CN105697353A - 一种变工况液压泵故障模拟及状态检测综合试验装置 - Google Patents

Abstract

一种变工况液压泵故障模拟及状态检测综合试验装置，主要分为负载模拟模块、转速模拟模块、辅助供油***、参数测量***、被试泵几部分。负载模拟模块用于对被试泵进行实时加载模拟，可模拟负载波动和冲击载荷工况；转速模拟模块用于对被试泵的转速进行实时控制，实现变转速工况的模拟；辅助供油***用于向被试泵提供一定的吸油压力；参数测量***用于实时采集试验数据；被试泵是故障模拟或状态检测的试验对象。本发明能够实现变工况液压泵故障模拟，可对被试泵工况进行实时控制，具有完备的参数测量***，此外本发明还具有液压泵状态检测功能。

Description

一种变工况液压泵故障模拟及状态检测综合试验装置

技术领域

本发明涉及一种液压综合试验装置，尤其是一种变工况液压泵故障模拟及状态检测综合试验装置。

背景技术

液压控制***作为提高机械设备作业精度的关键***，所使用的液压元件必须保持良好的工作状态和性能，若元件出现故障，如果未及时发现和排除，将对整个机械设备产生极大的影响，造成巨大的经济损失，甚至发生严重的灾难性事故。

液压泵是典型的机电液一体化产品，内部结构复杂，是液压***中较易发生故障的核心元件之一，它的好坏直接影响液压***的正常运行，同时也会影响其他液压元件的使用寿命。国内外有关液压泵故障模拟和状态检测的研究和试验装置有很多，但是大部分的研究工作都是在定工况的条件下展开的，与实际工况相比存在较大的差距，难于使研究成果具有通用性和普适性。

目前，虽然国内外本领域的技术人员对上述问题进行了改善，并提出了一些变载荷的试验方案，但仍然存在以下技术问题：1)载荷变化的模拟不具有实时性，仍然采用传统的手动调节载荷方法，故障信号采集及诊断方法研究仍然属于液压泵某一状态下的定工况诊断范围；2)未涉及液压泵变转速的试验手段，无法实现转速波动和变转速工况的试验模拟，忽略了转速变化对液压泵检测信号的影响；3)测量参数的完备性较差，只对单一信号进行参数测量和分析，得到的试验结果的可信度较差。因此，研发相对完善的变工况液压泵故障模拟和状态检测装置将有助于相关科研工作的进一步开展，并为液压***故障诊断领域的研究起到一定的推动和促进作用。

发明内容

本发明目的在于提供一种具有变转速、变载荷、测量参数较为完备且具有液压泵状态检测功能的变工况液压泵故障模拟及状态检测综合试验装置。

为实现上述目的，采用了以下技术方案：本发明所述试验装置包括吸油过滤器、第一截止阀、辅助供油泵、辅助供油泵驱动电机、第一单向阀、第二截止阀、第三截止阀、第一压力表开关、第一压力表、第一直动式溢流阀、第一压力传感器、第一温度传感器、第一流量计、被试泵、被试泵驱动电机、振动传感器、第二流量计、第二单向阀、第二压力表开关、第二压力表、第二压力传感器、第二温度传感器、第二直动式溢流阀、第四截止阀、二位三通电磁换向阀、压油过滤器、电比例溢流阀、先导式溢流阀、回油过滤器以及油箱；

其中，辅助供油泵由辅助供油泵驱动电机驱动，辅助供油泵的进油口依次与第一截止阀、吸油过滤器连接后接入油箱，辅助供油泵的出油口经第一单向阀与第二截止阀连接；所述第二截止阀的出油口分出三支油路，第一支油路接第一流量计进油口，第一流量计的进油口并联接有第一温度传感器和第一压力传感器，第一流量计的出油口连接被试泵的进油口；第二支油路经第三截止阀后连接油箱，第三支油路连接第一直动式溢流阀、回油过滤器后接回油箱；所述第一直动式溢流阀的进油口前接有第一压力表开关和第一压力表；被试泵与被试泵驱动电机通过联轴器和钟形罩同轴连接，被试泵驱动电机的三相电源线与变频器的U/V/W三个端子相连接，在被试泵的壳体上安装振动传感器，被试泵的出油口经第二流量计与第二单向阀的进油口相连；第二单向阀的出油口分为两支油路，且在出油口处并联连接第二压力表、第二压力传感器、第二温度传感器，第二压力表上设有第二压力表开关；第二单向阀出油口的一支油路连接第二直动式溢流阀后经回油过滤器接回油箱，另一支油路连接第四截止阀的进油口，第四截止阀的出油口连接二位三通电磁换向阀的进油口P，二位三通电磁换向阀的出油口A经压油过滤器与电比例溢流阀的进油口相连接，二位三通电磁换向阀的出油口B与先导式溢流阀的进油口相连；电比例溢流阀的出油口和先导式溢流阀的出油口合流后经回油过滤器接回油箱。

