CN115597899A - 一种煤机装备液压胶管性能测试系统及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种煤机装备液压胶管性能测试系统及测试方法，涉及煤机装备测试相关技术领域；该测试系统包括用于固定和支撑液压胶管测试件的胶管测试系统安装台架，所述胶管测试系统安装台架内放置有与所述液压胶管测试件连通的液压系统；所述胶管测试系统安装台架连接有多自由度位移加载台和多自由度振动加载台；所述液压胶管测试件和液压系统连接有试验数据传感系统，所述试验数据传感系统连接有测控系统采集板卡组件，所述测控系统采集板卡组件的控制器与多自由度振动加载台通过功率放大器连接。本发明上述测试系统以及基于上述测试系统的测试方法，能够对煤机液压胶管复杂工作环境进行模拟，进而可以测试复杂叠加载荷作用下胶管性能。

Description

一种煤机装备液压胶管性能测试系统及测试方法

技术领域

本发明涉及煤机装备测试相关技术领域，特别是涉及一种煤机装备液压胶管性能测试系统及测试方法。

背景技术

胶管因其优异的性能广泛用于煤机装备的液压管路系统中，作为液压系统的“血管”和控制回路的“纽带”，其性能直接影响到整个液压管路系统的安全性和可靠性。煤机装备本体机械结构复杂、集成度高、内部装配空间小、而且面临高温、高压、强流体冲击和强振动等恶劣的极限工作环境，导致液压胶管工作过程中承受多场耦合载荷的影响，失效故障频发且失效机理复杂。因此，探索多载荷叠加作用下煤机装备液压胶管的性能对于提胶管和煤机装备的工作可靠性与使用寿命具有重要意义。

由于试验能够直接揭示煤机装备液压胶管在不同工况下的载荷叠加情况，成为研究胶管性能的重要手段，但受限于工作环境的特殊性，煤机液压胶管性能测试较为困难，具有流体特性特殊、胶管空间布局复杂、载荷复现难度较大、所需采集和传输试验数据庞杂等特点。因此，全面的测试系统以充分复现煤机装备液压管路的特殊工作环境以及复杂工况下承受的叠加载荷是保证研究结果准确可靠的前提，而与之配套的测试方法是实现复杂载荷条件实施以及庞杂试验数据处理的进一步保障。

目前，能够对煤机液压胶管复杂工作环境进行模拟的测试系统很少，而能够准确测试复杂叠加载荷作用下胶管性能的系统及方法几乎没有。

发明内容

本发明的目的是提供一种煤机装备液压胶管性能测试系统及测试方法，以解决上述现有技术存在的问题，能够对煤机液压胶管复杂工作环境进行模拟，进而可以测试复杂叠加载荷作用下胶管性能。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种煤机装备液压胶管性能测试系统，包括用于固定和支撑液压胶管测试件的胶管测试系统安装台架，胶管测试系统安装台架由高强度铝合金型材及连接附件组装而成，可根据测试需求进行重组和扩展，主要用于固定和支撑液压胶管测试件及开展测试所需的连接管路、附件和传感器等，所述胶管测试系统安装台架内放置有与所述液压胶管测试件连通的液压系统；所述胶管测试系统安装台架连接有多自由度位移加载台和多自由度振动加载台；所述液压胶管测试件和液压系统连接有试验数据传感系统，所述试验数据传感系统连接有测控系统采集板卡组件，所述测控系统采集板卡组件的控制器与多自由度振动加载台通过功率放大器连接。

