一种挖掘机用液压元件耐久性综合试验台及试验方法与流程

本发明涉及工程机械设备技术领域，特别是涉及一种挖掘机用液压元件耐久性综合试验台及试验方法。

背景技术：

近年来，我国工程机械用液压元件得到了快速发展，然而挖掘机用液压泵、多路阀和马达等高端液压元件仍然长期依赖进口。虽然国内众多厂商投入大量资金进行相关产品开发，但是其产品装机可靠性都无法达到挖掘机实际应用要求。这其中一个重要的原因就是在对液压元件进行耐久性试验时，仍然采用国家通用液压元件试验标准，独立的对各个元件进行单一的冲击耐久性试验，而没有根据挖掘机实际工作特性进行多元件联合、复合动作等耐久性冲击试验。液压泵、多路阀、液压马达的试验状况与挖掘机实际使用工况相差较大，无法查找出液压元件的实际使用问题，耐久性指标脱离实际使用工况，无法真实的反应出被试液压元件的状况与存在的技术问题。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是：提供一种挖掘机用液压元件耐久性综合试验台及试验方法，主要针对挖掘机用液压泵、多路阀和液压马达等液压元件的耐久性试验，完全根据挖掘机实际载荷特征和液压元件的工作特性，对液压元件进行加载控制和耐久性试验考核。该试验台既可以进行单一元件试验，又可以多元件联合试验；既可以进行单独动作试验，又可以进行复合动作试验，使被试元件的试验状况更加贴近实际工况。同时该试验台又能对被试液压元件进行关键性能试验，对被试件的失效状态进行判定，有效提高试验效率。

本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：

一种挖掘机用液压元件耐久性综合试验台，至少包括：试验平台以及位于试验平台上的：

液压油源单元，所述液压油源单元包括吸油口(1-1)、温度传感器(1-2)、回油口(1-3)、液位传感器(1-4)、液压油箱(1-5)、散热器(1-6)、循环油泵电机组(1-7)、吸油过滤器(1-8)、加热器(1-9)、循环过滤器(1-10)、安装平台(1-11)、油源控制柜(1-12)；所述液压油箱(1-5)、吸油过滤器(1-8)、循环油泵电机组(1-7)、散热器(1-6)、加热器(1-9)、循环过滤器(1-10)、液压油箱(1-5)通过油路依次连接组成循环回路；用于检测液压油箱(1-5)内油液温度的温度传感器(1-2)与油源控制柜(1-12)的i/o端口电连接；用于检测液压油箱(1-5)内油液高度的液位传感器(1-4)与油源控制柜(1-12)的i/o端口电连接；

变频驱动单元，所述变频驱动单元包括驱动单元安装底座(2-1)、以及固定于驱动单元安装底座(2-1)上的变频电机(2-2)、驱动联轴器(2-3)、液压泵扭矩转速传感器(2-4)、液压泵固定支架(2-5)，所述变频电机(2-2)、液压泵扭矩转速传感器(2-4)、液压泵固定支架(2-5)通过驱动联轴器(2-3)连接；所述液压泵固定支架(2-5)用于安装固定不同的被试液压泵；

液压加载单元，所述液压加载单元包括加载试验柜(3-1)、以及安装在加载试验柜体内的加载控制单元(3-2)、进回油接口(3-3)、加载控制阀组(3-4)、先导控制油接口(3-5)、试验油路接口(3-6)、工控机(3-7)；所述加载控制单元(3-2)通过电气线路与加载控制阀组(3-4)相连；所述工控机(3-7)与加载控制单元(3-2)相连；所述进回油接口(3-3)、先导控制油接口(3-5)、试验油路接口(3-6)通过油路与加载控制阀组(3-4)相连；

