CN104316310A - 一种基于计算机的液压缓冲器性能测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公布了一种基于计算机的液压缓冲器测试方法，进行液压缓冲器性能测试时首先将计算机与数据采集控制系统通过ＰＣＩ接口连接，数据采集控制系统的两路模拟输入与位移传感器和载荷传感器的电压输出端连接，数据采集控制系统的两路模拟输出通过功率放大器分别与液压驱动装置的比例换向阀和比例溢流阀连接。然后进行基础数据输入。建立工程数据库、输入待测产品的基本信息后进行拉伸和压缩方向的低速行走摩擦阻力测试，然后再分别进行拉伸和压缩方向的抗冲击试验，本发明基于计算机测控技术和数据库技术实现了液压缓冲器测试过程的自动化，并且通过引入反馈控制提高了低速行走速度和闭锁后载荷的精确性，具有操作简便、快速的优点。

Description

一种基于计算机的液压缓冲器性能测试方法

 

技术领域

 

本发明涉及产品性能测试领域，尤其是一种基于计算机的液压缓冲器性能测试方法。

 

背景技术

 

　　液压缓冲器（Hydraulic Snubber），也称为液压吸振器、限位器等，是一种对速度反应灵敏的减振装置，它借助特殊结构阀门控制液压缸活塞移动以抑制管道或设备的冲击载荷影响。其主要用于防止管道或设备因地震、水锤、汽锤、风载、安全阀排汽及其它冲击载荷所造成的破坏。液压缓冲器在管道或设备正常热膨胀时能随之缓慢移动，此时其几乎没有阻力；在受到快速冲击时内部阀门闭锁，产生大的阻力抵抗冲击，从而抑制管道或设备产生较大位移，从而起到保护管道或设备的作用。

　　为了保证液压缓冲器的质量，每一台缓冲器出厂前都需要经过性能测试，包括低速行走摩擦阻力试验和抗冲击试验。在低速行走摩擦阻力试验中，现有的测试方法大都利用调速阀调出所需的速度。这种方法虽然可以测试出摩擦阻力，但当调速阀开启时会有一个速度冲击，有些情形下会引起缓冲器意外闭锁，造成测试失败。有的装置利用比例换向阀进行调速，但仍然工作在开环状态，测试时速度仍受到负载变动的影响，速度有时会发生较大波动。更主要的是，由于测试速度低达10～20 mm/min,加工精度一般的液压驱动系统在开环控制时极易产生爬行现象；在抗冲击测试中，现有的测试方法使用手动溢流阀来调载荷，过程繁琐且不准确。有的虽然使用比例溢流阀，但不具备载荷自动标定功能，也没有建立载荷标定数据库保存标定结果的功能。此外，现有的测试台只能针对一种型号的产品测试和验收。然而在某些大型应用场合，例如核电站，所使用的缓冲器来源很多，验收标准各不相同，现有测试台由于没有型号数据库和验收标准数据库，只能人工验收测试结果。

　　总之，现有的液压缓冲器现有的测试方法存在不能完全满足测试要求、自动化程度不高和测试效率较低的问题。

 

发明内容

 

　　　本发明的目的在于提供一种通过计算机对液压缓冲器进行性能测试的方法，解决现有测试方法下低速行走摩擦阻力试验中的速度准确度和平稳性问题，和解决抗冲击测试中的效率低、精度低的载荷调整问题，以及解决现有测试方法自动化程度不高的问题。

 

    本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

    一种基于计算机的液压缓冲器性能测试方法，包括如下步骤：

A)　首先将计算机与数据采集控制器通过ＰＣＩ接口连接，数据采集控制器的两路模拟输入分别与位移传感器和载荷传感器的电压输出端连接，数据采集控制器的两路模拟输出通过放大器分别与液压缓冲器上的比例换向阀和比例溢流阀连接；

B)　输入基础数据并创建数据库创建基础数据库，所述基础数据主要包括：产品型号数据库、验收标准数据库、载荷标定数据库；其中产品型号数据库的字段包括产品型号、验收标准代号；验收标准数据库的字段包括：验收标准代号、低速行走最大允许摩擦阻力、闭锁速度和释放速度；载荷标定数据库的字段包括：额定载荷和比例溢流阀控制电压；

C)　输入待测产品的基本信息，基本信息包括产品编号、产品型号、额定载荷、吊点号和冷态位置；

D)　对待测液压缓冲器分别进行拉伸方向低速摩擦阻力测试和压缩方向低速摩擦阻力测试，测试过程中缓冲器的速度采用速度自动控制方法实现；并通过实时带数字滤波测控流程保证了测试过程中速度的自动控制与速度、载荷信号的测量及绘图显示的实时和同步；

E)　对待测液压缓冲器分别进行拉伸方向抗冲击测试和压缩方向抗冲击测试，其中缓冲器的载荷生成通过载荷自动标定方法实现。

 

其中，所述速度自动控制方法为：首先根据设定的速度计算形成位移命令曲线，再减去测量得到的缓冲器位移形成误差信号，将误差信号馈入一个数字ＰＩＤ控制器，该数字ＰＩＤ控制器的输出通过功率放大器放大后驱动比例换向阀来调节驱动油缸的速度。

