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学号： 遮蔽肩垫
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日期： 放血刀
2015年5月
一、背景描述
液压传动系统具有结构简单、传动比大、运行平稳、易于实现无极调速和自动化等优点，已经广泛应用于各个工业领域。但液压系统的测试与维护一直是难题。液压测试系统可以提取液压系统的特征信号，以便及时发现故障或隐患，具有重要的工程应用意义。 液压计算机辅助测试（CAT）技术在液压系统状态监测中的应用越来越广泛。液压CAT，所涉及范围包括液压、自动控制、微型计算机、数字信号处理、可靠性等学科、它具有测试精度高、测试速度快、性能价格比高、测试的重复性和可靠性高及适宜在线动态测试和状态监测等特点，是当代的主流测试系统，本文分析的就是一套柱塞泵计算机辅助测试系统。 二、测试目的和要求
1、 液压系统测试的目的
液压技术已广泛地应用于各种工业装备的液压控制系统领域，液压元件和系统的性能直接影响了装备的质量与控制水平。因此，对液压元件、组件和液压系统的性能参数进行测试、分析与监控，就成为工业生产与应用领域的重要环节。由于液压元器件大多属于高阶
非线性系统，其内部油液流动复杂，软参数选取困难，使液压元件特性的理论计算结果与实际状况存在较大的差异。因此，研究中往往注重对液压元件特性进行实际测试，实测的结果较之理论计算结果更切合液压元件的真实性能。因此，试验研究的结论对于液压元件与系统的设计、调整、改造以及检测和故障诊断都具有重要意义。 2、 液压系统测试的要求
型式试验的主要目的是要全面掌握产品的结构完整性、工作性能和耐久性，确定设计或生产能否定型，它的试验条件较为严格。试验项目主要包括静态特性试验、动态特性试验、结构完整性和耐久性试验，试验结果为产品的特性曲线，其测试精度较高，可作为科研开发、设计定型和生产定型的手段。此测试系统测试类型为型式试验。
液压试验的作用主要考核被测试元件或系统的各种输入输出特性是否满足预定的要求或规定的指标。我国有关液压泵的试验标准有：液压泵、马达空载排量测定方法GB7936-87、液压叶片泵技术条件JB/T7039-93、液压叶片泵试验方法JB/T7040-93、液压齿轮泵技术条件JB/T7041-93、液压齿轮泵试验方法JB/T7042-93、液压轴向柱塞泵技术条件JB/T7043-93、液压轴向柱塞泵试验方法JB/T7044-93等。
一般来说不同的液压泵有不同的测试方法标准，即使同一类型，不同额定压力的液压泵的测试方法也不完全相同，但是多数液压测试系统都会对以下几个方面进行测试。排量试验、耐压试验、变量特性试验、效率试验、超速试验、超载试验、泄露试验、冲击试验和阶跃响应试验。该测试系统测试项目包含了上述九中试验，可以满足绝大多数的测试需求。
三、测试总体方案
液压测试系统一般由能源单元、被试液压元件单元、液压试验装置单元、加载装置单元、传感器单元、信号源单元、数据采集及处理单元、显示记录及打印单元八个部分组成。
1、 能源单元
能源单元指电能系统，主要是为试验系统提供动力源。
2、 被试液压元件单元
本系统即指被试变量柱塞泵，测试系统的其他部分是根据测试对象的性能检测需要设计的。
3、 液压试验装置单元
液压试验装置单元包括液压泵站、管道、各类控制阀、原动机转速调节装置以及过滤器、热交换器等辅助装置组成。试验系统应能满足相应的液压元件稳态和动态试验的要求。
4、 加载装置单元
液压测试中需要模拟实际负载工况，试验系统中就是靠加载装置单元来买现的。
5、 传感器单元
把各种非电物理量转换为电信号的器件称为传感器、在液压技术范畴内，表征被试液压元件特性的物理量，一般有压力、流量、转速、转矩以及温度等非电量，都需要相应的传感器转换成电压信号，然后经过放大、转换、显示、记录或控制。
6、 信号源单元
信号源单元提供稳、动态测试所需的诸如三角波、正弦、方波以及白噪声等激励信号。激励信号通过比例放大器来控制电一一机械转换器，从而实现对执行装置的各种控制。
7、 数据采集及处理单元
该单元通过对传感器等有用数据的采集，和对采集到的信号作数据处理，以获取被测元件的稳、动态特性的主要技术指标。它常由数据采集卡、测量放大器、有源滤波器、A/D或D/A转换器、随机存储器、计算机或其他数据、信号处理分析仪器构成。
8、 显示记录及打印单元
显示记录及打印单元包括各类模拟式或数字式仪表，或者是计算机屏幕、打印机、绘图仪等。
由于变量泵性能试验项目测试的参数有压力、流量、温度、转速、转矩、液位等，被测试量分布广，数目多且多为动态信号，因此测试系统应具备一定的自动化水平，此变量泵性能测试系统组成如表所示：
变量柱塞泵测试系统构成 |
| 液压试验系统 | 测控系统 |
| 动力部分 | 台架部分 | PLC系统 | 工控机系统 |
构成 | 油源装置 拖动装置 温度控制装置 | 试验回路 被测泵安装座 加载装置 测试连接点 | PLC 编程软件 | DAQ数据采集卡 端子板 应用软件 传感器 |
| | | 电弧发生器 | |
