CN111350707A - 一种用于防爆柴油机功率测试的液压系统及测试方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于防爆柴油机功率测试的液压系统及测试方法，属于防爆柴油机功率测试的技术领域，包括电比例排量柱塞泵、转速传感器、液压油箱、压力传感器、电比例溢流阀和控制器；电比例排量柱塞泵的输出轴与被试防爆柴油机连接，吸油口与液压油箱连接，高压油口分别与电比例溢流阀的进油口和压力传感器的信号输入端连接；转速传感器安装在被试柴油机与电比例排量柱塞泵之间，信号输出线与控制器连接；压力传感器的信号输出端与控制器连接；电比例溢流阀的排油口与液压油箱连接。该液压系统可用于所有功率段防爆柴油机性能的检测，具有成本低、操作简单的特点，可避免由于防爆柴油机性能不合格，“带病”装机后造成的大量返工。

Description

一种用于防爆柴油机功率测试的液压系统及测试方法
技术领域
本发明属于防爆柴油机功率测试的技术领域，具体公开了一种用于防爆柴油机功率测试的液压系统及测试方法。
背景技术
井下无轨辅助运输车辆大都采用防爆柴油机作为动力源，由于车型多、载重覆盖范围从2吨到100吨，因此所用防爆柴油机的功率范围从30kW到260kW。防爆柴油机相比道路车辆所用柴油机的批量很小，并且道路车辆柴油机的技术水平已经发展到国五国六阶段了，而防爆柴油机目前还停留在国二国三阶段，属于柴油机主机厂家的边缘落后产品，导致这些主机厂家对井下车辆用的柴油机性能不够重视，出厂检验要求也并不严格，经常出现性能不合格的情况，由于测功机的价格昂贵，且检测过程操作相对复杂，无法在防爆无轨胶轮车辆的主机生产及大修厂家推广应用，只能装机试验，遇到不合格的情况，会造成很大的返工工作量。
发明内容
本发明专利提出了一种操作方便，价格低廉的用于防爆柴油机功率测试的液压系统及测试方法，可对防爆柴油机的功率和扭矩进行简单测试，该测试结果能满足应用需求，在防爆无轨胶轮运输车辆生产厂家、大修厂家及防爆柴油机的维修厂家有一定的推广价值，能有效减少返工率，对进一步提高整机质量有重要意义。
为实现上述目的，本发明提供一种用于防爆柴油机功率测试的液压系统，包括电比例排量柱塞泵、转速传感器、液压油箱、压力传感器、电比例溢流阀和控制器；电比例排量柱塞泵用于对被试防爆柴油机进行加载，输出轴与被试防爆柴油机连接，吸油口与液压油箱连接，高压油口分别与电比例溢流阀的进油口和压力传感器的信号输入端连接；转速传感器用于检测防爆柴油机的转速，安装在被试柴油机与电比例排量柱塞泵之间，信号输出线与控制器连接；压力传感器的信号输出端与控制器连接；电比例溢流阀的排油口与液压油箱连接；控制器分别控制电比例排量柱塞泵的排量控制模块及电比例溢流阀的压力输出信号，从0至被试防爆柴油机的最大扭矩值按预设的比例逐级加载，记录每级的转速和压力值。
进一步地，电比例排量柱塞泵包括电比例排量柱塞泵I和电比例排量柱塞泵II；电比例排量柱塞泵I的排量比电比例排量柱塞泵II的排量大，两个电比例排量柱塞泵的额定转速均大于被试防爆柴油机的最大转速且两个电比例排量柱塞泵的额定扭矩值之和大于被试防爆柴油机的最大扭矩值；压力传感器包括分别与电比例排量柱塞泵I和电比例排量柱塞泵II对应的压力传感器I和压力传感器II；电比例溢流阀包括分别与电比例排量柱塞泵I和电比例排量柱塞泵II对应的电比例溢流阀I和电比例溢流阀II。
