CN101441122B - 一种伺服液压缸空载启动摩擦力的测试系统及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种伺服液压缸空载启动摩擦力测试系统及测试方法。其技术方案是：油泵[4]的出油口通过过滤器[7]与电液伺服阀[8]的P口相通，电液伺服阀[8]的A口或B口与节流阀[2]的A口相通，电液伺服阀[8]的A口或B口和节流阀[2]的A口相连的管路与被测试液压缸[13]的无杆腔相通。被测试液压缸[13]的活塞杆上设置有位移传感器[1]，位移传感器[1]与数据采集卡[10]的A/D-1口电连接；电液伺服阀[8]的A口或B口与节流阀[2]的A口相连的管路上装有压力传感器[12]，压力传感器[12]与数据采集卡[10]的A/D-2口电连接；数据采集卡[10]和计算机辅助测试软件[11]安装在计算机内。本发明具有测试精确、自动化程度高的特点。

Description

一种伺服液压缸空载启动摩擦力的测试系统及测试方法

技术领域

本发明属于液压元件测试技术领域。具体涉及一种液压缸空载启动摩擦力测试系统及测试方法。

背景技术

液压系统因具有功率大、响应快、精度高等优点而被广泛应用于冶金生产设备的重要部位。液压缸是液压系统的执行机构，它的空载启动摩擦力大小直接影响整个系统性能，因此对液压缸启动摩擦力特性进行精确测试非常必要。尤其是低摩擦伺服液压缸、轧机液压压下(AGC)伺服液压缸等要求苛刻的伺服液压缸，空载启动摩擦力过大对控制系统的直接后果是增加死区、滞环等非线性因素，使控制系统的动、静态性能变差(花克勤.机电一体化产品----伺服缸易忽略的几个设计要点.机械设计与制造，2004.(1)，pp58-61)，必须在安装到生产线上之前对其启动摩擦力进行精确测试。

目前伺服液压缸的空载启动摩擦力测试方法主要存在以下几个方面的问题：

1、伺服液压缸启动摩擦力测试无相应国家标准，伺服液压缸的启动摩擦力极小，如按普通液压缸(GB/T 15622—2001，液压缸试验方法)启动摩擦力测试方法进行，根本无法准确测试伺服液压缸启动摩擦力(曾良才.大型轧机自动辊缝控制伺服缸的摩擦力自动测试.液压与气动，2002(1)，pp26-28)。

2、采用手动泵慢速打压和光线示波器记录压力曲线的方法对伺服液压缸进行启动摩擦力测试(罗富生，赵连利，周士昌.液压压下伺服缸的密封及摩擦力的研究，1996(5)，pp15-16)，这种方法手工操作，压力调节不连续，测试效果不好，方法落后，效率低。

3、用一台小伺服液压缸作为加载缸，对被测试伺服缸进行缓慢加载，通过检测加载小伺服液压缸两腔压力，转换成被测试大伺服液压缸的启动摩擦力(曾良才.大型轧机自动辊缝控制伺服缸的摩擦力自动测试.液压与气动，2002(1)，pp26-28)，这种方法的测试结果中包含了小伺服液压缸的动摩擦力，结构比较复杂，测试精度也受影响。

发明内容

本发明旨在克服上述技术缺陷，目的是提供一种系统结构简单、测试精确、自动化程度高的伺服液压缸空载启动摩擦力的测试系统和测试方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：油泵的吸油口与油箱相通，油泵的出油口通过过滤器与电液伺服阀的P口相通，电液伺服阀的A口或B口与节流阀的A口相通，电液伺服阀的A口或B口和节流阀的A口相连的管路与被测试液压缸的无杆腔相通，电液伺服阀的B口或A口封闭。被测试液压缸的有杆腔、节流阀的B口和电液伺服阀的T口与油箱相通；在油泵的出油口管路与电液伺服阀T口的回油管路上联接有电磁溢流阀。

被测试液压缸的活塞杆上设置有位移传感器，位移传感器与数据采集卡的A/D-1口电连接；电液伺服阀的A口或B口与节流阀的A口相连的管路上装有压力传感器，压力传感器与数据采集卡的A/D-2口电连接；伺服放大器的一端与电液伺服阀的电磁铁电连接，伺服放大器的另一端与数据采集卡的D/A-1口电连接，数据采集卡和计算机辅助测试软件安装在计算机内。

