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                             液壓泵(馬達(dá))可靠性試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)與仿真 (2)

3、 可靠性試驗(yàn)工況的仿真結(jié)果分析
   電功率回收系統(tǒng)能夠在可靠性試驗(yàn)過(guò)程中節(jié)省能耗, 但必須保證系統(tǒng)在正常試驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行功率回收, 理論功率回收率通過(guò)式(1)—式(3)計(jì)算:
          
    式中, P1、P2為系統(tǒng)輸入輸出功率; n1、n2為被試泵和馬達(dá)的轉(zhuǎn)速; v1、v2為被試泵和馬達(dá)的排量; p1、p2為被試泵和馬達(dá)的壓力; ηm為被試泵的機(jī)械效率; ηv為被試馬達(dá)的容積效率; ηt1、ηt2為驅(qū)動(dòng)和加載系統(tǒng)的總效率, 取0.75; η為系統(tǒng)的功率回收率。
   由于可靠性試驗(yàn)工況復(fù)雜多樣, 電功率回收系統(tǒng)的穩(wěn)定性和效率將受到不同程度的影響, 為保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行, 在可靠性試驗(yàn)臺(tái)仿真模型的基礎(chǔ)上分析了不同試驗(yàn)工況下的系統(tǒng)性能和功率回收效果。

3.1、恒負(fù)載試驗(yàn)工況
   液壓泵(馬達(dá))在可靠性測(cè)試時(shí)常采用滿載與超載試驗(yàn), 針對(duì)此類恒負(fù)載試驗(yàn)工況, 試驗(yàn)臺(tái)基于發(fā)電機(jī)的恒轉(zhuǎn)矩控制方式, 通過(guò)控制發(fā)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)加載的目的。為了模擬實(shí)際試驗(yàn)過(guò)程, 設(shè)置從空載至額定負(fù)載的時(shí)間為2 s, 得到發(fā)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩和系統(tǒng)壓力加載響應(yīng)曲線, 如圖7所示, 系統(tǒng)壓力可以跟隨電磁轉(zhuǎn)矩變化, 加載時(shí)間為1.5s, 壓力波動(dòng)小, 可以達(dá)到恒定加載的測(cè)試需求。
            
                      圖7: 恒負(fù)載工況轉(zhuǎn)矩和壓力曲線

    在恒負(fù)載試驗(yàn)工況中, 發(fā)電機(jī)作為系統(tǒng)能量回饋單元, 將電能回饋至蓄電池中, 蓄電池處于充電狀態(tài), 為縮短仿真時(shí)間, 設(shè)置蓄電池容量為0.1Ah, 電壓為200V, 理論計(jì)算得到充電時(shí)間為1.8s, 圖8為蓄電池的電壓和電流隨時(shí)間變化曲線, 初始充電狀態(tài)時(shí)電流呈直線增大趨勢(shì), 斜率接近90°, 隨后進(jìn)入恒壓充電模式, 斜率略有降低, 在時(shí)間為1.6s左右時(shí)電流達(dá)到穩(wěn)定值, 此時(shí)蓄電池電量已滿。
             
                        圖8: 恒負(fù)載工況蓄電池電流和電壓曲線

    在滿載試驗(yàn)工況下, 得到系統(tǒng)的功率流曲線, 如圖9所示, 系統(tǒng)輸入功率為85kW,  回收功率為36kW, 回收效率達(dá)到43%。
               
                           圖9: 恒負(fù)載工況系統(tǒng)功率曲線

3.2、變負(fù)載試驗(yàn)工況
    為了節(jié)省液壓泵(馬達(dá))的可靠性試驗(yàn)時(shí)間, 常采用步進(jìn)應(yīng)力加載方案。通過(guò)仿真計(jì)算, 得到系統(tǒng)的壓力和電磁轉(zhuǎn)矩的曲線如圖10所示, 變負(fù)載下的能量回收效率變化曲線如圖11所示。由圖10可知, 變負(fù)載工況下系統(tǒng)壓力響應(yīng)快, 能夠?qū)崿F(xiàn)液壓泵(馬達(dá))的加速壽命試驗(yàn)。由圖11可知, 隨著負(fù)載增大, 系統(tǒng)能量回收率隨之提高, 但系統(tǒng)能量回收率的變化梯度逐漸減小。
               
