CN102966628B - 一种工程机械负载模拟与测试系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种工程机械负载模拟与测试系统及方法，该系统包括动力源、油门控制器、扭矩转速传感器、液压泵、压力流量采集单元、比例溢流阀、微处理器及控制计算机；扭矩转速传感器两端分别与动力源和液压泵联接；压力传感器或流量传感器的安装位置包括液压泵出油口和比例溢流阀的进油口；所述转速扭矩传感器、压力流量采集单元、油门控制器、比例溢流阀及控制计算机均与微处理器相连；通过比例溢流阀控制液压泵的出油压力或流量来模拟工程机械液压动力系统的负载变化，实现了对工程机械在实际作业过程中动力源动力负载和液压泵液力负载瞬态情况的精确模拟，从而提高测试试验的精度、一致性和可再现性。

Description

一种工程机械负载模拟与测试系统及方法

技术领域

本发明涉及工程机械技术领域，特别涉及一种工程机械负载模拟与测试系统及方法。

背景技术

以液压泵驱动的工程机械的工作效率和燃油经济性与驱动液压泵的动力源的性能及其匹配密切相关。在实际的工程作业中，一方面液压泵从动力源获得机械能并转化为液压势能；另一方面动力源与液压泵在完成能量转换时都有其不同的最佳转换工作点、线或区间。为了改善工程机械的工作性能，达到最佳的匹配工作，需要将动力源与液压泵的实际工作情况进行动力性和经济性测试与匹配优化试验。传统的测试试验方法主要采取装车实测或通过测功机模拟负载进行测试，而装车实测不仅工作量大、测试困难、周期长、成本高，优化改进成本高，并且由于作业对象的变化和操作人员水平的差异，使得试验结果的可比性和稳定性都较差；通过电力测功机或电动机模拟负载由于改变了负载传递方式，其准确性差，失真严重，尤其是对影响工程机械工作效率的瞬态动力响应情况几乎无法测试。

发明内容

本发明的目的在于提供一种工程机械负载模拟与测试系统及方法，实现液压泵与动力源负载在试验室台架上进行模拟与匹配优化测试，克服装车测试或其他常规测试中一致性差、精度低、不可再现的问题。

一种工程机械负载模拟与测试系统，该系统包括动力源、油门控制器、扭矩转速传感器、液压泵、压力流量采集单元、比例溢流阀、微处理器及控制计算机；

所述压力流量采集单元至少包括压力传感器或流量传感器中的一种或两种；

所述扭矩转速传感器两端分别与动力源和液压泵联接；

所述压力传感器的安装位置包括液压泵出油口与比例溢流阀的进油口之间任一位置，所述流量传感器的安装位置包括液压泵出油口与比例溢流阀的进油口之间和比例溢流阀与油箱之间任一位置；

所述比例溢流阀进油口与液压泵出油口通过第一液压油管连接；

所述比例溢流阀出油口和液压泵进油口分别通过第三液压油管和第二液压油管与油箱连接；

所述微处理器与转速扭矩传感器、压力流量采集单元、油门控制器及比例溢流阀均相连；

所述控制计算机与微处理器相连。

所述液压泵包括M个泵单元，所述泵单元包括N个主泵和/或先导泵，M和N均为大于或等于1的整数。

所述动力源至少包括柴油机、汽油机及电动机当中的一种。

一种工程机械负载模拟与测试方法，采用基于上述的工程机械负载模拟与测试系统，包括以下步骤：

步骤1：启动控制计算机及动力源；

步骤2：在控制计算机上设定待测的动力源对应的整车车辆参数及工况信息，并将其发送至微处理器上；

步骤3：根据微处理器发出的指令，通过油门控制器控制动力源的运行，并经扭矩转速传感器驱动液压泵，液压泵通过液压油管将液压油从油箱中吸入，液压油经液压泵加压后从其出油口依次流经液压油管、压力流量采集单元后进入比例溢流阀；

步骤4：比例溢流阀根据微处理器发出的指令控制比例溢流阀的开度，从而改变液压泵的出油压力和液压泵吸收发动机输出的功率；

步骤5：微处理器通过扭矩转速传感器、压力流量采集单元实时采集动力源的动力输出信息和液压泵的液压输出信息，并将采集到的动力源的动力输出信息和液压泵的液压输出信息反馈至控制计算机上，实现对动力源的动力负载和液压泵的液力负载过程的模拟；所述动力输出信息为动力源的扭矩与转速，所述液压输出信息为液压泵的压力和/或流量。

有益效果

本发明一种工程机械负载模拟与测试系统及方法，该系统包括动力源、油门控制器、扭矩转速传感器、液压泵、压力流量采集单元、比例溢流阀、微处理器及控制计算机；系统结构简单，稳定可靠；该方法通过比例溢流阀控制液压泵的出油压力或流量来模拟工程机械液压动力系统的负载变化，不仅实现了对工程机械在实际作业过程中的动力源动力负载和液压泵液力负载瞬态情况的精确模拟，同时还可实现多种特殊作业工况和作业模式的精确模拟，从而提高测试试验的精度、一致性和可再现性。

附图说明

图1为本发明的原理示意图；

图2为本发明的系统结构图；

图3为本发明作业负载模拟与测试结果图；

图4为本发明在负载突加和突卸的模拟与测试结果图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

图1为本发明的系统原理结示意图。

如图2所示是本发明的针对挖掘机一个具体应用实例，该系统包括油门控制器1、发动机2、扭矩转速传感器3、液压泵（包括两个主泵和一个先导泵）4、第一液压油管5、压力传感器6、比例溢流阀7、油箱8、第二液压油管9、第三液压油管13、微处理器10、控制计算机11和连接线12；其中发动机2的飞轮输出端与扭矩传感器3连接，集成了两个主泵和一个先导泵的液压泵4与扭矩传感器3相连接，液压泵4的两个主泵和一个先导泵的出油口通过第一液压油管5与压力传感器6和比例溢流阀7依次连接，微处理器10通过连接线12与油门控制器1、扭矩转速传感器3、压力传感器6及比例溢流阀7连接。

