專利名稱：一種液壓缸帶載動摩擦力特性的測試系統(tǒng)及測試方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于液壓元件測試技術(shù)領(lǐng)域。具體涉及一種液壓缸帶載動摩擦力特性測試系統(tǒng)及 測試方法。
背景技術(shù)：
液壓系統(tǒng)因具有功率大、響應(yīng)快、精度高等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用于冶金生產(chǎn)設(shè)備的重要部 位。液壓缸是液壓系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，它在帶載運(yùn)動過程中的摩擦力大小對整個液壓系統(tǒng)的性 能有很大的影響，非線性的摩擦力不僅要帶來動態(tài)死區(qū)，而且對穩(wěn)定性和頻寬也要帶來不利 的影響，因此對液壓缸的帶載動摩擦力特性進(jìn)行精確測試非常必要。尤其是低摩擦伺服液壓 缸、軋機(jī)液壓壓下UGC)伺服液壓缸等要求苛刻的伺服液壓缸，過大的摩擦力容易產(chǎn)生極限 環(huán)振蕩，并產(chǎn)生靜態(tài)死區(qū)和動態(tài)死區(qū)，降低液壓缸的響應(yīng)頻率，必須在安裝到生產(chǎn)線上之前 對其摩擦力進(jìn)行精確測試。
目前液壓缸的動摩擦力測試方法主要存在以下幾個方面的問題
1、 目前伺服液壓缸帶載動摩擦力測試無相應(yīng)國家標(biāo)準(zhǔn)，如按普通液壓缸(GB/T 15622 一2001，液壓缸試驗(yàn)方法)，采用兩個液壓缸對頂?shù)姆绞竭M(jìn)行加載，通過檢測兩個液壓缸兩腔 的負(fù)載壓差，計(jì)算被測試液壓缸的摩擦力。這種方法的測試結(jié)果中包含了加載液壓缸的摩擦 力，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，測試精度也受影響。
2、 現(xiàn)有的對伺服液壓缸摩擦力測試的研究與實(shí)踐(曾良才.大型軋機(jī)自動輥縫控制伺服 缸的摩擦力自動測試.液壓與氣動，2002(1), pp26-28;羅富生，趙連利，周士昌.液壓壓下伺服 缸的密封及摩擦力的研究，1996(5)， ppl5-16)中，只進(jìn)行了伺服液壓缸啟動摩擦力的測試研 究，而沒有進(jìn)行伺服液壓缸帶載動摩擦力的測試研究。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在克服上述技術(shù)缺陷，目的是提供一種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、測試精確、自動化程度 高的液壓缸帶載動摩擦力的測試系統(tǒng)和測試方法。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的測試系統(tǒng)釆用的技術(shù)方案是油泵與電機(jī)同軸聯(lián)接，油泵的
吸油LJ與油箱相通，油泵的出油口通過過濾器與電液伺服閥的P 口相通，電液伺服閥的A口 或B 口與被測試液壓缸的無桿腔相通，電液伺服闊的B 口或A 口封閉；被測試液壓缸的有桿 腔和電液伺服閥的T 口與油箱相通；在電液伺服閥的P 口壓油管路與T口回油管之間聯(lián)接有電磁溢流閥，被測試液壓缸安裝在閉式機(jī)架內(nèi)。
