CN106801670A - 液压泵寿命试验台 - Google Patents

Abstract

本发明公布了一种液压泵寿命试验台，属液压系统故障预测技术领域，主要用于导弹武器装备液压系统的故障诊断与预测，它主要由驱动系统、压力调节系统、控制系统、信号采集与显示系统和冷却系统等组成，通过对液压泵全寿命周期的振动、压力、流量、温度等信号的监测，经数据采集卡存储至工控机，为故障预测服务。该液压泵寿命试验台具有全方位采集液压泵退化信息的特性，并且能实现超压超速条件下的加速退化试验及恒定压力下的变加速退化试验，在保证了提取全面准确特征信息的同时，提高了试验效率，能够有效地获取液压泵全寿命数据，为后续故障预测技术的开展奠定基础。

Description

液压泵寿命试验台

技术领域

本发明涉及典型液压泵设备故障预测技术领域的信号监测与采集技术，特别涉及基于液压泵全寿命数据的故障预测技术。

背景技术

随着复杂、昂贵系统的使用，人类对于精确故障诊断与实时预测技术的需求与日俱增，对于电子、机械以及液压设备亦是如此。为了提高装备的可靠性，满足后勤保障方面新的、革命性的变革，迫切需要开展更为专业的、更为高级的故障预测技术研究。

液压设备广泛应用于航空、航天、兵器、舰船、工程机械等重要领域。随着液压设备向快速、大功率、高精度的方向发展，其系统规模越来越庞大，功能越来越多，结构和信息越来越复杂，性能指标越来越高，各部分关联也越来越密切。作为液压设备的关键部分之一，液压泵发挥着动力源的作用，一旦发生故障，轻则影响任务的完成，重则造成功能性故障，甚至灾难性故障。与传统机械设备不同，液压泵由于流体的压缩性、泵源与伺服系统的流固耦合作用以及自身所具有的大幅度固有机械振动，振动信号呈现较强的非线性、非平稳性，且在不同的故障退化阶段呈现不同的特征趋势。因此，有必要开发一种能够获取液压泵全寿命数据的试验装置，提取不同阶段的退化特征，全面表征故障退化过程，以提高故障预测的精准性。

故障预测技术通常包括监测信号的采集与处理、故障特征提取以及故障预测等内容。作为数据基础，监测信号的采集与处理直接影响着后续提取特征的优劣以及预测的精准性。现有面向液压泵故障预测的试验装置所采集的数据多是基于单一振动信号的，并且监测的是已知故障模式下的某种特定信号，如滑靴磨损故障下的振动信号、斜盘磨损故障下的振动信号以及松靴故障下的振动信号，这样虽然可以提取相应的故障特征，达到一定的预测效果，但对于故障退化过程的表征，缺乏全寿命数据的支撑，影响了其实际使用与推广。

液压泵故障退化是一个复杂而又相对漫长的过程，如果在正常条件下运转液压泵直至达到退化要求，会需耗费大量的人力、物力，是很不现实的。因此，为了加速液压泵的故障退化过程，需要在合理的范围内对其进行超压、超速试验，从而得到全寿命数据。此外，在液压泵故障退化过程中，不同阶段所对应的振动信号、压力信号以及流量信号均会有不同的反映，基于单一振动信号数据所进行的研究已不能满足现代装备精准故障预测的需求，因此，需要全面采集故障退化过程的多方面信息，后续通过信息融合等技术，对所采集的数据进行分析与处理，提取更为全面、准确的故障特征，以提高故障预测的精准性。

综上所述，基于全面监测振动信号、压力信号、流量信号且具有超压、超速承受能力及变加速运转功能的液压泵寿命试验台是本发明研究解决的主要内容。

发明内容

本发明的目的是开发一种液压泵寿命试验台，能够采集液压泵三方向振动信号、压力信号、流量信号以及温度信号，并且可实现最大压力40Mpa、转速为3000r/min、供油量为90L/min下的液压泵超压试验、超速试验以及正弦变速试验等功能。

