QCS003液压元件试验台动态测试系统设计

　　引 言

　　液压传动装置对液压元件的技术特性以及技术参数的测试要求越来越高, 传统的测试方法大多局限于静态测试。为提高测试精度并加快测试速度, 就需要设计较完善的液压元件计算机辅助动态测试系统。《液压传动》是机械制造及自动化专业重要的一门专业基础课程, 其课程实验大多为静态教学实验, 如泵的工作特性、溢流阀和节流阀的静态特性测试等。采用计算机测试的动态教学实验台尚不多见。因此无法满足培养 21 世纪具有创新能力专业人才的需要。本文设计了动态测试教学实验台, 它可以拓宽学生使用电子仪器仪表、传感器测试方面的知识面, 为今后参加科研工作打下良好的基础。

　　1 液压试验台的工作原理

　　利用 QCS003 液压元件教学试验台, 可做泵和阀特性、节流调速、油缸加载等教学实验。图 1 是该试验台进行泵和阀测试的部分液压系统回路。

　　2 液压元件试验台的优缺点

　　QCS003 液压元件实验台能进行液压泵压力—流量性能测定以及节流调速性能实验。但是, 该系统存在下列问题: (1)缺少时间坐标。在测定流量、速度等参数时, 需要以时间作为计量单位, 动态性能更是以时间作为坐标, 以求得各种参数相对于时间的变化。目前, 静态实验时学生还需用秒表来测定时间。(2)测量仪表落后, 使用不便。用指针压力表和指针式功率表测量压力和功率, 虽然直观, 但人为读取误差大, 且在压力变化或多个压力表同时读取时, 不够准确。(3)数据处理不便。由于只凭实验者手工记录数据, 数据点少且离散, 不能准确地确定泵与阀的动态性能。

　　3 液压元件试验台的设计和改装

　　利用 QCS003 液压试验台经改装后可用来测试液压泵的工作特性、溢流阀的启闭特性以及溢流阀的阶跃响应动态特性。相对图 1 增加了 2 个压力传感器 p₁、p₂, 1 个温度传感器 T 和 1 个流量传感器 q,将 QCS003 试验台改装成可进行动态测试的试验台, 改装后的动态试验台液压系统如图 2 所示。本次设计采用传感器检测压力、流量和温度信号, 通过相应的转换器转换成电压量, 将电压量传输给四踪示波器, 将图形显示在屏幕上, 示波器将模拟量转换成数字量, 将图形上大量的数据传送至计算机, 通过VB 语言编制的软件对这些数据进行处理, 记录并绘制所需的特性曲线。

　　4 液压动态测试原理和方法

　　当压力突然变化时, 溢流阀所控制的压力随时间变化的过渡过程, 是系统从一种稳定状态过渡到另一种稳定状态的过程。通常用三项指标进行衡量: 1) 压力回升时间 t₁; 2)泄荷时间; 3)压力超调量Δp。本系统将被试阀溢流阀远程控制口瞬间与油箱通断, 使被试阀主油路的压力得到阶跃变化信号, 通过压力传感器记录被试阀所控制压力随时间变化的过渡过程曲线。先导式溢流阀泄荷时间小于0.09s, 压力回升时间小于 0.3s, 超调量 Δp 为 30%左右。