进一步的，在油箱中安装温度计和温度调节器。

进一步的，所述第一温度传感器、第一压力传感器、第一流量计、第二温度传感器、第二压力传感器、第二流量计分别与数据采集卡的信号输入端通过线束连接，数据采集卡的信号输出端通过数据线与计算机连接。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1、实现变载荷工况模拟，能够模拟负载波动和冲击载荷工况，可对被试泵进行给定仿真曲线的加载。

2、实现变转速工况模拟，可对被试泵的转速进行实时控制。

3、参数测量更加完备，能对被试泵进出油口的流量、压力、温度和泵壳体的振动信号同时进行测量。

4、既可进行液压泵故障模拟试验，又可对液压泵运行状态进行检测，功能多样。

附图说明

图1是本发明的***原理图。

附图标号：1-吸油过滤器；2-第一截止阀；3-辅助供油泵；4-辅助供油泵驱动电机；5-第一单向阀；6-第二截止阀；7-第三截止阀；8-第一压力表开关；9-第一压力表；10-第一直动式溢流阀；11-第一压力传感器；12-第一温度传感器；13-第一流量计；14-被试泵；15-被试泵驱动电机；16-振动传感器；17-第二流量计；18-第二单向阀；19-第二压力表开关；20-第二压力表；21-第二压力传感器；22-第二温度传感器；23-第二直动式溢流阀；24-第四截止阀；25-二位三通电磁换向阀；26-压油过滤器；27-电比例溢流阀；28-先导式溢流阀；29-回油过滤器；30-温度计；31-温度调节器；32-油箱。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明：

如图1所示，本发明所述试验装置包括吸油过滤器1、第一截止阀2、辅助供油泵3、辅助供油泵驱动电机4、第一单向阀5、第二截止阀6、第三截止阀7、第一压力表开关8、第一压力表9、第一直动式溢流阀10、第一压力传感器11、第一温度传感器12、第一流量计13、被试泵14、被试泵驱动电机15、振动传感器16、第二流量计17、第二单向阀18、第二压力表开关19、第二压力表20、第二压力传感器21、第二温度传感器22、第二直动式溢流阀23、第四截止阀24、二位三通电磁换向阀25、压油过滤器26、电比例溢流阀27、先导式溢流阀28、回油过滤器29以及油箱32；

其中，辅助供油泵由辅助供油泵驱动电机驱动，辅助供油泵的进油口依次与第一截止阀、吸油过滤器连接后接入油箱，辅助供油泵的出油口经第一单向阀与第二截止阀连接；所述第二截止阀的出油口分出三支油路，第一支油路接第一流量计进油口，第一流量计的进油口并联接有第一温度传感器和第一压力传感器，第一流量计的出油口连接被试泵的进油口；第二支油路经第三截止阀后连接油箱，第三支油路连接第一直动式溢流阀、回油过滤器后接回油箱；所述第一直动式溢流阀的进油口前接有第一压力表开关和第一压力表；被试泵与被试泵驱动电机通过联轴器和钟形罩同轴连接，被试泵驱动电机的三相电源线与变频器的U/V/W三个端子相连接，在被试泵的壳体上安装振动传感器，被试泵的出油口经第二流量计与第二单向阀的进油口相连；第二单向阀的出油口分为两支油路，且在出油口处并联连接第二压力表、第二压力传感器、第二温度传感器，第二压力表上设有第二压力表开关；第二单向阀出油口的一支油路连接第二直动式溢流阀后经回油过滤器接回油箱，另一支油路连接第四截止阀的进油口，第四截止阀的出油口连接二位三通电磁换向阀的进油口P，二位三通电磁换向阀的出油口A经压油过滤器与电比例溢流阀的进油口相连接，二位三通电磁换向阀的出油口B与先导式溢流阀的进油口相连；电比例溢流阀的出油口和先导式溢流阀的出油口合流后经回油过滤器接回油箱。

