专利名称：大型伺服液压缸带载活塞偏摆测试系统及其测试方法
技术领域：
本发明属于液压缸测试技术领域，具体涉及一种大型伺服液压缸带载活塞偏摆测 试系统及其测试方法。
背景技术：
液压系统具有功率大、响应快、精度高等优点而被广泛应用于工业生产设备的重 要部位。大型伺服液压缸有较高的工作性能，因此在要求严格的液压控制系统中，是一种理 想的执行机构。但直径较大的伺服液压缸，由于加工、安装、使用等原因，会导致其在工作过 程中活塞产生偏摆，易使大型伺服液压缸产生局部磨损，造成液压油泄漏，使用寿命降低， 甚至不能正常工作，因此对大型伺服液压缸带载活塞偏摆测试非常必要。目前国内对大型伺服液压缸活塞偏摆测试的方法主要是将被测试大型伺服液压 缸放在测试台上，活塞杆垂直向上，联接大型伺服液压缸的油口，有杆腔加背压，无杆腔由 电液伺服阀控制供油，测试前将活塞收缩到缸筒底部，然后安装位移传感器。将两只同型 号位移传感器相对大型伺服液压缸中心对称安装在缸筒上，分别对缸筒与活塞杆的相对位 移进行检测，将传感器信号引到计算机内。测试时，无杆腔供油，推动活塞及活塞杆向上移 动，同时计算采集位移传感器的位移信号，并绘出两条位移曲线，计算出两条曲线位移的最 大差值，该值称为被测试大型伺服液压缸活塞最大偏摆值(黄智武、郭嫒、刘利明、陈新元、 湛从昌、付曙光，伺服液压缸活塞偏摆的高精度测试方法研究，液压与气动，2010，8，P25)。 上述方法存在下列问题(1)其绘制出的是位移-时间曲线，是在空载中进行的，实际工况 中，大型伺服液压缸是带载的，且直接导致活塞偏摆产生的量是加载力，因此所绘制的位 移_时间特性曲线不能反映被测试大型伺服液压缸活塞偏摆的真实状况；(2)上述测试方 法中采用的是位移反馈，首先给活塞杆一定的外伸量，并假定此时的大型伺服液压缸活塞 偏摆量为0，在绘制的活塞杆位移-时间特性曲线中以这个外伸量作为位移参考原点，但在 实际检测中，此时是存在偏摆的，因此影响了活塞偏摆的精确测量。
发明内容
本发明旨在解决现有的技术缺陷，目的是提供一种系统结构简单、接近实际工况、 测试结果精确和自动化程度高的大型伺服液压缸带载活塞偏摆测试系统及其测试方法。为实现上述目的，本发明的测试系统采用的技术方案是液压泵的吸油口与油箱 相通，液压泵的出油口通过过滤器与电液伺服阀的P 口相通，电液伺服阀的T 口与油箱相 通，在电液伺服阀的P 口压油管与τ 口回油管之间联接有电磁溢流阀；电液伺服阀的A 口与 被测试大型伺服液压缸的无杆腔相通，电液伺服阀的B 口封闭，或电液伺服阀的B 口与被测 试大型伺服液压缸的无杆腔相通，电液伺服阀的A 口封闭；被测试大型伺服液压缸的有杆 腔与低压泵相通；被测试大型伺服液压缸安装在闭式机架内，被测试大型伺服液压缸的活 塞杆上端安放有垫块。被测试大型伺服液压缸的有杆腔端的缸筒上，中心对称地设有第一传感器支架和第二传感器支架，在第一传感器支架和活塞杆上端面之间固定有第一位移传感器，在第二 传感器支架和活塞杆上端面之间固定有第二位移传感器，第二位移传感器与第一位移传感 器相同；第二位移传感器与数据采集卡的A/D-2通道电连接，第一位移传感器与数据采集 卡的A/D-3通道电连接；在大型伺服液压缸的有杆腔油口和无杆腔油口分别对应装有第一 压力传感器和第二压力传感器，第一压力传感器和第二压力传感器相同，第一压力传感器 与数据采集卡的Α/D-l通道电连接，第二压力传感器分别与数据采集卡的A/D-4通道和控 制器的一端电连接；伺服放大器的一端与电液伺服阀的控制线圈电连接，伺服放大器的另 一端通过控制器与数据采集卡D/A-1通道电连接，数据采集卡和计算机辅助测试软件安装 在计算机内。在上述技术方案中，所述的计算机辅助测试软件的主流程为S1-1、初始化变量，计数点η = 0，设定目标加载力F、控制电压Utl和控制电压的递