可选的，所述液压系统包括动力系统、加热系统、冷却系统和传感测控系统；所述动力系统包括试验系统油箱，所述试验系统油箱通过送油管路依次连接有主泵和高压过滤器，所述主泵外接有变频电机；所述高压过滤器通过电磁换向阀与液压胶管测试件一端连通，所述液压胶管测试件另一端通过设置有一个压力传感器的管路与所述电磁换向阀连接，所述电磁换向阀通过回油管路与所述试验系统油箱连接，所述送油管路与所述回油管路之间通过电磁溢流阀连接，所述加热系统包括通过过滤器和常开截止阀与所述试验系统油箱连通的加热装置，所述加热装置输出端通过热油回路与所述试验系统油箱连通，所述冷却系统包括通过过滤器和常开截止阀与所述试验系统油箱连通的冷却装置，所述冷却装置输出端通过冷油回路与所述试验系统油箱连通；所述热油回路和冷油回路上均分别设置有磁性回油过滤器，所述传感测控系统包括温度传感器、压力传感器、流量传感器，所述加热装置和冷却装置分别外接有所述温度传感器；所述送油管路靠近所述液压胶管测试件的位置处连接有所述压力传感器和流量传感器。

可选的，还包括补液系统，所述补液系统包括依次连通的外接油桶、补油泵、常闭截止阀、带弹簧单向阀、过滤器，所述过滤器与所述试验系统油箱连接；所述补液系统的过滤器一侧并行设置有单向阀，该单向阀一端与带弹簧单向阀和过滤器之间的管路连通，另一端与过滤器和试验系统油箱之间的管路连通；所述试验系统油箱内连接有温度计、液位计和空气过滤器。

可选的，所述回油管路上设置有流量计，所述回油管路靠近所述试验系统油箱的一端通过并行设置的过滤器和单向阀与所述试验系统油箱连通；所述试验系统油箱的出口管路上设置有常闭截止阀。

可选的，所述高压过滤器和电磁换向阀之间的进油管路上连接有蓄能器和压力表，所述压力表与所述进油管路之间通过一个常开截止阀连接。

可选的，所述液压胶管测试件两端分别连接胶管安装块，胶管安装块安装在胶管测试系统安装台架上。

可选的，所述试验数据传感系统包括传感测控系统、用于检测液压胶管测试件表面振动的三轴加速度传感器、用于检测液压胶管测试件表面应力应变的三轴应变片、用于检测变频电机转速的转速传感器和用于检测位移的位移传感器。

可选的，所述测控系统采集板卡组件设置有温度采集板卡、压力采集板卡、流量采集板卡、振动采集板卡、应力/应变采集板卡、转速采集板卡、位移采集板卡和控制器，所述控制器为多通道控制器，所述多通道控制器通过功率放大器与多自由度振动加载台连接；所述测控系统采集板卡组件外接有测控系统及显示器。

本发明还提供一种煤机装备液压胶管性能测试方法，包括如下步骤：

(1)根据测试需求，将液压胶管测试件安装到胶管安装块相应的油口位置，其余油口用油堵封闭，将试验数据传感系统的传感器安装在固定位置，并通过检测仪器进行检测；

(2)启动测控系统，检查试验数据传感系统和测控系统采集板卡组件的工作状态，并进行调试；

(3)启动变频电机，结合温度传感器的反馈值，调节加热装置和冷却装置，使系统温度达到测试指定值；结合主泵出口处压力传感器和流量传感器的反馈值，调节电磁溢流阀和变频电机的转速使系统压力和流量达到测试指定值；

(4)如需施加位移/形变载荷，将液压胶管测试件连接到多自由度位移加载台，并根据测试需求调节位移加载台，施加相应的位移/形变载荷，并通通过检测仪器进行检测；如需施加振动/加速度载荷，液压胶管测试件连接到多自由度振动加载台，启动功率放大器和多自由度振动加载台，传输煤机装备工作时管路承受的振动/加速度载荷谱信号至功率放大器，经功率放大器放大的载荷谱信号驱动多自由度振动加载台施加振动/加速度载荷至被液压胶管测试件；

(5)根据测试需求，通过试验数据传感系统、测控系统采集板卡组件和测控系统，分别对温度、压力、流量、加速度和应力应变的测试信号及测试结果进行实时控制、采集、分析和后处理；

