挖掘機用多路閥性能檢測試驗臺設計

畢業(yè)設計說明書題目：挖掘機用多路閥性能檢測試驗臺設計專業(yè)：機械設計制造及其自動化學號：姓名：指導教師：完成日期：目錄摘要1第1章緒論3

1.1多路閥簡介3

1.2多路閥的發(fā)展趨勢與挖掘機多路閥特點4

1.3多路閥測試研究現(xiàn)狀5

1.4課題研究意義6

1.5課題主要研究內容7第2章挖掘機多路閥綜合測試系統(tǒng)整體技術方案設計8

2.1挖掘機多路閥綜合測試系統(tǒng)技術要求8

2.1.1試驗系統(tǒng)基本要求9

2.1.2綜合測試系統(tǒng)試驗項目和要求10

2.2全電液控制綜合測試系統(tǒng)設計任務122.3測試系統(tǒng)整體技術方案13

2.4測試系統(tǒng)各功能單元方案14

2.4.1系統(tǒng)動力輸入與運行控制方案14

2.4.2全電液控制方案16

2.4.3負載模擬加載方案16

2.4.4系統(tǒng)油路切換控制方案172.4.5測試系統(tǒng)油溫控制方案18

2.5測試系統(tǒng)主要特點20

2.6本章小結21

第3章液壓及測控系統(tǒng)設計22

3.1測試系統(tǒng)的液壓系統(tǒng)概述22

3.2數據采集與控制系統(tǒng)設計223.2.1數據采集與控制系統(tǒng)簡介223.2.2數據采集系統(tǒng)硬件設計23

3.2.3數據采集3.2.4數據采集及控制軟件設計253.3測試試驗系統(tǒng)整體設計布局273.4多路閥一般測試流程規(guī)劃273.5本章小結29

總結與展望30致謝32參考文獻33摘要隨著工程機械的迅速發(fā)展，挖掘機的銷量越來越大。多路閥作為挖掘機液壓系統(tǒng)重要元件，其性能對挖掘機整機的質量和技術水平有很大影響。由于一旦裝機后多路閥液壓系統(tǒng)出現(xiàn)故障就很難檢測到故障源，因此在其裝機前對其進行全面的性能檢驗顯得很有必要。但是目前國內現(xiàn)有的多路閥測試試驗系統(tǒng)功能不齊全，且系統(tǒng)操作復雜，測試效率低。因此本文以多路閥測試試驗相關標準和相關設計技術要求為依據，結合現(xiàn)代挖掘機多路閥中常見的功能特性，利用電液比例技術設計了一套高效率，操作方便的全電液控制式液壓挖掘機多路閥綜合測試系統(tǒng)。結合多路閥測試系統(tǒng)中閥芯位移難于測量且其對測量結果的影響，依據測試結果對閥芯位移進行了補償研究。關鍵詞：挖掘機多路閥；綜合測試系統(tǒng)；電液比例控制；挖掘機AbstractWiththerapiddevelopmentofengineeringmachinery,thesalesofexcavatoraregrowingupdaybyday.Multi-wayvalveasoneoftheimportantelementsofexcavatorhydraulicsystem,itsperformancedirectlydeterminesthequalityandtechnicallevelofexcavator.Astheloaderhydraulicsystemfaultisverydifficulttobedetected,thecomprehensiveandaccurateperformancetestofthemulti-wayvalveisimportantinthefrontoftheassemblyofthemachine.ButThefunctionoftheexistingtestingsystemsformulti-wayvalvesarenotveryversatial，andtheirprocessiscomplexedtohandleandtheefficiencyisverylow.Inthisthesis,asetofefficientandconvenientoperationintegratedtestsystemformulti-wayvalveofhydraulicexcavatorwillbedesignedbyusingelectro-hydraulicproportionalcontroltechnologybasedontherelatedstandardsofmulti-wayvalvetechnologyandrelatedtechnicalrequirements,andcombinedwiththecommonfeaturesofthemodernexcavatormulti-wayvalve.Asthetestingsystemishardtodetectthedisplacementofthespoolvalveanditwillgiveeffecttothemeasurement,accordingtothetestresultstheresearchofdisplacementcompensationonofthespoolwillbegiven.Keywords:Excavatormulti-wayvalve;testsystem;electro-hydraulicproportionalcontrol;excavator.第一章緒論1.1多路閥簡介多路閥是以兩個以上的換向閥為主體的組合閥，并將各種不同功能的輔助閥如安全閥、補油閥、單向閥、節(jié)流閥等組合在一起來滿足不同液壓系統(tǒng)的需求。因此多路閥具有結構緊湊，壓力損失小和安裝簡單等優(yōu)點。在工程機械中得到廣泛的運用，尤其在挖掘機上基本上都是用的多路閥。實現(xiàn)液壓系統(tǒng)中油液方向和流量的控制是多路閥最基本的功能。不同的分類標準下多路閥可以分成不同的類別，下面對其功能原理及特點進行簡單介紹：按閥體結構形式，多路閥通常有整體式（圖1.1）和分片式（圖1.2）兩種。整體式多路閥是將所有的主換向閥和各種輔助功能閥集成安裝到一個閥體內因此具有結構緊湊、壓力損失小等特點；同時由于閥體內部油路結構復雜，給閥體的鑄造和加工帶來困難，因此一般適合于批量大、功能穩(wěn)定的品種。分片式多路閥是用螺栓將進油閥體、各聯(lián)換向閥體、回油閥體組裝到一起，可按照不同的使用要求組裝成不同的多路閥，通用性較強，但加工面多，出現(xiàn)滲油可能性也多。圖1.1整體式多路閥圖1.2分片式多路閥2二、按油路形式，多路閥的油路形式一般可以分為并聯(lián)、串聯(lián)、串并聯(lián)及復合油路等。并聯(lián)式多路閥是指進油口來的壓力油可直接通到各聯(lián)滑閥的進油腔，并且多路閥的回油口與各聯(lián)換向閥的回油腔相連。并聯(lián)油路的特點是即可控制執(zhí)行元件單動，又可實現(xiàn)復合動作，復合動作時，負載小的先動作。