崔繼強(qiáng)，劉學(xué)強(qiáng)

（1.濱州學(xué)院，山東濱州 256600；2.濱州渤海活塞有限公司，山東濱州 256600）

0 引言

綜合加載試驗(yàn)臺(tái)是液壓測(cè)試的重要設(shè)備，為獲取更佳的測(cè)試效果，往往需要根據(jù)被測(cè)對(duì)象進(jìn)行總體設(shè)計(jì)和功能搭建[1]。針對(duì)液壓閥的出廠試驗(yàn)和形式試驗(yàn)要求可知，檢測(cè)閥在出廠之前必須達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，因而試驗(yàn)臺(tái)的具體要求設(shè)計(jì)如下：

（1）搭建的綜合加載實(shí)驗(yàn)臺(tái)，需滿(mǎn)足被試閥的工作性能試驗(yàn)要求，且在試驗(yàn)中要完成各個(gè)閥的單獨(dú)測(cè)試和綜合測(cè)試；

（2）試驗(yàn)系統(tǒng)輸出的最大流量與被試閥的公稱(chēng)流量一致，而試驗(yàn)系輸出的最大壓力應(yīng)約為其公稱(chēng)壓力的1.5倍；

（3）綜合加載實(shí)驗(yàn)臺(tái)需完成背壓試驗(yàn)、換向性能試驗(yàn)、安全閥性能試驗(yàn)、耐壓試驗(yàn)等試驗(yàn)。

1 試驗(yàn)臺(tái)組成

綜合加載試驗(yàn)臺(tái)由液壓試驗(yàn)系統(tǒng)[2]、電氣控制系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)組成。為了更加清晰地表達(dá)出加載試驗(yàn)臺(tái)的組成及布局，在三維軟件Solidworks中建立了綜合加載試驗(yàn)臺(tái)的三維模型，如圖1所示。

試驗(yàn)臺(tái)具有模塊化設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，該試驗(yàn)臺(tái)的主要組成模塊包括動(dòng)力模塊、被測(cè)元件模塊、控制模塊和加載模塊4部分。

（1）動(dòng)力模塊。動(dòng)力模塊主要為系統(tǒng)提供動(dòng)力源。由前面的總體設(shè)計(jì)分析可得，最終確定，該綜合加載試驗(yàn)臺(tái)采用變頻電機(jī)和變量泵的組合方式為試驗(yàn)臺(tái)提供動(dòng)力源。首先需要對(duì)試驗(yàn)臺(tái)需要的變頻電機(jī)和變量泵進(jìn)行選型計(jì)算。為保證變量泵的工作安全性和可靠性，所選用的泵需儲(chǔ)備一定量的壓力。所以一般泵額定的壓力和流量要比被試閥的額定壓力高。

圖1 綜合加載液壓試驗(yàn)臺(tái)三維模型圖

（2）被試元件模塊。該部分指的是試驗(yàn)臺(tái)需要測(cè)試的各種閥，即電磁閥先導(dǎo)閥（marco）、兩位三通換向閥（marco）、安全閥（立柱，OHE）。

（3）控制模塊。試驗(yàn)臺(tái)控制模塊主要指的是電氣控制柜，控制系統(tǒng)通過(guò)對(duì)液壓系統(tǒng)的控制，實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)所要求的各項(xiàng)動(dòng)作及各項(xiàng)安全防護(hù)措施。

（4）加載模塊。液壓試驗(yàn)就是在測(cè)試系統(tǒng)種模擬被測(cè)試元件的實(shí)際工況，實(shí)際工況的負(fù)載，主要通過(guò)溢流閥進(jìn)行加載實(shí)現(xiàn)[3]。該試驗(yàn)臺(tái)可根據(jù)電磁閥先導(dǎo)閥、換向閥和安全閥的出廠試驗(yàn)和型式試驗(yàn)運(yùn)行工況條件，測(cè)試各個(gè)閥在相應(yīng)工況下的壓力流量等技術(shù)參數(shù)。

試驗(yàn)系統(tǒng)工作原理如圖2 所示，數(shù)據(jù)采集卡對(duì)數(shù)據(jù)依次進(jìn)行采集、存儲(chǔ)、分析之后，通過(guò)液加載測(cè)試系統(tǒng)測(cè)試和分析閥的動(dòng)態(tài)性能參數(shù)，最后通過(guò)試驗(yàn)檢驗(yàn)被試閥的各個(gè)工作性能是否已經(jīng)滿(mǎn)足出廠試驗(yàn)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)、改進(jìn)生產(chǎn)工藝的目的。

