CN108708887B - 节能降噪的伺服阀试验台 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种节能降噪的伺服阀试验台，由伺服阀静态性能测试回路和伺服阀动态性能测试回路组成，伺服阀静态性能测试回路和伺服阀动态性能测试回路中采用伺服电机+定量泵的组合形式作为伺服阀试验台的动力源，定量泵通过联轴器与伺服电机相连接，伺服电机后端设有用于精确检测伺服电机的旋转角度旋转编码器，伺服电机连接伺服驱动器，由伺服驱动器实现对伺服电机的转速闭环控制。该伺服阀试验台在做调试、测试伺服阀产品过程中，能提高节电能力，降低液压泵站的噪声，降低发热功耗。

Description

节能降噪的伺服阀试验台
技术领域
本发明一种液压伺服阀试验台，具体涉及一种使用伺服电机泵组实现的伺服阀试验台。
背景技术
传统的伺服阀试验台，泵站动力源往往采用异步电机+泵的形式，为考虑节能，可将泵改成变量泵形式，而变量泵又有手动变量或比例变量，都是通过调节泵的内部斜盘来改变泵的输出排量，从而实现最终泵站的输出流量。这种方式的弱点是控制相对复杂，操作不方便，体积、噪声大。
为解决上述的不变，又出现了变频电机+变频器+定量泵这两种形式作为试验台泵站动力源。这种形式只需要调节电机频率就能改变泵站的输出流量。而这种方式的弱点除了体积、噪声大外，还增加了一个变频器，价格要比前者贵。
伺服阀流量测试过程，除了需泵站能够输出一定流量(大于被测伺服阀最大流量)外，还需保证伺服阀供油压力的稳定性，而试验台压力的稳定由液压试验台系统中的溢流阀保证。伺服阀在测试过程中的流量是随控制指令变化的，多余的流量将通过溢流阀溢流流回油箱，溢流越大，系统发热越大。
阀指令信号大时，伺服阀开口大，要求泵源输出流量大，如果泵源输出流量恒定，溢流阀溢流小，系统发热小；指令信号小时，伺服阀开口小，要求泵源输出流量小，如果泵源输出流量恒定，那溢流的则多，系统发热就大。
如果泵源输出的压力稳定，输出流量大于被测伺服阀所需流量，且是变化的，那这时候的泵源是最节能的。
在伺服阀测试、调试过程中，系统所需流量Q往往从0到最大慢慢变化的，试验台系统功率由液压泵站的电机功率决定。
Ni＝电机输出功率＝泵的输入功率
(此近值偏安全)
式中：P—泵输出压力，MPa，Q--泵输出流量，l/min，η—总传动效率；
其中流量又和泵的排量及电机转速有关：Q＝Vg×n/1000，
式中：Vg—泵的几何排量，ml/r，n—电机转速，r/min
上述计算结果表明，要保证系统功率下降，控制电机转速最方便。伺服阀试验台在工作时大部分时间不需要高转速，由于高转速带动的多余流量通过溢流阀回到油箱，造成不必要的系统发热和能量损失，同时导致公司试验台总用电量过大，用电紧张。
发明内容
为了解决系统由于溢流、节流产生的发热量大，异步+变量泵或变频电机+变频器+定量泵组运行的噪声大的问题(电机泵组是主要噪声源)，本发明提出了一种用伺服电机+定量泵的组合形式作为伺服阀试验台的动力源的节能降噪的伺服阀试验台，该伺服阀试验台在做调试、测试伺服阀产品过程中，能提高节电能力，降低液压泵站的噪声，降低发热功耗。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种节能降噪的伺服阀试验台，由伺服阀静态性能测试回路和伺服阀动态性能测试回路组成，伺服阀静态性能测试回路和伺服阀动态性能测试回路中采用伺服电机+定量泵的组合形式作为伺服阀试验台的动力源，定量泵通过联轴器与伺服电机相连接，伺服电机后端设有用于精确检测伺服电机的旋转角度旋转编码器，伺服电机连接伺服驱动器，由伺服驱动器实现对伺服电机的转速闭环控制。
