CN103343742A - 柱塞泵特性测试系统及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种柱塞泵特性测试系统及测试方法，其特征是设置测试系统为：在驱动电机的输出轴上设置转矩转速测试仪，用于检测柱塞泵的输入转矩和角速度；在柱塞泵的出口管路中设置有二通插装阀，二通插装阀的进油口与柱塞泵的出口端连接管路上设置压力传感器，用于检测柱塞泵的输出压力，在二通插装阀的出油口设置流量传感器，用于检测柱塞泵的输出流量；在二通插装阀的控制口与二通插装阀的进油口之间的连接管路中设置有节流口；在二通插装阀的控制口与流量传感器的进油口之间并联设置有先导比例溢流阀和常闭式二位二通电磁换向阀；先导比例溢流阀用于设定测试系统的输出压力。本发明可以快速准确地获得对于柱塞泵的压力和总效率特性的测试。

Description

柱塞泵特性测试系统及测试方法

技术领域

本发明涉及一种测试系统及测试方法，特别涉及一种柱塞泵特性测试系统及测试方法。

背景技术

随着液压技术的发展，柱塞泵在工程机械中的应用越来越广泛，其作用是将原动机的机械能转换成工作油液的液压能，向液压系统提供工作时所需的一定压力和流量的工作液体。液压泵组成密封容积的零件构造不尽相同，配流机构也有多种形式，但工作原理本质上是相似的，都属于容积式液压泵。液压泵在工作过程中存在功率损失，其效率除受自身结构、制造质量与到工作状况的影响外，在很大程度上取决于具体变量机构的调节特性。柱塞泵的总效率是在额定工况（最大排量、额定转速、额定压力）测试的，在实际工作中液压系统通常不会只在额定工况下工作，若在设计液压系统时忽略了工况对泵效率的影响，将可能导致原动机超载而使系统不能正常工作。为此获取准确的柱塞泵的压力—总效率特性曲线对于液压系统设计与液压系统能量效率优化均有重要的实际应用价值。

专利号为CN101178062A（公开日2008.5.14）提出了一种变量液压泵压力流量特性自动测试方法，该方法对被测变量泵的不同压力、流量进行多次测试，然后由测试数据直接进行曲线拟合，该方法随着变量泵压力变化进行多次测试，工作量大，由测试数据直接进行曲线拟合不能准确反映变量泵的动态特性。

专利号为CN101871448A（公开日2010.10.27）提出了一种新的泵站水泵特性曲线确定方法及系统，其目的在于提供一种新的泵站水泵特性曲线确定方法及系统，其应用泵站日常运行历史状态数据，通过模型分析方法确定泵站水泵的特性曲线。属于给水管网设备参数的估计与测量领域，不能准确反映泵实际应用时的特性曲线。

专利号为CN101603559A（公开日2009.12.6）提出了一种检测液压系统效率参数的方法和装置及工程机械，是根据该动力参数值与预定参数值之间的关系，就能够确定该液压系统在实际工作环境中的效率参数值与预定环境下效率参数值之间的关系，进而获取液压系统的在实际工作环境中的效率参数值。以此发明构思为基础，提出了一种检测液压系统效率参数方法的技术方案。

专利号为CN1862523A（公开日2006.11.15）提出了一种离心泵标准效率的测算方法及其装置。该发明所用方法虽然在传统测试方法的基础上有了很大的改进，但是由于测试过程中仍然需要针对其中一个流量区间进行多次效率值设定，由于采集点多，因此设置过程中要求对流量的变动要有精确的控制。

专利号为CN101737310A（公开日2010.06.16）提出了一种基于水泵流量软测量的泵效率测算方法，是基于能量平衡的火电机组低压加热器系统中疏水泵测量方法计算疏水泵流量。由于泵在实际应用中的温度等随环境和工作状况不断变化的参数不是定值，因此很难正确反映泵的实际效率值。

专利号为CN102297110A（公开日2011.12.28）提出了一种离心泵效率分析方法，利用solidworksflowsimulation软件进行离心泵效率分析。该方法只是纯粹的利用solidworksflowsimulation软件根据实际应用背景来设定软件指定的参数，然后进行模型分析，而没有进行实际的数据测试，很难确定实际应用中泵的实际效率值。

Meir等人根据离心泵为平方转矩类负载，采用比例定律法计算变频工况下输油泵轴功率及其效率，评价泵机组的节能潜力，计算时认为不同转速下的输油泵机械效率相等，计算结果不够准确。