串聯(lián)式多路閥是指第一聯(lián)換向閥的回油腔為下一聯(lián)的進油腔，依次下去直到最后一聯(lián)。其特點是工作時可以兩個以上執(zhí)行元件復合動作，但是泵的工作壓力等于同時工作的執(zhí)行元件壓力之和，在大負載壓力下很難實現(xiàn)復合動作。串并聯(lián)油路是指多路閥的各聯(lián)主閥進油口串聯(lián)連接而回油口并聯(lián)連接；復合油路則是通過組合前面所述中的兩種或者三種油路而成的油路形式。三、按操縱形式，多路閥可以分為直動式和先導式兩種。直動式多路閥是指每根主閥都具有與其相連的直接操縱機構來控制閥芯的換向，由于多路閥具有多根主閥芯，因此會給整機的布置和管路設計帶來困難。先導式多路閥是指主閥的換向是通過先導級控制閥輸出壓力油來控制的，因此使整機管路的布置變得比較靈活，所以工程機械中大多采用此種控制形式的多路閥。根據先導控制閥的控制形式又可分為機液先導式和電液先導式，機液先導式是指利用機械控制式先導閥輸出控制壓力油來驅動主閥芯換向，而電液先導式是指通過電控制信號來控制先導閥輸出控制壓力油來驅動主閥芯動作。四、按泵的卸荷方式，根據多路閥液壓系統(tǒng)中泵的卸荷方式，可以分為中位回油卸荷（六通閥）和卸荷閥卸荷（四通閥）兩類。六通型多路閥系統(tǒng)利用的是中位回油卸荷方式，因此具有一定的流量和壓力微調特性，結合負流量控制泵能夠實現(xiàn)系統(tǒng)的負流量控制，還能與正流量控制系統(tǒng)相結合，達到很好的節(jié)能效果。四通型多路閥系統(tǒng)利用卸荷閥卸荷，由于滑閥在中位時由卸荷閥卸荷因此壓力損失小且壓力損失與換向聯(lián)數無關，這種閥通過和定差溢流閥或定差減壓閥結合能方便實現(xiàn)負載壓力補償和負載敏感控制。1.2多路閥的發(fā)展趨勢與挖掘機多路閥特點多路閥作為挖掘機液壓系統(tǒng)的重要元件，其性能對整機的性能和質量有很大的影響，因此多路閥技術的進步直接推動了挖掘機整機技術的發(fā)展。同時隨著市場的需求，促使多路閥在操作性能，節(jié)能技術等方面取得不斷發(fā)展。挖掘機多路閥的發(fā)展趨勢呈現(xiàn)出以下幾個特點：1、向高壓大流量，系統(tǒng)專一化方向發(fā)展，而且出現(xiàn)了性能比較專一的多路閥。大大提高了挖掘機液壓系統(tǒng)的功率密度，為大噸位，多執(zhí)行機構的液壓挖掘機提供了保障；2、操控性能、節(jié)能性不斷提高。負流量和正流量控制技術提高了六通型多路閥的節(jié)能性負載壓力補償、負載敏感以及抗流量飽和技術等使四通型多路閥系統(tǒng)效率大大提高；3、結合計算機控制技術和微電子技術，使多路閥的控制性能和控制精度有很大提高，為自動化和智能化控制的液壓挖掘機的發(fā)展提供了一定的保障。1.3多路閥測試研究現(xiàn)狀隨著國內經濟的高速發(fā)展，工程機械行業(yè)發(fā)展快速壯大，國家對工程機械配套液壓元件的發(fā)展越發(fā)重視，目前，國內相關單位加強工程機械核心元件的開發(fā)力度，在開發(fā)液壓元件的同時，進行配套試驗臺的開發(fā)，能夠有效的保證液壓元件的開發(fā)進度，并提高性能。而多路閥作為包括挖掘機在內的工程機械液壓系統(tǒng)的重要元件其性能的好壞直接影響著整機的質量和技術水平。因此國內相關的多路閥生產廠家和高校對多路閥的測試試驗系統(tǒng)的開發(fā)進行了一定的研究。而國外由于技術上對國內的封鎖，很難找到相關的技術資料。因此本文主要介紹國內在多路閥測試系統(tǒng)方面的研究現(xiàn)狀。1991年寶雞叉車廠研制了一個用于叉車用多路閥檢測試驗的試驗臺，該試驗臺利用微機控制模擬叉車實際工況，能夠對叉車用多路閥進行換向性能、內泄漏等九個項目的測試。該試驗系統(tǒng)的主要特點有：選用遙控閥控制的遠程調壓溢流閥來模擬叉車實際負載；通過定量泵與變量泵的組合方式實現(xiàn)系統(tǒng)流量的調節(jié)；同時對關鍵參數進行數字表實時顯示；抗干擾能力較強。同時不足之處有：1、沒有設置散熱系統(tǒng)，測試時系統(tǒng)功率轉化為熱量，系統(tǒng)油溫上升很快，系統(tǒng)很難連續(xù)運行；2、流量調節(jié)范圍有限，因此適應對象比較有限；3、需要通過換接油管來實現(xiàn)不同聯(lián)滑閥的測試，效率較低，很難滿足批量生產的需要。天津市精研工程機械傳動有限公司與北京天順長城液壓科技有限公司合作設計了一個主要用于液壓多路換向閥出廠試驗的試驗臺，該系統(tǒng)主要特點有：1、采用三泵組合的方式實現(xiàn)系統(tǒng)流量的調節(jié)，公稱流量時三泵同時工作，耐壓試驗小流量時只開啟小排量的變量泵，從而達到節(jié)能的效果；2、利用二通插裝閥的不同組合實現(xiàn)系統(tǒng)油路的切換，通過一次安裝就能完成所有項目的測試，提高了測試效率并降低了勞動強度；3、利用溢流閥、單向閥和換向閥組成的橋式加載回路完成對多路閥的雙向加載測試；4、充分考慮了系統(tǒng)油液的過濾裝置，提高了系統(tǒng)的抗污染能力，能有效延長系統(tǒng)中各液壓元件的壽命；5、采用單元模塊化設計，使系統(tǒng)緊湊。此外，該系統(tǒng)利用計算機和數據采集設備完成數據的自動采集和處理并利用PLC完成系統(tǒng)控制，整個系統(tǒng)的自動化程度較高。但該系統(tǒng)主要針對多路閥的出廠試驗而研制，很難滿足型式試驗需要，且系統(tǒng)的壓力、流量等級不高，聯(lián)數不多。吉林工業(yè)大學針對整體式多路閥的出廠試驗研制了一套高效率的專用工作裝置及試驗系統(tǒng)，該系統(tǒng)的主要特點有：1、利用液控單向閥實現(xiàn)油路之間的切換，降低了勞動強度，提高了測試效率；2、設有專用的內泄漏測量窗口，使用方便。其缺點在于：利用節(jié)流閥模擬負載壓力，壓力不穩(wěn)定且調節(jié)不便；只適合與聯(lián)數不多的產品，因為聯(lián)數越多液控單向閥的控制變得復雜。通過以上對國內多路閥測試系統(tǒng)研究方面的研究現(xiàn)狀分析，可知目前國內已有的多路閥測試試驗系統(tǒng)主要針對通用多路閥的出廠檢驗而研制，比較適合通用多路閥的測試試驗，其功能不是很完全，不能滿足現(xiàn)在多路閥多功能和高壓大流量的測試要求，同時測試試驗效率相當較低，操作過程相當復雜。而且對一般多路閥的不合格處難以判斷。針對目前挖掘機的發(fā)展和市場需要，挖掘機多路閥的功能和功率等級越來越高，因此設計一套專用的全電液式液壓挖掘機多路閥綜合測試系統(tǒng)對挖掘機多路閥產品的更新?lián)Q代和質量水平的提高顯得很有必要。1.4課題研究意義隨著工程機械的發(fā)展，挖掘機的銷量越來越大。