在被測試液壓缸有桿腔端的缸體端面和閉式機(jī)架間裝有位移傳感器，位移傳感器與數(shù)據(jù) 采集卡的A/D-l 口電連接；電液伺服閥的A 口或B 口與被測試液壓缸的無桿腔相連的管路上 裝有壓力傳感器，壓力傳感器與數(shù)據(jù)采集卡的A/D-2 口電連接；伺服放大器的一端與電液伺 服閥的電磁鐵電連接，伺服放大器的另一端與數(shù)據(jù)采集卡的D/A 口電連接，數(shù)據(jù)采集卡和計(jì)
算機(jī)輔助測試軟件安裝在計(jì)算機(jī)內(nèi)。
閉式機(jī)架[l]的最大彈性變形量大于油缸活塞在測試區(qū)間的最大位移量ASmax。 計(jì)算機(jī)輔助測試軟件的主流程為
Sl-l:設(shè)置參數(shù)最大位移量AS:nax^ 2mm，初始化測試變量，控制電壓u『0，回程標(biāo)記 flag二O;
Sl-2:掃描A/D-1通道和A/D-2通道，顯示并記錄A/D-1 口活塞初始位移SQ和A/D-2 口 無桿腔初始壓力P0;
Sl-3:由D/A-l通道送出控制電壓，un+i=un+Au;
Sl-4:掃描A/D-l通道，記錄活塞位移Sn=UA/D，掃描A/D-2通道，記錄無桿腔壓力Pn=UAyD; Sl-5:計(jì)算位移量AS:Sn-So，判斷位移量AS是否大于等于最大位移量ASn^，若不是則返 回到Sl-3，若是則繼續(xù)下一步；
Sl-6:判斷回程標(biāo)記flag是否為零，若不是則跳到Sl-8，若是則繼續(xù)下一步； Sl-7:控制電壓增值反向AiF-Au ，回程標(biāo)記flag^;
Sl-8:判斷位移量AS是否大于零；若是則返回到Sl-3，若不是則繼續(xù)下一步；
Sl-9:以位移S。為橫坐標(biāo)，壓力Pn與無桿腔面積S的乘積PnS為縱坐標(biāo)，繪制帶載動摩
擦力特性曲線；
51- 10:從曲線上讀取對應(yīng)同一位移值Sn的PnS值，計(jì)算它們的差值并除以2，即為帶載
動摩擦力f，取f的最大值作為最大帶載摩擦力。
本發(fā)明采用所述的測試系統(tǒng)進(jìn)行帶載動摩擦力特性的測試方法是，先測試液壓缸行程范
圍內(nèi)的第一個測試區(qū)間最大位移量ASmax帶載動摩擦力特性，其步驟為
52- l:調(diào)定電磁溢流閥壓力，啟動電機(jī)，液壓系統(tǒng)開始工作； S2-2:啟動計(jì)算機(jī)，打開計(jì)算機(jī)輔助測試軟件；
S2-3:在計(jì)算機(jī)輔助測試軟件中設(shè)置參數(shù)最大位移量ASmax，開始測試；
S2-4:等待液壓缸帶載動摩擦力特性的測試結(jié)果；
S2-5:將液壓缸帶載動摩擦力特性曲線及其計(jì)算結(jié)果存盤打印；
5S2-6:關(guān)閉電機(jī)，停止液壓系統(tǒng)工作；
S2-7:退出計(jì)算機(jī)輔助測試軟件，關(guān)閉計(jì)算機(jī)。
測試液壓缸行程范圍內(nèi)的第二個或第二個以上測試區(qū)間最大位移量ASmax帶載動摩擦力
特性的步驟是在被測試液壓缸底部加墊塊后，重復(fù)第一個測試區(qū)間最大位移量ASmax帶載動
摩擦力特性的測試步驟。
由于采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明具有系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、測試精確、自動化程度高的優(yōu)點(diǎn)，
具體表現(xiàn)在
1、 電液伺服閥進(jìn)行位置調(diào)節(jié)，壓力傳感器進(jìn)行壓力檢測，位移傳感器進(jìn)行位移檢測，計(jì) 算機(jī)輔助測試軟件處理測試結(jié)果，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單。