(6)测试完成后，停止控制器工作，并停止液压系统工作，测试结束。

本发明测试系统和测试方法采用的胶管安装台架具有高度重组性，可根测试需求进行调整，从而模拟煤机装备液压胶管的真实空间布局，且该测试系统采用的胶管安装块可同时适应6种不同规格的常用煤机装备液压胶管安装。可实现温度、流体压力、流体冲击、位移/形变和振动/加速度等多种叠加载荷的精准复现和加载，对煤机装备液压胶管的真实工作状态进行准确模拟。采用多通道的NI PXI测控系统，同时搭配有基于图形化编程的LabVIEW软件，控制精度高，可实现温度、压力、流量、加速度和应力应变等多种测试信号的实时控制、采集、分析和分级处理。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

本发明测试系统和测试方法可根据煤机装备液压胶管的复杂空间布局对液压胶管测试件进行安装、固定和测量校准，保证胶管安装状态的一致性和真实性。完整复现了煤机装备液压胶管工作时承受的温度、流体压力、流体冲击、位移/形变和振动/加速度等多种叠加载荷，且加载方式方便可靠。实现了温度、压力、流量、加速度和应力应变等多种测试信号的实时控制、采集和分析，并对试验数据进行分级处理，减少数据量，保证数据的实时性和可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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的附图。

图1为本发明煤机装备液压胶管性能测试系统布置示意图；

图2为本发明液压系统连接示意图；

图3为本发明胶管安装块正视图；

图4为本发明胶管安装块俯视图；

附图标记说明：1-液压系统；2-外接油桶；3-补油泵；4-常闭截止阀；5-带弹簧单向阀；6-过滤器；7-单向阀；8-试验系统油箱；9-温度计；10-液位计；11-温度传感器；12-空气过滤器；13-变频电机；14-主泵；15-电磁溢流阀；16-流量计；17-磁性回油过滤器；18-加热装置；19-冷却装置；20-常开截止阀；21-高压过滤器；22-溢流阀；23-压力表；24-蓄能器；25-电磁换向阀；26-压力传感器；27-节流阀；28-流量传感器；29-胶管安装块；30-液压胶管测试件；31-胶管测试系统安装台架；32-多自由度位移加载台；33-多自由度振动加载台；34-试验数据传感系统；35-测控系统采集板卡组件；36-测控系统及显示器；37-功率放大器。

具体实施方式

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，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种煤机装备液压胶管性能测试系统及测试方法，以解决上述现有技术存在的问题，能够对煤机液压胶管复杂工作环境进行模拟，进而可以测试复杂叠加载荷作用下胶管性能。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本发明提供一种煤机装备液压胶管性能测试系统，如图1所示，包括用于固定和支撑液压胶管测试件30的胶管测试系统安装台架31，液压胶管测试件30左右两端分别连接胶管安装块29，然后通过胶管安装块29和专用工装安装在胶管测试系统安装台架31、多自由度位移加载台32或多自由度振动加载台33上，胶管安装块29结构如图3和图4所示，胶管测试系统安装台架31内放置有与液压胶管测试件30连通的液压系统1；液压胶管测试件30和液压系统1连接有试验数据传感系统34，试验数据传感系统34主要包括用于检测试验系统油箱8中油液温度和液压胶管测试件30内油液温度的多个温度传感器、用于检测主泵14出口和液压胶管测试件30出入口压力和流量的压力传感器和流量传感器、用于检测液压胶管测试件30表面振动的三轴加速度传感器、用于检测液压胶管测试件30表面应力应变的三轴应变片、用于检测变频电机13转速的转速传感器和用于检测位移的位移传感器等。其中，传感器的类型和数量与测试系统及测试要求相匹配，试验数据传感系统34连接有测控系统采集板卡组件35，测控系统采集板卡组件35的控制器与多自由度振动加载台33通过功率放大器37连接；多自由度位移加载台32一方面通过专用工装安装与胶管测试系统安装台架31或多自由度振动加载台33连接，另一方面通过工装或管夹与胶管安装块或液压胶管测试件30连接，实现液压胶管测试件30沿X，Y，Z轴方向平动以及绕X，Y，Z方向转动的复合运动，从而提供测试时所需的位移/形变载荷。多自由度振动加载台33放置于胶管测试系统安装台架31内部，通过工装或管夹与胶管安装块或液压胶管测试件30连接，精准复现正弦波、三角波、随机波及摇摆和振动等复合运动，从而提供测试时所需的振动/加速度载荷。