增量Δ u ；31-2、由0/^-1通道输出控制电压1111+1 = 1111+八11，其中un为D/A-1通道第η次输 出的控制电压，Διι为第η+1次输出控制电压与第η次输出控制电压的差值，即控制电压的
递增量；S1-3、计数点累加 η = η+1 ；S1-4、扫描Α/D-l，记录有杆腔压力对应转换的电压Uaah，计算有杆腔液压作用力 Fm=^xA1 XUa^,；扫描A/D-2，记录活塞杆左侧位移对应转换的电压U咖，计算活塞杆左侧
位移Snl= ▲ χ Ua^2 ;扫描A/D-3，记录活塞杆右侧位移对应转换的电压UA/D_3，计算活塞杆右
侧位移S^i + xu-j ;扫描A/D-4，记录无杆腔压力对应转换的电压UA/D_4，计算无杆腔液压
作用力Fn2=^XA2 XUA/D_4;在S1-4 中 m^fU^fU^TU^M 分别是数据采集卡 A/D-l、A/D-2、A/D-3、A/D-4 通道的电压值；K”K2分别是压力传感器和位移传感器的灵敏度，又叫放大系数；A1, A2分别是被测试大型伺服液压缸有杆腔有效承压面积和被测试大型伺服液压 缸无杆腔有效承压面积。S1-5、判断Fn2-Fnl是否大于目标加载力F，若大于则进行下一步，若小于则返回 S1-2 ；S1-6、按活塞杆直径与活塞直径的比例关系，将活塞杆两侧位移差的绝对值 Snl-Sn21转换为活塞偏摆量S,然后以大型伺服液压缸所受加载力Fn2-Fnl为横坐标，活塞偏
摆量S为纵坐标，绘制大型伺服液压缸活塞偏摆量-加载力特性曲线。所述的闭式机架的最大承载力大于被测大型伺服液压缸的额定承载力。所述的被测试大型伺服液压缸的加载力小于或等于其额定承载力。本发明的大型伺服液压缸带载活塞偏摆测试系统的测试方法及其步骤为S2-1、启动计算机，打开计算机辅助测试软件；S2-2、启动电机，液压泵低负荷运转，逐步调定电磁溢流阀的压力，液压系统开始 工作；
S2-3、在计算机辅助测试软件中设置参数被测试大型伺服液压缸目标加载力F、 控制电压Utl、控制电压的递增量△ u和计数点η ；S2-4、开始测试，等待大型伺服液压缸带载活塞偏摆测试的结果；S2-5、将被测试大型伺服液压缸活塞偏摆量_加载力特性曲线存盘打印；S2-6、关闭电机，液压系统停止工作；S2-7、退出计算机辅助测试软件，关闭计算机。由于采用上述技术方案，本发明具有系统结构简单、接近实际工况、测试结果精确 和自动化程度高的优点，具体表现在1、电液伺服阀进行压力调节，压力传感器进行压力检测，位移传感器进行位移检 测，计算机辅助测试软件处理测试结果，系统结构简单。2、在本测试系统中，被测试大型伺服液压缸的活塞杆与机架间放置垫块，机架和 垫块的变形力作用在为被测试大型伺服液压缸活塞杆上，这样更接近大型伺服液压缸的实 际工况。3、由计算机辅助测试软件的D/A-1通道输出斜坡控制信号，经控制器调整增益， 由伺服放大器转换为功率放大的电流信号驱动电液伺服阀的电磁铁，从而控制被测试大型 伺服液压缸的活塞运动；同时压力传感器检测到的活塞所受压力信号反馈给控制器，以构 成力闭环控制系统，可精确测定大型伺服液压缸活塞偏摆量-加载力特性。4、在整个测试过程中计算机辅助测试软件通过D/A-1通道发出信号，通过A/D通 道记录位移传感器所检测到的活塞杆两侧位移信号和大型伺服液压缸两腔的压力信号，并 由计算机辅助测试软件计算，并绘制出被测试大型伺服液压缸活塞偏摆量_加载力特性曲 线，故自动化程度高。本发明适合所有内径700mm以上的大型伺服液压缸活塞偏摆的精确测试，尤其是 轧机液压压下(AGC)大型伺服液压缸活塞偏摆的精确测试。
