CN102937125B - 液压马达试验系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及马达试验技术领域，公开了一种液压马达试验系统。所述液压马达试验系统包括：电机；变速箱，具有增速挡和减速挡，其输入端与所述电机的输出端驱动连接；被试马达；加载马达，通过动力轴与所述被试马达对接，并且所述变速箱的输出端与所述动力轴驱动连接；第一油路，作为被试马达的进油通道；第二油路，作为被试马达的回油通道；回馈油路，其出油端与所述第一油路相通；补偿油路，其出油端选择性地向所述回馈油路的入油端供油或者通过所述加载马达向所述回馈油路的入油端供油。实施本发明，可以根据需要选择机械及液压补偿功率回收模式或者液压补偿功率回收模式，能够满足绝大部分液压马达的功率试验、寿命试验和批量试验等试验需求。

Description

液压马达试验系统

技术领域

本发明涉及马达试验技术领域，特别涉及一种液压马达试验系统。

背景技术

液压马达是液压传动系统中的执行元件，是液压传动的核心元件，广泛应用于机械、机床、船舶、军事、航空航天、石油等各个领域，其性能直接影响和决定着液压系统以及整机的工作性能，因此，对液压马达性能特性的试验就显得至关重要。

目前，液压马达的试验从能量回收与否可分为直接加载和功率回收两种加载试验系统，直接加载系统结构简单、加载方便精确、受干扰小，但能耗高，不适应于大功率试验、长时间的寿命试验和大批量液压马达试验。功率回收加载系统结构较为复杂、成本较高，但系统发热小、能耗低，随着功率回收技术的进步和节能环保概念的深入，功率回收加载试验系统越来越受到重视。

功率回收方式液压马达试验台按照能量回收方式的不同，可分为电功率回收方式和液压功率回收方式两种，其中，液压功率回收方式又可分为机械补偿功率回收和液压补偿功率回收两种类型。电功率回收方式需增加整流或逆变系统等电气元件，技术复杂、价格昂贵，且回收效率不高；机械补偿功率回收方式存在转速调节范围小、对试验马达和加载泵的排量关系有限制、系统压力调节精度低等缺点；液压补偿功率回收方式则存在试验转速不稳定、试验功能不全等不足，不能满足工程机械液压马达的试验需要。

因此，如何针对现有的液压马达试验系统进行改进，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种液压马达试验系统，该液压马达试验系统可以单独工作于液压补偿功率回收模式下，也可以工作于机械及液压补偿功率回收模式下，不但使液压马达的适用范围更广，能够满足绝大部分液压马达的功率试验、寿命试验和批量试验等试验需求，而且有助于提高液压马达试验的调节精度。

具体而言，本发明的液压马达试验系统包括：电机；变速箱，具有增速挡和减速挡，其输入端与所述电机的输出端驱动连接；被试马达；加载马达，通过动力轴与所述被试马达对接，并且所述变速箱的输出端与所述动力轴驱动连接；第一油路，作为被试马达的进油通道；第二油路，作为被试马达的回油通道；回馈油路，其出油端与所述第一油路相通；补偿油路，其出油端选择性地向所述回馈油路的入油端供油或者通过所述加载马达向所述回馈油路的入油端供油。

进一步地，所述电机为变频电机。

进一步地，所述液压马达试验系统还包括桥式液压块，所述桥式液压块具有主进油口、主出油口以及位于所述主进油口和所述主出油口之间的第一接油口和第二接油口，所述补偿油路的出油端接于所述主进油口，所述回馈油路的入油端接于所述主出油口，所述加载马达的进出油口分别接于所述第一接油口和所述第二接油口。

进一步地，所述液压马达试验系统还包括并联补偿泵和调节溢流阀，其中，所述调节溢流阀设置于所述第一油路上，所述并联补偿泵的进油口接于油箱，所述并联补偿泵的出油口通向所述第一油路。

