CN113962166A - 一种液压泵和马达的装机可靠性综合测试评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种液压泵和马达的装机可靠性综合测试评估方法，包括典型工况模拟测试、厂内主机搭载测试和工地应用测试及可靠性评估三大步骤。本发明提供的液压泵和马达的装机可靠性综合测试评估方法充分考虑了复杂恶劣的施工工况，通过典型工况模拟测试，避免了直接工地应用测试所面临的风险大、突发状况多和成本高的情况；同时通过厂内主机搭载测试，保障了液压泵和马达与主机搭载环境的匹配性；最后再通过工地应用测试及可靠性评估，改进了液压泵和马达在装机工业应用中可靠性评估标准不健全的问题。

Description

一种液压泵和马达的装机可靠性综合测试评估方法

技术领域

本发明涉及液压元件测试技术领域，尤其涉及一种液压泵和马达的装机可靠性综合测试评估方法。

背景技术

液压泵和马达分别作为液压系统中的核心动力源与执行件，二者性能高低直接影响液压系统的整体运行状态。因此，需通过测试手段，综合评估液压泵和马达的装机可靠性。

现有技术中出现了一些液压泵和马达性能测试系统、测试平台或测试数据的处理方法。然而，这些现有技术仅仅是针对液压元件的性能参数进行测试，并未结合主机搭载环境和复杂应用工况对液压泵和马达进行综合测试评估。应用于工况复杂的主机产品对液压泵和马达的装机可靠性要求更高，因此，现有采用现有技术中的测试评估方法难以保障应用于复杂工况的液压泵和马达的装机可靠性。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种液压泵和马达的装机可靠性综合测试评估方法，以提升应用于复杂工况的液压泵和马达的装机可靠性。

为了实现上述目的，本发明提供的一种液压泵和马达的装机可靠性综合测试评估方法包括如下步骤：

步骤100、典型工况模拟测试；

基于与典型工况等效的模拟负载条件，测试液压泵和马达的性能参数，以初步评估液压泵和马达的性能；

步骤200、厂内主机搭载测试；

基于步骤100获取的数据，测试液压泵和马达搭载于厂内主机上时的性能参数，以评估液压泵和马达搭载于厂内主机上的性能；

步骤300、工地应用测试及可靠性评估；

基于步骤100和步骤200获取的多种数据，确定实际工地应用场景下的测试方法，根据实施所述测试方法获得的测试数据对液压泵和马达的装机可靠性进行综合评估。

进一步地，步骤100中所述的性能参数包括：液压泵的转速和转矩，液压泵进出口油液的压力、流量以及油液温度；马达的转速和转矩，马达进出口油液的压力、流量以及油液温度。

进一步地，根据步骤100中所述的性能参数，分析得到液压泵和马达的压力及流量驱动特征。

进一步地，根据步骤100中所述的性能参数，分析得到液压泵的转速、转矩和效率的变化规律，以及马达的转速、转矩和效率的变化规律。

进一步地，步骤200中，在测试液压泵和马达搭载于厂内主机上时的性能参数之前，包括如下步骤：

根据所选取的工况环境设计液压泵和马达之间的过渡接口；

根据所选取的工况环境规范液压泵、马达和主机的装配工艺。

进一步地，步骤200中所述的性能参数包括：

单马达的空载排量、容积效率、总效率、起动效率、低速性能、密封性能、泄漏和变量特性；

多马达同步时的动态响应、变量滞环、扭矩与负载匹配性、以及压力流量驱动一致性。

进一步地，步骤300中，所述测试方法包括：

根据步骤100和步骤200测试得到的性能参数、以及分析得到的参数特征，确定液压泵和马达性能的敏感参数，将所述敏感参数作为实际工地应用测评时的重点监测参数，并确定采样率；

根据需要监测的参数布置传感器，进行数据采集；

对所采集到的数据进行处理和分析，获取液压泵和马达装机性能指标的退化特征。

进一步地，对所采集到的数据进行处理和分析，包括如下步骤：

针对所采集的数据进行滤波及降噪处理，提取关键数据；

针对完整采样周期中的所有数据，筛除无效数据；

将提取得到的关键数据和有效数据进行曲线拟合和对比分析；

根据曲线拟合及对比分析情况，进一步提取液压泵和马达性能变化的关键敏感参数；

分析液压泵和马达的关键敏感参数随时间的变化规律；

根据关键敏感参数随时间的变化规律绘制液压泵和马达性能退化曲线，分析得到液压泵和马达装机性能指标的退化特征。

本发明至少具有如下有益效果：

相比于现有技术中液压泵和马达在标准试验台上进行的国标试验，本发明提供的一种液压泵和马达的装机可靠性测试评估方法是指向装机应用的测试评估方法。本发明提供的方法设计充分考虑了复杂恶劣的装机应用工况，串联典型工况模拟测试、厂内主机搭载测试和工地应用测试三大方面，为性能要求高的液压泵和马达提供了全面可靠的测试评估结果，为液压泵和马达的设计研发、优化升级和性能评估提供重要技术支撑。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对发明作进一步详细的说明。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例提供的一种液压泵和马达的装机可靠性测试评估方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的一种大排量液压泵和马达多工况负载模拟测试系统的结构图；

