張?chǎng)危维F(xiàn)立，趙龍，任來紅

(1.山東科技大學(xué)機(jī)械電子工程學(xué)院，山東青島266590;2.山東煤機(jī)裝備集團(tuán)有限公司，山東泰安 271000)

0 前言

液壓泵、液壓馬達(dá)作為液壓系統(tǒng)的動(dòng)力元件和執(zhí)行元件，其性能的優(yōu)劣直接影響著整個(gè)液壓系統(tǒng)的性能［1］。所以，必須對(duì)已修復(fù)的泵、馬達(dá)進(jìn)行性能測(cè)試才能裝機(jī)正式使用。兗礦集團(tuán)機(jī)電設(shè)備制造廠以前有一臺(tái)泵、馬達(dá)試驗(yàn)臺(tái)，但是操作繁瑣、測(cè)試精度低，大部分測(cè)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(dá)到測(cè)試要求。因此，某大學(xué)與某制造廠聯(lián)合研制了一套泵、馬達(dá)綜合試驗(yàn)臺(tái)，不僅可以滿足測(cè)試泵和馬達(dá)的各項(xiàng)性能指標(biāo)要求，而且實(shí)現(xiàn)了測(cè)試數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)自動(dòng)采集與處理，這對(duì)提高泵、馬達(dá)的檢修質(zhì)量，保證煤礦高產(chǎn)高效具有非常重要的意義［2］。

1 泵、馬達(dá)綜合試驗(yàn)臺(tái)的組成和試驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)

1.1 泵、馬達(dá)綜合試驗(yàn)臺(tái)的組成

液壓泵、液壓馬達(dá)綜合試驗(yàn)臺(tái)根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定進(jìn)行設(shè)計(jì)，可完成對(duì)采煤機(jī)和掘進(jìn)機(jī)的各種泵、馬達(dá)的排量驗(yàn)證試驗(yàn)、效率試驗(yàn)、變量特性試驗(yàn)、自吸試驗(yàn)、噪聲試驗(yàn)、超速試驗(yàn)、超載試驗(yàn)、滿載試驗(yàn)、效率檢查試驗(yàn)等［3］。該試驗(yàn)臺(tái)主要由液壓系統(tǒng)、泵/馬達(dá)試驗(yàn)平臺(tái)、計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)自動(dòng)采集與處理系統(tǒng)、控制柜及冷卻系統(tǒng)等組成。

1.2 試驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)

圖1為液壓泵試驗(yàn)連接示意圖。

圖1 液壓泵試驗(yàn)連接示意圖

將圖1中A1、B1口分別與泵的進(jìn)出口連接，即可進(jìn)行泵試驗(yàn)。試驗(yàn)時(shí)，被試泵由1臺(tái)160 kW變頻調(diào)速電機(jī)驅(qū)動(dòng)，電機(jī)轉(zhuǎn)速由變頻控制柜的旋鈕及工控機(jī)設(shè)定，完成被試泵不同轉(zhuǎn)速的試驗(yàn)。

圖2為液壓馬達(dá)試驗(yàn)連接示意圖。

圖2 液壓馬達(dá)試驗(yàn)連接示意圖

將圖2中的A2、B2口與加載馬達(dá)的進(jìn)出口連接，E1(E2)、F1(F2)口與被試馬達(dá)的進(jìn)出口連接，即可進(jìn)行馬達(dá)試驗(yàn)。根據(jù)被試馬達(dá)的輸出扭矩，將大扭矩馬達(dá)和小扭矩馬達(dá)通過減速器與加載馬達(dá)連接，分別采用20 000 N·m和2 000 N·m兩臺(tái)轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器進(jìn)行檢測(cè)，以提高測(cè)量精度。

系統(tǒng)中設(shè)置一個(gè)多通塊，如圖3所示，液壓泵、馬達(dá)綜合試驗(yàn)臺(tái)的所有壓力、溫度傳感器都連接到多通塊上，便于維護(hù)。從液壓泵試驗(yàn)變?yōu)橐簤厚R達(dá)試驗(yàn)時(shí)，只需調(diào)整截止閥，不用調(diào)換油管，既減輕了工人的勞動(dòng)量，又避免了因油管調(diào)換不當(dāng)而導(dǎo)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(gòu)成的補(bǔ)油加載回路，比例變量泵、電液換向閥、高壓比例溢流閥等構(gòu)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(gòu)成的先導(dǎo)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(jiǎn)化結(jié)構(gòu)、操作方便、節(jié)約成本，液壓泵、馬達(dá)綜合試驗(yàn)臺(tái)共用一套液壓加載系統(tǒng)。在補(bǔ)油加載回路中，電動(dòng)機(jī)3驅(qū)動(dòng)雙聯(lián)葉片泵5，通過電磁卸荷閥8和9的切換實(shí)現(xiàn)給不同排量的被試泵 (加載馬達(dá))補(bǔ)油。低壓比例溢流閥12調(diào)節(jié)系統(tǒng)的補(bǔ)油壓力，被試泵 (加載馬達(dá))出口設(shè)有高壓比例溢流閥17，可以調(diào)整加載壓力實(shí)現(xiàn)被試泵、被試馬達(dá)的加載試驗(yàn)。整流閥組13保證不管被試泵 (加載馬達(dá))正轉(zhuǎn)還是反轉(zhuǎn)，均能為其吸油口補(bǔ)油［4］。

