电液或机械液压阀功能和流体压力及流量功能测试

本发明涉及一种用于确定液压和类似的流体系统及其部件(如电液或机械液压阀)的特性的方法。更具体地说，它涉及产生相关的电气或机械功能和流体压力-流量功能的设备，以便可以确定和控制液压系统或其部件的特性。

在液压系统部件(如电液或机械液压阀)的测试中，必须提供一种控制和/或测量与其功能有关的三个变量的方法。这三个变量 是压力、流量和组件的控制输入。这三个变量 之间的基本数学方程以偏导数的形式表示如下::

 

式中，P为负荷压力，F为负荷流量，X为被测液压元件或阀的控制输入。数学方程是隐式的， 如果其中任意两个变量被建立或控制为自变量，则第三个变量被建立或称为因变量。现有技术包括在零出口压力或负载压力下读取通过阀门的各种内部条件(开启)的流体流量的装置。

现有技术还包括在各种内部条件和零流量条件下确定阀门出口或负载压力的方法。这些简单地涉及到使用被测阀门作为流量控制装置来驱动用于流量校准的活塞。这样的。装置必须以这样--种方式制造，即内部摩擦不会产生实质性的负载压力。在以前的设备 中没有方法来确定液压系统(或其组件)的压力相对于其各种内部条件下的流量。在以前的设备中， 都不可能像在实际环境中那样容易地模拟和确定液压元件的特性。

本发明的一项重要目标是提供一种新的液压或类似流体测试设备，该设备能够单独或结合任何流体系统或其组件的其他变量对任何变量进行静态和动态测量。通过小心地控制三个变量(压力、流量和液压元件的内部特性)中的一个或两个，可以测量对其他变量的影响。

本发明的另一个重要目标是提供-种产生流体流动条件的新方法，该方法允许对这些条件进行简单而准确的测量。活塞 在气缸中被驱动以产生所需的压力和流量。流进和流 出气缸的流体与置换活塞的线速度成正比，这很容易测量。因此， 提供了一种测量流量的简单方法。

本发明的另一个重要对象是提供能够产生大范围流量和压力的水力发电机。限定的体积液压油在封闭的缸是强迫活塞在一个精确控制的力量，以规定的速度。

. 本发明的另一个重要目标5是提供-种方法,通过这种方法可以产生流体流量对压力,并以高度的准确性进行测量。所述活塞 由操作连接的气缸和活塞所产生的精确力驱动,活具有一个加压驱动液源，该驱动液源由一个输入信号(该输入信号是所需输出压力的函数直接控制。输入 信号到液压驱动器的活塞在发电机缸通过伺服反馈回路的结果进行比较。执行机构然后自动调整15这伺服系统，以取消任何错误，以提高精度。本发明的另一个重要目标是提供一种新颖的方法，通过不受内摩擦影响的装置可以产生液压压力和流量”。内部摩擦是由馈回一个信号相对于发电机活塞的压力，这个信号将被用来操作阀门致动器将移动活塞抵消摩擦的倾向。

本发明的另一个重要对象是提供反馈手段来控制相对于发电机活塞的速度和位置的条件。

本发明的其他对象和优点将从阅读下列规范中变得明显，特别是当结合附图时，其中相似数字表示相似元素。

图1是整个液压试验设备的示意图，通过该设备可以进行本文所述的各种试验。

图2是在不同的内部条件下，典型流体元件在零压力下流动的特性曲线。

图3是类似的特性曲线，其中在零流量下测量了不同内部条件下的液压元件的压力。

图4是被测液压或流体元件在不同内部条件下的压力与流量的综合曲线。

本发明“提供了一种方法，通过该方法可以同时或单独地测量、编程(控制)或伺服三个相互关联的变量，即流体组件的压力、流量和内部条件，以执行所需的测试。- 个或两个变量可以被编程，另一个变量可以被测量。在某些情况下， 两个变量的规划导致对第三个变量的控制。这三个变量中的每一个都可以以允许其他变量遵循规定的程序功能曲线的方式被额外地服务。