图3为本发明实施例提供的一种马达搭载于主机上的驱动一致性测试评估方法的流程图；

在图2中：

编号8、10是指电机泵组；

编号2、23、31、48是指溢流阀；

编号1、3、22、24、25是指两位三通电磁换向阀；

编号4、7是指单向阀；

编号5、11、14、41是指流量传感器；

编号34、36、45、47是指压力传感器；

编号12、15、38、40、43、49是指温度传感器；

编号6、13是指过滤器；

编号9是指油箱；

编号17、18、19、20、21、27、28、30、33、35、50、51、52、53是指二通插装阀；

编号29、37、46是指球阀；

编号16、26是指电磁球阀；

编号32是指高频响电比例溢流阀；

编号42是指扭矩和转速传感器；

编号44是指被测马达或驱动马达；

编号39是指加载泵或被测泵。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，应当理解，本发明中附图仅起到说明和描述的目的，并不用于限定本发明的保护范围。另外，应当理解，示意性的附图并未按实物比例绘制。

请参阅图1，本发明实施例提供的一种液压泵和马达的装机可靠性的综合测试评估方法，包括如下步骤：

步骤100、典型工况模拟测评：

基于与典型工况等效的模拟负载条件，测试液压泵和马达的性能参数，以初步评估液压泵和马达的性能。

以地下工程装备的隧道施工环境为例，施工工况复杂恶劣，如果将液压泵和马达直接进行工业应用测试，风险大、成本高以及突发状况多，因此本发明实施例中，提出了典型工况模拟测评步骤，通过等效模拟典型工况的负载条件，测试液压泵和马达的性能参数，来初步评估液压泵和马达的性能，降低工业应用测试的试错成本。

具体地，在本实施例中，典型工况模拟测试包括以下步骤：

步骤101、采集工地数据：收集整理主机产品在工地现场出现的典型工况案例，采集典型工况下液压泵和马达的性能参数，具体地，如马达A/B口压力、A/B口压差、A/B口流量、输出轴扭矩、转角和转速、油液温度等参数；

步骤102、分析实测数据：对所采集的工地数据，进行分类整理，分析数据特点；

步骤103、提取典型工况特征：提取不同负载大小、不同负载变化情况下，上述压力、流量等参数的变化特征，用于模拟典型工况的负载变化；

步骤104、溢流加载：采用溢流加载的测试方法，结合电液比例控制方式，模拟主机典型工况下的负载变化情况；

步骤105、油温调控：为降低油温对试验测试的影响，本实施例还设计了试验台油箱温度调节模块，使油温始终控制在一定范围内，确保测试准确性；

步骤106、负载模拟试验：于试验台上进行负载模拟测试，测试时，通过调节试验台变量泵的排量和比例溢流阀的控制电流大小来调节负载大小；

步骤107、测试数据采集：采集被测液压泵和马达的运行参数，具体地，如马达进出口油液的流量和压力、转速转矩、以及油液温度等；

步骤108、分析压力和流量驱动特性：分析所采集的压力和流量特性参数，分析液压泵和马达的驱动特性，初步评估其性能，为工地应用测试评估提供基础；

步骤109、分析扭矩、转速、效率变化规律：分析所采集的扭矩、转速和效率等特性参数的变化规律，初步评估液压泵和马达的性能，为工地应用测试评估提供基础。

请参考图2，为了更好地满足本发明实施例提出的典型工况模拟测试的需要，本发明实施例还提供了一种大排量液压泵和马达多工况负载模拟测试系统，主要结构包括：主要组成结构包括：电机泵组(8、10)、溢流阀(2、23、31、48)、两位三通电磁换向阀(1、3、22、24、25)、单向阀(4、7)、流量传感器(5、11、14、41)、压力传感器(34、36、45、47)、温度传感器(12、15、34、38、40、43、49)、过滤器(6、13)、油箱(9)、球阀(29、37、46)、二通插装阀(17、18、19、20、21、27、28、30、33、35、50、51、52、53)、电磁球阀(16、26)、高频响电比例溢流阀(32)、球阀(37、46)、扭矩和转速传感器(42)、被测马达或驱动马达(44)、加载泵或被测泵(39)。

