液压传动与控制实用技术课件：液压系统测试技术 -

液压系统测试技术【学习目标】

液压测试是工程测试技术的重要内容，其测试指标是对机械装备液压传动与控制系统设计与运行状况的直接评价，为工程应用中液压系统故障诊断、分析与改进提供理论指导。【学习要求】掌握液压系统基本参数的如压力、流量、温度等测量的基本方法；熟悉各类传感器的原理和选用；了解各类液压测试仪器及装置的工作原理及应用；了解液压系统测试系统的软硬件组成、特点及工程应用。8.1液压测试技术概述随着现代工业的迅速发展，液压传动和控制装置的应用领域不断扩大，对液压元件和系统的性能所提出的要求也越来越高。因此，开展液压传动与控制领域的基础研究、设计和研制合乎技术要求的产品以满足各种用途的需要，自然就成为液压科技人员的重要任务。在上述这些工作中，液压测试和试验都是不可缺少的重要环节。在液压测试及试验中，除了要定性观察系统的物理现象外，更重要的是要对运行过程中许多有关的物理参数进行精确的定量测量。如果没有有关物理量的先进测试方法和测量装置，包括先进的数据处理方法和相应的设备，当然也就没有先进的液压测试技术。另外，在电液伺服控制系统中，要对被控参数进行测量，并将测量结果反馈到输入端的误差检测器上，与设定值或输入变量进行比较，以达到精确控制的目的。一个伺服系统的控制精度，在很大程度上取决于测量反馈精度。因此，被控物理量的测量装置也是电液伺服系统的重要组成部分。8.1.1液压测试技术基础1.液压测试技术的概念

通过人的主观能动性和所具有的技术水平(包括知识、经验丰富的程度、正确的使用和维护保养所需设备等)将液压设备与测量系统有机地结合起来，为有效地完成规定的实验目的服务的一整套技术统称为液压测试技术。人和设备是相辅相成的，但人是起主导作用的。人的渊博知识、对新技术的敏感、丰富的实践经验、实验工作的能力等是液压测试技术的基础，只有发挥人的主观能动作用才会有高质量的实设备和先进的测量系统，液压测试技术也才能发展得更完美。2.液压测试设备液压测试设备是指在液压实验中，为完成一定的实验目的所使用的设备的总称。它主要包括三部分：实验对象、基本设备和辅助设备。1）测试对象它可以是实际应用的液压元件和系统、新研制的样机；也可以是为某实验目的而专门设计的实验装置，如喷嘴一挡板阀压力静特性实验装置等，这些俗称被试件。2）基本设备它们是进行液压测试时必备的主要设备。包括有液压源、实验台和油箱等。3）辅助设备它们是为达到一定的实验目的所需要的一些附加设备，如加载装置、冷却和加热装置、过滤装置、环境模拟实验设备和安全保护装置等。3.液压测试方案确定根据要进行测试的机械设备液压系统的技术特点和工作性能,为了使测试工作能在最佳的条件下，高效率、低成本地圆满完成，事前要对整个液压测试实验工作进行计划和设计，这就是所谓的“液压测试方案设计”。它包括的内容有：1)制定测试工作计划

2）拟定测试实验大纲3）测量仪器的选择及标定4.测试报告编写与分析测试实验报告是测试工作的成果，是最后的表达形式。测试实验报告一般应包括的内容有：1）测试实验项目2）测试实验液压回路及测试线路包括液压回路及测试的工作原理说明；组成油路各元件的选择和简单计算；传感器、测量仪器的选择，包括型号、精度级别以及校准、标定方法和特性曲线等。3）测试实验装置及实验方法简介4）实验条件的说明包括工作油液牌号、粘度、实验油温、室温等。5）实验所测数据包括数据表格、特性曲线、照片等。6）测试实验结果分析

