液压泵CAT系统开发.pdf

液 压 气 动 与 密 封 ， 2 0 1 2年 第 5期 液压泵 C A T系统开发 翟 绍春 广州机械科学研究院， 广东 广州5 1 0 7 0 0 摘 要 随着计算机技术的发展和普及 ， 相关 功能板卡 、 器件和传感器的不断丰富， C A T技术在试验设备开发领域被广泛使用。液压泵 是液压 系统 中的动力源 。 其性能直接影 响整个液压系统的性能 。 使用工业计算机为主控系统 ， 配合数据采集卡 、 传感器 开发 了一套液压 泵 C A T系统。 所开发的系统能够对于齿轮泵 、 柱塞泵 和叶片泵等进行试 验测试 。 系统稳定性好 ， 测试数据 可靠 ， 能够准确 的测试 出液压 泵的各项性能参数。 关键词 液压泵； C A T ； 数据采集 中图分类号 T H1 3 7 ． 5 1 文献标识码 A 文章 编号 1 0 0 8 0 8 1 3 2 0 1 2 l 0 5 0 0 3 0 0 3 De v e l o p me n t o f C o mp u t e r A i d e d T e s t C AT S y s t e m f o r Hy d r a u l i c P u mp z HAI S h o o c h u n G u a n g z h o u Me c h a n i c a l E n g i n e e r i n g R e s e a r c h I n s t i t u t e ，G u a n g z h o u 5 1 0 7 0 0 ， C h i n a Ab s t r a c t W i t h t h e f a s t d e v e l o p me n t o f c o mp u t e r t e c h n o l o g y a n d t h e p o p u l a r i t y ， s o me r e l e v a n t f u n c t i o n c a r d s ， d e v i c e s a n d s e n s o r s a r e b e c o mi n g e n r i c h e d ． C o mp u t e r Ai d e d T e s t t e c h n o l o gy h a s b e e n w i d e l y u s e d i n t h e fi e l d o f d e v e l o p i n g t e s t i n g e q u i p me n t ． Hy d r a u l i c p u mp i s t h e p o w e r s o u r c e o f h y d r a u l i c s y s t e m，i t S p e r f o r ma n c e a ff e c t t h e wh o l e h y d r a u l i c s y s t e m d i r e c t l y ． A h y d r a u l i c p u mp c o mp u t e r a i d e d t e s t s y s t e m h a s b e e n d e v e l o p e d ． I n t h i s t e s t s y s t e m I n d u s t r i a l P e rso n M C o mp u t e r i s t h e ma s t e r s y s t e m， a n d s o me d a t a a c q u i s i t i o n c a r d s a n d s e n s o rs a r e u s e d ． T h e t e s t i n g s y s t e m i s s u i t a b l e f o r t e s t i n g g e a r p u mp ， p i s t o n p u mp a n d v a n e p u mp a n d S O o n ． I t h a s s t a b l e p e rf o rm a n c e ，c a n a c q u i r e d a t a r e l i a b l y ． I t c a n t e s t p e r f o rm a n c e and p a r a me t e rs o f p u mp a c c u r a t e l y ． Ke y wo r d s h y d r a u l i c p u mp； CA T； d a t a a c q u i s i t i o n 0 引言 液压泵是液压系统的动力源 ，其性能直接影响着 收稿 日期 2 0 1 1 - 1 1 - 2 3 作者简介 翟绍春 1 9 8 2 一 ， 男 ， 江西宜春人 ， 工程师 ， 硕士 ， 研究方 向为机 电液一体化技术 、 汽车零部件测试技术 。 