CN108266363A - 能量回收型液压泵测试平台及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种能量回收型液压泵测试平台，被用于检测被试泵，包括驱动元件、加载回路、节流控制模块、传动轴和油箱，加载回路包括陪试马达和比例溢流阀，驱动元件、陪试马达及被试泵设置在传动轴上，油箱设置有吸油口和回油口，吸油口通过管道与被试泵连接后分为两路，一路与陪试马达的进口连接，另一路依次与比例溢流阀和节流控制模块的进口连接，陪试马达的出口和节流控制模块的出口连接后与回油口连接；本发明还提供一种能量回收型液压泵测试方法，通过陪试马达吸收液压泵输出的大部分流量，将流过陪试马达油液的液压能转化为动能，实现能量回收，本发明具有安全性，通过检测节流阀的压力，避免系统出现吸空。

Description

能量回收型液压泵测试平台及测试方法

技术领域

本发明涉及一种液压泵的测试平台及测试方法，特别是一种能量回收型液压泵测试平台及测试方法。

背景技术

液压泵是液压系统的动力元件，是靠电动机驱动，从液压油箱中吸入油液，形成压力油排出，送到执行元件的一种元件，其功用是给液压系统提供压力油，从能量转换角度讲，它将是原动机(如发动机)输出的机械能转换为便于输送的液体的压力能。

液压泵测试平台是对液压泵稳态、动态性能进行测试的系统。国标中规定的液压泵测试平台通过节流阀或溢流阀加载，试验过程中产生的液压能转化为热能，造成了能量的浪费。现有的液压泵测试平台部分采用机械补偿功率回收技术，通过陪试马达实现能量回收，陪试马达与传动轴相连，将系统中的液压能回收并驱动液压泵；系统所需补偿功率由电机输出。使用溢流阀加载的机械补偿功率回收液压泵测试平台，其节能性与溢流量相关：若陪试马达排量较小，系统溢流量较大，则造成能量的浪费；若陪试马达排量过大，系统没有溢流量，则容易造成吸空现象。

因此，需要对现有技术进行改进。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺陷，提出一种高效的能量回收型液压泵测试平台及测试方法。

为解决上述技术问题，本发明提供一种能量回收型液压泵测试平台，被用于检测被试泵：包括驱动元件、加载回路、节流控制模块、传动轴和油箱；

所述加载回路包括陪试马达和比例溢流阀；

所述驱动元件、陪试马达及被试泵设置在传动轴上；

所述油箱设置有吸油口和回油口；所述吸油口通过管道与被试泵连接后分为两路，一路与陪试马达的进口连接，另一路依次与比例溢流阀和节流控制模块的进口连接；所述陪试马达的出口和节流控制模块的出口连接后与回油口连接。

作为对本发明能量回收型液压泵测试平台的改进：所述节流控制模块包括并联设置的节流阀、溢流阀和球阀。

作为对本发明能量回收型液压泵测试平台的进一步改进：还包括测量元件；所述测量元件包括流量计、压力传感器一、压力传感器二及转速转矩仪；

所述被试泵的出口通过管道与压力传感器一和流量计依次连接后分为两路；所述压力传感器二设置在比例溢流阀与节流控制模块之间的管道上；所述转速转矩仪设置在传动轴上。

作为对本发明能量回收型液压泵测试平台的进一步改进：还包括控制器；所述流量计、压力传感器一、压力传感器二、转速转矩仪、比例溢流阀、陪试马达和节流阀都与控制器电连接。

作为对本发明能量回收型液压泵测试平台的进一步改进：所述驱动元件为变频电机。

本发明还提供一种能量回收型液压泵测试方法，包括以下步骤：

1)、在控制器中设置陪试马达的初始排量、比例溢流阀的初始压力设定值、节流阀的阈值和节流阀的目标控制压力，调整溢流阀的压力设定值使其高于节流阀的目标控制压力，开启驱动元件，驱动元件带动传动轴转动，驱动被试泵工作；转速转矩仪检测传动轴的转动速度，将测得的物理量转化为电信号传输给控制器；

2)、被试泵工作后，将油箱中的油液通过吸油口抽出，油液通过被试泵后依次经过压力传感器一和流量计分为两路，压力传感器一测量被试泵的出口流出的油液的压力，作为被试泵的压力；流量计测量被试泵的出口流出的油液的流量，作为被试泵的流量；压力传感器一及流量计将测得的物理量转化为电信号输入控制器；

3)、油液分成两路，其中一路经过陪试马达，陪试马达带动传动轴转动，驱动被试泵工作，驱动元件调整输出功率，驱动元件向传动轴输入恒定转动所需的剩余功率，使恒压泵得到足够的输入功率；