多路閥作為挖掘機液壓系統(tǒng)核心元件，其性能直接決定了挖掘機整機的技術水平，且一旦裝機后液壓系統(tǒng)出現(xiàn)故障就很難檢測到故障源，因此對多路閥進行全面的功能和性能檢驗至關重要。但是目前國內現(xiàn)有的多路閥測試試驗系統(tǒng)功能都不是很齊全，而且測試效率較低工人勞動強度較大，而且試驗系統(tǒng)針對性不強，功能不專一因此能對現(xiàn)在挖掘機多路閥中常見的特殊功能（如直線行走、合流、優(yōu)先和負流量控制等）進行檢驗的試驗系統(tǒng)更少。出于國內對高壓大流量多路閥的研究深入，對相關產品的開發(fā)加強。因此，設計一套能對挖掘機多路閥性能進行全面檢測的綜合測試系統(tǒng)，提高國內開發(fā)挖掘機多路閥的整體質量并縮短開發(fā)周期和國內外技術差距提供實驗支撐。針對目前國內已有多路閥試驗臺的缺點，依據相關多路閥測試試驗標準和挖掘機多路閥的特點，研制一套全電液控制式綜合試驗系統(tǒng)，使其既能在模擬現(xiàn)代挖掘機多路閥進行加載測試完成標準中所規(guī)定的通用性能項目的測試，并能實現(xiàn)對合流、優(yōu)先、直線行走以及負流量控制等特殊功能的檢驗，從而完成傳統(tǒng)測試中在整機上才能實現(xiàn)的功能。同時系統(tǒng)的測試效率和工人的勞動強度，在挖掘機多路閥綜合試驗系統(tǒng)設計中加以充分考慮，使系統(tǒng)具有高效率和高精度的特點。該綜合測試系統(tǒng)的研制，能夠提高國內挖掘機多路閥產品的質量和裝機測試成功率，為挖掘機多路閥新產品的研制提供試驗裝備支撐。1.5課題主要研究內容本課題以全電液控制式挖掘機多路閥綜合測試系統(tǒng)為目標，綜合目前的測試標準和合作商的技術要求，研制一套全電液控制式挖掘機多路閥綜合測試系統(tǒng)。并在設計完成的試驗臺上對研發(fā)的挖掘機多路閥進行測試試驗研究。本文的主要研究內容如下：1、以多路閥測試試驗相關標準和設計技術要求為依據確定測試系統(tǒng)的基本功能，明確各測試試驗項目及其實現(xiàn)方法，采用全電液控制方式確定挖掘機多路閥綜合測試系統(tǒng)整體技術方案。并完成系統(tǒng)各功能模塊單元的方案設計在滿足功能要求的前提下通過性能對比以及綜合考慮整個測試系統(tǒng)的設計成本，確定各功能單元的最終方案。2、基于系統(tǒng)整體布局美觀、合理，試驗臺實用、安全、可靠并操作維護簡單的理念，對測試系統(tǒng)液壓系統(tǒng)進行設計。并根據系統(tǒng)參數，對相關元器件進行相應的計算及選型。結合挖掘機多路閥測試試驗的原理和要求，完成綜合測試系統(tǒng)的測控系統(tǒng)軟硬件設計。3、在研制的全電液控制式挖掘機多路閥綜合試驗系統(tǒng)上對合作商開發(fā)的挖掘機多路閥進行相應的測試試驗研究。結合該多路閥具體功能原理，對相關測試試驗項目的實現(xiàn)方法進行了概述，并對試驗結果進行簡要分析。從而驗證該全電液控制式挖掘機多路閥綜合測試系統(tǒng)功能的全面性和操作的便捷性。第二章挖掘機多路閥綜合測試系統(tǒng)整體技術方案設計本章主要介紹全電液控制方式挖掘機多路閥綜合測試系統(tǒng)的整體技術方案。參照多路閥相關測試試驗標準和測試系統(tǒng)技術條件，并結合具體研究的某挖掘機多路閥的功能特點，在綜合分析多路閥工作特性的前提下，確定了試驗臺的基本技術要求、測試試驗項目以及所需檢測的技術參數。結合當前計算機檢測與控制技術，以檢測實用性、操作方便性、使用可靠性為原則，完成整個測試系統(tǒng)的方案原理設計。2.1挖掘機多路閥綜合測試系統(tǒng)技術要求本文所研究的測試對象（挖掘機多路閥）具有以下特點：1、開中位負流量控制；2、動臂和斗桿都采用雙閥芯控制，閥內合流；3、直線行走功能；4、斗桿閥內流量再生，實現(xiàn)斗桿在輕載荷時快速回收；5、在動臂大腔和斗桿小腔設置保持閥，確保整機的安全；6、可實現(xiàn)復合動作；7、采用兩片式整體結構。其具體的系統(tǒng)原理如圖2.1所示。圖2.1挖掘機多路閥系統(tǒng)原理圖因此本文結合研究對象的具體功能和性能特點以及合作商提出的相關技術要求，并參照國家標準文件：液壓多路換向閥技術條件(JB/T8729.1—1998)；液壓多路換向閥試驗方法(JB/T8729.2—1998)；以及液壓挖掘機用整體多路閥技術條件(JG/T5116-1999)，對挖掘機多路閥的試驗項目、具體實現(xiàn)方法以及測試工況等進行規(guī)范。本課題研制的全電液控制式挖掘機多路閥綜合試驗系統(tǒng)是參照上述三個測試標準文件為設計依據，下面對主要內容進行進行介紹。2.1.1試驗系統(tǒng)基本要求根據合作商要求以及相關國家標準的要求，并結合研究對象的具體特點，本文研究的挖掘機多路閥綜合測試系統(tǒng)應該具有如下的基本要求：1、泵站供油系統(tǒng)實現(xiàn)轉速（0～2300rpm）范圍內調節(jié)，油源流量可大于被試閥的公稱流量（280L/min×2），油源壓力能達到36MPa；2、可以實現(xiàn)挖掘機多路閥任何油路獨立工作時的變負荷正反向加載，可實現(xiàn)室內測試臺的遠程控制；3、試驗過程充分考慮液壓系統(tǒng)散熱和能量回收問題，嚴禁液壓油過熱，破壞液壓油品質；4、試驗油源應具備自加熱能力。試驗環(huán)境應具備可重復性；5、各測壓點位置和測壓孔直徑，溫度測量點位置均符合機械行業(yè)標準JB/8729.2-1998的相關規(guī)定，應拆裝方便；6、測試數據精度不低于B級測量精度：溫度±1℃，壓力±1%，流量±1%，功率±1%；7、關鍵數據需在測試臺上利用儀表直觀顯示，除泄漏流量外，其他所有數據均可以實現(xiàn)計算機采集、顯示和存儲。8、試驗臺整體布局美觀、合理，試驗臺應實用、安全、可靠并操作、維護方便，試驗臺使用環(huán)境溫度為-10℃～40℃，設計使用壽命不小于10000h；9、試驗臺架應便于各項檢測數據的觀測，盡可能的少拆卸試驗管路、傳感器及儀表；10、測試時保證試驗人員的安全性，安裝管路完成后，試驗人員具有獨立操作間；11、試驗臺應便于保養(yǎng)和儀表維修，線路布置合理，便于拆卸；12、試驗臺外購的試驗設備的性能應處于國內領先水平，要求工作可靠，經久耐用（設計壽命10000h），維修方便。同時所開發(fā)的綜合測試系統(tǒng)應滿足功率184kW、壓力36MPa泵性能檢測試驗要求，滿足流量280L/min×2多路閥性能檢測試驗要求；通過計算機總線進行聯(lián)調；試驗過程中系統(tǒng)能實現(xiàn)數據動態(tài)采集、存儲、參數顯示和表格打印等功能，并且系統(tǒng)應滿足抗電磁干擾的要求，試驗系統(tǒng)具有較強的擴展性。