辅助油源单元，所述辅助油源单元包括辅助油源安装底座(4-7)、以及固定于辅助油源安装底座(4-7)上的低压供油油路(4-1)、吸油管油路(4-2)、第一低压油泵电机组(4-3)、第二低压油泵电机组(4-4)、先导供油油路(4-5)、先导油泵电机组(4-6)、辅助油源控制柜(4-8)；所述吸油管油路(4-2)分别与第一低压油泵电机组(4-3)、第二低压油泵电机组(4-4)、先导油泵电机组(4-6)的吸油口连接；所述低压供油油路(4-1)和先导供油油路(4-5)均设有与液压加载单元连接的油路接口；所述辅助油源控制柜(3-8)的i/o端口分别与第一低压油泵电机组(4-3)、第二低压油泵电机组(4-4)、先导油泵电机组(4-6)连接；

马达冲击试验台架，所述马达冲击试验台架包括马达冲击安装底座(5-2)、位于马达冲击安装底座(5-2)上的飞轮安装支架(5-1)、惯性飞轮组(5-3)、马达安装支架(5-4)和被试马达(5-5)；所述惯性飞轮组(5-3)安装于第一安装支架(5-1)和马达安装支架(5-4)之间；所述被试马达(5-5)安装在马达安装支架(5-4)上；

马达性能试验台架，所述马达性能试验台架包括马达性能安装底座(6-5)、位于马达性能安装底座(6-5)上的加载马达(6-1)、加载马达安装支架(6-2)、马达联轴器(6-3)、马达扭矩转速传感器(6-4)、被试马达安装支架(6-6)、被试马达(6-7)；所述加载马达安装支架(6-2)、被试马达安装支架(6-6)与马达性能安装底座(6-5)固定连接，所述马达扭矩转速传感器(6-4)位于加载马达安装支架(6-2)和被试马达安装支架(6-6)之间，并通过马达联轴器(6-3)与加载马达安装支架(6-2)和被试马达安装支架(6-6)连接。

进一步：还包括用于检测并控制液压油源单元、变频驱动单元、液压加载单元、辅助油源单元、马达冲击试验台架、马达性能试验台架动作的测量控制系统；所述测量控制系统包括电气控制系统、数据采集系统和中控系统；其中：所述电气控制系统包括电器元件、变频器、可编程控制器等，所述电气控制系统分别与油源控制柜(1-12)、变频电机(2-2)、、辅助油源控制柜(4-8)电气连接；所述数据采集系统包括依次电连接的工控机(3-7)、数据采集卡；所述数据采集卡分别与液压泵扭矩转速传感器(2-4)、马达扭矩转速传感器(6-4)、以及液压加载单元内部的各类压力、流量和温度传感器电连接；所述中控系统包括上位机、人机交互设备、显示器；所述上位机通过以太网分别与可编程控制器、工控机(3-7)电连接。

更进一步：所述液压加载单元的加载控制阀组(3-4)包括a/b油路加载阀组、加载测流阀组、换向测流阀组和先导控制阀组；所述a/b油路加载阀组有两路，a/b油路加载阀通过液压阻尼的方式来完成多路阀或液压泵的冲击模拟加载；所述加载测流阀组为液压泵的性能试验提供液压阻尼加载和流量测量、同时为加载马达提供加载控制、以及为多路阀性能试验提供可控压力油源；所述换向测流阀组为被试马达的耐久性试验和性能试验提供换向控制与流量检测；所述先导控制阀组为多路阀、马达提供先导控制油源；所述加载控制阀组(3-4)上有用于试验检测的压力、流量和温度传感器。

更进一步：所述被试液压元件包括液压泵、多路阀、液压马达中的一种或者多种。

一种挖掘机用液压元件耐久性综合试验台的试验方法，至少包括如下步骤：

步骤101、根据液压元件的测试需要，选择液压油源单元，变频驱动单元，液压加载单元、辅助油源单元，马达冲击试验台架，马达性能试验台架中的若干单元组成测试模块组；

步骤102、当测试元件为单个时，则将测试元件安装于对应的试验台架上进行试验；当测试元件为多个时，将多个被试元件安装于对应的试验台架上，并将多个被试元件组合成相应的测试模块组，根据挖掘机的实际工况和实际载荷特性，对液压元件进行复合动作耐久性试验，各元件在不同的加载条件下，实现被试各液压元件的压力和流量的自适应调节。