进一步地，电比例溢流阀I包括二通插装阀I、溢流阀I和先导电比例溢流阀I；溢流阀I安装在二通插装阀I的控制盖板I上；电比例溢流阀I的进油口分别与先导电比例溢流阀I的P口、溢流阀I的P口和二通插装阀I的A1口连接；先导电比例溢流阀I的T口和溢流阀I的T口连接后接回液压油箱；二通插装阀I的B1口接回液压油箱，控制口K与溢流阀I的P口连接；
电比例溢流阀II包括二通插装阀II、溢流阀II和先导电比例溢流阀II；溢流阀II安装在二通插装阀II的控制盖板II上；电比例溢流阀II的进油口分别与先导电比例溢流阀II的P口、溢流阀II的P口和二通插装阀II的A1口连接；先导电比例溢流阀II的T口和溢流阀II的T口连接后接回液压油箱；二通插装阀II的B1口接回液压油箱，控制口K与溢流阀II的P口连接。
进一步地，上述液压系统，还包括用于对液压油箱中的液压油进行冷却的冷却循环装置。
进一步地，冷却循环装置包括冷却循环泵、散热器和冷却风扇；冷却循环泵的吸油口与液压油箱连接，排油口与散热器的进油口连接，电机由控制器控制；散热器通过冷却风扇冷却，出油口接回液压油箱；冷却风扇由控制器控制。
进一步地，冷却循环装置包括单向阀；单向阀的进口接入冷却循环泵和散热器之间，出口接入液压油箱。
进一步地，液压油箱中装有液压油箱液位传感器，控制器实时读取液位传感器的数据。
进一步地，液压油箱的顶部装有空气滤清器；电比例排量柱塞泵的吸油口与液压油箱底部的出油口连接，液压油箱底部的出油口上设置有吸油滤芯。
本发明还提供一种用于防爆柴油机功率测试的测试方法，依据上述液压系统实施，包括下述步骤：
S1，收集所有功率段被试防爆柴油机的最大转速、最大扭矩点(最大扭矩值及对应的转速)和最大功率点(最大功率及对应的转速)，将被试防爆柴油机最大扭矩值等分成n份，结合电比例排量柱塞泵的效率特性曲线，将这n等份的扭矩值转化为电比例排量柱塞泵的排量及电比例溢流阀的压力信号，将上述控制策略提前写入控制器中，试验开始后由控制器分别控制电比例排量柱塞泵的排量控制模块及电比例溢流阀的压力输出信号，从0至被试防爆柴油机的最大扭矩值按（100/n）%的比例逐级加载；
S2，被试防爆柴油机与测试系统连接好后，将被试防爆柴油机的型号输入到控制器中，控制器就会调出针对该型号防爆柴油机的测试策略；
S3，将电比例排量泵的排量及电比例溢流阀的压力值设定为零，确保被试防爆柴油机启动过程中没有负载，被试防爆柴油机启动后，将被试防爆柴油机的油门调整至最大并保持，读取此时转速传感器的数值；
S4，按照步骤S2调出的测试策略进行逐级加载，控制器调整电比例排量泵的排量及电比例溢流阀的压力设定值，从而给被试防爆柴油机加载，从零至最大扭矩值逐步加载，每级稳定预设时间，记录每级的转速和压力值；
S5，被试防爆柴油机的输出扭矩值可通过压力与排量的乘积进行计算，可得出n组转速与扭矩的对应值，由于试验过程中防爆柴油机始终处于大油门工况，因此通过n组转速与扭矩的对应值就可以近似的描绘出防爆柴油机的外特性曲线，从而判断防爆柴油机的性能是否满足要求。
进一步地，步骤S1中，将被试防爆柴油机最大扭矩值等分成10份；
步骤S4中，每级稳定10s。
本发明的有益效果是：
防爆柴油机主要应用在煤矿井下无轨辅助运输车辆上，本发明所述的用于防爆柴油机功率测试的液压系统及测试方法可用于所有功率段防爆柴油机性能的检测，具有成本低、操作简单的特点，可在无轨胶轮车主机厂、大修厂及防爆柴油机的维修厂家进行推广应用，可避免由于防爆柴油机性能不合格，“带病”装机后造成的大量返工，对提高整机装配效率，降低车辆运行故障有积极作用。本发明首次提出了利用电比例排量柱塞泵作为主动负载对柴油机进行加载，通过控制柱塞泵的排量和出口压力来实现负载变化，从而测试柴油机的性能。
