液壓鑿巖機測試系統(tǒng)-修改

1、北京科技大學液壓鑿巖機性能測試系統(tǒng)目錄1性能指標測試方法31.1沖擊機構性能測試方法31.2回轉機構性能測試方法42測試系統(tǒng)與微機輔助測試原理52.1測試系統(tǒng)52.2數(shù)據(jù)采集處理原理62.3實時測試數(shù)據(jù)處理程序框圖73測試信號的標定84測試系統(tǒng)技術方案設計94.1信號采集傳感器清單94.2測試與數(shù)據(jù)采集處理技術方案框圖104.2測試與數(shù)據(jù)采集處理儀器儀表清單115鑿巖機測試計算參數(shù)13液壓鑿巖機性能測試與數(shù)據(jù)采集處理技術方案液壓鑿巖機的主要性能指標有沖擊能、沖擊頻率、釬桿轉速、釬桿轉矩、推進力等。這些性能指標會影響鑿巖機的鑿巖速度，進而影響到鑿巖的生產(chǎn)效率。因此設計一個良好的液壓鑿巖機性能指標

2、測試系統(tǒng)，正確測定鑿巖機性能參數(shù)，有利于液壓鑿巖機的技術提高、性能改進，提高液壓鑿巖機的質量和使用壽命，對提高生產(chǎn)效率具有非常重要的作用。1性能指標測試方法鑿巖機的性能指標測試主要包括沖擊機構和回轉機構兩部分。沖擊能和沖擊頻率是鑿巖機的兩個主要參數(shù)，是衡量鑿巖機性能優(yōu)劣的關鍵，鑿巖機的設計主要圍繞這兩個參數(shù)進行，必須對其準確測量。1.1沖擊機構性能測試方法常用的液壓鑿巖機性能參數(shù)的測試方法主要有：應力波法、光電位移微分法、電磁感應法、觸點法、氣壓法、示功圖法和能量法等。應力波法測試原理簡單，可保持整機的原形，適合實驗室采用。應力波法是指沖擊活塞沖擊釬桿后在釬桿上產(chǎn)生應力波，然后通過測定應力波的

3、波形來測定沖擊能。但其需要在釬桿上粘貼應變片，操作復雜，同時也存在著其它一些不足，因此對其進行改進，通過壓電式傳感器測試沖擊力來得到液壓鑿巖機的沖擊功和沖擊頻率。圖1 沖擊力法測沖擊能系統(tǒng)原理方框圖壓電傳感器是利用有些晶體的壓電效應制造而成，其動態(tài)響應好，特別適合測試周期變比的沖擊力，其在外力作用下，表面上產(chǎn)生電荷，其電荷量是和所受力成正比，因此在測試過程中，通過采集電荷并經(jīng)過放大處理，即可得到?jīng)_擊力。根據(jù)沖擊力的變化就可得到?jīng)_擊頻率。根據(jù)沖量定理：Ft=mv （1）式中，F(xiàn)：液壓鑿巖機的沖擊力，m：液壓鑿巖機的沖錘活塞質量，v：液壓鑿巖機的沖擊速度，D t：為沖擊時間。在測試過程當中可以采集

4、到液壓鑿巖機打擊鐵砧的沖擊力，沖錘活塞質量已知，同時又由于每次沖擊的時間確定，那么沖擊力F和沖擊速度v就成對應關系，通過公式E即可算出沖擊功。使用這種方法測試沖擊功，傳感器的標定是十分重要的，采用國際標準所規(guī)定的自由落錘標定方式在室內(nèi)實驗臺上進行即可。沖擊力法的測試原理類似于應力波法，但是這種方法很好的解決了應力波法的不足，主要有（1）用壓電石英傳感器代替了應變片，壓電傳感器的動態(tài)響應好，并且不會發(fā)生應變片的脫落。（2）保證了液壓鑿巖機在測試的過程當中機構是在無損的狀態(tài)下進行的。降低了成本，使實驗臺能夠測試不同類型的液壓鑿巖機。（3）傳感器雖然要做標定，預壓等前期準備，但是較之在釬桿上粘貼應變

5、片來說，安裝傳感器的操作更簡單。應用軟件進行數(shù)據(jù)采集，通過計算機統(tǒng)計計算得到液壓鑿巖機的沖擊頻率。利用這種方法簡化了應力波法的測試工序，并且能夠較為準確的反應液壓鑿巖機的性能參數(shù)。1.2回轉機構性能測試方法釬桿轉速和釬桿轉矩是回轉機構的兩個主要性能指標。轉釬轉矩常用測定回轉馬達工作壓力（進油口與回油口壓力差）與流量的方法，把測定值與相似條件下標定之比較。測試臺架如圖2所示。其中旋轉加載系統(tǒng)由變速機構和加載泵系統(tǒng)組成。釬桿驅動變速機構，再由變速機構帶動加載泵，在加載泵的液壓回路中，通過調節(jié)回路載荷實現(xiàn)液壓加載。該臺架也可做沖擊性能實驗和鑿巖機壽命試驗。圖2 沖擊回轉試驗臺架1-有橡膠減震機構的機

