发动机动力液压综合试验台设计.pdf

Hy d r a u l i c s P n e u ma t i c s S e a l s ／ No ． 0 3 ． 2 0 1 6 d o i l O ． 3 9 6 9 ．is s n ． 1 0 0 8 0 8 1 3 ．2 0 1 6 ． 0 3 ．0 1 4 发动机动力液压综合试验台设计 肖 威 ， 黄志坚 1 ．广东工业大学 机电工程学院， 广东 广州 5 1 0 0 0 6 ； 2 ． 广州市新欧机械有限公司， 广东 广州5 1 0 5 3 0 摘 要 以发动机为动力驱动液压泵、 液压马达的综合试验台， 可以实现发动机， 液压泵 ， 液压马达等工程机械核心元器件的性能测 试。相比于传统的电动机作为动力元件 ， 发动机可以真实地反应液压元器件在工程机械环境下的性能状况， 不仅可以测试元器件性 能而且可以反应它们共同工作的匹配情况， 测试结果更加可靠。 关键词 发动机动力 ； 液压综合试验台； 电控系统 ； 上位机监控系统 中图分类号 T H1 3 7 文献标志码 A 文章编号 1 0 0 8 0 8 1 3 2 0 1 6 0 3 0 0 4 3 0 3 Re s e a r c h o f En g i n e Po we r Hyd r a u l i c Co mp r e h e ns i ve Te s t Be n c h X I A O W e i ， HU A NG Z h i -j i a n 1 ． S c h o o l o f E l e c t r o me c h a n i c a l E n g i n e e r i n g ， Gu a n g d o n g U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y , G u a n g z h o u 5 1 0 0 0 6 ， C h i n a ； 2 ． Xi n o u Ma c h i n e r y C o ． L t d ． ， Gu a n g z h o u 5 1 0 5 3 0 ， C h i n a Ab s t r a c t Th e c o mp r e h e n s i v e t e s t b e n c h u s e t h e e n g i n e a s p o we r d r i v e n h y d r a u l i c p u mp ， h y dra u l i c mo t o r， c a n r e a l i z e t h e p e r f o r ma n c e t e s t o f t h e e n g i n e ， h y dra u l i c p um p ， h y d r a u l i c mo t o r a n d o t h e r e n g i n e e r i n g ma c h i n e r y c o r e c o mp o n e n t s． Co mp e d wi th t h e t r a d i t i o n a l e l e c t ric mo t o r a s t h e p o we r c o mp o n e n t ， t h e e n g i n e c a n t r u l y r e fle c t t h e p e r f o r ma n c e o f h y dra u l i c c o mp o n e n t s i n t h e e n g i n e e r i n g me c h a n i c a l e n v i r o n - m e n t ， n o t o n l y c a n t e s t t h e c o mp o n e n t s p e r f o rm a n c e b u t a l s o C an r e fl e c t t h e ma t c h i n g o f t h e i r c o mmo n wo r k ， th e t e s t r e s u l t s mo r e r e l i a b l e ． Ke y wo r d s e n g i n e p o we r ； h y d r a u l i c c o mp r e h e n s i v e t e s t b e n c h ； e l e c t r o n i c c o n tro l s y s t e ms ； PC mo n i t o r i n g s y s t e m O 引言 近年来 ， 随着我国经济进入平稳增长的新常态， 工 程机械发展也随之放缓， 行业竞争激烈， 因此对于工程 机械的性能设计和维护有了更高的要求。传统的电动 机动力液压试验台虽然能测试出平稳转速变化下的液 压元器件性能， 但并不能真实反映工程机械环境下发 动机与液压元器件 的匹配情况 ， 测试效果不佳。