附图说明
图1为实施例1提供的用于防爆柴油机功率测试的液压系统的原理图。
图中：1、转速传感器；2、电比例排量柱塞泵1；3、电比例排量柱塞泵2；4、液压油箱；5、空气滤清器；6、吸油滤芯；7、液位传感器；8、冷却风扇；9、冷却循环泵；10、单向阀；11、散热器；12、控制器；13-1、二通插装阀1；13-2、二通插装阀2；14-1、溢流阀I；14-2、溢流阀II；15-1、压力传感器1；15-2、压力传感器2；16-1、先导电比例溢流阀1；16-2、先导电比例溢流阀2；17-1、盖板I；17-2、盖板II。
具体实施方式
实施例1
本实施例提供一种用于防爆柴油机功率测试的液压系统，包括电比例排量柱塞泵、转速传感器1、液压油箱2、压力传感器、电比例溢流阀和控制器12；电比例排量柱塞泵用于对被试防爆柴油机进行加载，输出轴与被试防爆柴油机连接，吸油口与液压油箱4连接，高压油口分别与电比例溢流阀的进油口和压力传感器的信号输入端连接；转速传感器1用于检测防爆柴油机的转速，安装在被试柴油机与电比例排量柱塞泵之间，信号输出线与控制器12连接；压力传感器的信号输出端与控制器12连接，用于检测泵出口的压力，同时信号反馈至控制器12，便于实现对电比例溢流阀的压力闭环控制；电比例溢流阀的排油口与液压油箱4连接；控制器12分别控制电比例排量柱塞泵的排量控制模块及电比例溢流阀的压力输出信号，从0至被试防爆柴油机的最大扭矩值按预设的比例逐级加载，记录每级的转速和压力值。
由于被试防爆柴油机的功率扭矩范围较宽，因此测试系统采用两个电比例排量柱塞泵作为加载装置，包括电比例排量柱塞泵I2和电比例排量柱塞泵II3；电比例排量柱塞泵I2的排量比电比例排量柱塞泵II3的排量大，两个电比例排量柱塞泵的额定转速均大于被试防爆柴油机的最大转速且两个电比例排量柱塞泵的额定扭矩值之和大于被试防爆柴油机的最大扭矩值；压力传感器包括分别与电比例排量柱塞泵I2和电比例排量柱塞泵II3对应的压力传感器I15-1和压力传感器II15-2；电比例溢流阀包括分别与电比例排量柱塞泵I和电比例排量柱塞泵II对应的电比例溢流阀I和电比例溢流阀II。当被试防爆柴油机功率为100kW以下时，将电比例排量柱塞泵I2的排量设定为零，仅由电比例排量柱塞泵II3加载；当被试防爆柴油机功率为100kW-200kW时，将电比例排量柱塞泵II3的排量设定为零，仅由电比例排量柱塞泵I2加载；当被试防爆柴油机功率为200kW以上时，由电比例排量柱塞泵I2和电比例排量柱塞泵II3同时加载。电比例排量柱塞泵I2和电比例排量柱塞泵II3的排量分别与控制器12输出的电信号大小正相关，且一一对应，当控制器12的输出信号为0时，电比例排量柱塞泵的排量为0，两个泵可独立控制。本实施例中，电比例排量柱塞泵为现有技术，型号分别为：DSP145和DSP130，厂家萨奥。
由于试验过程中，被试防爆柴油机的功率全部转化为液压油的热量，因此液压油温较高，导致阀体的温度也高，如果采用直动式电比例溢流阀，会由于温度过高而影响溢流阀的比例性能，甚至会影响电比例溢流阀的寿命，因此本实施例中电比例溢流阀采用二通插装阀的结构形式后。