2.1.2綜合測試系統(tǒng)試驗項目和要求本文所研制的挖掘機多路閥綜合測試系統(tǒng)應該能夠完成對挖掘機多路閥的各項功能和關鍵性能的檢驗檢測。依據相關測試標準和技術文件的要求以及研究對象具體的特點，將標準中的出廠試驗和型式試驗加以細分為挖掘機多路閥的功能試驗和性能試驗，因此能更加體現(xiàn)測試系統(tǒng)的專用性和綜合性。挖掘機多路閥的具體試驗類型及試驗項目如表2.1所示。依據測試標準要求和技術文件規(guī)定，挖掘機多路閥進行功能試驗和性能試驗前都需要對挖掘機多路閥進行耐壓試驗。下面對各項測試項目要求進行分析。耐壓試驗，標準中規(guī)定多路閥進行耐壓試驗時，路閥組泄油口與油箱連通，在工作油口處通以1.5倍額定工作壓力的壓力油保壓5min，不得有外泄漏及零件損壞現(xiàn)象。功能試驗：1、主閥芯換向功能試驗被試多路閥組進油口、施加36MPa的恒壓源（中位除外），各工作油口封閉，T口背壓在規(guī)定的范圍內，調節(jié)被試多路閥組各主閥芯的控制壓力。 表2.1試驗類型及試驗項目功能試驗項目性能試驗項目主閥芯換向功能內置信號油路功能負流量反饋閥芯壓力損失直線行走功能動臂合流功能主安全閥性能工作油口過載保護動臂保持功能動臂流量再生功能負流量控制流量特性主閥芯微動特性斗桿保持功能斗桿閥內合流功能高溫試驗壽命試驗復合動作功能斗桿流量再生功能內泄漏復合動作流量分配2、內置信號油路功能試驗空載狀態(tài)下模擬挖掘機多路閥各種動作（含復合動作），測試信號油壓和在各種動作下輸出壓力是否正確。3、直線行走功能試驗模擬挖掘機直線行走和正常行走工況，用相關數據證明被試閥是否具有直線行走功能。4、動臂提升閥內合流功能試驗模擬挖掘機動臂提升工況，用相關數據證明被試閥是否具有閥內合流功能。5、動臂保持功能試驗模擬挖掘機動臂保持和解鎖工況，用相關數據證明被試閥動臂保存和解鎖功能是否完好。6、動臂下降流量再生功能試驗模擬挖掘機動臂下降工況，用相關數據證明被試閥是否具備動臂下降流量再生功能。7、斗桿提升閥內合流功能試驗模擬挖掘機斗桿提升工況，用相關數據證明被試閥是否具有閥內合流功能。8、斗桿保持功能試驗模擬挖掘機斗桿保持和解鎖工況，用相關數據證明被試閥斗桿保存的解鎖功能是否完好。9、斗桿下降流量再生功能試驗模擬挖掘機斗桿下降工況，用相關數據證明被試閥是否具備斗桿下降流量再生功能。10、復合動作功能試驗模擬挖掘機各動臂、回轉、斗桿、鏟斗、行走復合動作。性能試驗：1、負流量反饋-壓力曲線要求繪制反映中位流量與壓力之間關系的曲線。2、閥芯中位壓力損失被試多路閥組處于中位，要求繪制流量與壓力損失曲線。3、主閥芯雙向壓力損失曲線被試閥閥芯置于最大開口位置，通過控制被試閥主閥芯的流量從0逐漸增大到100%公稱流量（油液流向分P→A→B→T和P→A→B→T兩種情況）,計算各主閥芯在不同流量下的壓力損失，繪制不同流量下的壓力損失曲線。4、主安全閥性能測試測試被試主安全閥的調壓范圍，并得出安全閥啟閉特性曲線。5、各工作油口過載保護閥性能測試測試各工作油口過載保護閥的調壓范圍，并得出安全閥啟閉特性曲線。6、負流量控制泵流量特性曲線在無負流量控制作用時測試泵1、泵2的輸出壓力與流量的特性曲線；在有負流量控制時測試負流量控制控制壓力與流量的特性曲線。主閥芯微動特性試驗P→A（B）流量微動特性及P→T中位流量微動特性測試：控制被試閥進油口P通以公稱流量，同時保持A（B）口公稱壓力的50%，測試主閥芯行程與相應流量，繪制流量微動特性曲線。8、復合動作流量分配試驗試驗在不同工況下（單向等負荷加載），復合動作時流量分配關系。9、高溫試驗：油液溫度在80+5℃的工況下，被試多路閥組在公稱壓力條件下通以公稱流量，并通過計算機編程實現(xiàn)主閥芯以一定的頻率連續(xù)換向半個小時，不得出現(xiàn)液壓元件損壞現(xiàn)象。壽命試驗：主要目的是考核多路閥的使用壽命，被試閥在公稱壓力下通以試驗流量，通過計算機控制多路閥組以一定的頻率進行連續(xù)換向動作，達到規(guī)定的換向次數后，檢查被試閥內部主要元件是否完好。2.2全電液控制綜合測試系統(tǒng)設計任務依據相關國家技術標準文件，結合某挖掘機多路閥組的功能原理，設計開發(fā)一套省時省力，操作簡單，測試準確精度高的全電液控制式挖掘機多路閥綜合測試系統(tǒng)，能夠完成挖掘機多路閥的各項功能和性能測試，并能對挖掘機多路閥特殊功能如負流量控制功能、直線行走、優(yōu)先和合流等驗證性檢測。能夠對關鍵的流量、壓力和溫度等關鍵數據的實時監(jiān)測，并能生成相關性能特征曲線，實現(xiàn)數據的自動化采集、處理和顯示等功能，且相關數據精度須達到國家標準規(guī)定的B級精度要求。同時系統(tǒng)應該具有散熱和加熱功能以保證系統(tǒng)能夠正常工作在相關工作溫度下，并能模擬挖掘機的實際工況對多路閥進行加載測試。且要求能夠實現(xiàn)合作商技術要求中的其他相關功能。下面對全電液控制式挖掘機多路閥綜合測試系統(tǒng)的具體設計過程進行分析。2.3測試系統(tǒng)整體技術方案按照設計技術要求確定本課題所開發(fā)設計的全電液式液壓挖掘機多路閥綜合測試系統(tǒng)的整體技術方案原理如圖2.2所示。整個液壓挖掘機多路閥檢測試驗臺主要由動力輸入及運行控制系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、計算機檢測系統(tǒng)三個相對獨立的子系統(tǒng)組成。動力輸入及運行控制系統(tǒng)實現(xiàn)多路閥工況的模擬：控制驅動電機的轉速實現(xiàn)發(fā)動機輸入轉速的模擬，控制電液比例溢流閥的溢流壓力實現(xiàn)多路閥負荷的模擬加載及系統(tǒng)壓力的調節(jié)。液壓系統(tǒng)通過液壓管路將多路閥、泵、比例閥、傳感器組合為一個整體；計算機檢測系統(tǒng)通過智能儀表、數據采集卡和工控機等實現(xiàn)試驗參數的實時監(jiān)測及采集。液壓系統(tǒng)可以分成幾個主要的獨立功能單元，包括動力輸入與運行控制單元、電液控制單元、負載模擬單元、油路切換控制和油溫控制單元等，測控系統(tǒng)的硬件主要由工業(yè)計算機、數據采集設備、信號調理設備和儀器儀表同時利用PLC控制實現(xiàn)系統(tǒng)控制及狀態(tài)監(jiān)測。通過Labview軟件完成測控系統(tǒng)軟件設計設計實現(xiàn)相關設備之間的通信以及測試數據處理和顯示。下面對測試系統(tǒng)整體技術方案設計的過程進行簡單介紹。圖2.2測試系統(tǒng)整體技術方案2.4測試系統(tǒng)各功能單元方案2.4.1系統(tǒng)動力輸入與運行控制方案結合多路閥試驗標準以及合作商提出的挖掘機多路閥綜合測試系統(tǒng)技術要求，可以確定系統(tǒng)流量需要能夠連續(xù)可調。