王起新，侯小華，肖 浪，黃志堅(jiān)

（1.廣州市新歐機(jī)械有限公司，廣東 廣州 510730；2.廣東工業(yè)大學(xué)，廣東 廣州 510006）

0 引言

隨著工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，液壓傳動(dòng)和控制裝置的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，對(duì)液壓元件、組件和系統(tǒng)的品種及性能所提出的要求也越來越高，因此，對(duì)原有產(chǎn)品進(jìn)行分析和改進(jìn)以及開展液壓傳動(dòng)及控制領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究、設(shè)計(jì)和研制合乎要求的產(chǎn)品，以滿足各種用途的需要，自然就成為液壓科技人員的重要任務(wù)[1]。在從事上面所敘述的工作中，液壓測(cè)試是一項(xiàng)必要而且重要的工作。

1 測(cè)試系統(tǒng)技術(shù)方案設(shè)計(jì)

液壓試驗(yàn)的主要作用是檢驗(yàn)被測(cè)試元件或者系統(tǒng)在國(guó)家測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定輸入下的輸出特性是否滿足國(guó)家測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。本系統(tǒng)是為全面了解變量柱塞泵、馬達(dá)靜態(tài)特性、工作性能而設(shè)計(jì)的試驗(yàn)系統(tǒng)，其屬于出廠試驗(yàn)，根據(jù)液壓泵、馬達(dá)試驗(yàn)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，測(cè)試要求和工程要求，本文確定的被試液壓泵、馬達(dá)性能測(cè)試系統(tǒng)方案總框圖如圖1所示。

圖1 液壓變量柱塞泵、馬達(dá)性能測(cè)試系統(tǒng)方案總框圖

液壓泵、馬達(dá)性能測(cè)試系統(tǒng)主要由兩大部分組成：液壓試驗(yàn)系統(tǒng)和測(cè)控系統(tǒng)。液壓試驗(yàn)系統(tǒng)的動(dòng)力源，是由變頻器和變頻電動(dòng)機(jī)構(gòu)成，可以實(shí)現(xiàn)變頻器變頻調(diào)速；測(cè)試系統(tǒng)的測(cè)試回路采用開、閉式回路共存的形式，可以根據(jù)不同的需求，運(yùn)用閥動(dòng)作、聯(lián)管的變化進(jìn)行切換。加載回路是通過插裝式比例溢流閥來實(shí)現(xiàn)。測(cè)控系統(tǒng)是由上位機(jī)和PLC兩部分構(gòu)成。

2 功率回收式測(cè)試系統(tǒng)液壓系統(tǒng)的原理與組成

功率回收式試驗(yàn)系統(tǒng)如圖2所示。它包括被試液壓馬達(dá)2(或加載液壓馬達(dá))和加載液壓泵3(或被試液壓泵)，二者同軸相聯(lián)，轉(zhuǎn)速相同。變量泵1與被試液壓馬達(dá)2并聯(lián)，使被試液壓馬達(dá)2的進(jìn)口和加載液壓泵3的出口建立起試驗(yàn)壓力P2。在測(cè)試過程中，隨著溢流閥4的調(diào)定，試驗(yàn)系統(tǒng)的工作壓力P2（即液壓馬達(dá)進(jìn)油壓力）將隨之升高。被試液壓馬達(dá)2（或加載液壓馬達(dá)）輸出轉(zhuǎn)矩反饋帶動(dòng)加載液壓泵3（或被試液壓泵）。而加載液壓泵3（或被試液壓泵）又通過輸出壓力油反饋給被試液壓馬達(dá)2（或加載液壓馬達(dá)），使它轉(zhuǎn)動(dòng)，直至系統(tǒng)壓力P2達(dá)到設(shè)定值，運(yùn)行才進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)。顯然，這是一個(gè)液壓泵和液壓馬達(dá)互為負(fù)載和相互反饋的閉合回路。這種系統(tǒng)特別適用于大功率液壓馬達(dá)及液壓泵的性能試驗(yàn)和做成對(duì)試驗(yàn)。

圖2 功率回收式液壓測(cè)試系統(tǒng)液壓系統(tǒng)

3 測(cè)試系統(tǒng)液壓系統(tǒng)建模及仿真

在分析了在液壓馬達(dá)測(cè)試過程中，被試液壓馬達(dá)和加載液壓泵，二者同軸相聯(lián)，轉(zhuǎn)速相同，可以通過液壓系統(tǒng)管路的切換實(shí)現(xiàn)液壓能的回收。加載泵的高壓出口可以直接與調(diào)壓模塊相聯(lián)，也可以切換到主泵的高壓口為整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)提供液壓能。顯然，這是一個(gè)液壓泵和液壓馬達(dá)互為負(fù)載和相互反饋的閉合回路。這種系統(tǒng)特別適用于大功率液壓馬達(dá)及液壓泵的性能試驗(yàn)和做成對(duì)試驗(yàn)。濾除次要因素，簡(jiǎn)化液壓系統(tǒng)為僅由主泵、補(bǔ)油泵、換向模塊和加載模塊組成的回路，簡(jiǎn)化后的測(cè)試系統(tǒng)液壓原理如圖3所示。

