電液或機械液壓閥功能和流體壓力及流量功能測試

本發明涉及一種用于確定液壓和類似的流體系統及其部件(如電液或機械液壓閥)的特性的方法。更具體地說，它涉及產生相關的電氣或機械功能和流體壓力-流量功能的設備，以便可以確定和控制液壓系統或其部件的特性。

在液壓系統部件(如電液或機械液壓閥)的測試中，必須提供一種控制和/或測量與其功能有關的三個變量的方法。這三個變量 是壓力、流量和組件的控制輸入。這三個變量 之間的基本數學方程以偏導數的形式表示如下::

 

式中，P為負荷壓力，F為負荷流量，X為被測液壓元件或閥的控制輸入。數學方程是隱式的， 如果其中任意兩個變量被建立或控制為自變量，則第三個變量被建立或稱為因變量?，F有技術包括在零出口壓力或負載壓力下讀取通過閥門的各種內部條件(開啟)的流體流量的裝置。

現有技術還包括在各種內部條件和零流量條件下確定閥門出口或負載壓力的方法。這些簡單地涉及到使用被測閥門作為流量控制裝置來驅動用于流量校準的活塞。這樣的。裝置必須以這樣--種方式制造，即內部摩擦不會產生實質性的負載壓力。在以前的設備 中沒有方法來確定液壓系統(或其組件)的壓力相對于其各種內部條件下的流量。在以前的設備中， 都不可能像在實際環境中那樣容易地模擬和確定液壓元件的特性。

本發明的一項重要目標是提供一種新的液壓或類似流體測試設備，該設備能夠單獨或結合任何流體系統或其組件的其他變量對任何變量進行靜態和動態測量。通過小心地控制三個變量(壓力、流量和液壓元件的內部特性)中的一個或兩個，可以測量對其他變量的影響。

本發明的另一個重要目標是提供-種產生流體流動條件的新方法，該方法允許對這些條件進行簡單而準確的測量?；钊?nbsp;在氣缸中被驅動以產生所需的壓力和流量。流進和流 出氣缸的流體與置換活塞的線速度成正比，這很容易測量。因此， 提供了一種測量流量的簡單方法。

本發明的另一個重要對象是提供能夠產生大范圍流量和壓力的水力發電機。限定的體積液壓油在封閉的缸是強迫活塞在一個精確控制的力量，以規定的速度。

. 本發明的另一個重要目標5是提供-種方法,通過這種方法可以產生流體流量對壓力,并以高度的準確性進行測量。所述活塞 由操作連接的氣缸和活塞所產生的精確力驅動,活具有一個加壓驅動液源，該驅動液源由一個輸入信號(該輸入信號是所需輸出壓力的函數直接控制。輸入 信號到液壓驅動器的活塞在發電機缸通過伺服反饋回路的結果進行比較。執行機構然后自動調整15這伺服系統，以取消任何錯誤，以提高精度。本發明的另一個重要目標是提供一種新穎的方法，通過不受內摩擦影響的裝置可以產生液壓壓力和流量”。內部摩擦是由饋回一個信號相對于發電機活塞的壓力，這個信號將被用來操作閥門致動器將移動活塞抵消摩擦的傾向。

本發明的另一個重要對象是提供反饋手段來控制相對于發電機活塞的速度和位置的條件。

本發明的其他對象和優點將從閱讀下列規范中變得明顯，特別是當結合附圖時，其中相似數字表示相似元素。

圖1是整個液壓試驗設備的示意圖，通過該設備可以進行本文所述的各種試驗。

圖2是在不同的內部條件下，典型流體元件在零壓力下流動的特性曲線。

圖3是類似的特性曲線，其中在零流量下測量了不同內部條件下的液壓元件的壓力。

圖4是被測液壓或流體元件在不同內部條件下的壓力與流量的綜合曲線。

本發明“提供了一種方法，通過該方法可以同時或單獨地測量、編程(控制)或伺服三個相互關聯的變量，即流體組件的壓力、流量和內部條件，以執行所需的測試。- 個或兩個變量可以被編程，另一個變量可以被測量。在某些情況下， 兩個變量的規劃導致對第三個變量的控制。這三個變量中的每一個都可以以允許其他變量遵循規定的程序功能曲線的方式被額外地服務。