高壓供液回路中，電動(dòng)機(jī)38驅(qū)動(dòng)比例變量泵40為被試馬達(dá)供液，其排量可遠(yuǎn)距離比例調(diào)節(jié)。高壓比例溢流閥45調(diào)整其供液壓力，液壓馬達(dá)的正反轉(zhuǎn)由電液換向閥46控制，泄漏口與L口相連，泄漏量由流量計(jì)26與流量傳感器27測(cè)量。

在先導(dǎo)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(diào)節(jié)，K口為負(fù)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(jìn)出口壓力，防止沖壞油封，因此單獨(dú)引出進(jìn)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(jìn)油口相通，構(gòu)成一個(gè)自吸泵加載回路。

3 計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)自動(dòng)采集與處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

液壓泵、馬達(dá)綜合試驗(yàn)臺(tái)數(shù)據(jù)由計(jì)算機(jī)自動(dòng)采集和處理［5］。試驗(yàn)時(shí)，信號(hào)由相應(yīng)的傳感器進(jìn)行檢測(cè)。油液壓力、流量、溫度信號(hào)進(jìn)入PCI1713U模擬量輸入卡，再經(jīng)數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)入上位機(jī)，經(jīng)過上位機(jī)處理后的信號(hào)由PLC模擬量模塊輸出到二次儀表，二次儀表對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大，經(jīng)濾波與電流/電壓轉(zhuǎn)換后，進(jìn)行數(shù)字顯示［6］。轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩、功率信號(hào)由 RS232通訊直接進(jìn)入平板電腦。兩種信號(hào)分別由工控計(jì)算機(jī)的測(cè)控軟件進(jìn)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(dú)立，可以相互驗(yàn)證，提高試驗(yàn)數(shù)據(jù)的可信度。變頻器、調(diào)零電機(jī)、換向閥以及試驗(yàn)臺(tái)風(fēng)扇按鈕狀態(tài)信號(hào)用PLC數(shù)字量模塊采集處理后輸出到對(duì)應(yīng)的控制元件，執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作。數(shù)據(jù)采集與處理的信號(hào)流程如圖5所示。

圖5 信號(hào)流程圖

計(jì)算機(jī)輔助測(cè)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(jī)以西門子STEP7開發(fā)的PLC程序?yàn)楹诵模?］，采用梯形圖的編程方式實(shí)現(xiàn)各種電動(dòng)設(shè)備的自動(dòng)控制，保證設(shè)備的可靠運(yùn)行。

4 測(cè)試結(jié)果分析

以液壓泵試驗(yàn)為例，測(cè)試的人機(jī)界面如圖6所示。在人機(jī)界面上可以對(duì)試驗(yàn)類型、加載方式、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)控和壓力、流量關(guān)系顯示。

圖6 LabWindows環(huán)境下的液壓泵試驗(yàn)界面

對(duì)已修復(fù)的A11VO145變量泵進(jìn)行測(cè)試，其加載的額定壓力為17.5 MPa，輸出的試驗(yàn)報(bào)告如表1所示，泵的壓力、流量關(guān)系如圖7所示。

表1 A11VO145變量泵試驗(yàn)報(bào)告

圖7 泵壓力、流量關(guān)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(zhuǎn)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(zhuǎn)速降低了0.5%，輸入轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(shí)的容積效率為95%，經(jīng)修復(fù)后測(cè)試，達(dá)到了各項(xiàng)性能指標(biāo)，滿足正常使用要求。

5 結(jié)論

泵、馬達(dá)綜合試驗(yàn)臺(tái)研制成功后，現(xiàn)已在兗礦集團(tuán)機(jī)電設(shè)備制造廠投入使用3個(gè)月，共完成泵試驗(yàn)100余次，馬達(dá)試驗(yàn)近150次。使用情況表明，該試驗(yàn)臺(tái)運(yùn)行平穩(wěn)、可靠，滿足各項(xiàng)試驗(yàn)要求，測(cè)試精度高，操作簡(jiǎn)便，具有很強(qiáng)的實(shí)用性，對(duì)提高泵、馬達(dá)的檢修質(zhì)量，保證煤礦高產(chǎn)高效具有非常重要的意義。

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