本发明具有的优点和积极效果是：

通过采用上述技术方案，本发明针对挖掘机的实际工况和实际载荷特性，采用不同的载荷序列组合对被试元件进行耐久性冲击试验，并在试验过程中对被试元件进行必要的性能检查试验，判断元件性能状态。试验台采用模块化设计，可以根据试验对象的不同灵活组合，分别进行液压泵、液压泵+多路阀、液压马达、液压泵+多路阀+液压马达泵耐久性冲击试验和关键性能试验；该试验台完全根据挖掘机的实际工况和实际载荷特性，对液压元件进行耐久性试验，液压元件的试验效果贴近实际工作特性。该试验台采用模块化设计，占地面积小，功能强大，效率高。可根据试验内容的不同灵活高效的组合搭建试验系统，并能同时针对多个液压元件进行耐久性试验。

附图说明：

图1是本发明优选实施例中液压油源单元的结构图；

图2是本发明优选实施例中变频驱动单元的结构图；

图3是本发明优选实施例中液压加载单元的主视图；

图4是本发明优选实施例中液压加载单元的左视图；

图5是本发明优选实施例中辅助油源单元的结构图；

图6是本发明优选实施例中马达冲击试验台架的结构图；

图7是本发明优选实施例中马达性能试验台架的结构图；

图8是本发明优选实施例中液压泵试验模块组合结构；

图9是本发明优选实施例中多路阀试验模块组合结构；

图10是本发明优选实施例中马达试验模块组合结构；

图11是本发明优选实施例中液压泵和多路阀试验模块组合结构；

图12是本发明优选实施例中液压泵和多路阀和马达试验模块组合结构；

其中：1-1、吸油口；1-2温度传感器；1-3回油口；1-4、液位传感器；1-5、液压油箱；1-6、散热器；1-7、循环油泵电机组；1-8、吸油过滤器；1-9、加热器；1-10、循环过滤器；1-11、安装平台；1-12、油源控制柜；2-1、驱动单元安装底座；2-2、变频电机；2-3、驱动联轴器；2-4、液压泵扭矩转速传感器；2-5、液压泵固定支架；3-1、加载试验柜；3-2加载控制单元；3-3、进回油接口；3-4、加载控制阀组；3-5、先导控制油接口；3-6、试验油路接口；3-7、工控机；4-1、低压供油油路；4-2、吸油管油路；4-3、第一低压油泵电机组；4-4、第二低压油泵电机组；4-5、先导供油油路；4-6、先导油泵电机组；4-7、辅助油源安装底座；4-8、辅助油源控制柜；5-1、飞轮安装支架；5-2、马达冲击安装底座；5-3、惯性飞轮组；5-4、马达安装支架；5-5、被试马达；6-1、加载马达；6-2、加载马达安装支架；6-3、马达联轴器；6-4、马达扭矩转速传感器；6-5、马达性能安装底座；6-6、被试马达安装支架；6-7、被试马达。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

请参阅图1至图12，一种挖掘机用液压元件耐久性综合试验台，包括：

试验平台以及位于试验平台上的：

液压油源单元，所述液压油源单元包括吸油口1-1、温度传感器1-2、回油口1-3、液位传感器1-4、液压油箱1-5、散热器1-6、循环油泵电机组1-7、吸油过滤器1-8、加热器1-9、循环过滤器1-10、安装平台1-11、油源控制柜1-12；所述液压油箱1-5、吸油过滤器1-8、循环油泵电机组1-7、散热器1-6、加热器1-9、循环过滤器1-10、液压油箱1-5通过油路依次连接组成循环回路；用于检测液压油箱1-5内油液温度的温度传感器1-2与第一控制柜1-12的i/o端口电连接；用于检测液压油箱1-5内油液高度的液位传感器1-4与第一控制柜1-12的i/o端口电连接；