该应用实例应用的工作原理说明如下：

液压油路：液压油从油箱8经第二液压油管9进入液压泵4后，经液压泵4增压后经第一液压油管5进入比例溢流阀7，再经比例溢流阀7通过第三液压油管13流回油箱8；根据试验需要可在经第一液压油管9与油箱8之间增加冷凝器对液压油进行冷却。

工作过程：根据微处理器10发出的指令，通过油门控制器1控制发动机2的运行，并经扭矩转速传感器3驱动液压泵4，液压泵4通过第二液压油管9将液压油从油箱8中吸入，液压油经液压泵4加压后从其出油口依次流经第一液压油管5、压力传感器6后进入比例溢流阀7，比例溢流阀7根据控制器10发出的指令控制比例溢流阀7开度，从而改变液压泵4的出油压力和液压泵4吸收发动机2输出的功率，同时，微处理器10通过扭矩转速传感器3、压力传感器6分别获取发动机2的动力输出信息和液压泵4的液压油输出信息，反馈至控制计算机11，实现对工程机械的负载模拟；所述动力输出信息为动力源的扭矩与转速，液压输出信息为液压泵的出油口的压力；

该系统能够设置不同的试验参数来模拟多种工况。工况根据挖掘机作业模式有重载、经济和轻载三种工况；试验参数主要指来自挖掘机实际作业中采集的发动机扭矩、转速或液压泵输出的油压、流量参数，以及为了试验验证发动机或液压泵工作能力而人为设置的上述各参数；通过微处理器及控制计算机对系统进行控制，实现对发动机2的动力负载和液压泵4的液力负载的精确模拟。

如图3所示，为本发明作业负载的模拟结果，从图中可以看出此台架模拟曲线与实车采样基本一致，有效的证明了该模拟与测试系统及方法的有效性和准确性。

该应用实例不仅实现了对工程机械在实际作业过程中的发动机动力负载和液压泵液力负载情况的试验室台架精确模拟，同时还实现了多种特殊作业工况和作业模式的精确模拟，如图4所示，为本发明在负载过程中突加和突卸情况时的模拟结果图，从图中可以看出，此台架模拟负载曲线与设定负载的实际曲线基本一致，除模拟负载除稍有延时外，加载过程与设置负载几近一致，其负载误差率小于0.5%，说明该系统和方法提高了测试试验的精度、一致性、可再现性和试验效率与经济性。

应当说明的是，以上实例说明的只是对本发明的一个应用实例主要部分进行了描述，如实例实际应用中的相关发动机运行状态与环境信息采集等作为系统的辅助性部件均不作说明。同时，本应用实例只是本发明的一个案例，而不是限制本发明的应用范围或领域的。

Claims (4)

1.一种工程机械负载模拟与测试系统，其特征在于，该系统包括动力源、油门控制器、扭矩转速传感器、液压泵、压力流量采集单元、比例溢流阀、微处理器及控制计算机；

所述压力流量采集单元至少包括压力传感器或流量传感器中的一种；

所述扭矩转速传感器两端分别与动力源和液压泵联接；

所述压力传感器的安装位置位于液压泵出油口与比例溢流阀的进油口之间任一位置，所述流量传感器的安装位置位于液压泵出油口与比例溢流阀的进油口之间或比例溢流阀出油口与油箱回油口之间任一位置；

所述比例溢流阀进油口与液压泵出油口通过第一液压油管连接；

所述比例溢流阀出油口和液压泵进油口分别通过第三液压油管和第二液压油管与油箱连接；

所述微处理器与转速扭矩传感器、压力流量采集单元、油门控制器及比例溢流阀均相连；

所述控制计算机与微处理器相连。

2.根据权利要求1所述的工程机械负载模拟与测试系统，其特征在于，所述液压泵包括M个泵单元，所述泵单元包括N个主泵和/或先导泵，M和N均为大于或等于1的整数。

3.根据权利要求1或2任一项所述的工程机械负载模拟与测试系统，其特征在于，所述动力源至少包括柴油机、汽油机及电动机当中的一种。

4.一种工程机械负载模拟与测试方法，其特征在于，采用基于上述的工程机械负载模拟与测试系统，包括以下步骤：

步骤1：启动控制计算机及动力源；

步骤2：在控制计算机上设定待测的动力源对应的整车车辆参数及工况信息，并将其发送至微处理器上；

步骤3：根据微处理器发出的指令，通过油门控制器控制动力源的运行，并经扭矩转速传感器驱动液压泵，液压泵通过液压油管将液压油从油箱中吸入，液压油经液压泵加压后从其出油口依次流经液压油管、压力流量采集单元后进入比例溢流阀；

步骤4：比例溢流阀根据微处理器发出的指令控制比例溢流阀的开度，从而改变液压泵的出油压力和液压泵吸收发动机输出的功率；

步骤5：微处理器通过扭矩转速传感器、压力流量采集单元实时采集动力源的动力输出信息和液压泵的液压输出信息，并将采集到的动力源的动力输出信息和液压泵的液压输出信息反馈至控制计算机上，实现对动力源的动力负载和液压泵的液力负载过程的模拟；所述动力输出信息为动力源的扭矩与转速，所述液压输出信息为液压泵的压力和/或流量。