液壓測試的目的

判斷液壓元件的好壞，需要液壓試驗與測試來驗證，但應(yīng)該把液壓試驗與測試當(dāng)成實驗科學(xué)的一部分來對待，而不是僅當(dāng)作操作一個試驗臺、完成一個液壓試驗。所以，液壓試驗與測試必須弄清液壓元件或系統(tǒng)的試驗方法、試驗中各種物理量的測量、測量信號的分析與處理，這是進(jìn)行液壓試驗與測試的三個主要步驟。

液壓試驗與測試中認(rèn)真做好這三個主要步驟有助于實現(xiàn)液壓測試的主要作用：掌握液壓元件特性、辨別液壓產(chǎn)品性能優(yōu)劣、找出液壓元件中薄弱環(huán)節(jié)、優(yōu)化設(shè)計與生產(chǎn)工藝，從而提升產(chǎn)品性能。當(dāng)然這里面也包括一個液壓元件在系統(tǒng)中應(yīng)用時，如何避開它的弱點，用好它的長處，這通常也要由試驗技術(shù)解決的。

液壓測試的終極目的是研發(fā)出更好的產(chǎn)品，但通過測試并不能將不合格的產(chǎn)品變成合格產(chǎn)品！測試的目的就是要找出薄弱環(huán)節(jié)。大家做試驗臺，你能不能用這個試驗臺發(fā)現(xiàn)你生產(chǎn)的元器件性能是否能夠滿足用戶要求、找出產(chǎn)品的薄弱環(huán)節(jié)，這是衡量一個試驗臺好壞的關(guān)鍵。

液壓測試技術(shù)的發(fā)展趨勢

液壓試驗及測試總的趨勢：

◆從低壓、小流量向高壓、大流量發(fā)展，這個趨勢非常明顯。

◆從靜態(tài)性能測試向動態(tài)測試發(fā)展。

◆從傳統(tǒng)的測試向高度集成的計算機(jī)測試發(fā)展。

◆從單純的測量向測試與控制綜合發(fā)展。

◆從離線測試向在線測試發(fā)展，與數(shù)字信號處理技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等不同學(xué)科融合，液壓測試技術(shù)已逐漸從傳統(tǒng)手動測量，向著多電化、自動化、網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。

1、多電化體現(xiàn)在兩個方面

（1）傳感器、微電子、計算機(jī)技術(shù)支撐的檢測與控制，以提高檢測精度、控制性能為目標(biāo)。

◆傳感器的精度、動態(tài)性能、信號調(diào)理及采集系統(tǒng)的信噪比顯著提高。

◆利用計算機(jī)的強(qiáng)大資源使原來由硬件實現(xiàn)的技術(shù)軟件化，使得現(xiàn)代信號分析處理技術(shù)成為瞬態(tài)、非線性、突變信號強(qiáng)有力的分析工具，為液壓產(chǎn)品的建模及動態(tài)補(bǔ)償算法以及液壓的動態(tài)參數(shù)“在線”實時高精度檢測提供了技術(shù)基礎(chǔ)。

◆測試系統(tǒng)的計算機(jī)化。一方面體現(xiàn)在測試系統(tǒng)廣泛采用計算機(jī)和智能儀表或傳感器；另一方面出現(xiàn)了小型化、便攜式的液壓測試儀器以及嵌入式的液壓控制與檢測設(shè)備，為液壓設(shè)備的現(xiàn)場測試以及液壓元件的在線可靠性評估和健康管理提供了一種選項。

（2）電力電子和變頻電機(jī)為動力元件，以提高動力流的能效為導(dǎo)向。大家看到現(xiàn)在好多泵站，采用了變頻或者伺服電機(jī)驅(qū)動+定量泵技術(shù)，來取代傳統(tǒng)的變量泵。從這方面看，液壓最大的競爭是交流伺服系統(tǒng)，尤其在固定設(shè)備里，好多液壓系統(tǒng)被踢出來了。但在移動設(shè)備比如工程機(jī)械里，液壓的地位還是比較鞏固的。

現(xiàn)代電氣傳動系統(tǒng)以其優(yōu)良、方便的調(diào)速性能，很強(qiáng)的負(fù)載動、靜態(tài)模擬能力，便于實現(xiàn)能量回收，在液壓測試技術(shù)中的應(yīng)用主要包括：

