ISO 8426-12025 液压流体功率 容积式泵和马达导出排量的测定 第1部分两步Toet法标准立项发展报告

*液压流体功率容积式泵和马达导出排量的测定第1部分:两步Toet法标准立项发展报告EnglishTitle:StandardizationDevelopmentReport:Hydraulicfluidpower—Determinationofderiveddisplacementofpositivedisplacementpumpsandmotors—Part1:Two-stepToetmethod摘要研究背景：随着全球工业自动化与智能化水平的不断提升，液压传动系统在工程机械、航空航天、船舶制造及精密加工等领域的应用日益广泛。作为液压系统的核心元件，容积式泵和马达的排量精度直接决定了系统的控制精度、能量转换效率及运行稳定性。然而，传统的排量测定方法在低转速、高压差工况下存在显著的泄漏误差，难以满足现代液压系统对高精度测试的需求。在此背景下，国际标准化组织于2025年8月14日正式发布了ISO8426-1:2025标准，旨在通过标准化的测试流程，提升容积式泵和马达导出排量的测定精度与可重复性。主要内容：本报告围绕ISO8426-1:2025标准的立项与发展脉络展开。首先，深入剖析了标准的立项背景与技术动因，明确了“两步Toet法”相较于传统单点测试法的技术优势。其次，详细解读了标准的技术框架，包括测试的基本原理、试验设备的关键参数要求、具体的两步测试步骤（包含零压差与负载工况）、数据处理与计算公式，以及最终结果的不确定度评定方法。报告还重点介绍了标准的主要参与单位及其在液压测试技术领域的长期积累。最后，对标准实施后可能带来的行业影响与技术发展趋势进行了展望。重要结论：ISO8426-1:2025标准的发布标志着液压元件排量测定技术进入了一个新的高精度、高一致性阶段。“两步Toet法”通过分离和补偿内泄漏的影响，有效地校准了导出排量随工作压力变化的非线性特性，显著提高了测量结果与理论值的吻合度。该标准的实施将有助于全球范围内液压泵和马达的性能比对，促进国际贸易与技术交流，并引导企业向更高能效、更低泄漏的液压元件研发方向迈进。预计该标准将在未来几年内被各国广泛采纳，并可能引申出针对不同介质（如水基液压液）的专用测试规范。关键词液压流体动力；容积式泵；容积式马达；导出排量；两步法；Toet法；性能测试；ISO标准KeywordsHydraulicfluidpower;Positivedisplacementpump;Positivedisplacementmotor;Deriveddisplacement;Two-stepmethod;Toetmethod;Performancetesting;ISOstandard正文一、引言在液压传动技术领域，泵和马达是能量转换与传递的核心执行元件。排量作为衡量泵和马达每转理论输出流量（或输入流量）的关键参数，是系统设计、选型及性能评估的基础。准确测定排量，尤其是在动态工作条件下，对于实现液压系统的精确控制、提高能源利用效率以及延长设备使用寿命至关重要。长期以来，业界普遍采用ISO8426:2008标准中的“Toet法”进行排量测定。该方法通过在单一转速下获取一系列压力点的流量数据，并通过数学回归得出排量值。然而，随着液压技术向高压、高转速、低排放方向发展，传统的单点拟合法在面对非线性泄漏特性时，其固有的局限性逐渐显现。例如，在高压工况下，由间隙泄漏、油液压缩性等非线性因素引起的误差增大，导致测量结果偏离元件的真实物理特性。为解决上述问题，经过多年的技术论证与全球范围内的协作研究，国际标准化组织（ISO）于2025年8月正式发布了ISO8426-1:2025《液压流体动力容积式泵和马达导出排量的测定第1部分：两步Toet法》。该标准在继承原有技术思想的基础上，引入了“两步”测试策略，通过更精细化的实验设计，显著提升了导出排量（i.e.,thederiveddisplacement）的测定精度。本报告旨在系统阐述该标准的立项背景、核心技术内容、主要参与单位及其深远意义，为行业内工程师和技术管理者提供一份全面且具深度的技术参考。二、标准立项背景与技术动因1.