淺析國內液壓測試技術(shù)的現狀與發(fā)展趨勢論文
0概述
液壓測試技術(shù)作為液壓元件及液壓系統研制和生產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)，是驗證產(chǎn)品性能指標，可靠性，壽命等的重要手段。長(cháng)期以來(lái)，由于國內液壓產(chǎn)品的自主知識產(chǎn)權不多，測試設備的投入較大等因素，液壓測試技術(shù)未得到深入的利用和有效的重視。液壓測試設備在軍工行業(yè)相對投入較多，在民品領(lǐng)域，尤其是主機單位僅僅只是做一些必要的驗證，甚至很多均只是進(jìn)行隨主機考核試驗。
進(jìn)入21世紀以來(lái)，隨著(zhù)中國經(jīng)濟的快速增長(cháng)，國家發(fā)展軍工行業(yè)，發(fā)展民用高端裝備制造業(yè)的決心和能力逐步增強。尤其是2005年金融危機以來(lái)，民用主機廠(chǎng)家及液壓專(zhuān)業(yè)廠(chǎng)家因轉型升級的需要，自主研發(fā)的動(dòng)力極大提升。在此背景下，液壓技術(shù)作為軍民用高端裝備制造業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)，得到了比較大的推動(dòng)。液壓測試技術(shù)也因此呈現出較大的發(fā)展變化。
1液壓測試技術(shù)現狀
液壓測試技術(shù)經(jīng)過(guò)最近十年的發(fā)展，從傳統的以穩態(tài)測試為主，僅滿(mǎn)足一些必要的工作應力和環(huán)境應力模擬，逐漸過(guò)渡到關(guān)注動(dòng)態(tài)性能，微觀(guān)特性以及系統匹配性能等測試技術(shù)。液壓測試設備從手動(dòng)操作，二次儀表顯示逐步過(guò)渡到以計算機為測控中心，兼具數據處理、分析的復雜系統技術(shù)。其主要技術(shù)特點(diǎn)主要有以下幾個(gè)方面。
1.1測試設備智能化
主要指的是根據通信技術(shù)，網(wǎng)絡(luò )技術(shù)，智能控制技術(shù)，信息處理技術(shù)等匯集而成的針對液壓測試設備及技術(shù)的應用。測試設備智能化的重點(diǎn)及方向主要有下述五個(gè)方面。
1)執行器件電控化
為了實(shí)現計算機測控，液壓測試設備的各類(lèi)控制閥等執行元器件必需實(shí)現電控操作。尤其是液壓調節單元和液壓加載單元需要應用比例伺服技術(shù)或數字控制技術(shù)。比例伺服技術(shù)應用較多，響應較快。數字控制技術(shù)主要應用在一些高壓場(chǎng)合的溢流閥、節流閥，重復精度較高。
2)自診斷技術(shù)
隨著(zhù)測試設備的技術(shù)越來(lái)越復雜，價(jià)值越來(lái)越高，保護設備和被試產(chǎn)品的安全越來(lái)越重要。設備異常報警功能可以保護測試設備的正常運行。故障診斷功能可以幫助一般的技術(shù)維護人員也可以及時(shí)排除設備故障。同時(shí)，產(chǎn)品健康預警技術(shù)對被測試產(chǎn)品在測試中的故障先兆可以及時(shí)發(fā)現識別，報警并停機，避免被試產(chǎn)品徹底損壞，對分析產(chǎn)品的故障癥候尤為關(guān)鍵。自診斷技術(shù)應該在某些關(guān)鍵點(diǎn)采取冗余設計的方法。
3)測試工藝自動(dòng)化
測試工藝員可以根據產(chǎn)品的試驗流程，事先設置試驗工藝路線(xiàn)及合格判據。由測試設備根據事先設置的程序進(jìn)行試驗，減少人員的工作量，避免人為測試誤差的影響。應用于批生產(chǎn)試驗及壽命試驗可以較大提高測試效率及測試質(zhì)量。
4)產(chǎn)品裝夾自動(dòng)化
液壓產(chǎn)品與測試設備的連接較復雜。比如，液壓泵的連接，既要對接傳動(dòng)軸，又要連接不同的油管。裝拆復雜，費人工，效率低。滴落的油液也不環(huán)保。使用自動(dòng)裝夾的目的主要是減少人員的工作量，提高效率，并達到在裝拆產(chǎn)品過(guò)程中油液盡量不溢出。
