CN210978063U - 工程机械负载口独立控制液压模拟实验系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种工程机械负载口独立控制液压模拟实验系统，通过控制节流阀的开启或关闭，能够实现执行元件负载口独立控制回路的实验研究，采用压力传感器、位移传感器、转速传感器、测功仪对实验数据进行采集，并通过控制器进行存储和分析，对节流阀的开口大小进行控制，从而提高实验效率，降低实验成本，为工程机械负载口独立控制系统的研发提供实验平台。

Description

工程机械负载口独立控制液压模拟实验系统

技术领域

本实用新型涉及一种液压模拟实验系统，具体是一种工程机械负载口独立控制液压模拟实验系统，属于模拟实验技术领域。

背景技术

工程机械是中国装备工业的重要组成部分。概括地说，凡土石方施工工程、路面建设与养护、流动式起重装卸作业和各种建筑工程所需的综合性机械化施工工程所必需的机械装备，称为工程机械。它主要用于国防建设工程、交通运输建设，能源工业建设和生产、矿山等原材料工业建设和生产、农林水利建设、工业与民用建筑、城市建设、环境保护等领域。液压传动是指以液体为工作介质进行能量传递和控制的一种传动方式。液压传动是利用液体压力能进行能量转换的传动方式。在机械上采用液压传动技术，可以简化机器的结构，减轻机器质量，减少材料消耗，降低制造成本，减轻劳动强度，提高工作效率和工作的可靠性。

工程机械一般功率大，在实车上进行实验研究能耗大，存在受场地制约、工作环境不佳等问题，因此，实验室模拟工程机械液压系统进行研究具有能耗低，实验方便等优点。工程机械一般具有多个执行元件以及多个执行元件进行复合动作的需要，这样才能灵活的实现复杂的协调的动作。因此，对执行元件进行有效的运动控制是工程机械液压传动技术的重要研究内容。现有的工程机械液压控制系统的阀一般是进出口藕联的，即只有两个自由度，进油口和回油口是机械关联的，不能灵活的对进油口和回油口进行独立的控制，因此，存在对执行元件的控制不灵活，控制性能差，同时由于被动增加了油口的节流压力损失，造成液压油温度升高，液压传动系统的效率降低。目前的负载敏感液压系统增加了额外的节流压力损失。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本实用新型提供一种工程机械负载口独立控制液压模拟实验系统，能够实现对负载口独立控制技术的实验研究，能够进行数据采集和存储，还能够扩展为其它回路的实验研究，提高了回路切换的效率，提高了工程机械液压系统研究的效率、灵活性，降低了实验研究的成本。

本实用新型一种工程机械负载口独立控制液压模拟实验系统，包括液压动力系统、电控系统，以及至少一个执行元件，液压动力系统包括节流阀、液压油泵、过滤器和溢流阀；电控系统包括压力传感器、变频器、电动机、测功仪、控制手柄和控制器；

变频器依次通过电动机、测功仪连接定量液压油泵，定量液压油泵吸油口通过过滤器连接液压油油箱，排油口依次通过溢流阀、阻尼器连接液压油油箱；

定量液压油泵排油口连接有压力传感器，用于监测排油口的压力值；

执行元件进油口连接两个节流阀，其中一个节流阀接定量液压油泵排油口，另一个节流阀通过阻尼器接液压油油箱；

执行元件回油口连接两个节流阀，其中一个节流阀接定量液压油泵排油口，另一个节流阀通过阻尼器接液压油油箱；

执行元件进油口和回油口均连接有压力传感器，用于监测进油口和回油口的压力值；

执行元件负载端连接有负载模拟模块，执行元件上还连接有位移传感器/转速传感器，用于监测执行元件上负载模拟模块的位移信号/转速信号；

每个节流阀与阻尼器之间的油路上均连接有压力传感器，用于监测节流阀与阻尼器之间的油路上的压力值；

溢流阀与阻尼器之间的油路上连接有压力传感器，用于监测溢流阀与阻尼器之间的油路上的压力值；

控制手柄与控制器电连接；

控制器内部存储有若干计算公式，用于接收控制手柄输入的信号，并根据接收到的信号控制执行元件动作；用于接收上述各传感器以及测功仪传送的电信号，用于分析处理接收到的电信号，并根据分析结果调节流阀的开口大小以及变频器电源频率。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