目前对液压泵压力效率性能主要是通过有限元方法进行模拟仿真，或利用实验法采集多组数据直接进行曲线拟合，存在的主要问题是工作量大，准确性差。

发明内容

本发明目的在于提供一种柱塞泵特性测试系统及测试方法，应用了柱塞泵的损耗机理研究成果，克服了柱塞泵压力-效率性能测试过程中的工作量大、可靠性差的缺点，简化了测试过程，保证了测试结果准确性。

本发明为解决技术问题采用如下技术方案：

本发明柱塞泵特性测试系统的特点是设置测试系统为：

在驱动电机的输出轴上设置转矩转速测试仪，用于检测柱塞泵的输入转矩和角速度；

在柱塞泵的出口管路中设置有二通插装阀，所述二通插装阀的进油口A与所述柱塞泵的出口端连接管路上设置压力传感器，用于检测柱塞泵的输出压力，在所述二通插装阀的出油口B设置流量传感器，用于检测柱塞泵的输出流量；在所述二通插装阀的控制口C与二通插装阀的进油口A之间的连接管路中设置有节流口；在所述二通插装阀的控制口C与所述流量传感器的进油口之间并联设置有先导比例溢流阀和常闭式二位二通电磁换向阀；所述先导比例溢流阀用于设定测试系统的输出压力，所述常闭式二位二通电磁换向阀用于测试系统保护。

本发明实现柱塞泵特性测试的方法的特点是按如下过程进行：

a、设置第一工况为：设定先导比例溢流阀的开启压力为不大于柱塞泵的额定压力20%；

b、启动驱动电机，待所述柱塞泵稳定运行后，分别采集所述柱塞泵的输入转矩、角速度、输出压力和输出流量的各检测信号；以所述驱动电机的转动周期的整数倍为时域窗口，以所述时域窗口截取所述各检测信号；计算获得所述时域窗口内各时间点的输出压力平均值作为第一工况下的柱塞泵实际输出压力p₁；计算获得所述时域窗口内各时间点的输入转矩与角速度乘积的平均值作为第一工况下的柱塞泵的实际输入功率；计算获得所述时域窗口内各时间点的输出压力与输出流量乘积的平均值作为第一工况下的柱塞泵实际输出功率；计算获得柱塞泵实际输出功率与实际输入功率的百分比作为第一工况下柱塞泵的总效率η₁；

c、设置第二工况为：设定先导比例溢流阀的开启压力为柱塞泵的额定压力的20%—90%；按照步骤b分别获得第二工况下柱塞泵的实际输出压力p₂和总效率η₂；

d、设置第三工况为：设定先导比例溢流阀的开启压力为柱塞泵的额定压力的91%—110%；按照步骤b分别获得第三工况下柱塞泵实际输出压力p₃和总效率η₃；

e、按式（1）进行计算，分别获得系数A、系数B和系数C；

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\η}}_1=A+\frac{B}{p_1}-{\mathrm{Cp}}_1\\ {\mathrm{\η}}_2=A+\frac{B}{p_2}-{\mathrm{Cp}}_2\\ {\mathrm{\η}}_3=A+\frac{B}{p_3}-{\mathrm{Cp}}_3\end{array}\right.---\left(1\right)$

则，所述柱塞泵的输出压力p与总效率η之间的关系如式（2）所表达：

$\mathrm{\η}=A+\frac{B}{p}-\mathrm{Cp}---\left(2\right).$

与已有技术相比，本发明有益效果体现在：

1、本发明是在先导比例溢流阀某一开启压力下稳定运行后，才开始信号采集，并通过均值法获得柱塞泵输出压力、输入功率、输出功率，使测试结果更能准确反映柱塞泵的真实工作情况；

2、本发明基于柱塞泵的损耗机理研究，获取了泵输出压力与总效率之间的关系式

通过理论与试验测试方法相结合，只需开展三种工况试验，即可得到更加可靠准确的泵压力-总效率特性曲线，而非传统的简单曲线拟合，提高了测试效率，降低了测试成本。

附图说明

图1为本发明中柱塞泵压力-总效率特性测试系统原理图；

图2为利用本发明对某公司柱塞泵的压力-总效率特性曲线进行测试的结果对比图；

图中标号：1油箱；2过滤器；3柱塞泵；4压力传感器；5流量计；6二通插装阀；7节流口；8常闭式二位二通电磁换向阀；9先导式比例溢流阀；10转矩转速测试仪；11驱动电机。

