电调制液压四通方向流量控制阀特性CAT系统.pdf

曩窭圜T E C H N I C F O R U M 电调制液压四通方向流量控制阀特性C A T 系统 CAT R e s e a r c h o n Ch a r a c t e r s o f E l e c t r i c a l l y M o d u l a t e d Hy d r a u l i c 4 - wa y F l o w C o n t r o l Va l v e 王向周’ 张朝霞 W ANG Xi a n g - z h o u e t a l 1 ． 北京理工大学 北京 1 0 0 0 8 1 ⋯ 2 ． 包头市技术监督局内蒙古包头0 1 4 0 3 0 摘要 研 究 了基于虚 拟仪器技术 的电调制 四通方 向流量 阀的C A T 系统 ，介绍 了测 试系统 的组 成原 理 、阀的动静态测试 回路及有 关的测试方法 。实验表明 ，系统 能很好地 完成国标 规定 的有 关测试项 目 。 关键词 伺服阀 比例 阀 虚拟仪器 测试 Ab s t r a c t I n t h i s p a p e r , CAT s y s t e m f o r e l e c t ric a l l y mo d u l a t e d h y d r a u l i c 4 - wa y fl o w c o n t r o l v a l u e s h a s b e e n s t u d i e d ．T h e t e s t s y s t e m i s ba s e d o n v i r t u a l i n s t r u me nt t e c h n o l o g y ． Th e e l e c t ric a l a nd h y d r a u l i c c i r c u i t s f o r v a l v e t e s t a r c d e s c r i be d ． An d t h e t e c h n i q u e o f d a t a a n a l ys i s a n d p r o c e s s i s i n t r o d u c e d． By t he e x p e rime n t s ， i t i s p r o ve n t h a t t h e C AT s y s t e m h a s a c a p a b i l i t y f o r 4 - wa y flo w c o n t r o l v a l v e t e s t ． Ke y wo r d s s e r vo v a l v e ； p r o p o r t i o n v a l v e ； v i r tua l i n s t r u me nt ； t e s t 中图分类号 T P 2 7 3 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 4 0 2 2 6 2 0 1 0 0 2 0 0 6 2 0 3 1 引言 所谓 电调制液压流量控制阀是指随连续不断变化的电输入信 号而提供成比例的流量控制的阀，主要有伺服阀和 比例方向流量 阀两大类。电液伺JR／ L L 0 阀是在电液伺服系统中将控制电信号转 换成液压功率信号的关键元件 ，阀的性能直接影响液压控制系统 的品质 ，并且电液伺服、比例 阀本身也是一个机、电、液相结合 的复杂控制系统 ，电液伺服阀的静态特性测试和动态特性测试是 验证或获取其数学模型及特性参数的主要手段。在 电液伺N ． ／ I L 9 阀的制造、使用、维修等各阶段均需要对阀进行测试 ，以便了解 其特性。 本文介绍 了一种基于虚拟仪器技术的电调制液压四通方向流 量阀的计算机辅助测试系统 C A T 。与传统的计算机辅助测试系统 相比，其不仅具有友好的人机界面，而且大大提高了测试系统的 性能 ，增强了系统的扩展性与灵活性。 