6、架；2-液壓鑿巖機；3-護罩；4-釬桿；5-旋轉加載系統(tǒng)；6-液壓受沖器2測試系統(tǒng)與微機輔助測試原理2.1測試系統(tǒng)以微機為中心，實現(xiàn)對液壓鑿巖機沖擊機構各類參數(shù)的自動測試與分析，自動輸出測試結果及曲線圖表示，并實現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲與再現(xiàn)，以便了解和研究沖擊機構內(nèi)部各部工作參數(shù)的變化規(guī)律，以及相互影響。圖3 微機輔助測試系統(tǒng)圖1-活塞前腔壓力傳感器；2-活塞后腔壓力傳感器；3-換向閥左腔壓力傳感器；4-換向閥右腔壓力傳感器；5-高壓蓄能器壓力傳感器；6-低壓蓄能器壓力傳感器；7-回油蓄能器壓力傳感器；8沖擊力傳感器；9-系統(tǒng)壓力信號輸出；10-系統(tǒng)流量信號輸出；11-系統(tǒng)溫度信號輸出2.2數(shù)據(jù)采集處理

7、原理實驗臺在采集實時數(shù)據(jù)之后，需要通過對測試數(shù)據(jù)的分析和處理，研究液壓鑿巖機的性能，因此參數(shù)的采集和處理具有重要的意義。參數(shù)采集和處理包括：數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)輸出幾個模塊。數(shù)據(jù)采集使用美國NI公司數(shù)據(jù)采集卡，具體設計數(shù)據(jù)采集結構和數(shù)據(jù)傳輸方式。軟件系統(tǒng)可采用LabVIEW進行編程，軟件系統(tǒng)應包括以下功能:（1）多通道同時采集處理，可在同一屏幕內(nèi)顯示多項參數(shù)的對比結果；（2）比例增益分為1、2、4、8四檔，采樣可按滑動平均、離散、最小值、最大值4種方式處理；（3）比例系數(shù)任意設定，使軟件在處理不同信號時可反映出真實的壓力、加速度及與這兩參數(shù)相關的各種數(shù)據(jù)及曲線；（4）采樣速率任意設定，最大

8、采樣速率為 250kHz，即采樣最小時間為 4s；（5）具有數(shù)據(jù)回放及再處理功能；（6）具有數(shù)據(jù)、圖表輸出、打印等功能。對二次儀表輸出的電參量進行采集轉換，把模擬信號變成離散的數(shù)字量，然后送入微機進行處理。多通道數(shù)據(jù)采集，需要微機具有較大的內(nèi)存容量。由采樣定理可知，要如實地反映被測信號的規(guī)律，采樣頻率至少要大于被測信號頻譜中最大頻率的兩倍，這要求采樣系統(tǒng)要由較高的采集速度滿足采樣點的實時性。圖4 微機采集原理2.3實時測試數(shù)據(jù)處理程序框圖圖5 實時測試數(shù)據(jù)處理程序框圖3測試信號的標定采用國際標準所規(guī)定的自由落錘標定方式在室內(nèi)實驗臺上進行標定。1、墊板 2、傳感器 圖6 標定系統(tǒng)示意圖沖錘做自由

9、落體運動，沖擊墊板及傳感器，傳感器輸出的信號經(jīng)過電荷放大器放大，數(shù)據(jù)采集卡采集后輸入計算機處理后得出不同高度下傳感器的輸出值，此輸出值與不同高度下沖錘的勢能成比例關系；E=a+ bv （2）式中，E沖擊功；V沖擊速度；a， b為常數(shù)；a、b由沖錘在不同高度的勢能和傳感器對應的輸出值經(jīng)過線性規(guī)劃處理得到。將式（2）作為標定公式計算沖擊功。4測試系統(tǒng)技術方案設計4.1信號采集傳感器清單表1 壓力變送器清單序號測量參數(shù)代號量程MPa電源輸出信號測量儀器要求1沖擊進油壓力PBI0-2524V DC0-10V變送器與壓力表存儲、記錄2沖擊回油壓力PBO0-524V DC0-10V變送器與壓力表存儲、記錄