进一步地，所述液压马达试验系统还包括第一单向阀，所述第一单向阀设置于所述回馈油路上。

进一步地，所述液压马达试验系统还包括背压阀，所述背压阀设置于所述第二油路上，并且所述背压阀的出油口接于所述补偿油路的入油端。

进一步地，所述液压马达试验系统还包括串联补偿泵，所述串联补偿泵的进油口接于油箱，所述串联补偿泵的出油口通向所述补偿油路的入油端。

进一步地，所述串联补偿泵为恒压变量泵。

进一步地，所述液压马达试验系统还包括第二单向阀和第三单向阀，所述第二单向阀设置于所述补偿油路与油箱之间，所述第三单向阀设置于所述第二油路与油箱之间。

进一步地，所述液压马达试验系统还包括第一安全阀和第二安全阀，所述第一安全阀设置于所述补偿油路上，所述第二安全阀设置于所述第一油路上。

本发明提供的一种液压马达试验系统中，采用动力轴将被试马达和加载马达（加载马达当泵用）对接起来，并且将电机通过变速箱与动力轴驱动连接，在试验过程中，当液压马达试验系统工作于机械及液压补偿功率回收模式时，可根据被试马达的类型使变速箱工作于增速挡或者低速挡，由电机带动变速箱补偿被试马达和加载马达之间的扭矩损失和调节试验转速，并由加载马达通过回馈油路将压力油回馈至被试马达的入口，即同时通过机械补偿和液压补偿的方式实现功率的回收利用，若液压马达试验系统需要单独工作于液压补偿功率回收模式下，则将电机与变速箱断开（例如通过设置于电机与变速箱之间的离合器进行操作），由加载马达通过回馈油路将压力油回馈至被试马达的入口，而通过改变补偿油路的供油量，可以调节被试马达的转速。在上述方案中，可以根据试验的需要将试验系统设定在机械及液压补偿功率回收模式下，与现有的单独采用液压补偿功率回收方式对速度较大的马达进行试验相比，可有效避免试验转速不稳定、试验功能不全等不足，此外，由于电机结合具有高低两挡的变速箱可以适应更大转速范围的液压马达的试验需要，与现有的机械补偿功率回收方式相比，可有效避免转速调节范围小、对被试马达和加载马达（泵）的排量关系有限制以及系统压力调节精度低等缺点，即本发明的液压马达试验系统能够满足绝大部分液压马达的功率试验、寿命试验和批量试验等试验需求。

另外，在一种更具体的方案中，所述电机优选变频电机，从而可以适应更大转速范围的液压马达的试验，而由于变频电机具有操作方便、可实现平滑无极调速、可靠性高、响应速度快以及可同计算机、PLC联机的特点，便于实现试验过程的自动控制。

另外，在另一种更具体的方案中，可通过调节溢流阀调节被试马达的试验压力，并且通过并联补偿泵使被试马达的入口压力稳定在调节溢流阀设定的压力值下，如此设置不仅调节方便，也有助于减少溢流量，以及减少系统的能量损耗和发热。

另外，在另一种更具体的方案中，使被试马达的回油通道通过背压阀与补偿油路的入油端相连，不仅有助于增加被试马达运行的稳定性，而且对背压进行了回收，提高了系统的回收效率。

另外，在另一种更具体的方案中，还通过串联补偿泵与补偿油路相连，该串联补偿泵可根据被试马达和加载马达之间的流量损失自动调节补偿量，以保证试验的稳定运行，并且有助于防止加载马达吸空。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例提供的一种液压马达试验系统的原理示意图。

具体实施方式

应当指出，本部分中对具体结构的描述及描述顺序仅是对具体实施例的说明，不应视为对本发明的保护范围有任何限制作用。此外，在不冲突的情形下，本部分中的实施例以及实施例中的特征可以相互组合。