所述伺服阀静态性能测试回路中，定量泵的流量/压力输出端经并联的调节溢流阀连接被测伺服阀的P口输入端，被测伺服阀的T口输出回油箱，其油路上连接有压力传感器及数显表，通过调节溢流阀实现被测伺服阀所需控制压力，控制压力由压力传感器及数显表读取测得；被测伺服阀电信号连接伺服阀静态测试仪，伺服阀静态测试仪的输出信号连接X-Y记录仪或计算机及测控软件，被测伺服阀的A、B口流量的输出端连接流量计及其二次仪表，流量计及其二次仪表的输出电信号连接X-Y记录仪或计算机及测控软件和伺服驱动器。
当伺服阀静态性能测试时，所述伺服阀静态测试仪给被测伺服阀控制指令信号，伺服阀输出流量信号，流量信号由流量计及其二次仪表采集及读取，并将采集的信号反馈给伺服驱动器；所述X-Y记录仪或计算机测控软件采集伺服阀静态测试仪输出给被测伺服阀的指令信号和流量计二次仪表输出信号，并实时绘出伺服阀输出流量与控制指令的曲线图。
所述伺服阀动态性能测试回路中，定量泵的流量/压力输出端经并联的调节溢流阀通过截止阀连接动态测试油缸的流量/压力输入端，动态测试油缸的流量/压力输出端通过截止阀连接油箱，其油路上连接有压力传感器及数显表，通过调节溢流阀实现被测伺服阀所需控制压力，控制压力由压力传感器及数显表读取测得；被测伺服阀安装在动态测试油缸上，被测伺服阀电信号连接伺服阀动态测试仪，伺服阀动态测试仪连接频率特性分析仪或计算机及测控软件，所述动态测试油缸的位置输出信号端连接伺服阀动态测试仪，伺服阀动态测试仪与频率特性分析仪或计算机及测控软件之间双向信号传递连接。
当伺服阀动态性能测试时，所述频率特性分析仪或计算机及测控软件发出扫频信号，并通过伺服阀动态测试仪输出给被测伺服阀，用于驱动动态测试油缸，动态测试油缸将位置信号反馈给伺服阀动态测试仪，速度信号经伺服阀动态测试仪反馈给频率特性分析仪或计算机测控软件，由频率特性分析仪或计算机测控软件采集后，分析计算并绘图。
本发明的有益效果是：
本发明采用伺服电机+定量泵的组合形式作为伺服阀试验台的动力源的节能降噪的伺服阀试验台，该伺服阀试验台在做调试、测试伺服阀产品过程中，能提高节电能力，降低液压泵站的噪声，降低发热功耗。
采用伺服电机具有噪声、体积小、重量轻等特点，定量泵选用内啮合齿轮泵，具有比柱塞泵的声音和脉动小的优点。此外伺服电机上有旋转编码器，可构成转速的闭环控制，从而实现精准的速度控制，使得输出流量稳定。
用伺服电机泵用于伺服阀测试时，在于他的控制。通过测试并检测伺服阀输出流量，利用流量信号反馈给控制指令(最好采取前馈控制)，保证泵输出在每个时间点略大于测试所需流量，保证溢流阀起到溢流的作用。如果每次只保证刚刚满足测试所需流量，则会出现供油压力不稳的现象。因此通过溢流所产生的热能比变频电机泵组更小，因为他是动态变化的。根据所需流量电机转速自动调节，以实现节能控制。
附图说明
图1为本发明的伺服阀液压测试原理图；
图2为控制指令信号与输出流量的测试曲线；
其中：(a)为伺服阀输入指令随时间变化的曲线；(b)为伺服阀输入指令与输出流量的关系曲线；(c)为伺服阀输出流量随时间变化的曲线；(d)为泵输出流量随泵转速的关系曲线；
图中：1-定量泵；2-联轴器；3-带旋变的伺服电机；4-调压溢流阀；5-压力传感器及数显表；6-动态测试缸；7-频率特性分析仪或计算机及测控软件；8-伺服阀动态测试仪；9-截止阀；10-被测伺服阀；11-伺服阀静态测试仪；12-流量计及二次仪表；13-X-Y记录仪或计算机及测控软件；14-伺服电机驱动器。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