为实现上述目的，本发明主要由驱动系统、压力调节系统、流量监测系统、电气控制、测控系统、冷却系统、管路联接、液压柜、仪器仪表模块等组成，其基本原理如图1所示，外形结构如图2所示。

驱动系统主要由2极交流变频电机(90KW，转速3000rpm)、联轴器、安装边等组成；压力调节系统采用电磁比例溢流阀对泵出口压力进行调节和卸荷；流量监测系统设有两个流量计，分别采集出口流量和回油流量信息；冷却系统采用风冷散热器；电气控制系统由由所需控制的各种电器元件及电气接线盒等组成，通过面板上的按钮开关实现功能的操作性，在面板上可显示系统运行及报警状态，系统压力、流量、温度均可在操作面板上显示；测控系统主要由压力传感器及指针表、流量计和温度传感器及二次仪表组成，能够对被试产品的压力、流量、油液温度等参数进行测量、显示及报警，其中所用的传感器部分(压力、流量、温度等)组成，能够对被试产品的压力、流量、油液温度等参数进行测量和数据显示，存储于Access数据库，存储周期可在大于1秒时间内任意设定，以1秒存储一次为例可连续存储10天左右。可定期将试验数据导出作为历史数据便于追溯查询；管路连接选用材质为20#碳钢无缝钢管；液压柜以整体式安装，所有测试回路的显示仪表、电机启动停止按钮、显示器均集成于控制面板之上，方便调节和测试。安装有机玻璃罩壳，能很好地起到观察及安全防护的作用。

本发明的特点是：

(1)安全特点

①本试验台由于要试验的最大压力达到35MPa以上，试验最大转速3000rpm，属于高速旋转的情况下的超高压液压试验，由于要试验被试泵的寿命问题，将会是一项破坏性试验，有可能导致在试验的过程中，被试产品造成对周围人身安全构成较为危险的特殊情况。因此，在本试验台被试产品外加装保护外罩，保护方式为手动控制。

②被试产品试验时，经常处于长时间连续运行状态下，考虑对系统元件的可靠性要求，关键部件如加载阀均采用进口元件

(2)构成特点

①压力加载阀为电比例控制，其压力可由控制台(距离被试件较远)控制

②与被试件连接的快换接头均在封闭在单独的空间里，需要接通管路时，打开操作空间，连接管路

(3)外观特点

液压柜将液压元件、液压辅件、油泵组等安装在柜内，将压力控制阀置于控制面板之上，方便操作，结构紧凑，便于吊装、维护。

(4)系统特点

采用Labview软件编程来实现对数据的采集、处理和显示功能，界面简洁，操作简易，升级更加容易。

附图说明

图1是本发明的液压泵寿命试验台的原理框图；

图2是本发明的液压泵寿命试验台的外形结构图；

图3是本发明的液压泵寿命试验台的实物照片图；

图4是本发明的液压泵寿命试验台的驱动系统实物图；

图5是本发明的液压泵寿命试验台的旋钮控制部分视图；

图6是本发明的液压泵寿命试验台的自动控制部分视图；

图7是本发明的液压泵寿命试验台的参数设置视图；

图8是本发明的液压泵寿命试验台的振动信号采集视图；

图9是本发明的液压泵寿命试验台的监测信号显示视图；

图10是本发明的液压泵寿命试验台的风冷系统视图

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步描述。

图1所示是本发明的液压泵寿命试验台的原理框图，所述的液压泵寿命试验台主要由驱动系统、压力调节系统、控制系统、信号采集与显示系统以及冷却系统等组成。液压泵寿命试验台的外形结构图和实物照片分别如图2和图3所示。

(1)驱动系统

驱动系统主要包括型号为YPT-280M-2的交流变频电机、变频器、联轴器、安装边等元器件，如图4所示，驱动电机功率为90KW，在变频器的调节下，其转速在0-3000r/min范围内可调，以满足不同液压泵试验的需要。

(2)压力调节系统

所述试验台采用力士乐公司生产的KBPST8AA/HCG24K4V型电磁比例溢流阀对泵出口压力进行调节和卸荷。系统中还采用了力士乐公司生产的LFA16DBEM-7X/420型压力插装阀盖板和LC16DB20E7X型压力二通插装阀，以上元件能保证试验台承受的最大压力达到既定的40Mpa要求。