產(chǎn)品自動(dòng)裝夾系統主要由自動(dòng)傳送系統，自動(dòng)對中系統，自動(dòng)夾緊系統，自動(dòng)連接管路系統，自動(dòng)注排油系統等組成。目前歐美國家液壓測試設備僅具備部分自動(dòng)裝夾功能，如自動(dòng)夾緊，自動(dòng)注排油，管路連接使用快換接頭等。日本盛和工業(yè)(CSEIWA)的技術(shù)較完備，成熟。但待試產(chǎn)品要人工預先裝在專(zhuān)用工裝上，才能進(jìn)行自動(dòng)裝夾。實(shí)際上并沒(méi)有省人工，僅僅只是省了測試設備等待裝拆的時(shí)間。中航力源液壓公司近年來(lái)致力于研究自動(dòng)裝夾系統，目前已取得了一些突破，既可以省人工，也更省設備等待裝拆產(chǎn)品時(shí)間。該項成果應用在批產(chǎn)試驗臺上將大大提高測試效率。
5)儀器儀表在線(xiàn)校驗
儀器儀表作為液壓測試設備的檢測系統，測試數據的準確性非常重要。因此，需要定期或不定期進(jìn)行校驗。傳統的校驗方法需要把各種傳感器、二次儀表拆下來(lái)送檢。如果配置的是計算機測試系統，需要拆信號傳感器、板卡等送檢，很不方便。因此，在線(xiàn)校驗測試系統越來(lái)越得到用戶(hù)的共識，同時(shí)還可以消除信號導線(xiàn)不同帶來(lái)的微小誤差。在線(xiàn)校驗主要采用比較法進(jìn)行靜態(tài)標定。
1.2動(dòng)態(tài)性能測試
液壓產(chǎn)品的動(dòng)態(tài)性能測試主要是考核產(chǎn)品對激變因素的響應及調節適應能力，測試產(chǎn)品的動(dòng)態(tài)性能可以為液壓系統匹配提供依據。這就需要測試設備具備模擬激變因素的功能以及測量系統，才能準確地測出產(chǎn)品的動(dòng)態(tài)特性。針對一些響應時(shí)間較慢的傳感器，如流量計，可以使用壓力傳感器經(jīng)換算得到瞬時(shí)流量值。動(dòng)態(tài)性能測試常用的測試項目主要有系統阻抗測試，壓力脈動(dòng)測試，最大瞬時(shí)壓力測試，閥啟閉特性測試等。
1.3特種試驗
針對液壓元件的某一結構或某一性能進(jìn)行深入的測試研究，便于查找產(chǎn)品缺陷，提高性能。因此，也需要配備專(zhuān)用的特種性能測試設備。比如:研究液壓泵流量脈動(dòng)的流量脈動(dòng)測試臺;考核結構強度的壓力脈沖測試臺;研究液壓泵摩擦副的`配油盤(pán)油膜承載能力測試臺;研究油液清潔度對液壓產(chǎn)品性能、壽命影響的污染耐受度測試臺等等。
1.4節能環(huán)保技術(shù)
基于資源的短缺及生態(tài)的需要，為促進(jìn)經(jīng)濟可持續發(fā)展，倡導綠色工業(yè)，國家出臺了一系列節約能源和環(huán)境保護的法律法規。液壓測試設備也應該充分考慮節能環(huán)保技術(shù)的應用。
1)節能技術(shù)
長(cháng)期以來(lái)，液壓測試臺對被試產(chǎn)品的加載均使用的是節流或溢流加載。不但造成了加載功率全部損耗，同時(shí)因油液吸能溫度升高，還要采取冷卻措施，耗費了大量的能源。尤其是生產(chǎn)企業(yè)大批量的生產(chǎn)試驗耗能更多。因此，液壓測試設備需要采用功率回收技術(shù)，達到節省能源，降低成本的目的。
功率回收技術(shù)一般主要有機械功率回收，液壓功率回收，電功率回收三種。機械功率回收和液壓功率回收適用范圍較窄，控制不便，較少使用。由于變頻技術(shù)的發(fā)展及價(jià)格下降，目前電功率回收技術(shù)得到了較多的推廣應用。液壓測試臺因既具備能源電動(dòng)機又具備加載發(fā)電機，采用共直流母線(xiàn)的電功率回收方式性?xún)r(jià)比較高。根據液壓元件及液壓測試系統的效率不同，功率回收效率不盡相同，一般可以達到65%左右，設備運行2-3年即可收回投入成本。
2)環(huán)保技術(shù)
