實(shí)用液壓測試技術(shù) 學(xué)習(xí)使用記錄性測試儀
該文提出，衡量一個液壓企業(yè)技術(shù)水平的一個重要判據(jù)，就是看它是否會用記錄性測試儀。學(xué)習(xí)使用記錄性測試儀，要從簡單做起，見微知著。引言
如所周知，要了解液壓元件的液壓性能、液壓系統(tǒng)的壓力流量狀況，必須使用測量儀器。使用壓力表測量壓力，已有上百年的歷史了。優(yōu)點(diǎn)是成本低、可直讀，無中間環(huán)節(jié)。使用壓力表的局限性：
（1）動態(tài)性能差（低于10Hz）；
（2）一晃而過，過程沒有記錄，無法深入分析；
（3）信息傳遞只能靠不精確的語言描述，口說無憑。
而使用記錄性壓力測量儀，例如“液壓萬用表”（詳見參考獻(xiàn)[1]），就可以避免壓力表的局限性：
（1）現(xiàn)代壓力測量傳感器的動態(tài)性能已高于5000Hz，足以抓住一般液壓元件系統(tǒng)的壓力瞬變，然后從容地分析；
（2）信息可客觀的無損失的，甚至在使用不同語言的地區(qū)間傳遞、交流、分析、探討。
學(xué)會使用記錄性測量儀,好處多多
1）實(shí)例1，電液比例閥控制馬達(dá)
生產(chǎn)廠B希望用他們制造的閥取代A制造的閥。在一個應(yīng)用場合（圖1），B閥換上去之后，用戶單位點(diǎn)檢員感覺到B閥與A閥性能有差別，也提供了不同的壓力表讀數(shù)。B廠3次派人前往，由于沒有使用記錄性測量儀，都沒解決問題。
圖1 使用電液比例閥控制馬達(dá)速度
筆者受邀前往考察，在馬達(dá)兩邊原設(shè)置壓力表處設(shè)置了壓力傳感器，使用記錄性測量儀，在同樣的操作工況下分別記錄了使用兩閥的壓力狀況。根據(jù)測試結(jié)果對比（圖2），可以清晰地看出，在同樣的驅(qū)動電流下，進(jìn)口壓力pA，B閥低于A閥；出口壓力pB，B閥高于A閥。當(dāng)這一測試結(jié)果通過電子郵件發(fā)到B廠后，領(lǐng)導(dǎo)和相關(guān)技術(shù)人員立刻就明白了問題出在哪里，從而可以做出相應(yīng)的改進(jìn)，做到與A閥性能基本一致。
圖2 測試結(jié)果對比
2）實(shí)例2，B泵取代A泵
兩個恒壓泵，并聯(lián)在一起通過換向閥為液壓缸供油（見圖3）。B廠制造的泵已經(jīng)安裝使用幾個月了，但用戶還是擔(dān)心B泵可能由于響應(yīng)慢而影響使用。
圖3 恒壓泵并聯(lián)回路
筆者在原壓力表處安上壓力傳感器，請用戶分別啟動各泵，記錄下切換到工作位，液壓缸移動過程壓力的變化，把這兩個過程用數(shù)據(jù)處理軟件拼到一張圖上（見圖4）?？梢郧逦乜闯觯谇袚Q到工作位時，B泵變量機(jī)構(gòu)的響應(yīng)快于A泵，因此壓力下降較少，能夠維持較A泵高的壓力。證明了在這個場合，用戶的擔(dān)心是多余的。
圖4 測試結(jié)果對比
在這個應(yīng)用場合，壓力持續(xù)在變化。雖然在16s至21s期間，變化不很快，使用壓力表觀察，也許還能勉強(qiáng)獲得一些感覺，但在11s至12.5s期間，用壓力表就不可能抓到壓力的變化。
筆者自從1990年到德國工廠工作就開始使用記錄性測量儀，輔助解決了很多很多技術(shù)問題。而考察過的歐洲多個液壓元件系統(tǒng)生產(chǎn)廠，在那個年代出廠試驗(yàn)與售后服務(wù)也就都使用記錄性測試儀了。所以，筆者認(rèn)為，是否會使用記錄性測試儀，可以作為衡量液壓企業(yè)技術(shù)水平高低的一個量規(guī)。
