CN101451893A - 一种液压缸带载动摩擦力特性的测试***及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种液压缸带载动摩擦力特性的测试***及测试方法。其技术方案是：油泵[9]的出油口与电液伺服阀[13]的P口相通，电液伺服阀[13]的A口或B口与被测试液压缸[2]的无杆腔相通，被测试液压缸[2]的有杆腔与油箱[11]相通，被测试液压缸[2]安装在闭式机架[1]内；被测试液压缸[2]上装有位移传感器[3]，位移传感器[3]与数据采集卡[6]的A/D－1口电连接；电液伺服阀[13]的A口或B口与被测试液压缸[2]的无杆腔相连的管路上装有压力传感器[4]，压力传感器[4]与数据采集卡[6]的A/D－2口电连接；数据采集卡[6]和计算机辅助测试软件[5]安装在计算机内。本发明具有***结构简单、测试精确和自动化程度高的特点。

Description

一种液压缸带载动摩擦力特性的测试***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带载动摩擦力特性测试***及测试方法。

背景技术

液压***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***的执行机构，它在带载运动过程中的摩擦力大小对整个液压***的性能有很大的影响，非线性的摩擦力不仅要带来动态死区，而且对稳定性和频宽也要带来不利的影响，因此对液压缸的带载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，过大的摩擦力容易产生极限环振荡，并产生静态死区和动态死区，降低液压缸的响应频率，必须在安装到生产线上之前对其摩擦力进行精确测试。

目前液压缸的动摩擦力测试方法主要存在以下几个方面的问题：

1、目前伺服液压缸带载动摩擦力测试无相应国家标准，如按普通液压缸(GB/T 15622—2001，液压缸试验方法)，采用两个液压缸对顶的方式进行加载，通过检测两个液压缸两腔的负载压差，计算被测试液压缸的摩擦力。这种方法的测试结果中包含了加载液压缸的摩擦力，结构比较复杂，测试精度也受影响。

2、现有的对伺服液压缸摩擦力测试的研究与实践(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；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)中，只进行了伺服液压缸启动摩擦力的测试研究，而没有进行伺服液压缸带载动摩擦力的测试研究。

发明内容

本发明旨在克服上述技术缺陷，目的是提供一种***结构简单、测试精确、自动化程度高的液压缸带载动摩擦力的测试***和测试方法。

为实现上述目的，本发明的测试***采用的技术方案是：油泵与电机同轴联接，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和电液伺服阀的T口与油箱相通；在电液伺服阀的P口压油管路与T口回油管之间联接有电磁溢流阀，被测试液压缸安装在闭式机架内。

在被测试液压缸有杆腔端的缸体端面和闭式机架间装有位移传感器，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口与被测试液压缸的无杆腔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。

闭式机架[1]的最大弹性变形量大于油缸活塞在测试区间的最大位移量ΔS_max。

计算机辅助测试软件的主流程为：

S1-1：设置参数最大位移量ΔS_max＝1～2mm，初始化测试变量，控制电压u₀＝0，回程标记flag＝0；

S1-2：扫描A/D-1通道和A/D-2通道，显示并记录A/D-1***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：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；

S1-5：计算位移量ΔS＝S_n-S₀，判断位移量ΔS是否大于等于最大位移量ΔS_max，若不是则返回到S1-3，若是则继续下一步；

S1-6：判断回程标记flag是否为零，若不是则跳到S1-8，若是则继续下一步；

S1-7：控制电压增值反向Δu＝-Δu，回程标记flag＝1；

S1-8：判断位移量ΔS是否大于零；若是则返回到S1-3，若不是则继续下一步；

S1-9：以位移S_n为横坐标，压力P_n与无杆腔面积S的乘积P_nS为纵坐标，绘制带载动摩擦力特性曲线；

S1-10：从曲线上读取对应同一位移值S_n的P_nS值，计算它们的差值并除以2，即为带载动摩擦力f，取f的最大值作为最大带载摩擦力。

本发明采用所述的测试***进行带载动摩擦力特性的测试方法是，先测试液压缸行程范围内的第一个测试区间最大位移量ΔS_max带载动摩擦力特性，其步骤为：

S2-1：调定电磁溢流阀压力，启动电机，液压***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最大位移量ΔS_max，开始测试；

