淺析國(guó)內(nèi)液壓測(cè)試技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)論文
0概述
液壓測(cè)試技術(shù)作為液壓元件及液壓系統(tǒng)研制和生產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)，是驗(yàn)證產(chǎn)品性能指標(biāo)，可靠性，壽命等的重要手段。長(zhǎng)期以來(lái)，由于國(guó)內(nèi)液壓產(chǎn)品的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)不多，測(cè)試設(shè)備的投入較大等因素，液壓測(cè)試技術(shù)未得到深入的利用和有效的重視。液壓測(cè)試設(shè)備在軍工行業(yè)相對(duì)投入較多，在民品領(lǐng)域，尤其是主機(jī)單位僅僅只是做一些必要的驗(yàn)證，甚至很多均只是進(jìn)行隨主機(jī)考核試驗(yàn)。
進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)，國(guó)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(qiáng)。尤其是2005年金融危機(jī)以來(lái)，民用主機(jī)廠家及液壓專(zhuān)業(yè)廠家因轉(zhuǎn)型升級(jí)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(cè)試技術(shù)也因此呈現(xiàn)出較大的發(fā)展變化。
1液壓測(cè)試技術(shù)現(xiàn)狀
液壓測(cè)試技術(shù)經(jīng)過(guò)最近十年的發(fā)展，從傳統(tǒng)的以穩(wěn)態(tài)測(cè)試為主，僅滿足一些必要的工作應(yīng)力和環(huán)境應(yīng)力模擬，逐漸過(guò)渡到關(guān)注動(dòng)態(tài)性能，微觀特性以及系統(tǒng)匹配性能等測(cè)試技術(shù)。液壓測(cè)試設(shè)備從手動(dòng)操作，二次儀表顯示逐步過(guò)渡到以計(jì)算機(jī)為測(cè)控中心，兼具數(shù)據(jù)處理、分析的復(fù)雜系統(tǒng)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(cè)試設(shè)備智能化
主要指的是根據(jù)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(duì)液壓測(cè)試設(shè)備及技術(shù)的應(yīng)用。測(cè)試設(shè)備智能化的重點(diǎn)及方向主要有下述五個(gè)方面。
1)執(zhí)行器件電控化
為了實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)測(cè)控，液壓測(cè)試設(shè)備的各類(lèi)控制閥等執(zhí)行元器件必需實(shí)現(xiàn)電控操作。尤其是液壓調(diào)節(jié)單元和液壓加載單元需要應(yīng)用比例伺服技術(shù)或數(shù)字控制技術(shù)。比例伺服技術(shù)應(yīng)用較多，響應(yīng)較快。數(shù)字控制技術(shù)主要應(yīng)用在一些高壓場(chǎng)合的溢流閥、節(jié)流閥，重復(fù)精度較高。
2)自診斷技術(shù)
隨著測(cè)試設(shè)備的技術(shù)越來(lái)越復(fù)雜，價(jià)值越來(lái)越高，保護(hù)設(shè)備和被試產(chǎn)品的安全越來(lái)越重要。設(shè)備異常報(bào)警功能可以保護(hù)測(cè)試設(shè)備的正常運(yùn)行。故障診斷功能可以幫助一般的技術(shù)維護(hù)人員也可以及時(shí)排除設(shè)備故障。同時(shí)，產(chǎn)品健康預(yù)警技術(shù)對(duì)被測(cè)試產(chǎn)品在測(cè)試中的故障先兆可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)識(shí)別，報(bào)警并停機(jī)，避免被試產(chǎn)品徹底損壞，對(duì)分析產(chǎn)品的故障癥候尤為關(guān)鍵。自診斷技術(shù)應(yīng)該在某些關(guān)鍵點(diǎn)采取冗余設(shè)計(jì)的方法。
3)測(cè)試工藝自動(dòng)化
測(cè)試工藝員可以根據(jù)產(chǎn)品的試驗(yàn)流程，事先設(shè)置試驗(yàn)工藝路線及合格判據(jù)。由測(cè)試設(shè)備根據(jù)事先設(shè)置的程序進(jìn)行試驗(yàn)，減少人員的工作量，避免人為測(cè)試誤差的影響。應(yīng)用于批生產(chǎn)試驗(yàn)及壽命試驗(yàn)可以較大提高測(cè)試效率及測(cè)試質(zhì)量。
4)產(chǎn)品裝夾自動(dòng)化