2、 由計(jì)算機(jī)輔助測試軟件的D/A通道輸出斜坡控制信號，經(jīng)伺服放大器轉(zhuǎn)換為功率放
大的電流信號，驅(qū)動電液伺服閥的電磁鐵，從而精確控制電液伺服閥P 口到A 口或B 口的流
量，可準(zhǔn)確測定液壓缸帶載動摩擦力。
3、 在整個測試過程中計(jì)算機(jī)輔助測試軟件通過A/D-l和A/D-2通道分別記錄壓力傳感器 所檢測到的無桿腔壓力信號和位移傳感器所檢測到的活塞位移信號，并繪制成被測試液壓缸 帶載動摩擦力特性曲線，得出被測試液壓缸在選中檢測區(qū)域內(nèi)的最大帶載動摩擦力，自動化
程度咼。
本發(fā)明適合所有液壓缸帶載動摩擦力特性的精確測試，尤其是低摩擦液壓缸、軋機(jī)液壓
壓下(AGC)伺服液壓缸帶載動摩擦力特性的精確測試。


圖1是本發(fā)明的一種測試系統(tǒng)示意圖； 圖2是圖1中的測試軟件5的主流程框圖； 圖3是采用圖1時活塞桿外伸的工作原理圖； 圖4是采用圖1時活塞桿收回的工作原理圖； 圖5是采用圖1時的帶載動摩擦力特性曲線圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步描述，并非對保護(hù)范圍的限制 一種用于測定液壓缸動摩擦力特性的測試及其測試系統(tǒng)，該測試系統(tǒng)如圖1所示油泵
9與電機(jī)10同軸聯(lián)接，油泵9的吸油口與油箱11相通，油泵9的出油口通過過濾器8與電 液伺服闊13的P 口相通，電液伺服閥13的A 口與被測試液壓缸2的無桿腔相通，電液伺服 閥13的B 口封閉；被測試液壓缸2的有桿腔和電液伺服閥13的T 口與油箱11相通；在電液伺服閥13的P 口壓油管路與T 口回油管路之間聯(lián)接有電磁溢流閥12，被測試液壓缸2安裝 在閉式機(jī)架l內(nèi)。
在被測試液壓缸2有桿腔端的缸體端面和閉式機(jī)架1間裝有位移傳感器3，位移傳感器3 與數(shù)據(jù)采集卡6的A/D-l 口電連接；電液伺服閥13的A 口與被測試液壓缸2的無桿腔相連的 管路上裝有壓力傳感器4，壓力傳感器4與數(shù)據(jù)采集卡6的A/D-2 口電連接；伺服放大器7 的一端與電液伺服闊13的電磁鐵電連接，伺服放大器7的另一端與數(shù)據(jù)采集卡6的D/A 口電 連接，數(shù)據(jù)采集卡6和計(jì)算機(jī)輔助測試軟件5安裝在計(jì)算機(jī)內(nèi)。
閉式機(jī)架[l]的最大彈性變形量大于油缸活塞在測試區(qū)間的最大位移量ASmM。
計(jì)算機(jī)輔助測試軟件5的主流程如圖2所示
Sl-l:設(shè)置參數(shù)最大位移量ASmax^mm，初始化測試變量，控制電壓Uo=0，回程標(biāo)記 flag=0;
Sl-2:掃描A/D-1通道和A/D-2通道，顯示并記錄A/D-1 口活塞初始位移SQ和A/D-2 口 無桿腔初始壓力Po;
Sl-3:由D/A-l通道送出控制電壓，un+i=un+Au;
Sl-4:掃描A/D-l通道，記錄活塞位移Sn=UA/D，掃描A/D-2通道，記錄無桿腔壓力Pn=UA/D;
Sl-5:計(jì)算位移量AS二Sn-So，判斷位移量AS是否大于等于最大位移量ASmax，若不是則返
回到Sl-3，若是則繼續(xù)下一步；
Sl-6:判斷回程標(biāo)記flag是否為零，若不是則跳到Sl-8，若是則繼續(xù)下一步； Sl-7:控制電壓增值反向Au"Au ，回程標(biāo)記flag^;
Sl-8:判斷位移量AS是否大于零；若是則返回到Sl-3，若不是則繼續(xù)下一步； Sl-9:以位移Sn為橫坐標(biāo)，壓力Pn與無桿腔面積S的乘積PnS為縱坐標(biāo)，繪制帶載動摩 擦力特性曲線；
