CN106481617B - 一种液压马达测试平台及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种液压马达测试平台及测试方法，测试平台中液压站的输出端通过中间管路连接到待测试液压马达，中间管路上设有压力传感器和流量传感器；待测试液压马达通过两个联轴器连接到发电机，两个联轴器之间设有扭矩转速传感器；控制系统包括工控机、PLC控制器和发电机控制装置，各传感器依次通过信号调理卡和数据采集卡将采集到的信号传给工控机，工控机通过PLC控制器控制液压站中的液压回路，从而驱动待测试液压马达旋转，发电机控制装置通过接收工控机的控制信号来控制发电机的加载。本发明能够实时高速的采集被测信号，灵敏度高，测试结果准确，能测试不同项目的液压马达性能，有助于改善和提高液压系统的性能。

Description

一种液压马达测试平台及测试方法

技术领域

本发明涉及液压试验设备技术领域，具体为一种液压马达测试平台及测试方法。

背景技术

液压马达是液压系统的主要执行元件。目前已广泛应用于专用汽车及各类工程机械上，其特性的好坏直接影响整个液压系统的工作性能，因此检测液压马达在不同负载下的性能就显得很有必要。

目前缺少一种能够同时测量液压马达和整个液压驱动回路性能及传动效率的试验平台。且现有的液压测试平台不但存在结构复杂，精度不高，集成度低，效率低等问题，而且无法实现不同负载的情况下的测试。

发明内容

本发明的目的在于提供一种灵敏度高，测试结果准确的液压马达测试平台及测试方法，同时实现在不同负载情况下，对液压马达机械效率及整个液压驱动回路传动效率测试。技术方案如下：

一种液压马达测试平台，包括控制系统、液压站、待测试液压马达和发电机，液压站的输出端通过中间管路连接到待测试液压马达，中间管路上设有压力传感器和流量传感器；待测试液压马达通过两个联轴器连接到发电机，两个联轴器之间设有扭矩转速传感器；控制系统包括工控机、PLC控制器和发电机控制装置，压力传感器、流量传感器和扭矩转速传感器依次通过信号调理卡和数据采集卡将采集到的信号传给工控机，工控机通过PLC控制器控制液压站中的液压回路，从而驱动待测试液压马达旋转，发电机控制装置通过接收工控机的控制信号来控制发电机的加载。

进一步的，所述液压站包括油箱，油箱连接到由驱动电机带动的液压泵，液压泵通过管路依次经二位二通阀、单向阀和三位四通换向阀连接到液压马达。

更进一步的，还包括启停控制台，启停控制台接收工控机的控制信号，控制待测试液压体系统启动或关闭。

一种液压马达测试方法，包括：

空载排量测试时，工控机向发电机控制装置发送一个空载信号，发电机控制装置控制发电机的励磁电压为0V，发电机则为空载；通过待测试液压马达出口处的流量传感器测出通过的实际流量q_nk，通过扭矩转速传感器测出待测试液压马达轴转速n_pk，通过工控机计算出待测试液压马达的空载排量：V_pk＝(q_nk/n_pk)；

容积效率测试时，通过待测试液压马达出口处的流量传感器测出待测试液压马达的实际流量q_nk，通过待测试液压马达泄漏口的流量传感器测出待测试液压马达的泄漏量q'，通过工控机则计算出被待测试液压马达的容积效率η＝q_nk/(q_nk+q')；

总效率测试时，通过压力传感器测出待测试液压马达入口处的压力p，通过待测试液压马达入口处的流量传感器测出待测试液压马达入口处的流量q，通过工控机计算出待测试液压马达输入的液压功率：P_i＝pq；马达输出的机械功率根据下式计算得出：P_o＝πTn/30，其中，T为马达的输出转矩，n为马达的输出转速；

阶跃响应测试时，工控机给发电机控制装置一个阶跃信号，使发电机励磁电压瞬间变化，即负载瞬间变化，得到待测液压马达输出转矩对阶跃信号的动态响应曲线，同时通过工控机计算出上升时间、调整时间、超调量、稳态误差，进而判断液压控制系统对阶跃输入的响应性能；

