液壓傳動(dòng)與控制實(shí)用技術(shù)課件：液壓系統(tǒng)測(cè)試技術(shù) -

液壓系統(tǒng)測(cè)試技術(shù)【學(xué)習(xí)目標(biāo)】

液壓測(cè)試是工程測(cè)試技術(shù)的重要內(nèi)容，其測(cè)試指標(biāo)是對(duì)機(jī)械裝備液壓傳動(dòng)與控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與運(yùn)行狀況的直接評(píng)價(jià)，為工程應(yīng)用中液壓系統(tǒng)故障診斷、分析與改進(jìn)提供理論指導(dǎo)?！緦W(xué)習(xí)要求】掌握液壓系統(tǒng)基本參數(shù)的如壓力、流量、溫度等測(cè)量的基本方法；熟悉各類傳感器的原理和選用；了解各類液壓測(cè)試儀器及裝置的工作原理及應(yīng)用；了解液壓系統(tǒng)測(cè)試系統(tǒng)的軟硬件組成、特點(diǎn)及工程應(yīng)用。8.1液壓測(cè)試技術(shù)概述隨著現(xiàn)代工業(yè)的迅速發(fā)展，液壓傳動(dòng)和控制裝置的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，對(duì)液壓元件和系統(tǒng)的性能所提出的要求也越來(lái)越高。因此，開展液壓傳動(dòng)與控制領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究、設(shè)計(jì)和研制合乎技術(shù)要求的產(chǎn)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(wù)。在上述這些工作中，液壓測(cè)試和試驗(yàn)都是不可缺少的重要環(huán)節(jié)。在液壓測(cè)試及試驗(yàn)中，除了要定性觀察系統(tǒng)的物理現(xiàn)象外，更重要的是要對(duì)運(yùn)行過程中許多有關(guān)的物理參數(shù)進(jìn)行精確的定量測(cè)量。如果沒有有關(guān)物理量的先進(jìn)測(cè)試方法和測(cè)量裝置，包括先進(jìn)的數(shù)據(jù)處理方法和相應(yīng)的設(shè)備，當(dāng)然也就沒有先進(jìn)的液壓測(cè)試技術(shù)。另外，在電液伺服控制系統(tǒng)中，要對(duì)被控參數(shù)進(jìn)行測(cè)量，并將測(cè)量結(jié)果反饋到輸入端的誤差檢測(cè)器上，與設(shè)定值或輸入變量進(jìn)行比較，以達(dá)到精確控制的目的。一個(gè)伺服系統(tǒng)的控制精度，在很大程度上取決于測(cè)量反饋精度。因此，被控物理量的測(cè)量裝置也是電液伺服系統(tǒng)的重要組成部分。8.1.1液壓測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)1.液壓測(cè)試技術(shù)的概念

通過人的主觀能動(dòng)性和所具有的技術(shù)水平(包括知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)豐富的程度、正確的使用和維護(hù)保養(yǎng)所需設(shè)備等)將液壓設(shè)備與測(cè)量系統(tǒng)有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，為有效地完成規(guī)定的實(shí)驗(yàn)?zāi)康姆?wù)的一整套技術(shù)統(tǒng)稱為液壓測(cè)試技術(shù)。人和設(shè)備是相輔相成的，但人是起主導(dǎo)作用的。人的淵博知識(shí)、對(duì)新技術(shù)的敏感、豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)工作的能力等是液壓測(cè)試技術(shù)的基礎(chǔ)，只有發(fā)揮人的主觀能動(dòng)作用才會(huì)有高質(zhì)量的實(shí)設(shè)備和先進(jìn)的測(cè)量系統(tǒng)，液壓測(cè)試技術(shù)也才能發(fā)展得更完美。2.液壓測(cè)試設(shè)備液壓測(cè)試設(shè)備是指在液壓實(shí)驗(yàn)中，為完成一定的實(shí)驗(yàn)?zāi)康乃褂玫脑O(shè)備的總稱。它主要包括三部分：實(shí)驗(yàn)對(duì)象、基本設(shè)備和輔助設(shè)備。1）測(cè)試對(duì)象它可以是實(shí)際應(yīng)用的液壓元件和系統(tǒng)、新研制的樣機(jī)；也可以是為某實(shí)驗(yàn)?zāi)康亩鴮ｉT設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)裝置，如噴嘴一擋板閥壓力靜特性實(shí)驗(yàn)裝置等，這些俗稱被試件。2）基本設(shè)備它們是進(jìn)行液壓測(cè)試時(shí)必備的主要設(shè)備。包括有液壓源、實(shí)驗(yàn)臺(tái)和油箱等。3）輔助設(shè)備它們是為達(dá)到一定的實(shí)驗(yàn)?zāi)康乃枰囊恍└郊釉O(shè)備，如加載裝置、冷卻和加熱裝置、過濾裝置、環(huán)境模擬實(shí)驗(yàn)設(shè)備和安全保護(hù)裝置等。3.液壓測(cè)試方案確定根據(jù)要進(jìn)行測(cè)試的機(jī)械設(shè)備液壓系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)和工作性能,為了使測(cè)試工作能在最佳的條件下，高效率、低成本地圓滿完成，事前要對(duì)整個(gè)液壓測(cè)試實(shí)驗(yàn)工作進(jìn)行計(jì)劃和設(shè)計(jì)，這就是所謂的“液壓測(cè)試方案設(shè)計(jì)”。它包括的內(nèi)容有：1)制定測(cè)試工作計(jì)劃