被测马达44与加载泵39之间通过联轴器连接，联轴器上安装有扭矩和转速传感器42。被测马达44的A口布置有温度传感器43和压力传感器47，B口布置有温度传感器49和压力传感器45，连通A/B口的管路上安装有球阀46。同样，加载泵的P/T口(安装双向变量泵时为A/B口)具有相同的配置。被测马达44与流量传感器5之间布置有马达侧换向阀组，该阀组由二通插装阀50、51、52、53，两位三通电磁换向阀1、3，溢流阀2、48以及单向阀4组成。变排量电机泵组8与流量传感器5之间还布置有单向阀7和过滤器6。加载马达与流量传感器14之间安装有加载阀组和泵侧换向阀组，其中，加载阀组由二通插装阀27、28、30、33、35，溢流阀31和高频响电比例溢流阀32构成；泵侧换向阀组由二通插装阀17、18、19、20、21，溢流阀23，两位三通换向阀22、25、26组成。此外，加载泵和泵侧换向阀组之间的管路上还布置有电磁球阀16、26。串联泵电机泵组10与流量传感器14之间安装有过滤器13。被测马达44、加载泵39的泄油口与油箱之间的泄油管路上分别布置有流量传感器11、温度传感器12和流量传感器41、温度传感器15。加载阀组的回油管路上安装有球阀29。

在测试大排量马达时，马达侧安装被测马达，泵侧安装排量、转速等参数与之匹配的成熟型号加载泵。测试前，关闭球阀46和37，打开球阀29，将溢流阀2、23、31、48调至合适的压力值。测试开始时，在两位三通电磁换向阀1、22、25和电磁球阀26得电，油路畅通的条件下，考虑到泵的吸油能力有限，先启动串联泵电机泵组10，此时加载泵侧管路中油液经过过滤器13、流量传感器14后进入泵侧换向阀组。由于泵侧换向阀组中两位三通电磁换向阀24不得电，同时25得电，所以由进油管路引出的控制油使二通插装阀18和20无法打开，同时二通插装阀17和21可以开启，此时主油路油液经过二通插装阀17和电磁球阀16(不得电)后到达加载泵39的吸油口P口。当压力升高到一定程度后，溢流阀23开启，使得二通插装阀19打开，部分油液通过该阀流回油箱，系统压力得到了控制。在启动串联电机泵组10以后，以最小排量启动变量泵电机泵组8，此时由于两位三通换向阀1得电而3不得电，由变量泵流出的油液经过单向阀7、过滤器6和流量传感器5以后进入马达侧换向阀组。该阀组中二通插装阀50和51在由主油路引出的控制油的作用下始终保持关闭，主油路油液经二通插装阀53到达被测马达44的B口，推动马达顺时针旋转。逐渐增大变量泵的排量，马达转速将随之提高。由被测马达A口流出的低压油液经过二通插装阀52流回油箱。被测马达44在开始旋转以后，将会通过联轴器带动加载泵39一起旋转。加载泵39将从P口吸油，加压以后从T口排出，由于电磁球阀26得电关闭，油液将进入加载阀组并通过二通插装阀28。通过调节高频响电比例溢流阀32的设定值可以控制二通插装阀30先导油的压力，进而调节主阀口压力，实现对负载的模拟。对被测马达进行反转测试时，两位三通换向阀3、22、24得电而1、25不得电，同时电磁球阀16得电而26不得电。

在此过程中，流经被测马达44的油液流量，A/B口油液的压力和温度以及泄漏油的流量和温度分别可以通过流量传感器5、11、压力传感器45、47、温度传感器43、49、12进行监测和记录，同时，根据负载泵出口侧传感器采集得到的油液温度、压力数据，结合转矩和转速传感器示数，能够方便的对被测马达加载工况下的运行情况进行全面分析。采用高频响电比例溢流阀的控制方式，可加载实地采集的负载拟合曲线，模拟具体使用环境下的连续变化载荷。

在测试双向变量泵时，泵侧安装被测泵(可以是不同种类的大排量泵)，马达侧安装排量、转速等参数与之匹配的成熟型号驱动马达。测试过程与测试马达时基本相同，同样通过调节高频响电比例溢流阀开度来模拟泵出口负载的变化，可根据被测泵的类型决定油液是否需要换向。

在进行泵和马达的安装、更换过程中，打开球阀37和46，使元件两侧压力相等，能够方便元件转轴与联轴器的安装。溢流阀2和48为安全阀。当串联泵电机泵组10向加载泵39供油不足时，可关闭球阀29，此时，回油管路中的油液将通过二通插装阀33或是35补充到泵的吸油口，防止欠流量情况发生。

