液压泵试验台系统设计

岳志硕叶凌

摘要：设计了一种液压泵试验台系统，包括液压系统、电控系统和计算机测控系统，对系统的相关元件进行了选型，整个系统简单实用，能可靠、快捷地对液压泵的性能参数进行测试。

关键词：液压泵试验台；液压系统；电控系统；计算机测控系统；

1、液压技术的背景

我国的液压泵的发展与我国液压工业发展是完全同步的，大致经历了三个阶段，每个阶段大致为12年左右。第一阶段是从1965年到1978年左右，这一阶段为创建与自主开发阶段。在70年末先后开发出通轴式轴向柱塞泵、内曲线式低速大扭矩液压马达、高压齿轮泵、球塞马达、叶片泵等等。上海液气总公司下属液压泵厂、液压件厂、高压油泵厂等生产了各种规格的斜盘式、斜轴式轴向柱塞泵、叶片泵、径向式马达等等。在这一阶段开发的CY、ZB泵迄今仍在我国的液压产品市场中，中高压领域占据着一定地位。第二阶段是1978～1990年这一阶段是以引进国外先进技术为标志。在78至87年引进的27项中有17项是液压泵的项目，包括重型柱塞泵、轻型柱塞泵与马达、斜轴式柱塞泵与马达、高压叶片泵与马达、齿轮泵、内啮合齿轮泵、双斜盘液压马达等等。这说明通过这些引进，将我国生产液压泵的性能、参数上了一个台阶，基本上进入25～31.5Mpa的额定压力范围。当然也说明我国液压泵的发展中与国际差距相比，泵方面的差距比阀的差距更大些。然而在这一阶段，尽管技术引进产品性能有了发展，但消化并进一步开发上有差距，产品质量上与国外产品有差距。第三阶段是1990年至今，这一阶段是以与国外著名厂商合资、合作与提高质量为中心，在国内生产的液压泵在性能与质量上都有相当程度的提高。工程机械液压泵是在工程机械液压系统中为液压缸和液压马达提供压力油的一种液压元件。由于当前工程机械需求量日益增加，市场对工程机械液压泵，尤其是高品质的工程机械液压泵的需求越发迫切。对生产高品质的液压泵而言，性能测试是非常重要的环节，因此搭建性能良好的试验台非常关键。这一点适用于各种液压泵的生产和测试，例如对用于中国铁路的大功率柴油机单体泵进行测试的试验台，对柴油机机油泵进行各种测试的试验台，对应用于飞机液压系统中的组合泵进行测试的组合泵试验台等等。工程机械液压泵的研究、开发和试制出后首先需要一个能够对其做性能试验的试验台。试验台的好坏直接影响着被试液压泵的性能指标的真实表示

2、液压泵试验台的设计

2.1试验台基本方案的选择与制定

2.1.1制定试验台布局

由于此次泵试验采用的电机功率较大，即电机的体积较大，使得试验台的体积较大，所以要对试验台的各原件进行合理的布局。因为电机、传感器、备试泵、联轴器的轴线需要在同一直线上，所以这些原件需要放在同一直线上。这样试验台的长度就要比较大，所以油箱采取后置的方法，放在试验台的后部。这样就减少了空间的利用，使得整个试验台系统的布局更合理一些。

同时这样还减少了材料的使用，提高了材料利用率。这样油箱后置，还方便操作，是操作者更方便的进行工作。

2.1.2动力源的选择与要求

根据要求要选择变频的电机，并且要有测速仪，因为由泵吸入的油经过过溢流阀等时要损失部分，一部分要流回油箱。油液的净化装置是液压源十分重要的一个环节。泵的入口装有粗过滤器，进入系统的油液根据被保护元件的要求，通过相应的高压过滤器再次过滤。为防止系统中的杂质流回油箱，可在回油路上设置磁性的回油过滤器。根据液压设备所处环境及对温升的要求，系统考虑了加热、冷却等改善措施。

2.2绘制液压泵试验台的原理

液压泵试验台是由由主油路，辅助控制油路和冷却加热回路三条组成，每个进油口有吸油滤油器，泵的出口装有高压过滤器，由滤芯和压力继电器来组成。当滤芯被堵后，压力升高，压力继电器闭合，发出报警。