2）擬定測(cè)試實(shí)驗(yàn)大綱3）測(cè)量?jī)x器的選擇及標(biāo)定4.測(cè)試報(bào)告編寫與分析測(cè)試實(shí)驗(yàn)報(bào)告是測(cè)試工作的成果，是最后的表達(dá)形式。測(cè)試實(shí)驗(yàn)報(bào)告一般應(yīng)包括的內(nèi)容有：1）測(cè)試實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目2）測(cè)試實(shí)驗(yàn)液壓回路及測(cè)試線路包括液壓回路及測(cè)試的工作原理說明；組成油路各元件的選擇和簡(jiǎn)單計(jì)算；傳感器、測(cè)量?jī)x器的選擇，包括型號(hào)、精度級(jí)別以及校準(zhǔn)、標(biāo)定方法和特性曲線等。3）測(cè)試實(shí)驗(yàn)裝置及實(shí)驗(yàn)方法簡(jiǎn)介4）實(shí)驗(yàn)條件的說明包括工作油液牌號(hào)、粘度、實(shí)驗(yàn)油溫、室溫等。5）實(shí)驗(yàn)所測(cè)數(shù)據(jù)包括數(shù)據(jù)表格、特性曲線、照片等。6）測(cè)試實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

此項(xiàng)應(yīng)包括：實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)誤差分析；實(shí)驗(yàn)應(yīng)得出的結(jié)論；實(shí)驗(yàn)中存在的問題和改進(jìn)意見。7）測(cè)試實(shí)驗(yàn)日期、地點(diǎn)、實(shí)驗(yàn)主要負(fù)責(zé)人和參加人簽字8.1.2液壓測(cè)試系統(tǒng)組成隨著液壓技術(shù)的廣泛應(yīng)用,對(duì)液壓元件、液壓系統(tǒng)的分析和試驗(yàn)以及性能測(cè)試就顯得尤為重要。液壓測(cè)試系統(tǒng)通常由試驗(yàn)裝置、測(cè)量裝置和數(shù)據(jù)處理裝置等部分組成。一般的液壓測(cè)試系統(tǒng)如圖8.1所示。8.2液壓系統(tǒng)基本參數(shù)的測(cè)試及測(cè)試儀器8.2.1液壓系統(tǒng)中壓力的測(cè)試在液壓測(cè)試實(shí)驗(yàn)中，壓力的測(cè)量是極為重要的。根據(jù)測(cè)試實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中壓力變化的情況，不外乎有穩(wěn)態(tài)壓力和瞬態(tài)壓力兩種。液壓系統(tǒng)的壓力是所有液壓執(zhí)行器的工作動(dòng)力,也是大部分液壓控制元件的控制動(dòng)力,它存在于液壓元件密封的容腔和連接液壓元件的管路內(nèi),反映著液壓系統(tǒng)的工作狀態(tài),是整個(gè)系統(tǒng)的重要信息。1.應(yīng)用壓力表測(cè)試系統(tǒng)壓力這是一種常用的壓力測(cè)量?jī)x表,圖8.2所示為其結(jié)構(gòu)原理。其信號(hào)傳遞過程如圖8.3所示。2.液壓測(cè)試用壓力傳感器及其應(yīng)用基于各種檢測(cè)原理發(fā)展起來(lái)的壓力傳感器是液壓測(cè)試技術(shù)的核心,它將壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)并利用二次儀表而對(duì)液壓壓力進(jìn)行測(cè)試?？捎糜谝簤簤毫y(cè)試的檢測(cè)原理有許多種,每種檢測(cè)原理又有不同的檢測(cè)方法,再加上基于同種檢測(cè)原理和方法的傳感器又可以有結(jié)構(gòu)形式、所用材料和制造工藝等因素的不同,因而構(gòu)成了壓力傳感器的多種多樣?