液压系统1包括动力系统、加热系统、冷却系统、补液系统和传感测控系统，如图2所示；动力系统包括试验系统油箱8，试验系统油箱8通过送油管路依次连接有主泵14和高压过滤器21，主泵14外接有变频电机13；高压过滤器21通过电磁换向阀25与液压胶管测试件30一端连通，高压过滤器21位置处并行设置有分别与主泵14和电磁换向阀25之间的进油管路连接的溢流阀22，电磁换向阀25与液压胶管测试件30连通的进油管路上设置有节流阀27，液压胶管测试件30另一端通过设置有一个压力传感器26的管路与电磁换向阀25连接，电磁换向阀25通过回油管路与试验系统油箱8连接，回油管路上设置有流量计16，送油管路与回油管路之间通过电磁溢流阀15连接，加热系统包括通过过滤器6和常开截止阀20与试验系统油箱8连通的加热装置18，加热装置18输出端通过热油回路与试验系统油箱8连通，冷却系统包括通过过滤器6和常开截止阀20与试验系统油箱8连通的冷却装置19，冷却装置19输出端通过冷油回路与试验系统油箱8连通；热油回路和冷油回路上均分别设置有磁性回油过滤器17，传感测控系统包括温度传感器11、压力传感器26、流量传感器28，加热装置18和冷却装置19分别外接有温度传感器11；送油管路靠近液压胶管测试件30的位置处连接有压力传感器26和流量传感器28。液压系统为集成液压系统，见图2，动力系统目的是保证电磁换向阀25之前的压力可调、可远程控制自动卸荷以及保持油液清洁度。补液系统目的是实现试验系统油箱8及时补油。加热系统和冷却系统目的是实现测试系统油液温度的准确控制。传感测控系统目的是实时采集测试系统的压力、流量和温度，便于实现控制。其中油液温度通过温度传感器11采集并输送给控制器和设定温度进行比较，从而实现闭环控制。液压系统放置于胶管测试系统安装台架内部，通过胶管连接到安装块，提供测试时所需的温度载荷、流体脉动载荷和流体冲击载荷。补液系统包括依次连通的外接油桶2、补油泵3、常闭截止阀4、带弹簧单向阀5、过滤器6，过滤器6与试验系统油箱8连接；补液系统的过滤器6一侧并行设置有单向阀7；试验系统油箱8内连接有温度计9、液位计10和空气过滤器12。

进一步优选的，回油管路靠近试验系统油箱8的一端通过并行设置的过滤器6和单向阀7与试验系统油箱8连通；试验系统油箱8的出口管路上设置有常闭截止阀4。高压过滤器21和电磁换向阀25之间的进油管路上连接有蓄能器24和压力表23表，压力表23与进油管路之间通过一个常开截止阀20连接。

