液压泵性能检测实验台设计及检测分析.pdf

２０１６ 年 ２ 月 第 ４４ 卷 第 ４ 期 机床与液压 ＭＡＣＨＩＮＥ ＴＯＯＬ ＆ ＨＹＤＲＡＵＬＩＣＳ Ｆｅｂ􀆱 ２０１６ Ｖｏｌ􀆱 ４４ Ｎｏ􀆱 ４ ＤＯＩ１０．３９６９／ ｊ􀆱 ｉｓｓｎ􀆱 １００１－３８８１􀆱 ２０１６􀆱 ０４􀆱 ０３９ 收稿日期 ２０１４－１２－１７ 基金项目 天津市自然科学基金项目 （ １１ＪＣＹＢＪＣ０６２００） 作者简介 武金良 （１９７４）， 男， 硕士， 讲师， 研究方向为流体传动及控制。 Ｅ－ｍａｉｌ ｗｕｊｉｎｌｉａｎｇ０４２３＠ １２６􀆱 ｃｏｍ。 液压泵性能检测实验台设计及检测分析 武金良， 赵坚， 于浩 （天津城建大学控制与机械工程学院， 天津 ３００３８４） 摘要 液压泵是液压系统中的动力元件， 其性能的优劣直接影响到液压系统的工作。 因此， 对其进行性能检测十分必 要。 引入绿色设计理念， 设计了液压泵性能检测系统， 并进行了实测验证， 保证了系统检测数据的精度， 提高了检测 效率。 关键词 液压泵； 综合性能； 性能检测系统 中图分类号 ＴＨ１３７． ９ 文献标志码 Ｂ 文章编号 １００１－３８８１ （２０１６） ４－１２６－３ Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ Ｔｅｓｔ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ Ｐｕｍｐ ＷＵ Ｊｉｎｌｉａｎｇ， ＺＨＡＯ Ｊｉａｎ， ＹＵ Ｈａｏ （Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｃｏｎｔｒｏｌ ａｎｄ Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ｔｉａｎｊｉｎ Ｃｈｅｎｇｊｉａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｔｉａｎｊｉｎ ３００３８４， Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｔｈｅ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｐｕｍｐ ｉｓ ｔｈｅ ｄｒｉｖｅ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｓｙｓｔｅｍ， ｉｔｓ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｗｉｌｌ ｄｉｒｅｃｔｌｙ ａｆｆｅｃｔ ｔｈｅ ｎｏｒｍａｌ ｗｏｒｋ ｏｆ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｓｙｓｔｅｍ． Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ， ｉｔ ｉｓ ｖｅｒｙ ｎｅｃｅｓｓａｒｙ ｔｏ ｔｅｓｔ ｉｔｓ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ． Ｔｈｅ ｃｏｎｃｅｐｔ ｏｆ ｇｒｅｅｎ ｄｅｓｉｇｎ ｗａｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ， ｔｈｅ ｈｙ⁃ ｄｒａｕｌｉｃ ｐｕｍｐ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｔｅｓｔ ｓｙｓｔｅｍ ｗａｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ， ａｎｄ ｔｈｅ ｖｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｗａｓ ｃｏｍｐｌｅｔｅｄ． Ｓｏ ｔｈｅ ａｃｃｕｒａｃｙ ｏｆ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ｇｕａｒａｎｔｅｅｄ， ａｎｄ ｉｔｓ ｄｅｔｅｃｔｉｎｇ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｉｓ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｏｂｖｉｏｕｓｌｙ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｐｕｍｐ； Ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ； Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｔｅｓｔｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ 液压传动系统基于其元件布置的灵活性、 工作平 稳、 大范围内的无极调速、 反应快速［１－２］， 以及易于 控制、 大功率密度、 成本低等特点， 在各个领域中应 用十分广泛， 占有重要的地位［３］。 