◆液壓驅(qū)動的電氣化。液壓泵試驗臺的交流變頻驅(qū)動，泵驅(qū)動的調(diào)速更加靈活、方便。

◆液壓加載的電氣化。采用交流伺服電機(jī)/測功機(jī)，即可為被試液壓元件加載，又可進(jìn)行反拖。從而，理論上可以進(jìn)行任意負(fù)載(包括：慣性、扭矩/力以及兩者的組合)的模擬。

2、自動化：逐漸邁向全自動的測試

液壓測試是一個技術(shù)性非常強(qiáng)的工作，是一個交叉學(xué)科，除了需要了解液壓，還需了解電、軟件、計算機(jī)，對技術(shù)人員的綜合素質(zhì)要求非常高，液壓測試的設(shè)計肯定需要專家來做，不是人人都能做好液壓測試。液壓測試要盡量提高自動化水平，大家用自動化的功能來操作，能帶來很大的便利，可以避免誤差，關(guān)鍵采用自動化以后，液壓測試系統(tǒng)的動、靜態(tài)特性都得到提高，這是用自動化最大的好處，這樣可以把液壓產(chǎn)品的宏觀和微觀特性能都得到完美展現(xiàn)。過去的試驗設(shè)備，如果測試系統(tǒng)很慢，靜態(tài)特性滿足了但動態(tài)就很差，如果測試系統(tǒng)的動態(tài)做好了，靜態(tài)數(shù)據(jù)就不行了，很難做到靜、動態(tài)性能的兼顧，會給液壓元件性能的全面掌握帶來一些困難。液壓測試的自動化主要工作應(yīng)體現(xiàn)在：

◆測試數(shù)據(jù)采集與分析處理的自動化。

◆動力流控制與操作的自動化：驅(qū)動、加載、試驗回路組建(包括被測件的自動裝夾)的自動化。

◆測試工藝的自動化及其軟件組態(tài)：測試工藝支持軟件組態(tài)，自動生成的試驗流程和測試工藝，測試設(shè)備可自動執(zhí)行設(shè)定的測試流程與工藝，自動完成測試作業(yè)。

◆安全與保護(hù)的自動化：高壓、大流量、高動態(tài)要求測試設(shè)備必須具有快速進(jìn)行故障報警、緊急停機(jī)等安全保護(hù)功能，自動化是實現(xiàn)快速有效進(jìn)行安全與保護(hù)的最有效手段，可以最大限度地保證設(shè)備和人員安全。

微電子和計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，液壓測試系統(tǒng)已逐漸具備自動故障診斷、自調(diào)零、自校準(zhǔn)、自動測試等功能，并能進(jìn)行軟件的組態(tài)，在充分考慮用戶使用習(xí)慣的同時具備了易用性和操作的人性化。

3、網(wǎng)絡(luò)化：助力仿真與測試的協(xié)同；推動在線測試與故障診斷實現(xiàn)

現(xiàn)場總線技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)等通信技術(shù)的發(fā)展極大地影響著液壓測試系統(tǒng)的變革。現(xiàn)在，很多液壓數(shù)字控制閥是帶CAN總線的，網(wǎng)絡(luò)化影響液壓測試體現(xiàn)在：

◆測試設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)化可以實現(xiàn)測試數(shù)據(jù)庫共享，從而支撐液壓元件的虛擬設(shè)計仿真平臺，為液壓元件的性能提高提供試驗依據(jù)；同時，通過數(shù)據(jù)庫的大數(shù)據(jù)分析，為液壓元件的性能、故障等狀態(tài)跟蹤服務(wù)。這是它最大一個好處，我們的試驗數(shù)據(jù)和仿真建模可以同步進(jìn)行，液壓元件或系統(tǒng)的參數(shù)(包括故障)可以在仿真與試驗之間實現(xiàn)交互，使得仿真模型更加貼近真實，從而實現(xiàn)液壓元件設(shè)計的有效指導(dǎo)，同時，用仿真指導(dǎo)試驗方案，使得從試驗中獲得的數(shù)據(jù)能被有效地利用。

