《机床与液压》20051No 18
・1・
液压泵、马达试验台技术概况
姜万录, 杨 超, 牛慧峰
(燕山大学机械工程学院, 秦皇岛066004)
摘要:主要介绍了液压泵、马达性能测试技术的现状。综述了当前液压泵、马达试验台液压系统的研究热点及其进展, 并列举了几种典型的试验台, 据此介绍了近年来出现的液压新技术:比例技术、变频技术、虚拟仪器技术。并结合测试内容概括了液压泵、马达试验台在节能、自动化、智能化等相关方面的进展。
关键词:液压泵; 马达; 试验台; C AT 中图分类号:TH137151 文献标识码:A 文章编号:1001-3881(2005) 8-001-3
The Techn i que i n Hydrauli c Pum p and M otor Test -bed M ea sure System
J I A NG W an 2lu, Y ANG Chao, N I U Hui 2feng
(Mechanical Engineering College of Yanshan University, Q inhuangdao 066004, China )
Abstract:The p resent technique in hydraulic pu mp and mot or test -bed measure syste m was discussed 1The f ocus of the study of the technique in hydraulic pu mp and mot or test -bed measure system was revie wed 1Some typ ical system s were intr oduced, it involved the latest hydraulic technique:the p r oporti onal regulati on technol ogy, the variable frequency hydraulic technol ogy, the virtual instru 2ment technol ogy 1The i m p r ove ment of the test -bed measure syste m in energy saving, aut omati on and intelligence was intr oduced 1
Keywords:Hydraulic -pu mp; Mot or; Test -bed; C AT
0 引言
液压泵、马达作为液压系统的动力元件和执行元件, 是整个液压系统的心脏, 整个液压系统的性能, 因此对液压泵、的性能测试, 是辨别产品优劣、段。精度要求高, , 另外测试过程中还有很多相关条件需要保障, 传统的测试方法很难满足性能测试越来越高的要求。因此近年来液压泵、马达性能测试逐步淘汰了传统的仪表加人工的测试方法, 转向运用新型的液压泵、马达计算机辅助测试方法, 即液压泵、马达CAT (Computer A ided Testing ) 系统。液压泵、马达计算机辅助测试系统结合了最新的液压技术、测试技术、可靠性技术、最先进的计算机技术, 以及数字信号处理方法和现代控制理论。1 测试主要内容以及试验台相关条件要求
液压泵、马达试验台根据国家标准规定进行设计。国家标准规定液压泵、马达性能测试试验项目主要包括泵、马达的排量验证试验、效率试验、变量特性试验、自吸试验、噪声试验、低温试验、高温试验、超速试验、超载试验、冲击试验、满载试验、效率检查试验等。随着技术的发展对液压泵、马达的性能也提出更高、更多的要求, 试验项目也不断根据需要而增加。另外设计一些特殊的液压泵、马达需要设计特殊的试验台以满足性能测试的要求。液压泵、马达性能测试涉及的主要性能参数有压力、流量、温度、转速、转矩等一些随着时间连续变化的物理量。同时为了保证系统安全运行, 系统具有超压、超温、滤油器污染、低液位等报警功能, 以及采取的相关措施:卸荷, 关闭泵源等, 还要考虑能源充分利用的问题。, 马达性能测试系统, , 尽量节约能源, 使系统相关, 控制更加智能化、自动化。2 试验台液压系统部分现状
但是走向21世纪的液压技术本身不可能有惊人的技术突破, 应当主要靠现有技术的改进和扩展不断扩大其应用领域, 以满足未来的要求。其发展方向主要有以下几个方面:节能, 减少污染, 降低泄漏, 主动维护, 机电一体化和与计算机技术结合的相关技术
