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用labview仿真设计实验测试电液比例方向阀的流量特性和动态特性

归档日期:08-06       文本归类:动态仿真      文章编辑:爱尚语录

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  展开全部1 实验台设计实验台台体用5 mm 不锈钢板喷漆制成操作机架。安装台面为长1 000 mm、宽700 mm、高900 mm带t 型槽平台,实验所需阀块安装在 t 型槽平台前面板上并预留元件扩展空间。液压缸为 2 个自设计加工的有效行程为 200 mm 双作用单杆活塞式液压缸,分为实验缸和加载缸。泵站由2 个 1. 5 kw 定量叶片泵采用分别供油方式对液压实验台进行供油。实验台硬件构成主要有: 液压泵站,比例溢流阀、压力传感器,流量传感器,减压阀、节流阀、调速阀、电磁方向阀,测试油路块及蓄能器、滤油器、紫铜管等辅件( 图1) 。2 计算机辅助测试系统设计2. 1 硬件系统的构建一般液压计算机辅助测试( cat) 系统主要包括:计算机( 工控pc) ,高精度压力、流量传感器,数据采集模块,信号调理板卡等硬件。

  在满足测试系统硬件要求和测试精度的前提下,选用实验室标准配置的计算机和国产性能优良的压力及流量传感器。为提高数据采集系统的整体性能,选 用国产某公司生产的多功能pci -8603 数据采集卡,与labview 软件有出色的兼容配合性,性能优良具有较高性价比。最高采样频率为100 ks/s; ad 转换精度12 位; 基于 pci 总线 路差分输入; 两路模拟量输出。

  数据采集卡只能对电压信号进行模数转换,其可接收的电压范围有: 0 ~ +5 v、-5 ~ +5 v、-10 ~ +10 v,而压力传感器输出的信号多为4 ~ 20 ma 电流信号,因此要进行电流 - 电压( i/v) 转换。需将此毫安级电流信号放大并转换为数据采集卡可接收的电压信号。故选用电路设计中性价比较高的lm324 放大元件和精密电阻、电容等元器件设计制作了转换调理板卡。该板卡可实现对压力传感器输出的信号进行放大、滤波降噪和 i/v 转换等功能。

  采用虚拟仪器技术 labview 作为测试系统软件开发平台,可在计算机系统中完成数据采集和处理等各种测试功能。labview 软件可与数据采集卡的硬件设备驱动程序实现无缝结合,利用“测量和自动化浏览器”软件自动检测和配置硬件及软件属性。系统流程如图2 所示。

  文中的虚拟仪器测控软件 labview 程序的编制采用模块化思想,即将比例溢流阀稳态压力控制、稳态负载特性等各个特性实验测试项目编制成子vi,通过主vi 调用相应的子vi 来完成实验项目的测试。并在labview 提供的 express vi 中,实现数据的采集、数字滤波、曲线;打印文件; 时域分析,频谱分析等功能。利用自己编制的虚拟信号发生器取代传统的函数信号发生器输出激励信号,不仅使信号参数的调整更加便捷而且降低了实验台的制作成 本。系统界面如图3 所示。

  如图4 所示,实验台测控系统上位机采用计算机、下位机集成了 ad/da 控制模块的采集卡,其与压力传感器、调理转换电路结合,构成了比例溢流阀压力信号采集和控制的硬件系统; 信号发生器则提供可调三角波或正弦波激励信号驱动比例控制放大器,控制比例溢流阀阀芯产生位移; 传感器将受控压力值采集并输入计算机中得到输入控制电信号与输出压力值之间关系的特性曲线。由压力传感器进行的检测反馈构成了比例控制系统的双闭环反馈结 构,有效降低负载突变时对液压系统产生的扰动,提高了系统控制的响应速度、动态性能和抗干扰能力。