整个液压系统的性能 。对液压泵进行性能测试 ， 是辨别 产品性能优劣的有效手段 ，有助于优化结构设计和促 进产品升级。液压泵性能测试涉及的参数多 、 精度要求 高 ， 测试过程中有很多相关条件需要保障 ， 传统 的测试 方法很难满足液压泵性能测试越来越高的要求 。随着 计算机 和传感器仪器技术 的不断发展 ，采用工控机为 低水平位处 ； 3 清洗油箱一般都与大修同时进行 ， 因此需要液 压专业人员的参与和指导。加注新油后 ， 要注意系统原 设定参数有无变化 ，及时合理化参数是维护保养液压 系统的关键步骤之一。 4 小结 我公司设计 的这种液压系统近 3 0套正在全 国各 地大型主题公园运行 ， 反映良好。它不同于普通车载系 统的是倾斜和加速度要求 ， 相 比而言 ， 本项 目／ 系统具有 如 下特 征 1 结构可靠， 操作维护方便， 元件问互换程度较高 ； 2 集惊险 、 刺激 、 趣 味、 知识於 一体 ， 最适合青少 年游客 3 0 3 液压系统设计科学 、 紧凑 、 简单 ， 并且充分考虑 了设备与游客的安全需求； 4 原理简单但功能强大 ， 性价 比高 ， 具有 良好 的 推广空间。 参 考 文 献 [ 1 】 杨殿 宝． 液压设备 的维护 与管 理初 步[ J ] ， 液压 气 动与密 封 ， 2 01 0， 1 2 ． 【 2 】 杨殿 宝 ， 打造绿色液压 系统 ， 开创持续发展道路[ J ] ， 液压气动 与密封 ， 2 0 1 1 ， 3 ． 【 3 】 杨殿宝 ， 强化清 洁度控制 确 保系统稳定性[ J ] ， 液压 气动与 密封 ， 2 0 1 1 ， 2 ． [ 4 ] 杨殿宝 ， 从控制污染谈油 箱设 计与制造 问题 [ J 】 ， 液压气动与 密封 ， 2 0 1 1 ， 7 ． Hv d r a u l i c s P n e u ma t i c s＆ S e a l s ／ NO ． 5 ． 2 0 1 2 主测 控 系统 ．配 以各种 功 能板 卡 和 传感 器 的 C A T C o mp u t e r A i d e d T e s t 计算机辅助测试 技术逐渐成为 主 流测 试 技术 。根 据使 用 要求 选 择工 业 控 制计 算 I P C 、 P C I 一 1 7 1 l多功能卡和各种传感器开发了一套液 压泵 C A T系统。 C A T系统软件采用模块化设计 ， 充分考 虑到了软件界面的美观与操作方便 。利用软件对采集 到的数据进行分析处理 ， 实时显示数据和曲线 。 l 主要测试参数 液压泵性能的主要测试参数有泵 的入 口压力 、 输 出压力 、 输 出流量 、 输入转速和驱动转矩 ． 通过这些参 数可以计算出泵的相关性能指标。计算 出泵的性能指 标有容积效率 叼 、 总效率 、 输入机械功率 P 1 ． 和 输 出 液压功率 P 2 ， 这些性能指标的计算方法如下 容积效率 x 1 0 0 ％ V ， ， n 2 ．i qv 2 ．i n e 总效率 x l O 0 ％ 刑 e 1 输出液压功率 单位为 k W 尸 2 ． P2丽． e q V 2 ．e 输入机械功率 单位为 k W P 1 ．m -- Z而 ff e 1 式中 试验压力时的排量 ， 单位为 m L ／ r ； i 空载排量， 单位为 m I _ ／ r ； q V 2 ．e 试验压力时的输出流量 ．单位为 m L ／ mi n； q v 2 ．i 空载时的输出流量， 单位为 m L ／ m i n ； P 输出试验压力， 单位为 k P a ； P 1 ．e 输入压力 ， 大于大气压为正， 小于大气压 为负， 单位为 k P a ； 试验压力时的转速 ， 单位为 r ／ ra i n ； 空载时的转速 ， 单位为 r ／ m i n ； 卜输入转矩 ， 单位为 N m q v 1 ． 试验时的输人流量。 单位为 m L ／ m i n 。 2 液压系统设计 根据液压泵性能测试中的主要测试参数和性能指 标， 为了实现 C A T功能， 在设计液压系统的设计过程采 用了各种传感器来采集试验数据。设计 了如图 1所示 的液压系统 。 在该液压 系统 中使用 比例压力 阀 1 6控 制先导溢 流阀 1 5的外控 口来调节被试泵 的出 口压力 ， 比例压力 阀的压力由上位机远程控制 。采用电液换向阀 l 9来切 换泵的输出油液的流 向， 当电液换向阀 l 9阀芯处于中 间位置时泵的输出油液直接流 回油箱。当给换向阀 1 9 左端电磁铁通 电时，泵的输出油液便流经下游的流量 传感器 ，通过流量传感器可以测量被试液压泵的输 出 流量 。