液壓元件及系統的環(huán)保技術(shù)主要涉及三個(gè)方面:一是降低工作噪聲。為了避免測試設備本身工作噪聲對被測產(chǎn)品的影響，需要設置專(zhuān)用的噪聲測試間，單獨把被測產(chǎn)品進(jìn)行隔離測試。目前國內僅有極個(gè)別航空航天研究院所具備測試能力，絕大部分的單位均無(wú)液壓產(chǎn)品工作狀態(tài)下的噪聲測試手段;二是防止滲漏油。主要研究液壓產(chǎn)品的動(dòng)、靜密封性能，需要配置專(zhuān)用的動(dòng)、靜密封測試臺;三是環(huán)保工作介質(zhì)的研究。比如:水液壓系統，芬蘭的Tampere工業(yè)大學(xué)有較成熟的研究，國內浙江大學(xué)也有一些研究成果，但要完全取代液壓油還有很多困難。
1.5外觀(guān)機床化
老式的液壓測試設備主要以敞開(kāi)分布式為主，便于搭建，維護。近年來(lái)，隨著(zhù)集成閥塊的大量應用以及人們對設備安全性，人性化的要求提升。液壓測試臺逐漸向集成化、封閉式的機床化方向發(fā)展。
2液壓測試技術(shù)發(fā)展趨勢
國內液壓測試技術(shù)經(jīng)過(guò)多年發(fā)展，在硬件方面基本達到了歐美日等國家的水平。但在幫助液壓產(chǎn)品研制的方面，缺乏對試驗方法的理論支撐，在分析試驗方法和輔助分析軟件應用等方面差距較大。因此，今后液壓測試技術(shù)除了繼續完善提升現有技術(shù)外，應該在以下方面著(zhù)力加強。
2.，模擬主機環(huán)境的測試技術(shù)
所有液壓元件及液壓系統技術(shù)參數的測試驗證，應該盡量模擬主機裝機的真實(shí)運行狀態(tài)和考慮工作環(huán)境的影響。只有貼近真實(shí)環(huán)境的測試，才能研制出合適的產(chǎn)品。既不會(huì )達不到設計指標，也不會(huì )造成較大的設計余量。尤其是液壓泵、液壓馬達、液壓閥等液壓核心器件更應該予以考慮。比如:同一臺液壓泵，裝在起重機和挖掘機上，雖然工作壓力及轉速都沒(méi)有超過(guò)液壓泵額定值，因運行狀態(tài)不同，壽命肯定不同，且差異可能還比較大。
1)隨機載荷譜的研究
絕大部分機器的運行都是無(wú)規律的，所承受的載荷也是隨機的。但因機器的不同，隨機中又有一定的規律可循。因此，需要根據主機的運行狀態(tài)，研究相適應的隨機載荷譜用于測試產(chǎn)品。國內在材料強度等領(lǐng)域有一些研究及應用，但在液壓行業(yè)，幾乎沒(méi)有進(jìn)入實(shí)用階段的研究，國標規定的測試載荷譜也不是隨機載荷譜。
2)模擬環(huán)境因素的測試技術(shù)
液壓產(chǎn)品在裝機運行中，工作性能總是受到運行環(huán)境因素的影響。比如，因主機工作帶來(lái)的振動(dòng)，因天氣變化帶來(lái)的環(huán)境溫度及工作介質(zhì)溫度的變化，因高海拔地區帶來(lái)的大氣壓的變化等。因此，液壓產(chǎn)品在研制過(guò)程中，需要模擬各種環(huán)境因素并在這些復合應力的共同作用下測試產(chǎn)品性能，才能更加真實(shí)地反映產(chǎn)品裝機性能。軍品領(lǐng)域很早就開(kāi)展了相關(guān)工作，早期主要是非工作狀態(tài)下各種環(huán)境因素分別施加測試，以后逐漸過(guò)渡到工作狀態(tài)下同時(shí)施加某幾種環(huán)境因素(如:振動(dòng)，環(huán)境高低溫等)。對民品領(lǐng)域的液壓產(chǎn)品，試驗室條件下的環(huán)境測試工作幾乎是空白，主要以隨主機考核為主。今后該測試技術(shù)的發(fā)展必然是液壓產(chǎn)品在工作狀態(tài)下，多種環(huán)境因素同時(shí)施加測試。某航天研究所搭建的液壓產(chǎn)品三綜合測試臺，可以在液壓泵工作狀態(tài)下，同時(shí)施加振動(dòng)因素(通過(guò)振動(dòng)臺)，環(huán)境溫度因素(通過(guò)高低溫箱)進(jìn)行試驗，對產(chǎn)品的研制起到了重要的作用。
2.2模擬主機系統的測試技術(shù)