变频驱动单元，所述变频驱动单元包括驱动单元安装底座2-1、以及固定于驱动单元安装底座2-1上的变频电机2-2、驱动联轴器2-3、液压泵扭矩转速传感器2-4、液压泵固定支架2-5，所述变频电机2-2、油液泵扭矩转速传感器2-4、液压泵固定支架2-5通过驱动联轴器2-3连接；所述液压泵固定支架2-5用于安装固定不同的被试液压泵。

液压加载单元，所述液压加载单元包括加载试验柜3-1、以及安装在加载试验柜体内的加载控制单元3-2、进回油接口3-3、加载控制阀组3-4、先导控制油接口3-5、试验油路接口3-6、工控机3-7；所述加载控制单元3-2通过电气线路与加载控制阀组3-4相连；所述工控机3-7与加载控制单元3-2相连；所述进回油接口3-3、先导控制油接口3-5、试验油路接口3-6通过油路与加载控制阀组3-4相连；

辅助油源单元，所述辅助油源单元包括辅助油源安装底座4-7、以及固定于辅助油源安装底座4-7上的低压供油油路4-1、吸油管油路4-2、第一低压油泵电机组4-3、第二低压油泵电机组4-4、先导供油油路4-5、先导油泵电机组4-6、辅助油源控制柜4-8；所述吸油管油路4-2分别与第一低压油泵电机组4-3、第二低压油泵电机组4-4、先导油泵电机组4-6的吸油口连接；所述低压供油油路4-1和先导供油油路4-5均设有与液压加载单元连接的油路接口；所述辅助油源控制柜3-8的i/o端口分别与第一低压油泵电机组4-3、第二低压油泵电机组4-4、先导油泵电机组4-6连接；

马达冲击试验台架，所述马达冲击试验台架包括马达冲击安装底座5-2、位于马达冲击安装底座5-2上的飞轮安装支架5-1、惯性飞轮组5-3、马达安装支架5-4和被试马达5-5；所述惯性飞轮组5-3安装于第一安装支架5-1和马达安装支架5-4之间；所述被试马达5-5安装在马达安装支架5-4上；

马达性能试验台架，所述马达性能试验台架包括马达性能安装底座6-5、位于马达性能安装底座6-5上的加载马达6-1、加载马达安装支架6-2、马达联轴器6-3、马达扭矩转速传感器6-4、被试马达安装支架6-6、被试马达6-7；所述加载马达安装支架6-2、被试马达安装支架6-6与马达性能安装底座6-5固定连接，所述马达扭矩转速传感器6-4位于加载马达安装支架(6-2)和被试马达安装支架6-6之间，并通过马达联轴器6-3与加载马达安装支架6-2和被试马达安装支架6-6连接

还包括用于检测并控制液压油源单元、变频驱动单元、液压加载单元、辅助油源单元、马达冲击试验台架、马达性能试验台架动作的测量控制系统；所述测量控制系统包括电气控制系统、数据采集系统和中控系统；其中：所述电气控制系统包括电器元件、变频器、可编程控制器等，所述电气控制系统分别与油源控制柜1-12、变频电机2-2、、辅助油源控制柜4-8电气连接；所述数据采集系统包括依次电连接的工控机3-7、数据采集卡；所述数据采集卡分别与液压泵扭矩转速传感器2-4、马达扭矩转速传感器6-4、以及液压加载单元内部的各类压力、流量和温度传感器电连接；所述中控系统包括上位机、人机交互设备、显示器；所述上位机通过以太网分别与可编程控制器、工控机3-7电连接。