液壓產(chǎn)品與測(cè)試設(shè)備的連接較復(fù)雜。比如，液壓泵的連接，既要對(duì)接傳動(dòng)軸，又要連接不同的油管。裝拆復(fù)雜，費(fèi)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(dá)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(tǒng)主要由自動(dòng)傳送系統(tǒng)，自動(dòng)對(duì)中系統(tǒng)，自動(dòng)夾緊系統(tǒng)，自動(dòng)連接管路系統(tǒng)，自動(dòng)注排油系統(tǒng)等組成。目前歐美國(guó)家液壓測(cè)試設(shè)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(yù)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(cè)試設(shè)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(tǒng)，目前已取得了一些突破，既可以省人工，也更省設(shè)備等待裝拆產(chǎn)品時(shí)間。該項(xiàng)成果應(yīng)用在批產(chǎn)試驗(yàn)臺(tái)上將大大提高測(cè)試效率。
5)儀器儀表在線校驗(yàn)
儀器儀表作為液壓測(cè)試設(shè)備的檢測(cè)系統(tǒng)，測(cè)試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性非常重要。因此，需要定期或不定期進(jìn)行校驗(yàn)。傳統(tǒng)的校驗(yàn)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(jì)算機(jī)測(cè)試系統(tǒng)，需要拆信號(hào)傳感器、板卡等送檢，很不方便。因此，在線校驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)越來(lái)越得到用戶(hù)的共識(shí)，同時(shí)還可以消除信號(hào)導(dǎo)線不同帶來(lái)的微小誤差。在線校驗(yàn)主要采用比較法進(jìn)行靜態(tài)標(biāo)定。
1.2動(dòng)態(tài)性能測(cè)試
液壓產(chǎn)品的動(dòng)態(tài)性能測(cè)試主要是考核產(chǎn)品對(duì)激變因素的響應(yīng)及調(diào)節(jié)適應(yīng)能力，測(cè)試產(chǎn)品的動(dòng)態(tài)性能可以為液壓系統(tǒng)匹配提供依據(jù)。這就需要測(cè)試設(shè)備具備模擬激變因素的功能以及測(cè)量系統(tǒng)，才能準(zhǔn)確地測(cè)出產(chǎn)品的動(dòng)態(tài)特性。針對(duì)一些響應(yīng)時(shí)間較慢的傳感器，如流量計(jì)，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(cè)試常用的測(cè)試項(xiàng)目主要有系統(tǒng)阻抗測(cè)試，壓力脈動(dòng)測(cè)試，最大瞬時(shí)壓力測(cè)試，閥啟閉特性測(cè)試等。
1.3特種試驗(yàn)
針對(duì)液壓元件的某一結(jié)構(gòu)或某一性能進(jìn)行深入的測(cè)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(cè)試設(shè)備。比如:研究液壓泵流量脈動(dòng)的流量脈動(dòng)測(cè)試臺(tái);考核結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的壓力脈沖測(cè)試臺(tái);研究液壓泵摩擦副的`配油盤(pán)油膜承載能力測(cè)試臺(tái);研究油液清潔度對(duì)液壓產(chǎn)品性能、壽命影響的污染耐受度測(cè)試臺(tái)等等。
1.4節(jié)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(jì)可持續(xù)發(fā)展，倡導(dǎo)綠色工業(yè)，國(guó)家出臺(tái)了一系列節(jié)約能源和環(huán)境保護(hù)的法律法規(guī)。液壓測(cè)試設(shè)備也應(yīng)該充分考慮節(jié)能環(huán)保技術(shù)的應(yīng)用。
1)節(jié)能技術(shù)
長(zhǎng)期以來(lái)，液壓測(cè)試臺(tái)對(duì)被試產(chǎn)品的加載均使用的是節(jié)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(fèi)了大量的能源。尤其是生產(chǎn)企業(yè)大批量的生產(chǎn)試驗(yàn)耗能更多。因此，液壓測(cè)試設(shè)備需要采用功率回收技術(shù)，達(dá)到節(jié)省能源，降低成本的目的。
功率回收技術(shù)一般主要有機(jī)械功率回收，液壓功率回收，電功率回收三種。機(jī)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(yīng)用。液壓測(cè)試臺(tái)因既具備能源電動(dòng)機(jī)又具備加載發(fā)電機(jī)，采用共直流母線的電功率回收方式性?xún)r(jià)比較高。根據(jù)液壓元件及液壓測(cè)試系統(tǒng)的效率不同，功率回收效率不盡相同，一般可以達(dá)到65%左右，設(shè)備運(yùn)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(tǒng)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(cè)試設(shè)備本身工作噪聲對(duì)被測(cè)產(chǎn)品的影響，需要設(shè)置專(zhuān)用的噪聲測(cè)試間，單獨(dú)把被測(cè)產(chǎn)品進(jìn)行隔離測(cè)試。目前國(guó)內(nèi)僅有極個(gè)別航空航天研究院所具備測(cè)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(cè)試手段;二是防止?jié)B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(cè)試臺(tái);三是環(huán)保工作介質(zhì)的研究。比如:水液壓系統(tǒng)，芬蘭的Tampere工業(yè)大學(xué)有較成熟的研究，國(guó)內(nèi)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外觀機(jī)床化