[1]
(例如液压CAD 、CAT 等) 。
液压泵、马达性试验台技术遵循这一规律近年来取得了可喜的发展。其中应用越来越广泛、非常具有发展潜力的便是液压泵、马达CAT 技术。液压泵、马达CAT 性能测试试验台是以机电液技术为基础, 综合运用计算机、传感器技术、比例控制技术、集成插装技术等高新技术研制开发而成的一种综合试验检测装置。试验台可按照国家或原机械工业部的有关标准, 对各种型号与规格的液压泵、液压马达模拟各种液压设备的实际工况, 进行空载、满载和超载性能试验, 全部测试数据都在软件控制下由计算机自动采集与处理, 进而打印出报表和特性曲线。试验台由软件和硬件两大部分组成, 其中硬件部分主要由液压系统油路、传感器、采集卡、计算机等几部分组成。
液压系统油路部分根据有关国家标准进行设计, 由于试验台液压系统部分基本已成型, 近年来主要是在系统节能和系统数字化、比例化方面进行研究改进。211 液压试验台节能方面的研究
对于液压试验台节能方面的研究大体有三个方向:
・2・
(1) 减小液压系统的自身功率消耗。包括元件
《机床与液压》20051No 18
的功率消耗和回路损失。比如新型的电液比例元件、
液压伺服元件的应用以及新型加载装置的引入。
(2) 设计合理的液压回路。尽量减少回路的压力损失和流量损失来提高整机的功率和效率。如各种形式的功率回收式回路:容积控制回路和流量适应回路, 功率适应控制回路。另外还可以在系统中加入能量回收装置, 比如各种形式的蓄能器。另外近年来形成的液压二次调节技术实现了系统能量的回收, 在节能方面效果显著, 可以使试验转速和负载转矩各自调节, 在液压泵、马达性能测试方面有着很好的应用前景。但是二次调节系统结构复杂, 控制实现困难, 二次元件比较昂贵, 使其应用受到一定限制, 故二次调
[3]
节系统还有很多值得研究和改进的地方。
(3) 新型变频装置的引入。设计变频液压回路也可以达到很好的节能效果, 比如变频电机的引入,
[4]
或者相应的液压变频装置。212 系统数字化、比例化21211 各类比例元件的采用
比如采用新型的电液比例元件, 究所和燕山大学共同研制的液压泵得到了显著的提高, , 阀的压力振摆、响应特性、重现性和线性度都得到了明显的改[2]
善。采用了比例控制技术可以实现自动控制、远程遥控, 提高了自动化程度和测试精度21212 新型传感器, 符合各类总线规范仪器的选用
比如各类GP I B 、VX I 、串口等总线仪器的采用方便了液压系统与计算机的数据交互, 使液压泵、马达试验台实现自动化、智能化成为可能。北京自动化研究所和燕山大学共同研制的液压泵、马达性能试验台综合体现了这些设计思想, 其液压原理分别如图1、图2所示。
系统原理和新技术的应用, 接着讨论试验台相关的计算机辅助测试部分。下边分别讨论其特点及组成。
图2 液压原理图
图1 液压原理图
3 液压CAT 技术
前面主要介绍了液压泵、马达试验台液压部分的
311 采用液压CAT 技术提高试验台的性能
液压CAT 以下几个方面:
(1) , 计算机; 通过; 通过软件数据处理与分析, 如多次采样平均、数字滤波、回归处理可大大抑制随机误差以及系统误差; 计算机连续自动测试克服人为读数误差, 减少瞬态信息丢失引起的误差; 通过数字运算, 消除模拟运算误差, 这些处理提高了测试系统的测试精度。
(2) 提高了测试速度。计算机采集存储数据的速度是非常快的, 在较短时间即可完成被测工况的数据采集、运算、储存, 比人工测试要少很多时间。一个点数据的测试约为几毫秒到几十毫秒之间, 比人工测试要快几十倍。此外利用软件的数据处理能力用较少点就可完成测试, 提高了工作效率, 缩短了测试时间。另一个优点是减少了试验设备磨损, 节省了动力消耗。
(3) 降低了系统成本。基于虚拟仪器的计算机测试系统可以节省许多专有仪器的购置。还可以灵活地自定义仪器的功能。图形化编程语言的出现也大大节省了工程人员学习编程语言的时间。
(4) 增强了数据处理能力。利用计算机能处理复杂数据的功能及时处理数据, 处理结果精度高, 并可以得到数据处理的各种误差参数及分布情况, 既可提高处理质量, 加快试验进程, 又可完成人工处理难以完成的工作。
(5) 可开展综合研究。除可完成一般液压元件及系统的静态特性测试外, 还可以对液压元件及系统数学模型的识别、特性预测以及计算机控制等进行多种项目的研究。
