【正文】 液壓系統(tǒng)的心臟，它們的性能直接影響著整個液壓系統(tǒng)的性能。 液壓泵和馬達的性能測試是辨別產(chǎn)品優(yōu)劣、改進結(jié)構(gòu)設(shè)計、提高工藝水 平、保證系統(tǒng)性能和促進產(chǎn)品升級的重要手段。 但是走向二十一世紀(jì)的液壓技術(shù)本身不可能有驚人的技術(shù)突破，應(yīng)當(dāng)主要靠現(xiàn)有技術(shù)的改進和擴展來不斷擴大其應(yīng)用的領(lǐng)域，以滿足未來的要求。因此近年來液壓泵、馬達性能測試逐步淘 汰了傳統(tǒng)的儀表加人工的測試方法，轉(zhuǎn)向液壓技術(shù)結(jié)合最新的虛擬儀器測試技術(shù)、可靠性技術(shù)、山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 2 最先進的計算機技術(shù)，以及數(shù)字信號處理方法和現(xiàn)代控制理論，進而形成了新型液壓泵、馬達計算機輔助測試技術(shù)。但是這些試驗臺還存在著 諸多的不足之處。只是針對液 壓泵、馬達的某一類或者某一些特性開發(fā)的。這樣必然造成重復(fù)開發(fā)，浪費大量的人力物力。新的技術(shù)層出不窮，只是傳統(tǒng)的改造已經(jīng)不能大幅度提升試驗臺的綜合性能，無法滿足性能測試越來越高的要求。 隨著微電子技術(shù)和計算機技術(shù)的迅速發(fā)展，液壓計算機輔助測試 （ 以 T）技術(shù)在液壓系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測中的應(yīng)用越來越廣泛。它具有測試精度高、測試 速度快、性能價格比高、測試的重復(fù)性和可靠性高及適宜在線動態(tài)測試和狀態(tài)監(jiān)測等特點，有著廣泛的應(yīng)用前景。各類液壓計算機輔助測試系統(tǒng)成為了各類液壓試驗臺的主流。這類試驗臺采用計算機集散系統(tǒng)，對液壓試驗臺進行智能檢測、控制和管理。 液壓泵、馬達試驗臺液壓系統(tǒng)研究現(xiàn)狀 近年來應(yīng)用廣泛的液壓泵、馬達計算機輔助測試系統(tǒng)液壓原理部分基本相同。 比例閥 圖 液壓泵試驗臺結(jié)構(gòu)圖 試驗臺油路根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計。圖 、圖 系統(tǒng)中加入了新型的傳器 器 ，變頻電機，比例控制元件和各類智能儀器儀表 （ 轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速儀器儀表，山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 4 數(shù) 字式壓力表，溫度表等 ） 。其它液壓泵、馬達試驗臺液壓系統(tǒng)組 成原理大體相似，只是針對不同情況稍加調(diào)整。液壓 CAT 是利用計算機建立一套數(shù)據(jù)采集和數(shù)字控制系統(tǒng)，與試驗臺連接起來由計算機對各試驗參數(shù)，如壓力、流量、溫度轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩等進行數(shù)據(jù)采集、量化和處理并輸出測試結(jié)果。液壓 CAT 系統(tǒng)在提高測試精度、測試速度、測試的重復(fù)性和可靠性方面，以及在節(jié)省人力和能源方面提供了必要的保證，因此受到山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 5 了普遍的重視。有許多液壓件制造公司己把 CAT 用于產(chǎn)品的研制開發(fā)、設(shè)計定型、生產(chǎn)定型和出廠的檢驗。目前多數(shù)液壓元件生產(chǎn)廠家都有自己的液壓元件 CAT 系統(tǒng)。但由于當(dāng)時我國的計算機水平還處于初級階段，該試驗臺僅能實現(xiàn)靜態(tài)性能測試、對數(shù)據(jù)進行簡單的運算，儀器常數(shù)同硬件設(shè)定，局限性較大。