传统测试方法的局限传统的排量测定标准，如ISO8426:2008，其核心思路是假定在恒定转速下，泵/马达的流量与工作压力呈线性关系。该方法的操作步骤是：在确认转速稳定后，在空载或低压下记录一个参考点，然后逐步增加负载（压力），记录多个压力点下的流量数据。最终，通过将这些数据点拟合成一条直线，并延长至零压差处，得到“导出排量”。这种方法在理论和实践上均存在瑕疵。首先，流体的实际泄漏特性并非严格的线性关系，特别是在高压区域，随着压力升高，元件内部间隙的弹性变形、工作介质的黏温效应以及湍流泄漏的出现，使得流量-压力曲线呈现出显著的非线性。其次，该方法依赖于“内插”或“有限外推”，其精度受数据采集范围、压力点数及曲线拟合算法的影响较大。最后，传统方法无法有效分离理论排量与泄漏量，当元件处于不同磨损程度或油液黏度下时，其测定结果的可比性较差。2.新型工业需求驱动现代液压系统正在向集成化、智能化方向发展。例如，在工程机械中，采用电液伺服泵进行精准控速；在航空航天领域，需要极高可靠性的液压马达用于舵面驱动。这些应用场景对元件的排量精度提出了苛刻要求。误差每减小一个百分点，都能带来系统能效的显著提升和故障率的降低。此外，全球节能减排政策的趋严（如欧盟的能效指令），迫使液压设备制造商必须提供更准确的能效数据。导出排量作为计算效率和输出功率的关键变量，其测定误差直接影响了产品的能效评级。因此，业界迫切需要一种更具鲁棒性、更能反映元件物理本质的测试方法。3.ISO8426-1:2025的技术创新——两步Toet法“两步Toet法”的核心在于，它不是一个简单的单次测试，而是通过在两个特定的、精心选择的测试条件下实施测量，并利用物理模型进行数学推导，从而达到更高的精度。其基本思想是：在一个理想的、无泄漏的测试循环中，泵/马达的理论输出/输入流量与压力无关。但在实际测试中，存在内泄漏。两步法的设计正是为了分离并补偿这一泄漏影响。具体而言，该方法第一步常在极低负载（接近零压差）下进行，用以稳定元件状态并测量其基准性能；第二步则在预设的高负载（通常是某个特定的最大工作压力或额定压力的特定百分比）下进行。这种设计避免了在全压力范围内的复杂线性拟合，而是通过对这两个关键状态点的精确测量，利用流体力学中的层流泄漏模型，精确地解算出元件在零压差下的理论排量（即导出排量）。这一过程在数学上消除了因泄漏非线性引入的系统误差。三、标准技术内容解读1.范围与规范性引用文件本标准（ISO8426-1:2025）规定了使用两步Toet法测定容积式液压泵和马达导出排量的方法。它适用于所有采用油液或具有类似特性的液压流体作为工作介质的容积式泵和马达，但不适用于摆线马达、叶片马达等特殊类型的元件，对于这些元件，可能需要参考本标准的其他部分或未来制定的补充标准。标准中引用了ISO5598《液压流体动力术语》等基础性文件，确保术语定义的高度一致性。2.术语和定义标准明确了几个核心术语：-导出排量（Deriveddisplacement）：通过两步Toet法计算得出的、在零压差和恒定转速下，元件每个工作行程所输出的理论流量。它代表了元件几何排量的近似值，并考虑了油液压缩性和弹性变形的影响。-两步Toet法（Two-stepToetmethod）：一种测定方法，通过在两种不同压力水平（通常包括一个接近零压差的低压点和一个特定高压点）下测量流量，然后基于层流泄漏模型推导出零压差下的排量。-容积效率（Volumetricefficiency）：实际输出（或输入）流量与理论流量的比值，可通过两步Toet法更精确地计算。3.测试原理与设备原理：测试在恒定转速下进行。泵或马达在“第一步”——低负载测试（如0.5MPa左右）下运行，此时泄漏很小，测量得到的流量可近似看作理论排量与总流量的初值。随后进行“第二步”——高负载测试（如额定压力或80%额定压力），测量结果包含了较大的泄漏损失。通过温度与转速监控，确保这两个测试点的热力学状态尽可能一致。利用流体在层流状态下的泄漏流量与压差成正比的特性（泊肃叶定律），建立数学模型，即可精确解算出零压差下的理论排量。设备：-驱动单元：必须具备精确的转速控制能力（±0.2%以内）和稳定的电源。-负载单元：能够精确调节并稳定施加于泵或马达输出/输入口处的压力，压力传感器精度不低于0.1级。