312 液压CAT 系统的组成
《机床与液压》20051No 18
・3・
为仪器硬件平台组成的插卡式虚拟仪器系统。这种系
统采用PC I 或计算机本身的I S A 总线, 将数据采集卡/板(DAQ ) 插入计算机的空槽中即可。
(2) GP I B 系统。是以GP I B 标准总线仪器与计算机为仪器硬件平台组成的虚拟仪器测试系统。
(3) VX I 系统。是以VX I 标准总线仪器模块与计算机为仪器硬件平台组成的虚拟仪器测试系统。
(4) PX I 系统。是以PX I 标准总线仪器模块与计算机为仪器硬件平台组成的虚拟仪器测试系统。
(5) 串口系统。是以Serial 标准总线仪器与计算机为仪器硬硬件台组成的虚拟仪器测试系统。
虚拟技术的发展沿着两条主线:G B IP -VX I -PX I ; PC I -标准串口-IEEE1394。412 虚拟仪器的软件
, 目前的虚。
(1; V isual C ++, V isual ) , 如Lab V I E W 、HP VEE 等。。最近由北京航空航天大学开发的基于虚拟仪器技术的液压泵空载排量试验系统, 便综合运用了相应的虚拟仪器技术, 目前已经投入使用, 效果良好。其具体结构如图5所示。硬件:两台工控机一台用于控制一台用于测试; ADVANTECH 研华公司的PCL -1800高速采集板, 配套PCLD -880端子板一块; N I 公司的N I 6024E 高速采集板, 配套CB -68LB 端子板一块; ADVANTECH 研华公司PC I -1753数字板一块, 配套PCLD -12068端子板一块。软件采用LabV I E W 710Exp ress 编程, 软件主要包括三大功能模块:参数设置及传感器零点标定, 参数测试, 数据管理。软件生成可视界面, 只要调节界面上各类按钮参数就可以实
[6]
现液压泵空载排量的测定。
目前液压CAT 组成主要有以下两种方式。
(1) 通用接口+微型机系统。此类系统中主要由标准化了的仪器系统结合相应的高级语言编程实现。比如GP I B 或VX I 总线仪器, 但其试验过程中的调节控制仍由传统的电气控制为主。前边提到的山东科技大学液压泵、马达性能测试试验台采用的计算机辅助测试系统便是典型的应用范例, 系统采用了PC812板, 使系统更加灵活, 性能得到了进一步提高, 编程语言也采用了高级语言编程。
(2) 兼有测试试验数据处理和计算机控制功能的微机系统。系统中计算机不仅成为数据采集和处理的中心, 而且完成控制试验条件、补偿传感器的非线性、安排试验程序、完成输出特性曲线及数据文件、实现液压系统计算机控制等工作。典型结构如图3所示, 硬件包括工控机、PCL812B2通道插入式数据采集卡(DAQ ) 和JCZ 智能转速转矩仪(RS -232) , 数据通讯采用RS -232实现与西门子S7-200可编程控制器(PLC ) 的通讯。软件部分也采用高级语言编程来实现各个模块的功能。系统兼有数据采集处理和系统控制的功能。最近浙江大学流体传动及控制国家重点实验室开发的基于虚拟仪器的液压试验台系统便是比较典型的例子, VC +610实现试验系统编程。I 1713卡(提供了, μs ]率, 215
的接口技术, 灵活地组成相应的液压测试系统。相关接口技术部分将在下面的虚拟仪器部分详细介绍。
图3 系统典型结构图4 虚拟仪器技术
说到液压CAT 技术我们不得不提到虚拟仪器技术, 正是它的出现促进了液压CAT 技术飞速发展。20世纪80年代末美国研制成功了虚拟仪器。虚拟仪器的发展标志着自动测试与电子测量仪器领域发展的一个崭新的方向。虚拟仪器(V irtual I nstrument, 简称V I ) , 就是在以通用计算机为核心的硬件平台上, 由用户设计定义具有虚拟面板测试功能由测试软件实现的一种计算机仪器系统。将其运用到液压测试领域便是一种典型的液压CAT 系统。
411 虚拟仪器的硬件构成方式(图4)
(1) PC -DAQ 系
统。是以数据采集板、图4 虚拟仪器硬件构成图信号调理电路及计算机
图5 液压泵空载排量试验系统结构图
5 最新进展及展望
(下转第69页)
《机床与液压》20051No 18
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了保证木材的干燥质量, 水雾在接触到木材之前就要