频率响应测试时，工控机给发电机控制装置一个等幅正弦信号，得到待测液压马达输出转矩对正弦信号的幅频特性和相频特性曲线，由该曲线分析待测液压马达的频率响应性能。

本发明的有益效果是：

1)本发明运用传感器技术，实时高速采集待测试信号，灵敏度高，测试结果准确；

2)本发明运用虚拟仪器技术，测试的项目比较完善，可进行静态测试和动态测试，能反映出实际的工况，具有一定的实用性；

3)本发明的装置二次开发和后期扩展性强，可根据实际情况改变测试的内容；

4)本发明能测试不同项目的液压马达性能，并能根据测试的结果做出评价本，有助于改善和提高液压系统的性能。

附图说明

图1为本发明液压马达测试平台的结构示意图。

图2为本发明液压马达测试平台的控制系统结构框图。

图3为本发明液压马达测试平台安装布置图的三维示意图。

图4为本发明液压马达测试平台的液压驱动回路原理图。

图5为本发明液压马达测试平台的启停控制台示意图。

图中：1-液压站；2-流量传感器；3-压力传感器；4-待测试液压马达；5-联轴器；6-扭矩转速传感器；7-发电机；8-液晶显示屏；9-控制柜；10-启停控制台；11-油箱；12-过滤器；13-液压泵；14-驱动电机；15-溢流阀；16-二位二通阀；17-单向阀；18-三位四通换向阀。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案和技术效果做进一步详细说明。如图1和图2所示，一种液压马达测试平台，其特征在于，包括控制系统、液压站1、待测试液压马达4和发电机7，液压站1的输出端通过中间管路连接到待测试液压马达4，中间管路上设有压力传感器3和流量传感器2；待测试液压马达4通过两个联轴器5连接到发电机7，两个联轴器5之间设有扭矩转速传感器6；控制系统包括工控机、PLC控制器和发电机控制装置，压力传感器3、流量传感器2和扭矩转速传感器6依次通过信号调理卡和数据采集卡将采集到的信号传给工控机，工控机通过PLC控制器控制液压站1中的液压回路，从而驱动待测试液压马达4旋转，发电机控制装置通过接收工控机的控制信号来控制发电机7的加载。图2中图中细线箭头表示信号流，粗线箭头表示能量流。

液压站放置于地面上，位于整个测试平台最左侧，用以驱动待测试液压马达工作；所述待测试液压马达和发电机固定在钢板做成的底座上，置于液压站右侧，所述待测试马达通过四个螺栓固定于底座的左端，所述发电机通过四个螺栓固定于底座的右端；待测试液压马达输出轴和发电机输入轴之间通过两个联轴器相连，两个联轴器中间安装一个扭矩转速传感器；因所述待测试液压马达可能是双向马达，故所述流量传感器和压力传感器在待测试液压马达入口油管和出口油管相应位置均安装有。测试平台右侧放置控制柜、启停控制台和液晶显示屏。

测试人员通过操作启停控制台起动该测试系统，在工控机上选择相应的测试项目，工控机便发出控制指令给PLC，PLC控制液压系统工作，驱动待测试液压马达旋转，待测试液压马达通过联轴器带动发电机轴转动，使发电机发电。发电机控制装置通过调节发电机励磁电压，使待测试液压马达负载改变，完成对液压马达的加载。不同的测试项目有不同的加载方式，工控机发送信号给发电机控制装置，使其改变加载方式。测试系统可以通过各传感器采集待测试液压马达的相关数据，经过信号调理卡的整形、滤波、变换之后，传输给数据采集卡，数据采集卡将最终的数据传递给工控机。工控机进行分析计算，显示相应数据，绘制相应曲线。可显示的数据包括：待测试液压马达的转速、转矩、工作压力、流量、空载排量、容积效率和总效率；可绘制的曲线包括：动态加载过程中马达转速随时间变化曲线、马达转矩随时间变化曲线、马达流量随时间变化曲线、阶跃响应曲线和频率响应曲线。同时，工控机还可根据测试内容控制PLC和发电机控制装置，完成相应的测试。

测试项目包含两个方面：稳态特性和动态特性。稳态特性包含空载排量、泄漏量、容积效率和总效率。动态特性包含阶跃响应和频率响应。根据测试结果，可以给待测试液压马达及整个液压系统做出评价。

工控机是所有功能的控制者，其主要作用是：接收启停控制台10的指令，启动或关闭测试系统；运行测试软件，根据用户所选的测试项目向发电机控制装置和PLC发送控制指令，进行相应的测试项目；接收数据采集卡采集的数据，计算相关的性能，显示相关的测试数据、绘制测试曲线和打印测试报告。

发电机7的作用是吸收待测试液压马达4的功率，并根据发电机控制装置的控制要求，对待测试液压马达进行加载。

PLC的作用是控制液压阀件阀芯运动，改变阀口开度，从而使流入待测试液压马达的流量改变，以调节待测试液压马达的输出转速和转矩，完成不同工况的测试；控制驱动电机的转动。