而且 发动机出现状况后需要借助专门的发动机试验台测试 其维修后的状况， 浪费资源， 更重要的是无法体现测维 修后发动机的性能跟工程机械液压系统的匹配情况， 直接用于工程机械可能造成液压系统的损坏。 发动机动力液压综合试验台， 以发动机为动力 ， 测 试时实时监测发动机、 液压泵、 液压马达的性能状况， 一 机多用 ， 大大提高了效率的同时也能模拟工程机械 实际工作环境， 测试效果更可靠， 可以为设计优化维修 提供更可信的试验保障。 1 综合试验台设计 本文致力于在设计一套以发动机驱动， 液压系统 收稿 日期 2 0 1 5 0 9 1 7 基金项目 广东省重点实验室开发基金 1 0 0 o 4 4 作者简介 肖威 1 9 8 8 一 ， 男， 湖北随州人 ， 硕士研究生， 主要研究方向为 机电液系统设计。 加载的， 发动机、 液压泵、 液压马达联合试验台， 如图1 所示。在设计中采用一套完整的控制系统 ， P L C 控制 ， 上位机采集实验数据并进行处理 ， 上位机和P L C之间 串行通讯 ， 可通过上位机设定P L C 参数完成 自动测试， 并预留液压缸， 多路阀的测试接 口， 以探讨如何实现工 程机械高真实度测试。 图 1试 验台组成 2 液压系统设计 发动机 1 为整个系统提供动力， 带动液压泵 3 为试 验系统提供液压动力 ， 双联泵 1 5 1 和溢流阀1 3 - 5 、 1 3 - 6 作用于插装阀6 给液压泵3 加载 ， 液压泵反作用加载 于发动机 1 ， 换向阀8 和桥式油路块9 结合实现液压马 达 1 0 正反转 ， 加载马达 1 1 和加载油路块 1 2 共同对被测 试马达l 0 加载， 补油泵 l 6 为闭式块 1 2 * b 油。液压元件 选型根据测试要求选定 ， 液压原理如图2 所示。 4 3 液 压 气 动 与 密 封 ／2 0 1 6年 第 03期 l 2 2 0 - I o { I 2 一 6 2 宵{6 一 1 3 一 l M } 3 6 l 5 1 1 8 筝-218 1I7-1 2 0 ￡2 一v 一 ∈ 1 明 l 4 1 5 3 - 4 74 卜发动机2 一 扭矩转速传感器3 一 联泵4 一 压力传感器5 一 高压过滤器6 一 插装阀7 一 流量计8 一 换向阀 9 一 桥式油路块1 0 - FJ 试马达 1 卜加载 马达1 2 一 加载油路块1 3 一 溢流阀1 4 一 电机1 5 一 双联 叶片泵1 6 一 过滤 器l 7 一 过滤器1 8 一 蝶 阀1 9 一 水冷散热器2 O 一 邮箱组件 图2 液压原 理图 1 液压泵测试 。液压泵测试前先完成 液压 泵 的 性能设置 ， 安装好后先排尽空气 ， 然后关闭2 0 1 0 蝶 阀， 按测试方法， 将发动机的转速设定为泵的额定转 速 ， 待转速稳定后通过溢流阀 1 3 5 和 1 3 6 调节插装 阀 的压力 ， 若发动机 出现掉速情况 ， 等其转速稳定后在测 试相 关数据 。设计 中发 动机转速采用 P I D控制方式 ， 通过上位机设定或调节好转速后控制系统将控制转速 维持在设定值。通过调节插装阀6 的压力使泵处于不 同的工况下 ， 可完成控制排量、 容积效率、 总效率、 超载 特性 的测试 。调节泵的泄漏 口L回油端的溢流阀 1 3 4 的压力以及读取流量计7 4 的计数可以测试不同工况 下泵的外泄露特性。在液压泵测试过程 中同时采集发 动机相关参数 ， 即可完成此工况下发动机的特性测试 ， 也可通过插装调节泵 的负载完成特定工况下发动机 的 测试。 2 发动机液压泵液压马达联合测试。打开蝶阀 2 O 一 1 O ， 设定插装阀的压力高于测试马达最高负载一定 值 ， 通过换向阀8 和桥式油路块9 控制被测马达的正反 转 ， 通过闭式油路块 l 2 和溢流阀1 3 1 给马达加载。测 试时打开蝶阀1 8 5 双联叶片泵 l 5 开启给闭式油路块 补油， 同时设置溢流阀l 3 3 的开启压力控制桥式油路 块9 的开启。将被测马达的泄漏口L同回油 口L 连接 可测试马达的外泄路特性。调节不同的转速压力和负 44 载， 实时采集发动机 、 液压泵 、 液压马达的测试数据分 析他们的性能对比样本手册分析他们的匹配『青 况。 3 电控系统设计 电控系统由电器柜和操作台以及布线管组成。电 器柜主要用于集中安装电动机启动电路的断路器 、 接 触器、 熔断器、 继电器和变压器等。操作台主要用于安 装各种控制按钮， 指示灯 ， 工控电脑以及P L C 模拟量 、 数字量输入 、 输出接线板 。 西 门子 P L C可扩展 连接 多个模拟 、 数字 、 通讯模 块 ， 可适应试验 台系统扩展开发 的需要 。电控 系统 主 要 用 于调 压 系统 ， 补油 系统 电机 的启 停 以及 转 速控 制。电磁换向阀左右两端 电磁线 圈接两个不同的模拟 量输出接 口， P L C 控制输出接 口的通断， 实现电磁换向 阀换向。采用 P T D控制模块控制 电磁溢流阀设定 系统 负载压力。