 

进一步的，所述载荷自动标定方法为：在抗冲击试验前，先做载荷标定冲击测试，即选择试验选项为载荷标定，然后执行抗冲击测试，测试中先根据产品的额定载荷生成命令信号，再减去测量得到的缓冲器载荷形成误差信号，将误差信号馈入一个数字ＰＩＤ控制器，控制器的输出电压通过功率放大器驱动比例溢流阀，从而调节待测缓冲器的载荷，控制器的输出电压最终将稳定在一个固定值，并将该值存入载荷标定数据库。 

 

进一步的，所述的实时带数字滤波测控流程中，数据采集控制器开始连续采集位移和载荷信号后，同时启动采集循环与速度控制循环；采集循环包括查询缓冲区、批量读缓冲区、数字处理、存储位移、速度和载荷信号、绘制曲线；速度控制循环包括读取位移、求位移误差、数字ＰＩＤ计算以及通过Ｄ／Ａ输出控制量；这两个循环实时同步运行。 

 

    本发明具有操作简便、测试参数（速度、载荷）控制准确的特点；由于本发明引入了结合比例阀的速度数字自动控制机制和实时带数字滤波测控流程，减少了开环调速产生的速度偏差、波动和初始冲击，提高了摩擦阻力数据的准确度；本发明还引入了对比例溢流阀进行闭环控制机制，应用在抗冲击测试中的载荷标定中，提高了闭锁后载荷的精确性，并且结合载荷标定数据库，使后续同类测试自动获得载荷标定值，测试过程得以简化。同时本发明建立了产品型号数据库和验收标准数据库，能够自动验收按不同标准制造的产品，应用本发明可以提高缓冲器性能测试的精度及自动化程度。

 

附图说明

 

图1为本发明的结构原理图。

 

图2为本发明的低速行走测试实时带数字滤波测控流程图。

 

图３为本发明的速度ＰＩＤ控制循环的流程图。

 

图４为本发明的抗冲击测试实时带数字滤波测控流程图。

 

图中：1、计算机；2、数据采集控制器；3-1、位移传感器；3-2、载荷传感器；4-1、机架；4-2、驱动油缸；4-3、比例溢流阀；4-4、比例换向阀；4-5、泵站；5、待测产品。

 

具体实施方式

    

   下面将结合说明书附图，对本发明作进一步说明。

    如图1-图4，一种基于计算机的液压缓冲器性能测试方法，

    要进行缓冲器性能测试，首先需要如图１将计算机1与数据采集控制器2连接，其中数据采集控制器2由多功能数据采集卡NI PCI-6229 和含低通滤波电路的接线端子盒组成。将LVDT位移传感器3-1和轮辐式拉压载荷传感器3-2的电压输出与接线端子盒中的模拟输入通道连接。接线端子盒中的模拟输出通道分别与比例溢流阀4-3和比例换向阀4-4的功率放大器输入端连接。安装好待测产品5到驱动油缸4-2和机架4-1之间。启动泵站4-5。

　　然后开启计算机1, 启动液压缓冲器测控程序。用户在测试软件的界面上,先输入基础数据。主要包括：产品型号数据库、验收标准数据库、载荷标定数据库。其中产品型号数据库的字段包括产品型号、验收标准代号；验收标准数据库的字段包括：验收标准代号、低速行走最大允许摩擦阻力、闭锁速度和释放速度；载荷标定数据库的字段包括：额定载荷和比例溢流阀4-3控制电压；按提示建立并进入工程数据库，所有同一工程的产品的基础信息及测试数据均通过该数据库进行管理。 输入待测产品的基本信息：产品编号、产品型号、额定载荷、吊点号和冷态位置；其中产品型号的输入是通过选择列表完成的，而选择列表列出的是型号库中的所有型号。先分别进行拉伸方向低速摩擦阻力测试和压缩方向低速摩擦阻力测试，本文中所指低速为小于20mm/min的速度。其中缓冲器的速度采用速度自动控制方法实现；实时带数字滤波测控流程（图２）保证了速度的自动控制与速度、载荷信号的测量及绘图显示实时和同步，该流程的开始，首先启动数据卡NI PCI-6229进行连续数据采集，并且启动速度控制循环，然后程序进入查询数据缓冲区是否已满的循环，如果未满则继续查询，如果已满则进行后续操作，包括读取数据、处理数据、显示/存储数据等。如果程序收到停止测试命令或发现超载，则结束上述查询循环。程序自动将测到的载荷值进行平均计算，得到低速摩擦阻力值，并将其与验收标准比较。其中速度信号的获取是通过位移微分得到的，会产生很大噪声，因此需要经过一个高阶Butterworth滤波器进行滤波；图３为速度控制循环，其中通过位移控制的方法来控制速度，即根据设定的速度计算形成位移命令曲线，再减去测量得到的缓冲器位移形成误差信号，将误差信号馈入一个数字ＰＩＤ控制器，该数字ＰＩＤ控制器的输出（通过D/A转换为模拟量后）通过功率放大器放大后驱动比例换向阀4-4来调节驱动油缸4-2的速度，用位移控制间接控制速度的优点是可以大大减少噪声对控制的干扰；再分别进行拉伸方向抗冲击测试和压缩方向抗冲击测试，流程如图４所示，该流程中首先启动数据卡NI PCI-6229进行连续数据采集，程序查找载荷标定数据库，提取当前额定载荷对应的比例溢流阀4-3电压标定值，通过Ｄ/A输出该溢流阀电压，并通过Ｄ/A输出电压，命令比例换向阀4-4开启。然后程序进入查询数据缓冲区满循环，如果未满则继续查询，如果已满则进行后续操作，包括读取数据、处理数据、显示/存储数据等。如果程序收到停止测试命令或发现超载，则结束上述查询循环。程序自动对测到的速度值进行计算，将最大速度作为闭锁速度，将速度曲线后部与额定载荷对应的速度曲线段进行平均得到释放速度，并将其与验收标准比较。其中，缓冲器的额定载荷对应的比例溢流阀4-3的电压标定值在正式抗冲击试验前事先通过载荷自动标定方法实现，方法为：先选择试验选项为载荷标定，然后执行抗冲击测试，试验中先根据产品的额定载荷形成命令信号，再减去测量得到的缓冲器载荷形成误差信号，将误差信号馈入一个数字ＰＩＤ控制器，控制器的输出电压通过功率放大器驱动比例溢流阀，调节受试缓冲器的载荷。控制器的输出电压最终将稳定在某一个固定值，该值被存入载荷标定数据库。同一额定载荷的产品的载荷标定一般只需一次，以后该型产品的抗冲击试验时将自动获取该标定值用于载荷生成；其中缓冲器速度的获得也是通过对位移微分得到的，滤波器采用高阶Bessel数字滤波器。