在本发明提供的三种通用条件(测量、编程或伺服)的适当组合下进行试验，可以对液压系统或其组件进行完整分析。压力、 流量和内部条件这三个变量都可以通过以下四种方式进行独立或相互关联的编程:

a.每一种都可以保持在零水平不变。

b.每一个都可以在任何固定的水平.上保持不变。

c.每一层都可以服从一个斜坡函数，以预先确定的速率从一层递进到另一层。

d.每一种都可能引起振荡，例如，作为正弦波。

四种方式中的每一种都提供了一个反馈回路，以便每一种方式都可以伺服以实现极其精确的控制。

图1所示为液压试验设备，可通过该设备对液压系统和部件(如电动或机械操作的阀)进行试验。图1中包括两个基本组件，第一个是产生流体压力和流动的手段，其主要部件是一个测试缸10。气缸10在两端闭合，其中有活塞11进行往复运动。液压油被限制在。 活塞的两边。导管14和导管 15分别连接在气缸1G和被测部件20的两端。活塞 1 1通过活塞杆21来前后受力。受限流 体被强迫通过导管14和15以及组件20。通过精 确预定的流量和压力功能来强制活塞，流量、压力和部件20的内部特性可以进行校准和测试。

图1中所示的另一个主要组件是液压执行器伺服系统，用于按预定速度或速度变化迫使活塞11。它包括执行器气缸25很像测试气缸10。气缸25有- -个活塞26和ccmduifs 29和30 通向每一端。活塞杆21固定在活塞26上,就像它固定在活塞11上一样。因此， 活塞11 和活塞26作为一个整体一起移动。止动阀27用于 防止活塞26关闭管路29和30。液 压供应33提供压力下的流体来源。管道34和35携 带流体进出一个电控液压阀36，它控制压力流体到执行器气缸25的通道。电液阀36控制着液量液量和液量到气缸25的哪- -端。电 液阀36由放大器40的信号控制,放大器40通过线路43接收函数发生器42的控制信号。函数发 生器42可以由一个凸轮驱动电位器、一个或多个积分器或任何其他信号源组成，这些信号源将提供适当的信号，使液压液的适当流量到气缸25产生必要的液压功能。.

组件20可以是一个完整的液压系统，包括阀门、管道或其任何部分。如果部件或元件- 是电控的信号直接从放大器50可能提供控制。如果 是机械式的，则必须提供一些介入性的电动控制手段，以便通过电信号来设定内部条件。电信 号由放大器50提供。从函数发 生器51接收控制信号。函数发生器51与函数发生器42类似，可由产生信号以产生被测部件20所需的内部特性的任何装置组成。设有导管46,用于流体从液压供应器33流向被测液压部件20;设有回流导管47,从液压供应器20流向被测液压部件33。

提供了两个基本的伺服反馈回路。一个回路将测试缸10所产生的压力和流量的函数信号反馈给函数发生器42，另一个回路反馈给发生器51。位 置传感器55、速度传感器56和加速度传感器57各感.应活塞杆21的这些条件。由 每个这些传感器产生的信号可以选择性地反馈回函数发生器51或42。测试缸10的内压力由差压传感器58感知。压力传感 器5S的信号可以通过开关62连接到任一基本反馈回路。所提供的开关装置可以将用于变化测试的选定信号传输到函数发生器42或51。开关66提供了从位置传感器55到函数发生器51的连接。开 关67将速度传感器56连接到函数发生器51，而开关68将加速度传感器57连接到函数发生器51。同样， 开关71、72和73提供了从。传感器55-57到函数发生器42。因此， 反馈信号可以以液压设备各种测试所需的任何方式连接。.