液压泵是液压系统 中将机械能转变成压力能的装置［４］， 其性能满足系统 工作的要求是保证系统正常运行的前提条件。 文中设 计的液压泵综合检测系统［５－６］包括液压回路部分和测 控部分， 能够满足液压泵试验条件［７］， 可以完成对工 程机械液压泵综合性能的测试［８］， 并在此基础上， 对 检测数据进行了分析。 １ 液压泵性能检测系统组成及原理 １􀆱 １ 检测系统的组成 １􀆱 １􀆱 １ 液压回路的组成 液压泵性能检测的原始数据是从液压回路中获得 的， 回路主要由油箱及其附件、 动力源、 加载元件、 空载元件、 回油管路、 检测元件等组成， 液压检测回 路原理图如图 １ 所示。 图 １ 液压检测回路原理图 １􀆱 １􀆱 ２ 测控系统的组成 测控系统用于自动采集并记录检测过程中的数 据， 主要由计算机、 传感器、 控制电路、 Ａ／ Ｄ 和Ｄ／ Ａ 接口板等组成， 测控系统原理框图如图 ２ 所示。 其中 压力传感器选用 ＳＹ⁃ＰＧ１３００⁃１０ＭＰａ⁃ＧＢ， 流量传感器 选 用 ＳＹ⁃ＹＴＦＬ⁃ＳＡ１０， 温 度 传 感 器 选 用 ＳＹ⁃ＤＰ３⁃ Ｔ２００Ｐ， 扭矩－转速传感器选用 ＴＱ⁃６６２， Ａ／ Ｄ 转换采 用 ＡＤＣ０８０９ 型 ８ 位 ＭＯＳ 型， Ｄ／ Ａ 转换选用 １６ 位 ＤＡＣ７１５ＰＢ 型。 图 ２ 测控系统原理框图 １􀆱 ２ 检测系统工作原理 把测控系统接入液压回路中。 将出口处溢流阀 ６ 的开启压力调至被测泵 ３ 的最高压力， 希望在检测过 程中溢流阀的阀口始终处于严格的闭合状态， 不希望 油液由此处通过， 进而影响到 ｑ 值的测量准确性， 最 高压力可由压力表 ７ 或压力传感器共同监测。 将节流 阀 ８ 完全关闭， 流量传感器所测的数值即为 ｑｔ值， 此时扭矩－转速传感器反映空载状态下电机的功率 值， 压力传感器则提供该状态下泵出口的压力值。 将 节流阀 ８ 的阀口开度调至最大并将两位两通电磁换向 阀 ９ 通电， 然后再将节流阀 ８ 的阀口开度由小到大进 行定值调节， 在此过程中压力传感器和流量传感器的 测量数据以及扭矩－转速传感器反映的电机功率值 Ｐ表将被记录， 作为后期处理时评价泵的性能的原始 依据。 基于系统温度的变化会造成检测数据的变动， 应注明检测数据获得时的温度情况， 温度传感器用于 检测过程中系统温度的监控。 调定溢流阀 ６ 的压力值， 一般是在完全关闭阀 ９ 和阀 ８ 后进行的， 这时阀 ６ 上通过的是泵输出的全部 流量， 会导致阀 ６ 的阀芯开度较大， 造成阀的调压弹 簧有较大的压缩量， 在此情况下， 调定的压力值大于 阀的开启压力值， 所以检测过程中阀 ６ 调定的压力值 应大于泵最高压力的 １０％～１５％， 并且须结合阀 ８ 和 阀 ９ 来调定。 ２ 液压泵性能检测实验 首先搭接液压性能检测系统， 并注意实验过程中 的温度条件， 开始实验。 （１） 调定安全阀压力 将阀 ６ 调压手柄全松， 阀 ９ 电磁铁通电， 阀 ８ 完 全关闭， 逐步旋紧阀 ６ 的调压手柄， 由压力表 ７ 监 测， 将阀 ６ 的开启压力调定为 ７􀆱 ５ ＭＰａ， 做安全阀， 记录油液温度。 （２） 检测空载压力及流量 阀 ９ 断电， 由压力传感器、 流量传感器得到泵的 空载压力和空载流量， 由扭矩－转速传感器测出对应 的电机表功率 Ｐ表， 记录数据。 用检测得到的空载流 量替代理论流量。 （３） 加载检测压力－流量特性 检测液压泵性能的过程中， 被测泵的出口压力需 要用加载元件调定。 将阀 ９ 通电， 用阀 ８ 加载， 即将 阀 ８ 的阀口开度由全开状态以基本均匀的方式逐步减 小， 从而在被测泵的出口建立起相应的压力值， 包括 被测泵的额定压力 ６􀆱 ３ ＭＰａ， 由压力传感器测得， 同 时流量传感器测得对应设定 ｐ 下被测泵输出的 ｑ 值， 将相应数据进行记录。 在加载检测过程中， 由扭矩－转速传感器测出不 同加载状态下对应的电机表功率 Ｐ表， 并记录。 检测 完成后， 查出对应电机效率 η表。 ３ 数据处理及分析 完成泵的检测过程后， 对原始数据进行处理主要 包括 泵的容积效率 ηｖ＝ ｑ／ ｑｔ； 泵的总效率 η ＝ Ｐｏ／ Ｐｉ； 泵的机械效率 ηｍ＝η／ ηｖ； 泵的输出功率 Ｐｏ＝ ｐｑ／ ６０； 泵的输入功率 Ｐｉ ＝Ｐ 表η表。 