10、3緩沖進油壓力PCI0-1524V DC0-10V變送器與壓力表存儲、記錄4回轉進油壓力PRI0-2124V DC0-10V變送器與壓力表存儲、記錄5回轉回油壓力PRO0-524V DC0-10V變送器與壓力表存儲、記錄6推進進油壓力PTI0-1024V DC0-10V變送器與壓力表存儲、記錄7受沖器內(nèi)部壓力PTI0-1024V DC0-10V變送器與壓力表存儲、記錄8潤滑油霧壓力PLA0-0.524V DC0-10V變送器與壓力表存儲、記錄9沖洗水壓力PFI0-2.524V DC0-10V變送器與壓力表存儲、記錄10鑿巖機前腔壓力PPF0-2524V DC0-10V變送器與壓力表存儲、記錄1

11、1鑿巖機后腔壓力PPR0-2524V DC0-10V變送器與壓力表存儲、記錄12高壓蓄能器壓力PAI0-2524V DC0-10V變送器與壓力表存儲、記錄13緩沖蓄能器壓力PAC0-1524V DC0-10V變送器與壓力表存儲、記錄14回油蓄能器壓力PAO0-524V DC0-10V變送器與壓力表存儲、記錄15左閥腔壓力PVL0-2524V DC0-10V變送器與壓力表存儲、記錄16右閥腔壓力PVR0-2524V DC0-10V變送器與壓力表存儲、記錄表2 流量變送器清單序號測量參數(shù)代號量程L/min電源輸出信號測量儀器1沖擊進油流量QBI11-14024V DC0-10V流量變送器存儲、記錄

12、2沖擊回油流量QBO11-14024V DC0-10V流量變送器存儲、記錄3緩沖進油流量QCI0.6-624V DC0-10V流量變送器存儲、記錄4沖擊泄漏流量QBL0.1-1224V DC0-10V流量變送器存儲、記錄5回轉回油流量QRO7.5-8524V DC0-10V流量變送器存儲、記錄表3 溫度變送器清單序號測量參數(shù)代號量程 電源輸出信號測量儀器1液壓油溫TTO0-8024V DC0-10VPT100帶變送器與溫度表存儲、記錄表4 力學參數(shù)傳感器清單序號測量參數(shù)代號量程電源DC輸出信號測量儀器1回轉速度VR0-250 rpm24V0-10V轉矩轉速傳感器存儲、打印2回轉扭矩MR100-

13、2000 Nm24V0-10V轉矩轉速傳感器存儲、打印3沖擊頻率FB10-60 Hz24V0-10V頻率計存儲、打印4鑿巖速度VD0-0.3m/s24V 0-10V磁致伸縮速度傳感器MDS-L（量程：2m，線纜10m）存儲、打印5活塞速度VP0-13 m/s24V0-10V磁致伸縮速度傳感器MDS-L（量程：0.5m，線纜10m）存儲、打印6沖擊力0-300KN24V0-10V壓電石英力傳感器存儲、打印4.2測試與數(shù)據(jù)采集處理技術方案框圖液壓鑿巖機計算機測試系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集卡、工控機、激光打印機、外圍傳感器、信號轉換隔離模塊、高精度穩(wěn)壓電源、中間繼電器、開關電源、按鈕及旋鈕、電磁閥、變頻器、電機

14、等幾部分組成，系統(tǒng)硬件原理圖如圖所示。圖7 系統(tǒng)硬件原理圖圖7 液壓鑿巖機測試系統(tǒng)軟件方案4.2測試與數(shù)據(jù)采集處理儀器儀表清單序號名稱數(shù)量要求規(guī)格型號備注1工控機1CPU：雙核，2.4G以上內(nèi)存：4G及以上PCI插槽：2個及以上電源：ATX電源研華或研祥工控機2液晶顯示器124英寸飛利浦244EL2SB/933打印機14模擬量采集卡1套模擬量輸入：64路（16位采集精度）模擬量輸出：2路美國NI公司 采集卡 NI PCI-6071 線纜 CB-68LP(1m)接線盒 SCC-68 含線纜和接線盒5電荷放大器1線性度誤差 1.5%四川綿陽銘宇公司MCA-01 型6直流電源1提供24V直流電源7UPS電源1山特8接線端子購買9線纜屏蔽信號線10測試實驗臺1套設計定制11信號調理箱1套設計定制測試控制臺測試控制柜液壓站控制臺5鑿巖機測試計算參數(shù)表6 鑿巖機性能計算參數(shù)清單代號計算公式1沖擊能JEBEB =mVB VB / 2存儲、打印2沖擊輸出功率kWPWBPWB =（PBI-PBO）QBI / 60存儲、打印3沖擊進油功率kWPWBIPWBI = PBI QBI / 60存儲、打印沖擊回油功率kWPWBOPWBO=PBOQBO / 604緩沖輸入功率kWPWCIPWCI = PCI QCI / 60存儲、打印5狹義沖擊效率%EF