圖3 簡(jiǎn)化后的液壓原理圖

基于簡(jiǎn)化后的液壓系統(tǒng)原理圖3，在AMESim建模環(huán)境下，使用標(biāo)準(zhǔn)的Hydraulic library（液壓庫）里的標(biāo)準(zhǔn)液壓元件、控制信號(hào)庫里的信號(hào)元件和利用液壓元件設(shè)計(jì)（HCD）庫建立的三位四通、二位四通電磁換向閥建立液壓系統(tǒng)模型如圖4所示。

液壓測(cè)試系統(tǒng)系統(tǒng)簡(jiǎn)化模型如圖4所示，當(dāng)被測(cè)試馬達(dá)安裝完畢后，便可以進(jìn)行調(diào)試了。功率回收與否的切換換向閥2不得電，處于常位，默認(rèn)為不進(jìn)行功率回收模式；馬達(dá)旋轉(zhuǎn)換向閥1根據(jù)測(cè)試的需要，選定一個(gè)方向得電，確定被試馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)方向；啟動(dòng)主電機(jī)帶動(dòng)主泵1一起轉(zhuǎn)動(dòng)，適當(dāng)調(diào)節(jié)主溢流閥1，被試馬達(dá)便會(huì)在高壓液壓油的驅(qū)動(dòng)下旋轉(zhuǎn)起來。適當(dāng)調(diào)節(jié)主電機(jī)的轉(zhuǎn)速，主泵1的排量、馬達(dá)加載溢流閥2的電流值，可以完成按照GB（國(guó)標(biāo)）規(guī)定的測(cè)試轉(zhuǎn)速、壓力進(jìn)行液壓馬達(dá)試驗(yàn)。

圖4 液壓馬達(dá)測(cè)試系統(tǒng)的AMESim仿真模型

4 功率回收模式切換的仿真

根據(jù)參數(shù)設(shè)定，在測(cè)試馬達(dá)過程中，可以通過給定功率回收與否的切換換向閥2電信號(hào)，完成馬達(dá)測(cè)試模式的切換。整個(gè)馬達(dá)測(cè)試過程設(shè)定時(shí)間為120 s，前40 s給功率回收與否的切換換向閥2負(fù)信號(hào)，右位接通，由馬達(dá)加載溢流閥2對(duì)被試驗(yàn)馬達(dá)進(jìn)行加載；后80 s給功率回收與否的切換換向閥2正信號(hào)，左位接通，由馬主溢流閥1對(duì)被試驗(yàn)馬達(dá)進(jìn)行加載。

在功率回收與否的切換換向閥2獲得不同的電信號(hào)，整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)將在功率回收與非功率回收模式下切換。在模式切換前后，被測(cè)試馬達(dá)、加載泵、主泵輸出特性都有了不同程度的改變，如圖5～7所示。補(bǔ)油泵的輸出特性不隨測(cè)試模式的改變而變化，其輸出特性如圖8示。

由上述圖可以看出，在功率回收與否的切換換向閥2獲得不同的電信號(hào)，整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)將在功率回收與非功率回收模式下切換。在模式切換前，即實(shí)時(shí)測(cè)試時(shí)間為30 s時(shí)刻；模式切換后，即實(shí)時(shí)測(cè)試時(shí)間為110 s時(shí)刻。作為能量轉(zhuǎn)換的元件之一，被測(cè)試馬達(dá)的輸出壓力、流量都有了明顯的增加；而動(dòng)力提供部分的主泵、補(bǔ)油泵的輸出特性基本上沒有很大的改變。這樣就很容易定性地分析，測(cè)試過程中的液壓能被回收了。

圖5 功率回收模式切換過程中，被試馬達(dá)輸出特性曲線

圖6 功率回收模式切換過程中，主泵輸出特性曲線

圖7 功率回收模式切換過程中，加載泵輸出特性曲線

5 結(jié)論

液壓泵和液壓馬達(dá)的功率回收式試驗(yàn)方法較非功率回收式試驗(yàn)方法相比，明顯具有節(jié)能、裝機(jī)容量小和冷卻系統(tǒng)配置低的優(yōu)點(diǎn)，特別適用于大功率的液壓馬達(dá)及液壓泵性能試驗(yàn)。本文給出這種試驗(yàn)系統(tǒng)的試驗(yàn)壓力和功率回收，經(jīng)過實(shí)際工程項(xiàng)目驗(yàn)證，此試驗(yàn)方法可行。

圖8 功率回收模式切換過程中，補(bǔ)油泵輸出特性曲線

［1］劉克樹，劉平，陶永生.振動(dòng)壓路機(jī)液壓系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)研究［A］.全國(guó)振動(dòng)與波的利用學(xué)術(shù)會(huì)議［C］.溫州：中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)、中國(guó)振動(dòng)工程學(xué)會(huì)，2000，140-142.

［2］侯小華.挖掘機(jī)液壓泵-馬達(dá)測(cè)試系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)開發(fā)與研究［D］.廣州：廣東工業(yè)大學(xué)，2012.