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便携式液压系统在线分析仪的开发及应用
【来源/作者】奥科官网 【更新日期】2017-01-13

普通的液压测试仪在进行液压系统测试时,仅能测定某一时刻、某一取样点的流量、压力及温度数据[1],不能将液压系统随外界负荷变化的过程记录下来,因此数据的记录不具完整性,不利于系统的性能分析和故障诊断。

本文开发的便携式液压系统分析仪是新一代的数据采集与处理装置,采用有源传感器技术,可在现场同时进行多测点、多参数的测试,并依靠基于 LabVIEW软件开发的测试软件进行实时数据采集和处理,为后续的液压系统性能分析和故障诊断提供依据。

1 液压系统分析仪组成

液压系统分析仪主要由有源传感器、辅助传感器、传感器接口模块、PCMCIA 数据采集卡( DAQCard -700) 、电源,笔记本电脑,传输电缆等组成,如图 1 所示。

1. 1 有源传感器

液压系统分析仪采用美国 HEDLAND 公司生产的有源传感器,包括两个有源传感器组( 图 2) ,一个辅助压力传感器和一个辅助流量传感器,可同时采集液压系统的 8 个参数信号,可根据液压系统检测的需要选择接入传感器的数量。

每个有源传感器除了传感元件外,内部还集成了信号调理电路( 包括信号放大器,V/I 变换器及两个相同的精密基准恒流源) 。该调理电路可将传感器的原始输入电压信号变换为 4 ~ 20 mA 的电流输出信号,便于信号的远距离传输且具有较强的抗干扰性能。流量传感器采用涡轮转子作为传感原件,其输出线性度好,顺流精度为满量程的 ± 1%,可重复精度在± 0. 2% 以内,压降小( < 0. 2 MPa) ,抗污染。流量传感器的量程在 1. 5 ~ 750 L/min 之间,可根据需要选择。

压力传感器采用有机硅聚合物应变电阻,产生的噪声级较低且信号输出好。金属膜片和有机硅聚合物电桥几乎不受冲击、振动及安装位置的影响。压力传感器的量程在 0 ~41. 4 MPa 之间。温度传感器采用铂电阻,电阻温度系数的离散度很小,精度高,灵敏度好。温度传感器的量程在 - 20 ~150 ℃ 之间。

传感器组还可以加装加载阀,可模拟外界负荷变化,便于系统性能参数的检测和故障原因的诊断分析。

1. 2 传感器接口模块

传感器接口模块是一个模/模电子信号处理器( 图3) ,它可将传感器输入的4 ~20 mA 的模拟电流信号转换为 0 ~5 V 的直流电压模拟信号输出,经 I/O 电缆传送到 DAQCard700 数据采集卡进行模数转换后送入计算机处理。

1. 3 PCMCIA 数据采集卡

便携式液压系统在线分析仪采用笔记本作为最终的输出端,故采用 PCMCIA 数据采集卡。本液压系统分析仪选用 NI 公司生产的 DAQCard -700 型 12 位数据采集卡,拥有 16 个单端或 8 个差动模拟通道输入,其最高采样速率为100 kS/s。另外还有两个16 位的8MHz 的定时 / 计数器和一个 16 位的数字 I / O 线。

2 系统分析软件

该液压系统分析软件采用 LabVIEW 软件在 Win-dowsXP 环境下开发而成[2],主要包括数据采集模块,数据显示模块,数据处理模块和数据管理模块组成,主要完成人机对话、数据采集、滤波消噪、复杂计算、对数据的分析处理、数据显示、保存、打印等功能。

2. 1 数据采集模块

数据采集模块具有测量参数设置和数据采集功能。参数设置可由用户按测试要求选择不同的测量单位和传感器。数据采集模块从数据采集卡获取各个传感器传来的原始数据,供数据显示模块,数据处理模块和数据管理模块显示、分析和存储。

2. 2 数据显示模块

数据显示模块主要完成将测试结果通过仪器面板以数字或曲线的方式,以方便测试者观察和分析测试情况,记录和存储测试数据。

2. 3 数据处理模块

数据处理模块包括对测量数据的平滑和滤波处理,频域、时域等相关分析,以及根据测量的数据进行液压系统的故障诊断。

2. 4 数据管理模块

数据管理模块一般是对测试设备、测试信息、测试结果等数据的管理。利用数据库可以更有效地管理各种数据,以方便需要时随时进行数据的读取、存储和打印。

系统分析软件设计的逻辑框图如图 4 所示。

3 应用实例

液压系统分析仪对液压系统的检测一般分为两种连接方式: 串接和 T 接。串接就是将传感器串接到液压回路中直接进行检测; T 接是将液压系统分析仪作为液压系统的一个旁路,通过旁路参数的变化来检测液压系统的性能。

下面以 TH6350 加工中心双级压力控制变量柱塞泵的测试为例来讲述。TH6350 加工中心液压泵采用双级压力控制变量柱塞泵[3],低压可调至 4 MPa,高压可调至 7 MPa。低压用于分度转台抬起、下落及夹紧,机械手交换刀具的动作,刀具的松开与夹紧,主轴速度高低档的变换动作等; 高压用于主轴箱的平衡。

液压系统分析仪一般根据所测液压系统的需要来选择接入传感器的数量和量程。如图 5 所示将液压系统分析仪接入 TH6350 卧式加工中心的液压系统,1#传感器组串接在双级压力控制变量柱塞泵的出油口,用于测量油泵出口的压力、流量和温度; 辅助流量传感器串接在油泵的泄油口,用于测量油泵的泄漏量。在测试之前,首先起动加工中心运转,当液压油温度达到50 3 ℃ 是开始测试,保持油泵的转速为 1 800 r / min,然后控制各执行元件的动作,其中电磁换向阀用于实现油泵高低压的转换。测试结果如图 6 所示。由测试所得曲线可以看出,在柱塞泵输出的低压和高压阶段,随着输出压力的增加,柱塞泵的输出流量相对标准值呈现明显下降的趋势,表明柱塞泵内部泄漏增加,柱塞副之间已经有一定程度的磨损,如果柱塞泵的容积效率低于标准值,就需要维修或更换。

4 结语

在虚拟仪器技术开发平台上构建便携式液压系统在线分析仪,充分利用当今先进的计算机软硬件技术,使得测试系统结构得到较大的简化,功能却得到提高,特别适合现场测试。作为当今计算机辅助测试的流行趋势,虚拟仪器技术将在液压行业中得到越来越多的重视和发展,从而提高国内液压行业测试技术的整体水平。

摘自:中国计量测控网


【关键词】便携式液压系统,奥科官网,北京世纪奥科 

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