汽化。汽化之前飞行的距离和雾粒的大小有密切的关系。(3) 喷嘴布置。水雾喷嘴的布置可以和干燥气体流动的方向一致、相反和垂直。喷嘴布置方式不同, 雾粒汽化之前飞行的距离也不一样。对这些问题的解决除了理论分析之外, 还要进行大量的试验研究。
组和附件如过滤器、管道等组成。高压水泵为喷嘴提供高压水。由于水具有粘度低、润滑性差、腐蚀性强、汽化压力高等缺点, 为了研制性能好的高压水泵, 必须解决腐蚀磨损、减少泄漏、防止气蚀等一系列关键技术难题; 控制阀组为高压水系统提供过载保护、为喷头提供恒定的工作压力以及进行回路的启/闭控制。其主要技术难点为气蚀、泄漏、拉丝侵蚀、振动、噪音和工作稳定性等问题。对于用于高压的水压电磁换向阀, 其技术难题主要为电磁铁的水密封问题、阀口密封不严以及由于阀芯被颗粒物卡死等多种因素可能引起的失效。(2) 高压水雾喷嘴。作为系统的核心部件, 其雾化方式的选择、结构尺寸设计以及结构内流场分布, 均直接影响水的雾化性能, 从而影响湿度调节效果。(3) 水质控制。由于水雾喷嘴的孔径很小, 对杂质颗粒比较敏感, 因此需要对水介质污染情况进行控制。另外, 还要对水介质中氯离子含量、pH 值、水的硬度等进行控制。
水压传动技术的研究为高压水源、喷嘴等问题的解决提供了技术基础。除此之外, 要发挥高压细水雾的湿度调节的作用, (1) , 关。(2) 。为(上接第3页)
最近N I 公司推出了最新的LabV IE W 710, 并大大降低了相应的硬件价格, 推出了性能更强大的PX I
[7]
系统。同时VX I 协会也推出了新的LX I 标准(基于网络的系统总线技术) , 使远程测试成为可能。由软件代替传统仪器, 大大节约了开发成本, 节省了开发时间, 更加灵活的实现不同的性能测试项目。而且可以随着新型的虚拟仪器平台可以很方便、低成本地升级换代, 不断满足对液压泵、马达性能测试提出的新要求。
目前现有的液压泵、马达试验台很好的应用了最新的相关技术, 较好地达到了性能测试的要求。我们可以看出综合运用计算机技术、传感器技术、比例控制技术、集成插装技术、虚拟仪器技术及新的可靠性理论、现代控制理论是未来液压泵、马达试验台的发展趋势。因此在未来的一段时间内, 试验台的研究主要的集中在运用各种技术不断提高试验台的测试系统的性能, 节约能源, 减少污染, 展开综合应用研究等方面。
参考文献
【1】张璧光1我国木材干燥技术现状与国内外发展趋势1
北京林业大学学报, 2002, 24(5/6) :262～2661【2】朱政贤1我国木材干燥工业发展世纪回顾与前瞻1林
产工业, 2000, 27(1) :7～101
【3】顾炼百, 杜国兴1中国木材干燥工业的现状与展望1
南京林业大学学报(自然科学版) , 2001, 25(6) :1～51
【4】刘银水, 朱玉泉, 李壮云1水压传动技术的特征与发
展应用11
【】M A ir in Lu mber D rying
om:htt p://www1danfoss 1com /Nessie1, 男, 1973年生, 工学博士, 华中, 副教授, 主要研究方向为水压、电液控制工程。电话:027-87556055, E -mail:liu water@t om 1com 。
收稿时间:2002-06-07
试验台上的应用[J ]1煤矿自动化, 1999(6) :35～361
【3】谢卓伟1恒压网络二次转速、转矩调节[J ]1机床与
液压, 1997(5) :33～351【4】彭天好, 徐 兵, 杨华勇1变频液压技术的发展及研
究综述[J ]1浙江大学学报, 2004(2) :36～401【5】黄 琳, 金 波, 沈海阔1基于虚拟仪器的液压试台
CAT 系统设计[J ]1液压与气动, 2005(4) :16～181
【6】孙洪亮, 裘丽华, 王占林1基于虚拟仪器技术液压泵
空载排量试验系统[J ]1机床与液压, 2005(3) :115～1181
【7】雷振山, 汤小娇, 龚清华1Lab V I E W 7Exp ress 平台上
的液压测试系统[J ]1机床与液压, 2005(3) :174
～1761
作者简介:姜万录, 男, 1964年11月出生, 工学博士, 燕山大学机械工程学院教授, 博士生导师, 中国人工智能学会智能控制与智能管理专业委员会委员。主要研究领域为现代检测技术、控制理论与应用、智能信息处理。发表论文80余篇, 出版著作4部。主持完成科研项目10余项, 其中获国家科技进步二等奖一项, 省部级科技进步一、二等奖各一项。电话:[1**********], [1**********]。