为了能够更加准确的测量不 同排量的泵， 在本测 试 系统 中选 用了 l O O L ／ mi n和 2 5 0 L ／ m i n两种不 同量程 的流量传感器 。选择截止阀 2 2 、 2 3的通断来选择其 中 的一个流量传感器测量被试泵的输出流量。在测试 系 统 中的液压泵站上使用 了一个带表头 的压力表 1 2和 一 个带表盘的椭圆齿轮流量计 2 6 ，这是为了方便试验 人员在泵站前进行操作调试 。测试系统设计 了一套油 液冷却系统 ，该冷却系统除了可以用来控制油箱中的 油温外 ， 还可以为电液换 向阀提供控制油液。测试系统 的液压系统结构如 图 2所示 。 l 一 油箱2 一 温度计3 一 液位计4 一 负压传感器5 一 冷却泵 6、 9 一电机7 一 被试泵8 一 扭矩转速传感器1 0 一 二位二通水 阀 1 1 - 冷却器1 2、 2 O 一 压力表 1 3 一 压力传感器1 4、 2 1 一 过滤器 1 5 一 先导型溢流阀 l 6 一比例压力阀 1 7 一 溢流阀 l 8 、 2 2 、 2 3 一 截止阀 1 9 一 电液换向阀2 4、 2 5 一 流量传感 器2 6 一 流量计 图 1 测试 系统 的液压原理图 图 2液压泵测试系统结构 31 液 压 气 动 与 密 封 ／ 2 0 1 2年 第 5期 3 C A T系统硬件设计 在液压泵测试系统中计算机采集的参数有泵的入 口压力 、 输 出压力 、 流 量 1 1 0 0 L ／ mi n 、 流 量 2 2 5 0 L ／ mi n 、 驱动电机输入的转矩 、 转速 、 试验油温。试验过程 中泵的输 出压力 由连接在主溢流阀外控 口的比例压力 阀来调节 ，在该系统 中使用计算机来控制 比例压力 阀 的溢流压力。 根据需采集数据通道的个数和控制通道的个数 ． 选用 P C I 一 1 7 1 l 多功能数据采集卡来采集试验数据 。它 是一种 P C I 总线的多功能卡 ， 具有 1 6路模拟量输入 ． 2 路模拟量输出。应用 P C I 一 1 7 1 1卡和各个传感器实现试 验数据的采集 ，同时使用其 中 l 路模拟量输出通道控 制比例压力阀来调节系统的压力。其数据采集和 比例 阀控制结构如图 3所示 。 匝 r]A／ D J 苎 J 匪 _口 I n I 臣 n 、J 。。 缸 I r 臣 比例压力阀 坠 图 3系统 测 控 硬 件结 构 图 4 测控软件开发 使 用 V i s u a l B a s i c 语 言 开发 本液 压泵 测试 系 统 的 测控软件 ． 软件开发采用模块化设计思想 ， 以具体试验 项 目划分软件界面。 程序模块包括硬件初始化模块 、 传感器标定模块 、 比例 阀控制模块 、 数据处理模块 、 数据 曲线显示模块 、 数据保存模块 、试验结束处理模块 。进行液压泵测试 时 ， 软件工作流程如图 4所示 。 测试液压泵时．软件先初始化系统中的各个硬件。 当初始化成功后 ，试验操作人员可以根据需要对传感器 进行重新标定 ， 当不需要重新标定时， 系统将使用上一次 的标定状态读取各个传感器的采集数据。当需要调整试 验压力时。可以调用比例阀控制模块来调整液压泵的输 出压力。 当调整好试验状态和参数后 ， 软件便采集试验数 据进行分析处理 ， 把试验结果和曲线显示出来。 测试完一 个试验状态后 ， 如果需要进行下一个状态测试 ， 软件将进 32 人到下一个测试循环。 当所有的试验状态都测试完成后 ． 便可以保存试验数据 ， 所测量的试验项 目结束。 图 4软件 工 作 流 程 图 5 结束语 该液压泵测试 系统是 以工控 机为核 心的测控 系 统 ， 采用计算机程序控制试验状态。采用各种传感器采 集试验数据，利用多功能数据采集卡读取来 自传感器 的试验数据。软件采用模块化设计思想 。 提高了程序的 利用率 ， 实现了试验数据的 自动采集与分析 ， 提高 了试 验测试的准确性与效率。 参 考 文 献 【 1 】 肖凯鸣 ， 张克南 ， 白志大． 液压泵性能测试装置 中值得注意的 问题[ J 】 ． 液压与气动 ， 1 9 9 6 ， 3 ． [ 2 】 宋志安， 王文馨． 液压泵测试数据处理技术[ J 】 ． 机床与液压 ， 2 0 0 5 ， 1 0 ． 【 3 】 孙建 明． 液压泵测试 用的 A ／ D卡选 频分 析[ J 】 ． 液压气 动与密 封 ， 1 9 9 9 ， 4 ． f 4 1 张劲枫 ， 聂崇嘉 ， 杨璐 ． 液压 泵和液压 马达 C A T等值 曲线族 生成方法[ J ] ． 同济大学学报 ， 2 0 0 1 ， 2 ． [ 5 】 于彩新 ， 余斌 ， 姜继 海． 工 程机械 液压泵试 验 台【 J ] ． 机 械工程 师 ， 2 0 0 9 ， 1 1 ． 网程 明学 ． 液压泵智能测试系统设计Ⅱ l 装备 制造 技术 ， 2 0 0 6 ， 3 ．