，F(xiàn)在液壓系統(tǒng)中廣為使用的壓力傳感器主要有電阻式、壓阻式和壓電式等型式。1)應(yīng)變式壓力傳感器應(yīng)變式壓力傳感器是電阻式壓力傳感器的一種。應(yīng)變式壓力傳感器的結(jié)構(gòu)如圖8.4所示。2)壓阻式壓力傳感器壓阻式壓力傳感器是利用金屬導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料受到壓力作用而產(chǎn)生的壓阻效應(yīng),將壓力變化變換成電阻的變化,進(jìn)而通過對(duì)電阻變化的測(cè)試而實(shí)現(xiàn)對(duì)壓力的測(cè)試。3)壓電式壓力傳感器壓電式壓力傳感器是利用具有壓電效應(yīng)的壓電器件作為敏感元件,它將被測(cè)壓力轉(zhuǎn)換為電荷,產(chǎn)生靜電電位差,進(jìn)而通過測(cè)量電路對(duì)壓力進(jìn)行測(cè)試。3.液壓系統(tǒng)測(cè)試壓力時(shí)傳感器的合理使用由于各種液壓系統(tǒng)中工況的不同,壓力變化的多樣,和壓力測(cè)試的目的也不盡相同,加之壓力傳感器品種的繁多,規(guī)格和技術(shù)性能的不一和價(jià)格差別的巨大,因此,要選擇合適的壓力傳感器并非易事。但是,只要遵循正確的方法,用經(jīng)濟(jì)的價(jià)格購(gòu)買到滿足使用目的、壓力量程、準(zhǔn)確度等級(jí)和工況要求的壓力傳感器還是可行的。1)根據(jù)液壓測(cè)試欲達(dá)到的目的選擇液壓系統(tǒng)中壓力測(cè)試有不同的目的,對(duì)不同目的的壓力測(cè)試應(yīng)選擇不同類型的壓力傳感器。2)根據(jù)液壓系統(tǒng)的工況選擇確定壓力傳感器的類型后,重要的是根據(jù)系統(tǒng)的工況選擇壓力傳感器的參數(shù)。8.2.2液壓系統(tǒng)中流量的測(cè)試流量也是液壓技術(shù)領(lǐng)域中的一個(gè)重要的物理量，它表示流體在單位時(shí)間通過某一截面的量的大小。若在時(shí)間間隔Δt=t2-t1內(nèi)通過某一截面的流體量為ΔV=V2-V1，則流體的平均流量Qr和t1時(shí)刻的瞬時(shí)流量Qr1分別為:1.液壓系統(tǒng)測(cè)試用傳感器1)差壓式流量計(jì)2)容積式流量計(jì)

3)渦輪流量計(jì)4)質(zhì)量流量計(jì)

5)渦街流量計(jì)6)超聲波流量計(jì)7)熱膜(絲)流量計(jì)2.液壓流量測(cè)試儀表的合理選用液壓流量測(cè)試儀表的選用原則是根據(jù)被測(cè)流體介質(zhì)的性質(zhì)、測(cè)量條件、安裝環(huán)境條件及對(duì)被測(cè)參數(shù)的準(zhǔn)確度、可靠性、經(jīng)濟(jì)性要求選擇流量測(cè)試儀表的品種類型和根據(jù)被測(cè)流體的流量、壓力、溫度、流程、管徑及配管情況等選擇流量計(jì)的規(guī)格。1)液壓流量測(cè)試儀表品種類型選擇2）液壓流量測(cè)試儀表規(guī)格選擇8.2.3液壓系統(tǒng)中溫度的測(cè)量1.基本概念1)溫度

溫度是反映物體分子熱運(yùn)動(dòng)的一個(gè)物理參數(shù)，它只能通過物體的某些物理性質(zhì)隨溫度變化的特性來(lái)加以間接的測(cè)量。利用來(lái)測(cè)溫的物體的物理性質(zhì)應(yīng)當(dāng)是溫度的單值、連續(xù)函數(shù)，而且復(fù)現(xiàn)性好、便于精確測(cè)量。比較常用的有：物體的熱膨脹、兩種不同導(dǎo)體相接觸的熱電效應(yīng)以及物體的熱輻射等物理性質(zhì)。此外，還有應(yīng)用諧振頻率、激光以及其他物理性質(zhì)來(lái)測(cè)溫的。2)溫標(biāo)的概念及種類