图1是本发明的一种测试系统示意图；图2是图1中的计算机辅助测试软件7的主流程框图；图3是本发明的一种测试结果示意图。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步描述，并非对保护范围的限制—种大型伺服液压缸带载活塞偏摆测试系统及其测试方法，该测试系统如图1所 示液压泵11的吸油口与油箱13相通，液压泵11的出油口通过过滤器14与电液伺服阀16 的P 口相通，电液伺服阀16的T 口与油箱13相通，在电液伺服阀16的P 口压油管路与T 口回油管路之间联接有电磁溢流阀15 ；电液伺服阀16的A 口与被测试大型伺服液压缸18 的无杆腔相通，电液伺服阀16的B 口封闭，或电液伺服阀16的B 口与被测试大型伺服液压 缸18的无杆腔相通，电液伺服阀16的A 口封闭；被测试大型伺服液压缸18的有杆腔与低 压泵相通；被测试大型伺服液压缸18安装在闭式机架17内，被测试大型伺服液压缸18的 活塞杆上端安放有垫块3。
被测试大型伺服液压缸18的有杆腔端的缸筒上，中心对称地设有第一传感器支 架4和第二传感器支架19，在第一传感器支架4和活塞杆上端面之间固定有第一位移传感 器5，在第二传感器支架19和活塞杆上端面之间固定有第二位移传感器1，第二位移传感器 1与第一位移传感器5相同；第二位移传感器1与数据采集卡6的A/D-2通道电连接，第一 位移传感器5与数据采集卡6的A/D-3通道电连接；在大型伺服液压缸18的有杆腔油口和 无杆腔油口分别对应装有第一压力传感器2和第二压力传感器9，第一压力传感器2与第 二压力传感器9相同，第一压力传感器2与数据采集卡6的Α/D-l通道电连接，第二压力传 感器9分别与数据采集卡6的A/D-4通道和控制器8的一端电连接；伺服放大器10的一端 与电液伺服阀16的控制线圈电连接，伺服放大器10的另一端通过控制器8与数据采集卡 6的D/A-1通道电连接，数据采集卡6和计算机辅助测试软件7安装在计算机内。本具体实施方式
所述的计算机辅助测试软件7的主流程如图2所示S1-1、初始化变量，计数点η = 0，设定目标加载力F、控制电压Utl和控制电压的递 增量Au;31-2、由0/^-1通道输出控制电压1111+1 = 1111+八11，其中un为D/A-1通道第η次输 出的控制电压，Διι为第η+1次输出控制电压与第η次输出控制电压的差值，即控制电压的
递增量；S1-3、计数点累加 η = η+1 ；S1-4、扫描Α/D-l，记录有杆腔压力对应转换的电压Uaah，计算有杆腔液压作用力 Fm=^xA1 XUa^,；扫描A/D-2，记录活塞杆左侧位移对应转换的电压U咖，计算活塞杆左侧
位移Snl= ▲ χ Ua^2 ;扫描A/D-3，记录活塞杆右侧位移对应转换的电压UA/D_3，计算活塞杆右
侧位移S^i + xu-j ;扫描A/D-4，记录无杆腔压力对应转换的电压UA/D_4，计算无杆腔液压
作用力Fn2=^XA2 XUA/D_4;在S1-4 中 mA/DfUA/DfUA/DTUA/M 分别是数据采集卡 A/D-l、A/D-2、A/D-3、A/D-4 通道的电压值^pK2分别是压力传感器和位移传感器的灵敏度，又叫放大系数A、k2分别 是被测试大型伺服液压缸有杆腔有效承压面积和被测试大型伺服液压缸无杆腔有效承压 面积。S1-5、判断Fn2-Fnl是否大于目标加载力F，若大于则进行下一步，若小于则返回 S1-2 ；S1-6、按活塞杆直径与活塞直径的比例关系，将活塞杆两侧位移差的绝对值 Snl-Sn21转换为活塞偏摆量S,然后以大型伺服液压缸所受加载力Fn2-Fnl为横坐标，活塞偏
摆量S为纵坐标，绘制大型伺服液压缸活塞偏摆量-加载力特性曲线。本具体实施方式
中的闭式机架17的最大承载力大于被测大型伺服液压缸18的额 定承载力；被测试大型伺服液压缸18的加载力小于或等于其额定承载力。本实施例所述的大型伺服液压缸带载活塞偏摆测试系统的测试方法及其测试步 骤为S2-1、启动计算机，打开计算机辅助测试软件7 ；S2-2、启动电机12，液压泵11低负荷运转，逐步调定电磁溢流阀15的压力，液压系统开始工作；S2-3、在计算机辅助测试软件7中设置参数被测试大型伺服液压缸18目标加载 力F、控制电压Utl、控制电压的递增量Au和计数点η ；S2-4、开始测试，等待大型伺服液压缸18带载活塞偏摆测试的结果；S2-5、将被测试大型伺服液压缸18活塞偏摆量-加载力特性曲线存盘打印；S2-6、关闭电机12，液压系统停止工作；S2-7、退出计算机辅助测试软件7，关闭计算机。在本具体实施方式