本发明对现有试验台采用异步电机+变量泵的伺服阀试验台泵组进行改造对比。
伺服阀的性能测试包括静态性能测试与动态性能测试。实现伺服阀的静态测试，固然没有问题，因为静态测试频率较低(0.01～0.02Hz)。伺服阀动态测试时，由于受液压泵站与试验台间管路长短的影响，其流量变化速率会跟不上测试要求，此时伺服电机泵组可通过设定固定不变的转速(和变频电机的方式一样)，让溢流阀处于溢流状态，来满足测试需求。
如图1所示，为满足伺服阀的性能测试的要求，本发明采用伺服电机+定量泵的组合形式作为伺服阀试验台的动力源，定量泵1(内啮合齿轮泵)通过联轴器2与伺服电机3相连接，伺服电机3后端设有旋转编码器，能够精确的检测伺服电机3的旋转角度，伺服电机3连接伺服驱动器14，由伺服驱动器14实现对伺服电机3的转速闭环控制。
伺服阀静态性能测试时，定量泵1的流量/压力输出端经并联的调节溢流阀4连接被测伺服阀的P口输入端，被测伺服阀10的T口流量输出回油箱，其油路上连接有压力传感器及数显表5，通过调节溢流阀4实现被测伺服阀10产品所需控制压力，控制压力由压力传感器及数显表5读取测得。被测伺服阀电信号连接伺服阀静态测试仪11，伺服阀静态测试仪11输出信号连接X-Y记录仪或计算机及测控软件13，被测伺服阀10的A、B口流量输出端连接流量计及其二次仪表12，流量计及其二次仪表12的输出电信号连接X-Y记录仪或计算机及测控软件13和伺服驱动器14。
伺服阀静态性能测试时，由伺服阀静态测试仪11给被测伺服阀10控制指令信号，伺服阀输出流量信号，流量信号由流量计及其二次仪表12读取，并将信号反馈给伺服驱动器14。
X-Y记录仪或计算机测控软件13采集伺服阀静态测试仪11输出给被测伺服阀的指令信号和流量计二次仪表12输出信号，并实时绘出伺服阀输出流量与控制指令的曲线图，见图2中的(b)。
图2中:Q泵(L/min)＝电机转速(r/min)×泵的排量(ml/r)÷1000，通过采集伺服阀测试过程中每个时间点的流量×一定比例系数(保证溢流阀能形成最小稳定溢流)÷1000÷泵的排量，通过电机驱动器内的速度形成稳定的转速控制电机。
伺服阀动态性能测试时，定量泵1的流量/压力输出端经并联的调节溢流阀4通过截止阀9连接动态测试油缸6的流量/压力输入端，动态测试油缸6的流量/压力输出端通过截止阀9连接油箱，其油路上连接有压力传感器及数显表5，通过调节溢流阀4实现被测伺服阀10产品所需控制压力，控制压力由压力传感器及数显表5读取测得。被测伺服阀安装在动态测试油缸上。被测伺服阀电信号连接伺服阀动态测试仪8，伺服阀动态测试仪8连接频率特性分析仪或计算机及测控软件7，动态测试油缸6的位置信号输出端连接伺服阀动态测试仪8，伺服阀动态测试仪8与频率特性分析仪或计算机及测控软件7之间双向信号传递连接。
伺服阀动态性能测试时，则通过截止阀9将测试控制油路切换至动态测试油缸6上，由频率特性分析仪或计算机及测控软件7发出扫频信号，通过动态测试仪8输出给被测伺服阀10，并驱动动态测试油缸6，将其位置信号反馈给动态测试仪8构成控制闭环，速度信号反馈给频率特性分析仪或计算机测控软件7采集，分析计算并绘图。
本发明在该伺服电机+定量泵组配置下，让伺服电机分别按两种状态进行工作，对比用电量，测出具体节能数据。