计算机辅助测试软件的主流程为：

S1-1：设置参数总记录点数N＝500，初始化测试变量，计数点n＝0，控制电压u₀＝0；

S1-2：扫描A/D-1通道和A/D-2通道，显示并记录A/D-1口活塞初始位移S₀和A/D-2口无杆腔初始压力P₀；

S1-3：由D/A-1通道送出控制电压，u_n+1＝u_n+Δu；

S1-4：计数点累加n＝n+1；

S1-5：扫描A/D-1通道，记录活塞位移S_n＝U_A/D，扫描A/D-2通道，记录无杆腔压力P_n＝U_A/D；

S1-6：判断S_n是否大于S₀；若不是则返回到S1-3，直到S_n大于S₀；

S1-7：判断计数点n是否大于等于N；若不是则返回到S1-4，直到n大于等于N；

S1-8：以计数点n为横坐标，压力P_n和位移S_n为纵坐标，绘制启动压力曲线图；

S1-9：从曲线读出空载启动压力值，与被测试液压缸的活塞面积相乘得出空载启动摩擦力值。

利用“一种伺服液压缸空载启动摩擦力测试系统”进行伺服液压缸空载启动摩擦力的测试，先进行无杆腔启动摩擦力的测试：

S2-1：调定电磁溢流阀压力，启动电机，液压系统开始工作；

S2-2：启动计算机，打开计算机辅助测试软件；

S2-3：在计算机辅助测试软件中设置参数总记录点数N，开始测试；

S2-4：等待伺服液压缸无杆腔的空载启动摩擦力测试结果；

S2-5：将伺服液压缸无杆腔的空载启动压力曲线及其计算结果存盘打印；

S2-6：关闭电机，停止液压系统工作；

S2-7：退出计算机辅助测试软件，关闭计算机，结束。

有杆腔启动摩擦力测试与无杆腔启动摩擦力测试方法相同，将被试液压缸的有杆腔与电液伺服阀的A口相通，无杆腔直接接回油箱。

由于采用上述技术方案，本发明具有系统结构简单、测试精确、自动化程度高、适合所有液压缸空载启动摩擦力精确测试的优点，具体表现在：

1、电液伺服阀与节流阀的配合进行精确压力调节，压力传感器进行压力检测，位移传感器进行位移检测，计算机辅助测试软件处理测试结果，系统结构简单。

2、由计算机辅助测试软件的D/A通道输出斜坡控制信号，经伺服放大器转换为功率放大的电流信号，驱动电液伺服阀的电磁铁，从而精确控制电液伺服阀P口到A口或B口的流量，由于节流阀的作用，在电液伺服阀的A口或B口和节流阀的A口相连的管路上便建立起与控制信号对应的并从0MPa开始可调的液压压力，特别是从0MPa起步并连续可调，可准确测定液压缸空载启动摩擦力。

3、在整个测试过程中计算机辅助测试软件通过A/D-1和A/D-2通道分别记录压力传感器所检测到的无杆腔压力信号和位移传感器所检测到的活塞位移信号，并绘制成被测试液压缸启动压力测试曲线，得出被测试液压缸的空载启动摩擦力，自动化程度高。

4、本发明适合所有液压缸空载启动摩擦力精确测试，尤其是低摩擦伺服液压缸、轧机液压压下(AGC)伺服液压缸空载启动摩擦力精确测试。

附图说明

图1是本发明的一种测试系统示意图；

图2是本发明的一种测试方法示意图；

图3是本发明的一种测试软件主流程框图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步描述，并非对保护范围的限制：

一种用于测定伺服液压缸启动摩擦力的测试系统，如图1所示：油泵4的吸油口与油箱5相通，油泵4的出油口通过过滤器7与电液伺服阀8的P口相通，电液伺服阀8的A口与节流阀2的A口相通，电液伺服阀8的A口和节流阀2的A口相连的管路与被测试液压缸13的无杆腔相通，电液伺服阀8的B口封闭；被测试液压缸13的有杆腔、节流阀2的B口和电液伺服阀8的T口与油箱5相通。在油泵4的出油口管路与电液伺服阀8T口的回油管路上联接有电磁溢流阀3。

被测试液压缸13的活塞杆上设置有位移传感器1，位移传感器1与数据采集卡10的A/D-1口电连接；电液伺服阀8的A口与节流阀2的A口相连的管路上装有压力传感器12，压力传感器12与数据采集卡10的A/D-2口电连接；伺服放大器9的一端与电液伺服阀8的电磁铁电连接，伺服放大器9的另一端与数据采集卡10的D/A-1口电连接，数据采集卡10和计算机辅助测试软件11安装在计算机内。