S2-4：等待液压缸带载动摩擦力特性的测试结果；

S2-5：将液压缸带载动摩擦力特性曲线及其计算结果存盘打印；

S2-6：关闭电机，停止液压***工作；

S2-7：退出计算机辅助测试软件，关闭计算机。

测试液压缸行程范围内的第二个或第二个以上测试区间最大位移量ΔS_max带载动摩擦力特性的步骤是：在被测试液压缸底部加垫块后，重复第一个测试区间最大位移量ΔS_max带载动摩擦力特性的测试步骤。

由于采用上述技术方案，本发明具有***结构简单、测试精确、自动化程度高的优点，具体表现在：

1、电液伺服阀进行位置调节，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，***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，可准确测定液压缸带载动摩擦力。

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带载动摩擦力特性曲线，得出被测试液压缸在选中检测区域内的最大带载动摩擦力，自动化程度高。

本发明适合所有液压缸带载动摩擦力特性的精确测试，尤其是低摩擦液压缸、轧机液压压下(AGC)伺服液压缸带载动摩擦力特性的精确测试。

附图说明

图1是本发明的一种测试***示意图；

图2是图1中的测试软件5的主流程框图；

图3是采用图1时活塞杆外伸的工作原理图；

图4是采用图1时活塞杆收回的工作原理图；

图5是采用图1时的带载动摩擦力特性曲线图。

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：

一种用于测定液压缸动摩擦力特性的测试及其测试***，该测试***如图1所示：油泵9与电机10同轴联接，油泵9的吸油口与油箱11相通，油泵9的出油口通过过滤器8与电液伺服阀13的P口相通，电液伺服阀13的A口与被测试液压缸2的无杆腔相通，电液伺服阀13的B口封闭；被测试液压缸2的有杆腔和电液伺服阀13的T口与油箱11相通；在电液伺服阀13的P口压油管路与T口回油管路之间联接有电磁溢流阀12，被测试液压缸2安装在闭式机架1内。

在被测试液压缸2有杆腔端的缸体端面和闭式机架1间装有位移传感器3，位移传感器3与数据采集卡6的A/D-1口电连接；电液伺服阀13的A口与被测试液压缸2的无杆腔相连的管路上装有压力传感器4，压力传感器4与数据采集卡6的A/D-2口电连接；伺服放大器7的一端与电液伺服阀13的电磁铁电连接，伺服放大器7的另一端与数据采集卡6的D/A口电连接，数据采集卡6和计算机辅助测试软件5安装在计算机内。

闭式机架[1]的最大弹性变形量大于油缸活塞在测试区间的最大位移量ΔS_max。

计算机辅助测试软件5的主流程如图2所示：

S1-1：设置参数最大位移量ΔS_max＝1mm，初始化测试变量，控制电压u₀＝0，回程标记flag＝0；

S1-2：扫描A/D-1通道和A/D-2通道，显示并记录A/D-1***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：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；