（1）無論進(jìn)口了多少昂貴的加工機(jī)床，如果至今還沒有快速的記錄性的測試儀，還是靠壓力表在工作，還不能自己測試產(chǎn)品的性能曲線，產(chǎn)品說明書上只能抄襲國外。作為液壓企業(yè)，它只能算低水平的。
（2）一個企業(yè)，如果有記錄性測試儀，也有幾個人會用，也有人能大致讀懂測試曲線，可以算是中水平的。
（3）如果出廠試驗(yàn)、售后服務(wù)人員普遍會使用記錄性測試儀采集數(shù)據(jù)，有一批技術(shù)“大拿”能就測試記錄做出分析、展開討論，這種企業(yè)才能算真正高水平的。
（4）如果能通過數(shù)字仿真再現(xiàn)測試結(jié)果，那就是高水平的研究了。
現(xiàn)在，由于電子技術(shù)的發(fā)展，歐元下跌，即使德國生產(chǎn)的記錄性測儀（液壓萬用表）最簡單的配置在中國的銷售價已不到2萬元了。所以，置購費(fèi)用對國內(nèi)大多數(shù)企業(yè)而言，應(yīng)該已不是障礙了。
買儀器容易，然而，這僅是第一步。沒有測試儀是低技術(shù)水平。有了測試儀不會用，還是低技術(shù)水平。難在使用。因?yàn)檫@需要理論聯(lián)系實(shí)際，對液壓技術(shù)有相當(dāng)?shù)男扌?。學(xué)習(xí)使用測試儀，借此提高技術(shù)水平，能分析測試結(jié)果，讓曲線說話，才是更重要的。一位德國工程師告訴筆者，他們?yōu)榭蛻籼峁┑娜滓簤合到y(tǒng)在組裝后都要進(jìn)行測試，然后根據(jù)測試結(jié)果（圖5）進(jìn)行分析、改進(jìn)、存檔。
圖5 對一臺挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的測試。
圖5所示的測試結(jié)果，綜合性很強(qiáng)，但也很復(fù)雜，需要有很豐富的經(jīng)驗(yàn)才能讀懂分析。而且實(shí)際工作場合常常是非常惡劣的，可供測試的時間也常常十分有限。所以應(yīng)該先在自己的試驗(yàn)臺上從簡單的液壓回路開始學(xué)習(xí)。見微知著，一滴水也可以折射出太陽的光芒。
從簡單做起,見微知著
去年筆者在國內(nèi)一大學(xué)的支持配合下，組織該校液壓研究生在一個積木式組裝型試驗(yàn)臺上搭建實(shí)驗(yàn)回路（見圖6），使用液壓萬用表進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。
R-摩擦力
圖6 簡單液壓回路
圖7為換向閥反復(fù)切換時測得的壓力變化記錄。液壓缸不驅(qū)動負(fù)載。從中可以分析出以下各點(diǎn)。
圖7 測試記錄
1）穩(wěn)態(tài)壓力
根據(jù)牛頓第一定律，作用在活塞上的力平衡方程式，在伸出時
p3A3=p4A4 R1
在縮回時
p4A4=p3A3 R2
從測試記錄可以讀出穩(wěn)態(tài)壓力（見圖8）。如果知道了活塞與活塞桿的直徑，就可推算出進(jìn)出時不同的摩擦力R1、R2。
圖8 穩(wěn)態(tài)壓力
2）運(yùn)動時間
從測試記錄可以看出（見圖9），伸出時間約為1.6s，而縮回時間約為2.0s。
圖9 運(yùn)動時間
