电液比例节流阀性能试验油路及方法优化

1.测试稳态流量控制特性

图10-13所示为比例节流阀的稳态流量控制特性的试验油路及测试原理。

采用恒压源供油，由溢流阀2调节，使被试阀入口压力为规定值（如p_s=10MPa），由压力表3监视。当超低频信号发生器7产生三角波信号，频率为0.01～0.02Hz，输往比例控制器8，由其电流检测孔输出电压信号U_i，输往X—Y记录仪的X轴；被试阀输出流量由流量传感器5测量，输出电信号U_q输往X-Y记录仪的Y轴。在三角波工作半个周期中，记录笔就连续描绘出比例节流阀的稳态流量控制特性。

2.测试稳态负载特性

图10-14所示为稳态负载特性试验油路及测试原理图。

采用恒压源供油，由溢流阀2调节，使被试阀入口压力为额定值，由压力表3a监视。由信号电位计7，使阀线圈中的电流为不同的常值（i=10%、50%、100%I_N）。在每一常值电流控制下，改变加载阀6节流口，由最小逐渐开启，使负载压力p₂逐渐减小，p₂由压力表3b监视。此时被试阀前后的压力差△p，由压差传感器3c测出，并以电压信号U⊿p输出。将此U⊿p信号输往X—Y记录仪的X轴。随着p₂的变化，通过阀的流量q_v由流量传感器5测出，并以电压信号U_q输出。将此U_q信号输往X—Y记录仪的Y轴。在加载阀改变的过程中，记录仪就可绘出负载特性。为了更好的连续描迹画曲线，应将加载阀改为比例节流阀，由电信号的三角波来控制加载节流口的连续、均匀变化，就可画出效果更好的负载特性。

3.测试比例节流阀的动态特性

（1）对输入电信号阶跃的响应特性 图10-15为被试阀对阶跃信号的响应特性的试验油路和测试原理图。

图10-13 比例节流阀的稳态流量控制特性的试验系统

1—油源泵 2—溢流阀 3—压力表 4—被试阀 5—流量计 6—X-Y函数记录仪 7—信号发生器 8—比例控制器 9—比例电磁铁的线圈

图10-14 比例节流阀稳态负载特性试验系统

1—油源泵 2—溢流阀 3a、b—压力表 3c—压差传感器 4—被试阀 5—流量计 6—加载阀， 7—信号电位计 8—比例控制器 9—比例电磁铁线圈 10—X-Y函数记录仪

采用恒压源供油。阀2为溢流阀，调节它使被试阀入口压力为额定压力p_N，供油压力由压力表3a监视，将开关8闭合，调节信号电位计7，改变比例电磁铁线圈10中的电流大小。当被试阀输出流量为规定的试验流量q_T的75%时，以此所对应的控制电压信号U_e（或电压信号U_i）作为电阶跃信号的上限值。调节加载阀5，使负载压力p₂=10%p_N；p₂由压力表3b监视；流量由流量传感器6测量，并输出信号U_q。这就是调定的最终稳态工况。断开开关8，即为阶跃前的原始工况。将U_e（或U_i）和U_q同时输往暂态记录仪。当突然闭合开关8，即获得电信号的阶跃，记录仪则同时记录下电阶跃信号和流量的响应信号的波形。

（2）对负载压力阶跃的响应特性 图10-16所示为被试阀对负载压力阶跃时输出流量的响应特性的试验油路及测试原理。

采用恒压源供油，调节溢流阀2使被试阀入口压力为额定压力p_N调节信号电位计7使被试阀线圈中电流改变，使阀输出流量为规定的试验流量的70%；闭合开关8，电磁铁通电，开关阀12使加载阀6′油路切断。调节加载阀6使负载压力p₂=10%p_N，p₂值由压力表3b监视，压力传感器3c测量，并输出电压信号U_p2；断开开关8，电磁铁DT失电，调节加载阀6’，使p₂为要求的最低负载压力。这样p₂就是阶跃前的起始压力；闭合开关8，p₂则为阶跃后最终的稳态压力。将U_p2和流量传感器的U_q信号同时输往暂态记录仪11，在开关8闭合的同时，就可记录下负载压力的阶跃信号和流量的响应特性。

图10-15 比例节流阀的阶跃响应特性试验系统

1—油源泵 2—溢流阀 3a—压力表 4—被试阀 5—加载阀 6—流量计 7—信号电位计 8—开关 9—比例控制器 10—比例电磁铁线圈 11—暂态记录仪

图10-16 比例节流阀对负载压力阶跃的响应特性

1—油源泵 2—溢流阀 3a、b—压力表 3c—压力传感器 4—被试阀 5—流量计 6、6′—加载阀 7—信号电位计 8—开关 9—比例控制器 10—比例电磁铁线圈 11—暂态记录仪 12—高速开关阀 13—稳压电源 14—高速开关阀电磁铁线圈