试验数据传感系统34包括传感测控系统、用于检测液压胶管测试件表面振动的三轴加速度传感器、用于检测液压胶管测试件表面应力应变的三轴应变片、用于检测变频电机转速的转速传感器和用于检测位移的位移传感器。测控系统采集板卡组件35设置有温度采集板卡、压力采集板卡、流量采集板卡、振动采集板卡、应力/应变采集板卡、转速采集板卡、位移采集板卡和控制器，控制器为多通道控制器，多通道控制器通过功率放大器与多自由度振动加载台连接，功率放大器由逻辑单元、功率单元和控制单元组成，采用若干个功率单元并联工作，可根据测试系统及测试需要的容量，增减功率模块和功放电源模块，实现控制信号的输入、转换和输出；测控系统采集板卡组件35外接有测控系统及显示器36，测控系统为多通道(124通道)NI PXI测控系统，包括扩展机箱、控制器、模拟输出模块、信号采集模块、电缆线和接线盒等，能够完成温度、压力、流量、振动、应力/应变等多种数据的采集。同时，搭配有基于图形化编程的LabVIEW软件和显示器，能够完成测试系统的控制、试验数据检测、试验数据后处理和结果可视化等。以上所有部件安装后均需通过高精度检测仪器(包括数显水平仪、角度仪、力矩扳手、右边卡尺和千分尺等)进行水平度、角度和位置度的检测；所有传感器在使用前均需进行标定。

本发明还提供一种基于上述测试系统的煤机装备液压胶管性能测试方法，包括如下步骤：

(1)根据测试需求，将液压胶管测试件30安装到胶管安装块29相应的油口位置，其余油口用油堵封闭，将试验数据传感系统的传感器安装在固定位置，并通过检测仪器进行检测；

(2)启动测控系统，检查试验数据传感系统和测控系统采集板卡组件35的工作状态，并进行调试；

(3)启动变频电机13，结合温度传感器11的反馈值，调节加热装置18和冷却装置19使系统温度达到测试指定值；结合主泵14出口处压力传感器26和流量传感器28的反馈值，调节电磁溢流阀15和变频电机13的转速使系统压力和流量达到测试指定值；

(4)如需施加位移/形变载荷，将液压胶管测试件30连接到多自由度位移加载台32，并根据测试需求调节位移加载台，施加相应的位移/形变载荷，并通通过检测仪器进行检测；如需施加振动/加速度载荷，液压胶管测试件30连接到多自由度振动加载台33，启动功率放大器和多自由度振动加载台，传输煤机装备工作时管路承受的振动/加速度载荷谱信号至功率放大器，经功率放大器37放大的载荷谱信号驱动多自由度振动加载台施加振动/加速度载荷至被液压胶管测试件；

(5)根据测试需求，通过试验数据传感系统34、测控系统采集板卡组件35和测控系统，分别对温度、压力、流量、加速度和应力应变的测试信号及测试结果进行实时控制、采集、分析和后处理；

(6)测试完成后，停止控制器工作，并停止液压系统1工作，测试结束。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“顶”、“底”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“笫二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种煤机装备液压胶管性能测试系统，其特征在于：包括用于固定和支撑液压胶管测试件的胶管测试系统安装台架，所述胶管测试系统安装台架内放置有与所述液压胶管测试件连通的液压系统；所述胶管测试系统安装台架连接有多自由度位移加载台和多自由度振动加载台；所述液压胶管测试件和液压系统连接有试验数据传感系统，所述试验数据传感系统连接有测控系统采集板卡组件，所述测控系统采集板卡组件的控制器与多自由度振动加载台通过功率放大器连接。

2.根据权利要求1所述的煤机装备液压胶管性能测试系统，其特征在于：所述液压系统包括动力系统、加热系统、冷却系统和传感测控系统；所述动力系统包括试验系统油箱，所述试验系统油箱通过送油管路依次连接有主泵和高压过滤器，所述主泵外接有变频电机；所述高压过滤器通过电磁换向阀与液压胶管测试件一端连通，所述液压胶管测试件另一端通过设置有一个压力传感器的管路与所述电磁换向阀连接，所述电磁换向阀通过回油管路与所述试验系统油箱连接，所述送油管路与所述回油管路之间通过电磁溢流阀连接，所述加热系统包括通过过滤器和常开截止阀与所述试验系统油箱连通的加热装置，所述加热装置输出端通过热油回路与所述试验系统油箱连通，所述冷却系统包括通过过滤器和常开截止阀与所述试验系统油箱连通的冷却装置，所述冷却装置输出端通过冷油回路与所述试验系统油箱连通；所述热油回路和冷油回路上均分别设置有磁性回油过滤器，所述传感测控系统包括温度传感器、压力传感器、流量传感器，所述加热装置和冷却装置分别外接有所述温度传感器；所述送油管路靠近所述液压胶管测试件的位置处连接有所述压力传感器和流量传感器。