4)、另一路油液流经比例溢流阀后流入节流控制模块，流过比例溢流阀的油液流量为溢流量；压力传感器二测量流入节流阀的油液的压力，将测得的物理量转化为电信号输入控制器；

5)、从比例溢流阀出口流出的油液流过节流阀，节流阀控制流过溢流阀的溢流量，使溢流量保持恒定，在溢流量过多，流量冲击节流阀时，部分油液从溢流阀流出，可以避免节流阀的压力过高；当系统某些工况下不使用节流控制时，可以开启球阀，从比例溢流阀的出口流出油液直接经过球阀流出，不受节流阀的影响；

6)、从陪试马达流出的油液和从节流控制模块流出的油液重新汇集成一路，从回油口流回油箱；

7)、控制器根据需要的试验压力和节流阀的目标控制压力，通过比例溢流阀控制流入节流阀的油液的压力；控制器根据节流阀的目标控制压力和压力传感器测得的压力经过PID算法得到的PID控制量，以及流量计的流量，控制陪试马达的排量；

8)、如果压力传感器二检测到的压力大于阀值，控制器控制陪试马达的排量增大，使通过陪试马达的油液增加，流过比例溢流阀及节流控制模块的油液减少，这样的流入节流阀油液的压力也会减小，压力传感器二检测到的压力减小；如果压力传感器一检测到的压力低于陪试马达所需的最低吸油压力，则控制器将控制陪试马达的排量降至零，被试泵逐渐停止工作；

9)、试验完成后，记录流量计、压力传感器一、压力传感器二和转速转矩仪测得的数据，关闭驱动元件，控制器将陪试马达排量调整到零，被试泵逐渐停止工作。

本发明能量回收型液压泵测试平台及测试方法的优点是：

1、能量回收功能，通过陪试马达吸收液压泵输出的大部分流量，将流过陪试马达油液的液压能转化为动能，实现能量回收。

2、节能性，通过控制陪试马达的排量，保持节流阀的压力恒定，使本发明在溢流量较小的工况加以实现。

3、安全性，通过检测节流阀的压力，使陪试马达的排量在节流阀的压力减小时迅速改变，避免系统出现吸空。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。

图1为本发明能量回收型液压泵测试平台的整体结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此。

实施例1、能量回收型液压泵测试平台，如图1所示，包括驱动元件6、加载回路、节流控制模块12、传动轴5、油箱13、测量元件和控制器，还包括被试泵1，被试泵1代表被检测的泵。加载回路包括陪试马达7和比例溢流阀8，测量元件包括流量计2、压力传感器一31、压力传感器二32及转速转矩仪4。驱动元件6、陪试马达7、被试泵1及转速转矩仪4设置在传动轴5上，能以相同的速率转动，转速转矩仪4能检测传动轴5的转动速度。油箱13设置有吸油口14和回油口15，吸油口14通过管道与被试泵1、压力传感器一31和流量计2依次连接后分为两路，一路与陪试马达7的进口连接，另一路与比例溢流阀8、压力传感器二32和节流控制模块12的进口依次连接，陪试马达7的出口和节流控制模块12的出口连接后与回油口15连接。压力传感器一31测量被试泵1流出油液的压力，流量计2测量被试泵1流出油液的流量。

陪试马达7将流过陪试马达7的油液的液压能回收，转换为机械能，通过传动轴5驱动被试泵1。比例溢流阀8能调整通过其的油液的压力大小。节流控制模块12包括并联设置的节流阀9、溢流阀10和球阀11。节流阀9用于控制比例溢流阀8的油液的流量；溢流阀10起到安全保护作用，防止因流过节流阀9的油液流量的冲击，造成的节流阀9压差过大；在某些不需要节流控制模块12节流的工况下，可开启球阀11，从比例溢流阀8流出的油液直接从球阀11流出。压力传感器二32设置在比例溢流阀8与节流控制模块12之间，压力传感器二32用于测量流入节流阀9入口处的油液的油压，溢流阀10和球阀11一般都不开启，压力传感器二32测得的压力即为节流阀9的压力。

节流阀9的流量和压力存在以下关系：

其中Q为节流阀9的流量；C_d为常值系数，大约取0.6；A为节流阀9的开度，节流阀9的开度可手动螺旋调节；ρ为油液的密度，为常数；Δp为节流阀9的压力。

节流阀9的开度A设定：

Q₀为节流阀9和比例溢流阀8的期望流量，Q₀比例溢流阀8的最小稳定流量(实测得到)略高，令Q₀为10L/min，令Δp₀为1MPa左右。在节流阀9的样本中根据Q₀和Δp₀得到相应的开度A，即节流阀9的螺旋调节圈数，节流阀9调定后开度A保持一定。