数据采集卡的作用是对信号调理卡发送的数据进行A/D转换模拟/数字，使计算机能处理这些信号。

信号调理卡的作用之一是将各传感器发送的信号进行调理，主要包括放大、缩小、滤波和整形；之二是对数据采集卡的保护和隔离，防止传感器的信号损坏数据采集卡。

压力传感器的作用是采集液压管路中的压力；流量传感器的作用是采集液压管路中的流量；转矩、转速传感器的作用是测量待测试液压马达输出轴的转矩和转速。

本实施例的液压测试系统安装布置图的三维示意图如图3所示。

图4是液压驱动回路原理图，所述液压站1包括油箱11，油箱11连接到由驱动电机14带动的液压泵13，液压泵13通过管路依次经二位二通阀16、单向阀17和三位四通换向阀18连接到液压马达4。液压系统工作时，驱动电机14带动液压泵13从油箱11中吸油，液压油流经二位二通阀16，单向阀17及三位四通换向阀18，最终进入液压马达4，带动液压马达4旋转并向外输出功率，溢流阀15用以调定整个液压系统压力。

如图5是启停控制台的面板按钮，包含U、V、W三相380V动力电源的指示灯，指示灯亮代表该项电源正常。只有当三相电源都正常时该测试系统才能正常工作。三相电源指示灯的下方是三个按钮，分别是运行指示按钮、停止按钮和急停按钮。当需要启动该系统时按下该按钮，主电源闭合，按键里面的绿灯亮起；当需要停止该系统时，按下停止指示按钮，主电源断开，按键里的红灯亮起；当系统发生故障时，按下急停按钮，系统紧急停止，此时主电源断开，若不排除故障，系统无法起动，需对工控机下电后检查排除故障，方能重新起动。

测试项目包含两个方面：稳态特性和动态特性。稳态特性测试包含空载排量、容积效率、总效率、外泄漏检查。动态特性测试包含动态加载测试、阶跃响应测试和频率响应测试。

稳态特性实验：试验前将待测试液压马达和电机联轴器安装好，检查所有元件安装螺钉，接头油管无异常现象。操作启停控制台，使控制台发送信号给工控机，PLC控制液压系统工作，使液压马达输出功率，带动发电机转动。通过传感器将测试对象的各个测试信号包括流量、压力、转矩、转速等采集出来；信号调理卡将信号调理成标准的电压信号输入到数据采集卡中，数据采集卡将采集的数据输入到计算机中，并由测试程序读取并处理，测试程序同时具有显示测试曲线、保存测试记录、导入导出测试数据和自动生成并打印测试报告等功能。

空载排量测试时，空载排量为空载时液压马达排量的最大值，其计算公式为V_pk＝(q_nk/n_pk)，式中，q_nk为液压马达输出的实际流量，n_pk为液压马达轴转速。工控机给发电机控制装置一个空载信号，发电机控制装置使发电机励磁电压为0，发电机为空载即负载为0，待测试液压马达出口油管处的流量传感器测出马达出口的实际流量，待测试液压马达输出轴上的扭矩转速传感器测出马达轴转速，工控机则可计算出待测试液压马达的空载排量，并将数据显示在液晶显示屏上。

容积效率测试时，容积效率是液压马达理论流量与实际流量之比，实际流量q_nk是液压马达入口处的流量，理论流量是不计泄漏量q'，根据排量计算所得的指定转速所需的流量。而为了在实际工况下提高测试效率，采用容积效率的近似计算方法，其计算公式为，η＝q_nk/(q_nk+q')。待测试液压马达出口油管处的流量传感器测出马达出口的实际流量，待测试液压马达泄漏口的流量传感器测出马达泄漏量，工控机则可计算出待测试液压马达的容积效率，并将数据显示在液晶显示屏上；

总效率测试时，总效率是液压马达输出的机械功率与输入的液压功率之比。马达入口处的液压功率可根据公式计算得出，其公式为P_i＝pq，式中，p为马达入口处的压力，q为马达进口处的流量。待测试马达入口处的压力和流量传感器采集相应压力和流量，工控机可计算出待测试马达输入的液压功率；马达输出的机械功率可根据公式计算得出，其公式为P_o＝πTn/30，式中，T为马达的输出转矩，n为马达的输出转速。马达出口处的扭矩转速传感器测出马达输出轴的输出转矩和输出转速，工控机则可计算出待测试液压马达输出的机械功率，并可计算出待测试马达的总效率，显示在液晶显示屏上；