所述液压加载单元的加载控制阀组3-4包括a/b油路加载阀组、加载测流阀组、换向测流阀组和先导控制阀组；所述a/b油路加载阀组有两路，a/b油路加载阀通过液压阻尼的方式来完成多路阀或液压泵的冲击模拟加载；所述加载测流阀组为液压泵的性能试验提供液压阻尼加载和流量测量、同时为加载马达提供加载控制、以及为多路阀性能试验提供可控压力油源；所述换向测流阀组为被试马达的耐久性试验和性能试验提供换向控制与流量检测；所述先导控制阀组为多路阀、马达提供先导控制油源；所述加载控制阀组3-4上有用于试验检测的压力、流量和温度传感器；

所述被试液压元件包括液压泵、多路阀、液压马达中的一种或者多种。

一种挖掘机用液压元件耐久性综合试验台的试验方法，至少包括如下步骤：

步骤101、根据液压元件的测试需要，选择液压油源单元，变频驱动单元，液压加载单元、辅助油源单元，马达冲击试验台架，马达性能试验台架中的若干单元组成测试模块组；

步骤102、当测试元件为单个时，则将测试元件安装于对应的试验台架上进行试验；当测试元件为多个时，将多个被试元件安装于对应的试验台架上，并将多个被试元件组合成相应的测试模块组，根据挖掘机的实际工况和实际载荷特性，对液压元件进行复合动作耐久性试验，各元件在不同的加载条件下，实现被试各液压元件的压力和流量的自适应调节。

试验台系统至少包含一个液压油源单元，液压油源单元也可以采用多个液压油源单元组合。液压油源单元组成见图1，主要由吸油口、温度传感器、回油口、液位传感器、液压油箱、散热器、循环油泵电机组、吸油过滤器、加热器、循环过滤器、安装平台、油源控制柜组成；液压油箱内的液压油经过吸油过滤器、循环油泵电机组进入散热器，然后经过加热器和循环过滤器后返回液压油箱。液压油源单元作为一个独立的液压油循环温控单元，能根据设定的温度对散热器的冷却水流量和加热器的工作状态进行控制，从而对液压油进行温度控制，并通过循环过滤器对液压油进行循环过滤，保持油液清洁，同时液压油源单元能提供多路液压油吸油接口与回油接口，方便系统管路连接。

试验台系统至少包含一个变频驱动单元，为被试液压泵提供不同转速的驱动控制、转速与扭矩信号采集。其结构组成见图2，主要由变频电机、驱动联轴器、液压泵扭矩转速传感器、液压泵固定支架等组成，液压泵固定支架能适应不同液压泵的连接形式。整个变频驱动单元安装固定在一个驱动单元安装底座上，形成一个独立的单元模块，可以方便与其余模块组合连接。

试验台系统至少包含一个液压加载单元，为被试液压元件提供液压加载控制与油路连接接口。其结构组成如图3所示，主要由加载试验柜、加载控制单元、进回油接口、加载控制阀组、先导控制油接口、试验油路接口、工控机组成。其中加载控制阀组由a/b油路加载阀组、加载测流阀组、换向测流阀组和先导控制阀组组成。a/b油路加载阀组有两路，主要通过液压阻尼的方式来完成多路阀或液压泵的冲击模拟加载；加载测流阀组主要为液压泵的性能试验提供液压阻尼加载和流量测量和为加载马达提供加载控制、以及为多路阀性能试验提供可控压力油源；换向测流阀组主要为被试马达的耐久性试验和性能试验提供换向控制与流量检测；先导控制阀组主要为多路阀、马达等提供先导控制油源。各加载控制阀组上有用于试验检测的压力、流量和温度传感器，其结构原理可以根据需要灵活设计，主要为满足挖掘机用双联液压泵、两路以上多路阀、一个液压马达等所有元件同时试验或各自单独试验。加载控制阀组集成在一个加载试验柜体内，试验柜采用全封闭箱型柜体结构，方便整体移动吊装，箱形柜体外部留有丰富的液压油路接口，能方便与其它试验单元进行油路连接，同时试验柜内集成了对加载控制阀组进行控制的加载控制单元。