溫標(biāo)是溫度的數(shù)值表示，它規(guī)定了溫度的讀數(shù)起點(diǎn)(零點(diǎn))和測(cè)量溫度的基本單位。各種溫度計(jì)的刻度值均由溫標(biāo)確定。在國(guó)際上，溫標(biāo)的種類很多，如攝氏溫標(biāo)、華氏溫標(biāo)和熱力學(xué)溫標(biāo)等。2.常用測(cè)溫儀表測(cè)溫儀表按其測(cè)量范圍將測(cè)量550℃以下的儀表稱為低溫溫度計(jì)，一般就叫溫度計(jì),測(cè)量高于550℃以上的儀表稱為高溫溫度計(jì)，一般簡(jiǎn)稱高溫計(jì)。按其作用原理分為接觸式(儀表的測(cè)量元件與被測(cè)物接觸)和非接觸式(測(cè)量元件不與被測(cè)物相接觸)兩類，如表8-1所示。8.2.4液壓系統(tǒng)測(cè)試裝置液壓系統(tǒng)的原位測(cè)試是常用的液壓系統(tǒng)檢測(cè)方法。由于原位檢測(cè)通常利用便攜式檢測(cè)儀器直接對(duì)液壓系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試,機(jī)件不需拆離機(jī)械,所以這種測(cè)試方法尤其適用于復(fù)雜機(jī)械液壓系統(tǒng)的的檢測(cè)。1．測(cè)試裝置組成和特點(diǎn)裝置由測(cè)試系統(tǒng)與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)組成。測(cè)試系統(tǒng)包括集成式渦輪流量傳感器、SENSYM公司的硅應(yīng)變式壓力傳感器、熱電阻Pt100溫度傳感器以及安全閥、模擬加載的加載閥等。2．集成式流量、壓力及溫度傳感器組為減少泄漏,增強(qiáng)儀器的整體性,將壓力傳感器、溫度傳感器安裝在渦輪流量傳感器的殼體上,組成三位一體傳感器,以滿足在同一點(diǎn)、同時(shí)高精度測(cè)出壓力、流量、溫度的要求。整個(gè)傳感器組的結(jié)構(gòu)見圖8.5。1）渦輪流量傳感器渦輪流量傳感器響應(yīng)速度快,傳感器精度5‰,承受工作壓力可達(dá)40MPa,流量范圍12～350L/min,能滿足工程裝備液壓系統(tǒng)測(cè)試要求。2）壓力傳感器采用BP100硅壓力傳感器,直接通過圖8.5的壓力接頭口7以螺紋連接安裝。3）溫度傳感器采用鉑熱電阻溫度傳感器Pt100,穩(wěn)定性好,傳感器精度5‰,測(cè)溫范圍0～150℃。4）功率測(cè)試原理

