張鑫，任現(xiàn)立，趙龍，任來紅

(1.山東科技大學機械電子工程學院，山東青島266590;2.山東煤機裝備集團有限公司，山東泰安 271000)

0 前言

液壓泵、液壓馬達作為液壓系統(tǒng)的動力元件和執(zhí)行元件，其性能的優(yōu)劣直接影響著整個液壓系統(tǒng)的性能［1］。所以，必須對已修復的泵、馬達進行性能測試才能裝機正式使用。兗礦集團機電設備制造廠以前有一臺泵、馬達試驗臺，但是操作繁瑣、測試精度低，大部分測試數(shù)據(jù)需人工讀取和記錄，而且許多重要的性能參數(shù)無法達到測試要求。因此，某大學與某制造廠聯(lián)合研制了一套泵、馬達綜合試驗臺，不僅可以滿足測試泵和馬達的各項性能指標要求，而且實現(xiàn)了測試數(shù)據(jù)的計算機自動采集與處理，這對提高泵、馬達的檢修質量，保證煤礦高產高效具有非常重要的意義［2］。

1 泵、馬達綜合試驗臺的組成和試驗方案的設計

1.1 泵、馬達綜合試驗臺的組成

液壓泵、液壓馬達綜合試驗臺根據(jù)國家標準規(guī)定進行設計，可完成對采煤機和掘進機的各種泵、馬達的排量驗證試驗、效率試驗、變量特性試驗、自吸試驗、噪聲試驗、超速試驗、超載試驗、滿載試驗、效率檢查試驗等［3］。該試驗臺主要由液壓系統(tǒng)、泵/馬達試驗平臺、計算機數(shù)據(jù)自動采集與處理系統(tǒng)、控制柜及冷卻系統(tǒng)等組成。

1.2 試驗方案的設計

圖1為液壓泵試驗連接示意圖。

圖1 液壓泵試驗連接示意圖

將圖1中A1、B1口分別與泵的進出口連接，即可進行泵試驗。試驗時，被試泵由1臺160 kW變頻調速電機驅動，電機轉速由變頻控制柜的旋鈕及工控機設定，完成被試泵不同轉速的試驗。

圖2為液壓馬達試驗連接示意圖。

圖2 液壓馬達試驗連接示意圖

將圖2中的A2、B2口與加載馬達的進出口連接，E1(E2)、F1(F2)口與被試馬達的進出口連接，即可進行馬達試驗。根據(jù)被試馬達的輸出扭矩，將大扭矩馬達和小扭矩馬達通過減速器與加載馬達連接，分別采用20 000 N·m和2 000 N·m兩臺轉矩轉速傳感器進行檢測，以提高測量精度。

系統(tǒng)中設置一個多通塊，如圖3所示，液壓泵、馬達綜合試驗臺的所有壓力、溫度傳感器都連接到多通塊上，便于維護。從液壓泵試驗變?yōu)橐簤厚R達試驗時，只需調整截止閥，不用調換油管，既減輕了工人的勞動量，又避免了因油管調換不當而導致的噴油等事故的發(fā)生。

圖3 多通塊油路布置示意圖

2 液壓系統(tǒng)

液壓系統(tǒng)主要包括雙聯(lián)葉片泵、整流閥組、比例溢流閥等構成的補油加載回路，比例變量泵、電液換向閥、高壓比例溢流閥等構成的高壓供液回路，高壓控制泵、電磁換向閥、高壓比例溢流閥等構成的先導控制回路，其工作原理如圖4所示。

圖4 液壓系統(tǒng)原理圖

為了簡化結構、操作方便、節(jié)約成本，液壓泵、馬達綜合試驗臺共用一套液壓加載系統(tǒng)。在補油加載回路中，電動機3驅動雙聯(lián)葉片泵5，通過電磁卸荷閥8和9的切換實現(xiàn)給不同排量的被試泵 (加載馬達)補油。低壓比例溢流閥12調節(jié)系統(tǒng)的補油壓力，被試泵 (加載馬達)出口設有高壓比例溢流閥17，可以調整加載壓力實現(xiàn)被試泵、被試馬達的加載試驗。整流閥組13保證不管被試泵 (加載馬達)正轉還是反轉，均能為其吸油口補油［4］。

高壓供液回路中，電動機38驅動比例變量泵40為被試馬達供液，其排量可遠距離比例調節(jié)。高壓比例溢流閥45調整其供液壓力，液壓馬達的正反轉由電液換向閥46控制，泄漏口與L口相連，泄漏量由流量計26與流量傳感器27測量。

