电控液压泵的计算机性能检测系统研究.pdf

2 0 1 2年 7月 第 4 O卷 第 1 3 期 机床与液压 MACHI NE T0OL HYDRAULI CS J u 1 ．2 01 2 Vo 1 ． 4 0 No ． 1 3 D OI 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 13 8 8 1 ． 2 0 1 2 ． 1 3 ． 0 1 5 电控液压泵的计算机性能检测系统研究 易建钢，徐萍 江汉大学机 电与建筑工程学院 ，湖北武汉 4 3 0 0 5 6 摘要 电控液压泵是液压系统的心脏。为了提高液压系统可靠性，降低系统失效的风险，给电控液压泵的检修和维护 提供可靠的技术保障，针对电控液压泵的性能检测问题，分析电控液压泵系统的工作原理，研究其性能检测内容 ，设计性 能检测试验台，并开发计算机性能检测软件。应用结果表明所开发的系统不仅可直接应用于企业生产现场，解决生产中 的实际问题，还可提高电控液压泵设备利用率和可靠性，具有较好的应用价值。 关键词电控液压泵；性能检测；计算机测试系统 中图分 类号 T H1 6 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 1 3 8 8 1 { 2 0 1 2 1 3 0 4 8 4 Re s e a r c h o n t he Co mpu t e r Te s t Sy s t e m f o r El e c t r o n i c Co nt r o l Hy dr a u l i c Pu mp YI J i a n g a n g，XU P i n g S c h o o l o f E l e c t r o m e c h a n i c a l a n d A r c h i t e c t u r a l E n n e e fi n g ， J i a n g h a n U n i v e r s i t y ， Wu h a n Hu b e i 4 3 0 0 5 6．C h i n a Ab s t r a c t E l e c t r o n i c c o n t r o l h y d r a u l i c p u mp i s t h e h e a r t o f h y d r a u l i c s y s t e m．T o i mp r o v e t h e r e l i a b i l i t y o f h y d r a u l i c s y s t e m a n d d e c r e a s e t h e ris k o f s y s t e m f a i l u r e ，a n d t o p r o v i d e r e l i a b l e t e c h n i c a l s u p p o f o r r e p a i r a n d mmn t e n a n c e ，t h e p e r f o r ma n c e t e s t i n g p r o b l e m o f e l e c t r o n i c c o n t r o l h y d r a u l i c p u mp s h o u l d b e s o l v e d ．T h e wo r k p ri n c i p l e o f t h e e l e c t r o n i c c o n t r o l h y d r a u l i c p u mp s y s t e m wa s a n a l y z e d，t h e p e rf o r ma n c e t e s t i n g c o n t e n t w a s r e s e a r c h e d，t h e t e s t b e n c h w a s d e s i g n e d a n d t h e c o mp u t e r t e s t s o f t wa r e wa s d e v e l o p e d ．Th e a p p l i c a t i o n r e s u l t s s h o w t h a t t h e d e v e l o p e d s y s t e m h a s g o o d v a l u e ，w h i c h C an n o t o n l y b e u s e d d i r e c t l y i n e n t e r p ris e t o s o l v e t h e p r o d u c t i o n p r o b l e m ，b u t a l s o i mp r o v e t h e e q u i p me n t u t i l i z a t i o n a n d r e l i ab i l i t y ． Ke y wo r d s E l e c t r o n i c c o n t r o l h y d r a u l i c p u mp；P e rf o rm a n c e t e s t i n g ；C o mp u t e r t e s t s y s t e m 电控液压泵是液压系统中用来增加液体能量的重 要构件，它把原动机的机械能转换为液体能量，达到 输送液体及提高液体压力的目的，是整个液压系统的 动力源。电控液压泵具有功率大、体积小、质量轻、 响应快、精度高及抗负载刚性大等优点，在机床、冶 金工业、工程机械、塑料机械、航空航天、舰船等许 多重要领域得到广泛应用 。 由于电控液压泵是系统 的 “ 心脏” ，其性 能对 整 个系统具有决定性的影响，并将直接影响到系统的稳 定性 。同时 ，电控液压泵性能 的好坏也直接影响到整 个系统其他元件的寿命和系统的生产效率。电控液压 泵的意外失效会导致生产效率的大幅降低，严重时还 会对设备及人员的安全构成威胁 。利用计算机性能检 测技术，可以大大降低维护人员的劳动强度，减少不 必要 的停机 维 护次数 ，从 而 大大 提高 系统 的工 作效 率。