计算机辅助测试软件11的主流程如图3所示：

S1-1：设置参数总记录点数N＝500，初始化测试变量，计数点n＝0，控制电压u₀＝0；

S1-2：扫描A/D-1通道和A/D-2通道，显示并记录A/D-1口活塞初始位移S₀和A/D-2口无杆腔初始压力P₀；

S1-3：由D/A-1通道送出控制电压，u_n+1＝u_n+Δu；

S1-4：计数点累加n＝n+1；

S1-5：扫描A/D-1通道，记录活塞位移S_n＝U_A/D，扫描A/D-2通道，记录无杆腔压力P_n＝U_A/D；

S1-6：判断S_n是否大于S₀；若不是则返回到S1-3，直到S_n大于S₀；

S1-7：判断计数点n是否大于等于N；若不是则返回到S1-4，直到n大于等于N；

S1-8：以计数点n为横坐标，压力P_n和位移S_n为纵坐标，绘制启动压力曲线图；

S1-9：从曲线读出空载启动压力值，与被测试液压缸13的活塞面积相乘得出空载启动摩擦力值。

利用“一种伺服液压缸空载启动摩擦力测试系统”进行伺服液压缸空载启动摩擦力的测试，先进行无杆腔启动摩擦力的测试：

S2-1：调定电磁溢流阀压力，启动电机6，液压系统开始工作；

S2-2：启动计算机，打开计算机辅助测试软件11；

S2-3：在计算机辅助测试软件11中设置参数总记录点数N，开始测试；

S2-4：等待伺服液压缸无杆腔的空载启动摩擦力测试结果；

S2-5：将伺服液压缸无杆腔的空载启动压力曲线及其计算结果存盘打印；

S2-6：关闭电机6，停止液压系统工作；

S2-7：退出计算机辅助测试软件11，关闭计算机，结束；

有杆腔启动摩擦力测试与无杆腔启动摩擦力测试方法相同，将被试液压缸13的有杆腔与电液伺服阀8的A口相通，无杆腔直接接回油箱5。

在本具体实施方式中，该测试系统的压力为P＝31.5MPa，电动机6为Y250M-4笼型异步电动机，油泵4为A4VSOMA/70R-PPB13N00N变量柱塞泵，过滤器7为DFB-H60×10C过滤器，节流阀2为DVP61-10B/节流阀，电液伺服阀8为D661G30HOCO6NSX2HO电液伺服阀，电磁溢流阀3为DBW20B-2-30B/315G24NZ5L电磁溢流阀，位移传感器1为FX-5位移传感器，压力传感器12为HDA3845-B-010-000压力传感器，数据采集卡10为PCI-9118数据采集卡，被测试液压缸13是直径为125mm的伺服液压缸。

该测试系统的工作过程是：变量柱塞泵4从油箱5吸油，由变量柱塞泵4产生的高压油经过过滤器7后，通过电液伺服阀8的P口进入A口，再通过节流阀2的A口到B口流回油箱5；系统工作压力由电磁溢流阀3进行控制，当系统工作压力高于电磁溢流阀3调定值时，电磁溢流阀3卸荷，变量柱塞泵4输出液压油经电磁溢流阀3回油箱5，实现高压卸荷。

位移传感器1输出信号传送到数据采集卡10，经A/D-1通道转换后送入计算机辅助测试软件11；压力传感器12输出信号传送到数据采集卡10，经A/D-2通道转换后送入计算机辅助测试软件11；由数据采集卡10的D/A-1通道输出斜坡控制信号，经伺服放大器9转换为功率放大的电流信号，驱动电液伺服阀8的电磁铁，从而精确控制电液伺服阀8的P口到A口的流量。由于节流阀2的节流作用，在电液伺服阀8的A口和节流阀2的A口相连的管路上便建立起与控制信号对应的从0MPa开始可调的液压压力，随着控制信号的增大，电液伺服阀8控制液压缸13的活塞从静止到开始运动，当液压缸13活塞杆上的位移传感器1检测到位移量开始发生变化后，计算机辅助测试软件11通过数据采集卡10的D/A-1通道输出的控制信号保持不变，直到设定测试时间结束。在整个测试过程中，计算机辅助测试软件11通过数据采集卡10的A/D-1和A/D-2通道分别记录压力传感器12所检测到的压力信号和位移传感器1所检测到的位移信号。