请参考图1，下面将结合实施例对本发明作进一步的详细说明。

如图所示，该实施例的液压马达试验系统主要包括电机1、并联补偿泵2、串联补偿泵3、第一油路01、第二油路02、补偿油路03、回馈油路04、换向阀16、被试马达17、加载马达24、变速箱18、电机23和桥式液压块25等。

其中，被试马达17通过动力轴（图中未标出）与加载马达24对接，加载马达24当泵使用，作为被试马达17的负载；电机23的输出端与变速箱18的输入端驱动连接，变速箱18的输出端与被试马达17和加载马达24之间的动力轴驱动连接，优选地，电机23为变频电机；变速箱18具有增速挡和减速挡，当变速箱18工作于增速挡时，变速箱18的输出转速大于来自于电机23输入的转速，例如，前后两者的比值为（2.5~3.2）：1，当变速箱18工作于减速挡时，变速箱18的输出转速小于来自于电机23输入的转速，例如，前后两者的比值为1：（2.5~3.2）。

第一油路01作为被试马达17的进油通道，第二油路02作为被试马达17的回油通道，换向阀16设置于第一油路01及第二油路02与被试马达17之间，优选地，换向阀16为三位四通电磁阀，并且其中位机能为Y型，即当换向阀16处于第一种工作状态和第二种工作状态（分别对应于图中换向阀16的上下位）时，第一油路01的出油端与被试马达17的进油口相通，第二油路02的入油端与被试马达17的出油口相通，而当换向阀16处于第三种工作状态（对应于图中换向阀16的中位）时，被试马达17的进出油口均与第二油路02相通。

第二油路02的出油端通过背压阀8与补偿油路03的入油端相连；电机1的输出端与并联补偿泵2、串联补偿泵3驱动连接，即电机1为并联补偿泵2和串联补偿泵3提供动力；串联补偿泵3的进油口接于油箱，出油口通向补偿油路03的入油端，优选地，为了防止液压油回流至串联补偿泵3，串联补偿泵3的出油口通过单向阀6与补偿油路03的入油端相连。

补偿油路03的出油端通过桥式液压块25与加载马达24、回馈油路04相连，具体而言，桥式液压块25具有主进油口a1、第一接油口a2、主出油口a3和第二接油口a4，第一接油口a2和第二接油口a4位于主进油口a1和主出油口a3之间，补偿油路03的出油端接于主进油口a1，回馈油路04的入油端接于第主出油口a3，加载马达24的进出油口分别接于第一接油口a2和第二接油口a4，关于桥式液压块25的具体结构及相应功能可参见现有技术的有关描述。

回馈油路04的出油端通向第一油路01的入油端，优选地，为了防止第一油路01上的液压油回流至桥式液压块25，回馈油路04上设置有第一单向阀19；并联补偿泵2的进油口接于油箱，出油口通向第一油路01的入油端，优选地，为了防止液压油回流至并联补偿泵2，并联补偿泵2的出油口通过单向阀10与第一油路01的入油端相连。

上述即为本实施例的液压马达试验系统的主体结构。为了满足在具体场景下的试验需要，还可以在上述主体结构的基础上加装测试所需的元件并配置相应的控制系统，例如，如图所示，作为一种实施方式，测试所需的元件包括调节溢流阀12、流量计11、13及20、压力传感器15和转速扭矩传感器22等。

其中，调节溢流阀12的进油端接于第一油路01上，出油端通向油箱，优选地，调节溢流阀12为比例溢流阀；流量计13设置于调节溢流阀12的出油端通向油箱的管路上，用于检测第一油路01通过调节溢流阀12的溢流流量；流量计13设置于第二油路02上，用于检测第二油路02的流量，流量计20设置于被试马达17的泄油口通向油箱的管路上，用于检测被试马达17的泄油量，转速扭矩传感器22设置于被试马达17与变速箱18之间的动力轴上，用于检测被试马达17的转速及扭矩。另外，为了获取补偿油路03的压力信息，可以在补偿油路03上设置压力传感器21。