参考文献
【1】杨尔庄1液压技术发展现状及发展趋势[J ]1液压气
动与密封, 1998(1) :5～61
【2】李新平, 顾祖全, 时连军1比例控制技术在液压马达
收稿时间:2005-06-10
《机床与液压》20051No 18
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液压泵、马达试验台技术概况
姜万录, 杨 超, 牛慧峰
(燕山大学机械工程学院, 秦皇岛066004)
摘要:主要介绍了液压泵、马达性能测试技术的现状。综述了当前液压泵、马达试验台液压系统的研究热点及其进展, 并列举了几种典型的试验台, 据此介绍了近年来出现的液压新技术:比例技术、变频技术、虚拟仪器技术。并结合测试内容概括了液压泵、马达试验台在节能、自动化、智能化等相关方面的进展。
关键词:液压泵; 马达; 试验台; C AT 中图分类号:TH137151 文献标识码:A 文章编号:1001-3881(2005) 8-001-3
The Techn i que i n Hydrauli c Pum p and M otor Test -bed M ea sure System
J I A NG W an 2lu, Y ANG Chao, N I U Hui 2feng
(Mechanical Engineering College of Yanshan University, Q inhuangdao 066004, China )
Abstract:The p resent technique in hydraulic pu mp and mot or test -bed measure syste m was discussed 1The f ocus of the study of the technique in hydraulic pu mp and mot or test -bed measure system was revie wed 1Some typ ical system s were intr oduced, it involved the latest hydraulic technique:the p r oporti onal regulati on technol ogy, the variable frequency hydraulic technol ogy, the virtual instru 2ment technol ogy 1The i m p r ove ment of the test -bed measure syste m in energy saving, aut omati on and intelligence was intr oduced 1
Keywords:Hydraulic -pu mp; Mot or; Test -bed; C AT
0 引言
液压泵、马达作为液压系统的动力元件和执行元件, 是整个液压系统的心脏, 整个液压系统的性能, 因此对液压泵、的性能测试, 是辨别产品优劣、段。精度要求高, , 另外测试过程中还有很多相关条件需要保障, 传统的测试方法很难满足性能测试越来越高的要求。因此近年来液压泵、马达性能测试逐步淘汰了传统的仪表加人工的测试方法, 转向运用新型的液压泵、马达计算机辅助测试方法, 即液压泵、马达CAT (Computer A ided Testing ) 系统。液压泵、马达计算机辅助测试系统结合了最新的液压技术、测试技术、可靠性技术、最先进的计算机技术, 以及数字信号处理方法和现代控制理论。1 测试主要内容以及试验台相关条件要求
液压泵、马达试验台根据国家标准规定进行设计。国家标准规定液压泵、马达性能测试试验项目主要包括泵、马达的排量验证试验、效率试验、变量特性试验、自吸试验、噪声试验、低温试验、高温试验、超速试验、超载试验、冲击试验、满载试验、效率检查试验等。随着技术的发展对液压泵、马达的性能也提出更高、更多的要求, 试验项目也不断根据需要而增加。另外设计一些特殊的液压泵、马达需要设计特殊的试验台以满足性能测试的要求。液压泵、马达性能测试涉及的主要性能参数有压力、流量、温度、转速、转矩等一些随着时间连续变化的物理量。同时为了保证系统安全运行, 系统具有超压、超温、滤油器污染、低液位等报警功能, 以及采取的相关措施:卸荷, 关闭泵源等, 还要考虑能源充分利用的问题。, 马达性能测试系统, , 尽量节约能源, 使系统相关, 控制更加智能化、自动化。2 试验台液压系统部分现状