1)本实用新型实现了负载口独立控制的模拟实验，不需要进行管路的拆卸，避免了液压油的泄漏。本实用新型还实现了液压缸的差动回路的柔性切换，实现了对实验数据进行存储和分析，提高了模拟实验系统的寿命，提高了实验效率及效果。本实用新型可以采用等比例缩小的微型液压元件，比在工程机械实车上的实验研究具有灵活性，能耗损失更小，实验研究成本更低。

2)本实用新型负载独立控制实验系统还实现了对传统的工程机械多路阀控制系统进行对比试验研究，通过控制器的控制实现了传统的阀控制方式的试验，实现了系统性能的对比研究，研究控制性能和传动回路的效率特性。经过多传感器的融合和数据分析，实现了综合研究功率匹配特性，根据测试的数据，通过数据分析可以更深入的体现系统的传动效率，负载特性等。

附图说明

图1是本实用新型电原理框图；

图2是本实用新型实施例液压系统原理示意图；

图3是本实用新型实验系统布置图；

图4是本实用新型控制手柄定义示意图。

图中：1.第一压力传感器，2.第二压力传感器，2-1.第一控制柜，2-2.实验平台，2-8.安装支架，2-13.显示器，2-14.第二控制柜，3.第一阻尼器，4.第二阻尼器，5.第三压力传感器，6.第四压力传感器，7.第三阻尼器，8.第四阻尼器，9.第五阻尼器，11.液压油箱，12.过滤器，13.定量液压油泵，14测功仪,15电动机,16.变频器，17.第五压力传感器，18.第六压力传感器，19.第一节流阀，20.第二节流阀，21.第三节流阀，22.第七压力传感器，23.第四节流阀，24.第一液压缸，25.第一位移传感器，26.第一质量块，27.第一弹簧负载，28.第八压力传感器，29.第五节流阀，30.第九压力传感器，31.第六节流阀，32.第二液压缸，33.第二位移传感器，34.第二质量块，35.第二弹簧负载，36.第七节流阀，37.第八节流阀，38.第十压力传感器，39.第九节流阀，40.第十节流阀，40.第十一压力传感器，42.第十一节流阀，43.第一液压马达，44.第一转速传感器，45.第一转动惯量质量块，46.第十二压力传感器，47.第十二节流阀，48.第十三压力传感器，49.第六阻尼器，50.第十四压力传感器，51.第七阻尼器，52.控制器，53.第一手柄，54.第二手柄。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明。

如图1所示，本实用新型一种工程机械负载口独立控制液压模拟实验系统，包括液压动力系统、电控系统，以及至少一个执行元件，液压动力系统包括节流阀、定量液压油泵13、过滤器12和溢流阀10；电控系统包括压力传感器、变频器16、电动机15、测功仪14、控制手柄和控制器52；

变频器16依次通过电动机15、测功仪14连接定量液压油泵13，定量液压油泵13吸油口通过过滤器12连接液压油油箱11，排油口依次通过溢流阀10、第四阻尼器8连接液压油油箱11；