电比例溢流阀I包括二通插装阀I13-1、溢流阀I14-1和先导电比例溢流阀I16-1；溢流阀I14-1安装在二通插装阀I13-1的控制盖板I17-1上；电比例溢流阀I的进油口分别与先导电比例溢流阀I16-1的P口、溢流阀I14-1的P口和二通插装阀I13-1的A1口连接；先导电比例溢流阀I16-1的T口和溢流阀I14-1的T口连接后接回液压油箱4；二通插装阀I13-1的B1口接回液压油箱4，控制口K与溢流阀I14-1的P口连接；电比例溢流阀II包括二通插装阀II13-2、溢流阀II14-2和先导电比例溢流阀II16-2；溢流阀II14-2安装在二通插装阀II13-2的控制盖板II17-2上；电比例溢流阀II的进油口分别与先导电比例溢流阀II16-2的P口、溢流阀II14-2的P口和二通插装阀II13-2的A1口连接；先导电比例溢流阀II16-2的T口和溢流阀II14-2的T口连接后接回液压油箱；二通插装阀II13-2的B1口接回液压油箱，控制口K与溢流阀II14-2的P口连接。电比例溢流阀I的工作原理如下所述：先导电比例溢流阀I16-1作为先导级，其溢流压力通过控制器12的输出信号给定，当先导电比例溢流阀I16-1处于关闭状态时，二通插装阀I13-1控制口K的压力与A1口的压力相同，在弹簧力的作用下二通插装阀I13-1处于关闭状态，当泵出口压力达到先导电比例溢流阀I16-1的设定压力后，高压油通过先导电比例溢流阀I16-1泄回液压油箱4，当先导电比例溢流阀I16-1开启后，由于油液的流动及节流阀的节流作用，会导致控制口K的压力小于A1口的压力，因此二通插装阀I13-1会开启，大部分油液通过该阀泄回液压油箱4，这样只有很少一部分高压油流经先导电比例溢流阀I16-1，阀体的温度不会太高，能有效的保护该阀。溢流阀I14-1和溢流阀II14-2的设定压力比该测试系统需要的最高测试压力高20bar，该阀可避免先导电比例溢流阀给点的电信号超限后引起的系统压力过高问题，起保护作用同时保证元部件的正常工作。
电比例排量柱塞泵I2和电比例排量柱塞泵II3作为被试防爆柴油机的负载，试验过程中被试防爆柴油机的功率是通过这两个泵的溢流转化为液压油的热量，为了确保液压油温在合理的工作范围，上述液压系统还包括用于对液压油箱4中的液压油进行冷却的冷却循环装置。
进一步地，冷却循环装置包括冷却循环泵9、散热器11和冷却风扇8；冷却循环泵9的吸油口与液压油箱4连接，排油口与散热器11的进油口连接，电机由控制器12控制；散热器11通过冷却风扇8冷却，出油口接回液压油箱4；冷却风扇8由控制器控制。
进一步地，冷却循环装置包括单向阀10；单向阀10的进口接入冷却循环泵9和散热器11之间，出口接入液压油箱4，避免由于散热器11堵塞后造成压力过高而损坏散热器11。
进一步地，液压油箱中装有液压油箱液位传感器7，控制器12实时读取液位传感器7的数据，当油位过低时，控制器12会发出急停信号，将电比例排量柱塞泵I2和电比例排量柱塞泵II3的排量控制信号设置为零，同时控制被试防爆柴油机熄火，确保泵不会吸空。
进一步地，液压油箱4的顶部装有空气滤清器5，确保液压油箱4与外界大气相通；电比例排量柱塞泵的吸油口与液压油箱4底部的出油口连接，液压油箱4底部的出油口上设置有吸油滤芯6，避免液压油箱4中的杂质进入泵体。
实施例2
本实施例提供一种用于防爆柴油机功率测试的测试方法，依据实施例1所述液压系统实施，包括下述步骤：