老式的液壓測(cè)試設(shè)備主要以敞開(kāi)分布式為主，便于搭建，維護(hù)。近年來(lái)，隨著集成閥塊的大量應(yīng)用以及人們對(duì)設(shè)備安全性，人性化的要求提升。液壓測(cè)試臺(tái)逐漸向集成化、封閉式的機(jī)床化方向發(fā)展。
2液壓測(cè)試技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)
國(guó)內(nèi)液壓測(cè)試技術(shù)經(jīng)過(guò)多年發(fā)展，在硬件方面基本達(dá)到了歐美日等國(guó)家的水平。但在幫助液壓產(chǎn)品研制的方面，缺乏對(duì)試驗(yàn)方法的理論支撐，在分析試驗(yàn)方法和輔助分析軟件應(yīng)用等方面差距較大。因此，今后液壓測(cè)試技術(shù)除了繼續(xù)完善提升現(xiàn)有技術(shù)外，應(yīng)該在以下方面著力加強(qiáng)。
2.，模擬主機(jī)環(huán)境的測(cè)試技術(shù)
所有液壓元件及液壓系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)的測(cè)試驗(yàn)證，應(yīng)該盡量模擬主機(jī)裝機(jī)的真實(shí)運(yùn)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(cè)試，才能研制出合適的產(chǎn)品。既不會(huì)達(dá)不到設(shè)計(jì)指標(biāo)，也不會(huì)造成較大的設(shè)計(jì)余量。尤其是液壓泵、液壓馬達(dá)、液壓閥等液壓核心器件更應(yīng)該予以考慮。比如:同一臺(tái)液壓泵，裝在起重機(jī)和挖掘機(jī)上，雖然工作壓力及轉(zhuǎn)速都沒(méi)有超過(guò)液壓泵額定值，因運(yùn)行狀態(tài)不同，壽命肯定不同，且差異可能還比較大。
1)隨機(jī)載荷譜的研究
絕大部分機(jī)器的運(yùn)行都是無(wú)規(guī)律的，所承受的載荷也是隨機(jī)的。但因機(jī)器的不同，隨機(jī)中又有一定的規(guī)律可循。因此，需要根據(jù)主機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，研究相適應(yīng)的隨機(jī)載荷譜用于測(cè)試產(chǎn)品。國(guó)內(nèi)在材料強(qiáng)度等領(lǐng)域有一些研究及應(yīng)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(guó)標(biāo)規(guī)定的測(cè)試載荷譜也不是隨機(jī)載荷譜。
2)模擬環(huán)境因素的測(cè)試技術(shù)
液壓產(chǎn)品在裝機(jī)運(yùn)行中，工作性能總是受到運(yùn)行環(huán)境因素的影響。比如，因主機(jī)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(qū)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(fù)合應(yīng)力的共同作用下測(cè)試產(chǎn)品性能，才能更加真實(shí)地反映產(chǎn)品裝機(jī)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(cè)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(duì)民品領(lǐng)域的液壓產(chǎn)品，試驗(yàn)室條件下的環(huán)境測(cè)試工作幾乎是空白，主要以隨主機(jī)考核為主。今后該測(cè)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(cè)試。某航天研究所搭建的液壓產(chǎn)品三綜合測(cè)試臺(tái)，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(tái))，環(huán)境溫度因素(通過(guò)高低溫箱)進(jìn)行試驗(yàn)，對(duì)產(chǎn)品的研制起到了重要的作用。
2.2模擬主機(jī)系統(tǒng)的測(cè)試技術(shù)
該技術(shù)需要按主機(jī)液壓系統(tǒng)的配置情況及相對(duì)位置，按1: 1的比例，在地面搭建系統(tǒng)測(cè)試臺(tái)。目的主要是為了測(cè)試各液壓元件和液壓系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。通過(guò)先期測(cè)試驗(yàn)證，得到優(yōu)化匹配的液壓系統(tǒng)。航空領(lǐng)域的“鐵鳥(niǎo)”臺(tái)，潛艇領(lǐng)域的“鐵魚(yú)”臺(tái)等就是運(yùn)用的此類(lèi)測(cè)試技術(shù)。