51- 10:從曲線上讀取對應(yīng)同一位移值Sn的PnS值，計(jì)算它們的差值并除以2，即為帶載 動摩擦力f，取f的最大值作為最大帶載摩擦力。
本具體實(shí)施方式
采用該測試系統(tǒng)進(jìn)行帶載動摩擦力特性的測試方法是
測試伺服液壓缸行程范圍內(nèi)的第一個測試區(qū)間最大位移量AS,帶載動摩擦力特性，其步 驟為
52- l:調(diào)定電磁溢流閥12的壓力，啟動電機(jī)IO，液壓系統(tǒng)開始工作； S2-2:啟動計(jì)算機(jī)，打開計(jì)算機(jī)輔助測試軟件5;
S2-3:在計(jì)算機(jī)輔助測試軟件5中設(shè)置參數(shù)最大位移量ASmax，開始測試；S2-4:等待伺服液壓缸2動帶載摩擦力特性的測試結(jié)果；
S2-5:將伺服液壓缸2帶載動摩擦力特性曲線及其計(jì)算結(jié)果存盤打?。?br> S2-6:關(guān)閉電機(jī)IO，停止液壓系統(tǒng)工作；
S2-7:退出計(jì)算機(jī)輔助測試軟件5，關(guān)閉計(jì)算機(jī)，結(jié)束。
測試伺服液壓缸行程范圍內(nèi)的第二個或第二個以上測試區(qū)間最大位移量ASmax帶載動摩 擦力特性的步驟是在被測試伺服液壓缸底部加墊塊后，重復(fù)第一個測試區(qū)間最大位移量
ASmax帶載動摩擦力特性的測試步驟。
在本具體實(shí)施方式
中，該測試系統(tǒng)的工作壓力為P-31.5MPa，機(jī)架l的重量為40t，機(jī)架 1承受的最大作用力為50000KN，機(jī)架1的最大變形量為2.6mm;電動機(jī)10為Y250M-4籠 型異步電動機(jī)，油泵9為A4VSOMA/70R-PPB13N00N變量柱塞泵，過濾器8為DFB-H60xlOC 過濾器，電液伺服閥13為D661G75HOC06NSX2HO電液伺服閥，電磁溢流閥12為 DBW20B-2-30B/315G24NZ5L電磁溢流閥，位移傳感器3為FX-5位移傳感器，壓力傳感器4 為HDA3845-B-010-000壓力傳感器，數(shù)據(jù)釆集卡6為PCI-9118數(shù)據(jù)采集卡，被測試液壓缸 2是內(nèi)徑為1000mm的伺服液壓缸，測試結(jié)果為最大動摩擦力f=247kN。
該測試方法的工作原理是被測試伺服液壓缸2的活塞桿外伸擠壓機(jī)架1時，如圖3所 示，機(jī)架l彈性拉伸變形，同時給活塞桿一個向下的逐漸增大的負(fù)載F2，此時液壓缸的動摩 擦力f也向下(與活塞運(yùn)動方向相反)，由于活塞移動非常緩慢，可看作勻速運(yùn)動。這樣被測 試伺服液壓缸無桿腔所受的推力F,與負(fù)載F2、動摩擦力/及活塞自重G，可建立如下力平衡 方程
F產(chǎn)iW+G (1) 式中，F(xiàn)產(chǎn)尸;X&， &為被測試伺服液壓缸2無桿腔的面積；A為被測試伺服液壓缸2無
桿腔的壓力，可由壓力傳感器4測得。
被測試伺服液壓缸2的活塞桿收回時，如圖4所示，機(jī)架1彈性變形拉伸量減小，同時
給活塞桿一個向下的逐漸減小的負(fù)載F2，此時伺服液壓缸2的動摩擦力f向上(與活塞運(yùn)動方
向相反)，這樣被測試伺服液壓缸2無桿腔所受的推力iV與負(fù)載R、動摩擦力/及活塞自重G
之間可以建立如下力平衡方程
iV+/ = ^+G (2) 式中，F(xiàn);人尸/X&， &為被測試伺服液壓缸2無桿腔的面積；A'為被測試伺服液壓缸2 無桿腔的壓力，可由壓力傳感器4測得。