在油箱中安装温度计30和温度调节器31。

所述第一温度传感器、第一压力传感器、第一流量计、第二温度传感器、第二压力传感器、第二流量计分别与数据采集卡的信号输入端通过线束连接，数据采集卡的信号输出端通过数据线与计算机连接。

本发明可形成负载模拟模块、转速模拟模块、辅助供油***、参数测量***四个部分。

(1)二位三通电磁换向阀、压油过滤器、电比例溢流阀和先导式溢流阀组成负载模拟模块；所述负载模拟模块用于对被试泵进行实时加载模拟，可模拟负载波动和冲击载荷工况。

负载波动工况模拟，是采用PLC控制电比例溢流阀的输入信号来实现的。由电比例溢流阀的工作原理可知，电比例溢流阀的调定压力值由其输入信号来控制，则可通过控制电比例溢流阀的输入信号达到控制载荷变化的目的。因此通过PLC控制，使得整个加载过程可以实现给定仿真曲线信号的***变载荷加载。

冲击载荷工况模拟，是采用二位三通电磁换向阀控制被试泵与两条不同负载油路的连接来实现的。分别调节电比例溢流阀和先导式溢流阀的溢流压力至对应的冲击载荷值，通过控制二位三通电磁换向阀的得失电状态实现被试泵与两条负载油路的接断。由于两个溢流阀的溢流压力不同，则在电磁阀切换的瞬间完成载荷的冲击。其中冲击幅值由电比例溢流阀和先导式溢流阀的溢流压力差控制，冲击频率由二位三通电磁换向阀的换向频率控制，进而实现对冲击载荷的实时控制。

(2)被试泵驱动电机和变频器组成转速模拟模块；转速模拟模块用于对被试泵的转速进行实时控制，实现变转速工况的模拟。

变转速工况模拟是采用控制被试泵驱动电机的转速来实现的。被试泵与其驱动电机同轴机械连接，驱动电机的转速直接影响被试泵的转速，而驱动电机的转速又可由变频器来控制。因此，能够对被试泵的转速进行实时控制。

(3)吸油过滤器、第一截止阀、辅助供油泵、辅助供油泵驱动电机、第一单向阀、第二截止阀、第三截止阀、第一压力表开关、第一压力表和第一直动式溢流阀组成辅助供油***，用于向被试泵提供一定的吸油压力；

辅助供油***主要靠大排量的叶片泵来完成。当被试泵自吸能力不足时，由大排量的叶片泵从油箱吸取油液并压向被试泵吸油口，辅助被试泵完成吸油动作。其中吸油压力由第一直动式溢流阀调定，多余流量经第一直动式溢流阀回油箱。

(4)第一压力传感器、第一温度传感器、第一流量计、振动传感器、第二流量计、第二压力传感器、第二温度传感器、温度计、数据采集卡和计算机等组成参数测量***，用于实时采集试验数据。

参数测量***由多种传感器结合数据采集卡来完成。通过借鉴当前成熟的液压泵性能测试***的关键参数测量方法，依据液压泵故障产生和发展机理，在泵的进出口设置了流量、温度和压力传感器，在泵外壳体设置了振动传感器，以此来采集更多的敏感参数，建立更加完备的泵故障状态信息采集***。

本发明所述液压泵的故障模拟是通过将被试泵的部分正常零件用故障件替代或采用人为破坏的方式来实现的。如，做斜盘泵柱塞故障时，可用故障柱塞替代被试泵中正常柱塞；做齿轮泵齿轮磨损故障时，可将被试泵中正常齿轮的齿面人工打磨使其啮合曲线失效。

上述液压泵状态检测，是通过分析被试泵在各种工况下的运行参数来完成的。

具体工作过程如下：

1、负载模拟模块工作过程

负载模拟模块用于对被试泵进行实时加载模拟，可模拟负载波动和冲击载荷工况。

负载波动工况模拟：二位三通电磁换向阀失电，被试泵接入电比例溢流阀回路，负载压力由电比例溢流阀的溢流压力确定。通过PLC控制电比例溢流阀的输入信号来调节其溢流压力，进而达到控制被试泵出口压力的目的，实现对被试泵的实时加载。