（3）测试频率特性 图10-17所示为电液比例节流阀的频率特性的试验油路及测试原理。

采用恒压源供油，调节溢流阀2，使被试阀入口压力为试验规定值（如1/3p_N），由压力表3监视，由超低频信号发生器或由频率特性分析仪中的信号6a产生加偏置的正弦信号，使比例电磁铁线圈电流I

I=B+Asinωt(www.xing528.com)

式中 B、A——大小参见比例溢流阀动态试验。

电流信号由比例控制器的电流检测孔输出U_i信号代表；对应的输出流量由流量传感器5测量；输出信号U_q，将此两信号同时输往频率特性分析仪的相关器6b，就可获得比例节流阀的频率特性，由绘图机9绘出。

比例节流阀的动态试验的说明：

1）在动态试验油路的设置中，同样也应遵循试验方法标准中有关瞬态试验条件的规定。

2）试验工作中的关键是动态流量传感器的获得。目前国内尚无较好的动态流量计满足动态流量的测量的要求。

图10-17 比例节流阀的频率特性的试验

1—油源泵 2—溢流阀 3—压力表 4—被试阀 5—流量计 6—频率特性分析仪（a信号发生器，b相关器） 7—比例控制器 8—比例电磁铁线圈 9—绘图机

上述试验中很多地方用到X-Y函数记录仪，它是利用自动平衡原理的记录仪，其X、Y轴各自有一套独立的伺服电动机系统带动，使用多笔时，将Y轴系统做相应增加。最大笔速通常为500m/s（X、Y方向都一样），一般记录幅面为25cm×30cm，静态精度要求在1.0%以内。其缺点为：

1）使用纸张作为记录介质，容易损耗，不易保存和做后处理。

2）对每个数据都画在图上，没有高频处理能力，使曲线不光滑。

3）采用笔式记录，其笔容易损坏和丢失。

4）其工作环境比较严格，不能在温度变化太大的地方使用，且预热时间较长。

传统X-Y函数记录仪无法进行后续的数据处理。特别在计算机技术高速发展的今天，大量的数据分析都需要用计算机来进行，而这些老式的试验机甚至无法把数据传送到计算机中，以至于要在计算机里用到其所记录的曲线时，还需要将记录纸张上的曲线扫描到计算机中，然后用以所扫描的图片为背景，用绘图软件重新描绘曲线的大致形状。结果，只能得到曲线所反映的大致趋势，无法得到曲线的精确值。所以，对现有的传统仪器进行计算机化改造，可以极大地提高设备的使用效率。

因此现在都在采用一些新的技术和设备代替X-Y函数记录仪，其中有代表性的例如虚拟仪器（virtual instrument），它是基于计算机的仪器。计算机和仪器的密切结合是目前仪器发展的一个重要方向。粗略地说，这种结合有两种方式。

一种方式是将计算机装入仪器，其典型的例子就是所谓的智能化的仪器。随着计算机功能的日益强大以及其体积的日趋缩小，这类仪器的功能也越来越强大，目前已经出现含有嵌入式系统的仪器。但是，这类仪器的灵活性因为其在硬件上的固化而下降，可扩展性也因为其外部硬件的限制而使升级空间有限。

另一种方式是将仪器装入计算机，以通常的计算机硬件及操作系统为依托，实现各种仪器功能。虚拟仪器主要是指这种方式。图10-18反映了常见的虚拟仪器组建方案。

图10-18 典型的虚拟仪器组建方案

虚拟仪器的主要特点有：

1）尽可能采用通用的硬件，各种仪器的差异主要是软件。

2）可充分发挥计算机的能力，有强大的数据处理能力，可以创造出功能强大的仪器。

3）用户可以根据自己的需要定义和制造各种仪器。

虚拟仪器最基本的部分实际上是要实现一个按照需求组织的数据采集系统的功能，其研究中涉及的基础理论主要是数据采集和数字信号处理；虚拟仪器功能的进一步延伸是利用数据采集设备（例如PCI数据采集卡）上的模拟输出信号或数字输出信号对自动化的仪器或生产线等进行反馈控制，从而达到自动控制的目的。由于以计算机为基础，虚拟仪器大大突破了传统仪器在数据处理、显示、传送、储存、速度、精度、环境等的限制，具有极大的灵活性。当各种与主流PC相关的新兴技术出现时，只需更改相关的部件就可以跟上PC革新的步伐，享受所带来的便利。由于计算机的性能价格比不断提高，使得虚拟仪器的价格更为大众所接受。