但是走向21世纪的液压技术本身不可能有惊人的技术突破, 应当主要靠现有技术的改进和扩展不断扩大其应用领域, 以满足未来的要求。其发展方向主要有以下几个方面:节能, 减少污染, 降低泄漏, 主动维护, 机电一体化和与计算机技术结合的相关技术
[1]
(例如液压CAD 、CAT 等) 。
液压泵、马达性试验台技术遵循这一规律近年来取得了可喜的发展。其中应用越来越广泛、非常具有发展潜力的便是液压泵、马达CAT 技术。液压泵、马达CAT 性能测试试验台是以机电液技术为基础, 综合运用计算机、传感器技术、比例控制技术、集成插装技术等高新技术研制开发而成的一种综合试验检测装置。试验台可按照国家或原机械工业部的有关标准, 对各种型号与规格的液压泵、液压马达模拟各种液压设备的实际工况, 进行空载、满载和超载性能试验, 全部测试数据都在软件控制下由计算机自动采集与处理, 进而打印出报表和特性曲线。试验台由软件和硬件两大部分组成, 其中硬件部分主要由液压系统油路、传感器、采集卡、计算机等几部分组成。
液压系统油路部分根据有关国家标准进行设计, 由于试验台液压系统部分基本已成型, 近年来主要是在系统节能和系统数字化、比例化方面进行研究改进。211 液压试验台节能方面的研究
对于液压试验台节能方面的研究大体有三个方向:
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(1) 减小液压系统的自身功率消耗。包括元件
《机床与液压》20051No 18
的功率消耗和回路损失。比如新型的电液比例元件、
液压伺服元件的应用以及新型加载装置的引入。
(2) 设计合理的液压回路。尽量减少回路的压力损失和流量损失来提高整机的功率和效率。如各种形式的功率回收式回路:容积控制回路和流量适应回路, 功率适应控制回路。另外还可以在系统中加入能量回收装置, 比如各种形式的蓄能器。另外近年来形成的液压二次调节技术实现了系统能量的回收, 在节能方面效果显著, 可以使试验转速和负载转矩各自调节, 在液压泵、马达性能测试方面有着很好的应用前景。但是二次调节系统结构复杂, 控制实现困难, 二次元件比较昂贵, 使其应用受到一定限制, 故二次调
[3]
节系统还有很多值得研究和改进的地方。
(3) 新型变频装置的引入。设计变频液压回路也可以达到很好的节能效果, 比如变频电机的引入,
[4]
或者相应的液压变频装置。212 系统数字化、比例化21211 各类比例元件的采用
比如采用新型的电液比例元件, 究所和燕山大学共同研制的液压泵得到了显著的提高, , 阀的压力振摆、响应特性、重现性和线性度都得到了明显的改[2]
善。采用了比例控制技术可以实现自动控制、远程遥控, 提高了自动化程度和测试精度21212 新型传感器, 符合各类总线规范仪器的选用
比如各类GP I B 、VX I 、串口等总线仪器的采用方便了液压系统与计算机的数据交互, 使液压泵、马达试验台实现自动化、智能化成为可能。北京自动化研究所和燕山大学共同研制的液压泵、马达性能试验台综合体现了这些设计思想, 其液压原理分别如图1、图2所示。
系统原理和新技术的应用, 接着讨论试验台相关的计算机辅助测试部分。下边分别讨论其特点及组成。
图2 液压原理图
图1 液压原理图
3 液压CAT 技术
前面主要介绍了液压泵、马达试验台液压部分的
311 采用液压CAT 技术提高试验台的性能
液压CAT 以下几个方面:
(1) , 计算机; 通过; 通过软件数据处理与分析, 如多次采样平均、数字滤波、回归处理可大大抑制随机误差以及系统误差; 计算机连续自动测试克服人为读数误差, 减少瞬态信息丢失引起的误差; 通过数字运算, 消除模拟运算误差, 这些处理提高了测试系统的测试精度。
(2) 提高了测试速度。计算机采集存储数据的速度是非常快的, 在较短时间即可完成被测工况的数据采集、运算、储存, 比人工测试要少很多时间。一个点数据的测试约为几毫秒到几十毫秒之间, 比人工测试要快几十倍。此外利用软件的数据处理能力用较少点就可完成测试, 提高了工作效率, 缩短了测试时间。另一个优点是减少了试验设备磨损, 节省了动力消耗。