閉式機(jī)架1在同一彈性變形量時，對被測試伺服伺服液壓缸2活塞的作用力是相等的，有桿腔背壓為0，而且對于加工精度符合要求的液壓缸2來說向上和向下的摩擦力是基本相 等。由式(l)、 (2)可得:
/=(F/-F/)/2=(iViV)&/2 (3) 對應(yīng)地可繪出被測試伺服液壓缸2—個往復(fù)運(yùn)動過程中的動摩擦力特性曲線如圖5所示， 取f的最大值作為最大帶載動摩擦力。
在本具體實(shí)施方式
中，由計(jì)算機(jī)輔助測試軟件5的D/A通道輸出斜坡控制信號，經(jīng)伺服 放大器7轉(zhuǎn)換為功率放大的電流信號，驅(qū)動電液伺服閥13的電磁鐵，從而精確控制電液伺服 閥13的P 口到A 口或B 口的流量，可準(zhǔn)確測定液壓缸2的帶載動摩擦力。
在整個測試過程中，計(jì)算機(jī)輔助測試軟件5通過A/D-l和A/D-2通道分別記錄壓力傳感 器4所檢測到的無桿腔壓力信號和位移傳感器3所檢測到的位移信號，并繪制成被測試液壓 缸2的帶載動摩擦力特性曲線，得出被測試液壓缸2在選中檢測區(qū)域內(nèi)的最大帶載動摩擦力， 自動化程度高。
因此，本具體實(shí)施方式
具有系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、測試精確和自動化程度高的特點(diǎn)，適合所有 液壓缸帶載動摩擦力精確測試的特點(diǎn)。
權(quán)利要求
1、一種液壓缸帶載動摩擦力特性的測試系統(tǒng)，其特征在于油泵[9]與電機(jī)[10]同軸聯(lián)接，油泵[9]的吸油口與油箱[11]相通，油泵[9]的出油口通過過濾器[8]與電液伺服閥[13]的P口相通，電液伺服閥[13]的A口或B口與被測試液壓缸[2]的無桿腔相通，電液伺服閥[13]的B口或A口封閉；被測試液壓缸[2]的有桿腔和電液伺服閥[13]的T口與油箱[11]相通；在電液伺服閥[13]的P口壓油管路與T口回油管路之間聯(lián)接有電磁溢流閥[12]，被測試液壓缸[2]安裝在閉式機(jī)架[1]內(nèi)；在被測試液壓缸[2]有桿腔端的缸體端面和閉式機(jī)架[1]間裝有位移傳感器[3]，位移傳感器[3]與數(shù)據(jù)采集卡[6]的A/D-1口電連接；被測試液壓缸[2]的無桿腔與電液伺服閥[13]的A口或B口相連的管路上裝有壓力傳感器[4]，壓力傳感器[4]與數(shù)據(jù)采集卡[6]的A/D-2口電連接；伺服放大器[7]的一端與電液伺服閥[13]的電磁鐵電連接，伺服放大器[7]的另一端與數(shù)據(jù)采集卡[6]的D/A口電連接，數(shù)據(jù)采集卡[6]和計(jì)算機(jī)輔助測試軟件[5]安裝在計(jì)算機(jī)內(nèi)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的液壓缸帶載動摩擦力特性的測試系統(tǒng)，其特征在于所述的計(jì)算 機(jī)輔助測試軟件[5]的主流程為Sl-l:設(shè)置參數(shù)最大位移量ASma^l 2mm，初始化測試變量，控制電壓U(^0，回程標(biāo)記flag=0;Sl-2:掃描A/D-l通道和A/D-2通道，顯示并記錄A/D-1 口活塞初始位移Sq和A/D-2 口無桿腔初始壓力Po;Sl-3:由D/A-l通道送出控制電壓，un+1=un+Au;Sl-4:掃描A/D-l通道，記錄活塞位移Sn=UA/D，掃描A/D-2通道，記錄無桿腔壓力Pn=UA/D; Sl-5:計(jì)算位移量AS-Sn-So，判斷位移量AS是否大于等于最大位移量AS皿x，若不是則返 回到Sl-3，若是則繼續(xù)下一步；Sl-6:判斷回程標(biāo)記flag是否為零，若不是則跳到Sl-8，若是則繼續(xù)下一步； Sl-7:控制電壓增值反向A『-Au ，回程標(biāo)記flag二l;Sl-8:判斷位移量AS是否大于零；若是則返回到Sl-3，若不是則繼續(xù)下一步； Sl-9:以位移Sn為橫坐標(biāo)，壓力Pn與無桿腔面積S的乘積PnS為縱坐標(biāo)，繪制帶載動摩 擦力特性曲線；Sl-10:從曲線上讀取對應(yīng)同一位移值S。