3、试验装置的设计原理

应急液压泵试验装置应能按照试验要求调节油液温度和压力、力矩、电压、电流等参数，还应具备以下功能:自检测功能(对试验参数进行自动检测)、自保护功能(避免出口压力、油液温度、工作时间等超标)、监控功能(对检测全过程进行跟踪)。

为此，应急液压泵试验装置由液压部分、电动加载部分和控制柜组成。

4、液压系统参数和元件选型

根据客户要求确定液压系统的相关参数:电机1的额定功率为1.5kW；电机2的额定功率为18.5kW；电机3的额定功率为110kW；电机4的额定功率为1.5kW；先导溢流阀的额定压力为350bar；远程调压阀额定压力为315bar；油箱容量为2000L。各液压元器件的具体选型如表1所示。

表1液压系统关键元件

5、主要技术难点

5.1油箱增压压力控制

试验时需保持油箱增压压力为MPa.而在实际工作过程中，油箱的油液体积动态变化，会使得油箱增压压力也动态变化。

因此，设计了增压压力控制装置。气源由通用冷气瓶提供，用增压减压阀控制增压气路的通断，气压调节阀使冷气瓶来的增压空气降压到0.2MPa，单向安全活门防止液压油箱增压压力过高，当油箱增压压力超过0.22MPa时，安全活门打开放气，从而实现了增压压力的动态调节。

5.2管路、附件集成的问题

应急液压泵试验装置具有高油温、大功率的特点。若采用传统的管式连接，设备的连接管路数量众多，油泵运行后，由导管传导和局部共振所引发的噪音很大。

为此，在试验装置设计中，根据各部分液压参数，设计了三类管路集成块:高压管路集成块、低压管路集成块和控制管路集成块。在集成液压油路块内按原理图加工连接管路和连接螺钉孔，将液压元件安装在液压油路集成块上，从而大幅度减少管路系统连接附件数目，降低系统噪音、泄漏和功率损失。

5.3加载力矩的稳定控制问题

在对应急液压泵电机进行试验时，需要加载4N•m的扭矩，磁粉制动器、扭矩传感器、转速传感器、应急液压泵电机采用同轴连接方式，由于制造和安装误差，很难保证其同轴度要求，电机在转动过程中，负载扭矩必然发生周期变化，幅度可能超过规定要求。

针对这一问题，在尽量保证转动件同轴度的情况下，转轴的连接采用万向接头，减小安装连接时的径向应力，同时设计力矩控制回路，扭矩传感器测得的实时力矩与设定值比较后，输出控制信号改变磁粉制动器的激磁电流，从而控制应急液压泵电机的加载力矩在规定范围内。

6、性能试验及结果分析

利用该试验台对维修后的力士乐液压泵(型号为A7VO250LRD/633-RZB01)进行性能测试，得到的压力-流量特性曲线如图1所示。

通过分析图5中所示的压力-流量曲线可以得出以下结论:

(1)当加载的压力小于12MPa时，泵的流量随系统压力的增加略有减小，这是由泄漏量随着泵压力增加而增加所造成的；

(2)当加载的压力超过12MPa时，泵的流量随系统压力的增加以较快地速度减小，这是由于该阶段泵处于恒功率控制状态，泵的输出压力和输出流量的乘积基本恒定；

(3)当加载的压力到32MPa时，泵的流量迅速减为零，同时压力也无法继续升高，这是根据客户的要求把泵的切断压力设定成了32MPa。

测试结果表明该泵经过维修后性能良好，压力和流量正常，可以投入使用。

7、总结

本试验台将传统的液压测试技术和计算机、传感器技术有效地结合起来，利用计算机进行数据处理，能高效、准确、快捷地对液压泵的排量、容积效率、总效率、压力、外泄漏等性能参数进行有效测试。试验台结构简单、成本低廉，目前已经在某一液压泵维修厂运行了一个月，效果良好，可以广泛用于液压泵的测试场合。

图1压力-流量特性曲线

参考文献

[1]液压泵、马达试验台及测控系统设计[D].王国才.浙江大学2013

[2]液压阀型式试验台控制特性的研究[D].王连.沈阳工业大学2013

[3]液压马达型式试验台控制特性的分析与研究[D].薛洪亮.沈阳工业大学2013