然而系統(tǒng)流量需要動力驅動，因此，首先應對挖掘機多路閥綜合試驗系統(tǒng)的動力輸入與運行控制進行考慮，經綜合考慮研究，確定測試系統(tǒng)流量的調節(jié)方式。目前，常用的動力油源流量調節(jié)的方式有：多泵組合的方式：其原理是通過多臺定量泵或者定量泵與變量泵的組合來實現(xiàn)系統(tǒng)流量的調節(jié)，該方案原理圖如圖2.3所示，根據液壓系統(tǒng)不同工況下流量的需求來控制相關的泵工作，根據不同泵輸出流量的組合來達到系統(tǒng)流量的需求，并且在泵流量組合控制的過程中需要輔助控制閥的切換來實現(xiàn)。因此系統(tǒng)流量調節(jié)范圍較寬時則系統(tǒng)需要的泵源數量就多，不僅增加了系統(tǒng)成本而且還使系統(tǒng)變得復雜。因此此方式比較適合于只有幾個流量等級需求的系統(tǒng)。圖2.3多個定量泵組合方案圖2.4普通電機驅動變量泵圖2.5變頻電機驅動定量泵圖2.6變頻電機驅動變量泵2、普通電機驅動變量泵：該方案原理圖如圖2.4所示，因為普通電機的轉速基本恒定因此系統(tǒng)流量是通過改變變量泵的排量來實現(xiàn)的。運用此方案系統(tǒng)流量可以根據負載變化來調節(jié)，節(jié)能效果好，系統(tǒng)響應較快，而且普通電機比較便宜。但是如果需要實現(xiàn)流量的自動調節(jié)就需要一套控制泵排量的變量控制機構，增加了系統(tǒng)故障率，且控制機構的抗污染能力較差，且小流量時電機和泵都高速運動加速了機械磨損。而且能夠根據控制信號來改變排量的變量泵價格貴而且供貨周期長。3、變頻電機驅動定量泵：該方案原理如圖2.5所示，泵輸出的流量是通過控制變頻電機的轉速來實現(xiàn)的，相比變量泵省去了復雜的變量機構。且國內變頻技術相對成熟，控制效果較好供貨時間不長，流量的調節(jié)也比較方便而且容易實現(xiàn)。但是由于泵的排量不能調節(jié)而且一般的定量泵都有最低轉速的限制，且變頻電機在低轉速下效率較低，在系統(tǒng)小流量需求的工況難以實現(xiàn)。因此系統(tǒng)流量調節(jié)的范圍有一定的限制且有研究表面此種方式不適合在高壓小流量的場合。4、變頻電機驅動變量泵：該方案原理如圖2.6所示，此方案中由于有變頻電機和變量泵，因此泵輸出流量的調節(jié)方式呈現(xiàn)多樣性，即可以通過調節(jié)電機轉速也可以通過調節(jié)泵的排量，還可以兩者同時調節(jié)。此種方案系統(tǒng)流量調節(jié)不僅方便而且調節(jié)變化的范圍比較寬。能夠通過選擇不同的調節(jié)方式避開在小流量情況下泵的最低轉速和效率低的問題，提高系統(tǒng)效率。有研究表明，采用變頻電機驅動變量泵方式的液壓系統(tǒng)其系統(tǒng)效率最高，節(jié)能效果最好。本課題根據多路閥試驗標準和設計技術文件中對系統(tǒng)流量調節(jié)的相關要求，在滿足系統(tǒng)流量調節(jié)的需求上，充分考慮了系統(tǒng)的節(jié)能性和操作方便性，確定了本文所研制的全電液控制式液壓挖掘機多路閥測試試驗系統(tǒng)的動力輸入與運行控制系統(tǒng)的方案采用變頻電機驅動變量泵的方案。2.4.2全電液控制方案為了提高整個測試試驗過程的自動化程度和測試效率，本課題所開發(fā)的挖掘機多路閥綜合測試系統(tǒng)采用全電液控制技術方案，即通過對電信號的控制實現(xiàn)對液壓系統(tǒng)的控制，包括測試系統(tǒng)中電機的啟動停止，液壓系統(tǒng)中系統(tǒng)壓力，加載壓力以及挖掘機多路閥換向工作的過程，都是通過對電信號的控制來實現(xiàn)對液壓系統(tǒng)的控制。常用的電液控制方式有：1、電磁開關閥方案，其結構簡單，抗污染能力強且價格相對較便宜，一般在液壓開關控制系統(tǒng)中經常用到，但其控制精度較差且只能進行開關控制動作不能進行輸出油液的壓力調節(jié)。2、電液比例閥方案，其結構相對較簡單，同時控制精度較好且能實現(xiàn)輸出壓力的連續(xù)控制，其抗污染能力較強價格適中。3、電液伺服閥方案，其結構相對比較復雜，成本較高對油液的清潔度較敏感，但是控制精度最好，能夠實現(xiàn)對輸出油液壓力的精確控制。根據系統(tǒng)先導控制和壓力控制需要要求能夠實現(xiàn)對油液壓力的連續(xù)控制，實現(xiàn)多級調節(jié)，并充分考慮系統(tǒng)成本和系統(tǒng)控制需求，系統(tǒng)中電液控制方式采用電液比例控制方式，其中先導調壓控制部分采用電磁比例減壓閥作為先導閥，系統(tǒng)壓力調節(jié)和加載控制采用的是電液比例閥。2.4.3負載模擬加載方案為了實現(xiàn)在挖掘機多路閥測試過程中模擬挖掘機實際工作過程中的負載，因此一般通過模擬實際負載時的負載壓力來實現(xiàn)負載模擬從而模擬實際工況來加載測試多路閥。一般的液壓負載模擬裝置有溢流閥負載模擬和節(jié)流閥負載模擬兩類液壓負載模擬裝置。溢流閥負載模擬是通過調定溢流閥的溢流壓力，來模擬挖掘機多路閥實際工作過程中的負載壓力。其原理如下圖2.7所示，由于溢流閥的開啟，壓力一旦調定后基本上就會保持不變，所以采用溢流閥模擬負載加載時，負載壓力穩(wěn)定，而且配合電液比例技術能夠方便的實現(xiàn)負載壓力連續(xù)調節(jié)而且更能真實的復現(xiàn)實際工作過程。節(jié)流閥負載模擬裝置則是通過調節(jié)節(jié)流閥實際開口大小，使油液流過節(jié)流口時產生一定的壓差來模擬負載壓力，其原理如下圖2.8所示。由于節(jié)流閥用于壓力調節(jié)時，壓力很難穩(wěn)定而且受流量的影響很大。本文所研制的試驗臺系統(tǒng)流量要求能夠連續(xù)調節(jié)且變化范圍大，且要求負載壓力穩(wěn)定準確，因此，采用溢流閥作為試驗系統(tǒng)中的負載模擬加載裝置。圖2.7溢流閥負載模擬裝置圖2.8節(jié)流閥負載模擬裝置2.4.4系統(tǒng)油路切換控制方案在全電液式挖掘機多路閥綜合測試系統(tǒng)中，要求被試多路閥一次安裝完成后，不需要換接油管等操作就能完成所有試驗項目的測試，從而提高挖掘機多路閥測試試驗效率。而在測試過程為了實現(xiàn)不同測試試驗液壓回路的連接，系統(tǒng)需要經常切換油路，因此測試系統(tǒng)中需要有相應的油路切換單元來實現(xiàn)相應測試回路的切換和選擇。目前，常用的油路切換方式有以下幾種：1、電液換向閥方案：通過控制具有合適的滑閥機能的電液換向閥的工作位置可以實現(xiàn)相關油路之間的切換。但是當需要切換的油路較多時，對電液換向閥的控制就變得比較復雜，給電氣控制系統(tǒng)的設計帶來難度，而且由于聯(lián)動操作會使操作過程中引起誤動作。