陪试马达7的排量存在关系：其中q_m为控制过程中计算得到的陪试马达7的排量；Q_F2为流量计2的读数值；Q₀为节流阀9和比例溢流阀8的期望流量，令Q₀为10L/min；n为转矩转速仪4的转速读数值。控制器根据压力传感器一31检测到的被试泵1的压力，控制陪试马达7的排量。陪试马达7的排量应保证陪试马达7在该排量下运行时有一定的溢流量通过比例溢流阀8。

在控制器中，节流阀9的目标控制压力为Δp₀，1MPa左右。控制器控制保持节流阀9的实际压力(压力传感器二32检测得到的数值)Δp₁，使Δp₁＝Δp₀，且保持恒定。则根据节流阀9和比例溢流阀8的实际流量Q₁也可保持一定，从而使比例溢流阀8的流量保持在较小值10L/min左右，达到节能效果。

节流阀9的流量为被试泵1和陪试马达7流量的差值，为了达到控制目标，使被试泵1的压力保持恒定，通过改变陪试马达7的排量来改变节流阀9的流量，根据节流阀9的压力和流量关系可知，即可改变和控制节流阀9的压力。

被试泵1是本发明中被检测的泵，驱动元件6为变频电机，由变频器驱动。陪试马达7为变量马达，其排量由控制器输入的电信号决定。陪试马达7回收部分驱动元件6输出的能量，为转动轴5转动提供动能，驱动元件6自动补偿被试泵1工作所需的剩余功率，使转动轴5转动速度保持恒定。控制器采用西门子S7-200系列的PLC。

比例溢流阀8的压力设定值由控制器设定，比例溢流阀8的压力设定值为本发明所需的试验压力减去节流阀9的目标控制压力Δp₀。试验过程中，随着本发明所需的试验压力的不断变化，控制器控制比例溢流阀8的压力设定值相应变化。

节流阀9的开度A根据比例溢流阀8所需的最小稳定流量Q₀，结合节流阀9预设的恒定压差决定。在控制器中，节流阀9的目标控制压力为Δp₀，节流阀9的开度A调定后，在试验过程中即保持不变；通过控制节流阀9的压力Δp以控制溢流量。保持节流阀9的压力恒定，使本发明工作在溢流量较小的工况加以实现。节流阀9的流量与压力通过控制陪试马达7的排量加以改变。(溢流量为从被试泵1出口经比例溢流阀8流过节流控制模块12的油液流量，即被试泵1的出口油液流量减去流经陪试马达7的油液流量)

在试验过程中，陪试马达7的排量由两部分相加得到。一部分为节流阀9的目标控制压力()；另一部分为根据压力传感器32(节流阀9的压力)得到的动态调整量(PID控制量)。

陪试马达7排量的动态调整量，由节流阀9的实际压力与控制目标压力Δp₀(1MPa左右)进行比较，通过PID算法得到；当节流阀9的实际压力小于目标压力或者为0时，陪试马达7排量的动态调整量迅速减小，防止本发明因陪试马达7的排量过大引起的吸空；当节流阀9的实际压力大于控制目标压力时，陪试马达7排量的动态调整量增大。

节流控制模块12的控制目标在于使流过溢流阀8的流量保持在一恒定的较小值；节流控制模块12用于避免本发明因溢流量过高造成能量浪费，同时也避免本发明因没有溢流量造成的吸空。

设定溢流阀10的压力设定值(手动螺旋调整)，高于节流阀9预设的目标控制压力Δp₀(1MPa左右)，使本发明在节流控制稳定运行时溢流阀10不工作，只有在从比例溢流阀8流出的油液过多时，溢流阀10打开，避免压力过高。

当本发明需要使用节流控制功能时，球阀11处于关闭的状态；当本发明某些工况下不使用节流控制功能时，球阀11开启，本发明溢流量从球阀11通过，不受节流阀9的影响。

本发明的流量计2、压力传感器一31、压力传感器32、转速转矩仪4将试验过程中测得的物理量转化为电信号输入控制器(控制器未在图中显示)。控制器控制陪试马达7的排量和比例溢流阀8的压力设定值。