近年來，許多單位研制了自己的液壓元件 CAI 系統(tǒng)，如天津機械工程研究所的裝載機液壓元件測試系統(tǒng)、東南大學(xué)的液壓元件 性能計算機輔助測試系統(tǒng)、南昌大學(xué)的液壓綜合試驗臺 C 燈系統(tǒng)、山東礦業(yè)學(xué)院和充礦集團共同研制的礦山液壓設(shè)備 CAT 綜合試驗臺、太原重型機械學(xué)院的液壓泵綜合試驗臺等。上海交通大學(xué)及昆液壓件廠共同研制的液壓閥特性試 驗系統(tǒng)等等 。這些 CAT 系統(tǒng) 大都實現(xiàn)了動態(tài)測試，數(shù)據(jù)處理能力增強，功能大大增加。軟件部分也采用高級語言 VC、 VB 編程來實現(xiàn)各個模塊的功能。 本 課題的 主要 研究 內(nèi)容 本文主要研究設(shè)計一個液壓試驗臺來對液壓泵和液壓馬達的性能參數(shù)（如泵和馬達的容積效率、機械效率等）進行測試，主要工作是液壓泵、馬達性能測試系統(tǒng)的搭建。 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 7 第二章 進行了液壓泵、馬達性能測試系統(tǒng)設(shè)計方案分析，介紹了液壓泵、馬達性能指標(biāo)和測試原理。 第三章、第四章主要介紹了液壓動力源裝置的設(shè)計 （主要包括液壓泵和電動機的規(guī)格的確定）、液壓元件及液壓輔件的選型等，還有各傳感器的選型。 第六章簡要介紹了一下在液壓系統(tǒng)中的壓力損失 ,包括沿程壓力損失和局部壓力損失。 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 8 第二章 液壓泵、馬達試驗臺的總體方案設(shè)計 液壓泵、馬達性能測試系統(tǒng) 原理 液壓泵、馬達 試 驗分 類 液壓泵 （ 馬達 ） 主要有三種類型：柱塞泵 （ 馬達 ） 、齒輪泵 （ 馬達 ） 和葉片泵 （ 馬達 ） 。 國標(biāo) （ JB/T 703993－ JB/T 704493） 對液壓泵、馬達試驗條件、試驗項目和試驗方法有著詳細(xì)的規(guī)定。 液壓泵、馬達型式試驗、出廠試驗 （一）液壓泵、馬達型式試驗： 液壓泵 、馬達 型式試驗的主要目的是要全面掌握產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)完整性、工作性能和耐久性，確定設(shè)計或生產(chǎn)能否定型。試驗項目主要包括靜態(tài)特 性、動態(tài)特性、結(jié)構(gòu)完整性和耐久性，試驗結(jié)果為產(chǎn)品的特性曲線，其測試精度較高，可作為科研開發(fā)、設(shè)計定型和生產(chǎn)定型的依據(jù)。 （二）液壓泵、馬達出廠試驗： 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 9 表 液壓泵出廠試驗項目和方法 序號 試 驗項目 內(nèi)容和方法 1 排量試驗 在最大排量、額定轉(zhuǎn)速、空載壓力下、測試排量 2 容積效率 在額定工況下，測量容積效率 3 變量特性試驗 在額定 轉(zhuǎn)速下，使被試泵變量機構(gòu)全行程往復(fù)變化 3 次 4 超載試驗 在最大排量、額定轉(zhuǎn)速、最高壓力或 125 %的額定壓力 （選擇其中高者）工況下，連續(xù)運轉(zhuǎn)不少于 1 min 5 沖擊試驗 按型式試驗中規(guī)定的相應(yīng)方法進行試驗， 沖擊次數(shù)不少于 10 次 6 外滲漏檢查試驗 在上述全部試驗過程中， 檢查動、靜密封部位，不得有外滲漏 注：出廠試驗允許用試驗轉(zhuǎn)速代替額定速度。 