变量柱塞泵性能测试系统由液压试验系统和测控系统两部分组成。液压试验系统动力源采用变频电动机，并采用变频调速；试验台的液压试验回路采用闭式试验回路，由比例溢流阀或比例节流阀加载。测控系统由PLC系统和工控机系统两部分组成。工控计算机是整个测控系统的数据处理中心和控制信号发出装置，同时也是系统与用户进行交流的平台，上述的控制信号单元、数据处理单元、显示及记录仪器单元都集成在这一部分当中。工控机发出控制信号，实现测试过程的自动化，完成试验数据的采集、处理和分析，输出用户所需的试验结果及试验曲线，同时工控机还是人机交互的平台，用户可以通过工控机进行试验的选择、参数的设置、以及对试验过程进行相关的控制和调节等。PLC是整个测控系统的桥梁，它通过对来源于工控机及传感器的数据信息进行分析处理，调节测试平台中的各执行元器件的参数和状态，使液压试验平台的各项性能参数，达到试验要求。
此柱塞泵性能测试系统根据相应的试验步骤，自动完成试验，实现测试过程的自动化。同时监控测试系统的整个测试过程，当试验系统出现异常情况时，及时做出相应处理，确保试验过程的安全进行。变量柱塞泵性能测试系统方案总框图如下图所示：
四、测试原理分析mp3机
此柱塞泵性能测试系统以液压试验平台为基础、以工控机为数据处理和控制单元，并提供人机交互平台；PLC为现场控制的桥梁、DAQ数据采集卡为接口电路。变量柱塞泵性能测试系统整体结构如图所示。
从整体而言，变量柱塞泵性能测试系统分为两大部分，一是液压试验平台，其详细结构前面已有阐述；二是测控系统，包括各种传感器和接口电路、PLC系统、工控机系统，各部分相互配合，实现变量柱塞泵性能测试的自动化。
变量柱塞泵性能测控系统的优点在于采用工控机和PLC联合控制的方式，各种传感器采集来的数据通过输入数据采集卡进入工控机，工控机对采集来的数据进行处理分析，并根据试验要求，发出控制测试平台中各执行器件的信号，该信号通过输出采集卡后不直接控制各执行器，而进入PLC系统，通过PLC系统控制各执行器的运行。当工控机死机或程序跑飞时，PLC系统将锁死整个测试系统，这时工控机发出的信号将不能控制执行器，以此防止出现危险情况。由于PLC具有较高的控制稳定性，采用这种模式将大大提高了整个测控系统的运行可靠性。同时PLC系统压力、流量、温度、液位等信号进行检测，发出温度、液位等各种报警信号，提示操作人员进行相应的冷却、回收落地液压油等操作。PLC与工控机联合控制的模式，不仅发挥了PLC控制精度高、抗干扰能力强、可靠性好的特点，而且充分利用了工控计算机良好的数据分析和处理的能力。使本测试系统既具有较高的效率和数据处理分析能力，又具有较好的运行可靠性。
五、技术特点分析
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第一，利用计算机控制具有转速反馈的可编程变频器控制高速变频电机，实现被测试泵转速的无级调节。克服了采用传统调速电机通过变速箱增速噪音大、效率低等缺点。具有转速控制精确、调速范围广、效率高、噪音小、可扩充性强等特点。
第二，以数字计算机为核心，利用计算机工业控制、电液比例控制等技术，实现液压泵测试工况的自动转换和系统压力、流量、温度等参数的控制和自动调节，具有精度高、智能化程度高、人机界面友好、操作维护方便等特点。
第三，利用隔离、远距离传输技术实现测试系统的远距离控制，也就是将动力装置及管路系统安装于远离主控计算机的隔离舱内，实现系统的降噪。
第四，利用计算机数据采集处理技术和传感器技术，实现液压泵输出参数和特性曲线的实时显示、误差分析。可确保测试的准确性和可信度。
第五，采用可更换的油泵连接座，使系统具有强大的可扩充性，通过修改软件和更换相应的连接座，实现各种类型液压泵 ( ZB-16、ZB-34、YZB-20)性能的测试和调整。
冰鲜台第六，测控软件在WINDOWS环境下用LabVIEW编写。主要包括菜单模块、硬件控制模块
、测试模块、结果处理模块等。具有友好清晰的图形用户界面，测试系统所需要的各种功能分门别类地放在窗口的下拉式菜单中，用户不必记忆每个任务所需的具体的命令，只需点击相应按钮即可。
六、测试效果及评价
该试验平台以工控机、PLC控制器及数据采集卡为硬件基础的、高度自动化的变量柱塞泵性能测试系统。测试系统具有手动/和程控两种工作模式选择，具有315KW和110KW两种工位选择，即方便用户又节能。该系统以研华IPC-610型工控机为上位机，利用LabVIEW软件开发了一套计算机性能测试软件，通过研华的模拟量输入信号采集卡PCI-1713采集高速数据，在软件中对数据处理后，通过数据量输出信号采集卡PCI-1734和模拟量输出信号采集卡PCI-1734输出控制信号给PLC，此系统采用西门子57-300型PLC，PLC系统通过输入模块接收到上位工控机传来的控制信号后，再通过输出模块传给各执行器，实现试验的自动化操作。利用LabVIEW软件开发的测试软件具有很好的人机界面，操作人员可在此对试验进行必要的操作，另外还可实现试验数据的显示，存储及报告的打印等功能。下图所示为本测试系统液压试验平台整体结构。
1、 变量特性试验
恒压变量泵在出口压力未达到设定压力前是一个定量泵，向系统提供最大流量，当达到调定压力时，不论负载所要求的流量发生或大或小的变化，泵保持出口压力稳定。从图中曲线可知，测试变量泵的变量特性是满足要求的。
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