S1，收集所有功率段被试防爆柴油机的最大转速、最大扭矩点(最大扭矩值及对应的转速)和最大功率点(最大功率及对应的转速)，将被试防爆柴油机最大扭矩值等分成n份，结合电比例排量柱塞泵的效率特性曲线（泵的效率与排量及压力的关系），将这n等份的扭矩值转化为电比例排量柱塞泵的排量及电比例溢流阀的压力信号（泵的扭矩等于排量和压力的乘积），确保加载过程中电比例排量泵保持较高的容积效率，将上述控制策略提前写入控制器12中，试验开始后由控制器12分别控制电比例排量柱塞泵的排量控制模块及电比例溢流阀的压力输出信号，从0至被试防爆柴油机的最大扭矩值按（100/n）%的比例逐级加载；
S2，被试防爆柴油机与测试系统连接好后，将被试防爆柴油机的型号输入到控制器12中，控制器12就会调出针对该型号防爆柴油机的测试策略；
S3，将电比例排量泵的排量及电比例溢流阀的压力值设定为零，确保被试防爆柴油机启动过程中没有负载，被试防爆柴油机启动后，将被试防爆柴油机的油门调整至最大并保持，读取此时转速传感器3的数值；
S4，按照步骤S2调出的测试策略进行逐级加载，控制器12调整电比例排量泵的排量及电比例溢流阀的压力设定值，从而给被试防爆柴油机加载，从零至最大扭矩值逐步加载，每级稳定预设时间，记录每级的转速和压力值；
S5，被试防爆柴油机的输出扭矩值可通过压力与排量的乘积进行计算，可得出n组转速与扭矩的对应值，由于试验过程中防爆柴油机始终处于大油门工况，因此通过n组转速与扭矩的对应值就可以近似的描绘出防爆柴油机的外特性曲线，从而判断防爆柴油机的性能是否满足要求。
进一步地，步骤S1中，将被试防爆柴油机最大扭矩值等分成10份；
步骤S4中，每级稳定10s。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以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本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种用于防爆柴油机功率测试的液压系统，其特征在于，包括电比例排量柱塞泵、转速传感器、液压油箱、压力传感器、电比例溢流阀和控制器；
所述电比例排量柱塞泵用于对被试防爆柴油机进行加载，输出轴与被试防爆柴油机连接，吸油口与液压油箱连接，高压油口分别与电比例溢流阀的进油口和压力传感器的信号输入端连接；
所述转速传感器用于检测防爆柴油机的转速，安装在被试柴油机与电比例排量柱塞泵之间，信号输出线与控制器连接；
所述压力传感器的信号输出端与控制器连接；
所述电比例溢流阀的排油口与液压油箱连接；
所述控制器分别控制电比例排量柱塞泵的排量控制模块及电比例溢流阀的压力输出信号，从0至被试防爆柴油机的最大扭矩值按预设的比例逐级加载，记录每级的转速和压力值。
2.根据权利要求1所述的用于防爆柴油机功率测试的液压系统，其特征在于，所述电比例排量柱塞泵包括电比例排量柱塞泵I和电比例排量柱塞泵II；
电比例排量柱塞泵I的排量比电比例排量柱塞泵II的排量大，两个电比例排量柱塞泵的额定转速均大于被试防爆柴油机的最大转速且两个电比例排量柱塞泵的额定扭矩值之和大于被试防爆柴油机的最大扭矩值；
所述压力传感器包括分别与电比例排量柱塞泵I和电比例排量柱塞泵II对应的压力传感器I和压力传感器II；
所述电比例溢流阀包括分别与电比例排量柱塞泵I和电比例排量柱塞泵II对应的电比例溢流阀I和电比例溢流阀II。
3.根据权利要求2所述的用于防爆柴油机功率测试的液压系统，其特征在于，所述电比例溢流阀I包括二通插装阀I、溢流阀I和先导电比例溢流阀I；
所述溢流阀I安装在二通插装阀I的控制盖板I上；
所述电比例溢流阀I的进油口分别与先导电比例溢流阀I的P口、溢流阀I的P口和二通插装阀I的A1口连接；
所述先导电比例溢流阀I的T口和溢流阀I的T口连接后接回液压油箱；