计算结果如表 １ 所示。 其中， 第 １ 行中的数据是被测泵空载状态下的原始数 据及其计算结果。 表 １ 液压泵静态性能检测数据记录及计算结果 序号ｐ／ ＭＰａｑ／ （Ｌｍｉｎ －１ ） Ｐ表／ ｋＷη表／ ％ηｖ／ ％η／ ％ηｍ／ ％Ｐｏ／ ｋＷＰｉ／ ｋＷ ｎ／ （ｒｍｉｎ －１ ） １１．３０１１．５６０．５３７３．１０１００６４．６５６４．６５０．２５０．３９１ ４８１ ２２．１１１１．４１０．９６７６．２０９８．７０５４．８５５５．５７０．４００．７３１ ４８１ ３２．４０１１．３６１．０１７７．１７９８．２７５８．３０５９．３３０．４５０．７８１ ４８１ ４２．８０１１．２１１．１１７７．５０９６．９７６０．８１６２．７１０．５２０．８６１ ４８１ ５３．２０１１．１４１．２２７７．７０９６．３７６２．６８６５．０４０．５９０．９５１ ４７７ ６３．７８１１．０５１．３６７７．８０９５．５９６５．７９６８．８３０．７０１．０６１ ４７４ ７４．３０１０．９２１．５０７７．９０９４．４６６６．９７７０．９００．７８１．１７１ ４７０ ８４．８０１０．８２１．６４７８．２０９３．６０６７．４９７２．１１０．８７１．２８１ ４６６ ９５．２４１０．６８１．７５７７．９０９２．３９６８．４２７４．０６０．９３１．３６１ ４６３ １０５．６６１０．５１１．８６７７．８０９０．９２６８．５１７５．３６０．９９１．４５１ ４５９ １１５．８９１０．４４１．９３７７．５０９０．３１６８．５２７５．８７１．０２１．５０１ ４５９ １２６．１７１０．３０２．０１７６．８０８９．１０６８．６１７７．０１１．０６１．５４１ ４５６ １３６．３０１０．１７２．０３７６．６０８７．９８６８．６７７８．０６１．０７１．５５１ ４５６ ７２１第 ４ 期武金良 等 液压泵性能检测实验台设计及检测分析 对表 １ 中的数据再处理， 得到被测泵的特性曲线 如图 ３５ 所示。 图 ３ ｐ－ｑ 特性检测曲线 图 ４ ｐ－Ｐ 特性检测曲线 图 ５ ｐ－η 特性检测曲线 从图 ３ 可得出 随着负载压力的增高， 泵输出的 流量减少是普遍规律， 两者基本呈线性关系， 但检测 后期受油液黏温特性的影响， 泵的实际输出流量的减 少量增长较快， 可通过改进相应部位密封的方法 解决。 从图 ４ 可得出 随着负载压力的增高， Ｐｏ呈线 性增长， 在较高压力区域受温度的影响， 增长趋势会 有所减弱， 主要原因是压力与温度的上升造成泵的内 泄漏显著增加， 从而造成较多的功率损失， 通过完善 泵的密封性能来解决； 与之相对应的 Ｐｉ同样呈线性 增长， 在较高压力区域同样受温度的影响， 增长趋势 会有所减弱。 从图 ５ 可得出 负载压力的增高与温度改变的影 响， 使泵的 ηｖ随之降低； 随着负载压力的增高， η 随之增长， 在较高压力区域受温度的影响其增长趋势 较低压区缓和； 随着负载压力的增高， ηｍ呈增长趋 势， 该趋势同样受系统温度的影响。 总之， 若要提高 泵的总效率， 则应从提高 ηｖ和 ηｍ两方面着手， 即改 善泵的密封性和组成密封工作腔的零件的精度。 ４ 结论 该检测系统所使用的元器件数量较少， 在一定程 度上减少了系统本身的成本与检测过程中的功耗， 操 作过程简单、 高效。 压力传感器、 流量传感器能够保 证数据的准确性。 采用节流阀加载， 能够在泵的出口 处形成相对应的稳定液阻， 使被测泵出口处的压力稳 定性良好， 有利于压力参量数据的采集。 由此检测系统获得的数据不仅可以反映出液压泵 的性能是否达到相应的质量标准， 还能为检验设计方 案、 优化泵的结构提供第一手实验数据。 设计的检测系统可运用于各种类型的中、 低压液 压泵的性能检测。 参考文献 ［１］ 李岚，陈曼龙．液压与气压传动［Ｍ］．武汉华中科技大 学出版社，２０１３３２－４９． ［２］ 左健民．液压与气压［Ｍ］．４ 版．北京机械工业出版社， ２０１２５０－７３． ［３］ 李兴成．液压泵性能的计算机辅助检测［Ｊ］．江苏技术师 范学院学报（自然科学版），２００９（３）４１－４６，５２． ［４］ 姜继海，于斌，李晨光，等．液压传动教学实验中的液压 泵性能实验［Ｊ］．机床与液压，２０１０，３８（１０）６１－６３． ［５］ 许松，陈浩，孙启顺．多功能综合液压泵试验台的研制 ［Ｊ］．机械研究与应用，２０１２（３）１１８－１２０． ［６］ 姚洪，宋兴元，杨寅威，等．基于 ＰＬＣ 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