◆主機(jī)液壓元件或系統(tǒng)通過嵌入式控制器在線實時采集主機(jī)液壓元件、系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)，根據(jù)其動、靜態(tài)性能進(jìn)行液壓產(chǎn)品的壽命預(yù)測、故障診斷與健康管理，為主機(jī)的狀態(tài)監(jiān)測、液壓元件壽命的預(yù)測、保養(yǎng)、維護(hù)提供增值服務(wù)。比如如果單獨做可靠性試驗，試驗需要1萬小時，大家想想要做多長時間，每天24小時的話，需要400多天，這是很難的，如果產(chǎn)品實現(xiàn)了數(shù)字化，就能在線做測試，實現(xiàn)產(chǎn)品性能的跟蹤，將測試數(shù)據(jù)拿出來，這就是非常寶貴的財富，是液壓在線測試很有優(yōu)勢的東西。如果我們主機(jī)上有軟件，有數(shù)字化的東西，我們通過網(wǎng)絡(luò)，可以把它收集到元件廠的數(shù)據(jù)中心去，我們做一個長時間的壽命預(yù)測，包括健康管理。

液壓測試中的關(guān)鍵技術(shù)

液壓測試技術(shù)的趨勢是自動化、網(wǎng)絡(luò)化、多電化，隨之，出現(xiàn)很多傻瓜型試驗臺，使用簡單、功能強(qiáng)大，給我們的感覺好像是每個人都可以做好液壓測試了，大家說自動化以后對人的要求降低了，這其實是誤導(dǎo)，甚至?xí)斐晌ｋU，因為它讓我們認(rèn)為不需要思考了。實際上，簡單只是對操作人員，而對液壓測試人員的專業(yè)化要求是越來越高。做測試，如果對整個元件、系統(tǒng)，包括試驗裝置不了解的話，要把元件測試做好幾乎是不可能的。如果我們假設(shè)被測對象的模型不正確，如果我們用不正確的測量方式，如果我們不考慮測量方法的不確定性，那么我們就可能得到完全錯誤的結(jié)果，更可怕的是我們并不知道。傳感器、儀器儀表等測量設(shè)備的性能越來越高，過去0.1%的精度就被認(rèn)為是高精度，今天便宜、簡單數(shù)字測量設(shè)備就能提供0.05％的測量精度。但是要發(fā)揮好這些測量設(shè)備的效能，需要液壓測試技術(shù)人員測試系統(tǒng)(從傳感器、信號調(diào)理器，到儀器儀表、計算機(jī)采集系統(tǒng))對進(jìn)行正確的精度分析，這對測量至關(guān)重要。所以自動化只是對操作人員的要求降低了，但對測試專家來說，它的要求不是降低了而是提高了。這是自動化帶來的問題，我們需要特別重視。

1、關(guān)鍵技術(shù)之一：加載技術(shù)(機(jī)械、液壓、測功機(jī))

（1）機(jī)械加載?？捎糜谝簤厚R達(dá)或可通過液壓馬達(dá)進(jìn)行的測試。摩擦片加載、扭板彈簧加載、慣性盤加載等方法。這些方法一般都簡單易行，但由于各種限制均不適合于大功率、無級加載的情況，在工程機(jī)械中很少應(yīng)用。

（2）液壓加載?？捎靡缌鳌⒐?jié)流、二次調(diào)節(jié)元件進(jìn)行加載。

◆溢流閥：受限于最小調(diào)節(jié)壓力，加載壓力不能從零開始，低壓、大流量特性測試時效果差。

◆節(jié)流閥：雖然可從零開始加壓，但加載壓力與流量成平方關(guān)系，大流量時節(jié)流口微小變化都會引起加載壓力很大變化，加載壓力調(diào)節(jié)困難；流量變化時，加載壓力需要反復(fù)調(diào)節(jié)。

◆二次調(diào)節(jié)元件：可恒扭矩和恒轉(zhuǎn)速加載，四象限工作，具備功率回收能力，但控制復(fù)雜，技術(shù)難度大。

（3）測功機(jī)加載。該加載方式主要是配合液壓馬達(dá)一起使用，將液壓能通過液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，測功機(jī)吸收機(jī)械能，從而實現(xiàn)加載，是現(xiàn)在廣泛采用的一種技術(shù)，目前常用的測功機(jī)主要分為磁滯測功機(jī)、磁粉測功機(jī)、電渦流測功機(jī)、水力測功機(jī)、電力測功機(jī)。除電力測功機(jī)外，磁滯測功機(jī)、磁粉測功機(jī)、電渦流測功機(jī)、水力測功機(jī)等都是要耗能的，一般都是講其吸收的機(jī)械能轉(zhuǎn)成熱能給消耗掉了。電力測功機(jī)目前在液壓測試領(lǐng)域應(yīng)用的還不是很多，所謂電力測功機(jī)簡單的講就是電力逆變裝置+變頻電機(jī)或交流伺服電機(jī)，這里變頻電機(jī)既可以做發(fā)電機(jī)，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能返回電網(wǎng)，也可以從電網(wǎng)取電將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，類似液壓中的二次元件，可以在四象限工作，可以能量回收，而且扭矩控制精度可以到千分之二。未來，這種加載方式應(yīng)該會成為液壓試驗與測試裝置加載的主流。