通过上位机设定P I D 模块的输人值 ， 传感 器检测的真实值做反馈， 控制原理如图3 所示。 图3 负载压力控制 发动机通 过启动按钮启动 ， 启 动后需要立 即断 电 ． ， ● 园●r _ ． ～ ， I ▲ l 3 ● 』 3 ， n 一 6 一 ， Hy d r a u l i c s Pn e u m a t i c s S e a l s ／ No ． 0 3 ． 2 01 6 以免损坏启动电机。为了顺利启动发动机， 点火时间 一 般不超过5 s 。发动机启动模块如图4 所示， 按下启动 按钮 ， 启 动继 电器接通 ， 定时器开始定 时 ， 2 s 后定时器 断开 ， 完成点火。 图4 发动机启 动程序 采用西门子P L C的P I D控制模块控制步进电机改 变发动机喷油泵的调整杆从而改变发动机 的供油量实 现发动机转速控制 ， 控制过程如图5 所示。 图 5 发动机转速控制 4 上位机系统设计 基于 L a b V I E W 的工控上位机主要包括 与下位机 P L C通讯模块 ， 登陆界面 ， 测试选择界 面 ， 控制及参数 设置模块， 信号采集模块 ， 数据处理模块等。工控上位 机主要用于与下位机 P L C 进行数据交换对下位机进行 控制， 采集测试信号并进行数据处理。L a b V I E W基于 图形化的操作界面使上位机控制方便 自动化程度高 ， 界面美观人机友好， 采集数据处理准确。 L a b V I E W与P L C 采用串口通讯 ， V I S A是应用于仪 器编程的标准I ／ 0应用程序接口 A P I ，V I S A是调用底 层驱动器的高层A P I ， V I S I 及串口仪器按照所使用的仪 器调用相应的设备驱动器实现与 P L C的串 口通讯 ， L a b V I E W与P L C 串口通讯程序如图6 所示。 图 6 L a b V I E W 与 P L C串口通讯程序 数据采集模块包括传感器、 信号调理电路、 数据采 集卡和上位机采集程序用于试验数据实时采集 、 记录 和保存。数据处理和分析模块将所采集的数据按照用 户需求进行处理， 数据采集流程如图7 所示。 登陆界面用于试验台保护， 专业实验员登陆用户 名和密码后方可进行试验操作。通过测试选择界面可 以选择发动机测试、 液压泵测试、 液压马达测试及联合 测试 ， 上位机可根据用户选择输出测试方法及 自动采 集测试所需数据。控制与参数设置模块用于对下位机 P L C控制 ， 通过 P L C设定试验 台各元 件的状态参数并 读取P L C 设定参数以实现对试验台的控制。 ． 壁 ．卜 一 发 亘 豳一 动 机 数 动 垂 信 J ＼ 据 力 号 采 工 液 调 集 ＼ 控 压 理 卡 上 综 电 偷 合 路 机 试 叫 验 台 - - t P L C L- 一 控 制 信 号 卜 _ 图7试验台数据采集框图 5 总结 本文设计的发动机动力液压综合试验台性能稳 定 、 可靠 ， 自动化程度高， 功能强大 ， 用途广泛 ， 具有极 大的拓展性 。将传统液压试验 台的电动机改为发动机 不仅使试验环境更加真实， 试验结果更加真实可靠， 而 且增 加了发动机测试功能 ， 可 以检测发动机与液压元 件的性能匹配情况。可广泛应用于设计研发 ， 维修诊 断， 教学科研等多个领域。 参考文献 [ 1 】 L i u H u i ． T h e i m p l e m e n t a t i o n o f C o m p u t e r A i d e d T e s t o f E l e c t r i c Mo t o r s [ J ] ． E l e c t r i c d r i v e ， 2 0 0 2 ， 2 4 4 1 4 4 2 ． [ 2 】 黄琳． 基于虚拟仪器的液压试验台C A T 系统设计[ D 】 ． 杭州 浙江大学， 2 0 0 6 ． [ 3 】 高炳天． 工程机械液压控制系统的技术分析【 J J ． 液压与气动， 2 0 1 2 ， 5 1 1 0 1 1 2 ． [ 4 ] 杨林． 液压泵、 马达及多路阀综合试验台[ D 】 ． 广州 广东工业 大学， 2 0 1 3 ． 【 5 ] 肖丽媛， 赵增宏， 王守城， 等． 液压综合试验台系统设计【 J l _ 液 压与气动， 2 0 1 2 ， 4 4 3 4 5 ． 【 6 ] 阳宝元． 液压泵试验台系统设计[ J ] ． 液压气动与密封， 2 0 1 5 ， 2 2 3 2 5 ． 【 7 ] 高会中． 盾构液压核心元器件性能测试方法研究[ J 】 ． 液压气 动与密封， 2 0 1 4 ， 1 1 5 7 6 0 ． [ 8 】 姚成玉， 赵静一． 试验台液压站电气液压系统的设计与实践 [ J ] ．机床与液压， 2 0 1 0 ， 3 8 8 4 6 4 8 ． 【 9 ] 王佳， 等． 液压齿轮泵出厂试验台的改进[ J 】 ． 液压气动与密封， 2 01 2 ， 1 ． ， 擘 L 三 曾