  本文中数据采集卡模拟输入通道1、2、3、4 分别采集比例溢流阀出口压力值p1、液压缸实验缸工作腔压力值p2、回油流量q、控制电流 i,并将两路压力值进行实时采集。将信号发生器输出的激励信号由数据采集卡0 通道输出控制信号来驱动比例溢流阀的控制放大器。由于测量过程中容易产生干扰现象,因此使用有效接地的屏蔽线缆、低纹波干扰的直流线性稳压电源、差分测量 系统及模、数电路分置接地可明显减弱共模电压干扰。

  系统正常运行时,如图1,将方向阀3 迅速调至中位,使试验流量全部通过被测阀2,在信号发生器中以频率小于0. 03 hz 的三角波电压信号在起始最小控制电流in为100 ma 与额定最大电流in为800 ma 之间输入连续增大或减小的电信号,阀口开度也随之相应改变。此时系统将测量的压力值采集至计算机并在labview 中记录显示,得到被测试阀从最低( 高) 开启压力运行到最高( 低) 工作压力的一个完整周期的两条 p - i 曲线,将其与理想曲线 组不同的控制电信号且在不同工况下重复该实验 10 次,得到稳态压力控制特性曲线,从曲线图中可得出该测试阀的滞环、重复精度、线性度、相对调压偏差等特性指标。

  实验中,增大实验缸负载压力使其接近静止,此时将比例溢流阀调至一定供油压力值( 如6 mpa) ,给出一组输入电信号( 即压力值) 如: 最小流量 in、30% in、60% in、90%in、100%in。此时调节调速阀 4 的流量大小,使其在初始流量与试验流量之间变化,得到p - q稳态负载流量控制特性曲线 组电信号进行测试,可得到被测阀的阻尼特性和响应特性。

  ( 3) 稳压特性( 测量压力随时间变化的特性) 实验如图1,实验中固定负载缸压力值,此时给被测阀一个控制信号,通过压力传感器12 和 13 测量压力点p1和p2的实时变化。即在10组不同时间间隔内( 如1 s,3 s,5 s…; 2 s,7 s,11 s…) 观测压力点的波动变化,记录结果并保存,对采集到的压力点进行曲线 所示) 。将每组曲线做自相关分析,组与组之间做互相关分析,给出5 组信号进行测试,即得到压力随时间变化的特性 p - t 曲线压力点的动态变化过程反映被测阀的动态特性以及在阀响应过度过程中系统产生压力波动的原因。

  试验中,在某一工况下,给被测试阀发出一个或一组变化指令控制电信号,查看压力值是否及时反应,迅速达到预调定值,延迟时间是多少,并在 labview 中显示该时间点上压力值的时域变化、频谱成分和频域特性。图6 为压力信号采集产生瞬时脉动的时域波形分析和频谱分析,通过此实验分析导致调压延迟的原因,找到缩短调压延迟和解决系统回路压力补偿的办法。

  本实验台适用于压力31. 5 mpa、流量 200 l/min范围内的比例溢流阀特性测试,以 dbe10 - 30b -100ym 型先导电反馈比例溢流阀为被测试阀,并在实验台预留若干液压器件扩展位置,以实现比例阀压力、流量、位移的同步测控。

  本实验台将计算机辅助测试技术和电液比例阀特性测试技术相结合,并利用虚拟仪器技术开发了比例溢流阀特性计算机辅助测试( cat) 系统,不仅可以完成《液压传动》教学中所有常规的实验内容,还能完成对比例溢流阀各项特性的测试。

  对现行比例溢流阀测试内容方案改进设计,使用labview 软件中强大的信号分析工具对采集的数据进行时域、频域分析处理; 实现了对两路及四路压力值的实时采集,显示/存储数据及数据分析处理等功能,为后续实现比例阀压力、流量、位移综合测试及不同参量多点实时同步数据采集打 下了基础。更好地从多角度获取比例溢流阀的特性,为工业生产和工程实际提供可靠的实测参考数据。

  此外,测试试验研究表明,该实验台实现了对比例溢流阀特性的自动测试,各项测试指标达到了工业测试要求。其结构设计合理、体积小巧、测试性能稳 定、数据采集分析准确、扩展性强,开发成本较低,具有较好的性价比、研究性和实用性; 为真正实现液压测试全自动化和机电液一体化提供了参考依据。

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