2 测试系统 的组成原理 测试系统主要由传感器及其二次仪表、伺服／ 七 E 例放大器、信 号调理器、计算机采集系统等几部分组成。其中 ，传感器主要包 括压力传感器、温度传感器 、流量传感器、速度传感器 、位移传 感器仪表主要包括数字压力仪表、数字温度仪表、数字流量仪 表 ；伺服／ 比例放大器根据被试阀选择 ；计算机采集系统主要包括 计算机、数据采集卡、打印机等。测试系统构成原理如图1 所示。 在工作过程 中，计算机通过G P I B 总线控制信号发生器产生合 适的信号波形 ，并将信号输出至阀的放大器 ，驱动阀工作 ；再将 王 向周 图1测试 系统构成原理 阀的状态信号 如 阀电流、阀芯位移、动态油缸速度等输送至 信号调理器 ；压力传感器、温度传感器 、流量传感器等传感器的 信号经相应的数字仪表进行显示、调理 ，数字仪表输出的模拟电 压信号输送至信号调理器 ；信号调理器的输 出连接到数据采集系 统D A Q的相应通道；各被检测量通过A ／ D 转换 为数字量输入计算 机 ，最后经软件处理得到测试结果。从而构成了一个完备的电液 伺J N ．／ i； L 例阀测试装置。 作者简介王向周，男。1 9 6 5 年生，教授，研究方向检测技术与自动化装置。 3 静态性能试验 根据 G B ／ T 1 5 6 2 3 ． 1 2 0 0 3 液压传动 电调制 液压控制 阀 第 1 部分四通方向流量控制阀试验方法的规定 ，确定的静态性能 试验回路如 图2 所示。 图2 静态性能试验回路 1 被 试 四通伺服 ／ 比例 阀 2比例 加载 阀3 ， 9温 度传感 器 4 ， 5 ， 7 ， 8压 力传 感器器 6 ， 9流量传 感 器 3 ． 1在恒定阀压降下，输出流量一 输入信号特性试验 图2 中，关闭截止阀b 、C ，其余均打开。调节油源压力到规定 压力。设置信号发生器输出为三角波 ，幅值为额定 阀放大器 的额 定输入或规定值 ，三角波信号的频率应足够低 ，以保证流量传感 器、被试阀的动态影响可以忽略不记 ，通常取不大于0 ．0 5 H z 。在 I a 试验测试系统运行界面图 。 ● 一 ／／ 静 ． 。 r l b 试验测试结果 图3 输 出流量一 输入信 号特性试验 T E C H N I C F O R U M ■窭圜 信号连续循环变化的同时 ，连续地记录一个完整信号周期内的流 量Q与阀电流i 的值 ，并绘制其关系曲线。图3 a 为输出流量 一 输入 信号特性试验时测试系统运行界面 ，图3 b 为输出流量 一输人信号 特性试验测试结果 。 3 ． 2压力增益一 输入信号特性及内泄漏特性试验 图2 中，关闭所有截止阀。调节油源压力到规定压力。设置信 号发生器输出为三角波 ，幅值为额定 阀放大器的额定输入或规定 值 ，三角波信号的频率应足够低 ，以保证压 力传感器 、被试阀的 动态影响可以忽略不记 ，通 常取不大于0 ． 0 5 H z 。在信号连续循环 变化的同时，连续地记录一个完整信号周期内的 l P 一P l 与阀电 流i 的关系曲线 ，以及内泄漏流量 与阀电流i 的值，并绘制其关系 曲线。 图4 a 为压力增益 一输入信号特性及内泄漏特性试验测试系统 运行界面 ，图4 b 为压力增益 一输入信号特性及 内泄漏特性试验测 试结果。 四通 方向流量阀的静态试验 ，除了上述三个 主要试验项 目 外 ，还有耐压试验 、输出流量 一负载压差特性试验、输出流量 一 阀压降特性试验等项 目，但作为阀的日常检修 ，上述三个项目基 本可以反映阀在静态工况下的性能。所 以，其 它项 目的试验在此 不一一列举 ，但利用本试验及检测系统可完成所有试验项 目。 I a 试验测试系统运行界面图 l l r ⋯ 一 } 。_ I． ⋯ 一 _ _ 十 叠 ．一 一 i ． l i } } J I} ． 0 誓 } 川 l J ．． ⋯ ．目 ● 蛔 蟪 蜉 熟 最 稠电藏 i mA I b J试验测试结果 图4 压 力增益一 输入信号特性及内泄漏特性试验 4 动态性能试验 动态性能试验主要包括频率响应和阶跃 响应。