(3) 降低了系统成本。基于虚拟仪器的计算机测试系统可以节省许多专有仪器的购置。还可以灵活地自定义仪器的功能。图形化编程语言的出现也大大节省了工程人员学习编程语言的时间。
(4) 增强了数据处理能力。利用计算机能处理复杂数据的功能及时处理数据, 处理结果精度高, 并可以得到数据处理的各种误差参数及分布情况, 既可提高处理质量, 加快试验进程, 又可完成人工处理难以完成的工作。
(5) 可开展综合研究。除可完成一般液压元件及系统的静态特性测试外, 还可以对液压元件及系统数学模型的识别、特性预测以及计算机控制等进行多种项目的研究。
312 液压CAT 系统的组成
《机床与液压》20051No 18
・3・
为仪器硬件平台组成的插卡式虚拟仪器系统。这种系
统采用PC I 或计算机本身的I S A 总线, 将数据采集卡/板(DAQ ) 插入计算机的空槽中即可。
(2) GP I B 系统。是以GP I B 标准总线仪器与计算机为仪器硬件平台组成的虚拟仪器测试系统。
(3) VX I 系统。是以VX I 标准总线仪器模块与计算机为仪器硬件平台组成的虚拟仪器测试系统。
(4) PX I 系统。是以PX I 标准总线仪器模块与计算机为仪器硬件平台组成的虚拟仪器测试系统。
(5) 串口系统。是以Serial 标准总线仪器与计算机为仪器硬硬件台组成的虚拟仪器测试系统。
虚拟技术的发展沿着两条主线:G B IP -VX I -PX I ; PC I -标准串口-IEEE1394。412 虚拟仪器的软件
, 目前的虚。
(1; V isual C ++, V isual ) , 如Lab V I E W 、HP VEE 等。。最近由北京航空航天大学开发的基于虚拟仪器技术的液压泵空载排量试验系统, 便综合运用了相应的虚拟仪器技术, 目前已经投入使用, 效果良好。其具体结构如图5所示。硬件:两台工控机一台用于控制一台用于测试; ADVANTECH 研华公司的PCL -1800高速采集板, 配套PCLD -880端子板一块; N I 公司的N I 6024E 高速采集板, 配套CB -68LB 端子板一块; ADVANTECH 研华公司PC I -1753数字板一块, 配套PCLD -12068端子板一块。软件采用LabV I E W 710Exp ress 编程, 软件主要包括三大功能模块:参数设置及传感器零点标定, 参数测试, 数据管理。软件生成可视界面, 只要调节界面上各类按钮参数就可以实
[6]
现液压泵空载排量的测定。
目前液压CAT 组成主要有以下两种方式。
(1) 通用接口+微型机系统。此类系统中主要由标准化了的仪器系统结合相应的高级语言编程实现。比如GP I B 或VX I 总线仪器, 但其试验过程中的调节控制仍由传统的电气控制为主。前边提到的山东科技大学液压泵、马达性能测试试验台采用的计算机辅助测试系统便是典型的应用范例, 系统采用了PC812板, 使系统更加灵活, 性能得到了进一步提高, 编程语言也采用了高级语言编程。
(2) 兼有测试试验数据处理和计算机控制功能的微机系统。系统中计算机不仅成为数据采集和处理的中心, 而且完成控制试验条件、补偿传感器的非线性、安排试验程序、完成输出特性曲线及数据文件、实现液压系统计算机控制等工作。典型结构如图3所示, 硬件包括工控机、PCL812B2通道插入式数据采集卡(DAQ ) 和JCZ 智能转速转矩仪(RS -232) , 数据通讯采用RS -232实现与西门子S7-200可编程控制器(PLC ) 的通讯。软件部分也采用高级语言编程来实现各个模块的功能。系统兼有数据采集处理和系统控制的功能。最近浙江大学流体传动及控制国家重点实验室开发的基于虚拟仪器的液压试验台系统便是比较典型的例子, VC +610实现试验系统编程。I 1713卡(提供了, μs ]率, 215
的接口技术, 灵活地组成相应的液压测试系统。相关接口技术部分将在下面的虚拟仪器部分详细介绍。
图3 系统典型结构图4 虚拟仪器技术
说到液压CAT 技术我们不得不提到虚拟仪器技术, 正是它的出现促进了液压CAT 技术飞速发展。20世纪80年代末美国研制成功了虚拟仪器。虚拟仪器的发展标志着自动测试与电子测量仪器领域发展的一个崭新的方向。虚拟仪器(V irtual I nstrument, 简称V I ) , 就是在以通用计算机为核心的硬件平台上, 由用户设计定义具有虚拟面板测试功能由测试软件实现的一种计算机仪器系统。将其运用到液压测试领域便是一种典型的液压CAT 系统。