中，该测试系统的工作压力为P = 25MPa，背压为Pb = 5MPa,， 闭式机架17的最大承载力为50000KN ；电机12为Y250M-4笼型异步电动机，液压泵11为 A4VS0MA/70R-PPB13N00N变量柱塞泵，过滤器14为DFB-H60X IOC过滤器，电液伺服阀16 为D661G75H0C06NSX2H0电液伺服阀，电磁溢流阀15为DBW20B-2-30B/315G24NZ5L电磁溢 流阀，位移传感器1、5为FX-5位移传感器，压力传感器2、9为HDA3845-B-250-0000压力 传感器，数据采集卡6为PCI-9118数据采集卡，被测试大型伺服液压缸18的缸筒内径为 1500mmo本具体实施方式
的测试结果所绘制的活塞偏摆量_加载力特性曲线如图3所示， 由计算机计算得被测试大型伺服液压缸18活塞最大偏摆量为0. 030mm。本具体实施方式
由计算机辅助测试软件7的D/A-1通道输出斜坡控制信号，经控 制器8调整增益，由伺服放大器10转换为功率放大的电流信号驱动电液伺服阀16的电磁 铁，从而控制被测试大型伺服液压缸18的活塞运动；同时压力传感器9检测到无杆腔压 力信号并反馈给控制器，以构成力闭环控制系统，可准确测定大型伺服液压缸18活塞偏摆 量-加载力特性。在整个测试过程中计算机辅助测试软件7通过D/A-1通道发出信号，通过A/D通 道记录位移传感器1、5所检测到的活塞杆两侧位移信号和2、9所检测到的大型伺服液压缸 两腔的压力信号，并由计算机辅助测试软件7计算并绘制出被测试大型伺服液压缸的活塞 偏摆量-加载力特性曲线，故自动化程度高。本具体实施方式
适合所有内径700mm以上的大型伺服液压缸的活塞偏摆的精确 测试，尤其是对大直径的轧机压下(AGC)大型伺服液压缸活塞偏摆的精确测试。
权利要求
一种大型伺服液压缸带载活塞偏摆测试系统，其特征在于液压泵[11]的吸油口与油箱[13]相通，液压泵[11]的出油口通过过滤器[14]与电液伺服阀[16]的P口相通，电液伺服阀[16]的T口与油箱[13]相通，在电液伺服阀[16]的P口压油管与T口回油管之间联接有电磁溢流阀[15]；电液伺服阀[16]的A口与被测试大型伺服液压缸[18]的无杆腔相通，电液伺服阀[16]的B口封闭，或电液伺服阀[16]的B口与被测试大型伺服液压缸[18]的无杆腔相通，电液伺服阀[13]的A口封闭；被测试大型伺服液压缸[18]的有杆腔与低压泵相通；被测试大型伺服液压缸[18]安装在闭式机架[17]内，被测试大型伺服液压缸[18]的活塞杆上端安放垫块[3]。被测试大型伺服液压缸[18]的有杆腔端的缸筒上，中心对称地设有第一传感器支架[4]和第二传感器支架[19]，在第一传感器支架[4]和活塞上端面之间固定有第一位移传感器[5]，在第二传感器支架[19]和活塞上端面之间固定有第二位移传感器[1]，第二位移传感器[1]与第一位移传感器[5]相同；第二位移传感器[1]与数据采集卡[6]的A/D 2通道电连接，第一位移传感器[5]与数据采集卡[6]的A/D 3通道电连接；在大型伺服液压缸[18]有杆腔油口和无杆腔油口分别对应装有第一压力传感器[2]和第二压力传感器[9]，第一压力传感器[2]和第二压力传感器[9]相同，第一压力传感器[2]与数据采集卡[6]的A/D 1通道电连接，第二压力传感器[9]分别与数据采集卡[6]的A/D 4通道和控制器[8]的一端电连接；伺服放大器[10]的一端与电液伺服阀[16]的控制线圈电连接，伺服放大器[10]的另一端通过控制器[8]与数据采集卡[6]的D/A 1通道电连接，数据采集卡[6]和计算机辅助测试软件[7]安装在计算机内。