试验台系统包含一个辅助油源单元，可以在试验过程中为试验系统提供先导控制油源和马达试验时的低压补油油源。其结构组成见图4，主要由低压供油油路、吸油管油路、低压油泵电机组、先导供油油路、先导油泵电机组、辅助油源控制柜组成，各组成部分安装在一个整体安装底座上，可以方便的整体移动吊装。低压供油油路可以与加载模块连接，在液压马达试验时通过内部的加载测流阀组可以为加载马达提供低压油源。先导供油油路也可以与液压加载单元连接，通过内部的先导控制阀组调压为系统提供先导控制油源。

试验台系统包含一个被试元件试验安装台架，主要用于多路阀和液压马达的试验安装固定。多路阀可直接安装固定试验平台上，液压马达试验安装台架分为冲击试验安装台架和性能试验安装台架。液压马达的耐久性冲击加载主要通过飞轮组的惯性进行冲击加载，其试验安装台架如图5所示，主要由飞轮安装支架，惯性飞轮组、马达安装支架和被试马达组成，各组成部分安装在一个整体底座上，方便整体移动组合。惯性飞轮组的大小由被试马达对应主机的转动惯量计算得出。耐久性冲击试验时，通过被试多路阀或液压加载单元对被试马达进行换向和速度控制，在换向过程中由惯性飞轮组形成对被试马达a/b油口的冲击加载。液压马达的性能试验加载主要通过加载马达对被试马达进行加载，其试验安装台架如图6所示，主要由加载马达、加载马达安装支架、马达联轴器、马达扭矩转速传感器、被试马达安装支架、被试马达组成，各组成部分也安装在一个整体底座上，方便整体移动组合。性能试验时通过液压加载单元对被试马达a/b油口的压力进行液压阻尼加载控制达到对被试马达加载的目的。

其特点在于，试验台系统至少包含一个测量控制系统，为整个试验系统提供试验控制与试验数据采集功能，主要由电气控制系统、数据采集系统及中控系统组成。电气控制系统主要针对液压油源单元的电机、油温、过滤、报警等控制；变频驱动单元电机的调速控制、辅助油源单元的电机和电磁阀的控制。各模块单元均有现场控制柜，并通过工业以太网与中控系统组成控制网络。数据采集系统主要完成对液压加载测试控制系统的加载驱动和和试验参数测量，由工控机、数据采集卡、比例放大板等组成。数据采集系统位于液压加载单元的试验控制柜内，同样采用工业以太网与中控系统组成控制网络。中控系统主要负责整个测试系统的集中控制管理，通过工业以太网与其余系统进行通信。中控系统主要由上位机和显示器组成的人机交互界面组成。操作人员通过人机界面对整个试验系统进行试验管理和数据处理。

一种挖掘机用液压元件耐久性综合试验台的试验方法是采用挖掘机用液压元件综合试验台，根据被试液压元件的需要，进行灵活的模块化组合，既能独立的对液压泵(如图8)、多路阀(如图9)和液压马达(如图10)进行传统的耐久性试验，又能将各元件组合实现液压泵+多路阀(如图11)、液压泵+多路阀+液压马达(如图12)多元件联合耐久性冲击试验。试验时完全根据挖掘机的实际工况和实际载荷特性，对液压元件进行复合动作耐久性试验，使各元件在不同的加载条件下，能实现各元件的压力和流量的自适应调节，被试元件的试验效果贴近实际工作特性。同时试验台又具备必要的液压泵、多路阀和液压马达性能试验，方便的对被试元件进行状态检查，以判断被试元件的是否合格，大大提高了试验台的试验功能和试验效率。

以上对本发明的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。