在测试过程中，本具体实施方式以测试时间为横坐标，计算机辅助测试软件11记录的压力信号和位移信号分别作为纵坐标，绘制成如图2所示的被测试液压缸13的启动压力测试曲线。通过曲线可读出当位移S开始发生变化时所对应的被试液压缸13的空载启动压力值P＝0.05MPa，空载启动压力P与被测试液压缸13活塞面积S的乘积f＝PS＝0.05×0.003m²＝150N，即为被试液压缸13的空载启动摩擦力。

因此，本具体实施方式具有系统结构简单、测试精确、自动化程度高、适合所有液压缸空载启动摩擦力精确测试的特点。

Claims (3)

1.一种伺服液压缸空载启动摩擦力的测试系统，其特征在于油泵[4]的吸油口与油箱[5]相通，油泵[4]的出油口通过过滤器[7]与电液伺服阀[8]的P口相通；电液伺服阀[8]的A口与节流阀[2]的A口相通，电液伺服阀[8]的A口和节流阀[2]的A口相连的管路与被测试液压缸[13]的无杆腔相通，电液伺服阀[8]的B口封闭；或电液伺服阀[8]的B口与节流阀[2]的A口相通，电液伺服阀[8]的B口和节流阀[2]的A口相连的管路与被测试液压缸[13]的无杆腔相通，电液伺服阀[8]的A口封闭；被测试液压缸[13]的有杆腔、节流阀[2]的B口和电液伺服阀[8]的T口与油箱[5]相通；在油泵[4]的出油口管路与电液伺服阀[8]T口的回油管路上联接有电磁溢流阀[3]；

被测试液压缸[13]的活塞杆上设置有位移传感器[1]，位移传感器[1]与数据采集卡[10]的A/D-1口电连接；电液伺服阀[8]的A口或B口与节流阀[2]的A口相连的管路上装有压力传感器[12]，压力传感器[12]与数据采集卡[10]的A/D-2口电连接；伺服放大器[9]的一端与电液伺服阀[8]的电磁铁电连接，伺服放大器[9]的另一端与数据采集卡[10]的D/A-1口电连接，数据采集卡[10]和计算机辅助测试软件[11]安装在计算机内。

2.根据权利要求1所述的伺服液压缸空载启动摩擦力的测试系统，其特征在于所述的计算机辅助测试软件[11]的主流程为：

S1-1：设置参数总记录点数N＝500，初始化测试变量，计数点n＝0，控制电压u₀＝0；

S1-2：扫描A/D-1通道和A/D-2通道，显示并记录A/D-1口活塞初始位移S₀和A/D-2口无杆腔初始压力P₀；

S1-3：由D/A-1通道送出控制电压，u_n+1＝u_n+Δu

S1-4：计数点累加n＝n+1；

S1-5：扫描A/D-1通道，记录活塞位移S_n＝U_A/D1，扫描A/D-2通道，记录无杆腔压力P_n＝U_A/D2；

S1-6：判断S_n是否大于S₀；若不是则返回到S1-3，直到S_n大于S₀；

S1-7：判断计数点n是否大于等于N；若不是则返回到S1-4，直到n大于等于N；

S1-8：以计数点n为横坐标，压力P_n和位移S_n为纵坐标，绘制启动压力曲线图；

S1-9：从曲线读出空载启动压力值，与被测试液压缸[13]的活塞面积相乘得出空载启动摩擦力值。

3.一种伺服液压缸空载启动摩擦力的测试方法，其特征在于利用如权利要求1所述的伺服液压缸空载启动摩擦力测试系统，先进行无杆腔启动摩擦力的测试：

S2-1：调定电磁溢流阀压力，启动电机[6]，液压系统开始工作；

S2-2：启动计算机，打开计算机辅助测试软件[11]；

S2-3：在计算机辅助测试软件[11]中设置参数总记录点数N，开始测试；

S2-4：等待伺服液压缸无杆腔的空载启动摩擦力测试结果；

S2-5：将伺服液压缸无杆腔的空载启动压力曲线及其计算结果存盘打印；

S2-6：关闭电机[6]，停止液压系统工作；

S2-7：退出计算机辅助测试软件[11]，关闭计算机，结束；

有杆腔启动摩擦力测试与无杆腔启动摩擦力测试方法相同，将被试液压缸[13]的有杆腔与电液伺服阀[8]的A口相通，无杆腔直接接回油箱[5]。

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