3．?dāng)?shù)據(jù)處理部分設(shè)計(jì)測(cè)試系統(tǒng)是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng),設(shè)計(jì)時(shí)把溫度、壓力信號(hào)處理由硬件電路通過數(shù)據(jù)鎖存器、譯碼與驅(qū)動(dòng)器來(lái)處理,系統(tǒng)運(yùn)行速度快。流量信號(hào)的處理、溫度和壓力信號(hào)的選通以及功率的運(yùn)算由AT89C52運(yùn)算處理。其硬件框圖如圖8.6所示。4．系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)該測(cè)試系統(tǒng)是一種基于單片機(jī)的應(yīng)用系統(tǒng),主要配置有采集電路、顯示器、按鍵、打印機(jī),相應(yīng)的軟件有采集、控制、數(shù)據(jù)處理、顯示、打印等。軟件部分主要包括監(jiān)控程序和系統(tǒng)測(cè)控處程序。1）監(jiān)控程序監(jiān)控程序完成系統(tǒng)操作前的準(zhǔn)備工作。1)初始化,將系統(tǒng)中所有的命令、狀態(tài)以及有關(guān)的存儲(chǔ)器單元置位成初始狀態(tài)；2)系統(tǒng)測(cè)試,利用測(cè)試程序檢查程序存儲(chǔ)器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器以及硬件功能是否正常；3)提示符顯示,當(dāng)完成初始化和系統(tǒng)測(cè)試正常后,顯示器上顯示正常標(biāo)記。2）系統(tǒng)測(cè)控處理程序1）測(cè)控功能程序,系統(tǒng)直接完成測(cè)量流量、壓力、溫度,處理運(yùn)算功率值,存儲(chǔ)記憶；2）外設(shè)功能程序,外部設(shè)備的控制程序、顯示和打印等。5．集成式液壓測(cè)試系統(tǒng)的應(yīng)用集成式液壓系統(tǒng)測(cè)試裝置主要用于液壓系統(tǒng)和發(fā)動(dòng)機(jī)-油泵組的狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷,在使用中可通過管路接口附件串接或并聯(lián)于液壓系統(tǒng)中。圖8.8測(cè)試回路表明系統(tǒng)出現(xiàn)泄漏,泄漏量包括油泵、溢流閥、控制閥及執(zhí)行元件(油缸、油馬達(dá))的內(nèi)泄漏之和；如果各控制閥在所有工位上流量讀數(shù)Qi均較小,即表明溢流閥出現(xiàn)故障。8.3液壓系統(tǒng)測(cè)試工程應(yīng)用實(shí)例8.3.1礦用支架液壓件CAT測(cè)試系統(tǒng)隨著現(xiàn)代化煤炭開采業(yè)的發(fā)展，綜合機(jī)械化采煤設(shè)備的工作可靠性顯得尤為重要，液壓支架的工作可靠性直接影響著采煤工作面的推進(jìn)速度，影響著支架對(duì)頂板的支護(hù)性能，影響著對(duì)頂板管理的質(zhì)量。液壓支架的關(guān)鍵液壓元件是“三閥一缸”，即操作閥、安全閥、液控單向閥、立柱和各種千斤頂，其工作性能的好壞直接影響著液壓支架在支護(hù)承載過程中的支撐能力、恒阻性和讓壓性。由于現(xiàn)有液壓支架在使用中缺少先進(jìn)的質(zhì)量檢測(cè)手段，設(shè)備下井后一些主要元件如立柱、千斤頂以及各種閥會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)故障，嚴(yán)重影響了礦井的高產(chǎn)高效。因此提出一種測(cè)試手段先進(jìn)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，自動(dòng)化程度高，操作方便的支架液壓元件CAT綜合測(cè)試系統(tǒng)。1．液壓測(cè)試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)測(cè)試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)布置如圖8.9所示，主要由乳化液供液系統(tǒng)、閥試驗(yàn)系統(tǒng)、外加載壓機(jī)、油壓系統(tǒng)、電控系統(tǒng)以及計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)等組成。系統(tǒng)液壓原理圖如8.10所示，電動(dòng)機(jī)13帶動(dòng)乳化液泵12做注液用，泵的排液口裝有低壓溢流閥用來(lái)調(diào)整注液壓力和回液用。2．計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)液壓支架液壓件測(cè)試臺(tái)的最大特點(diǎn)是全部試驗(yàn)數(shù)據(jù)都由計(jì)算機(jī)自動(dòng)采集和處理，既方便又可靠，避免各種人為因素的影響。硬件系統(tǒng)：如圖8.11所示主要由壓力傳感器及二次儀表、流量傳感器及二次儀表、儀表顯示柜、工控計(jì)算機(jī)、模擬量采集板、數(shù)字量采集板、打印機(jī)以及計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試軟件等組成。軟件部分：計(jì)算機(jī)測(cè)試系統(tǒng)與普通系統(tǒng)的最大區(qū)別在于它對(duì)軟件的依賴性，數(shù)據(jù)的采集、處理、顯示和試驗(yàn)報(bào)告的打印都是在軟件的支持和協(xié)調(diào)下完成的。CAT軟件界面友好，操作使用簡(jiǎn)單，操作流程如圖8.12所示。3.抗干擾系統(tǒng)在測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)，被測(cè)試對(duì)象分布在不同的地方，計(jì)算機(jī)與它們之間的連接也有10到20米的距離，其次，在測(cè)試臺(tái)的現(xiàn)場(chǎng)有許多強(qiáng)電設(shè)備，由于試驗(yàn)過程中需要對(duì)它們進(jìn)行啟動(dòng)與停止，這些都將對(duì)計(jì)算機(jī)正常的數(shù)據(jù)采集與處理產(chǎn)生強(qiáng)烈的干擾。為增加抗干擾性，系統(tǒng)采取了如下抗干擾技術(shù)：1)接地技術(shù)2)光電耦合技術(shù)3)屏蔽技術(shù)4)其它抗干擾措施8.3.2液壓沖擊機(jī)械測(cè)試系統(tǒng)1．引言液壓沖擊機(jī)械的沖擊性能是衡量設(shè)備水平的一個(gè)重要指標(biāo)，其主要參數(shù)必須由科學(xué)試驗(yàn)手段進(jìn)行測(cè)量，并以數(shù)據(jù)、曲線或圖形表示出結(jié)果。對(duì)沖擊性能的檢測(cè)，必須測(cè)定額定條件的沖擊能、沖擊頻率，并由此計(jì)算沖擊功率、能量利用率，必要時(shí)還需