冲击载荷工况模拟：分别调节电比例溢流阀和先导式溢流阀的溢流压力至对应的冲击载荷值。二位三通电磁换向阀失电时，被试泵接入电比例溢流阀回路；二位三通电磁换向阀得电时，被试泵接入先导式溢流阀回路。故当二位三通电磁换向阀的得失电状态变换时，被试泵接入的负载油路随之改变，由于两个溢流阀调定的压力不同，则在二位三通电磁换向阀切换的瞬间完成载荷的冲击。其中冲击幅值由电比例溢流阀和先导式溢流阀的溢流压力差控制，冲击频率由二位三通电磁换向阀的换向频率控制，进而实现对冲击载荷的实时控制。

2、转速模拟模块工作过程

转速模拟模块用于对被试泵的转速进行实时控制，实现变转速工况的模拟。利用变频器改变被试泵驱动电机输入电源的频率来控制其转速，而被试泵与其驱动电机同轴机械连接，驱动电机的转速变化将直接影响被试泵的转速。进而能够对被试泵的转速进行实时控制。

3、辅助供油***工作过程

辅助供油***用于向被试泵提供一定的吸油压力。打开第一截止阀、第二截止阀，关闭第三截止阀；启动辅助供油泵，待其运行稳定后调节第一直动式溢流阀至被试泵所需的吸油压力。若是选择自吸则关闭第二截止阀、打开第三截止阀即可。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (3)

1.一种变工况液压泵故障模拟及状态检测综合试验装置，其特征在于：所述试验装置包括吸油过滤器、第一截止阀、辅助供油泵、辅助供油泵驱动电机、第一单向阀、第二截止阀、第三截止阀、第一压力表开关、第一压力表、第一直动式溢流阀、第一压力传感器、第一温度传感器、第一流量计、被试泵、被试泵驱动电机、振动传感器、第二流量计、第二单向阀、第二压力表开关、第二压力表、第二压力传感器、第二温度传感器、第二直动式溢流阀、第四截止阀、二位三通电磁换向阀、压油过滤器、电比例溢流阀、先导式溢流阀、回油过滤器以及油箱；

其中，辅助供油泵由辅助供油泵驱动电机驱动，辅助供油泵的进油口依次与第一截止阀、吸油过滤器连接后接入油箱，辅助供油泵的出油口经第一单向阀与第二截止阀连接；所述第二截止阀的出油口分出三支油路，第一支油路接第一流量计进油口，第一流量计的进油口并联接有第一温度传感器和第一压力传感器，第一流量计的出油口连接被试泵的进油口；第二支油路经第三截止阀后连接油箱，第三支油路连接第一直动式溢流阀、回油过滤器后接回油箱；所述第一直动式溢流阀的进油口前接有第一压力表开关和第一压力表；被试泵与被试泵驱动电机通过联轴器和钟形罩同轴连接，被试泵驱动电机的三相电源线与变频器的U/V/W三个端子相连接，在被试泵的壳体上安装振动传感器，被试泵的出油口经第二流量计与第二单向阀的进油口相连；第二单向阀的出油口分为两支油路，且在出油口处并联连接第二压力表、第二压力传感器、第二温度传感器，第二压力表上设有第二压力表开关；第二单向阀出油口的一支油路连接第二直动式溢流阀后经回油过滤器接回油箱，另一支油路连接第四截止阀的进油口，第四截止阀的出油口连接二位三通电磁换向阀的进油口P，二位三通电磁换向阀的出油口A经压油过滤器与电比例溢流阀的进油口相连接，二位三通电磁换向阀的出油口B与先导式溢流阀的进油口相连；电比例溢流阀的出油口和先导式溢流阀的出油口合流后经回油过滤器接回油箱。

2.根据权利要求1所述的一种变工况液压泵故障模拟及状态检测综合试验装置，其特征在于：在油箱中安装温度计和温度调节器。

3.根据权利要求1所述的一种变工况液压泵故障模拟及状态检测综合试验装置，其特征在于：所述第一温度传感器、第一压力传感器、第一流量计、第二温度传感器、第二压力传感器、第二流量计分别与数据采集卡的信号输入端通过线束连接，数据采集卡的信号输出端通过数据线与计算机连接。