圖2 系統(tǒng)工作原理圖

2 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 控制系統(tǒng)組成

如圖3 所示，控制體統(tǒng)中，軟硬件是其標(biāo)配結(jié)構(gòu)，可以給予液壓結(jié)構(gòu)提供閉環(huán)控制基礎(chǔ)[4]，同時(shí)，對(duì)于液壓控制的各項(xiàng)參數(shù)的獲取依靠測(cè)控環(huán)節(jié)來(lái)完成，其中軟件主要通過(guò)基于編寫(xiě)好的程序來(lái)完成測(cè)量、傳遞等工作，從而傳遞到計(jì)算機(jī)的結(jié)果可以被計(jì)算機(jī)破譯；硬件部分主要由兩部分組成，一部分是液壓系統(tǒng)的電氣環(huán)節(jié)，另一部分是基于對(duì)系統(tǒng)整體協(xié)調(diào)的計(jì)算機(jī)環(huán)節(jié)。測(cè)控環(huán)節(jié)的實(shí)現(xiàn)主要由工控機(jī)來(lái)完成，從而可以認(rèn)為，對(duì)于全部的試驗(yàn)環(huán)節(jié)，從一開(kāi)始的信號(hào)獲取、信號(hào)傳遞等環(huán)節(jié)都需要藉由軟件和硬件之間的共同運(yùn)作來(lái)完成，故傳感器、信息采集、信息傳遞等都藉由總線環(huán)節(jié)來(lái)實(shí)現(xiàn)，這樣就可以完成基于不同作用的插件的信息獲取與整個(gè)系統(tǒng)調(diào)控的工作任務(wù)。

PLC 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，可靠性的考慮較為完善，工控機(jī)次之，而單片機(jī)的可靠性相對(duì)較為薄弱。PLC 對(duì)于外界擾動(dòng)的抵抗能力相對(duì)其他兩個(gè)而言也是最強(qiáng)的，最差的是單片機(jī)。對(duì)于系統(tǒng)的進(jìn)一步改進(jìn)而言，一般僅僅依靠采集卡等類(lèi)結(jié)構(gòu)就可以組成完整的硬件背景，同時(shí)，在市面上都有相對(duì)較為完善的相應(yīng)成品；PLC同樣也可以與簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)組合[5]，但是相比前者的前期投入會(huì)多一些；對(duì)于單片機(jī)而言，則難度在于其接口的研發(fā)工作。對(duì)于軟件部分的創(chuàng)新與實(shí)現(xiàn)，匯編語(yǔ)言以及其他類(lèi)型的高級(jí)語(yǔ)言都是選擇之一。相比較來(lái)看，不論從實(shí)現(xiàn)難度，或是操作界面的接口設(shè)計(jì)等來(lái)看，工控機(jī)都占據(jù)很大優(yōu)勢(shì)。

2.2 功能模塊設(shè)計(jì)

首先可以確定對(duì)工控機(jī)的選定，對(duì)于其控制系統(tǒng)的確定，首要任務(wù)是正確的板卡[6]，這樣才能保證對(duì)信息的采集以及不同工作狀態(tài)的調(diào)節(jié)，也可以簡(jiǎn)化研發(fā)的任務(wù)，縮短工作時(shí)間。以液壓元件的測(cè)試系統(tǒng)而言，其具體架構(gòu)如圖4所示。傳感器將準(zhǔn)確的目標(biāo)信息進(jìn)行處理變換，轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)可識(shí)別信號(hào)；藉由軟件結(jié)構(gòu)，通過(guò)相應(yīng)程序、算法的轉(zhuǎn)變，則變?yōu)楦鳟惖膽?yīng)用程序。

圖3 測(cè)控系統(tǒng)圖

基于不同的需求來(lái)看，本例中的設(shè)計(jì)則主要基于模塊化的方式，針對(duì)液壓支架的測(cè)量控制系統(tǒng)完成了軟硬件結(jié)構(gòu)的架構(gòu)，如圖5所示。該方法可以理解為將冗雜的整體依照不同的功用劃分為一系列的小結(jié)構(gòu)、小模塊，而后對(duì)他們分別進(jìn)行各自的研發(fā)、設(shè)計(jì)、調(diào)試作業(yè)，當(dāng)每個(gè)結(jié)構(gòu)都調(diào)試完成后，組合起來(lái)完成預(yù)定的功用?；谝簤褐Ъ艿脑囼?yàn)臺(tái)的測(cè)控系統(tǒng)來(lái)看，其整體架構(gòu)和供應(yīng)關(guān)系來(lái)看，依照不同功用互相隔離、共通的基礎(chǔ)，不同的模塊都由下列模塊或子結(jié)構(gòu)組成。

圖4 基于數(shù)據(jù)采集卡的液壓元件測(cè)試系統(tǒng)

圖5 測(cè)控系統(tǒng)原理圖

（1）硬件接口模塊。通過(guò)對(duì)I/O 端口信息的采集、傳遞的實(shí)現(xiàn)，使得測(cè)控系統(tǒng)能夠完成預(yù)期的任務(wù)，同時(shí)，對(duì)硬件接口的需求是必要的，這也是整個(gè)系統(tǒng)的難點(diǎn)之一。對(duì)于該模塊的程序主要功用是對(duì)于模擬量和數(shù)字量的獲取與送出。

（2）試驗(yàn)調(diào)試模塊。該模塊主要是在試驗(yàn)開(kāi)始之前，對(duì)整體進(jìn)行調(diào)試，從而保證試驗(yàn)?zāi)軌蝽樌_(kāi)始，是整體的基礎(chǔ)模塊。