且一般的電液換向閥都是采用滑閥式結構，密封性不好存在一定的泄漏，因此會影響多路閥內泄漏測試項目的準確性而且成本較高。2、液控單向閥方案：在沒有控制壓力油時液控單向閥只能單向流動而當其反向開啟時則需要控制壓力油才能實現(xiàn)反向流動，所以利用液控單向閥可以實現(xiàn)油路之間的切換，但是當需要切換的油路增多時容易引起誤動，而且需要提供控制油路來控制其動作，會使系統(tǒng)油路變得復雜，成本相對較高。3、二通插裝閥方案：通過利用二通插裝閥和電磁換向閥的組合來實現(xiàn)系統(tǒng)油路的切換，其功能類似與球閥。其優(yōu)點在于：能夠把所有的插裝閥組集成安裝到閥塊中，簡化系統(tǒng)結構，同時可以方便的控制電磁閥就能實現(xiàn)油路的通斷。同時此方案也存在一定的缺點：插裝閥的雙向開啟需要通過控制油來實現(xiàn)，因此系統(tǒng)需要提供控制油路，使管路連接變得復雜；而且當需要控制的油路較多時，系統(tǒng)的控制按鈕多而且需要復合動作，就會增加電氣控制難度，同時也容易引起誤動作降低系統(tǒng)的可靠性。4、換接油管方案：此種方案是通過將需要測試聯(lián)的油口與系統(tǒng)管路相連，不需要測試的就把油口堵住。因此系統(tǒng)只需要提供進油、回油和兩條工作油口油路從而簡化系統(tǒng)油路，降低成本且可靠性高。但是測試過程中每完成一聯(lián)測試就需要換接油管和拆裝油口法蘭，這樣就增加了勞動強度，系統(tǒng)效率較低。而且不能滿足挖掘機多路閥復合動作等特殊功能的測試，以及批量測試的要求。5、高壓球閥方案：由于球閥本身結構相對簡單、且密封性好并且價格較便宜，通過簡單操作就能方便的實現(xiàn)油路之間的切換，而且系統(tǒng)可靠性高。因此通過選擇球閥的組合可以方便的實現(xiàn)系統(tǒng)一次安裝就能完成所有項目的測試，每選擇一條油路只需打開或者關閉相關的球閥就可以方便的實現(xiàn)油路之間的切換。因此系統(tǒng)具有較高的測試效率，而且球閥的密封性好而且高壓下也能保證很好的密封性，因此能滿足挖掘機多路閥的內泄漏量測試要求。因此在滿足系統(tǒng)油路切換功能的前提下，基于系統(tǒng)緊湊性、可靠性和操作方便性的原則并綜合考慮系統(tǒng)設計成本和測試效率，選擇高壓球閥方案作為系統(tǒng)油路切換控制單元。2.4.5測試系統(tǒng)油溫控制方案圖2.9溢流加熱方案圖2.10電加熱器在液壓系統(tǒng)測試過程中，由于系統(tǒng)輸入功率基本上轉化為熱量的形式損耗，使系統(tǒng)的油溫上升很快，而油液溫度對液壓油的粘度有很大的影響從而會改變液壓油的品質，并對液壓元件如多路閥性能造成影響，同時也會破壞密封件的性能增加系統(tǒng)泄漏，如果系統(tǒng)沒有設置冷卻裝置，隨著測試時間的增加，油液溫度不斷上升，不僅會破壞液壓油的品質，還會由于溫度過高而破壞液壓元件的密封件，縮短相關元件的使用壽命。因此系統(tǒng)工作的油溫不能太高。又由于標準文件中規(guī)定高溫試驗時要求油液溫度在80土5℃的工況下進行，為了能夠增加系統(tǒng)效率縮短油液溫升過程的時間，測試試驗系統(tǒng)需要設置油液加熱裝置。因此，系統(tǒng)需要選擇合適的油液加熱和冷卻裝置來控制系統(tǒng)的油溫使其保持在標準要求的范圍之內。因此經充分考慮本文所研制的挖掘機多路閥綜合測試系統(tǒng)需設置油液加熱裝置和油液冷卻系統(tǒng)。一般可以選擇電加熱器直接加熱和溢流循環(huán)加熱兩種方式對液壓系統(tǒng)的油液進行加熱。其中電加熱器加熱迅速方便，溫度控制效果較好。而溢流加熱裝置，具有實現(xiàn)簡單，不容易使油液變質，但是需要額外增加溢流液壓設備給系統(tǒng)管路布置增加了難道，溢流加熱的方案原理如上圖2.9所示。綜合多種考慮后，本試驗系統(tǒng)中采用電加熱器加熱的方式。液壓系統(tǒng)中常用的散熱系統(tǒng)裝置有風冷裝置和水冷裝置兩種。采用風冷裝置散熱的優(yōu)點有：風冷卻器的成本較低，維修比較簡單，而且利用空氣進行熱交換，因而不會影響液壓油的品質，但是其制冷能力受環(huán)境溫度影響較大。水冷裝置的主要特點有：水冷卻器的體積小、制冷能力比較固定，但由于其利用循環(huán)水來帶走多余熱量因此系統(tǒng)需要提供水源，同時冷卻水的滲漏會影響液壓系統(tǒng)元器件的正常工作。因此根據兩者的特點并考慮到試驗系統(tǒng)現(xiàn)場水源獲得比較困難，且試驗場所受限。同時為了使測試環(huán)境與挖掘機實車保持一致，因此測試系統(tǒng)選擇風冷卻器作為系統(tǒng)散熱裝置。2.11風冷卻器2.12水冷卻器2.5測試系統(tǒng)主要特點通過上述對全電液控制式挖掘機多路閥綜合測試試驗系統(tǒng)整體技術方案的設計和各功能單元模塊方案的對比分析，下面對本課題所研制的全電液控制式挖掘機多路閥綜合試驗系統(tǒng)主要特點總結如下:1、液壓系統(tǒng)設計參數:本試驗系統(tǒng)屬于高壓、大流量液壓系統(tǒng)，最大工作壓力達到36MPa，最大設計流量560L/min。2、測試系統(tǒng)中對系統(tǒng)壓力，負載壓力和主閥芯換向動作都采用遠程控制的方案，即利用電液比例控制技術，通過對電信號的控制來實現(xiàn)液壓系統(tǒng)的控制，因此能方便的實現(xiàn)壓力和流量的連續(xù)調節(jié)，以及閥芯動作的準確控制。提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和操作性，減輕了測試工作的負擔并提高了測試的安全性。系統(tǒng)的自動化測試程度較高。3、測試系統(tǒng)綜合性較強，不但能夠完成各種挖掘機多路閥常規(guī)功能試驗和性能試驗，還可以模擬挖掘機多路閥的一些實際工況，從而實現(xiàn)對挖掘機多路閥中常見的一些功能，如直線行走、負流量控制、合流、優(yōu)先以及復合動作等，進行檢驗測試。一定程度上能提高挖掘機多路閥的質量和合格率。4、本測試試驗系統(tǒng)采用簡單可靠，密封性能好的高壓球閥的組合來實現(xiàn)測試系統(tǒng)中油路通斷?？梢詫崿F(xiàn)被試挖掘機多路閥一次安裝，便可完成所有測試項目的檢測，油路之間的切換通過手動操作完成提高了系統(tǒng)的可靠性，同時操作方便。因此在兼顧系統(tǒng)設計成本的同時，提高了系統(tǒng)的測試效率。5、本試驗系統(tǒng)利用計算機完成整個測試系統(tǒng)測控系統(tǒng)的設計，自動化程度較高，通過計算機和數據采集設備并以Labview軟件為平臺完成測試系統(tǒng)軟件系統(tǒng)的設計。使測試系統(tǒng)能自動完成數據的自動采集處理和顯示等功能。以PLC為核心完成系統(tǒng)的運行控制和狀態(tài)監(jiān)測功能。