一种用于内曲线液压马达的低速稳定性测试系统

本发明属于液压马达高性能测试，特别涉及一种内曲线液压马达极端工况条件下的低速稳定性测试。

背景技术：

1、内曲线液压马达是一种径向柱塞式的内曲线液压马达，具有低转速、大转矩、高效率、高功率密度等优点，被广泛应用于各种大型装备的旋转驱动。其性能直接影响整个应用系统工作性能，在主机厂装机前、系统故障诊断及维修中均需要对内曲线马达进行全面的性能检测。

2、液压马达的低速稳定性研究对于制造高性能低速大扭矩马达极其关键。影响低速稳定性的因素众多既有液压马达本身的因素如取决于马达参数的排量脉动、配流遮盖量的大小、低速区的泄漏特性与各运动副的摩擦损失特性等；又有液压马达本身之外的其他因素如系统的流量调节方式控制方式负载特性系统油源及其主要元件的特性等。

3、内曲线液压马达在某些极端应用场景下，需要输出超大扭矩和极低转速，例如：重载卷扬机精准起吊定位中，液压马达的低速稳定性测试存在一些复杂的技术难题，例如：液压马达流量稳定性和压力稳定性维持，极端工况下的低转速测量等。

4、针对压力稳定性，目前内曲线液压马达低速稳定性测试通常采用的加载系统主要有液压泵(液压马达)加载系统、电力加载系统和滚筒绞车加载系统3种。前两种加载系统均容易引入外界负载对马达低速稳定性影响的因素，采用液压泵(液压马达)加载系统负载易受加载元件性能的影响；采用电力加载系统不仅需要增速装置和可变速的电系统较复杂成本高而且负载易受马达转速波动的影响。相比较下，采用滚筒绞车加载系统负载稳定不受马达转速波动的影响可以排除外界负载对液压马达低速稳定性的影响，为被测液压马达提供稳定大扭矩负载。

5、针对流量稳定性，目前内曲线液压马达流量控制通常采用电液比例阀开环控制，受流量脉动影响，流量实际瞬时可变并非完全恒定，因此在低速重载工况下，流量脉动对于马达流量稳定性影响更甚。

6、针对极低转速测量，现有的旋转机械转速测量方法通常采用光电编码器、磁编码器等传感器在旋转部件一端进行直接测量，但是往往适用于高转速测量。内曲线液压马达在极端使用工况下，例如：应用在重载卷扬机精准起吊定位中，液压马达转速往往能低至0.1r/min乃至0.01/min，输出扭矩超100kn.m，受分辨率限制，包括以上两种转速传感器在内的普通转速测量方法会失效，因此为内曲线液压马达在极端使用场景和极低转速工况下的转速测量设计新式测量方法是极其必要的。

技术实现思路

1、本发明针对目前内曲线液压马达低速稳定性测试方法目前存在的问题，提出了一种保证内曲线液压马达流量稳定性和负载稳定性条件下的新式低速稳定性测量方法。通过流量反馈信号控制电液比例阀实现流量稳定性控制，通过绞车加载重物的方式实现负载稳定性控制，通过拉绳式位移传感器测量绞车位移间接测量马达低转速，以上三点系统设计改进能够确保马达在低速稳定性工况下进行性能评估。

2、本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种用于内曲线液压马达的低速稳定性测试系统，该系统包括机械系统和测试系统；

3、所述机械系统包括绞车、滑轮、加载重物、加载盘、立式龙门架；所述绞车一端通过转矩仪与被测液压马达输出轴刚性连接，用于直接承担马达负载，所述加载重物安置在加载盘上，通过调整重物加载重量调节被测液压马达负载；所述线缆一端通过滑轮连接到加载盘上，另一端连接绞车，通过绞车实现重物升降；所述立式龙门架固定在地面上，用于固定滑轮，所述机械系统为被测液压马达提供大扭矩负载稳定性；

4、所述测试系统包括拉绳式位移传感器、转矩仪、进油路流量计和回油路流量计；所述拉绳式位移传感器一端固定在加载盘上，另一端固定在地面上，通过直接测量加载盘单位时间内的位移，经过换算：“单位时间内加载重物位移÷绞车滚筒半径*2π”来间接测量绞车转速，由于绞车与被测液压马达直接刚性连接，即可测量得到被测液压马达的转速；所述转矩仪与被测液压马达输出轴直接刚性连接，直接测量被测液压马达输出扭矩；所述进油路流量计和回油路流量计分别对于被测液压马达进出口流量进行直接测量，获取流量反馈信号，基于参数自适应模糊pid算法控制输入被测液压马达的液压油流量，实现流量稳定性控制。

5、进一步地，绞车两端通过限位装置固定有左承载轴承和右承载轴承，用于定轴旋转完成线缆收放。

6、进一步地，所述左承载轴承和右承载轴承选用多排多列圆柱滚子轴承，通过增加滚子数量增大承载能力，用于整体机械系统旋转副的承载功能。

7、进一步地，所述低速稳定性测试系统还包括液压系统，所述液压系统包括油箱、主泵、三相异步电动机、单向阀、溢流阀、伺服比例换向阀、被测液压马达、外控型平衡阀、过滤器和冷却器；

