功率回收型挖掘機液壓泵及馬達測試技術開發

王起新，侯小華，肖 浪，黃志堅

（1.廣州市新歐機械有限公司，廣東 廣州 510730；2.廣東工業大學，廣東 廣州 510006）

0 引言

隨著工業生產和科學技術的迅速發展，液壓傳動和控制裝置的應用領域不斷擴大，對液壓元件、組件和系統的品種及性能所提出的要求也越來越高，因此，對原有產品進行分析和改進以及開展液壓傳動及控制領域的基礎研究、設計和研制合乎要求的產品，以滿足各種用途的需要，自然就成為液壓科技人員的重要任務[1]。在從事上面所敘述的工作中，液壓測試是一項必要而且重要的工作。

1 測試系統技術方案設計

液壓試驗的主要作用是檢驗被測試元件或者系統在國家測試標準規定輸入下的輸出特性是否滿足國家測試標準規定。本系統是為全面了解變量柱塞泵、馬達靜態特性、工作性能而設計的試驗系統，其屬于出廠試驗，根據液壓泵、馬達試驗的國家標準，測試要求和工程要求，本文確定的被試液壓泵、馬達性能測試系統方案總框圖如圖1所示。

圖1 液壓變量柱塞泵、馬達性能測試系統方案總框圖

液壓泵、馬達性能測試系統主要由兩大部分組成：液壓試驗系統和測控系統。液壓試驗系統的動力源，是由變頻器和變頻電動機構成，可以實現變頻器變頻調速；測試系統的測試回路采用開、閉式回路共存的形式，可以根據不同的需求，運用閥動作、聯管的變化進行切換。加載回路是通過插裝式比例溢流閥來實現。測控系統是由上位機和PLC兩部分構成。

2 功率回收式測試系統液壓系統的原理與組成

功率回收式試驗系統如圖2所示。它包括被試液壓馬達2(或加載液壓馬達)和加載液壓泵3(或被試液壓泵)，二者同軸相聯，轉速相同。變量泵1與被試液壓馬達2并聯，使被試液壓馬達2的進口和加載液壓泵3的出口建立起試驗壓力P2。在測試過程中，隨著溢流閥4的調定，試驗系統的工作壓力P2（即液壓馬達進油壓力）將隨之升高。被試液壓馬達2（或加載液壓馬達）輸出轉矩反饋帶動加載液壓泵3（或被試液壓泵）。而加載液壓泵3（或被試液壓泵）又通過輸出壓力油反饋給被試液壓馬達2（或加載液壓馬達），使它轉動，直至系統壓力P2達到設定值，運行才進入穩定狀態。顯然，這是一個液壓泵和液壓馬達互為負載和相互反饋的閉合回路。這種系統特別適用于大功率液壓馬達及液壓泵的性能試驗和做成對試驗。

圖2 功率回收式液壓測試系統液壓系統

3 測試系統液壓系統建模及仿真

在分析了在液壓馬達測試過程中，被試液壓馬達和加載液壓泵，二者同軸相聯，轉速相同，可以通過液壓系統管路的切換實現液壓能的回收。加載泵的高壓出口可以直接與調壓模塊相聯，也可以切換到主泵的高壓口為整個測試系統提供液壓能。顯然，這是一個液壓泵和液壓馬達互為負載和相互反饋的閉合回路。這種系統特別適用于大功率液壓馬達及液壓泵的性能試驗和做成對試驗。濾除次要因素，簡化液壓系統為僅由主泵、補油泵、換向模塊和加載模塊組成的回路，簡化后的測試系統液壓原理如圖3所示。

圖3 簡化后的液壓原理圖

基于簡化后的液壓系統原理圖3，在AMESim建模環境下，使用標準的Hydraulic library（液壓庫）里的標準液壓元件、控制信號庫里的信號元件和利用液壓元件設計（HCD）庫建立的三位四通、二位四通電磁換向閥建立液壓系統模型如圖4所示。

液壓測試系統系統簡化模型如圖4所示，當被測試馬達安裝完畢后，便可以進行調試了。功率回收與否的切換換向閥2不得電，處于常位，默認為不進行功率回收模式；馬達旋轉換向閥1根據測試的需要，選定一個方向得電，確定被試馬達的旋轉方向；啟動主電機帶動主泵1一起轉動，適當調節主溢流閥1，被試馬達便會在高壓液壓油的驅動下旋轉起來。適當調節主電機的轉速，主泵1的排量、馬達加載溢流閥2的電流值，可以完成按照GB（國標）規定的測試轉速、壓力進行液壓馬達試驗。

圖4 液壓馬達測試系統的AMESim仿真模型

4 功率回收模式切換的仿真

根據參數設定，在測試馬達過程中，可以通過給定功率回收與否的切換換向閥2電信號，完成馬達測試模式的切換。整個馬達測試過程設定時間為120 s，前40 s給功率回收與否的切換換向閥2負信號，右位接通，由馬達加載溢流閥2對被試驗馬達進行加載；后80 s給功率回收與否的切換換向閥2正信號，左位接通，由馬主溢流閥1對被試驗馬達進行加載。

在功率回收與否的切換換向閥2獲得不同的電信號，整個測試系統將在功率回收與非功率回收模式下切換。在模式切換前后，被測試馬達、加載泵、主泵輸出特性都有了不同程度的改變，如圖5～7所示。補油泵的輸出特性不隨測試模式的改變而變化，其輸出特性如圖8示。

由上述圖可以看出，在功率回收與否的切換換向閥2獲得不同的電信號，整個測試系統將在功率回收與非功率回收模式下切換。在模式切換前，即實時測試時間為30 s時刻；模式切換后，即實時測試時間為110 s時刻。作為能量轉換的元件之一，被測試馬達的輸出壓力、流量都有了明顯的增加；而動力提供部分的主泵、補油泵的輸出特性基本上沒有很大的改變。這樣就很容易定性地分析，測試過程中的液壓能被回收了。

圖5 功率回收模式切換過程中，被試馬達輸出特性曲線

圖6 功率回收模式切換過程中，主泵輸出特性曲線

圖7 功率回收模式切換過程中，加載泵輸出特性曲線

5 結論

液壓泵和液壓馬達的功率回收式試驗方法較非功率回收式試驗方法相比，明顯具有節能、裝機容量小和冷卻系統配置低的優點，特別適用于大功率的液壓馬達及液壓泵性能試驗。本文給出這種試驗系統的試驗壓力和功率回收，經過實際工程項目驗證，此試驗方法可行。

圖8 功率回收模式切換過程中，補油泵輸出特性曲線

［1］劉克樹，劉平，陶永生.振動壓路機液壓系統實驗研究［A］.全國振動與波的利用學術會議［C］.溫州：中國機械工程學會、中國振動工程學會，2000，140-142.

［2］侯小華.挖掘機液壓泵-馬達測試系統關鍵技術開發與研究［D］.廣州：廣東工業大學，2012.