l a tfo r m Va n e pu mp Axia l pis t o n pu mp Pe r f o rm a n ce t e s t 在液压传动系统中 液压泵是液压系统中将机械 能转变成压力能的装置 它是液压传动的 心脏 其作用 是为液 压系统 提供 足够的压力油 其性能直接 影响整个液压系统甚至整个设备的工作质量 由 于液压 泵在液 压系统 中的重要性 根据液压实验平 台 液压泵 站上的叶片泵 轴 向柱塞 泵 的相 关参数 测试 两种 液压泵的压力 一 流量 的变 化情况并 获得液 压泵 的 压力一 流量的变化数据及 数据 曲线 对 于 了解 液压泵 出口压力与流量的变化情况非常重要 1 液压 泵 站的 结构及 工作 原理 该液压实验平台专 门用于对 自行搭 建的液压 系统 进行分析优化及对液压阀的性能进行测试 分析 液压 实验平 台中的液压泵 站 主要 由驱 动 电机 叶片泵 轴 向柱塞泵 溢流阀 节流阀 流量 压力传感器 过 滤器等相关元器件组成 其构成如图 1 所示 图 1 液压泵站实物图 在实际测试中 液压泵的压力一 流量数据测试 的 工作原理 图如 图 2 所示 图 2 液压泵测试 的油路 图 测试工作原理 当按下液压泵 的启动 电源 时 液 压泵开始工作 在整个 液压泵测试 过程 中 无外接负 载 液压泵出口压力通过手动调节溢流阀的弹簧预压 缩量调节 改变阀 口开启压力 从 而达到调节泵 出 口 压力 的目的 压力表与流量表分别 测量液压泵的出 口 压力与液压油经过节流 阀流 回油箱时的流量 2 液压泵的性能参数 液压泵输 出压力是 由负载决定 的 系统压力 用压 力 阀调整 液压泵输 出压力过剩 一是系统控制 元件 必需的 如调速阀 分流集流阀 压力继电器等可靠 稳定工作必需的压差 二是控制系统 如节流调速系 统流量 过剩引 发的压力过剩 大多数定量泵系统输 出 流量是过剩的 即使使用手动变量泵 也会存在流量 过剩 因此 有必要对液压泵 的主要性能参数进行 数学分 析 收稿 日期 2 0 1 3 1 2 1 7 作者简介 张志森 1 9 6 9 一 男 工学博士 副教授 主要研究方向为机械电子工程技术 E ma i l t h r y w o o d 1 6 3 co n 第 2期 张志森 叶片泵 轴向柱塞泵的压力与流量性能测试 1 6 7 液压泵 的主要性能 参数 J 1 实际流量 q q q 一A q n V A q 1 式中 q 为理论流量 L ra in n为泵的转速 r w i n 为泵的排量 L r A q 为泄漏流量 L m i n 2 容积效率 液压泵 的实 际流 量 g与理论 流 量 q 的 比值 称 为 液压泵的容积效率 可表示为 叩 v q q q 一q q 2 3 输出功率 P与输入功率 P P P q P Tt o 4 总效 率 液压泵 的输 出功率 P与输入 功率 P 之 比为 总效 率 即 7 1 叩 3 叩 v m 3 式 中 P为液压泵的 出口压力 M P a T为输入液压 泵 的转矩 N m 为 角速 度 r m i n 叩 为 机 械 效率 从 式 1 一 3 可以获 得泵 的实 际 流量 容 积效率和总效率 液压泵的实际流量大小主要是受泄 漏 量的影响 泄漏量 的大小对液压泵在液压 系统 中的 容积效率及总效率都产生很大影响 3压力一 流量性能测试 采集及测试的叶片 轴向柱塞泵的主要参数 如表 1 所示 表 1 泵 的参 数 在数据采集过程中 按一定的规律改变液压泵的 出 口压力 每改变液压泵 的出 口压力 一次 记录流量 的变化数值 直 到液压泵 的出 口压力及 流量 达到最大 时停止 实验数据如表 2 所示 表 2 压力一 流 量数 据 由于 MA T L A B语言提供了强大的图形绘制功能 图 3 叶片泵压 力一 图 4 轴向柱塞泵压 流量 曲线 力一 流量 蓝线 可以看到 流量随着压力变化的总趋势是 当液 压 泵的出 口压力增加时 流量随之增 大 当出 口压力 达到一定值时 其流量基本保持不变 液压泵刚开始工作时 由于调定的 出口压力 比较 低 这时泵进 出口压力差 比 较小 效率较高 随着泵出 口压力 的升高 曲线在 0 4 MP a时出现 了拐点 这是 由 于随着 泵 出 口压 力 的升 高 其 内泄漏量加大及油路 的能 耗加大 影响了液压泵在实 际工作中的效率 对比叶片 泵与轴 向柱塞泵在相 同的压 力下 其流量 的变化情况 如 图 5所示 图 5 两种泵压力一 流 量曲线对 比 可 以看 到 在相 同的压力下 叶片泵 的实际输 出 流量 比轴 向柱塞泵 的要少 这主要是 由于在相 同的转 速下 轴向柱塞泵的排量 比叶片泵要大 所以其流量 也大 在液压泵 的实 际工 作 中 要 考虑 叶片 泵 轴 向 柱塞泵 的压力有效 利用率 当液压泵能满足不 同工作 压力要求 时 应尽量选择 功率较小 的液压泵 提高液 