2、關(guān)鍵技術(shù)之二：信號測量及其數(shù)據(jù)處理技術(shù)

試驗回路確定后，我們就要有各種傳感器，進(jìn)行信號測量與信號的數(shù)據(jù)處理，過去大家都用萬能表來做，現(xiàn)在大部分都是“傳感器+信號調(diào)理器+信號采集系統(tǒng)+計算機(jī)”的方式，這里面每一個都很關(guān)鍵。

（1）傳感器選擇。價格、量程、精度，我們需要在三者之間折中，比如用一個扭矩儀，量程是2000Nm，實際只用到200Nm，這個能不能測，能，但是精度不行，所以我要換傳感器，這就有一個成本和操作方便性的問題，所以我們就需要根據(jù)我們的需求進(jìn)行折中。實際上，國標(biāo)規(guī)定的B級精度在全量程實現(xiàn)的話，還是很難達(dá)到的，如果僅僅是額定值的話，就很容易，對一個試驗臺來講，這不是常態(tài)。再看看用量程2000Nm扭矩儀測200Nm扭矩的情況，如果扭矩儀的精度為0.5%滿量程，測得的200Nm的相對誤差就是5%了，非常差了，已經(jīng)達(dá)不到國標(biāo)規(guī)定的B級精度了。因此，在傳感器選擇時，我們必須懂得傳感器與測量的知識，弄清傳感器所給精度與量程、實際測量精度的關(guān)系。另外，如果測試有動態(tài)要求，例如：變量泵的變量特性測試、壓力脈動的測試，傳感器的動態(tài)響應(yīng)就需特別關(guān)注，許多傳感器沒有給出動態(tài)響應(yīng)指標(biāo)，像壓力傳感器如果沒有給出動態(tài)指標(biāo)的話，通常頻率響應(yīng)不超過200Hz，如果用它測量壓力脈動，精度肯定是有問題的，難于真實反映實際的壓力脈動情況。

（2）信號調(diào)理及采集。我覺得大家應(yīng)該注意下面幾個問題。

◆A/D采集卡的合理選擇(量程、位數(shù)、采樣速率)，數(shù)據(jù)采集卡，可能有一兩千塊錢的，也有三四萬塊錢的，它的精度與動態(tài)性能是完全不一樣的；需要特別注意的是數(shù)據(jù)采集卡的位數(shù)，不是它的精度；數(shù)據(jù)采集卡上A/D轉(zhuǎn)換器的速度也不代表能達(dá)到的實際采集速度。

◆電磁兼容(隔離、共地、屏蔽等技術(shù))，尤其電氣傳動以后，變頻器的影響非常大，處理不好電磁兼容問題(過去叫抗干擾)，就不能把精度做上去。

◆信號調(diào)理器的合理選擇，主要包括功能，輸入/輸出阻抗，頻帶、精度等。

◆模擬濾波器的合理選擇，主要包括形式、階數(shù)、截止頻率等，在選擇濾波器前必須搞清楚信號的特點、加濾波器的目的及其帶來的影響。

◆布線。

◆標(biāo)定。

（3）信號處理方法。計算機(jī)技術(shù)給信號處理帶來極大的方便性，一般信號可以從四個域：時間域、幅值域、頻率域、時延域來進(jìn)行分析。合適的處理處理方法可以大大提高測量精度，例如：采用測量數(shù)據(jù)的建模技術(shù)可以把整個測試的隨機(jī)誤差去掉，提高整個測試的動靜態(tài)性能。這里面涉及到數(shù)字濾波，數(shù)學(xué)建模、數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)表達(dá)。這是一個泵的液壓試驗臺，軟件是我們開發(fā)的，傳統(tǒng)的液壓泵、馬達(dá)工作特性測試方法需要大量的實驗數(shù)據(jù)且只能提供幾種特性曲線，不僅試驗耗時、耗能，而且難于得到準(zhǔn)確的泵、馬達(dá)工作特性曲線。我們利用多元非線性建模理論，根據(jù)多種工況下測得的實驗測試數(shù)據(jù)，以液壓泵/馬達(dá)的扭矩和流量損失為基礎(chǔ)，建立能夠全面反映液壓泵/馬達(dá)工作性能的模型，從而可得到任何工況下液壓泵/馬達(dá)的工作特性曲線，并可采用圖、表等多種輸出方式。該方法不僅可以減小試驗工作量、縮短測試時間，而且能大大降低實驗數(shù)據(jù)的隨機(jī)誤差，提高測試精度，而且數(shù)據(jù)表達(dá)非常豐富。