6、測試系統(tǒng)設計時，充分考慮了系統(tǒng)的節(jié)能性要求和安全性，設計了系統(tǒng)的加熱和散熱系統(tǒng)，以及選擇合適的動力輸入與運行控制系統(tǒng)等。2.6本章小結本章主要是對挖掘機多路閥綜合試驗系統(tǒng)整體技術方案以及相關功能單元方案進行了設計。參照多路閥測試試驗相關標準和設計技術文件要求，并結合研究的挖掘機多路閥的特點和實際工況需求，確定了測試系統(tǒng)的整體技術方案。在滿足測試系統(tǒng)功能要求的前提下，通過對比分析并考慮系統(tǒng)成本等因素的影響確定了系統(tǒng)各功能單位的方案。并對本課題所研制的全電液控制式液壓挖掘機多路閥綜合測試系統(tǒng)的主要特點進行了總結。第三章液壓及測控系統(tǒng)設計本章主要內容是在滿足技術要求和系統(tǒng)功能的前提下完成測試試驗系統(tǒng)的液壓系統(tǒng)和測控系統(tǒng)設計。對液壓系統(tǒng)原理和各功能單元進行設計并對相關元器件進行選型計算；完成測控系統(tǒng)的硬件和軟件設計。同時基于對系統(tǒng)緊湊性、美觀性和操作方便性的要求，對測試系統(tǒng)進行集成安裝設計并進行整體布局。3.1測試系統(tǒng)的液壓系統(tǒng)概述液壓系統(tǒng)作為全電液控制式液壓挖掘機多路閥綜合測試系統(tǒng)的基礎，要實現(xiàn)對挖掘機多路閥的測試，液壓系統(tǒng)需要為挖掘機多路閥的整個測試過程提供液壓回路支持，使多路閥的輸入輸出流量形成測試回路，并能夠模擬挖掘機多路閥的實際工況提供壓力油源和負載壓力等功能。同時通過對電信號的控制使液壓系統(tǒng)作出相應的系統(tǒng)響應從而實現(xiàn)控制過程。根據系統(tǒng)功能需求和系統(tǒng)緊湊化設計的理念，將液壓系統(tǒng)按功能分成不同的功能模塊。試驗系統(tǒng)液壓方案原理如圖3.1所示。3.2數據采集與控制系統(tǒng)設計3.2.1數據采集與控制系統(tǒng)簡介圖3.1數據采集與控制系統(tǒng)原理圖全電液式液壓挖掘機多路閥綜合測試系統(tǒng)主要由動力輸入及運行控制系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、計算機檢測系統(tǒng)三個相對獨立的子系統(tǒng)組成。其中動力輸入及運行控制系統(tǒng)實現(xiàn)多路閥工況的模擬：控制驅動電機的轉速實現(xiàn)發(fā)動機輸入轉速的模擬；控制電液比例溢流閥的溢流壓力實現(xiàn)多路閥負荷的模擬加載。數據采集檢測系統(tǒng)利用數據采集設備和工控機以及Labview軟件系統(tǒng)實現(xiàn)測試試驗相關參數的實時采集、處理和顯示。動力輸入及運行控制系統(tǒng)和計算機檢測系統(tǒng)可以總稱為數據采集與控制系統(tǒng)。其中數據采集系統(tǒng)以工控機和數據采集卡等設備為主體，主要完成測試試驗系統(tǒng)中的壓力、流量和溫度等信號進行采集、處理、存儲和顯示，使系統(tǒng)具有很高的自動化程度。系統(tǒng)狀態(tài)檢測與控制則以可編程控制器（PLC）和數據輸出控制卡為核心，其中PLC實現(xiàn)對液壓系統(tǒng)中電機以及風冷系統(tǒng)控制，以及系統(tǒng)中關鍵狀態(tài)的實時監(jiān)測，并做出報警提示等功能。而數據輸出卡則實現(xiàn)液壓系統(tǒng)中的比例溢流閥和先導比例減壓閥的控制實現(xiàn)液壓系統(tǒng)的控制。測試系統(tǒng)數據采集與控制系統(tǒng)原理如圖3.1所示。3.2.2數據采集系統(tǒng)硬件設計測試試驗過程中為了能夠反映多路閥工作性能，測試系統(tǒng)需要實時監(jiān)控系統(tǒng)中相關流量、壓力、溫度和系統(tǒng)動力輸入的變化情況，并能對其進行數據采集、保存和打印等功能。同時對采集到的數據進行相關處理生成直觀的曲線圖來反映被試多路閥的相關性能。并能對曲線圖進行保存打印，方便后續(xù)分析判斷。通過對系統(tǒng)和測試要求確定了整個系統(tǒng)需要采集的相關數據信號源進行了確認，具體如下表3.1所示。表3.1系統(tǒng)信號流量壓力溫度轉速轉矩控制旋鈕8路24路9路1路1路21路測控系統(tǒng)中的硬件包括各中測量傳感器、信號調理模塊、顯示儀表、數據采集和輸出控制卡、工控機、控制旋鈕以及按鈕等。其中系統(tǒng)關鍵數據傳感器配置了顯示儀表，進行實時狀態(tài)顯示。顯示儀表安裝在人的視野范圍之內或視控制臺面板上，方便測試時直觀判斷系統(tǒng)的工作狀態(tài)。同時用于系統(tǒng)控制的旋鈕和控制按鈕位于主控制臺的操作面，而用于管路切換用的截止閥等控制元件，為便于人工操作和減小布局，使其按一定的規(guī)律排列在同一豎直平面內，便于操作控制。圖3.2數據采集系統(tǒng)硬件結構圖同時為了能夠提高系統(tǒng)的自動化程度。對系統(tǒng)控制參數（比例電磁鐵、電機轉速等）的控制旋鈕信號經過數據采集卡A/D轉換后傳輸到計算機再通過計算機經D/A數據輸出卡輸出來控制相應元件，這樣可以通過編寫自動控制程序屏蔽手動旋鈕控制信號來實現(xiàn)程序自動控制系統(tǒng)動作，使系統(tǒng)自動完成測試控制。圖3.2是試驗臺硬件組成系統(tǒng)原理圖。其工作過程：傳感器檢測各系統(tǒng)參量轉成電信號，一部分信號直接連接到顯示儀表直接顯示，同時所有傳感器信號都經過一定的信號調理電路后輸入到數據采集卡后輸入到計算機。然后由基于Labview軟件的系統(tǒng)程序進行處理、顯示、存貯和打印等。而系統(tǒng)的動力、狀態(tài)檢測以及散熱系統(tǒng)的控制則是通過PLC來進行自動控制。3.2.3數據采集傳感器選型以及抗干擾設計1、油溫測量傳感器選型油溫測量采用PT100型鉑電阻作為傳感器，以各布局點（10個點）的殼體溫度近似測量，采用強磁吸附式封裝方式，方便布局和安裝，同時定做6個M20×1.5的插入式封裝的傳感器，通過G1/4英公制螺紋轉接頭安裝在預留的測試油口上，以測量更加準確的油溫。根據實際情況，選用的傳感器量程范圍為-10～110℃，兩種不同封裝的傳感器可以通過航空插頭互換，所有的鉑電阻溫度傳感器均選用北京昆侖海岸科技有限公司的產品，為了降低成本，傳感器本身不帶變送器，而是在機箱底板處集成安裝變送器。2、壓力測量傳感器選型壓力的檢測采用北京昆侖海岸科技有限公司的JYB型壓阻式傳感器，壓阻式壓力傳感器是利用單晶硅材料的壓阻效應和集成電路技術制成的傳感器。壓阻式傳感器常用于壓力、拉力、壓力差和可以轉變?yōu)榱Φ淖兓钠渌锢砹浚ㄈ缫何?