压泵的利用效率及减小能量损耗 一般情况下 在低 压小流量时 选用叶片泵作为动力元件提供所须的压 力和流量 而在 高压 大 流量 时 尽 量选 用 轴 向柱 塞 泵 4结论 液压泵作 为动力元件 在液压 系统 中是极其重要 的 在教学及科研实验中 搭建的液压实验系统对液 压泵的要求各不相同 因此有必要对各类液压泵的压 力 一 流量特性进行测 试与分 析 实验 过程 中要 注意 以 下方 面的内容 1 在调 节液 压泵 的 出 口压 力与 到油路 中流量 时 所选用的溢流阀 节流阀的性能要在使用前进行 测试 这有利 于准确地调定 液压泵 的出 口压力及液压 油进人工作回路的流量 下转第 8 5页 第 2期 左智飞 等 基于 L a b V I E W的双液压缸同步控制系统的开发 8 5 直接利用 L a b V I E W 提供 的 N I D A Q m x函数 编写 相应 的采集和控制程序 采集程序负责采集液压系统中两 个液压缸的位移和两个回路的流量 控制程序是结合 增量式 P I D算法得到控制量 并通过控制卡输出对 应的控制信号 比例流量阀根据相应的信号改变系统 流量大小 从 而实时智能柔性地去改变从液压缸 的位 移 其中增量式 P I D算法如图4所示 图 4 P I D算法程序 4 测试结果分析 该测控 系统测 得两个液压缸 的位移 曲线如 图 5所 示 可 以看 出 液压 缸 的行 程 为 6 5 0 m m 两 个液 压 缸的最大位移差不超过 5 m m 从油缸能够实时快速 地跟踪 主油 缸 响应 速度 快 同步效果 非常明显 其 次 由于采 用 的是 控制 卡 加 比例 阀 的方案 控 制 液压 缸 的位移 其同步精度跟控 童 制卡和比例阀的精度密切 相关 该实验采用分辨率 1 2位 的控 制卡 和普 通 的 A T O S比例 流 量 阀也 达 到 了比 较 理 想 的 同步 效 果 如需更高精度 可选取分 0 5 1 0 1 5 2O 时 间 s 图 5 双液压缸 同步实 时运行位移 曲线 辨率和精度更高 的相关产 品 5结束语 基 于 L a b V I E W 的双液 压缸 同步 控制 系统 能够 达 到高精度 的同步效果 受 负载 泄漏 摩擦 等因素影 响 能快速跟踪调整 响应速度快 柔性好 能够很 好地满足工业上双液压缸同步的需求 并能应用于多 液压缸 同步 系统 而且测控界面 良好 测试数 据和曲 线能够完整实时显示与保存 可以很好地运用于工业 实践 中 参考文献 1 李笑 液压与气压传动 M 北京 国防工业 出版社 2 o0 7 2 苏东海 韩国惠 于江华 等 液压同步控制系统及其应 用 J 沈阳工业大学学报 2 0 0 5 2 7 4 3 6 4 3 6 7 3 郭晓松 祁帅 占金春 等 基于同等方式控制的双缸同步 液压系统仿真 J 机床与液压 2 0 0 9 3 7 3 1 4 9 1 5 1 4 李江全 L a b V I E W 虚拟仪器数据采集与串口通信测控应 用实践 M 北京 人民邮电出版社 2 0 1 0 5 陈树学 刘萱 L a b V I E W 宝典 M 北京 电子工业 出版 社 2 0 1 1 6 金志强 包启亮 一种基于 L a b V I E W 的P I D控制设计的 方法 J 微计算机信息 2 0 0 5 5 5 6 7 N I C o r p o r a t i 0 n P I D T h e o r y E x p l a in e d M U S A N I C o r p o r a t io n 2 0 06 上接 第 1 4 0页 参考文献 1 王立本 刘亚玲 和田玉 玛纳斯碧玉和岫岩老玉 透闪 石玉 的 x射线粉晶衍射特征 J 岩石矿物学杂 志 2 0 0 2 2 1 9 6 2 6 4 2 陈克樵 陈振宇 和田玉的物质组分和物理性质研究 J 岩石矿物学杂志 2 0 0 2 S 1 3 4 4 0 3 陈文革 魏劲 松 超声 无损 检测 的应 用研究 与进 展 J 无损检测 2 0 0 1 2 5 4 l 3 4 陈积懋 超声检测新技术 M 北京 科学出版社 1 9 9 1 4 3 8 4 6 3 5 蒋伟平 超声波探伤仪及数字化超声波探伤仪 J 无损 检测 1 9 9 7 1 9 2 5 5 5 9 6 郭建中 林书玉 高伟 超声换能器电感电容匹配电路的 改进 J 压电与声光 2 0 0 5 2 7 3 2 5 7 2 5 9 7 赵继文 何玉彬 传感器与应用电路设计 M 北京 科 学出版社 2 0 0 2 7 8 0 8 1 0 8 曾禹村 信号与系统 M 北京 北京理工大学出版社 1 9 92 上接第 1 6 7页 2 确定 实 验方 案 在液 压 泵站 中选 用并 搭建 所需 油路时 应尽量减少 油路 中 的泄 漏及 能量损 耗 选择液压泵时 其额定功率要合适 太大影响泵的有 效利用率 太小则不能满足工作需要 参考文献