3、關(guān)鍵技術(shù)之三：半實物仿真技術(shù)

這是西門子小車加載測試，其特點在于：

動變靜：主機(jī)實際工況改為實驗室試驗：有利于數(shù)據(jù)采集；有利于定性、定量載荷輸入；有利于仿真和試驗結(jié)合；安全，效率高、節(jié)省能量和費用。

靜變動：由靜載荷改為動載荷：階躍載荷下的動態(tài)響應(yīng)；變載荷下的特性；各種工況下的性能；可靠性測試；

液壓試驗與測試技術(shù)，特別是液壓系統(tǒng)采用半實物仿真技術(shù)進(jìn)行試驗與測試，可以在實驗室進(jìn)行液壓元件性能匹配；電控系統(tǒng)的調(diào)試與優(yōu)化；動力系統(tǒng)的匹配、優(yōu)化。這一技術(shù)對推動液壓元件性能的優(yōu)化，主機(jī)性能的提升的研究具有重要意義。

4、關(guān)鍵技術(shù)之四：可靠性及壽命測試

（1）可靠性實驗（Reliability Test）。這一塊涉及到的問題很多，主要目的是發(fā)現(xiàn)設(shè)計、工藝、材料等方面的缺陷，可靠性測試是工程試驗，是統(tǒng)計試驗，一定要做很多樣本，只做一個兩個是不行的，說明不了問題。

（2）加速退化試驗(ADT)與加速壽命(ALT)試驗比較。

相同點：

◆確定產(chǎn)品的可靠性及壽命。

◆基本前提是試驗過程中產(chǎn)品失效機(jī)理不能改變。

◆應(yīng)力的選擇都是在技術(shù)規(guī)定的范圍內(nèi)，試驗的周期通常較長，一般要數(shù)周到數(shù)月。

◆基本思想是一致的，都是通過加大試驗應(yīng)力來加速產(chǎn)品的退化或失效。

不同點：

◆ADT：性能退化數(shù)據(jù)；只研究退化性的失效模式；目的是預(yù)計產(chǎn)品在設(shè)計或使用條件下的失效時間或可靠性指標(biāo)。

◆ALT：失效壽命數(shù)據(jù)；除可以研究退化性的失效模式之外還可以研究突發(fā)性的失效；目的是度量可靠性或壽命。

（3）液壓元件綜合應(yīng)力壽命試驗。一般選用壓力、轉(zhuǎn)速、溫度作為綜合敏感應(yīng)力，美軍標(biāo)MIL-P-19692E對壽命試驗條件有比較詳細(xì)的規(guī)定。

我個人認(rèn)為在實驗室做一個可靠性試驗臺，進(jìn)行可靠性試驗，成本太高了，而且試驗樣本不能夠做太多，樣本少的話就說明不了問題，但在實驗室做一些可靠性研究試驗還是非常必要的，建議將實驗室的可靠性試驗與在線測試結(jié)合起來進(jìn)行。如果液壓元件實現(xiàn)了數(shù)字化，可以利用嵌入式數(shù)字控制器采集產(chǎn)品在使用中的各種性能曲線、參數(shù)，做一個長期的跟蹤，結(jié)合實驗室的可靠性研究，這可能是可靠性試驗與研究的一個比較可行方案。

5、關(guān)鍵技術(shù)之五：在線測試技術(shù)

線測試技術(shù)，多電化、自動化、網(wǎng)絡(luò)化為在線測試提供了物質(zhì)基礎(chǔ)、技術(shù)支撐、信息平臺。我們現(xiàn)在正在做一個在線測試項目，將液壓元件的控制與在線測試相結(jié)合，利用這樣的系統(tǒng)，我們可以在線測試液動、靜態(tài)性能，建立泵的健康管理模型，可進(jìn)行泵的壽命預(yù)測、故障判斷，實現(xiàn)健康管理。正如前面所講，對于像可靠性試驗這樣的耗時試驗，采用在線測試技術(shù)，有效利用產(chǎn)品使用過程中的在線測試數(shù)據(jù)，無疑具有重要的意義。

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