、加速度、重量、應變、流量、真空度）的測量和控制，以快速接頭為連接方式，根據各測量點的壓力范圍不同，選擇3種不同量程的壓力傳感器，其中0～40MPa的壓力傳感器6個用于主油路油壓測量和負流量控制油路壓力測量，0～6MPa的壓力傳感器2個用于先導油路油壓測量，0～2MPa的壓力傳感器1個用于散熱器回油壓力測量。這些壓力傳感器自帶4-20mA變送器。3、流量測量傳感器選型根據各測試點的流量范圍，分別選擇通徑為25的傳感器2臺，用以測量泵回油流量和散熱器保護閥回油流量；通徑為40的傳感器2臺用以測量主回油總流量和散熱器冷卻流量。這些流量傳感器自帶4-20mA變送器，耐壓范圍為6.3MPa，滿足使用要求。4、測試裝置抗干擾設計本系統(tǒng)供電電壓不穩(wěn)定，環(huán)境溫度變化范圍大，工作環(huán)境惡劣，在傳輸、采集過程中，如不采取措施，傳感器弱信號肯定受到環(huán)境干擾。為此本系統(tǒng)將采用以下措施：①傳感器輸出信號傳輸過程全部采用屏蔽信號線，屏蔽線統(tǒng)一接地；②變送信號均采用4-20mA的抗干擾能力強的電流信號；③采樣后的數字信號經過10Hz左右的低通濾波器，濾掉高頻干擾信號；④為了降低車載電源的電壓不穩(wěn)造成的測試誤差，本系統(tǒng)采用兩個直流穩(wěn)壓器為傳感器和數據采集器提供電源。3.2.4數據采集及控制軟件設計系統(tǒng)中經傳感器測量的流量、壓力、溫度等信號都進過一定的調理電路后把4-20mA的模擬信號轉換為0-5V的電壓信號輸入到研華PCI數據采集卡后輸入到工控機，由Labview軟件編寫的系統(tǒng)軟件完成對數據的處理、保存以及顯示。系統(tǒng)測試軟件要實現(xiàn)將傳感器輸入的信號轉變?yōu)檎鎸嵉臄祿虼艘獙ο嚓P傳感器數據進行標定處理使0-5V的傳感器電信號轉變?yōu)檎鎸崊抵?。因此測試系統(tǒng)設有專用的傳感器標定程序，每個傳感器的標定參數系統(tǒng)將自動從標定文件讀入并進行實時計算輸出。測試系統(tǒng)中的數據采集卡選用的是研華數據采集卡，由于采集過程中要對采集卡的參數進行設置來滿足系統(tǒng)測試的需要，而研華的采集卡的驅動中有Labview數據采集的通用模塊，因此可以很方便的完成數據采集卡的通道數量、緩存大小、通道增益以及采樣頻率等參數的設置。根據采樣定理在數據采集過程中為了能夠還原參數的真實變化，采樣頻率應該是變量變化頻率的兩倍以上。而液壓系統(tǒng)中流量脈動頻率計算公式如下：式中：n表示的是電動機轉速，z表示的是柱塞泵的柱塞數。測試系統(tǒng)中泵的額定轉速在3000rpm，且系統(tǒng)所用的泵中有9個柱塞，因此通過上式計算得到的系統(tǒng)流量脈動為900Hz。因此為保障保證采集數據的真實性，采集卡的采樣頻率設置為實際信號頻率的5倍左右即4500Hz。由于數據采集過程中存在外界電磁干擾等誤差，軟件系統(tǒng)通過設置軟件數字濾波器對數據進行濾波處理，采用低通多項平均值濾波器有效過濾干擾噪聲，提高測試精度。測試系統(tǒng)采用Labview8.5進行計算機測試控制程序的設計，LabVIEW（LaboratoryVirtualInstrumentEngineering）是一種圖形化的編程語言，它廣泛地被工業(yè)界、學術界和研究實驗室所接受，視為一個標準的數據采集和儀器控制軟件。LabVIEW集成了與滿足GPIB、VXI、RS-232和RS-485協(xié)議的硬件及數據采集卡通訊的全部功能。它還內置了便于應用TCP／IP、Acvex等軟件標準的庫函數。這是一個功能強大且靈活的軟件。利用它可以方便地建立自己的虛擬儀器，其圖形化的界面使得編程及使用過程都生動有趣。由于該測試系統(tǒng)測試試驗項目較多所以測試程序采用主-子程序結構設計方法，通過主程序面板調用相應試驗項目子程序來進行具體的試驗測試。同時選用三菱FX2N-64MRPLC能滿足對整個測試系統(tǒng)的實時監(jiān)測控制需要，數據采集卡得到的溫度等信號能夠反饋到PLC使PLC能夠實時控制系統(tǒng)散熱、報警等過程的智能判斷并動作。提高整個系統(tǒng)的安全性和可靠性。測試程序能夠完成對測試過程中關鍵數據的實時采集、顯示、保存和打印。能夠對數據進行處理顯示相關特性曲線。軟件界面包含兩個曲線顯示窗口，其中一個實時信號曲線窗口，實現(xiàn)對測試試驗數據的實時顯示直觀判斷曲線走勢。同時歷史曲線窗口可以在做完試驗后查看相應性能曲線。3.3測試試驗系統(tǒng)整體設計布局結合上述各系統(tǒng)功能模塊的設計，以布局緊湊化、美觀和操作方便性，因此將各功能模塊進行整合和集成，將測試系統(tǒng)的加載裝置、油箱和管路切換控制單位和調壓系統(tǒng)集成到試驗控制臺，將被試安全閥和先導壓力控制模塊集成到被試閥安裝臺上，因此在測試過程中，只需要將被試閥和試驗臺上的相應管路通過軟管連接到一起，便可一次性完成所有項目的測試工作。同時將測控系統(tǒng)具體的硬件連接以及數據采集設備，相關重要數據顯示儀表安裝在獨立的主控操作臺上，包括系統(tǒng)所有控制按鈕和控制旋鈕，因此測試過程中操作人員只需在試驗操縱控制臺上進行管路切換操作和在主控臺通過控制旋鈕和控制按鈕進行系統(tǒng)的運行控制和被試閥的動作控制。同時電機、泵、散熱系統(tǒng)以及變頻器的安裝實物圖已經在上述內容中已經給出。因此整體布局緊湊、美觀和操作方便。3.4多路閥一般測試流程規(guī)劃由于多路閥的測試項目較多，因此設計一套合適的測試流程能對測試效率有所提高。本節(jié)參照多路閥測試試驗標準及一般多路閥的特點，設計了一般多路閥的出廠試驗和型式試驗測試流程。由于本測試系統(tǒng)所研究的對象功能比較專一其試驗項目經過一定的改變，但是同樣也可以參照下述的測試流程變通后進行測試。其中測試標準中規(guī)定多路閥出廠試驗主要是對多路閥出廠前的性能進行性能進行檢驗。本文所規(guī)劃的一般多路閥的出廠試驗流程如下圖3.3所示。多路閥的型式試驗主要是針對新產品的開發(fā)過程中或者原多路閥在設計材料、工藝方面有較大變動或者相關部門提出檢測要求時，需要進行的試驗測試項目。本文所規(guī)劃的一般的多路閥型式試驗測試流程如下圖3.4所示。圖3.3挖掘機多路閥功能試驗測試流程圖圖3.4挖掘機多路閥性能試驗測試流程圖3.5本章小結本文主要在完成全電液式液壓挖掘機多路閥綜合測試系統(tǒng)整體技術方案的基礎上，對測試系統(tǒng)液壓系統(tǒng)和數據采集控制系統(tǒng)分別進行了設計。首先，在完成對測試系統(tǒng)液壓系統(tǒng)原理的基礎上對各功能單元進行設計，并完成相關元件的計算和選型。其次，對全電液式挖掘機多路閥綜合測試系統(tǒng)中數據采集與控制系統(tǒng)進行了軟硬件設計。最后，結合測試標準對一般的多路閥出廠試驗和型式試驗進行了測試試驗項