本发明实施例提供的大排量液压泵和马达多工况负载模拟测试系统采用马达驱动泵、在泵侧进行加载的方式，结合泵侧和马达侧的双换向阀组，使其能够同时满足大排量泵和马达的双向旋转加载测试。同时，使用大排量变量泵进行供油，拓宽了被测元件的适用规格范围，因此，有效提高了测试系统的综合测试能力。此外，多种不同类型传感器的广泛布置可以快捷有效的监测和采集流量、压力、温度、转速、转矩等参数，方便测试人员对被测元件的工作状况进行全面分析。另一方面，用高频响电比例溢流阀作为加载装置，不仅可以模拟恒定负载，结合现场实测负载变化曲线以后还可以模拟与实际使用环境相近的连续变化负载工况，使得测试项目更加丰富，结果更接近真实情况。

请结合图1和图3，本实施例提供的液压泵和马达的装机可靠性综合测试评估方法，在完成步骤100、典型工况模拟测试后，为保障液压泵和马达与主机搭载环境(例如连接接口和装配工艺等方面)的匹配性，本发明实施例进一步提出了一种厂内主机搭载测试方法(步骤200)，用于测试液压泵和马达搭载于主机设备后的参数性能；

如图1所示，步骤200具体包括如下步骤：

步骤201、设计连接接口：在恶劣工况下，液压泵和马达驱动接口易失效，为保障测试可靠性，应合理设计液压泵和马达的过渡连接接口；

步骤202、规范装配工艺：规范装配工艺，避免因装配问题影响测试结果；

步骤203、提取典型工况负载数据：基于典型工况模拟测试中的步骤103和步骤106，提取负载模拟数据，通过溢流加载和电液比例控制方式，对搭载于主机上的液压泵和马达进行加载，测试液压泵和马达搭载于厂内主机上的性能；

步骤204、测试主机搭载性能：具体地，对于多个马达同时搭载于主机上，其性能测试如图3所示，首先进行多马达单独单项测试，测试项包括马达的空载排量、容积效率、总效率、起动效率、低速性能、密封性能、泄漏和变量特性等。完成单项测试后，进一步进行多马达同步加载测试，包括动态响应、变量滞环、扭矩与负载匹配性、压力流量驱动一致性，从而完成多马达驱动一致性评估。

步骤205性能评估：通过测试数据的对比分析，评估液压泵和马达搭载于主机的性能。

在完成步骤200厂内主机搭载测试后，针对液压泵和马达在装机工业应用中可靠性评估标准不健全的问题，本发明实施例进一步提出了一种现场测试液压泵和马达的装机可靠性评估方法(步骤300)，通过测试强干扰、大振动和周期作业条件下液压泵和马达的装机关键性能，分析参数指标随运行时间的变化特征。

如图1所示，步骤300具体包括如下步骤：

步骤301、确定监测主参数：基于步骤100典型工况模拟测试和步骤200厂内主机搭载测试，由步骤108初步分析得到液压泵和马达的压力流量驱动特性，由步骤109初步分析得到液压泵和马达的扭矩、转速、效率变化规律，由步骤204分析得到搭载于主机进行厂内测试的性能参数特点，综合分析得到液压泵和马达性能的关键敏感参数，从而确定工地应用测试时需重点监测的主要参数；

步骤302、确定采样率：考虑到工地应用测试时间较长、测试数据样本大，需事先明确合理的采样频率，本实施例中对于重点监测的参数采样频率设为1s/次；

步骤303、传感器布置：将转速传感器、压力传感器、流量计尽可能安装在接近被试液压泵和马达附近，以便记录作用于液压泵和马达内部的压力，消除在传感器和被试承压壳体间的任何影响因素；

步骤304、数据采集及传输：主机工地运行时，实时采集和传输被测液压泵和马达的测试数据；

步骤305、数据滤波及降噪处理：针对所采集的数据，首先进行滤波及降噪处理，提取关键数据；

步骤306、无效时域数据筛除：针对完整采样周期中的所有数据，筛除无效数据；

步骤307、曲线拟合及对比：将提取得到的关键、有效数据，进行曲线拟合和对比分析；

步骤308、敏感参数提取：进一步提取液压泵和马达性能变化的关键敏感参数；

步骤309、分析时变趋势：研究装机条件下液压泵和马达的压力流量特性、效率、温升等指标随运行时间变化规律；

步骤310、绘制性能退化曲线：绘制液压泵和马达性能退化曲线，分析其装机性能指标的退化特征；

步骤311可靠性评估：基于上述过程，完成液压泵和马达在装机条件下的运行可靠性评估，为液压泵和马达的设计研发、优化升级、性能评估提供依据。

综上所述，相比于现有技术中液压泵和马达在标准试验台上进行的国标试验，本发明实施例提供的一种液压泵和马达的装机可靠性测试评估方法是指向装机应用的测试评估方法。本发明实施例提供的方法设计充分考虑了复杂恶劣的装机应用工况，结合典型工况模拟测试、厂内主机搭载测试和工地应用测试三大方面，为性能要求高的液压泵和马达提供了全面可靠的测试评估结果。