定量液压油泵13排油口连接有压力传感器，用于监测排油口的压力值；

执行元件进油口连接两个节流阀，其中一个节流阀接定量液压油泵13排油口，另一个节流阀通过阻尼器接液压油油箱11；

执行元件回油口连接两个节流阀，其中一个节流阀接定量液压油泵排油口，另一个节流阀通过阻尼器接液压油油箱11；

执行元件进油口和回油口均连接有压力传感器，用于监测执行元件进油口和回油口的压力值；

执行元件负载端连接有负载模拟模块，执行元件上还连接有位移传感器/转速传感器，用于监测执行元件上负载模拟模块的位移信号/转速信号；

每个节流阀与阻尼器之间的油路上均连接有压力传感器，用于监测节流阀与阻尼器之间的油路上的压力值；

溢流阀10与阻尼器之间的油路上连接有压力传感器，用于监测溢流阀10与阻尼器之间的油路上的压力值；

控制手柄与控制器52电连接；

控制器52内部存储有计算液压缸输出功率P_C、液压马达输出功率P_m、定量液压泵输出功率P_p、以及液压系统的传动效率η、以及压力标准值、液压缸输出液压流量、液压马达/定量液压油泵输出液压流量的公式，用于接收控制手柄输入的给定信号，并根据接收到的给定信号控制执行元件动作；用于接收上述各传感器和测功仪14传送的电信号，用于分析处理接收到的电信号，并根据分析结果调节流量阀的开口大小以及变频器16电源频率。

所述给定信号为控制手柄的角度信号，控制手柄动作后，将角度信号传送至控制器52，控制器52再将接收到的角度信号转化为对应的速度信号，在控制器52中预先设定有控制手柄各个角度信号对应的速度信号。

其中，液压缸的输出功率为：

P_c＝(p₁A₁-p₂A₂)v 公式(1)

其中，p₁是液压缸的无杆腔压力，p₂是液压缸的有杆腔压力，A₁是液压缸的无杆腔面积，A₂是液压缸的有杆腔面积，v是液压缸的运动速度。

液压马达的输出功率为：

P_m＝n(p_in-p_ou)V 公式(2)

其中，p_in是液压马达的入口压力，p_ou是液压马达的出口压力，V是液压马达的排量，n是液压马达的转速。

液压泵的输出功率为：

P_p＝f_pp_p 公式(3)

其中，p_p是液压泵的出口压力，f_p是定量液压泵的输出流量，可以根据回路的压力和液压缸的速度和面积的乘积进行计算得出，也可以根据液压泵的排量和电动机的转动计算得出，由于选用了定量液压油泵13，定量液压油泵13的输出流量基本恒定。

执行元件为液压缸或液压马达，若执行元件为液压缸，负载模拟模块为质量块和弹簧，用于模拟负载；执行元件进油口开设在液压缸无杆腔处，回油口设置在液压缸有杆腔处；质量块安装在液压缸活塞杆顶部，质量块上方通过弹簧安装有安装支架2-8，位移传感器安装在安装支架2-8上，用于监测执液压缸的位移信号。若执行元件为液压马达，负载模拟模块为转动惯量质量块，执行元件进油口为液压马达吸油口，回油口为液压马达排油口；液压马达的转轴上安装有转速传感器，用于监测液压马达的转速信号；转动惯量质量块安装在液压马达转轴顶部。

本实用新型直线负载采用了质量块和弹簧模拟负载，弹簧刚度和质量块的质量可以根据实验需要灵活更换。旋转负载设置了转动惯量模拟惯性负载，转动惯量质量块也可以根据实验需要灵活的更换来模拟不同的负载。

实施例：如图2所示，本实施例包括液压动力系统、电控系统和执行元件，液压动力系统包括若干节流阀、一个定量液压油泵13、一个过滤器12、一个溢流阀10、三个负载模拟模块；电控系统包括若干压力传感器、两个位移传感器、一个转速传感器、一个变频器16、一个电动机15、一个测功仪14、两个控制手柄和一个控制器52；三个执行元件为两个液压缸和一个液压马达，两个控制手柄为第一手柄53和第二手柄54，具体结构如下：

液压动力系统包括变频器16、电动机15、测功仪14、定量液压油泵13、过滤器12、溢流阀10、液压油油箱11、第一节流阀19、第二节流阀20、第三节流阀21、第四节流阀23、第五节流阀29、第六节流阀31、第七节流阀36、第八节流阀37、第九节流阀39、第十节流阀40、第十一节流阀42、第十二节流阀47，第一弹簧27、第一质量块26、第一液压缸24，第二液压缸32，第二弹簧35、第二质量块34，第一液压马达43，第一转动惯量质量块45、第一阻尼器3、第二阻尼器4、第三阻尼器7，第四阻尼器8、第五阻尼器9、第六阻尼器49和第七阻尼器51。