外泄漏检查时，在上述所有测试过程中，检查密封部分不得出现渗油情况。

动态特性实验：开始与稳态实验一样，做好准备工作。

动态加载时，发电机控制装置调节发动机励磁电压，励磁增强，电枢电压升高，发电机输出功率增加，液压马达负荷增加，从而模拟随机负载。载荷增加时的变化速率范围为6N·m/s～30N·m/s，加载间隔时间为0.5s～10s不等，可得出动态加载过程中待测试液压转速随时间变化曲线、马达转矩随时间变化曲线、马达流量随时间变化曲线，并显示在液晶显示屏上。

阶跃响应测试时，当液压系统稳定工作时，工控机给发电机控制装置一个阶跃信号，使发电机励磁电压瞬间变化，即负载瞬间变化；此时液压马达输出转矩对阶跃信号的动态响应曲线将会显示在液晶显示屏上，同时，工控机计算出上升时间、调整时间、超调量、稳态误差等数据，也显示在显示屏上，可判断出整个液压控制系统对阶跃输入的响应的快速性、准确性、稳定性等性能的好坏。

频率响应测试时，工控机给发电机控制装置一个等幅正弦信号，此时液压马达输出转矩对正弦信号的幅频特性和相频特性曲线将会显示在液晶显示屏上，观察记录响应的幅频特性和相频特性，观察记录控制输出量与电控输入量在频域中的幅值比和相位差，从而可评价出马达的频率响应性能好坏。

测试系统能测试不同项目的液压马达性能，并能将液压马达输出的流量、转速、转矩、功率及效率等参数以及动态响应情况实时显示到液晶屏上，绘制测试曲线，并能根据测试的结果做出评价，同时也可以人工做出评价，得出一个综合的评价结果。最后可生成文件打印出来。

Claims (2)

1.一种液压马达测试平台，其特征在于，包括控制系统、液压站(1)、待测试液压马达(4)和发电机(7)，液压站(1)的输出端通过中间管路连接到待测试液压马达(4)，中间管路上设有压力传感器(3)和流量传感器(2)；待测试液压马达(4)通过两个联轴器(5)连接到发电机(7)，两个联轴器(5)之间设有扭矩转速传感器(6)；控制系统包括工控机、PLC控制器和发电机控制装置，压力传感器(3)、流量传感器(2)和扭矩转速传感器(6)依次通过信号调理卡和数据采集卡将采集到的信号传给工控机，工控机通过PLC控制器控制液压站(1)中的液压回路，从而驱动待测试液压马达(4)旋转，发电机控制装置通过接收工控机的控制信号来控制发电机(7)的加载，并通过调节发电机励磁电压，使待测试液压马达负载改变，完成对液压马达的加载，不同项目有不同加载方式；所述液压站(1)包括油箱(11)，油箱(11)连接到由驱动电机(14)带动的液压泵(13)，液压泵(13)通过管路依次经二位二通阀(16)、单向阀(17)和三位四通换向阀(18)连接到液压马达(4)；

还包括启停控制台(10)，启停控制台(10)接收工控机的控制信号，控制被测液压系统启动或关闭。

2.一种如权利要求1所述的液压马达测试平台的测试方法，其特征在于，包括：

空载排量测试时，工控机向发电机控制装置发送一个空载信号，发电机控制装置控制发电机的励磁电压为0V，发电机则为空载；通过待测试液压马达出口处的流量传感器测出通过的实际流量q_nk，通过扭矩转速传感器测出待测试液压马达轴转速n_pk，通过工控机计算出待测试液压马达的空载排量：V_pk＝(q_nk/n_pk)；

容积效率测试时，通过待测试液压马达出口处的流量传感器测出待测试液压马达的实际流量q_nk，通过待测试液压马达泄漏口的流量传感器测出待测试液压马达的泄漏量q'，通过工控机则计算出待测试液压马达的容积效率η＝q_nk/(q_nk+q')；

总效率测试时，通过压力传感器测出待测试液压马达入口处的压力p，通过待测试液压马达入口处的流量传感器测出待测试液压马达入口处的流量q，通过工控机计算出待测试液压马达输入的液压功率：P_i＝pq；马达输出的机械功率根据下式计算得出：P_o＝πTn/30，其中，T为马达的输出转矩，n为马达的输出转速；

阶跃响应测试时，工控机给发电机控制装置一个阶跃信号，使发电机励磁电压瞬间变化，即负载瞬间变化，得到待测液压马达输出转矩对阶跃信号的动态响应曲线，同时通过工控机计算出上升时间、调整时间、超调量、稳态误差，进而判断液压控制系统对阶跃输入的响应性能；

频率响应测试时，工控机给发电机控制装置一个等幅正弦信号，得到待测液压马达输出转矩对正弦信号的幅频特性和相频特性曲线，由该曲线分析待测液压马达的频率响应性能。