所述二通插装阀I的B1口接回液压油箱，控制口K与溢流阀I的P口连接；
所述电比例溢流阀II包括二通插装阀II、溢流阀II和先导电比例溢流阀II；
所述溢流阀II安装在二通插装阀II的控制盖板II上；
所述电比例溢流阀II的进油口分别与先导电比例溢流阀II的P口、溢流阀II的P口和二通插装阀II的A1口连接；
所述先导电比例溢流阀II的T口和溢流阀II的T口连接后接回液压油箱；
所述二通插装阀II的B1口接回液压油箱，控制口K与溢流阀II的P口连接。
4.根据权利要求3所述的用于防爆柴油机功率测试的液压系统，其特征在于，还包括用于对液压油箱中的液压油进行冷却的冷却循环装置。
5.根据权利要求4所述的用于防爆柴油机功率测试的液压系统，其特征在于，所述冷却循环装置包括冷却循环泵、散热器和冷却风扇；
所述冷却循环泵的吸油口与液压油箱连接，排油口与散热器的进油口连接，电机由控制器控制；
所述散热器通过冷却风扇冷却，出油口接回液压油箱；
所述冷却风扇由控制器控制。
6.根据权利要求5所述的用于防爆柴油机功率测试的液压系统，其特征在于，所述冷却循环装置包括单向阀；
所述单向阀的进口接入冷却循环泵和散热器之间，出口接入液压油箱。
7.根据权利要求1-6任一项所述的用于防爆柴油机功率测试的液压系统，其特征在于，液压油箱中装有液压油箱液位传感器，控制器实时读取液位传感器的数据。
8.根据权利要求1-6任一项所述的用于防爆柴油机功率测试的液压系统，其特征在于，液压油箱的顶部装有空气滤清器；
所述电比例排量柱塞泵的吸油口与液压油箱底部的出油口连接，液压油箱底部的出油口上设置有吸油滤芯。
9.一种用于防爆柴油机功率测试的测试方法，其特征在于，依据权利要求1-8任一项所述的用于防爆柴油机功率测试的液压系统实施，包括下述步骤：
S1，收集所有功率段被试防爆柴油机的最大转速、最大扭矩点和最大功率点，将被试防爆柴油机最大扭矩值等分成n份，结合电比例排量柱塞泵的效率特性曲线，将这n等份的扭矩值转化为电比例排量柱塞泵的排量及电比例溢流阀的压力信号，将上述控制策略提前写入控制器中，试验开始后由控制器分别控制电比例排量柱塞泵的排量控制模块及电比例溢流阀的压力输出信号，从0至被试防爆柴油机的最大扭矩值按（100/n）%的比例逐级加载；
S2，被试防爆柴油机与测试系统连接好后，将被试防爆柴油机的型号输入到控制器中，控制器就会调出针对该型号防爆柴油机的测试策略；
S3，将电比例排量泵的排量及电比例溢流阀的压力值设定为零，确保被试防爆柴油机启动过程中没有负载，被试防爆柴油机启动后，将被试防爆柴油机的油门调整至最大并保持，读取此时转速传感器的数值；
S4，按照步骤S2调出的测试策略进行逐级加载，控制器调整电比例排量泵的排量及电比例溢流阀的压力设定值，从而给被试防爆柴油机加载，从零至最大扭矩值逐步加载，每级稳定预设时间，记录每级的转速和压力值；
S5，被试防爆柴油机的输出扭矩值可通过压力与排量的乘积进行计算，可得出n组转速与扭矩的对应值，由于试验过程中防爆柴油机始终处于大油门工况，因此通过n组转速与扭矩的对应值就可以近似的描绘出防爆柴油机的外特性曲线，从而判断防爆柴油机的性能是否满足要求。
10.根据权利要求9所述的用于防爆柴油机功率测试的测试方法，其特征在于，步骤S1中，将被试防爆柴油机最大扭矩值等分成10份；
步骤S4中，每级稳定10s。
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