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液壓泵作為液壓系統的動力元件，是液壓系統的心臟［1］，其性能好壞直接影響著液壓系統性能。液壓泵的性能測試，不僅是保證液壓系統可靠運行的關鍵，而且還為泵的結構改進、提高泵的性能提供重要依據［2］。目前國內液壓測試系統的研制也有一些成功的案例［3－9］，但目前針對工程機械專用柱塞泵的沖擊試驗尚缺乏一種專用的、高精度的測試系統。軸向柱塞泵的沖擊測試是柱塞泵測試的重要項目。根據液壓軸向柱塞泵行業測試標準，軸向柱塞泵耐久性測試有3種方案:(1)滿載試驗2100h;(2)滿載試驗1000h，超載試驗10h，沖擊試驗10萬次;(3)超載試驗250h，沖擊試驗10萬次。為了縮短測試周期，提高經濟效益，沖擊試驗往往是耐久性測試必做的試驗。但由于測試精度要求高、較大的測試難度、較高的測試成本，而且對設備的損害比較嚴重，因此很少有對柱塞泵進行沖擊測試。作者研制了一套高精度抗沖擊的工程機械專用柱塞泵沖擊測試系統，為液壓泵的開發研制提供了有效的測試手段。

1沖擊測試系統設計

作為一個新型用于產品研發的測試平臺，再加上沖擊周期短，數據實時性要求較高，對設備損害嚴重，因此高速率高精度抗沖擊的檢測設備是必不可少的，傳統的檢測手段信號采集速率低，數據處理速度慢，試驗精度低，達不到試驗要求。該測試系統采用計算機、測試系統硬件和虛擬儀器結合的方式，將合理的液壓系統、高精度高速率的傳感器、高效的信號流以及先進的電子控制設備結合起來。根據測試要求和相關行業測試標準，設計出如圖1所示的測試系統原理圖。該測試系統主要由液壓系統和檢測控制系統組成。油箱、變頻電機、雙聯被試泵、集成閥塊、閥、過濾器、冷卻系統構成了測試系統的液壓系統，壓力傳感器、流量傳感器、溫度傳感器和污染度傳感器構成了檢測系統。液壓油由雙聯泵3壓出后經過三位四通換向閥11，再流經手動調壓閥10－2或者比例調壓閥12進行加壓，然后流經流量計7－2，再經過冷卻系統11后經過過濾器15回到油箱。電機1作為動力源，溢流閥10－1作為系統的主安全溢流閥，換向閥11、溢流閥10－2和系統比例調壓閥12組成了系統加載單元。流量計7－2進行主回路流量檢測，流量計7－1對漏損流量檢測，壓力傳感器4－1和4－2分別對入口壓力和出口壓力進行檢測。當換向閥處于右位時，通過比例閥12調整試驗壓力，可以完成變壓力試驗。將手動調壓閥10－2調定在試驗壓力，控制換向閥11左位和中位不斷換向就可以完成沖擊試驗。試驗冷卻系統通過計算機自動控制冷水閥13的開度大小對油液進行冷卻，將油液維持在試驗溫度范圍之內。

2信號采集與處理系統

該系統所有數據采集和電器元件的控制都采用自動的方式，信號采集和控制流程如圖2所示。工業平板作為測試系統的上位機，接收來自PLC和ADAM4520的數據并進行處理。油液壓力、流量、電位器電壓這些實時性要求較高的信號用ADAM高速采集模塊采集，然后用ADAM4520轉換模塊將RS485信號轉換成RS232信號進入上位機，經過上位機處理后的信號用PLC模擬量模塊輸出到二次儀表進行顯示。此外，PLC模擬量模塊還輸出冷水閥開度信號、比例閥壓力信號和電機頻率設定信號。溫度、冷水壓力這些實時性要求不高的信號，用KST二次儀表采集顯示并變送輸出4～20mA的電流信號供PLC采集，轉速轉矩信號用RS232通訊直接進入平板電腦。變頻器、調零電機、換向閥以及試驗臺照明風扇按鈕狀態信號用PLC數字量模塊采集處理后由PLC數字量輸出模塊輸出到對應的控制元件，執行相應的動作。當系統發生故障，PLC數字量輸出模塊會發出報警信號，待故障排除以后，系統正常運行。

3軟件系統開發

測試系統下位機以西門子300系列PLC為控制核心，實現各種電動設備的自動控制，保證設備的可靠運行，下位機軟件在Step7環境下用梯形圖語言開發。上位機軟件以LabWindows/CVI2009為開發平臺進行開發。開發出的測試系統軟件模塊如圖3所示。LabWindows/CVI2009具有功能強大的函數庫，用來創建數據采集和儀器控制的應用程序，程序代碼用標準C語言開發，并采用多線程處理技術，提高系統軟件的運行效率，尤其在數據采集處理中單獨創建了一個數據處理線程，增強數據實時性。在平板電腦上開發的虛擬儀器界面可以觸摸操作控制。軟件采用模塊化設計，分為“參數設置”、“信號采集與處理”、“主控系統”、“實時數據曲線”、“自由試驗”、“效率試驗”、“沖擊試驗”、“數據存儲與處理”模塊，如圖3。

4測試結果分析

沖擊試驗人機界面如圖4所示，在人機界面上可以對沖擊參數進行設置、實時數據監控和沖擊波形顯示。該測試系統對K3V112雙聯軸向柱塞泵進行測試，額定壓力為35MPa。按照測試標準，高壓穩態壓力保持時間不能少于1/3周期，低壓不能大于10%的額定壓力，即最低壓力不能低于3.5MPa。在試驗參數設置區域進行參數設置以后，進行沖擊試驗，圖4所示曲線為沖擊實時曲線。標準規定為了判定被試泵的耐久性是否符合要求，在沖擊試驗后，需要重新對被試泵進行效率測試。如果被試軸向柱塞泵的容積效率不低于規定值的3%，同時零件不得有異常磨損或其他形式的損壞，則認為被試泵耐久性符合標準要求。該泵在沖擊前測試容積效率為95.88%，沖擊10萬次以后，在軟件系統效率試驗TAB頁面上再次進行容積效率測試測得為94.74%，下降了1%，符合設計要求。

5結論

研究了工程機械專用柱塞泵沖擊測試技術，提出了抗沖擊測試方案，利用先進的傳感檢測技術，建立了基于PLC和ADAM高速采集模塊集成的高速高精度信號采集系統，運用多線程技術并開發了基于LabWindow/CVI2009的人機交互界面，實現了強大的人機交互功能，并能進行實時數據曲線顯示、生成報表。通過對工程機械柱塞泵沖擊測試實踐證明，該測試系統具有很強的實用性，為工程機械專用柱塞泵的發展和研制提供可靠的數據支持。

作者：萬麗榮 王天超 王成龍 劉志海 單位：山東科技大學機械電子工程學院