在该泵站电气控制柜安装了独立的电能表，测量该试验台用电量。先将电机设定成模拟异步电机模式，工作转速为定值2000r/min，进行伺服阀性能测试，同时记录测试时间和用电量。在完成测试后，将电机设定成伺服电机正常工作模式(即节能模式)，伺服电机的最低转速定为500r/min，最高转速为电机额定转速，即2000r/min，伺服电机在工作时根据伺服阀测试所需流量在500～2000r/min之间提供不同的转速。在测试过程中记录测试时间和用电量，最后进行两种状态下的用电量对比。
(1)节能情况
从2017年11月6号开始测试记录试验台用电量，2018年2月5日结束，共用时间3个月。通过测试异步运行模式和伺服运行模式两种状态，测试结果如下表：
异步电机工作状态，试验台用电量为575/83＝6.928°/h，伺服电机工作状态，试验台用电量为366.7/114＝3.217°/h，节电率为(6.928-3.217)/6.928＝53.57％。
同等功率采购成本对比情况，异步电机+变量泵约为1.4万元，变频电机+变频器+定量泵约2万元，伺服电机+伺服驱动器+定量泵约2.4万元。对于伺服阀生产型企业来说，总的节能效果非常明显的。
(2)降噪情况
通过测量噪声仪器的设备，分别检测对比异步电机泵工作情况与伺服电机泵工作情况，异步电机泵噪声1m处76dB，伺服电机泵1m处65dB，降噪9dB。

Claims (1)

1.一种节能降噪的伺服阀试验台，由伺服阀静态性能测试回路和伺服阀动态性能测试回路组成，其特征在于：所述伺服阀静态性能测试回路和伺服阀动态性能测试回路中采用伺服电机+定量泵的组合形式作为伺服阀试验台的动力源，所述定量泵通过联轴器与伺服电机相连接，伺服电机后端设有用于精确检测伺服电机的旋转角度旋转编码器，伺服电机连接伺服驱动器，由伺服驱动器实现对伺服电机的转速闭环控制；所述伺服阀静态性能测试回路中，定量泵的流量/压力输出端经并联的调压溢流阀连接被测伺服阀的P口输入端，被测伺服阀的T口输出回油箱，其油路上连接有压力传感器及数显表，通过调压溢流阀实现被测伺服阀所需控制压力，控制压力由压力传感器及数显表读取测得；被测伺服阀电信号连接伺服阀静态测试仪，伺服阀静态测试仪输出信号连接X-Y记录仪或计算机及测控软件，被测伺服阀A、B口流量的输出端连接流量计及二次仪表，流量计及二次仪表的输出电信号连接X-Y记录仪或计算机及测控软件和伺服驱动器；当伺服阀静态性能测试时，所述伺服阀静态测试仪给被测伺服阀发出控制指令信号，伺服阀输出流量信号，流量信号由流量计及二次仪表采集及读取，并将采集的信号反馈给伺服驱动器；所述X-Y记录仪或计算机及测控软件采集伺服阀静态测试仪输出给被测伺服阀的指令信号和流量计及二次仪表输出信号，并实时绘出伺服阀输出流量与控制指令的曲线图；所述伺服阀动态性能测试回路中，定量泵的流量/压力输出端经并联的调压溢流阀通过截止阀连接动态测试缸的流量/压力输入端，动态测试缸的流量/压力输出端通过截止阀连接油箱，其油路上连接有压力传感器及数显表，通过调压溢流阀实现被测伺服阀所需控制压力，控制压力由压力传感器及数显表读取测得；被测伺服阀安装在动态测试缸上，被测伺服阀电信号连接伺服阀动态测试仪，伺服阀动态测试仪连接频率特性分析仪或计算机及测控软件，所述动态测试缸的位置输出信号连接伺服阀动态测试仪，伺服阀动态测试仪与频率特性分析仪或计算机及测控软件之间双向信号传递连接；当伺服阀动态性能测试时，所述频率特性分析仪或计算机及测控软件发出扫频信号，并通过伺服阀动态测试仪输出给被测伺服阀，用于驱动动态测试缸，动态测试缸将位置信号反馈给伺服阀动态测试仪，速度信号经伺服阀动态测试仪反馈给频率特性分析仪或计算机及测控软件，由频率特性分析仪或计算机及测控软件采集后，分析计算并绘图。
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