在本说明书中描述的“一些具体的实施例中”、“一些可能的实施例中”或“本发明”等意味着在本发明的一个或多个实施例中包括结合该实施例描述的特定特征、结构或特点。由此，在本说明书的不同之处出现的语句“一些具体的实施例中”、“一些可能的实施例中”或“本发明”等不是必然都参考相同的实施例，而意味着“一个或多个但不是所有的实施例”，除非是以其他方式另外特别强调。术语“包括”、“包含”、“具有”及它们的变形都意味着“包括但不限于”，除非是以其他方式另外特别强调。

以上所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制本发明的保护范围，而仅仅是表示本发明的选定实施例。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。此外，基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下可获得的所有其它实施例，都应属于本发明保护的范围。

Claims (8)

1.一种液压泵和马达的装机可靠性综合测试评估方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤100、典型工况模拟测试；

基于与典型工况等效的模拟负载条件，测试液压泵和马达的性能参数，以初步评估液压泵和马达的性能；

步骤200、厂内主机搭载测试；

基于步骤100获取的数据，测试液压泵和马达搭载于厂内主机上时的性能参数，以评估液压泵和马达搭载于厂内主机上的性能；

步骤300、工地应用测试及可靠性评估；

基于步骤100和步骤200获取的多种数据，确定实际工地应用场景下的测试方法，根据实施所述测试方法获得的测试数据对液压泵和马达的装机可靠性进行综合评估。

2.根据权利要求1所述的装机可靠性综合测试评估方法，其特征在于，步骤100中所述的性能参数包括：液压泵的转速和转矩，液压泵进出口油液的压力、流量以及油液温度；马达的转速和转矩，马达进出口油液的压力、流量以及油液温度。

3.根据权利要求2所述的装机可靠性综合测试评估方法，其特征在于，根据步骤100中所述的性能参数，分析得到液压泵和马达的压力及流量驱动特征。

4.根据权利要求3所述的装机可靠性综合测试评估方法，其特征在于，根据步骤100中所述的性能参数，分析得到液压泵的转速、转矩和效率的变化规律，以及马达的转速、转矩和效率的变化规律。

5.根据权利要求4所述的装机可靠性综合测试评估方法，其特征在于，步骤200中，在测试液压泵和马达搭载于厂内主机上时的性能参数之前，包括如下步骤：

根据所选取的工况环境设计液压泵和马达之间的过渡接口；

根据所选取的工况环境规范液压泵、马达和主机的装配工艺。

6.根据权利要求5所述的装机可靠性综合测试评估方法，其特征在于，步骤200中所述的性能参数包括：

单马达的空载排量、容积效率、总效率、起动效率、低速性能、密封性能、泄漏和变量特性；

多马达同步时的动态响应、变量滞环、扭矩与负载匹配性、以及压力流量驱动一致性。

7.根据权利要求6所述的装机可靠性综合测试评估方法，其特征在于，步骤300中，所述测试方法包括：

根据步骤100和步骤200测试得到的性能参数、以及分析得到的参数特征，确定液压泵和马达性能的敏感参数，将所述敏感参数作为实际工地应用测评时的重点监测参数，并确定采样率；

根据需要监测的参数布置传感器，进行数据采集；

对所采集到的数据进行处理和分析，获取液压泵和马达装机性能指标的退化特征。

8.根据权利要求7所述的机可靠性综合测试评估方法，其特征在于，对所采集到的数据进行处理和分析，包括如下步骤：

针对所采集的数据进行滤波及降噪处理，提取关键数据；

针对完整采样周期中的所有数据，筛除无效数据；

将提取得到的关键数据和有效数据进行曲线拟合和对比分析；

根据曲线拟合及对比分析情况，进一步提取液压泵和马达性能变化的关键敏感参数；

分析液压泵和马达的关键敏感参数随时间的变化规律；

根据关键敏感参数随时间的变化规律绘制液压泵和马达性能退化曲线，分析得到液压泵和马达装机性能指标的退化特征。

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