压力传感器一31测得的压力为本发明总的压力，若总的压力低于陪试马达7所需的最低吸油压力，则控制器输出报警信号，陪试马达7的排量降至最低(最低值为0)。

驱动元件6向传动轴5输入被试泵1工作所需的剩余功率，实现机械补偿，保证被试泵1输出功率恒定。控制器在试验过程中保持压力传感器32的压力保持为预设的节流阀9的目标控制压力。

能量回收型液压泵测试平台的测试方法：

1)、在控制器中设置陪试马达7的初始排量、比例溢流阀8的初始压力设定值、节流阀9的阈值和节流阀9的目标控制压力，调整溢流阀10的压力设定值使其高于节流阀9的目标控制压力，开启驱动元件6，驱动元件6带动传动轴5转动，驱动被试泵1工作；转速转矩仪4检测传动轴5的转动速度，将测得的物理量转化为电信号传输给控制器；

2)、被试泵1工作后，将油箱13中的油液通过吸油口14抽出，油液通过被试泵1后依次经过压力传感器一31和流量计2分为两路，压力传感器一31测量被试泵1的出口流出的油液的压力，作为被试泵1的压力；流量计2测量被试泵1的出口流出的油液的流量，作为被试泵1的流量；压力传感器一31及流量计2将测得的物理量转化为电信号输入控制器；

3)、油液分成两路，其中一路经过陪试马达7，陪试马达7带动传动轴5转动，驱动被试泵1工作，驱动元件6调整输出功率，驱动元件6向传动轴5输入恒定转动所需的剩余功率，使恒压泵1得到足够的输入功率；陪试马达7加上驱动元件6的输出功率总量恒定，保证被试泵1输入功率恒定(这个功率恒定只在一个压力工作点恒定，当工作压力变化，功率也变化)；

4)、另一路油液流经比例溢流阀8，比例溢流阀8调整这一路油液压力大小后油液流入节流控制模块12；压力传感器二32测量流入节流阀9的油液的压力，将测得的物理量转化为电信号输入控制器；

5)、从比例溢流阀8出口流出的油液流过节流阀9，节流阀9控制流过溢流阀8的溢流量，使溢流量保持恒定，在溢流量过多，流量冲击节流阀9时，部分油液从溢流阀10流出，可以避免节流阀9的压力过高；当系统某些工况下不使用节流控制时，可以开启球阀11，从比例溢流阀8的出口流出油液直接经过球阀11流出，不受节流阀9的影响；

6)、从陪试马达7流出的油液和从节流控制模块12流出的油液重新汇集成一路，从回油口15流回油箱13；

7)、控制器根据需要的试验压力(试验压力即为被试泵1的压力)和节流阀9的目标控制压力，设定比例溢流阀8的输入信号，由比例溢流阀8控制流入节流阀9的油液的压力；控制器计算：控制器根据流量计2的流量(第一部分，即为总的流量)，节流阀9的目标控制压力与压力传感器32测得的压力经过PID算法得到陪试马达7的PID控制量(第二部分，即为流过比例溢流阀8的流量)，由两部分得出陪试马达7的排量；

8)、如果压力传感器二32检测到的压力过大(压力传感器二32检测到的压力大于阀值，阈值取节流阀9的目标控制压力的3-5倍)，控制器控制陪试马达7的排量增大，使通过陪试马达7的油液增加，流过比例溢流阀8及节流控制模块12的油液减少，这样的流入节流阀9油液的压力也会减小，压力传感器二32检测到的压力减小；如果压力传感器一31检测到的压力低于陪试马达7所需的最低吸油压力(是陪试马达7固有属性，压力过低会影响陪试马达7寿命，在元器件样本里可查得)，则控制器将控制陪试马达7的排量降至零，被试泵1逐渐停止工作；

9)、试验完成后，记录下流量计2、压力传感器一31、压力传感器二32和转速转矩仪4测得的数据，关闭驱动元件6，将陪试马达7排量调整到最低，被试泵1逐渐停止工作。

最后应说明的是：以上各实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离发明各实施例方案的范围。

Claims (6)

1.能量回收型液压泵测试平台，被用于检测被试泵(1)，其特征在于：包括驱动元件(6)、加载回路、节流控制模块(12)、传动轴(5)和油箱(13)；

所述加载回路包括陪试马达(7)和比例溢流阀(8)；

所述驱动元件(6)、陪试马达(7)及被试泵(1)设置在传动轴(5)上；

所述油箱(13)设置有吸油口(14)和回油口(15)；所述吸油口(14)通过管道与被试泵(1)连接后分为两路，一路与陪试马达(7)的进口连接，另一路依次与比例溢流阀(8)和节流控制模块(12)的进口连接；所述陪试马达(7)的出口和节流控制模块(12)的出口连接后与回油口(15)连接。