具体实施方式

参见图1，本实施例中柱塞泵特性测试系统设置为：

在驱动电机11的输出轴上设置转矩转速测试仪10，用于检测柱塞泵3的输入转矩和角速度；

在柱塞泵3的出口管路中设置有二通插装阀6，二通插装阀6的进油口A与柱塞泵3的出口端连接管路上设置压力传感器4，用于检测柱塞泵3的输出压力，在二通插装阀6的出油口B设置流量传感器5，用于检测柱塞泵3的输出流量；在二通插装阀6的控制口C与二通插装阀6的进油口A之间的连接管路中设置有节流口7；在二通插装阀6的控制口C与流量传感器5的进油口之间并联设置有先导比例溢流阀9和常闭式二位二通电磁换向阀8；先导比例溢流阀9用于设定测试系统的输出压力，常闭式二位二通电磁换向阀8用于测试系统保护。

本实施例中利用图1所示测试系统实现柱塞泵特性测试的方法是按如下过程进行：

a、设置第一工况为：设定先导比例溢流阀的开启压力为不大于柱塞泵的额定压力20%；

b、启动驱动电机，待柱塞泵运转1-2分钟后，可界定为稳定运行阶段。通过转矩转速测试仪检测获得柱塞泵输入转矩与角速度的信号；通过压力传感器检测获得柱塞泵的输出压力的信息；通过流量传感器检测获得柱塞泵的输出流量的信号；以驱动电机的转动周期的整数倍为时域窗口，截断时域窗口的长度首先要保证能反映信号的全貌，如果时域信号是周期性的，而截断又按整周期取数，信号截断不会产生问题，因为每周期信号都能代表整个周期信号变化情况。但整周期采样是很难实现的，必然会因为信号截断而产生泄露，为了避免由此带来误差，设置截断时域窗口的长度不小于2倍周期。以时域窗口截取各检测信号来进行采样分析；为避免柱塞泵运行过程中存在着周期性的脉动对分析结果的影响，以计算获得时域窗口内各时间点的输出压力平均值作为第一工况下的柱塞泵实际输出压力p₁；以计算获得时域窗口内各时间点的输入转矩与角速度乘积的平均值作为第一工况下的柱塞泵的实际输入功率；以计算获得时域窗口内各时间点的输出压力与输出流量乘积的平均值作为第一工况下的柱塞泵实际输出功率；以计算获得柱塞泵实际输出功率与实际输入功率的百分比作为第一工况下柱塞泵的总效率η₁；

c、设置第二工况为：设定先导比例溢流阀的开启压力为柱塞泵的额定压力的20%—90%；按照步骤b分别获得第二工况下柱塞泵的实际输出压力p₂和总效率η₂；

d、设置第三工况为：设定先导比例溢流阀的开启压力为柱塞泵的额定压力的91%—110%；按照步骤b分别获得第三工况下柱塞泵实际输出压力p₃和总效率η₃；

e、按式（1）进行计算，分别获得系数A、系数B和系数C；

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\η}}_1=A+\frac{B}{p_1}-{\mathrm{Cp}}_1\\ {\mathrm{\η}}_2=A+\frac{B}{p_2}-{\mathrm{Cp}}_2\\ {\mathrm{\η}}_3=A+\frac{B}{p_3}-{\mathrm{Cp}}_3\end{array}\right.---\left(1\right)$

则，柱塞泵的输出压力p与总效率η之间的关系如式（2）所表达：

$\mathrm{\η}=A+\frac{B}{p}-\mathrm{Cp}---\left(2\right).$

则根据式（2）即可绘制出柱塞泵的压力—总效率特性曲线。

以某公司柱塞泵为对象，开展测试实验，其额定压力p_额为320bar。设定第一工况下的先导比例溢流阀9开启压力p₁＝7.8%p_额＝25bar。启动驱动电机11，待柱塞泵3运行两分钟后，通过转速转矩测试仪、流量传感器、压力传感器获取柱塞泵3的输入转矩、角速度、输出压力和输出流量的测试信号；驱动电机11转动周期为0.04s，选取时域窗口大小为0.1s，并截取压力测试信号，求取该时域窗口内各时间点的输出压力的平均值，即柱塞泵3实际输出压力p₁=25.3bar；求取该时域窗口内各采集点的转矩与角速度乘积的平均值，得柱塞泵3的实际输入功率11.2kw；求取时域窗口内各采集点的输出压力与输出流量乘积的平均值，得柱塞泵实际输出功率4.83kw；求取柱塞泵3实际输出功率与柱塞泵3实际输入功率的比值，得柱塞泵3在实际输出压力