对于液压系统和部件的大多数测试，要么使用压力伺服回路，要么使用速度回路。压力 伺服回路通过将开关62从压力传感器58连接到采集点63来设置。71 到73的开关会打开。然后，函数发生器42的信号输入将被一个相对于in的微分信号平衡。测试缸10中活 塞11两侧腔室之间的压力。这个信号通过，行43放大器40将有助于控制活塞26和因此活塞1 1的运动。

速度回路可通过关闭开关72和打开开关62来设置。传 感器56所感知到的与活塞11的速度成比例的信号被应用到函数发生器42，将其信号修改为放大器40和电液阀36。

从图1中可以看出其他伺服组合。阀36周 围的位置伺服或加速伺服可由关闭开关71、72或73实现。在被测部件20周围，压力、位置、速度或加速回路可由开关62、开关66、开关67或开关68来影响。任何双回路组合也可能，如速度回路到阀门36和压力回路到组件20。本发明的装 置提供多种读数，从而使设备在液压元件的测试中具有很大的灵活性。提供 了一个XY绘图仪76， 它将读取和绘制来自传感器和函数生成器的任何信号组合。图中 显示了可能的绘图示例.2 3 4。.

在每个伺服回路中，可以在液压设备上进行多次测试。例如， 使用压力回路，可以根据如图2所示的各种阀门开口的零压力绘制流量,或者可以根据图4所示的液压组件的负载压力绘制流量特性。速度环将 允许类似的测试。

组件20将被当作一一个阀门来解释图1所示的组合。通过保持其中一个变量(压力、 流量或内部条件)在一个固定的水平，可以改变另外两个变量中的一个，以确定其对第三个变量的影响。通过将 压力保持在零，可以改变阀门的开度并测量流量。当在这些条件 下绘制出阀门开度随流量的变化曲线时，将得到如图2所示的曲线。在此测试中， 将连接阀20，以便在压力下的流体将从液压供应33通过管路46、阀20和导管14进入测试缸10。管道 15将通过阀门20连接，这样就可以通过管道47自由返回到液压供应33。Tliat是, 液压供应在压力下将被迫通过导管46、阀门20和导管14进入气缸10的左端，迫使活塞11向右。通过测量活 塞的位移速度可以测量通过阀门的流量。速度传感器56的信号可以。将函数发生 器51’的信号应用到X-Y绘图仪的X轴上，绘制出如图2所示的曲线。可以看到， 函数发生器51 v/i会产生一个信号，使阀20从关闭位置到全开。这个信 号可能在两个极端之间有任何曲线，但通常是一个斜坡形状。函数发生 器42将被设置为不产生信号。换句话说，在气缸10中，活塞11两边的两个腔室之间保持零压差。因此， 如果压力在活塞11左边的气缸的左端增加，一个信号将被传输到放大器40，导致电液阀36打开适当的量，通过导管29释放压力在活塞的左边。执 行机构气缸25的26,从而使其与活寒11-起向右移动，从而减轻测试气缸10左端ichamber的压力积聚。如. 上所述，该运动由传感器56感知。

本发明的一个重要优点现在很明显了。通过使用 一个回路系统，测试设备的任何内摩擦都被伺服输出。假设,一个输入信号测试阀2眄,导致增加流入测试气缸10左边,io所需测试活塞11会无限制地自由移动到输入流。如果限制确实是由静摩擦造成的，则会导致气缸25左端压力的累积。.与功能发生 器42 设置为零输入，信号从pres- 15 确定传感器58将促动闭环同服系统显踩通过电液阀36和执行器气缸25,以恢复传感器58的压力到零。测试活塞 的平稳运行将得到结果。静 摩擦的影响将由环路的增益20降到最小。特性的测量不需要通过一个表示测试气缸摩擦的数字来调整，从而得到一个真实的数字。

阀20的流量特性可以通过执行器气缸2525周围的速度回路和被测阀门周围的压力回路来确定。发生器42开发了速度函数信号，使活塞11以规定的速度被驱动。被 测阀门20的流量输出被引入到测试气缸10的左端。为了 保持正确的流量，气缸内部的30压差必须保持在接近零的水平。因此， 压力传感器58所测得的压力必须保持恒定，最好是在零。如 果测试阀20的阀门输出不能满足测试活塞11的速度35，就会导致压力下降。压力传 感器58感知到的压力下降被放大并应用到函数发生器51， 以修改测试阀的输入信号。 因此，测试阀的输入信号改为折痕的输出流量。 当测试阀产生过多的流量时，压力就会出现相反的情况。由于发生 器42正在开发信号，这是速度或流量,信号可以应用到X- y绘图仪76的X轴上，给一个真正的45指示流量。函数发生器51的一个信号是阀门开度的真实指示，它被应用到X-Y绘图器的Y轴上，从而得到如图1所示的曲线。1.