在先導控制回路中，高壓控制泵53輸出的油液壓力通過比例溢流閥55調節(jié)，K口為負載敏感型被試泵提供壓力可變的控制油液。為保證可自吸的被試泵具有合適的進出口壓力，防止沖壞油封，因此單獨引出進回油管路，采用截止閥切換。這樣G口可與自吸泵的排油口相通，H口與進油口相通，構成一個自吸泵加載回路。

3 計算機數(shù)據(jù)自動采集與處理系統(tǒng)的設計

液壓泵、馬達綜合試驗臺數(shù)據(jù)由計算機自動采集和處理［5］。試驗時，信號由相應的傳感器進行檢測。油液壓力、流量、溫度信號進入PCI1713U模擬量輸入卡，再經(jīng)數(shù)據(jù)采集卡進入上位機，經(jīng)過上位機處理后的信號由PLC模擬量模塊輸出到二次儀表，二次儀表對信號進行放大，經(jīng)濾波與電流/電壓轉換后，進行數(shù)字顯示［6］。轉速、轉矩、功率信號由 RS232通訊直接進入平板電腦。兩種信號分別由工控計算機的測控軟件進行數(shù)據(jù)處理，如數(shù)字濾波、存貯、顯示等。兩套數(shù)據(jù)顯示方式互相獨立，可以相互驗證，提高試驗數(shù)據(jù)的可信度。變頻器、調零電機、換向閥以及試驗臺風扇按鈕狀態(tài)信號用PLC數(shù)字量模塊采集處理后輸出到對應的控制元件，執(zhí)行相應的動作。數(shù)據(jù)采集與處理的信號流程如圖5所示。

圖5 信號流程圖

計算機輔助測試軟件是基于Windows操作系統(tǒng)，采用美國 NI公司的 LabWindows/CVI 2012開發(fā)［7］。下位機以西門子STEP7開發(fā)的PLC程序為核心［8］，采用梯形圖的編程方式實現(xiàn)各種電動設備的自動控制，保證設備的可靠運行。

4 測試結果分析

以液壓泵試驗為例，測試的人機界面如圖6所示。在人機界面上可以對試驗類型、加載方式、實時數(shù)據(jù)監(jiān)控和壓力、流量關系顯示。

圖6 LabWindows環(huán)境下的液壓泵試驗界面

對已修復的A11VO145變量泵進行測試，其加載的額定壓力為17.5 MPa，輸出的試驗報告如表1所示，泵的壓力、流量關系如圖7所示。

表1 A11VO145變量泵試驗報告

圖7 泵壓力、流量關系圖

由表1和圖7可得，隨著泵輸出壓力 (加載壓力)的不斷升高，其輸出流量、轉速逐漸降低，但降低幅度很小。泵由空載加至超載，輸出流量只降低了3.77%，轉速降低了0.5%，輸入轉矩和輸入功率不斷增大，符合理論規(guī)律。泵的容積效率為:

式中:Q為泵輸出流量;n為泵的轉速;V為泵的排量。

泵的容積效率隨著加載壓力的增大，泄漏也隨之增加，容積效率逐漸減少。A11VO145變量泵出廠時的容積效率為95%，經(jīng)修復后測試，達到了各項性能指標，滿足正常使用要求。

5 結論

泵、馬達綜合試驗臺研制成功后，現(xiàn)已在兗礦集團機電設備制造廠投入使用3個月，共完成泵試驗100余次，馬達試驗近150次。使用情況表明，該試驗臺運行平穩(wěn)、可靠，滿足各項試驗要求，測試精度高，操作簡便，具有很強的實用性，對提高泵、馬達的檢修質量，保證煤礦高產高效具有非常重要的意義。

［1］羅寧.功率回收式液壓泵性能試驗系統(tǒng)設計及研究［D］.長沙:中南大學，2011.

［2］孫錫春，王東.采煤機綜合測試系統(tǒng)的設計［J］.煤炭技術，2007(2):22－23.

［3］姜萬錄，楊超，?；鄯?液壓泵、馬達試驗臺技術概況［J］.機床與液壓，2005(8):1－3.

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［5］李輝.多功能液壓測試試驗臺的開發(fā)和研究［D］.武漢:華中科技大學，2006.

［6］鄧亞峰，王占林，裘麗華.一種液壓綜合試驗臺調速系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)［J］.機床與液壓，2005(7):115－116.

［7］黃琳.基于虛擬儀器的液壓試驗臺CAT系統(tǒng)設計［D］.杭州:浙江大學，2006.

［8］黃建龍，劉明哲，王華.液壓綜合試驗臺及其監(jiān)控系統(tǒng)的研究［J］.液壓與氣動，2007(10):10－12.