（3）數(shù)據(jù)采集處理模塊。該模塊的任務(wù)主要是對(duì)信息的獲取與轉(zhuǎn)換，是系統(tǒng)整體的中間環(huán)節(jié)，也是能夠保證整體試驗(yàn)的至關(guān)重要的環(huán)節(jié)，其通過(guò)內(nèi)部不同結(jié)構(gòu)、不同程序的處理，可以得到系統(tǒng)中的最終參數(shù)，為試驗(yàn)的結(jié)果性參數(shù)。對(duì)于電壓、電流等相應(yīng)測(cè)量值，都可以轉(zhuǎn)變?yōu)榭晒?duì)比而且相對(duì)較為直觀的結(jié)果性數(shù)據(jù)或波形等信號(hào)。同時(shí)，考慮到對(duì)于工作可靠性的要求，通常會(huì)在該模塊中加上濾波程序，這樣可以很大程度上增加程序的篩選性，對(duì)所獲取的信號(hào)得以確認(rèn)。

（4）定時(shí)模塊。該模塊的主要任務(wù)是對(duì)試驗(yàn)的整體過(guò)程進(jìn)行調(diào)控，在實(shí)驗(yàn)中的，每個(gè)環(huán)節(jié)都是有相應(yīng)反應(yīng)時(shí)間的，故一般需要計(jì)時(shí)來(lái)實(shí)現(xiàn)其調(diào)控的功能。

（5）參數(shù)設(shè)置模塊。該模塊中，主要對(duì)各個(gè)環(huán)節(jié)的不同的參數(shù)、點(diǎn)數(shù)、固有信息等進(jìn)行預(yù)先的設(shè)置，保障試驗(yàn)的準(zhǔn)確性。

（6）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)顯示模塊。該模塊中，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)在后期對(duì)數(shù)據(jù)的調(diào)用，通過(guò)不同程序協(xié)助其他相關(guān)計(jì)算的完成。

2.3 控制功能分析

對(duì)于測(cè)試臺(tái)的測(cè)控系統(tǒng)，要求其能實(shí)現(xiàn)的功能主要有以下幾方面。

（1）實(shí)現(xiàn)程序控制。完成對(duì)液壓系統(tǒng)各個(gè)測(cè)試油路的監(jiān)控，即可以基于各種試驗(yàn)安排，通過(guò)改變相應(yīng)的電回路，實(shí)現(xiàn)對(duì)硬件部分結(jié)構(gòu)的調(diào)控。

（2）實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)，及時(shí)處理程序。對(duì)測(cè)控系統(tǒng)采集到的信號(hào)，完成相應(yīng)的處理工作，其中對(duì)其可靠性的監(jiān)測(cè)環(huán)節(jié)可以確定數(shù)據(jù)的運(yùn)作情況，若有問(wèn)題，則可分析其故障情況，濾波作業(yè)可以篩除無(wú)效的參數(shù)值，還有A/D 轉(zhuǎn)換及采樣工作，以及線性化作業(yè)，可以對(duì)非線性的情況進(jìn)行處理。

（3）巡回檢測(cè)程序。可以巡回顯示系統(tǒng)中的各項(xiàng)物理量的變化情況，可以幫助工作人員實(shí)現(xiàn)工況的全透析，協(xié)助工作人員做出正確地操作。

（4）畫(huà)面顯示程序。通過(guò)各種直觀的形式，對(duì)試驗(yàn)的過(guò)程、結(jié)果進(jìn)行反映。

（5）數(shù)據(jù)管理程序。對(duì)全部實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理。這樣可以對(duì)后期的分析、查詢(xún)、匯報(bào)等工作提供很大的便利。

3 結(jié)束語(yǔ)

根據(jù)所搭建的多路閥綜合測(cè)試試驗(yàn)臺(tái)的實(shí)際運(yùn)行情況可知，其主要功能完全滿(mǎn)足多路閥測(cè)試的出廠和型式試驗(yàn)流程。市場(chǎng)上性能比較優(yōu)越的多路閥產(chǎn)品主要通過(guò)出廠試驗(yàn)，以此對(duì)其使用性能指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)，旨在判斷被測(cè)試的多路閥是否符合出廠要求，合格后方可出廠。本文所設(shè)計(jì)的測(cè)試臺(tái)相比出廠試驗(yàn)的測(cè)試更為嚴(yán)格，試驗(yàn)測(cè)試精度更高，可有效地對(duì)對(duì)多路閥在換向動(dòng)作時(shí)產(chǎn)生的油液泄漏、工作過(guò)程產(chǎn)生的壓力損失及其輔助閥的補(bǔ)油能力等進(jìn)行抽查測(cè)試試驗(yàn)。此外，該測(cè)試臺(tái)可用于多路閥產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)與創(chuàng)新。若新研制的多路閥產(chǎn)品在加工工藝、材質(zhì)方面與之前有很大的不同或者相關(guān)檢測(cè)部分要求對(duì)新產(chǎn)品進(jìn)行全面檢驗(yàn)，則需要基于該實(shí)驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行嚴(yán)格測(cè)試。