S1-5：计算位移量ΔS＝S_n-S₀，判断位移量ΔS是否大于等于最大位移量ΔS_max，若不是则返回到S1-3，若是则继续下一步；

S1-6：判断回程标记flag是否为零，若不是则跳到S1-8，若是则继续下一步；

S1-7：控制电压增值反向Δu＝-Δu，回程标记flag＝1；

S1-8：判断位移量ΔS是否大于零；若是则返回到S1-3，若不是则继续下一步；

S1-9：以位移S_n为横坐标，压力P_n与无杆腔面积S的乘积P_nS为纵坐标，绘制带载动摩擦力特性曲线；

S1-10：从曲线上读取对应同一位移值S_n的P_nS值，计算它们的差值并除以2，即为带载动摩擦力f，取f的最大值作为最大带载摩擦力。

本具体实施方式采用该测试***进行带载动摩擦力特性的测试方法是：

测试伺服液压缸行程范围内的第一个测试区间最大位移量ΔS_max带载动摩擦力特性，其步骤为：

S2-1：调定电磁溢流阀12的压力，启动电机10，液压***开始工作；

S2-2：启动计算机，打开计算机辅助测试软件5；

S2-3：在计算机辅助测试软件5中设置参数最大位移量ΔS_max，开始测试；

S2-4：等待伺服液压缸2动带载摩擦力特性的测试结果；

S2-5：将伺服液压缸2带载动摩擦力特性曲线及其计算结果存盘打印；

S2-6：关闭电机10，停止液压***工作；

S2-7：退出计算机辅助测试软件5，关闭计算机，结束。

测试伺服液压缸行程范围内的第二个或第二个以上测试区间最大位移量ΔS_max带载动摩擦力特性的步骤是：在被测试伺服液压缸底部加垫块后，重复第一个测试区间最大位移量ΔS_max带载动摩擦力特性的测试步骤。

在本具体实施方式中，该测试***的工作压力为P＝31.5MPa，机架1的重量为40t，机架1承受的最大作用力为50000KN，机架1的最大变形量为2.6mm；电动机10为Y250M-4笼型异步电动机，油泵9为A4VSOMA/70R-PPB13N00N变量柱塞泵，过滤器8为DFB-H60×10C过滤器，电液伺服阀13为D661G75HOCO6NSX2HO电液伺服阀，电磁溢流阀12为DBW20B-2-30B/315G24NZ5L电磁溢流阀，位移传感器3为FX-5位移传感器，压力传感器4为HDA3845-B-010-000压力传感器，数据采集卡6为PCI-9118数据采集卡，被测试液压缸2是内径为1000mm的伺服液压缸，测试结果为最大动摩擦力f＝247kN。

该测试方法的工作原理是：被测试伺服液压缸2的活塞杆外伸挤压机架1时，如图3所示，机架1弹性拉伸变形，同时给活塞杆一个向下的逐渐增大的负载F₂，此时液压缸的动摩擦力f也向下(与活塞运动方向相反)，由于活塞移动非常缓慢，可看作匀速运动。这样被测试伺服液压缸无杆腔所受的推力F₁与负载F₂、动摩擦力f及活塞自重G，可建立如下力平衡方程：

F₁＝F₂+f+G                 (1)

式中，F₁＝P₁×S₁，S₁为被测试伺服液压缸2无杆腔的面积；P₁为被测试伺服液压缸2无杆腔的压力，可由压力传感器4测得。

被测试伺服液压缸2的活塞杆收回时，如图4所示，机架1弹性变形拉伸量减小，同时给活塞杆一个向下的逐渐减小的负载F₂，此时伺服液压缸2的动摩擦力f向上(与活塞运动方向相反)，这样被测试伺服液压缸2无杆腔所受的推力F₁’与负载F₂、动摩擦力f及活塞自重G之间可以建立如下力平衡方程：

F₁’+f＝F₂+G                     (2)

式中，F₁’＝P₁’×S₁，S₁为被测试伺服液压缸2无杆腔的面积；P₁’为被测试伺服液压缸2无杆腔的压力，可由压力传感器4测得。

闭式机架1在同一弹性变形量时，对被测试伺服伺服液压缸2活塞的作用力是相等的，有杆腔背压为0，而且对于加工精度符合要求的液压缸2来说向上和向下的摩擦力是基本相等。由式(1)、(2)可得：

f＝(F₁-F₁’)/2＝(P₁-P₁’)S₁/2               (3)

对应地可绘出被测试伺服液压缸2一个往复运动过程中的动摩擦力特性曲线如图5所示，取f的最大值作为最大带载动摩擦力。

在本具体实施方式中，由计算机辅助测试软件5的D/A通道输出斜坡控制信号，经伺服放大器7转换为功率放大的电流信号，驱动电液伺服阀13的电磁铁，从而精确控制电液伺服阀13的P口到A口或B口的流量，可准确测定液压缸2的带载动摩擦力。

在整个测试过程中，计算机辅助测试软件5通过A/D-1和A/D-2通道分别记录压力传感器4所检测到的无杆腔压力信号和位移传感器3所检测到的位移信号，并绘制成被测试液压缸2的带载动摩擦力特性曲线，得出被测试液压缸2在选中检测区域内的最大带载动摩擦力，自动化程度高。