电动控制系统包括第一压力传感器1、第二压力传感器2、第三压力传感器5、第四压力传感器6、第五压力传感器17、第六压力传感器18、第七压力传感器22、第八压力传感器28、第九压力传感器30、第十压力传感器38、第十一压力传感器40、第十二压力传感器46、第十三压力传感器48、第十四压力传感器50、第一位移传感器25、第二位移传感器33、第一转速传感器44、第一手柄53、第二手柄54和控制器52。

变频器16依次通过电动机15、测功仪14连接定量液压油泵13；

第一质量块26安装在第一液压缸24活塞杆顶部，第一弹簧27安装在第一质量块26上，第一弹簧27上方连接有安装支架2-8，第一位移传感器25固定在安装支架2-8上，第一位移传感器25用于采集负载的位移信号，并传送至控制器52。本实用新型通过第一液压缸24上的第一质量块26和第一弹簧27，模拟负载，并对负载位移速度进行检测。

第二液压缸32与第一液压缸24结构相同，同样用于模拟负载及对负载位移速度进行检测。第二位移传感器33安装在安装支架2-8上，并与控制器相连，第二质量块34安装在第二液压缸32活塞杆顶部，安装支架2-8通过第二弹簧负载35安装在第二质量块34上。

第一转动惯量质量块45与第一液压马达43通过转轴连接，第一转速传感器44安装在第一液压马达43转轴上，并与控制器相连，本实用新型通过第一液压马达43上的第一转动惯量质量块45和第一转速传感器44模拟旋转惯性负载。

第一节流阀19一端连接第一液压油缸24的无杆腔，另一端连接定量液压油泵13排油口，定量液压油泵13吸油口通过过滤器12连接液压油油箱11；第二节流阀20一端连接第一液压油缸24无杆腔，另一端通过第五阻尼器9连接液压油油箱11；第三节流阀21一端连接第一液压油缸24有杆腔，另一端连接定量液压油泵13排油口；第四节流阀23一端连接第一液压油缸24有杆腔，另一端通过第三阻尼器7连接液压油油箱11；第五节流阀29一端连接第二液压油缸32无杆腔，另一端连接定量液压油泵13排油口；第六节流阀31一端连接第二液压油缸32无杆腔，另一端通过第二阻尼器4连接液压油油箱11；第七节流阀36一端连接第二液压油缸32有杆腔，另一端连接定量液压油泵13排油口；第八节流阀37一端连接第二液压油32缸有杆腔，另一端通过第一阻尼器3连接液压油油箱11；第九节流阀39一端连接第一液压马达43吸油口，另一端连接定量液压油泵13排油口；第十节流阀40一端连接第一液压马达43吸油口，另一端通过第六阻尼器49连接液压油油箱11；第十一节流阀42一端连接第一液压马达43排油口，另一端连接定量液压泵13排油口；第十二节流阀47一端连接第一液压马达43排油口，另一端通过第七阻尼器51连接液压油油箱11；

溢流阀10一端接定量液压油泵13排油口，另一端通过第四阻尼器8接液压油油箱11；

第一压力传感器1一端接在第一阻尼器3与液压油油箱11之间的油路上，另一端接控制器52，第二压力传感器2一端接在第六节流阀31与第二阻尼器4之间的油路上，另一端接控制器52；第三压力传感器5一端接在10与第四阻尼器8之间的油路上，另一端接控制器52；第四压力传感器6一端接在第二节流阀20与第五阻尼器9之间的油路上，另一端接控制器52；第五压力传感器17一端接在第一节流阀19与定量液压油泵13排油口之间的油路上，另一端接控制器52；第六压力传感器18一端接在第四节流阀23与第三阻尼器7之间的油路上，另一端接控制器52；第七压力传感器22一端接第一液压油缸24无杆腔，另一端接控制器52；第八压力传感器28一端接第一液压油缸24有杆腔，另一端接控制器52；第九压力传感器30一端接第二液压油缸32无杆腔，另一端接控制器52；第十压力传感器38一端接第二液压油缸32有杆腔，另一端接控制器52；第十一压力传感器40一端接第一液压马达43吸油口，另一端接控制器52；第十二压力传感器46一端接第一液压马达43排油口，另一端接控制器52；第十三压力传感器48一端接在第十节流阀40与第六阻尼器49之间的油路上，另一端接控制器52；第十四压力传感器50一端接在第十二节流阀47与第七阻尼器51之间的油路上，另一端接控制器52。