此项应包括：实验数据误差分析；实验应得出的结论；实验中存在的问题和改进意见。7）测试实验日期、地点、实验主要负责人和参加人签字8.1.2液压测试系统组成随着液压技术的广泛应用,对液压元件、液压系统的分析和试验以及性能测试就显得尤为重要。液压测试系统通常由试验装置、测量装置和数据处理装置等部分组成。一般的液压测试系统如图8.1所示。8.2液压系统基本参数的测试及测试仪器8.2.1液压系统中压力的测试在液压测试实验中，压力的测量是极为重要的。根据测试实验系统中压力变化的情况，不外乎有稳态压力和瞬态压力两种。液压系统的压力是所有液压执行器的工作动力,也是大部分液压控制元件的控制动力,它存在于液压元件密封的容腔和连接液压元件的管路内,反映着液压系统的工作状态,是整个系统的重要信息。1.应用压力表测试系统压力这是一种常用的压力测量仪表,图8.2所示为其结构原理。其信号传递过程如图8.3所示。2.液压测试用压力传感器及其应用基于各种检测原理发展起来的压力传感器是液压测试技术的核心,它将压力信号转换为电信号并利用二次仪表而对液压压力进行测试。可用于液压压力测试的检测原理有许多种,每种检测原理又有不同的检测方法,再加上基于同种检测原理和方法的传感器又可以有结构形式、所用材料和制造工艺等因素的不同,因而构成了压力传感器的多种多样。现在液压系统中广为使用的压力传感器主要有电阻式、压阻式和压电式等型式。1)应变式压力传感器应变式压力传感器是电阻式压力传感器的一种。应变式压力传感器的结构如图8.4所示。2)压阻式压力传感器压阻式压力传感器是利用金属导体或半导体材料受到压力作用而产生的压阻效应,将压力变化变换成电阻的变化,进而通过对电阻变化的测试而实现对压力的测试。3)压电式压力传感器压电式压力传感器是利用具有压电效应的压电器件作为敏感元件,它将被测压力转换为电荷,产生静电电位差,进而通过测量电路对压力进行测试。3.液压系统测试压力时传感器的合理使用由于各种液压系统中工况的不同,压力变化的多样,和压力测试的目的也不尽相同,加之压力传感器品种的繁多,规格和技术性能的不一和价格差别的巨大,因此,要选择合适的压力传感器并非易事。但是,只要遵循正确的方法,用经济的价格购买到满足使用目的、压力量程、准确度等级和工况要求的压力传感器还是可行的。1)根据液压测试欲达到的目的选择液压系统中压力测试有不同的目的,对不同目的的压力测试应选择不同类型的压力传感器。2)根据液压系统的工况选择确定压力传感器的类型后,重要的是根据系统的工况选择压力传感器的参数。8.2.2液压系统中流量的测试流量也是液压技术领域中的一个重要的物理量，它表示流体在单位时间通过某一截面的量的大小。若在时间间隔Δt=t2-t1内通过某一截面的流体量为ΔV=V2-V1，则流体的平均流量Qr和t1时刻的瞬时流量Qr1分别为:1.液压系统测试用传感器1)差压式流量计2)容积式流量计

3)涡轮流量计4)质量流量计

5)涡街流量计6)超声波流量计7)热膜(丝)流量计2.液压流量测试仪表的合理选用液压流量测试仪表的选用原则是根据被测流体介质的性质、测量条件、安装环境条件及对被测参数的准确度、可靠性、经济性要求选择流量测试仪表的品种类型和根据被测流体的流量、压力、温度、流程、管径及配管情况等选择流量计的规格。1)液压流量测试仪表品种类型选择2）液压流量测试仪表规格选择8.2.3液压系统中温度的测量1.基本概念1)温度

温度是反映物体分子热运动的一个物理参数，它只能通过物体的某些物理性质随温度变化的特性来加以间接的测量。利用来测温的物体的物理性质应当是温度的单值、连续函数，而且复现性好、便于精确测量。比较常用的有：物体的热膨胀、两种不同导体相接触的热电效应以及物体的热辐射等物理性质。此外，还有应用谐振频率、激光以及其他物理性质来测温的。2)温标的概念及种类

温标是温度的数值表示，它规定了温度的读数起点(零点)和测量温度的基本单位。各种温度计的刻度值均由温标确定。在国际上，温标的种类很多，如摄氏温标、华氏温标和热力学温标等。2.常用测温仪表测温仪表按其测量范围将测量550℃以下的仪表称为低温温度计，一般就叫温度计,测量高于550℃以上的仪表称为高温温度计，一般简称高温计。按其作用原理分为接触式(仪表的测量元件与被测物接触)和非接触式(测量元件不与被测物相接触)两类，如表8-1所示。8.2.4液压系统测试装置液压系统的原位测试是常用的液压系统检测方法。由于原位检测通常利用便携式检测仪器直接对液压系统进行测试,机件不需拆离机械,所以这种测试方法尤其适用于复杂机械液压系统的的检测。1．测试装置组成和特点装置由测试系统与数据处理系统组成。测试系统包括集成式涡轮流量传感器、SENSYM公司的硅应变式压力传感器、热电阻Pt100温度传感器以及安全阀、模拟加载的加载阀等。2．集成式流量、压力及温度传感器组为减少泄漏,增强仪器的整体性,将压力传感器、温度传感器安装在涡轮流量传感器的壳体上,组成三位一体传感器,以满足在同一点、同时高精度测出压力、流量、温度的要求。整个传感器组的结构见图8.5。1）涡轮流量传感器涡轮流量传感器响应速度快,传感器精度5‰,承受工作压力可达40MPa,流量范围12～350L/min,能满足工程装备液压系统测试要求。2）压力传感器采用BP100硅压力传感器,直接通过图8.5的压力接头口7以螺纹连接安装。3）温度传感器采用铂热电阻温度传感器Pt100,稳定性好,传感器精度5‰,测温范围0～150℃。4）功率测试原理