下的总效率η₁=43.087%。故得（p₁，η₁）=（25.3，43.087）。

依次分别设定先导比例溢流阀的开启压力p₂＝29.7%p_额＝95bar，以及p₃＝106%p_额＝340bar，同理测得（p₂，η₂）=（96.5，85.868），（p₃，η₃）=（341.5，89.612）。

解方程组

$\left\{\begin{array}{c}43.087=A+\frac{B}{25.3}-25.3C\\ 85.868=A+\frac{B}{96.5}-96.5C\\ 89.612=A+\frac{B}{341.8}-341.8C\end{array}\right.$

由此可得该柱塞泵的压力(p)和总效率(η)的特性曲线为：

$\mathrm{\η}=104.471-\frac{1510.601}{p}-0.031p$

图2为某公司柱塞泵的压力-总效率特性曲线的测试结果对比图，m为本发明系统与方法所绘制的特性曲线，n为传统离散点方法测试所获得的曲线。图中可以发现，两条特性曲线误差极小，精度符合要求。故本发明方法实现了特性曲线绘制，克服了柱塞泵压力-效率性能测试过程中的工作量大、可靠性差的缺点，其测试过程简单，测试结果准确。

Claims (2)

1.一种柱塞泵特性测试系统，其特征是设置测试系统为：

在驱动电机（11）的输出轴上设置转矩转速测试仪（10），用于检测柱塞泵（3）的输入转矩和角速度；

在柱塞泵（3）的出口管路中设置有二通插装阀（6），所述二通插装阀（6）的进油口A与所述柱塞泵（3）的出口端连接管路上设置压力传感器（4），用于检测柱塞泵（3）的输出压力，在所述二通插装阀（6）的出油口B设置流量传感器（5），用于检测柱塞泵（3）的输出流量；在所述二通插装阀（6）的控制口C与二通插装阀（6）的进油口A之间的连接管路中设置有节流口（7）；在所述二通插装阀（6）的控制口C与所述流量传感器（5）的进油口之间并联设置有先导比例溢流阀（9）和常闭式二位二通电磁换向阀（8）；所述先导比例溢流阀（9）用于设定测试系统的输出压力，所述常闭式二位二通电磁换向阀（8）用于测试系统保护。

2.利用权利要求1所述测试系统实现柱塞泵特性测试的方法：其特征是按如下过程进行：

a、设置第一工况为：设定先导比例溢流阀的开启压力为不大于柱塞泵的额定压力20%；

b、启动驱动电机，待所述柱塞泵稳定运行后，分别采集所述柱塞泵的输入转矩、角速度、输出压力和输出流量的各检测信号；以所述驱动电机的转动周期的整数倍为时域窗口，以所述时域窗口截取所述各检测信号；计算获得所述时域窗口内各时间点的输出压力平均值作为第一工况下的柱塞泵实际输出压力p₁；计算获得所述时域窗口内各时间点的输入转矩与角速度乘积的平均值作为第一工况下的柱塞泵的实际输入功率；计算获得所述时域窗口内各时间点的输出压力与输出流量乘积的平均值作为第一工况下的柱塞泵实际输出功率；计算获得柱塞泵实际输出功率与实际输入功率的百分比作为第一工况下柱塞泵的总效率η₁；

c、设置第二工况为：设定先导比例溢流阀的开启压力为柱塞泵的额定压力的20%—90%；按照步骤b分别获得第二工况下柱塞泵的实际输出压力p₂和总效率η₂；

d、设置第三工况为：设定先导比例溢流阀的开启压力为柱塞泵的额定压力的91%—110%；按照步骤b分别获得第三工况下柱塞泵实际输出压力p₃和总效率η₃；

e、按式（1）进行计算，分别获得系数A、系数B和系数C；

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\η}}_1=A+\frac{B}{p_1}-{\mathrm{Cp}}_1\\ {\mathrm{\η}}_2=A+\frac{B}{p_2}-{\mathrm{Cp}}_2\\ {\mathrm{\η}}_3=A+\frac{B}{p_3}-{\mathrm{Cp}}_3\end{array}\right.---\left(1\right)$

则，所述柱塞泵的输出压力p与总效率η之间的关系如式（2）所表达：

$\mathrm{\η}=A+\frac{B}{p}-\mathrm{Cp}---\left(2\right).$

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