第一手柄53和第二手柄54分别与控制器52电连接，手柄的信号发送至控制器52，控制器52根据接收到的信号控制三个执行元件工作。

为了保证系统的正常运转，本实用新型第一手柄53或第二手柄54留有一路控制信号是冗余设置，用于进行执行元件的扩展，可以再增加执行元件，也可以用作备用，当控制手柄的其他路控制信号发生故障时，可以通过控制器52切换到该路冗余控制信号上，提高了系统的可靠性，当然实验者可以根据需求自由增加或组合执行元件。

如图3所示，为了便于模拟实验的进行以及便于观察实验数据，本实用新型还包括实验平台2-2，安装在实验平台2-2下方的第一控制柜2-1和第二控制柜2-14，液压动力系统安装在第一控制柜2-1内，其中，第一液压缸24、第二液压缸32和第一液压马达43安装在实验平台2-2上，电动控制系统在第二控制柜2-14内；实验平台2-2上还安装有显示器2-13，显示器2-13与电动控制系统中的控制电连接，显示器2-13用于显示压力传感器、位移传感器、转速传感器和测功仪14实时采集的数据信息。

如图4所示，在模拟实验开始前，在控制器52中定义第一手柄53和第二手柄54的具体功能，使用者可以根据具体的操作习惯和左右手的习惯来自由定义控制手柄的动作具体对应控制哪一个执行元件的动作。两个控制手柄有一个动作是备用的，可以在系统中继续扩展执行元件。

本实施例对控制手柄进行定义，第一手柄53上控制第一液压缸24伸出，第一手柄53下控制第一液压缸24缩回，第一手柄53左控制第二液压缸32伸出，第一手柄53右控制第二液压缸32缩回，第二手柄54上和第二手柄54下作为备用，第二手柄54左控制第一液压马达43左转，第二手柄54右控制第一液压马达43右转。

本实施例在实验过程中，通过位移传感器实时采集第一液压缸24和第二液压缸32上的负载模拟模块的位移信号，并在控制器52中通过对时间求一阶导数得到速度信号，并与给定信号进行比较，通过转速传感器实时采集第一液压马达43的转速信号，并与给定信号进行比较，根据比较结果控制相应节流阀开口大小，从而实现了执行元件负载口独立控制的目的。

具体控制方法如下：

当拨动第一手柄53向上运动，控制器52接收到第一手柄53输入的给定信号后，控制第一液压缸24伸出，同时控制第三节流阀21关闭、第四节流阀23最大开启，以减小第一液压缸24有杆腔的节流压力损失。同时，控制器52根据第一位移传感器25传送的位移信号，对时间求一阶导数得到速度反馈信号后，将接收到的给定信号与反馈信号进行比较，根据比较结果实时控制第一节流阀19、第二节流阀20的开口大小，实现了第一液压缸24按给定的信号进行伸出运动。

其中，控制第一节流阀19、第二节流阀20的开口大小的方法如下：

当给定信号大于反馈信号，控制第一节流阀19开口增大、第二节流阀20开口减小；

当给定信号等于反馈信号，控制第一节流阀19、第二节流阀20的开口大小不变；

当给定信号小于反馈信号，控制第一节流阀19的开口减小、第二节流阀20的开口增大；

当拨动第一手柄53向下运动，第一手柄53向控制器52输入一个给定信号，控制器52根据接收到的给定信号控制第一液压缸24缩回，并控制第一节流阀19关闭、第二节流阀20最大开启，以减小第一液压缸24无杆腔的节流压力损失。同时，控制器52根据第一位移传感器25传送的位移信号，对时间求一阶导数得到速度反馈信号后，将接收到的给定信号与反馈信号进行比较，根据比较结果实时控制第三节流阀21、第四节流阀23的开口大小，实现了第一液压缸24按给定的信号进行缩回运动。