作为一种实施方式，控制系统可以采用PLC（或专用控制器）和主控机搭建，各流量计、各压力传感器和转速扭矩传感器22将数据上传给PLC，主控机将相应的数据信息进行显示，并且主控机或者PLC根据上传的相应数据设定控制策略，由PLC控制调节溢流阀12的开度，进而调整第一油路01（即被试马达17进油油路）的油压；优选地，PLC或者主控机上还具有第一控制单元，用于根据流量计13的反馈数据控制并联补偿泵2的排量，使被试马达17的入口压力稳定于调节溢流阀12设定的油压下；同样优选地，PLC或者主控机上还具有第二控制单元，用于根据转速扭矩传感器22上传的数据控制电机23的输出转速。

需要说明的是，本领域技术人员可以在上述主体结构的基础上加装其他形式的测试元件以及配置其他形式的控制系统，以便满足相应场景下的试验需求。

下面说明一下上述液压马达试验系统（包括优选方式）的工作原理：

在试验过程中，可根据被试马达17试验正反转和试验转速的要求，将换向阀16和变速箱18的挡位切换至相应位置，启动电机23（优选为变频电机）、并联补偿泵2和串联补偿泵3，串联补偿泵3的输出压力油依次通过补偿油路02、桥式液压块25、回馈油路04，第一油路01、换向阀16流向被试马达17，使被试马达17运转，被试马达17通过动力轴（连接有变速箱18）驱动加载马达24，使加载马达24（作为泵使用）运转，此时，加载马达24的进油口通过桥式液压块25从补偿油路03的出油端吸油，而加载马达24出油口的压力油依次通过桥式液压块25、回馈油路04、换向阀16回馈至被试马达17的进油口，从而实现功率的回收再利用；被试马达17出油口的液压油经过第二油路02、流量计11和背压阀8后，与串联补偿泵3的输出压力油合流后流向补偿油路03的入油端，从而实现了对被试马达17回油通道的背压进行回收。

上述过程中，串联补偿泵3可根据需要向补偿油路03进行供油，保证补偿油路03的油压稳定，同时补偿被试马达17和加载马达24之间的流量损失，防止加载马达24吸空；在优选情形下，变频电机23通过变频器调节被试马达17的试验转速，并补偿被试马达17和加载马达24之间的扭矩损失；调节溢流阀12可调节被试马达17的试验压力，流量计13用于检测调节溢流阀12的溢流量，并将其上传给控制系统，有控制系统根据溢流量的大小调节串联补偿泵2的排量，使被试马达17的入口压力稳定于调节溢流阀12设定的压力下，这样有助于减小试验过程的溢流量、减少系统能量损耗和发热。

在具体实施过程时，被试马达17和加载马达24可采用同一型号；进一步地，串联补偿泵3可采用恒压变量泵，即串联补偿泵3可保证补偿油路03的油压稳定于设定值。

此外，上述试验过程中，可以根据需要使试验系统工作于机械及液压补偿功率回收模式下，在这种情形下，可根据被试马达17的类型使变速箱18工作于增速挡或者低速挡，由电机23带动变速箱18补偿被试马达17和加载马达24之间的扭矩损失和调节试验转速，并由补偿油路03通过加载马达24向回馈油路04持续供油，即同时通过机械补偿和液压补偿的方式实现功率的回收利用；另外，也可以使试验系统工作于液压补偿功率回收模式下，即将电机23与变速箱18断开（例如通过设置于电机23与变速箱18之间的离合器进行操作），在这种情形下，由加载马达24通过回馈油路04将压力油回馈至被试马达17的入口，以实现液压补偿功率回收。

上述各种实施例中，为了防止补偿油路03上因油压过大而对液压管路以及相应的液压元件造成影响，可在补偿油路03上设置第一安全阀4，以便在油压过大时将过多的油液通过第一安全阀4溢流至油箱中；另外，为了防止第一油路01上油压过大而对液压管路以及相应的液压元件造成影响，可在第一油路01上设置第二安全阀14，以便在油压过大时将过多的油液通过第二安全阀14溢流至油箱中。