3．数据处理部分设计测试系统是单片机应用系统,设计时把温度、压力信号处理由硬件电路通过数据锁存器、译码与驱动器来处理,系统运行速度快。流量信号的处理、温度和压力信号的选通以及功率的运算由AT89C52运算处理。其硬件框图如图8.6所示。4．系统软件设计该测试系统是一种基于单片机的应用系统,主要配置有采集电路、显示器、按键、打印机,相应的软件有采集、控制、数据处理、显示、打印等。软件部分主要包括监控程序和系统测控处程序。1）监控程序监控程序完成系统操作前的准备工作。1)初始化,将系统中所有的命令、状态以及有关的存储器单元置位成初始状态；2)系统测试,利用测试程序检查程序存储器、数据存储器以及硬件功能是否正常；3)提示符显示,当完成初始化和系统测试正常后,显示器上显示正常标记。2）系统测控处理程序1）测控功能程序,系统直接完成测量流量、压力、温度,处理运算功率值,存储记忆；2）外设功能程序,外部设备的控制程序、显示和打印等。5．集成式液压测试系统的应用集成式液压系统测试装置主要用于液压系统和发动机-油泵组的状态监测和故障诊断,在使用中可通过管路接口附件串接或并联于液压系统中。图8.8测试回路表明系统出现泄漏,泄漏量包括油泵、溢流阀、控制阀及执行元件(油缸、油马达)的内泄漏之和；如果各控制阀在所有工位上流量读数Qi均较小,即表明溢流阀出现故障。8.3液压系统测试工程应用实例8.3.1矿用支架液压件CAT测试系统随着现代化煤炭开采业的发展，综合机械化采煤设备的工作可靠性显得尤为重要，液压支架的工作可靠性直接影响着采煤工作面的推进速度，影响着支架对顶板的支护性能，影响着对顶板管理的质量。液压支架的关键液压元件是“三阀一缸”，即操作阀、安全阀、液控单向阀、立柱和各种千斤顶，其工作性能的好坏直接影响着液压支架在支护承载过程中的支撑能力、恒阻性和让压性。由于现有液压支架在使用中缺少先进的质量检测手段，设备下井后一些主要元件如立柱、千斤顶以及各种阀会经常出现故障，严重影响了矿井的高产高效。因此提出一种测试手段先进，试验数据准确，自动化程度高，操作方便的支架液压元件CAT综合测试系统。1．液压测试系统结构设计测试系统结构布置如图8.9所示，主要由乳化液供液系统、阀试验系统、外加载压机、油压系统、电控系统以及计算机数据采集与处理系统等组成。系统液压原理图如8.10所示，电动机13带动乳化液泵12做注液用，泵的排液口装有低压溢流阀用来调整注液压力和回液用。2．计算机数据采集与处理系统液压支架液压件测试台的最大特点是全部试验数据都由计算机自动采集和处理，既方便又可靠，避免各种人为因素的影响。硬件系统：如图8.11所示主要由压力传感器及二次仪表、流量传感器及二次仪表、仪表显示柜、工控计算机、模拟量采集板、数字量采集板、打印机以及计算机辅助测试软件等组成。软件部分：计算机测试系统与普通系统的最大区别在于它对软件的依赖性，数据的采集、处理、显示和试验报告的打印都是在软件的支持和协调下完成的。CAT软件界面友好，操作使用简单，操作流程如图8.12所示。3.抗干扰系统在测试现场，被测试对象分布在不同的地方，计算机与它们之间的连接也有10到20米的距离，其次，在测试台的现场有许多强电设备，由于试验过程中需要对它们进行启动与停止，这些都将对计算机正常的数据采集与处理产生强烈的干扰。为增加抗干扰性，系统采取了如下抗干扰技术：1)接地技术2)光电耦合技术3)屏蔽技术4)其它抗干扰措施8.3.2液压冲击机械测试系统1．引言液压冲击机械的冲击性能是衡量设备水平的一个重要指标，其主要参数必须由科学试验手段进行测量，并以数据、曲线或图形表示出结果。对冲击性能的检测，必须测定额定条件的冲击能、冲击频率，并由此计算冲击功率、能量利用率，必要时还需