表 液壓馬達出廠實驗項目和方法 序號 實驗項目 內(nèi)容和方法 1 容積效率試驗 在額定轉(zhuǎn)速條件下，分別 測量馬達在空載壓力和額定壓力時實際轉(zhuǎn)速、輸入流量或輸出流量和內(nèi)泄流量，計算容積效率 2 變量特性試驗 根據(jù)變量控制方式， 在設(shè)計規(guī)定的條件下， 測量不同的控制量與被控制量 之間的對應(yīng)數(shù)據(jù) 3 外滲漏檢查 在上述全部試驗過程中， 檢查動、靜密封部位，不得有外滲漏 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 10 液壓試驗臺系統(tǒng)原 理 12345678910 11 16 12 13 14 15 （可做加載泵） 感器 （雙向馬達） 換向閥 13— 溢流閥 圖 液壓試驗臺系統(tǒng)原理圖 本設(shè)計采用雙向液壓馬達 以及雙向泵 試驗系統(tǒng)作為 液壓 試驗臺的方案，如圖 。②溢流閥用于實現(xiàn)液壓系統(tǒng)的 安全閥調(diào)定壓力 和測試過程中的 加 載 。 ⑤液壓油路中的各種參數(shù)（壓力、溫度）的測定由傳統(tǒng)的壓力表及溫度計測出；試驗 泵、 馬達處的參數(shù)由傳感器來測定，并與控制柜中的微機相連接，將測出的信號輸出，進行相關(guān)數(shù)據(jù)分析（其中：流量的測定是采山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 11 用 橢圓齒輪 流量計，流量計即安裝在兩根回油管的連接處，圖中分開表示只是為了表達清晰）。 液壓試驗臺 的設(shè)計 由于液壓系統(tǒng)的特殊工況 , 本設(shè)計中液壓試驗臺采用分布式結(jié)構(gòu)設(shè)計，即：試驗臺的動力源裝置、控制裝置、測試儀表及傳感器和電氣控制部分均采用分體式結(jié)構(gòu)單獨設(shè)計，最后通過油管、電纜線等把各個部分聯(lián)系起來。 圖 液壓試驗臺 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 12 加載方法的選擇研究 在液壓元件及系統(tǒng)的試驗中都要求對它們的實際使用情況、額定工況、超載運行工況進行模擬和考核。 在液壓試驗中一般有下列形式的負(fù)載：各種轉(zhuǎn)速下軸上的負(fù)載力矩；各種直線運動下的負(fù)載力；與位移成比例的彈性負(fù)載；與角位移成比例的鉸鏈力矩負(fù)載；與速度成比例的粘性摩擦負(fù)載；各種阻尼負(fù)載等等。為了在試驗中作出完善的模擬，在實際中就出現(xiàn)了各種各樣的加載方法。雖然液壓泵有多種加載方 法，但由于液壓泵輸出的是液壓能，所以只能進行液壓加載，另外的方法也是將其它能轉(zhuǎn)換為液壓能對液壓泵進行加載 。水力測功機將機械能轉(zhuǎn)化為熱能可以避免對油溫產(chǎn)生影響 .水力測功機加載系統(tǒng)如圖 所示。 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 13 圖 水利測功機加載 圖 電力加載 2） 電力加載方法 電力加載是液壓泵驅(qū)動液壓馬達運轉(zhuǎn)，帶動發(fā)電機，馬達輸入液壓能輸出機械能，液壓馬達有負(fù)載，從而給液壓泵加載。電力加載系統(tǒng)圖如圖 所示。 3） 液壓加載方法 泵的節(jié)流加載這是液壓泵性能測試系統(tǒng)中常用的加載方法，在泵輸出油路中串聯(lián)可變節(jié)流閥或溢流閥，以改變油路阻力，使壓力改變，達到給被試泵加載 的目的。 圖 所示為液壓泵節(jié)流加載的基本油路。比例加載采用計算機控制，計算機輸出信號經(jīng)比例放大器放大，驅(qū)動比例閥實現(xiàn)加載功能 . 為了實現(xiàn)泵的壓力沖擊試驗，需要壓力值多次重復(fù)突變。變化的間隔時間由電磁閥的控制電路調(diào)節(jié)，而壓力值由調(diào)節(jié)節(jié)流口實現(xiàn)。 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 15 圖 沖擊試驗加載方式 液壓馬達試驗常用加載方法 圖 液壓泵（馬達）加載油路圖 如果將被試泵的動力源采用高速馬達驅(qū)動時，則上述油路就變成了雙向液壓馬 達的加載油路了。