其中，控制第三节流阀21、第四节流阀23的开口大小的方法如下：

当给定信号大于反馈信号，控制第三节流阀21开口增大、第四节流阀23的开口减小；

当给定信号等于反馈信号，控制第三节流阀21、第四节流阀23的开口大小不变；

当给定信号小于反馈信号，控制第三节流阀21开口减小、第四节流阀23的开口增大；

当拨动第一手柄53向左运动，第一手柄53向控制器52输入一个给定信号，控制器52根据接收到的给定信号控制第二液压缸32伸出，并控制第七节流阀36关闭、第八节流阀37最大开启，以减小第二液压缸32有杆腔的节流压力损失。同时，控制器52根据第二位移传感器33传送的位移信号，对时间求一阶导数得到速度反馈信号后，将给定信号与反馈信号进行比较，根据比较的结果控制第五节流阀29、第六节流阀31的开口大小，实现了通过独立负载口控制第二液压缸32按给定的信号进行伸出运动。

其中，控制第五节流阀29、第六节流阀31的开口大小的方法如下：

当给定信号大于反馈信号，控制第五节流阀29开口增大、第六节流阀开口减小；

当给定信号等于反馈信号，控制第五节流阀、第六节流阀开口大小不变；

当给定信号小于反馈信号，控制第五节流阀开口减小、第六节流阀开口增大；

当拨动第一手柄53向右运动，向控制器52输入一个给定信号，控制器52根据接收到的给定信号控制第二液压缸32缩回，并控制控制第五节流阀29关闭、第六节流阀31最大开启，以减小第二液压缸32无杆腔的节流压力损失。同时，第二位移传感器33将采集到的实时位移信号传送至控制器52，并由控制器52转化为速度反馈信号，然后，控制器52将接收到的给定信号与反馈信号进行比较，根据比较结果控制第七节流阀36、第八节流阀37的开口大小，实现了通过独立负载口控制第二液压缸32按给定的信号进行缩回运动。

其中，控制第七节流阀36、第八节流阀37的开口大小的方法如下：

当给定信号大于反馈信号，控制第七节流阀36开口增大、第八节流阀37开口减小；

当给定信号等于反馈信号，控制第七节流阀36、第八节流阀37开口大小不变；

当给定信号小于反馈信号，控制第七节流阀36开口减小、第八节流阀37开口增大；

当拨动第二手柄54向右运动，第二手柄54向控制器52输入一个给定信号，控制器52根据接收到的给定信号控制第一液压马达43右旋转启动，并控制第十一节流阀42关闭、第十二节流阀47最大开启，以减小液压马达43的回油腔背压，同时，控制器52将接收到的给定信号与第一转速传感器44实时采集的第一液压马达转速43的反馈信号进行实时比较，并根据比较结果实时控制第九节流阀39、第十节流阀41的开口大小，实现了通过独立负载口控制第一液压马达按给定信号转动。

其中，控制第九节流阀39、第十节流阀41开启的开口大小的方法如下：

当给定信号大于转速信号，控制第九节流阀39开口增大、第十节流阀41开口减小；

当给定信号等于转速信号，控制第九节流阀39、第十节流阀41的开口大小不变；

当给定信号小于转速信号，控制第九节流阀39开口减小、第十节流阀41开口增大。

当拨动第二手柄54向左运动，第二手柄54向控制器52输入一个给定信号，控制器52根据接收到的给定信号控制第一液压马达43左旋转启动，并控制第九节流阀39关闭，第十一节流阀42最大开启，以减小液压马达43的回油腔背压，控制器52将接收到给定信号与第一转速传感器44实时采集的第一液压马达43转速的反馈信号进行实时比较，根据比较结果实时控制第十一节流阀42、第十二节流阀47的开口大小，实现了通过独立负载口控制第一液压马达按给定信号旋转。