3.根据权利要求2所述的煤机装备液压胶管性能测试系统，其特征在于：还包括补液系统，所述补液系统包括依次连通的外接油桶、补油泵、常闭截止阀、带弹簧单向阀、过滤器，所述过滤器与所述试验系统油箱连接；所述补液系统的过滤器一侧并行设置有单向阀；所述试验系统油箱内连接有温度计、液位计和空气过滤器。

4.根据权利要求2所述的煤机装备液压胶管性能测试系统，其特征在于：所述回油管路上设置有流量计，所述回油管路靠近所述试验系统油箱的一端通过并行设置的过滤器和单向阀与所述试验系统油箱连通；所述试验系统油箱的出口管路上设置有常闭截止阀。

5.根据权利要求2所述的煤机装备液压胶管性能测试系统，其特征在于：所述高压过滤器和电磁换向阀之间的进油管路上连接有蓄能器和压力表，所述压力表与所述进油管路之间通过一个常开截止阀连接。

6.根据权利要求1所述的煤机装备液压胶管性能测试系统，其特征在于：所述液压胶管测试件两端分别连接胶管安装块，胶管安装块安装在胶管测试系统安装台架上。

7.根据权利要求2所述的煤机装备液压胶管性能测试系统，其特征在于：所述试验数据传感系统包括传感测控系统、用于检测液压胶管测试件表面振动的三轴加速度传感器、用于检测液压胶管测试件表面应力应变的三轴应变片、用于检测变频电机转速的转速传感器和用于检测位移的位移传感器。

8.根据权利要求7所述的煤机装备液压胶管性能测试系统，其特征在于：所述测控系统采集板卡组件设置有温度采集板卡、压力采集板卡、流量采集板卡、振动采集板卡、应力/应变采集板卡、转速采集板卡、位移采集板卡和控制器，所述控制器为多通道控制器，所述多通道控制器通过功率放大器与多自由度振动加载台连接；所述测控系统采集板卡组件外接有测控系统及显示器。

9.一种煤机装备液压胶管性能测试方法，其特征在于：包括如下步骤：

(1)根据测试需求，将液压胶管测试件安装到胶管安装块相应的油口位置，其余油口用油堵封闭，将试验数据传感系统的传感器安装在固定位置，并通过检测仪器进行检测；

(2)启动测控系统，检查试验数据传感系统和测控系统采集板卡组件的工作状态，并进行调试；

(3)启动变频电机，结合温度传感器的反馈值，调节加热装置和冷却装置，使系统温度达到测试指定值；结合主泵出口处压力传感器和流量传感器的反馈值，调节电磁溢流阀和变频电机的转速使系统压力和流量达到测试指定值；

(4)如需施加位移/形变载荷，将液压胶管测试件连接到多自由度位移加载台，并根据测试需求调节位移加载台，施加相应的位移/形变载荷，并通通过检测仪器进行检测；如需施加振动/加速度载荷，液压胶管测试件连接到多自由度振动加载台，启动功率放大器和多自由度振动加载台，传输煤机装备工作时管路承受的振动/加速度载荷谱信号至功率放大器，经功率放大器放大的载荷谱信号驱动多自由度振动加载台施加振动/加速度载荷至被液压胶管测试件；

(5)根据测试需求，通过试验数据传感系统、测控系统采集板卡组件和测控系统，分别对温度、压力、流量、加速度和应力应变的测试信号及测试结果进行实时控制、采集、分析和后处理；

(6)测试完成后，停止控制器工作，并停止液压系统工作，测试结束。

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