因此 ，对电控液压泵的计算机性能检测系统进行 深入研究，对于提高液压系统的安全性具有十分重要 意 义。 1 电控液压泵工作原理 早期的电控液压泵的性能检测主要是靠维修工程 师利用极简单 的仪器、仪表和凭个人 的实践经验完 成 ，测试结果不准确，主观性强。近年来，随着液压 设备向高速、高精度、自动化方向发展，对液压元件 性能检测的要求也越来越高。传统的检测方法和手段 已无法满足实际应用的需求，采用计算机技术进行电 控液压泵性能检测已成为当前发展的主流。 电控液压泵的计算机性能检测的任务是利用计算 机建立一套数据采集和数字控制系统，与检测试验台 连接起来，由计算机对各试验参数 ，如压力、流量、 温度、转速、转矩等参数进行数据采集、量化和处 理 ，并输 出测试结果 。在测试过程中 ，计算机还 可根 据数字反馈或人 工输入要求对测试过程进行控制 ，从 而达到计算机密切跟踪和控制试验台及试件状态的 目 的，并以高速高精度完成对电控液压泵的性能测试。 图 1 为某液压系统的工作原理图，其中电控液压 泵是系统的核心部件，关系到系统工作性能的好坏。 收稿 日期 2 0 1 1 0 6 0 7 基金项 目湖北省教育厅科研项 目 D 2 0 1 1 4 5 0 2 ，X D 2 0 1 0 2 4 8 ；武汉市科技攻关项目 2 0 1 1 5 0 6 9 9 1 8 9 0 9 作者简介易建钢 1 9 7 6 一 ，男，博士，副教授，硕士生导师，主要研究方向为机电液系统测试与控制、人工智能、设备 故障诊断等。Em a i l y j g _ w h y e a h ． n e t 。 第 1 3期 易建钢 等电控液压泵的计算机性能检测系统研究 4 9 l 一 电机卜油箱卜电控液 压泵4 一 单 向阀5 一 两位 两通 卸衙 阔 6 一比例溢流阀 7 一压力表 B -精过滤器 9 一电液伺服阀 1 0 ～双向 液控单向阔 l 1 一油缸l 2 一蓄能嚣1 卜 截止阁 l 4 一两位三通 比例换 向阀 l 5 一两位两通 比例换向阀 l 6 一三位四通手动换向阀 l 7 一手动泵 图 1 电控液压泵工作原理 可以看出系统的液压油源是由电控液压泵、溢 流阀、卸荷阀及精过滤器等组成。电控液压泵 3采用 双联泵 ，由电机 1 驱动 ，油泵出来 的压力油经过滤器 8到电液伺服阀 9 。系统 的压力 由溢流阀 6 ． 1 设定， 由压力计 7 ． 1 指示。当系统的压力达到卸荷阀5的控 制压力 时 ，卸荷 阀 5接通 油路 ，电控液压泵 3的第一 级泵输出的油仅克服大气压力回到油箱。如果系统的 油压下降时，卸荷阀5 关闭，双联泵的第一级又 自动 恢复向系统供油。电液伺服阀9根据输入信号的大小 来控制工作油缸 1 1的动作。伺服阀输 出油 口前装有 一 对液控单 向阀 1 0 ，其作用是当系统压力意外失落 时，两个单向阀关闭油缸进出口油路，液压缸的活塞 被油液锁住 ，与之连接的输出轴会原位不动，可以防 止系统 的误 动作 。 2 电控液压泵性能检测 内容 根据图 1 所示的电控液压泵工作原理，如果仅将 电控液压泵看作一个被试系统，而不考虑这个系统输 入输出信号的具体物理意义，则其性能检测内容可以 综合为控制特性检测、静态特性检测和动态特性检测 三大类 1 控制特性检测。液压泵 的控制输 出量与控 制输入量之间的关系，称为控制特性。控制特性检测 是单输入单输出的系统模式。 2 静态特性检测。液压泵在某一设定的控制 输入量下，其控制输出量在稳态下的性能，称为静态 特性。静态特性检测是多输入单输出的系统模式。 3 动态特性检测。它用于检测液压泵的动态 性能。动态特性检测中，输入信号可以是控制输入量 的阶跃信号，也可以是频率可变的正弦信号。输出信 号是被试元件对输入信号的动态响应。 根据实际的输入输出信号特征，以上检测内容又 可细分为多个小 的检测项 目，对应的检测条件 、检测 操作和参数要求见表 1 。 表 1 电控液压泵性能检测项 目 由于电控液压泵计算机性能检测系统的核心是数 据采集系统，因此在构建计算机性能检测系统前，需 要分配好各个 A ／ D和 D ／ A通道。根据表 1中的各项 检测项目，确定数据采集卡的通道配置如表2 。 5 0 机床与液压 第 4 0卷 表 2 通道 配置 3 计算机性能检测系统设计 图 2 系统功能模块图 图3 计算机性能检测系统图 在电控液压泵的计算机性能检测系统中，以计算 机为核心，通过高速数据采集卡获取现场传感器的 A ／ D和 D ／ A数据。在所开发的计算机软件的支持下， 进行信息的收集 、整理 、存储 、检索、更新 、加工、 分析、统计和传递等操作，并完成电控液压泵的各项 性能参数的检测任务；通过液压泵性能检测软件将测 试过程中存在的3个要素人、计算机和数据有机 地联系在一起 ，从而可极大地提高电控液压泵检测效 率，降低操作人员的工作强度。电控液压泵的功能模 块图和计算机性 能检测系统 图分别见 图2和 3 。 4软件实现 根据上述电控液压泵的性能检测要求，作者设计 了电控液压泵的计算机性能检测软件，该软件的开发 和运行环境如下 1 硬件平台 根据可靠性 要求，使 用一 台工 业控制计算 机 I P C 。主要配置如下 C P U奔腾 I V一 2 ． 8 G或更高 ； 内存1 G或更高； 硬盘空间 1 6 0 G或更 高 ； 显示分辨率 1 0 2 4 7 6 81 6 位 色 ； 数据采集卡 P C I 9 1 1 8 ； 其他设备 键盘 、鼠标 、打印机 。 2 软件平 台 操作 系统 Wi n d o w s X P或 Wi n d o w s 2 0 0 0 。 3 开发平台 编程工具 V C6 ． 0 ； 其他 P C I 9 1 1 8 驱动程序及 A P I 文件。 图4为作者为某企业开发的电控液压泵性能检测 系统试验台，图5为计算机检测软件主界面。该系统 已投入运行 1 年 以上 ，实际运行情况表 明 该系统设 备及软件使用正常，能够很好地完成电控液压泵的压 力流量特性测试 、控制特性测试和动态特性测试 ，提 高了生产率 ，降低了维修成本和工作强度 ，提高了综 合经济效益。