                        圖10: 變負(fù)載工況轉(zhuǎn)矩和壓力曲線

               
                          圖11: 變負(fù)載工況能量回收效率曲線

3.3、交變壓力沖擊試驗(yàn)工況
    根據(jù)液壓泵(馬達(dá))的耐久性試驗(yàn)國(guó)標(biāo)要求, 沖擊試驗(yàn)工況下被試液壓泵(馬達(dá))的壓力曲線需要從10%的額定壓力短時(shí)達(dá)到額定壓力, 若采用控制發(fā)電機(jī)輸出電磁轉(zhuǎn)矩方式實(shí)現(xiàn)此功能, 會(huì)引起發(fā)電機(jī)溫度急劇升高, 且同時(shí)會(huì)對(duì)發(fā)電機(jī)產(chǎn)生機(jī)械沖擊, 從而引起發(fā)電機(jī)的燒蝕和磨損。因此, 采用發(fā)電機(jī)的恒轉(zhuǎn)速控制方式實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的交變壓力沖擊試驗(yàn)。試驗(yàn)過(guò)程中, 控制發(fā)電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩, 通過(guò)控制旁路插裝式比例溢流閥實(shí)現(xiàn)液壓泵(馬達(dá))的交變壓力沖擊, 圖12為通過(guò)仿真確定的交變壓力沖擊工況下的壓力變化波形圖, 符合國(guó)標(biāo)測(cè)試要求。
              
                     圖12: 交變沖擊試驗(yàn)下的壓力變化波形圖

    通過(guò)恒負(fù)載、變負(fù)載和交變壓力沖擊試驗(yàn)3種可靠性試驗(yàn)工況仿真分析可知, 在恒負(fù)載試驗(yàn)工況下, 系統(tǒng)壓力響應(yīng)快, 波動(dòng)小, 蓄電池充電穩(wěn)定, 速度快。變負(fù)載試驗(yàn)工況下, 隨著負(fù)載的增加, 系統(tǒng)輸入功率和回收功率隨之增加, 回收效率增加, 系統(tǒng)能量回收率的變化梯度逐漸減小, 最大回收效率為43%; 交變壓力沖擊試驗(yàn)工況下, 利用插裝式比例溢流閥實(shí)現(xiàn)了交變加載, 系統(tǒng)壓力變化波形符合國(guó)標(biāo)測(cè)試要求。
4、 結(jié)論
  (1) 基于電功率回收方式設(shè)計(jì)了一種新型液壓泵(馬達(dá))可靠性試驗(yàn)臺(tái)。功率范圍大、回收效率高, 加載方式簡(jiǎn)單且通用性強(qiáng), 可實(shí)現(xiàn)多種型號(hào)液壓泵(馬達(dá))的可靠性試驗(yàn);
  (2) 利用AMESim軟件對(duì)關(guān)鍵元件和系統(tǒng)進(jìn)行了建模與仿真, 驗(yàn)證了液壓泵(馬達(dá))可靠性試驗(yàn)臺(tái)原理的正確性和可行性;
  (3) 對(duì)恒負(fù)載、變負(fù)載和交變壓力沖擊試驗(yàn)3種可靠性試驗(yàn)工況進(jìn)行了仿真分析, 結(jié)果表明, 該試驗(yàn)臺(tái)能夠滿足液壓泵(馬達(dá))可靠性試驗(yàn)要求, 功率回收率最大能達(dá)到43%, 并且提出了不同工況下試驗(yàn)系統(tǒng)的加載控制方式。

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