該類(lèi)測(cè)試技術(shù)的難點(diǎn)主要有兩方面。一方面是加載裝置的設(shè)計(jì)。需要模擬主機(jī)運(yùn)行時(shí)承受的各種復(fù)合載荷;另一方面是輔助分析軟件的應(yīng)用。今后，系統(tǒng)匹配測(cè)試應(yīng)該是半物理和分析仿真軟件的有機(jī)結(jié)合。
2.3加速壽命試驗(yàn)技術(shù)
壽命試驗(yàn)是液壓元件及系統(tǒng)必需要做的測(cè)試項(xiàng)目。隨著國(guó)內(nèi)裝備制造業(yè)的不斷發(fā)展，對(duì)液壓產(chǎn)品壽命的要求也不斷提高，一些要求高的主機(jī)提出的壽命要求甚至達(dá)到3萬(wàn)小時(shí)。按一年365天，每天24小時(shí)不間斷試驗(yàn)，都需要三年半。如果其中有一些問(wèn)題需要反復(fù)，加上測(cè)試設(shè)備也需要維護(hù)，試驗(yàn)時(shí)間就更長(zhǎng)了。因此，加速壽命試驗(yàn)就成為了必然的選擇。
加速壽命試驗(yàn)的統(tǒng)一定義最早由美羅姆航展中心于1967年提出，加速壽命試驗(yàn)實(shí)際上是在進(jìn)行合理工程及統(tǒng)計(jì)假設(shè)的基礎(chǔ)上，通過(guò)提高產(chǎn)品的試驗(yàn)參數(shù)，如轉(zhuǎn)速、壓力、動(dòng)態(tài)沖擊頻率等，利用與物理失效規(guī)律相關(guān)的統(tǒng)計(jì)模型對(duì)在超出正常應(yīng)力水平的加速環(huán)境下獲得的信息進(jìn)行轉(zhuǎn)換，得到產(chǎn)品在額定應(yīng)力水平下的特征可復(fù)現(xiàn)的數(shù)值估計(jì)，但不改變產(chǎn)品失效分布的方法。俄羅斯蘇一27飛機(jī)主液壓泵采用的就是加速壽命試驗(yàn)，加速比達(dá)到了1:8，也即是加速試驗(yàn)1h，等同于可靠性壽命達(dá)8小時(shí)。國(guó)內(nèi)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(yàn)方面開(kāi)展了一些研究應(yīng)用。但總體來(lái)說(shuō)，缺乏足夠的理論及實(shí)踐基礎(chǔ)，難以形成普適性的加速壽命測(cè)試方法。今后，應(yīng)該借助國(guó)家項(xiàng)目，采取院校與企業(yè)聯(lián)合的方式，結(jié)合國(guó)外的專(zhuān)業(yè)技術(shù)公司，研究液壓產(chǎn)品加速壽命測(cè)試方法，有效縮短產(chǎn)品的研制周期及試驗(yàn)成本。
2.4修訂國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)
國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)是一個(gè)國(guó)家指導(dǎo)行業(yè)發(fā)展的規(guī)范、準(zhǔn)則。有關(guān)部門(mén)應(yīng)該積極組織相關(guān)院校、科研院所及企業(yè)，及時(shí)總結(jié)國(guó)內(nèi)液壓測(cè)試技術(shù)一段時(shí)間以來(lái)的成果和經(jīng)驗(yàn)，充分考慮今后的發(fā)展趨勢(shì)，及時(shí)修訂完善或制訂新的液壓測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)。從國(guó)家層面，引導(dǎo)整個(gè)液壓行業(yè)的提升和發(fā)展。
2.5數(shù)字化測(cè)試工作平臺(tái)
通過(guò)平臺(tái)軟件的規(guī)劃管理，最大限度地提高測(cè)試效率。為企業(yè)提供測(cè)試協(xié)同工作平臺(tái)，使液壓產(chǎn)品測(cè)試的準(zhǔn)備、執(zhí)行、分析、評(píng)估四大階段處于自動(dòng)和受控的狀態(tài)，對(duì)測(cè)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(cè)試數(shù)據(jù)中獲取知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，達(dá)到改進(jìn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)，提高產(chǎn)品質(zhì)量，提升企業(yè)生產(chǎn)力和競(jìng)爭(zhēng)力的目的。
3結(jié)束語(yǔ)
借助我國(guó)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(jī)，國(guó)內(nèi)液壓測(cè)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(duì)液壓測(cè)試設(shè)備在性能及數(shù)量上均會(huì)有更多的需求。
當(dāng)然，液壓測(cè)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(wěn)定性、一致性得到強(qiáng)化，液壓測(cè)試技術(shù)才能有效促進(jìn)液壓行業(yè)的發(fā)展。
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