而活塞運(yùn)動，走完全行程的時間T取決于行程長度L和速度v
T=L/v
而速度v又取決于輸入流量q和作用面積A
v=q/A
泵流量20L/min保持不變，而縮回時的工作面積是有桿腔面積A4小于伸出時的無桿腔面積A3，為什么縮回時間會長于伸出時間？
猜想是由于溢流閥的調(diào)壓特性造成的。由于實(shí)際條件所限，做實(shí)驗(yàn)的學(xué)生是在泵輸出的全部流量（20L/min）都經(jīng)過溢流閥時為溢流閥設(shè)定壓力20bar的（圖10）。
圖10 溢流閥的調(diào)壓特性
由于縮回時的驅(qū)動壓力p4（17bar）已高于溢流閥開啟壓力p0，泵出的部分流量經(jīng)過溢流閥流走，導(dǎo)致縮回速度較慢。
3）泵流量脈動
把測試記錄放大，可以看到持續(xù)的壓力脈動（見圖11），猜測是由泵輸出流量的脈動引起的。假定驅(qū)動泵的是一個4極異步電機(jī)，從該曲線在100ms中有27次脈動，可以推算出該泵每轉(zhuǎn)約有11.1個脈動。但一般齒輪泵的齒數(shù)應(yīng)為10或12，為什么會出現(xiàn)這樣的結(jié)果？如果再進(jìn)行一些測試的話，就能證實(shí)或是推翻這一猜測，從而對系統(tǒng)有更深的了解。
圖11 壓力脈動
從測試記錄還可以看到液壓缸的啟動沖擊、溢流閥
開啟滯后引起的壓力尖峰以及其他一些動態(tài)過程（見圖12）。再進(jìn)行一些測試，深入研究影響因素、找出減小壓力沖擊的措施，可帶來很大的實(shí)際效益。
A-液壓缸啟動沖擊 B-溢流閥開啟尖峰
C-換向閥切換時的壓力沖擊
圖12 瞬態(tài)過程
從以上介紹可以看到，即使利用這么簡單的液壓回路進(jìn)行測試，也可以學(xué)到很多有用的知識。
通過測試，了解了元件系統(tǒng)的實(shí)際情況，好處多多：
（1） 把學(xué)到的理論與實(shí)際結(jié)合起來，可以檢驗(yàn)理論的適用性；
（2） 幫助理解元件系統(tǒng)的工作方式；
（3） 幫助調(diào)試，確定適當(dāng)?shù)膮?shù)、調(diào)節(jié)量；
（4） 找出故障的原因；
（5） 比較改進(jìn)的效果。
有些研究生面對測試曲線，手足無措，只會摘抄講義教科書的敘述，洋洋灑灑，卻不能用在中學(xué)就應(yīng)該掌握的牛頓第一定律和帕斯卡原理來解釋測試結(jié)果，實(shí)在可悲。培養(yǎng)技能性人才，測試能力是必不可少的一環(huán)。中國高校應(yīng)該立刻邁出這一步。液壓專業(yè)的本科生應(yīng)該能用記錄性測試儀測量液壓閥的穩(wěn)態(tài)特性，如換向閥的流量壓差特性、溢流閥的啟閉特性、流量閥的壓力流量特性。研究生應(yīng)該能用記錄性測試儀測量分析研究一個動態(tài)過程。
還停留在壓力表朝代的液壓企業(yè)，連談?wù)摴I(yè)3.0的資格都沒有！
（注：本文中的各測試曲線都是用德國和德尼科公司生產(chǎn)的“液壓萬用表”及相配的數(shù)據(jù)處理程序獲得的。）
參考文獻(xiàn)
[1] 張海平. 實(shí)用液壓測試技術(shù)[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2015.
來源：液壓氣動與密封
建筑資質(zhì)代辦咨詢熱線：13198516101
咨詢熱線：13198516101 