8、所述主泵由三相异步电动机带动，一端连接油箱，另一端连接单向阀，为液压系统提供液压油，为系统动力元件；所述单向阀抑制油液反流，起到保护主泵的作用；所述溢流阀并联在油路中，位于伺服比例换向阀之前，起到液压系统安全阀的作用；所述伺服比例换向阀用于控制被测液压马达的流量稳定，进油口一端连接经过主泵和溢流阀的油路，另一端连接回油路上的过滤器和冷却器；所述外控型平衡阀的阀口控制端连接另一油路用于控制被测液压马达的反转稳定性。

9、进一步地，所述过滤器和冷却器位于液压系统回油路上，分别用于液压油过滤清洁和冷却散热，避免油液杂质和发热影响整体系统的稳定性。

10、进一步地，所述参数自适应模糊pid算法具体实现步骤为：将流量偏差和流量偏差变化作为模糊控制器的输入量通过隶属度函数模糊化，经模糊规则表推理出对应控制参量的增量值得到解模糊结果，在原控制参量值的基础上结合增量值更新参量；当输出流量和目标流量相等时循环迭代停止，确定最优控制参量，该算法能够实现pid算法参数自动调节和寻优，用于控制被测液压马达进油口流量稳定。

11、本发明的有益效果：

12、本发明提供的一种用于内曲线液压马达的低速稳定性测试系统，能够在确保内曲线液压马达负载稳定和流量稳定“两稳”的前提下，进行马达高性能评估。在低速大扭矩工况下，通过调节加载重物更改马达大负载，通过流量测量装置得到的流量反馈信号控制电液比例阀控制输入被测液压马达的流量稳定。电液比例阀反馈控制具体实现是通过计算目标流量和流量计测得的马达输入流量间的偏差，应用模糊pid控制算法进行流量稳定性控制，消除输入马达流量瞬时流量脉动对被测液压马达稳定性的影响。内曲线液压马达高性能评估包括大输出转矩和低转速的测量，大输出转矩是通过马达输出轴直接连接的转矩仪直接测得，低转速是通过测量系统间接实现。低转速测量具体实现方法是：拉绳式位移传感器一端连接加载盘底部可直接测量单位时间内绞车线缆通过距离的变化，结合绞车滚筒尺寸可以换算得到绞车的转速，由于马达输出轴和绞车滚筒直接刚性连接，即可间接测得马达转速。本发明针对内曲线液压马达在极低速大负载工况下稳定性评估进行创新性系统设计，尤其是在确保马达极端工况下的稳定运行和极低转速测量方面有独特的优势。

技术特征：

1.一种用于内曲线液压马达的低速稳定性测试系统，其特征在于，该系统包括机械系统和测试系统；

2.根据权利要求1所述的一种用于内曲线液压马达的低速稳定性测试系统，其特征在于，绞车(14)两端通过限位装置固定有左承载轴承(13)和右承载轴承(15)，用于定轴旋转完成线缆收放。

3.根据权利要求2所述的一种用于内曲线液压马达的低速稳定性测试系统，其特征在于，所述左承载轴承(13)和右承载轴承(15)选用多排多列圆柱滚子轴承，通过增加滚子数量增大承载能力，用于整体机械系统旋转副的承载功能。

4.根据权利要求1所述的一种用于内曲线液压马达的低速稳定性测试系统，其特征在于，所述低速稳定性测试系统还包括液压系统，所述液压系统包括油箱、主泵(2)、三相异步电动机(1)、单向阀(3)、溢流阀(4)、伺服比例换向阀(5)、被测液压马达(11)、外控型平衡阀(7)、过滤器(9)和冷却器(10)；

5.根据权利要求4所述的一种用于内曲线液压马达的低速稳定性测试系统，其特征在于，所述过滤器(9)和冷却器(10)位于液压系统回油路上，分别用于液压油过滤清洁和冷却散热，避免油液杂质和发热影响整体系统的稳定性。

6.根据权利要求1所述的一种用于内曲线液压马达的低速稳定性测试系统，其特征在于，所述参数自适应模糊pid算法具体实现步骤为：将流量偏差和流量偏差变化作为模糊控制器的输入量通过隶属度函数模糊化，经模糊规则表推理出对应控制参量的增量值得到解模糊结果，在原控制参量值的基础上结合增量值更新参量；当输出流量和目标流量相等时循环迭代停止，确定最优控制参量，该算法能够实现pid算法参数自动调节和寻优，用于控制被测液压马达进油口流量稳定。

技术总结
本发明公开了一种用于内曲线液压马达的低速稳定性测试系统，该测试系统包括液压系统、机械系统、测试系统和控制系统。其中，液压系统组成包括被测液压马达、伺服比例换向阀、平衡阀等，机械系统组成包括绞车、重物等加载装置，测试装置组成包括拉绳式位移传感器、压力传感器和流量计在内的传感系统，控制系统通过流量反馈信号结合控制算法控制电液比例阀调节输入被测液压马达的流量稳定。与此同时，通过绞车加载重物为被测液压马达提供稳定大负载，能够为内曲线液压马达在大负载稳定的条件下提供低速稳定性测试，包括开展马达低转速、大扭矩、大流量和高压力等高性能测试。该测试系统提供了一种极端工况下低速稳定性准确测试的方案。

技术研发人员：张超,王海舟,方禹,董朋鹏,张军辉,徐兵
受保护的技术使用者：浙江大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/4