为了绘制或测量不同阀门开启位置(如图3所示)在零5度流量下的压力特性，有两种方法可供选择。最简单的方法是锁紧活塞13。 使它不能移动。来自函数发生器51的斜坡信号将应用于阀2@和X-Y图的Y轴-55ter76。压力传感器58发出的信号将被应用到绘图机76的X轴上。

位置回路可用于停止活塞11的运动，允许在零流量下测试阀门2⑧的压力测量。 在这种情况下,如前所述，6度阀门连接到液压供应33，使流量从液压供应33通过导管46,阀门20，导管14,到测试缸10的左端。在零流量条件下， 活塞不能移动。因此， 执行机构气缸25 65必须对活塞26的右侧施加足够的压力，以抵消来自液压供应器33对导管14的任何压力。 73开关关闭的函数发生器42设置为零,以便任何信号由活塞杆7°21的运动将被应用到放大器4矶电动液压阀36进行正确的压力的压力.供应通过管道30到33的致动器缸25抵制压力测试气缸的左端。

到此为止的讨论一般是关于信号的伺服:控制变量或将三个变量。中的-一个设为恒定电平(通常为零)，并在允许第二个和第三个变量遵循不受控模式时测量它们。 函数发生器42和51可以被制造来产生一个信号是恒定在一个零或一个固定的电平(前面描述的)，一个斜坡或振荡(如正弦波)。 来自函数发生器42和51的信号可以相互关联或相互独立。r

为了绘制或测量不同阀门开启位置(如图3所示)在零5度流量下的压力特性，有两种方法可供选择。.最简单的方法是锁紧活塞13。 使它不能移动。 来自函数发生器51的斜坡信号将应用于阀2@和X-Y图的Y轴-55ter76。压力传感器58发出的信号将被应用到绘图机76的X轴.上。位置回路可用于停止活塞11的运动，允许在零流量下测试阀门2⑧的压力测量。 在这种情况下,如前所述，6度阀门连接到液压供应33，使流量从液压供应33通过导管46,阀门20，导管14,到测试缸10的左端。在零流量条件 下，活塞不能移动。因此， 执行机构气缸25 65必须对活塞26的右侧施加足够的压力，以抵消来自液压供应器33对导管14的任何压力。73开关关闭的函数发生器42设置为零,以便任何信号由活塞杆7° 21的运动将被应用到放大器4矶电动液压阀36进行正确的压力的压力.供应通过管道30到33的致动器缸25抵制压力测试气缸的左端。

到此为止的讨论一般是关于信号的伺服:控制变量或将三个变量中的一个设为恒定电平(通常为零)，并在允许第二个和第三个变量遵循不受控模式时测量它们。 函数发生器42和51可以被制造来产生一个信号是恒定在一个零或一个固定的电平(前面描述的)， -一个斜坡或振荡(如正弦波)。 来自函数发生器42和51的信号可以相互关联或相互独立。 

对于如图4所示的压力-流量校准曲线设置函数生成器51为要绘制的每条曲线生成离散值。每条曲线都在- -一个恒定的阀门开度处被敲出。从函数发生 器42得到一个斜坡输入，并应用于放大器

40和阀36。因此，负载压力可以在其整个范围内进行调制。速度传感器56和压力传感器58输出的压力与流量曲线在X-Y记录仪76或其他需要的工具上自动绘制出来。对于不动点可以静态测量 ,对于一个离散函数可以绘制出整个曲线。

图4的压力-流量曲线可以通过使用电液阀36的命令信号来测量，该命令信号是流量的函数，而不是标准的斜坡输入。因此， 作为流量函数的信号也可以应用到X-Y绘图器76的Y轴上，减轻了在传感器56上感知速度的必要性。因此， 函数发生器51将产生一个固定的信号，每运行阀门20 -在测试。 在这种情况下，使用位置传感器55反馈信号到放大器40和电液阀36来调节其速度。 压力传感器58提供一个信号，该信号施加于X- y绘图仪76的X轴上，以表示如图4所示的曲线。