2.根据权利要求1所述的大型伺服液压缸带载活塞偏摆测试系统，其特征在于所述的 计算机辅助测试软件[7]的主流程为S1-1、初始化变量，计数点η = 0，设定目标加载力F、控制电压Utl和控制电压的递增量Au ；S1-2、由D/A-1通道输出控制电压un+1 = un+Δ u，其中un为D/A-1通道第η次输出的 控制电压，Au为第η+1次输出控制电压与第η次输出控制电压的差值，即控制电压的递增 量；S1-3、计数点累加η = η+1 ；S1-4、扫描Α/D-l，记录有杆腔压力对应转换的电压Uaam，计算有杆腔液压作用力 Fm=^xA1 XUa^,；扫描A/D-2，记录活塞杆左侧位移对应转换的电压U咖，计算活塞杆左侧位移Snl= ▲ χ Ua^2 ;扫描A/D-3，记录活塞杆右侧位移对应转换的电压UA/D_3，计算活塞杆右侧位移S^i + xu-j ;扫描A/D-4，记录无杆腔压力对应转换的电压UA/D_4，计算无杆腔液压作用力Fn2=^XA2 XUA/D_4;在 S1-4 中队^、UA/D_2、U咖、UA/D_4 分别是数据采集卡 A/D-l、A/D-2、A/D-3、A/D-4 通 道的电压值^pK2分别是压力传感器和位移传感器的灵敏度，又叫放大系数A、k2分别是 被测试大型伺服液压缸有杆腔有效承压面积和被测试大型伺服液压缸无杆腔有效承压面 积；S1-5、判断Fn2-Fnl是否大于目标加载力F，若大于则进行下一步，若小于则返回S1-2 ；51-6、按活塞杆直径与活塞直径的比例关系，将活塞杆两侧位移差的绝对值ISnl-Sn2 转换为活塞偏摆量S，然后以大型伺服液压缸所受加载力Fn2-Fnl为横坐标，活塞偏摆量S为 纵坐标，绘制大型伺服液压缸活塞偏摆量_加载力特性曲线。
3.根据权利要求1所述的大型伺服液压缸带载活塞偏摆测试系统，其特征在于所述的 闭式机架[17]的最大承载力大于被测大型伺服液压缸[18]的额定承载力。
4.根据权利要求1所述的大型伺服液压缸带载活塞偏摆测试系统及其测试方法，其特 征在于所述的被测试大型伺服液压缸[18]的加载力小于或等于其额定承载力。
5.如权利要求1所述的大型伺服液压缸带载活塞偏摆测试系统的测试方法，其特征在 于测试步骤为52-1、启动计算机，打开计算机辅助测试软件[7]；S2-2、启动电机[12]，液压泵[11]低负荷运转，逐步调定电磁溢流阀[15]的压力，液压 系统开始工作；S2-3、在计算机辅助测试软件[7]中设置参数被测试大型伺服液压缸[18]目标加载 力F、控制电压Utl、控制电压的递增量Au和计数点η ；S2-4、开始测试，等待大型伺服液压缸[18]带载活塞偏摆测试的结果；S2-5、将被测试大型伺服液压缸[18]活塞偏摆量-加载力特性曲线存盘打印；S2-6、关闭电机[12]，液压系统停止工作；S2-7、退出计算机辅助测试软件[7]，关闭计算机。
全文摘要
本发明涉及一种大型伺服液压缸带载活塞偏摆测试系统及其测试方法。其方案是液压泵[11]与电液伺服阀[16]的P口相通，大型伺服液压缸[18]安装在闭式机架[17]内，无杆腔接电液伺服阀[16]的A或B口，有杆腔接低压泵；大型伺服液压缸[18]上设置的位移传感器[1、5]和压力传感器[2、9]分别与数据采集卡[6]的输入通道电连接；压力传感器[9]与控制器[8]电连接；伺服放大器[10]的一端通过控制器[8]与数据采集卡[6]的输出通道电连接，另一端与电液伺服阀[16]的控制线圈电连接；数据采集卡[6]与计算机辅助测试软件[7]安装在计算机内，闭式机架[17]与活塞杆间安放垫块[3]。本发明具有系统结构简单、接近实际工况、测试结果精确和自动化程度高的优点。
文档编号F15B19/00GK101979883SQ20101051598
公开日2011年2月23日 申请日期2010年10月21日 优先权日2010年10月21日
发明者付连东, 周敏, 张济民, 易建刚, 曾良才, 湛从昌, 蒋俊, 邓江洪, 郭媛, 陈奎生, 陈新元, 黄富瑄 申请人:武汉科技大学