因此，本具体实施方式具有***结构简单、测试精确和自动化程度高的特点，适合所有液压缸带载动摩擦力精确测试的特点。

Claims (4)

1、一种液压缸带载动摩擦力特性的测试***，其特征在于油泵[9]与电机[10]同轴联接，油泵[9]的吸油口与油箱[11]相通，油泵[9]的出油口通过过滤器[8]与电液伺服阀[13]的P口相通，电液伺服阀[13]的A口或B口与被测试液压缸[2]的无杆腔相通，电液伺服阀[13]的B口或A口封闭；被测试液压缸[2]的有杆腔和电液伺服阀[13]的T口与油箱[11]相通；在电液伺服阀[13]的P口压油管路与T口回油管路之间联接有电磁溢流阀[12]，被测试液压缸[2]安装在闭式机架[1]内；

在被测试液压缸[2]有杆腔端的缸体端面和闭式机架[1]间装有位移传感器[3]，位移传感器[3]与数据采集卡[6]的A/D-1口电连接；被测试液压缸[2]的无杆腔与电液伺服阀[13]的A口或B口相连的管路上装有压力传感器[4]，压力传感器[4]与数据采集卡[6]的A/D-2口电连接；伺服放大器[7]的一端与电液伺服阀[13]的电磁铁电连接，伺服放大器[7]的另一端与数据采集卡[6]的D/A口电连接，数据采集卡[6]和计算机辅助测试软件[5]安装在计算机内。

2、根据权利要求1所述的液压缸带载动摩擦力特性的测试***，其特征在于所述的计算机辅助测试软件[5]的主流程为：

S1-1：设置参数最大位移量ΔS_max＝1～2mm，初始化测试变量，控制电压u₀＝0，回程标记flag＝0：

S1-2：扫描A/D-1通道和A/D-2通道，显示并记录A/D-1***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：扫描A/D-1通道，记录活塞位移S_n＝UA/D，扫描A/D-2通道，记录无杆腔压力P_n＝UA/D；

S1-5：计算位移量ΔS＝S_n-S₀，判断位移量ΔS是否大于等于最大位移量ΔS_max，若不是则返回到S1-3，若是则继续下一步；

S1-6：判断回程标记flag是否为零，若不是则跳到S1-8，若是则继续下一步；

S1-7：控制电压增值反向Δu＝-Δu，回程标记flag＝1；

S1-8：判断位移量ΔS是否大于零；若是则返回到S1-3，若不是则继续下一步；

S1-9：以位移S_n为横坐标，压力P_n与无杆腔面积S的乘积P_nS为纵坐标，绘制带载动摩擦力特性曲线；

S1-10：从曲线上读取对应同一位移值S_n的P_nS值，计算它们的差值并除以2，即为带载动摩擦力f，取f的最大值作为最大带载动摩擦力。

3、根据权利要求2所述的液压缸带载动摩擦力特性的测试***，其特征在于所述的闭式机架[1]的最大弹性变形量大于油缸活塞在测试区间的最大位移量ΔS_max。

4、一种液压缸带载动摩擦力特性的测试方法，其特征在于采用“一种液压缸带载动摩擦力特性的测试***”，进行带载动摩擦力特性的测试，测试液压缸[2]行程范围内的第一个测试区间最大位移量ΔS_max带载动摩擦力特性的步骤为：

S2-1：调定电磁溢流阀[12]的压力，启动电机[10]，液压***开始工作；

S2-2：启动计算机，打开计算机辅助测试软件[5]；

S2-3：在计算机辅助测试软件[5]中设置参数最大位移量ΔS_max，开始测试；

S2-4：等待液压缸[2]带载动摩擦力特性的测试结果；

S2-5：将液压缸[2]带载动摩擦力特性曲线及其计算结果存盘打印；

S2-6：关闭电机[10]，停止液压***工作；

S2-7：退出计算机辅助测试软件[5]，关闭计算机。

测试液压缸[2]行程范围内的第二个或第二个以上测试区间最大位移量ΔS_max带载动摩擦力特性的步骤是：在被测试液压缸[2]底部加垫块后，重复第一个测试区间最大位移量ΔS_max带载动摩擦力特性的测试步骤。

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