但此方法只適合于高速液壓馬達的試驗。為此，要求采用如圖 所示油路。當(dāng)被試馬達低速運行時，就能保證有足夠的流量通過加載溢流閥 4， 確保加載系統(tǒng)中壓力的建立和穩(wěn)定。 ； ； ； ； 圖 液壓馬達低速試驗加載油路圖 本系統(tǒng)加載方法的確定 試驗臺 采用單作用變量泵 10 和雙向馬達 6 的油路 ,試驗方案如下圖 所示。在加載泵的輸出油路上并聯(lián)補償泵 15.當(dāng)被試馬達低速運行時，就 能保證有足夠的流量通過加載溢流閥 13，確保加載系統(tǒng)中壓力的建立和穩(wěn)定。 本設(shè)計中因為流量及功率滿足系統(tǒng)所需，故未使用蓄能器組件。 柱塞泵類型分為：軸向柱塞泵、徑向柱塞泵和臥式柱塞泵。本設(shè)計也采用軸向柱塞泵。變量泵的變量形式有很多種：有手動、伺服、液控、壓力補償、恒功率等方式 。 圖 斜軸式軸向柱塞泵 其參數(shù)如下： 表 32 A7V160 型斜軸 式軸向柱塞泵參數(shù) 型號 排量 1??rmL 最大壓力 MPa 轉(zhuǎn)速 1min??r A7V160 160 40 1000～ 3000 滿足課題的設(shè)計要求。這里，取 ?? 。 查閱《機械設(shè)計手冊》，選用 Y系列三相異步電動機 （ ZBK2202288） 。則選擇 Y315S4，額定功率為 110 KW， 同步轉(zhuǎn)速為 1500 r/min，滿載轉(zhuǎn)速為 1480 r/min。 故取 MPapn 35? ② 泵的流量確定 液壓泵的最大流量應(yīng)為 pq ≥ max)(?qKL (33) 式中 pq — 液壓泵 的最大流量； max)(?q — 同時動作的各執(zhí)行元件所需流量之和的最大值； LK — 系統(tǒng)泄漏系數(shù)，一般取 LK =~，現(xiàn)取 LK =，則 m in/1 5 01 2 Lq p ??? 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 22 ③ 選擇液壓泵的規(guī)格 查閱《液壓傳動設(shè)計手冊》， 選用跟液壓泵 4 一樣的 A7V160 斜軸式軸向柱塞泵。 （ 5） 液壓泵（供油泵） 15： 根據(jù)課題要求，供油泵的壓力不需要很大， P=5 MPa，排量 V125 ml/r。 圖 YB 型葉片泵 其參數(shù)如下： 表 32 YBC171B 型葉片泵參數(shù) 型號 排量 1??rmL 額定壓力 MPa 額定轉(zhuǎn)速 1min??r YBC171B 129 7 1000 滿足課題的設(shè)計要求。這里，取 ?? 。 查閱《機械設(shè)計手冊》，選用 Y 系列三相異步電動機（ ZBK2202288）。則選擇 Y200L26，額定功率為 22 KW,同步轉(zhuǎn)速為 1000 r/min，滿載轉(zhuǎn)速為 970 r/min。柜式液壓動力源功率較小，本課題的液壓馬達試驗臺功率較大，故不考慮柜式液壓動力源。 （ 1） 上置式液壓動力源 上置式液壓動力源分為臥式液壓動力源和立式液壓動力源。 特點：由于液壓泵置于油箱之上，必須注意各類液壓泵的吸油高度，以防液壓泵進油口處產(chǎn)生過大的真空度，造成吸空或氣穴現(xiàn)象。 特點：上置式液壓動力源占地面積小，結(jié)構(gòu)緊湊，液壓泵置于油箱內(nèi)的立式安裝動力源，噪聲低且便于收集漏油。 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 25 圖 上置式液壓動力源 （ 2） 非上置式液壓動力源 非上置式液壓動力源一般將泵組布置在底座或地基上 ,如 圖 。這種動力源裝置高度低，便于維護，但占地面積大。 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 26 圖 非上置式液壓動力源 （ 3） 液壓動力源裝置的比較 上置式及非上置式液壓動力源裝置各有特點，現(xiàn)做一比較，列表如下： 表 上置式與非上置式液壓動力源裝置的綜合比較 項 目 上置立式 上置臥式 非上置式 震 動