人们通常希望知道-个部件或整个液压系统在受到实际环境的力时将如何反应。这些力包括弹簧对某些部件(如阀门)的偏置作用、流体本身的粘性摩擦力和系统中各种质量的惯性。如图1所示，

本发明的一个重要特征涉及其模拟这些实际条件的能力。

到目前为止，函数生成器42和51仅被描述为生成函数的方法。在模拟实际环境条件的情况下，需要添加额外的计算机部件，如模拟运算放大器。这些放大器可 以用来调整模拟系统的增益，也可以用来模拟系统中可能存在的各种与频率相关的项。用类似的方法， 也可以模拟系统中的非线性。由于弹簧效应是线性的， 位置传感器55可被用来反馈信号给发电机计算机51或发电机计算机42，这将被设置为直接模拟实际系统中的弹簀。系 统中流体的粘性摩擦力表示系统压力，系统压力是速度的函数。因此， 速度传感器S6可以作为反馈信号来模拟发电机-计算机42或发电机-计算机51的速度函数。系统中的质量产生惯量， 惯量与加速度变量成正比。因此， 可以用加速度传感器57反馈一个信号与发电机计算机42或发电机计算机51的模拟加速度信号之和。因此， 负载压力可以作为这些变量的任意一个组 合的函数来控制。因此, 通过关闭适当的开关66、67或绕在被测试部件或系统20周围的一个回路,将提供反馈信号，以便弹簧、粘性摩擦和加速度变量可以在该部分被模拟基于同样的推理，开关71、72或73或所有三个都可以在阀门36周围关闭，以向该部分系统的模拟信号提供反馈信号。指出它将测试活塞11区不需要对应于实际的活塞区用于实际系统,因为增益等于弹簀效应方面，粘滞摩擦效应和加速度的影响实际系统可以扩展到预期水平。

如果存在可能影响系统运行的环境变量，如温度和外部压力，则可以通过提供一个环境室来设置,在该环境室中可以关闭如图1所示的系统的操作部件。需要注意的是， 由于模拟和实际的所有指令功能都是电性的，所以系统的液压元件、执行器缸、测试缸、电液阀、被测元件，甚至液压供应都可能被隔离在一个 密封腔内。电气和电子设备可以方便地安装在这个环境室的外部，这样内部的测试可以被精确地控制。通过提供环境室内必要的温度和压力变化，测试设备可以精确地承受这些变量。因此可以看出，本发明很好地适应于实质上液压元件或系统可能受到的所有试验和影响。

一种通用液压试验台，能够完成液压系统或其部件的所有特性的测试。本发明的能力扩展到系统将要受到的力和影响的精确调度或编程，包括其预期环境的力和影响。.

在公开了我们的发明的细节之后，我们要求下列组合和它们的等价物，我们希望得到专利证书的保护。

声称的内容是:

1. 的方法确定液压元件的特征组成的封闭液的体积的步骤在一个封闭的空间，强行改变音量的大小，进行外国的流体的体积通过组件的特点来确定，传感的变化率体积，传感组件的内部特征相关行动的力量和内部条件的存在，并直观地呈现出体积变化率与内部特性的关系。

2.的方法确定流体的流动特性组件组成的封闭的步骤一个体积的液体在一个封闭的空间，分区卷成两个小卷,生成一个信号正比于流过的范围要测试哪些组件的特点，强行改变两个小卷的相对大小关系的信号，进行液体的减少两个小卷组件提供-一个流体源来填充两个较小体积的增量，感知两个较小体积之间的压力差，并改变组件内部部件的关系，以保持恒定的压力。

3.的方法确定流体的流动特性组件组成的封闭的步骤-个体积的液体在-个封闭的空间，分区卷成两个小卷,提供-种流体从压力源通过表示组件的两个小卷提供流体沟通的其他两个小卷压力流体的来源，之间的压差传感两个小卷，改变两个较小体量的相对大小，以便保持两者之间的零压差，改变该组件内部部件的关系，以便允许流体以不同的速率流过该组件，并感知两个较小体积之间关系的变化率。