其中，控制第十一节流阀42，第十二节流阀47的开口大小的方法如下：

当给定信号大于转速信号，控制第十一节流阀42开口增大、第十二节流阀47开口减小；

当给定信号等于转速信号，控制第十一节流阀42、第十二节流阀47的开口大小不变；

当给定信号小于转速信号，控制第十一节流阀42开口减小、第十二节流阀47开口增大。

当进行传统滑阀控制第一液压缸24运动实验时，第一手柄53的控制信号输入到控制器52中，第一液压缸24的第一位移传感器25检测的位移信号输入到控制器52中，同时，控制器控制第二节流阀20、第三节流阀21关闭，通过控制器52将第一节流阀19、第四节流阀23关联起来，实现了模拟传统滑阀控制实验。

本实施例通过第一液压缸24、第一位移传感器、第一弹簧负载27、第一质量块26、第二液压缸32、第二位移传感器33、第二弹簧负载35、第二质量块34、第一液压马达43、第一转速传感器44、第一转动惯量质量块45来模拟工程机械的多执行元件液压系统，可以控制不同的执行元件单独动作或复合动作，使用者也可以根据需求选择增加或减少执行元件，每个执行元件的连接方式是相同的。

在实验过程中，本实施例还可以通过压力传感器实时采集的压力信息，判断出第一液压缸24、第二液压缸32和第一液压马达43是否存在压力冲击或压力吸空现象。以第一液压缸24为例，第七压力传感器22、第八压力传感器28实时采集第一液压缸24的有杆腔和无杆腔的压力值，并传送至控制器52，控制器对接收到的压力值进行分析，当接收到的压力值大于压力标准值，则判断运行过程中第一液压缸24存在压力冲击现象，当接收到的压力值小于压力标准值，则判断运行过程中第一液压缸24存在吸空现象。

压力标准值通过以下公式得出：

P_标＝(P_max-P_均)/P_均 公式(4)

其中，P_max为压力传感器设定时间内采集的压力最大值，P_均为压力传感器设定时间内采集的压力平均值。

本实施例还可以分析在不同工况下的传动效率曲线，以研究在不同工况下液压系统的传动效率。液压系统的输出功率等于第一液压缸24、第二液压缸32和第一液压马达43的输出功率之和，系统的传动效率等于液压系统的功率与定量液压油泵13输出功率的比值，整个系统的传动效率由控制器52通过公式(5)计算实时得到：

其中，p_c1是第一液压缸的输出功率，p_c2是第二液压缸的输出功率；

本实用新型可以进行不同控制回路下效率特性的对比试验，还可以对液压缸、液压马达的控制性能进行试验研究。

同时，本实施例还实现了对模拟实验系统需求的液压流量进行按需供给，具体方法如下：

在控制器52中存储执行元件的结构参数，该参数包括液压缸的直径和杆径，液压马达的排量，控制手柄的给定信号传送至控制器52中，控制器52根据控制手柄输入的给定信号和对应的执行元件的结构参数，若执行元件为液压缸，则通过公开(6)计算出液压缸所需的流量，若执行元件为液压马达，则通过公式(7)计算得出液压马达所需的流量，然后控制器52根据接收到的液压缸和液压马达所需流量之和，通过公式(7)反推出电动机15转速，并根据得到的电动机15转速通过变频器16对电动机15的转速进行控制，从而控制定量液压油泵13提供实验系统所需的流量。

其中，液压缸输出液压流量公式为：

P_流＝液压缸面积*匀速速度 公式(6)

液压马达/定量液压油泵13输出液压流量公式为：

P_流＝排量*转速 公式(7)

本实用新型通过变频器16、电动机15、测功仪14、定量液压油泵13、过滤器12、液压油油箱11、压力传感器、位移传感器实现了液压系统输入功率的计算和控制，测功仪14用于实时测量电动机15输出给定量液压油泵13的扭矩、转速、功率，并将测量得到的数据传送并存储在控制器52中，控制器52对接收到的数据进行分析后，得到液压系统的功率需求和扭矩特性，可以为匹配柴油发动机的扭矩、功率等提供依据和参考，可用于模拟工程机械发动机功率与负载之间的功率匹配和能量消耗方面的研究。