-测量仪表：高精度的容积式流量计（质量流量计或科氏力流量计优先），分辨率和稳定性须满足标准要求。必须配备高精度的压力传感器和温度传感器（±0.5°C）。油液温度控制通常要求稳定在设定值的±1°C以内。-数据采集系统：能够同步采集转速、压力、温度和流量信号，采集速率不低于每秒10个样本，并具备适当的滤波功能。4.测试步骤步骤一：准备与校准。检查测试回路，确保无外部泄漏。对传感器进行校准，确保其在有效期内。预热液压系统至规定的工作油温。步骤二：第一步（零压差或极低压差）。将系统压力调整至接近零（或一个极低的参考压力，如0.5MPa）。在稳定转速下，记录稳定后的流量、压力、温度数据，取不少于60秒的稳定段平均值，作为第一步测量数据点（P1，Q1）。步骤三：第二步（加载）。在不停止旋转的条件下，逐步增加系统压力至预设的测试压力（P2）。等待系统稳定后（压力波动小于±0.5%，温度波动在±0.5°C内），重复步骤二的数据采集，记录第二步测量数据点（P2,Q2）。步骤四：计算。利用公式进行计算：$D=\frac{Q_1-(P_1/P_2)\timesQ_2}{n\times(1-P_1/P_2)}$其中，D为导出排量，Q为流量，P为压力（表压或绝对压需统一），n为转速。该公式基于层流泄漏假设，有效分离了理论流量和泄漏流量。如果测试点和设备条件允许，也可以采用带有泄露指数修正的更复杂的公式。步骤五：重复性与不确定度评定。标准要求至少重复测试三次，取平均值作为最终结果，并计算标准差，评估测量重复性。最终报告应包含测量不确定度评定结果，这是现代标准化的重要特征。5.数据记录与报告报告应包含完整的设备信息、传感器校准证书、测试环境条件（油温、黏度）、原始数据（至少包含两个关键步的数据）、计算结果、重复性及不确定度分析。标准要求对不符合项进行详细记录，并为非标准测试（如使用乳化液等特殊介质）提供了指导性附录。四、主要参与企事业单位及标委会介绍主要参与单位：博世力士乐股份有限公司（BoschRexrothAG）博世力士乐是全球领先的传动与控制技术供应商，总部位于德国洛尔。作为国际标准化组织流体动力系统技术委员会（ISO/TC131）的核心成员，博世力士乐在液压元件精准测试领域拥有数十年的深厚积淀。该公司拥有世界顶尖的液压元件测试实验室，其内部标准长期以来被视为行业事实标准。在本标准的制定过程中，博世力士乐发挥了至关重要的技术引领作用。该公司早在上世纪90年代便开始研究并应用“两步法”进行排量测定，用以解决其在高端伺服泵和重型马达产品验证中的精度瓶颈。公司旗下位于斯图加特的应用技术中心投入了大量研发资源，对不同类型的泵和马达（如柱塞泵、齿轮泵、定量马达等）进行了数以万计的压力-流量测试，积累了海量实验数据，为两步法数学模型的建立与验证提供了坚实的实验基础。具体贡献包括：提出了“两步”测试点的最优选择原则（即根据元件名义压力选择第二测试点），显著降低了对测试回路的压力控制精度要求；开发了相应的数据分析软件，将复杂的非线性模型转化为适用于企业实验室的易用工具；并与德国标准化协会（DIN）积极配合，推动了该技术从企业标准向国家标准的过渡，最终促成了ISO层面的立项与发布。该公司还积极参与了ISO/TC131/SC8（泵和马达分委员会）的标准化工作，为本标准的起草提供了十余名资深工程师和技术专家。他们的工作不仅在于制定代数公式，更在于确保了标准的实用性和可操作性，使其能够适应全球不同规模制造商的测试条件。博世力士乐承诺，将率先在其全球所有生产基地和新产品研发中全面实施ISO8426-1:2025标准，以作为其产品质量承诺的一部分。五、结论与展望结论：ISO8426-1:2025《液压流体功率容积式泵和马达导出排量的测定第1部分：两步Toet法》的发布，是液压元件性能测试领域一次具有里程碑意义的重大技术革新。它成功克服了传统单点拟合方法在面对非线性泄漏效应时的固有缺陷，通过更科学、更具鲁棒性的“两步”测试策略，显著提升了导出排量的测定精度和可重复性。这为全球范围内的液压元件性能比对、产品质量控制、系统设计优化以及能效评估提供了统一、可靠的技术基准。标准的实施将有力推动整个行业向更高水平的精密化、