 　　每项测试完成后，系统自动对测试结果进行保存、分析处理和自动质量验收，并将处理结果显示在软件界面上，全部测试完成后可以自动生成试验报告。

    以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (4)

1.一种基于计算机的液压缓冲器性能测试方法，其特征在于包含如下步骤：

A)　首先将计算机与数据采集控制器通过ＰＣＩ接口连接，数据采集控制器的两路模拟输入分别与位移传感器和载荷传感器的电压输出端连接，数据采集控制器的两路模拟输出通过放大器分别与液压缓冲器上的比例换向阀和比例溢流阀连接；

B)　输入基础数据并创建数据库创建基础数据库，所述基础数据主要包括：产品型号数据库、验收标准数据库、载荷标定数据库；其中产品型号数据库的字段包括产品型号、验收标准代号；验收标准数据库的字段包括：验收标准代号、低速行走最大允许摩擦阻力、闭锁速度和释放速度；载荷标定数据库的字段包括：额定载荷和比例溢流阀控制电压；

C)　输入待测产品的基本信息，基本信息包括产品编号、产品型号、额定载荷、吊点号和冷态位置；

D)　对待测液压缓冲器分别进行拉伸方向低速摩擦阻力测试和压缩方向低速摩擦阻力测试，测试过程中缓冲器的速度采用速度自动控制方法实现；并通过实时带数字滤波测控流程保证了测试过程中速度的自动控制与速度、载荷信号的测量及绘图显示的实时和同步；

E)　对待测液压缓冲器分别进行拉伸方向抗冲击测试和压缩方向抗冲击测试，其中缓冲器的载荷生成通过载荷自动标定方法实现。

2.根据权利要求1所述的一种基于计算机的液压缓冲器性能测试方法，其特征在于：所述速度自动控制方法为：首先根据设定的速度计算形成位移命令曲线，再减去测量得到的缓冲器位移形成误差信号，将误差信号馈入一个数字ＰＩＤ控制器，该数字ＰＩＤ控制器的输出通过功率放大器放大后驱动比例换向阀来调节驱动油缸的速度。

3.根据权利要求1所述的一种基于计算机的液压缓冲器性能测试方法，其特征在于：所述载荷自动标定方法为：在抗冲击试验前，先做载荷标定冲击测试，即选择试验选项为载荷标定，然后执行抗冲击测试，测试中先根据产品的额定载荷生成命令信号，再减去测量得到的缓冲器载荷形成误差信号，将误差信号馈入一个数字ＰＩＤ控制器，控制器的输出电压通过功率放大器驱动比例溢流阀，从而调节待测缓冲器的载荷，控制器的输出电压最终将稳定在一个固定值，并将该值存入载荷标定数据库。

4.根据权利要求1所述的一种基于计算机的液压缓冲器性能测试方法，其特征在于：所述的实时带数字滤波测控流程中，数据采集控制器开始连续采集位移和载荷信号后，同时启动采集循环与速度控制循环；采集循环包括查询缓冲区、批量读缓冲区、数字处理、存储位移、速度和载荷信号、绘制曲线；速度控制循环包括读取位移、求位移误差、数字ＰＩＤ计算以及通过Ｄ／Ａ输出控制量；这两个循环实时同步运行。