工程机械柱塞泵冲击测试范文

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液压泵作为液压系统的动力元件，是液压系统的心脏［1］，其性能好坏直接影响着液压系统性能。液压泵的性能测试，不仅是保证液压系统可靠运行的关键，而且还为泵的结构改进、提高泵的性能提供重要依据［2］。目前国内液压测试系统的研制也有一些成功的案例［3－9］，但目前针对工程机械专用柱塞泵的冲击试验尚缺乏一种专用的、高精度的测试系统。轴向柱塞泵的冲击测试是柱塞泵测试的重要项目。根据液压轴向柱塞泵行业测试标准，轴向柱塞泵耐久性测试有3种方案:(1)满载试验2100h;(2)满载试验1000h，超载试验10h，冲击试验10万次;(3)超载试验250h，冲击试验10万次。为了缩短测试周期，提高经济效益，冲击试验往往是耐久性测试必做的试验。但由于测试精度要求高、较大的测试难度、较高的测试成本，而且对设备的损害比较严重，因此很少有对柱塞泵进行冲击测试。作者研制了一套高精度抗冲击的工程机械专用柱塞泵冲击测试系统，为液压泵的开发研制提供了有效的测试手段。

1冲击测试系统设计

作为一个新型用于产品研发的测试平台，再加上冲击周期短，数据实时性要求较高，对设备损害严重，因此高速率高精度抗冲击的检测设备是必不可少的，传统的检测手段信号采集速率低，数据处理速度慢，试验精度低，达不到试验要求。该测试系统采用计算机、测试系统硬件和虚拟仪器结合的方式，将合理的液压系统、高精度高速率的传感器、高效的信号流以及先进的电子控制设备结合起来。根据测试要求和相关行业测试标准，设计出如图1所示的测试系统原理图。该测试系统主要由液压系统和检测控制系统组成。油箱、变频电机、双联被试泵、集成阀块、阀、过滤器、冷却系统构成了测试系统的液压系统，压力传感器、流量传感器、温度传感器和污染度传感器构成了检测系统。液压油由双联泵3压出后经过三位四通换向阀11，再流经手动调压阀10－2或者比例调压阀12进行加压，然后流经流量计7－2，再经过冷却系统11后经过过滤器15回到油箱。电机1作为动力源，溢流阀10－1作为系统的主安全溢流阀，换向阀11、溢流阀10－2和系统比例调压阀12组成了系统加载单元。流量计7－2进行主回路流量检测，流量计7－1对漏损流量检测，压力传感器4－1和4－2分别对入口压力和出口压力进行检测。当换向阀处于右位时，通过比例阀12调整试验压力，可以完成变压力试验。将手动调压阀10－2调定在试验压力，控制换向阀11左位和中位不断换向就可以完成冲击试验。试验冷却系统通过计算机自动控制冷水阀13的开度大小对油液进行冷却，将油液维持在试验温度范围之内。

2信号采集与处理系统

该系统所有数据采集和电器元件的控制都采用自动的方式，信号采集和控制流程如图2所示。工业平板作为测试系统的上位机，接收来自PLC和ADAM4520的数据并进行处理。油液压力、流量、电位器电压这些实时性要求较高的信号用ADAM高速采集模块采集，然后用ADAM4520转换模块将RS485信号转换成RS232信号进入上位机，经过上位机处理后的信号用PLC模拟量模块输出到二次仪表进行显示。此外，PLC模拟量模块还输出冷水阀开度信号、比例阀压力信号和电机频率设定信号。温度、冷水压力这些实时性要求不高的信号，用KST二次仪表采集显示并变送输出4～20mA的电流信号供PLC采集，转速转矩信号用RS232通讯直接进入平板电脑。变频器、调零电机、换向阀以及试验台照明风扇按钮状态信号用PLC数字量模块采集处理后由PLC数字量输出模块输出到对应的控制元件，执行相应的动作。当系统发生故障，PLC数字量输出模块会发出报警信号，待故障排除以后，系统正常运行。

3软件系统开发

测试系统下位机以西门子300系列PLC为控制核心，实现各种电动设备的自动控制，保证设备的可靠运行，下位机软件在Step7环境下用梯形图语言开发。上位机软件以LabWindows/CVI2009为开发平台进行开发。开发出的测试系统软件模块如图3所示。LabWindows/CVI2009具有功能强大的函数库，用来创建数据采集和仪器控制的应用程序，程序代码用标准C语言开发，并采用多线程处理技术，提高系统软件的运行效率，尤其在数据采集处理中单独创建了一个数据处理线程，增强数据实时性。在平板电脑上开发的虚拟仪器界面可以触摸操作控制。软件采用模块化设计，分为“参数设置”、“信号采集与处理”、“主控系统”、“实时数据曲线”、“自由试验”、“效率试验”、“冲击试验”、“数据存储与处理”模块，如图3。

4测试结果分析

冲击试验人机界面如图4所示，在人机界面上可以对冲击参数进行设置、实时数据监控和冲击波形显示。该测试系统对K3V112双联轴向柱塞泵进行测试，额定压力为35MPa。按照测试标准，高压稳态压力保持时间不能少于1/3周期，低压不能大于10%的额定压力，即最低压力不能低于3.5MPa。在试验参数设置区域进行参数设置以后，进行冲击试验，图4所示曲线为冲击实时曲线。标准规定为了判定被试泵的耐久性是否符合要求，在冲击试验后，需要重新对被试泵进行效率测试。如果被试轴向柱塞泵的容积效率不低于规定值的3%，同时零件不得有异常磨损或其他形式的损坏，则认为被试泵耐久性符合标准要求。该泵在冲击前测试容积效率为95.88%，冲击10万次以后，在软件系统效率试验TAB页面上再次进行容积效率测试测得为94.74%，下降了1%，符合设计要求。

5结论

研究了工程机械专用柱塞泵冲击测试技术，提出了抗冲击测试方案，利用先进的传感检测技术，建立了基于PLC和ADAM高速采集模块集成的高速高精度信号采集系统，运用多线程技术并开发了基于LabWindow/CVI2009的人机交互界面，实现了强大的人机交互功能，并能进行实时数据曲线显示、生成报表。通过对工程机械柱塞泵冲击测试实践证明，该测试系统具有很强的实用性，为工程机械专用柱塞泵的发展和研制提供可靠的数据支持。

作者：万丽荣 王天超 王成龙 刘志海 单位：山东科技大学机械电子工程学院