411 虚拟仪器的硬件构成方式(图4)
(1) PC -DAQ 系
统。是以数据采集板、图4 虚拟仪器硬件构成图信号调理电路及计算机
图5 液压泵空载排量试验系统结构图
5 最新进展及展望
(下转第69页)
《机床与液压》20051No 18
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了保证木材的干燥质量, 水雾在接触到木材之前就要
汽化。汽化之前飞行的距离和雾粒的大小有密切的关系。(3) 喷嘴布置。水雾喷嘴的布置可以和干燥气体流动的方向一致、相反和垂直。喷嘴布置方式不同, 雾粒汽化之前飞行的距离也不一样。对这些问题的解决除了理论分析之外, 还要进行大量的试验研究。
组和附件如过滤器、管道等组成。高压水泵为喷嘴提供高压水。由于水具有粘度低、润滑性差、腐蚀性强、汽化压力高等缺点, 为了研制性能好的高压水泵, 必须解决腐蚀磨损、减少泄漏、防止气蚀等一系列关键技术难题; 控制阀组为高压水系统提供过载保护、为喷头提供恒定的工作压力以及进行回路的启/闭控制。其主要技术难点为气蚀、泄漏、拉丝侵蚀、振动、噪音和工作稳定性等问题。对于用于高压的水压电磁换向阀, 其技术难题主要为电磁铁的水密封问题、阀口密封不严以及由于阀芯被颗粒物卡死等多种因素可能引起的失效。(2) 高压水雾喷嘴。作为系统的核心部件, 其雾化方式的选择、结构尺寸设计以及结构内流场分布, 均直接影响水的雾化性能, 从而影响湿度调节效果。(3) 水质控制。由于水雾喷嘴的孔径很小, 对杂质颗粒比较敏感, 因此需要对水介质污染情况进行控制。另外, 还要对水介质中氯离子含量、pH 值、水的硬度等进行控制。
水压传动技术的研究为高压水源、喷嘴等问题的解决提供了技术基础。除此之外, 要发挥高压细水雾的湿度调节的作用, (1) , 关。(2) 。为(上接第3页)
最近N I 公司推出了最新的LabV IE W 710, 并大大降低了相应的硬件价格, 推出了性能更强大的PX I
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系统。同时VX I 协会也推出了新的LX I 标准(基于网络的系统总线技术) , 使远程测试成为可能。由软件代替传统仪器, 大大节约了开发成本, 节省了开发时间, 更加灵活的实现不同的性能测试项目。而且可以随着新型的虚拟仪器平台可以很方便、低成本地升级换代, 不断满足对液压泵、马达性能测试提出的新要求。
目前现有的液压泵、马达试验台很好的应用了最新的相关技术, 较好地达到了性能测试的要求。我们可以看出综合运用计算机技术、传感器技术、比例控制技术、集成插装技术、虚拟仪器技术及新的可靠性理论、现代控制理论是未来液压泵、马达试验台的发展趋势。因此在未来的一段时间内, 试验台的研究主要的集中在运用各种技术不断提高试验台的测试系统的性能, 节约能源, 减少污染, 展开综合应用研究等方面。
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【】M A ir in Lu mber D rying
om:htt p://www1danfoss 1com /Nessie1, 男, 1973年生, 工学博士, 华中, 副教授, 主要研究方向为水压、电液控制工程。电话:027-87556055, E -mail:liu water@t om 1com 。
收稿时间:2002-06-07
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作者简介:姜万录, 男, 1964年11月出生, 工学博士, 燕山大学机械工程学院教授, 博士生导师, 中国人工智能学会智能控制与智能管理专业委员会委员。主要研究领域为现代检测技术、控制理论与应用、智能信息处理。发表论文80余篇, 出版著作4部。主持完成科研项目10余项, 其中获国家科技进步二等奖一项, 省部级科技进步一、二等奖各一项。电话:[1**********], [1**********]。
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收稿时间:2005-06-10