本实用新型对第一液压缸24、第二液压缸32、第一液压马达43的运动控制通过第一节流阀19、第二节流阀20、第三节流阀21、第四节流阀23、第五节流阀29、第六节流阀31、第七节流阀36、第八节流阀37、第九节流阀39、第十节流阀40、第十一节流阀42、第十二节流阀47实现了负载口独立控制的模拟实验功能。

在实验过程中测功仪14、压力传感器、位移传感器采集的数据传送并存储到控制器52中，控制器52对采集的数据进行运算、处理和分析，同时可以通过改变控制器52内部的控制算法，以实现不同系统功能回路的切换。

Claims (6)

1.一种工程机械负载口独立控制液压模拟实验系统，包括液压动力系统、电控系统，以及至少一个执行元件，其特征在于，液压动力系统包括节流阀、液压油泵、过滤器和溢流阀；电控系统包括压力传感器、变频器、电动机、测功仪、控制手柄和控制器；

变频器依次通过电动机、测功仪连接定量液压油泵，定量液压油泵吸油口通过过滤器连接液压油油箱，排油口依次通过溢流阀、阻尼器连接液压油油箱；

定量液压油泵排油口连接有压力传感器，用于监测排油口的压力值；

执行元件进油口连接两个节流阀，其中一个节流阀接定量液压油泵排油口，另一个节流阀通过阻尼器接液压油油箱；

执行元件回油口连接两个节流阀，其中一个节流阀接定量液压油泵排油口，另一个节流阀通过阻尼器接液压油油箱；

执行元件进油口和回油口均连接有压力传感器，用于监测进油口和回油口的压力值；

执行元件负载端连接有负载模拟模块，执行元件上还连接有位移传感器/转速传感器，用于监测执行元件上负载模拟模块的位移信号/转速信号；

每个节流阀与阻尼器之间的油路上均连接有压力传感器，用于监测节流阀与阻尼器之间的油路上的压力值；

溢流阀与阻尼器之间的油路上连接有压力传感器，用于监测溢流阀与阻尼器之间的油路上的压力值；

控制手柄与控制器电连接；

控制器内部存储有若干计算公式，用于接收控制手柄输入的信号，并根据接收到的信号控制执行元件动作；用于接收上述各传感器以及测功仪传送的电信号，用于分析处理接收到的电信号，并根据分析结果调节流阀的开口大小以及变频器电源频率。

2.根据权利要求1所述的一种工程机械负载口独立控制液压模拟实验系统，其特征在于，还包括实验平台，安装在实验平台下方的第一控制柜和第二控制柜，液压动力系统安装在第一控制柜内，其中，液压缸和液压马达安装在实验平台上，电动控制系统在第二控制柜内；实验平台上还安装有显示器，显示器与电动控制系统中的控制电连接。

3.根据权利要求1或2所述的一种工程机械负载口独立控制液压模拟实验系统，其特征在于，控制手柄包括第一手柄和第二手柄，第一手柄或第二手柄留有一路冗余控制信号。

4.根据权利要求3所述的一种工程机械负载口独立控制液压模拟实验系统，其特征在于，执行元件为液压缸或液压马达；

若执行元件为液压缸，负载模拟模块为质量块和弹簧，执行元件进油口开设在液压缸无杆腔处，回油口设置在液压缸有杆腔处；质量块安装在液压缸活塞杆顶部，质量块上方通过弹簧安装有安装支架，位移传感器安装在安装支架；

若执行元件为液压马达，负载模拟模块为转动惯量质量块，执行元件进油口为液压马达吸油口，回油口为液压马达排油口；液压马达的转轴上安装有转速传感器，用于检测液压马达的转速信号；转动惯量质量块安装在液压马达转轴顶部。

5.根据权利要求4所述的一种工程机械负载口独立控制液压模拟实验系统，其特征在于，执行元件包括两个液压缸、一个液压马达。

6.根据权利要求1所述的一种工程机械负载口独立控制液压模拟实验系统，其特征在于，计算公式包括液压缸输出功率P_C、液压马达输出功率P_m、定量液压泵输出功率P_p、以及液压系统的传动效率η、压力标准值P_标、液压缸输出液压流量以及液压马达/定量液压泵输出液压流量的公式。

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