該技術(shù)需要按主機液壓系統的配置情況及相對位置，按1: 1的比例，在地面搭建系統測試臺。目的主要是為了測試各液壓元件和液壓系統的動(dòng)態(tài)性能。通過(guò)先期測試驗證，得到優(yōu)化匹配的液壓系統。航空領(lǐng)域的“鐵鳥(niǎo)”臺，潛艇領(lǐng)域的“鐵魚(yú)”臺等就是運用的此類(lèi)測試技術(shù)。
該類(lèi)測試技術(shù)的難點(diǎn)主要有兩方面。一方面是加載裝置的設計。需要模擬主機運行時(shí)承受的各種復合載荷;另一方面是輔助分析軟件的應用。今后，系統匹配測試應該是半物理和分析仿真軟件的有機結合。
2.3加速壽命試驗技術(shù)
壽命試驗是液壓元件及系統必需要做的測試項目。隨著(zhù)國內裝備制造業(yè)的不斷發(fā)展，對液壓產(chǎn)品壽命的要求也不斷提高，一些要求高的主機提出的壽命要求甚至達到3萬(wàn)小時(shí)。按一年365天，每天24小時(shí)不間斷試驗，都需要三年半。如果其中有一些問(wèn)題需要反復，加上測試設備也需要維護，試驗時(shí)間就更長(cháng)了。因此，加速壽命試驗就成為了必然的選擇。
加速壽命試驗的統一定義最早由美羅姆航展中心于1967年提出，加速壽命試驗實(shí)際上是在進(jìn)行合理工程及統計假設的基礎上，通過(guò)提高產(chǎn)品的試驗參數，如轉速、壓力、動(dòng)態(tài)沖擊頻率等，利用與物理失效規律相關(guān)的統計模型對在超出正常應力水平的加速環(huán)境下獲得的信息進(jìn)行轉換，得到產(chǎn)品在額定應力水平下的特征可復現的數值估計，但不改變產(chǎn)品失效分布的方法。俄羅斯蘇一27飛機主液壓泵采用的就是加速壽命試驗，加速比達到了1:8，也即是加速試驗1h，等同于可靠性壽命達8小時(shí)。國內航空領(lǐng)域，中航力源液壓公司、南京液壓中心在液壓泵加速壽命試驗方面開(kāi)展了一些研究應用。但總體來(lái)說(shuō)，缺乏足夠的理論及實(shí)踐基礎，難以形成普適性的加速壽命測試方法。今后，應該借助國家項目，采取院校與企業(yè)聯(lián)合的方式，結合國外的專(zhuān)業(yè)技術(shù)公司，研究液壓產(chǎn)品加速壽命測試方法，有效縮短產(chǎn)品的研制周期及試驗成本。
2.4修訂國家標準
國家標準是一個(gè)國家指導行業(yè)發(fā)展的規范、準則。有關(guān)部門(mén)應該積極組織相關(guān)院校、科研院所及企業(yè)，及時(shí)總結國內液壓測試技術(shù)一段時(shí)間以來(lái)的成果和經(jīng)驗，充分考慮今后的發(fā)展趨勢，及時(shí)修訂完善或制訂新的液壓測試標準。從國家層面，引導整個(gè)液壓行業(yè)的提升和發(fā)展。
2.5數字化測試工作平臺
通過(guò)平臺軟件的規劃管理，最大限度地提高測試效率。為企業(yè)提供測試協(xié)同工作平臺，使液壓產(chǎn)品測試的準備、執行、分析、評估四大階段處于自動(dòng)和受控的狀態(tài)，對測試工作各階段的工作進(jìn)行專(zhuān)業(yè)協(xié)作，幫助企業(yè)從測試數據中獲取知識和經(jīng)驗，達到改進(jìn)產(chǎn)品設計，提高產(chǎn)品質(zhì)量，提升企業(yè)生產(chǎn)力和競爭力的目的。
3結束語(yǔ)
借助我國大力發(fā)展軍工行業(yè)，發(fā)展民用高端裝備制造業(yè)的契機，國內液壓測試技術(shù)未來(lái)將會(huì )得到越來(lái)越多的重視。液壓行業(yè)各院校、研究院所及企業(yè)對液壓測試設備在性能及數量上均會(huì )有更多的需求。
當然，液壓測試技術(shù)是為液壓產(chǎn)品服務(wù)的。液壓產(chǎn)品需要在生產(chǎn)流程及工藝方法上固化、提高，使各批次的液壓產(chǎn)品性能的穩定性、一致性得到強化，液壓測試技術(shù)才能有效促進(jìn)液壓行業(yè)的發(fā)展。
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