(3)控制系统

所述试验台的控制系统包括旋钮控制和自动控制，分别如图5和图6所示。

所述的旋钮控制部分，最左侧是电源启动和停止按钮，其次是控制方式旋钮，在通电情况下，可通过旋转控制方式旋钮选择控制方式为手动或自动。中间是散热器启动与停止按钮以及加热器控制按钮。右侧是压力调整按钮和转速调整按钮。最右方是急停按钮，用于紧急情况下液压泵试验的紧急停止。

所述的自动控制部分是通过IPC-610-L工控机操作界面上的控制模块设置与调节试验相关参数及条件，界面采用Labview软件开发，并选用容积效率作为判定液压泵退化程度的指标，当其小于80％时实现系统的自动停机并判定试验结束，液压泵处于故障失效状态。

图7给出了所述试验台自动控制部分的参数设置界面，在左上方可以通过指定温度控制散热器开关，右上方主要是对监测信号的采样率、采样时间、以及采样间隔时间进行设定，左下方主要是针对变量泵的溢流现象进行提示与预警，右下方是变速运转控制模式，通过设定变速运转的频率、幅值、以及偏移量，控制液压泵转速按照正弦曲线变化，缩短加速退化试验周期。

(4)信号采集与显示系统

所述试验台信号采集系统包括：两个型号为DN6 0.5-161pm和DN15 17-1201pm的涡轮流量计，用于监测液压泵的回油流量和出口流量；两个型号为WZP-269和WZP-270的温度传感器用于监测油箱和泵进口液压油温度；型号为MPM480[0-60MPa]E22B1C1G压力传感器用于监测液压泵出口压力。上述信号均采用NI公司的PCI-6221型数据采集卡采集。另外，在泵端盖安装有三个型号为603C01的振动加速度传感器，如图8所示，用于采集三方向振动信号，并经由NI公司的cDAQ-9181型测量与试验系统完成数据的存储。

此外，所述试验台还配备六块型号为LU-904MF00V501的数显仪表，分别显示转速、回油温度、进口温度、回油流量、出口流量以及出口压力，如图9所示。

(5)冷却系统

所述试验台针对液压泵超压超速条件下长时间运转，采用风冷方式对液压回路进行降温，选用功率为78KW的AH2290-CA380-3-50型散热器，如图10所示。

Claims (5)

1.液压泵寿命试验台主要由驱动系统、压力调节系统、控制系统、信号采集与显示系统和冷却系统等模块组成，其特征在于，能够实现超压超速的加速试验以及恒定压力下的变加速退化试验，利用传感器采集液压泵全寿命周期的振动信号、压力信号、流量信号以及温度信号等信息，并通过数据采集卡存储至工控机，获得全寿命数据。

2.根据权利要求1所述的液压泵寿命试验台，其特征在于，所述的驱动系统模块采用交流变频电机，在变频器的调节下，可满足0-3000r/min不同转速下寿命试验的需求。

3.根据权利要求1所述的液压泵寿命试验台，其特征在于，所述的压力调节系统配有压力插装阀盖板和压力二通插装阀，并采用电磁比例溢流阀对泵出口压力进行调节和卸荷，能够保证试验台的最大压力达到40Mpa，满足超压试验条件的需求。

4.根据权利要求1所述的液压泵寿命试验台，其特征在于，所述的控制系统能够通过自动参数调节控制，满足恒定压力下，液压泵按照正弦曲线模式进行变加速运转的试验需求。

5.根据权利要求1所述的液压泵寿命试验台，其特征在于，所述的信号采集模块采用振动加速度传感器、涡轮流量计、温度传感器和压力传感器，分别采集液压泵全寿命周期的三方向振动信号、回油流量信号、出口流量信号、回油温度信号、进口温度信号以及出口压力信号，存储至工控机，并通过Labview软件控制界面实时监测容积效率，判定液压泵退化程度。