2.根据权利要求1所述的能量回收型液压泵测试平台，其特征在于：所述节流控制模块(12)包括并联设置的节流阀(9)、溢流阀(10)和球阀(11)。

3.根据权利要求2所述的能量回收型液压泵测试平台，其特征在于：还包括测量元件；所述测量元件包括流量计(2)、压力传感器一(31)、压力传感器二(32)及转速转矩仪(4)；

所述被试泵(1)的出口通过管道与压力传感器一(31)和流量计(2)依次连接后分为两路；所述压力传感器二(32)设置在比例溢流阀(8)与节流控制模块(12)之间的管道上；所述转速转矩仪(4)设置在传动轴(5)上。

4.根据权利要求3所述的能量回收型液压泵测试平台，其特征在于：还包括控制器；所述流量计(2)、压力传感器一(31)、压力传感器二(32)、转速转矩仪(4)、比例溢流阀(8)、陪试马达(7)和节流阀(9)都与控制器电连接。

5.根据权利要求4所述的能量回收型液压泵测试平台，其特征在于：所述驱动元件(6)为变频电机。

6.利用权利要求1-5任一所述测试平台进行的能量回收型液压泵测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)、在控制器中设置陪试马达(7)的初始排量、比例溢流阀(8)的初始压力设定值、节流阀(9)的阈值和节流阀(9)的目标控制压力，调整溢流阀(10)的压力设定值使其高于节流阀(9)的目标控制压力，开启驱动元件(6)，驱动元件(6)带动传动轴(5)转动，驱动被试泵(1)工作；转速转矩仪(4)检测传动轴(5)的转动速度，将测得的物理量转化为电信号传输给控制器；

2)、被试泵(1)工作后，将油箱(13)中的油液通过吸油口(14)抽出，油液通过被试泵(1)后依次经过压力传感器一(31)和流量计(2)分为两路，压力传感器一(31)测量被试泵(1)的出口流出的油液的压力，作为被试泵(1)的压力；流量计(2)测量被试泵(1)的出口流出的油液的流量，作为被试泵(1)的流量；压力传感器一(31)及流量计(2)将测得的物理量转化为电信号输入控制器；

3)、油液分成两路，其中一路经过陪试马达(7)，陪试马达(7)带动传动轴(5)转动，驱动被试泵(1)工作，驱动元件(6)调整输出功率，驱动元件(6)向传动轴(5)输入恒定转动所需的剩余功率，使恒压泵(1)得到足够的输入功率；

4)、另一路油液流经比例溢流阀(8)后流入节流控制模块(12)，流过比例溢流阀(8)的油液流量为溢流量；压力传感器二(32)测量流入节流阀(9)的油液的压力，将测得的物理量转化为电信号输入控制器；

5)、从比例溢流阀(8)出口流出的油液流过节流阀(9)，节流阀(9)控制流过溢流阀(8)的溢流量，使溢流量保持恒定，在溢流量过多，流量冲击节流阀(9)时，部分油液从溢流阀(10)流出，可以避免节流阀(9)的压力过高；当系统某些工况下不使用节流控制时，可以开启球阀(11)，从比例溢流阀(8)的出口流出油液直接经过球阀(11)流出，不受节流阀(9)的影响；

6)、从陪试马达(7)流出的油液和从节流控制模块(12)流出的油液重新汇集成一路，从回油口(15)流回油箱(13)；

7)、控制器根据需要的试验压力和节流阀(9)的目标控制压力，通过比例溢流阀(8)控制流入节流阀(9)的油液的压力；控制器根据节流阀(9)的目标控制压力和压力传感器(32)测得的压力经过PID算法得到的PID控制量，以及流量计(2)的流量，控制陪试马达(7)的排量；

8)、如果压力传感器二(32)检测到的压力大于阀值，控制器控制陪试马达(7)的排量增大，使通过陪试马达(7)的油液增加，流过比例溢流阀(8)及节流控制模块(12)的油液减少，这样的流入节流阀(9)油液的压力也会减小，压力传感器二(32)检测到的压力减小；如果压力传感器一(31)检测到的压力低于陪试马达(7)所需的最低吸油压力，则控制器将控制陪试马达(7)的排量降至零，被试泵(1)逐渐停止工作；

9)、试验完成后，记录流量计(2)、压力传感器一(31)、压力传感器二(32)和转速转矩仪(4)测得的数据，关闭驱动元件(6)，控制器将陪试马达(7)排量调整到零，被试泵(1)逐渐停止工作。