的PnS值，計(jì)算它們的差值并除以2，即為帶載 動摩擦力f，取f的最大值作為最大帶載動摩擦力。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的液壓缸帶載動摩擦力特性的測試系統(tǒng)，其特征在于所述的閉式機(jī)架[l]的最大彈性變形量大于油缸活塞在測試區(qū)間的最大位移量ASmax。
4、 一種液壓缸帶載動摩擦力特性的測試方法，其特征在于采用"一種液壓缸帶載動摩擦力特性的測試系統(tǒng)"，進(jìn)行帶載動摩擦力特性的測試，測試液壓缸[2]行程范圍內(nèi)的第一個測試區(qū)間最大位移量ASmax帶載動摩擦力特性的步驟為S2-l:調(diào)定電磁溢流閥[12]的壓力，啟動電機(jī)[IO]，液壓系統(tǒng)開始工作； S2-2:啟動計(jì)算機(jī)，打開計(jì)算機(jī)輔助測試軟件[5];S2-3:在計(jì)算機(jī)輔助測試軟件[5]中設(shè)置參數(shù)最大位移量ASn^，開始測試；S2-4:等待液壓缸[2]帶載動摩擦力特性的測試結(jié)果；S2-5:將液壓缸[2]帶載動摩擦力特性曲線及其計(jì)算結(jié)果存盤打??；S2-6:關(guān)閉電機(jī)[IO]，停止液壓系統(tǒng)工作；S2-7:退出計(jì)算機(jī)輔助測試軟件[5]，關(guān)閉計(jì)算機(jī)。測試液壓缸[2]行程范圍內(nèi)的第二個或第二個以上測試區(qū)間最大位移量ASmax帶載動摩擦 力特性的步驟是在被測試液壓缸[2]底部加墊塊后，重復(fù)第一個測試區(qū)間最大位移量ASmax 帶載動摩擦力特性的測試步驟。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種液壓缸帶載動摩擦力特性的測試系統(tǒng)及測試方法。其技術(shù)方案是油泵[9]的出油口與電液伺服閥[13]的P口相通，電液伺服閥[13]的A口或B口與被測試液壓缸[2]的無桿腔相通，被測試液壓缸[2]的有桿腔與油箱[11]相通，被測試液壓缸[2]安裝在閉式機(jī)架[1]內(nèi)；被測試液壓缸[2]上裝有位移傳感器[3]，位移傳感器[3]與數(shù)據(jù)采集卡[6]的A/D-1口電連接；電液伺服閥[13]的A口或B口與被測試液壓缸[2]的無桿腔相連的管路上裝有壓力傳感器[4]，壓力傳感器[4]與數(shù)據(jù)采集卡[6]的A/D-2口電連接；數(shù)據(jù)采集卡[6]和計(jì)算機(jī)輔助測試軟件[5]安裝在計(jì)算機(jī)內(nèi)。本發(fā)明具有系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、測試精確和自動化程度高的特點(diǎn)。
文檔編號G01L1/02GK101451893SQ20081023740
公開日2009年6月10日 申請日期2008年12月25日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月25日
發(fā)明者付連東, 盧云丹, 張濟(jì)民, 曾良才, 梁媛媛, 湛從昌, 陳奎生, 陳新元, 黃富瑄 申請人:武漢科技大學(xué)