本文仅介绍频 率响应的测试。图5 为频率响应试验回路 ，频率响应测试是在一定 ■墨田T E C H N I C F O R U M 图5 动态性能试验回路 1被试 四通伺服／ 比例 阀 2动 态油缸3速 度传感 器 4阀芯位移传感器 通常集成在阀上 的供油压力下 ，在输入信号频率为5 H z 或相位滞后为9 O 。 时频率的 5 ％，两者中取小值，然后在衰减到l 5 d B 以上的频宽范围内，绘制 出输人信号与输出信号的幅值比和相位滞后曲线。 输出信号的检测方法主要有三种 a ． 用低摩擦力 压降不超过0 ． 3 MP a 、小惯性 考虑其困油 容积效应在内的频带宽应大于最高试验频率3 倍执行器驱动的速 度传感器的输出作为输 出信号； b ． 如果阀带有内置的阀芯位移传感器 ，而没有内置式压力补 偿流量控制器 ，则可把 阀芯位移信号作为输出信号； C ． 在阀上安装外部阀芯位移传感器和相应的信号调节装置。 只要外加的传感器不影响阀的频率响应 ，可将阀芯位移信号作为 输出信号。 实际测试中，输 出信号的检测多采用a 和b 两种方法 ，由于方 法c 需要加装传感器 ，特别是对于阀的检修测试 ，不易实施。 本系统选择对数扫频法进行测试 ，输入信号与输出信号的幅 值比和相位滞后采用频率相 关分析法。如果输入信号 f ，输出信 。号 O 均为正弦信号 ，假设 X A s i n co f 『 s i n r上 f f 1 式中， 『 ， f 分别为输入信号、输出信号中的噪声。 根据相关理论 ，x f 的 自相关函数、 『 、．v f 的互相关函数 疋 f f s in o t n o f 出 2 r 亭 x t y t x d t 。 [ s i n f Ⅳ 】 【 s i n ∞ f 0 f ] d r 3 由于噪声和信号不相关，且噪声之间也不相关，由公式 2 、 ‘ 积分 后得 矗 r 4 o c 5 蚣 相 a r c c os t⋯ u ∞ 一 AB A，B 值可以通过 f 、 f 的自相关求得 ，即 √ 2 疋0 B √ 2 壶 0 信号发生器 产生的定幅值正 弦信号X ． t A s i n c o t 对阀进行 激 励 ，阀芯速度／ 动态油缸的速度 y B s i n c o t o ，经A ／ D 采集后转换 6 4 l萋 2 0 1 0 ． 0 2 为数 字量 ，分别 进行 数 手量 的 自相 关 、互 相 关运 算 。相 应 的离 散 计算公式为 o ∑ f “ 』 _ 删 ∑ f ∑ f ⋯s【 赢 J 式中 ， 为采样点数；沩 第i 个采样点 ； f 、 D 分别为信号在第 f 个采样点的值。 在对数扫频过程 中，根据不同的频率 ，经过互相 关运算及后 续处理求得各频率成分的幅值和相位 ，从而得到以频率为横坐 标、幅值和相位为纵坐标的幅频图和相频图。图6 a 为频率响应特 I a l系统运行界面 J - ．1 ⋯ i 皇 1 ； ’ ‘ ． 1 ‘ - ． ．1 ’ ．． -1 一 - ． f ‘‘ 。 。 ． 。 三 ． 。 ．．．． ． ‘ ‘ ● - 1 0 1 0 0 l 9 0 n 已 - 堪 冀 频率。Hz l b l试验测试结果 图6频率响应特性测试 性测试系统运行界面 ，图6 b 为频率响应特性试验测试结果。 5 结论 本文将传统的电液伺服阀静态特性动态特性测试系统与虚拟 仪器技术相结合 ，研制了基于虚拟仪器的电液伺服阀静动态特性 测试系统。通过采用虚拟仪器技术 ，测试信号的输入 ，对 电液伺 服阀的动态测试、静态测试以及实验数据的处理及显示均可仅通 过一台计算机完成 ，显著降低了试验台的成本。测试软件 采用 L a b V I E W平台开发 ，其程序通用性强 ，各测试模块 自成一体 ，操 作简单方便 。在此系统的基础上无须添加硬件，通过编程就可实 现系统的功能扩展 ，系统可用于各种类型 电液阀的性能测试。 收稿 日期 2 0 0 9 ． 1 2 ． 0 3