上述各种实施例中，为了防止加载马达24吸空，补偿油路03与油箱之间设置有第二单向阀5，第二油路02与油箱之间设置有第三单向阀9，其中，第三单向阀9可在加载马达24运转而串联补偿泵3未供油时防止加载马达24吸空，而第二单向阀可在串联补偿泵3加载马达24运转而串联补偿泵3供油量较小时防止加载马达24吸空。

上述各种实施例中，为了第二油路02上来自于被试马达17的回油进行冷却，降低系统油温，可在背压阀8与补偿油路03之间设置热交换器7，在其他实施例中，也可以根据需要采用其他的冷却方式。

上述各种实施例中，第一油路01和第二油路02通过换向阀16与被试马达17相连，在其他实施例中，例如在需要试验的液压马达的数目较少时，也可以根据需要取消换向阀16，而采用换接油路的方法实现第一油路01、第二油路02与被试马达17的连接。

上述各种实施例中，补偿油路03通过桥式液压块25选择性地向回馈油路04或者通过加载马达24向回馈油路04供油，即在启动过程中，先向回馈油路04供油，当加载马达24运转后，转为通过加载马达24向回馈油路04供油，在其他实施例中，也可以采用其他方式实现补偿油路03与加载马达24、回馈油路04的连接，例如可采用具有上述相应功能的阀块，或者前述的换接油路方法实现。

上述各种实施例中，并联补偿泵2和串联补偿泵3采用同一电机1进行驱动，在其他实施例中，也可以采用两个电机进行分别驱动。

上述各种实施例中，第一油路01通过背压阀8与补偿油路03相连，以实现回油背压的回收，在其他实施例中，第一油路01也可以直接通向油箱，而由串联补偿泵3单独向补偿油路03供油。

上述各种实施例中，通过串联补偿泵3向补偿油路03供油，并在优选情形下实现补偿油路03的油压稳定，在其他实施例中，补偿油路03入油端的供油方式还可以采用其他方式实现，例如，可以通过外接一个稳压输出液压系统实现。

上述各种实施例中，通过并联补偿泵2使被试马达17的入口压力保持稳定，以满足试验的需要，在其他实施例中，还可以采用其他方式实现，只要满足试验的需要即可。

综上，本发明实施例以及基于本发明实施例的各种变型及拓展所提供的液压马达试验系统在试验过程中，可以根据需要工作于机械及液压补偿功率回收模式或者单独工作于液压补偿功率回收模式下，当液压马达试验系统工作于机械及液压补偿功率回收模式时，可按照被试马达的类型使变速箱工作于增速挡或者低速挡，由电机带动变速箱补偿被试马达和加载马达之间的扭矩损失和调节试验转速，并由加载马达通过回馈油路将压力油回馈至被试马达的入口，即同时通过机械补偿和液压补偿的方式实现功率的回收利用，若液压马达试验系统需要单独工作于液压补偿功率回收模式下，则将电机与变速箱断开（例如通过设置于电机与变速箱之间的离合器进行操作），由加载马达通过回馈油路将压力油回馈至被试马达的入口，而通过改变补偿油路的供油量，可以调节被试马达的转速。与现有的单独采用液压补偿功率回收方式对速度较大的马达进行试验相比，可有效避免试验转速不稳定、试验功能不全等不足，此外，由于电机结合具有高低两挡的变速箱可以适应更大转速范围的液压马达的试验需要，与现有的机械补偿功率回收方式相比，可有效避免转速调节范围小、对被试马达和加载马达（泵）的排量关系有限制以及系统压力调节精度低等缺点，即该液压马达试验系统能够满足绝大部分液压马达的功率试验、寿命试验和批量试验等试验需求。另外，在一种优选情形中，采用变频电机以适应更大转速范围的液压马达的试验，而由于变频电机具有操作方便、可实现平滑无极调速、可靠性高、响应速度快以及可同计算机、PLC联机的特点，便于实现试验过程的自动控制。另外，在另一种优选情形中，可通过调节溢流阀调节被试马达的试验压力，并且通过并联补偿泵使被试马达的入口压力稳定在调节溢流阀设定的压力值下，如此设置不仅调节方便，也有助于减少溢流量，以及减少系统的能量损耗和发热。另外，在另一种优选情形中，使被试马达的回油通道通过背压阀与补偿油路的入油端相连，不仅有助于增加被试马达运行的稳定性，而且对背压进行了回收，提高了系统的回收效率。另外，在另一种优选情形中，还通过串联补偿泵与补偿油路相连，该串联补偿泵可根据被试马达和加载马达之间的流量损失自动调节补偿量，以保证试验的稳定运行，并且有助于防止加载马达吸空。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种液压马达试验系统，其特征在于，所述液压马达试验系统包括：

