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液壓泵(馬達)可靠性試驗臺設計與仿真 (1) 高強, 劉小平, 袁曉明, 賈超, 張立杰 摘 要：針對可靠性高、壽命長的液壓泵(馬達)在可靠性試驗中功率消耗大的問題,設計了一種基于電功率回收方式的液壓泵(馬達)可靠性試驗臺,利用AMESim軟件對關(guān)鍵元件及系統(tǒng)進行了建模仿真。通過與樣本曲線進行對比,驗證了仿真模型的準確性和系統(tǒng)原理的正確性�；诓煌r下試驗系統(tǒng)的加載控制方式,研究系統(tǒng)的功率回收特性。仿真結(jié)果表明,該試驗臺功率回收率最大能達到43%,對開發(fā)功率回收型液壓可靠性試驗臺具有指導意義。 關(guān)鍵詞: 液壓泵(馬達); 可靠性; 液壓試驗臺; 電功率回收 中圖分類號:TH137 文獻標志碼:B 文章編號:1000-4858(2017)02-0086-06 Design and Simulation of Hydraulic Pump (Motor) Reliability Test Bench GAO Qiang, LIU Xiao-ping, YUAN Xiao-ming, JIA Chao, ZHANG Li-jie Abstract:Aimed at the power-consumption of reliable and long life hydraulic pump (motor) in the reliability experiment, a kind of hydraulic pump (motor) reliability test bench is designed based on electrical power recovery. Modeling and simulation of key components and system are carried out by using AMESim, and the comparison results between the simulation and the curve of sample show that the simulation model is accurate and the system principle is correct. Characteristic of system power recovery is researched based on methods of load control with experiment system under different situation. The simulation results show that ratio of test bench power recovery can be reached to 43%, and that this method is of great guiding significance to the development of hydraulic reliability test bench based on power recovery. Key words: hydraulic pump (motor); reliability; hydraulic test bench; electrical power recovery 引言 液壓泵和液壓馬達作為應用于工程機械主機的關(guān)鍵液壓零部件, 其可靠性直接決定重大裝備的使用性能和壽命。液壓泵(馬達)可靠性試驗具有試驗周期長和能耗大的特點, 其測試平臺通�；诠β驶厥辗绞介_發(fā)[1-2]。目前已有很多學者對可靠性試驗臺功率回收系統(tǒng)進行了比較深入的研究。付永領(lǐng)等[3]通過理論計算討論了液壓泵加速壽命試驗臺機械補償功率 回收的效果, 解決了被試泵和馬達的流量、轉(zhuǎn)矩匹配問題。候小華等[4]深入分析了液壓補償功率回收的壓力算法和系統(tǒng)調(diào)試原則。羅亞南[5]設計了帶有電功率回收的大功率液壓泵(馬達)試驗系統(tǒng), 分析了電功率回收對試驗系統(tǒng)和電網(wǎng)的影響。 機械和液壓補償功率回收方式回收效率高, 但對于被試液壓泵和被試液壓馬達的排量及轉(zhuǎn)矩有嚴格的匹配要求, 測試范圍受到限制, 適用于固定類型產(chǎn)品的可靠性試驗。電功率回收方式功率范圍大、加載方式簡單且通用性強, 可實現(xiàn)多種型號液壓泵(馬達)可靠性試驗, 在多型號多種類液壓泵(馬達)可靠性測試場合比機械和液壓補償功率回收更有優(yōu)勢。 