4.一种确定压力特性的方法

流体组件在一个范围的改变内部特征的恒流流体借此的台阶组成的封闭体积的流体在--一个封闭的空间，分区卷成两个小卷,强行改变两卷以恒定速率的相对大小，进行流体从减少一两个小卷的组件，提供一种流体填补的增加两个小卷,不同组件的内部部件的相对关系，之间的压差传感两个小卷和视觉呈现不同特征之间的不同压力与两个小知卷。

5.意味着测试液压元件组成一个测试气缸，第一次在测试气缸活塞致动器缸，第二致动器的活塞缸，活塞杆固定为统-的两活塞运动，流体压力的来源，渠道与两端的交流传动装置油缸和来源，意味着控制的致动器的数量和气缸压力流体流过，意味着从另--端的致动器返回流体圆柱源，30管道与两端的交流测试气缸和被测试的组件,管道与压力流体的来源在组件和手段来控制组件的内部部件35

6.用来测试液压元件的方法：“测试气缸，活塞在测试气缸往复运动，流体压力的来源，意味着进行Htid从源到组件测试下，意味着从组件进行流体测试气缸,40意味着进行流体从测试气缸组件测试下，意味着从组件进行流体源，意味着迫使活塞纵向测试气缸，意味着测量活塞的运动,表示测量_活塞的位置，表示控制该组件内部45个部件的关系，表示测量该组件内部各部件的关系。

7.是指测试由限制流体体积的装置所组成的液压元件，是指划分流体的体积，压力流体的来源，是指控制5管道流体从源到组件，意味着进行流体从组件意味着要限制液体的体积，意味着从局限的方法进行流体体积流体的组件，意味着从组件进行流体源，第一信号55响应意味着将意味着从空间分区，以驱动流体一侧，意味着生成所需的特征的第 一信号,意味着第一信号应用于第一信号响应方式，意味着测量的移动分区，意味着6°测量的位置分区方法,第二个信号响应意味着控制组件的内部部件的关系,意味着生成第二信号所需的特点，意味着第二个信号应用于第二个信号响应意味着65年和测量组件的内部部件的关系。

8.是指测试由限制流体体积的装置所组成的液压元件，是指划分流体的体积，压力流体的来源，是指控制70年管道流体从源组件的测试下，意味着从组件进行流体的手段限制液体的体积，意味着从局限的方法进行流体体积的液体被测试的组件，意味着进行流体从组件到75源，意味着将意味着分区等。驱动流体从空间一侧，意味着测量的运动方式分区，分区意味着测量的位置意味着，意味着控制组件的内部部件的关系和手段来测量组件的内部部件的关系。

 9.测试一个液压元件组成的手段限制液体的体积，意味着划分流体的体积，流体压力的来源，意味着进行流体从源组件测试下，意味着从组件进行流体的手段限制液体的体积，意味着从局限的方法进行流体体积的液体被测试的组件，意味着从组件进行流体源，第一信号响应意味着移动分区，把液体从其空间一侧说意味着进行流体到组件意味着首先生成一个不同的信号,意味着第一信号应用于第一信号响应意味着，第二个信号响应意味着控制内部开放测试组件的大小和形状，意味着生成不同的第二信号,意味着第二个信号应用于第二个信号响应方式，意味着对压力上的差异作出反应的分区的方法来生成一个第三信号，意味着响应的位置意味着分区来生成一个第四信号,意味着响应的速度意味着分区生成五分之一信号，意味着对分区的方法产生的加速度信号，六分之一手段和第三信号与第一信号，意味着和第三信号与第二信号,意味着和第四信号与第一信号，手段和第四信号20第二信号,意味着和第五信号与第一信号,意味着与第二和第五信号信号，意味着和第六信号与第一信号,意味着和手段的第六信号和第二信号,意味着测量的相对15关系内部的部分组件测试下。

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