电机(23)；

变速箱(18)，具有增速挡和减速挡，其输入端与所述电机(23)的输出端驱动连接；

被试马达(17)；

加载马达(24)，通过动力轴与所述被试马达(17)对接，并且所述变速箱(18)的输出端与所述动力轴驱动连接；

第一油路(01)，作为被试马达(17)的进油通道；

第二油路(02)，作为被试马达(17)的回油通道；

回馈油路(04)，其出油端与所述第一油路(01)相通；

补偿油路(03)，其出油端选择性地向所述回馈油路(04)的入油端供油或者通过所述加载马达(24)向所述回馈油路(04)的入油端供油；

背压阀(8)，所述背压阀(8)设置于所述第二油路(02)上，并且所述背压阀(8)的出油口接于所述补偿油路(03)的入油端。

2.如权利要求1所述的液压马达试验系统，其特征在于，所述电机(23)为变频电机。

3.如权利要求1所述的液压马达试验系统，其特征在于，所述液压马达试验系统还包括桥式液压块(25)，所述桥式液压块(25)具有主进油口(a1)、主出油口(a3)以及位于所述主进油口(a1)和所述主出油口(a3)之间的第一接油口(a2)和第二接油口(a4)，所述补偿油路(03)的出油端接于所述主进油口(a1)，所述回馈油路(04)的入油端接于所述主出油口(a3)，所述加载马达(24)的进出油口分别接于所述第一接油口(a2)和所述第二接油口(a4)。

4.如权利要求1所述的液压马达试验系统，其特征在于，所述液压马达试验系统还包括并联补偿泵(2)和调节溢流阀(12)，其中，所述调节溢流阀(12)设置于所述第一油路(01)上，所述并联补偿泵(2)的进油口接于油箱，所述并联补偿泵(2)的出油口通向所述第一油路(01)。

5.如权利要求1所述的液压马达试验系统，其特征在于，所述液压马达试验系统还包括第一单向阀(19)，所述第一单向阀(19)设置于所述回馈油路(04)上。

6.如权利要求1至5任意一项所述的液压马达试验系统，其特征在于，所述液压马达试验系统还包括串联补偿泵(3)，所述串联补偿泵(3)的进油口接于油箱，所述串联补偿泵(3)的出油口通向所述补偿油路(03)的入油端。

7.如权利要求6所述的液压马达试验系统，其特征在于，所述串联补偿泵(3)为恒压变量泵。

8.如权利要求6所述的液压马达试验系统，其特征在于，所述液压马达试验系统还包括第二单向阀(5)和第三单向阀(9)，所述第二单向阀(5)设置于所述补偿油路(03)与油箱之间，所述第三单向阀(9)设置于所述第二油路(02)与油箱之间。

9.如权利要求1至5任一项所述的液压马达试验系统，其特征在于，所述液压马达试验系统还包括第一安全阀(4)和第二安全阀(14)，所述第一安全阀(4)设置于所述补偿油路(03)上，所述第二安全阀(14)设置于所述第一油路(01)上。