本研究基于電功率回收方式設計了一種新型液壓泵(馬達)可靠性試驗臺, 可實現(xiàn)液壓泵和馬達同時測試或單件測試。利用AMESim軟件對系統(tǒng)及關(guān)鍵元件進行建模與仿真, 驗證了功率回收試驗臺原理的正確性與可行性。通過仿真分析了不同試驗工況下的電功率回收性能, 提出了不同試驗工況下的加載控制方式。該試驗臺的設計為液壓泵(馬達)的可靠性試驗臺設計提供了一種新的設計理念, 為裝備制造業(yè)實現(xiàn)多種型號液壓泵(馬達)的可靠性評價節(jié)省了費用。 1、 液壓泵(馬達)可靠性試驗臺原理 電功率回收型液壓泵(馬達)可靠性試驗臺是將液壓馬達和發(fā)電機機械連接, 發(fā)電機作為馬達的負載, 使液壓能轉(zhuǎn)化為電能, 通過共直流母線存儲至蓄電池中, 實現(xiàn)功率回收, 實現(xiàn)原理如圖1所示。  圖1: 電功率回收系統(tǒng)原理圖 試驗臺可通過控制發(fā)電機的電磁轉(zhuǎn)矩實現(xiàn)系統(tǒng)的加載, 如圖2所示, 變頻器控制電動機調(diào)至試驗轉(zhuǎn)速, 被試泵輸出壓力油通過控制閥組驅(qū)動被試馬達, 被試馬達與發(fā)電機機械連接將能量通過逆變器回饋至蓄電池(超級電容)中, 從而實現(xiàn)功率回收。  1、電動機 2、被試液壓泵 3.1-3.3、壓力傳感器 4.1-4.4、流量傳感器 5、單向閥 6、安全閥 7.1-7.2、比例溢流閥 8.1-8.4、換向閥 9.1-9.2、溫度傳感器 10、被試液壓馬達 11、發(fā)電機 圖2 液壓泵(馬達)可靠性試驗臺原理圖 本試驗臺創(chuàng)新之處:其一, 一次試驗可同時測試1臺液壓泵和液壓馬達, 通過控制發(fā)電機實現(xiàn)系統(tǒng)加載的目的; 其二, 采用了電功率回收技術(shù), 通過共直流母線將回饋電能存儲至蓄電池(超級電容)中, 避免對電網(wǎng)產(chǎn)生諧波影響; 其三, 設置了旁路比例溢流閥, 可實現(xiàn)被試泵和被試馬達的流量匹配; 其四, 主回路設置了2個流量傳感器, 保證所測流量為被試件進出口的實際值, 滿足國標測試要求。 2、 關(guān)鍵元件及系統(tǒng)建模與仿真 2.1、 插裝式比例溢流閥建模與仿真 試驗臺額定壓力為35 MPa, 額定流量為350 L/min。由于可靠性試驗周期長, 被試件處于慢性磨損中, 插裝式比例溢流閥作為系統(tǒng)的關(guān)鍵元件, 需要具備較好的穩(wěn)壓溢流功能[6,7]。根據(jù)液壓泵(馬達)可靠性試驗臺的設計要求, 選取了型號為LC25DB+LFA25DBE+DBET6X的蓋板式比例溢流閥, 其結(jié)構(gòu)原理如圖3所示。  圖3: 插裝式比例溢流閥結(jié)構(gòu)原理圖 根據(jù)圖3所示的插裝式比例溢流閥的結(jié)構(gòu)原理圖,利用AMESim的HCD搭建了插裝式比例溢流閥的仿真模型,如圖4所示。插件模型由彈簧活塞、質(zhì)量塊和錐形閥口組成, 蓋板模型由3個節(jié)流孔組成, 先導閥由比例電磁鐵、彈簧活塞、質(zhì)量塊和錐形閥口組成, 通過模擬信號的輸入實現(xiàn)系統(tǒng)的調(diào)壓功能。  圖4: 插裝式比例溢流閥仿真模型 在圖4所示的仿真模型中, 利用AMESim的批運行功能, 模擬不同電壓信號對應的壓力-流量曲線, 圖5為不同信號下的壓力--流量曲線, 其中實線為插裝閥LC25DB的樣本曲線, 散點為不同電壓信號下的仿真曲線, 通過對比可知仿真曲線與樣本曲線最大誤差率為2.7%, 所搭建的插裝式比例溢流閥的仿真模型滿足要求。  圖5: 插裝式比例溢流閥壓力--流量曲線 2.2、 電功率回收型試驗臺建模與仿真參數(shù)設置 根據(jù)圖1所示的液壓泵(馬達)可靠性試驗臺原理圖,利用AMESim仿真軟件中的機械庫、液壓庫、電氣驅(qū)動庫和信號庫搭建了基于電功率回收方式的液壓泵(馬達)可靠性試驗臺的仿真模型[8, 9, 10, 11], 如圖6所示。仿真模型主要包括電動機、被試液壓泵、插裝式比例溢流閥、方向控制閥組、被試液壓馬達、發(fā)電機和蓄電池。  圖6: 液壓泵(馬達)可靠性試驗臺仿真模型 仿真模型建立后需要對每個模型的參數(shù)進行準確設置, 基于各元件樣本數(shù)據(jù), 系統(tǒng)中各子模型的設置參數(shù)如表1所示。 表1: 系統(tǒng)模型參數(shù)設置表    |
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