在本發明提供的三種通用條件(測量、編程或伺服)的適當組合下進行試驗，可以對液壓系統或其組件進行完整分析。壓力、 流量和內部條件這三個變量都可以通過以下四種方式進行獨立或相互關聯的編程:

a.每一種都可以保持在零水平不變。

b.每一個都可以在任何固定的水平.上保持不變。

c.每一層都可以服從一個斜坡函數，以預先確定的速率從一層遞進到另一層。

d.每一種都可能引起振蕩，例如，作為正弦波。

四種方式中的每一種都提供了一個反饋回路，以便每一種方式都可以伺服以實現極其精確的控制。

圖1所示為液壓試驗設備，可通過該設備對液壓系統和部件(如電動或機械操作的閥)進行試驗。圖1中包括兩個基本組件，第一個是產生流體壓力和流動的手段，其主要部件是一個測試缸10。氣缸10在兩端閉合，其中有活塞11進行往復運動。液壓油被限制在。 活塞的兩邊。導管14和導管 15分別連接在氣缸1G和被測部件20的兩端?；钊?nbsp;1 1通過活塞桿21來前后受力。受限流 體被強迫通過導管14和15以及組件20。通過精 確預定的流量和壓力功能來強制活塞，流量、壓力和部件20的內部特性可以進行校準和測試。

圖1中所示的另一個主要組件是液壓執行器伺服系統，用于按預定速度或速度變化迫使活塞11。它包括執行器氣缸25很像測試氣缸10。氣缸25有- -個活塞26和ccmduifs 29和30 通向每一端?；钊麠U21固定在活塞26上,就像它固定在活塞11上一樣。因此， 活塞11 和活塞26作為一個整體一起移動。止動閥27用于 防止活塞26關閉管路29和30。液 壓供應33提供壓力下的流體來源。管道34和35攜 帶流體進出一個電控液壓閥36，它控制壓力流體到執行器氣缸25的通道。電液閥36控制著液量液量和液量到氣缸25的哪- -端。電 液閥36由放大器40的信號控制,放大器40通過線路43接收函數發生器42的控制信號。函數發 生器42可以由一個凸輪驅動電位器、一個或多個積分器或任何其他信號源組成，這些信號源將提供適當的信號，使液壓液的適當流量到氣缸25產生必要的液壓功能。.

組件20可以是一個完整的液壓系統，包括閥門、管道或其任何部分。如果部件或元件- 是電控的信號直接從放大器50可能提供控制。如果 是機械式的，則必須提供一些介入性的電動控制手段，以便通過電信號來設定內部條件。電信 號由放大器50提供。從函數發 生器51接收控制信號。函數發生器51與函數發生器42類似，可由產生信號以產生被測部件20所需的內部特性的任何裝置組成。設有導管46,用于流體從液壓供應器33流向被測液壓部件20;設有回流導管47,從液壓供應器20流向被測液壓部件33。

提供了兩個基本的伺服反饋回路。一個回路將測試缸10所產生的壓力和流量的函數信號反饋給函數發生器42，另一個回路反饋給發生器51。位 置傳感器55、速度傳感器56和加速度傳感器57各感.應活塞桿21的這些條件。由 每個這些傳感器產生的信號可以選擇性地反饋回函數發生器51或42。測試缸10的內壓力由差壓傳感器58感知。壓力傳感 器5S的信號可以通過開關62連接到任一基本反饋回路。所提供的開關裝置可以將用于變化測試的選定信號傳輸到函數發生器42或51。開關66提供了從位置傳感器55到函數發生器51的連接。開 關67將速度傳感器56連接到函數發生器51，而開關68將加速度傳感器57連接到函數發生器51。同樣， 開關71、72和73提供了從。傳感器55-57到函數發生器42。因此， 反饋信號可以以液壓設備各種測試所需的任何方式連接。.

對于液壓系統和部件的大多數測試，要么使用壓力伺服回路，要么使用速度回路。壓力 伺服回路通過將開關62從壓力傳感器58連接到采集點63來設置。71 到73的開關會打開。然后，函數發生器42的信號輸入將被一個相對于in的微分信號平衡。測試缸10中活 塞11兩側腔室之間的壓力。這個信號通過，行43放大器40將有助于控制活塞26和因此活塞1 1的運動。

速度回路可通過關閉開關72和打開開關62來設置。傳 感器56所感知到的與活塞11的速度成比例的信號被應用到函數發生器42，將其信號修改為放大器40和電液閥36。

從圖1中可以看出其他伺服組合。閥36周 圍的位置伺服或加速伺服可由關閉開關71、72或73實現。在被測部件20周圍，壓力、位置、速度或加速回路可由開關62、開關66、開關67或開關68來影響。任何雙回路組合也可能，如速度回路到閥門36和壓力回路到組件20。本發明的裝 置提供多種讀數，從而使設備在液壓元件的測試中具有很大的靈活性。提供 了一個XY繪圖儀76， 它將讀取和繪制來自傳感器和函數生成器的任何信號組合。圖中 顯示了可能的繪圖示例.2 3 4。.

在每個伺服回路中，可以在液壓設備上進行多次測試。例如， 使用壓力回路，可以根據如圖2所示的各種閥門開口的零壓力繪制流量,或者可以根據圖4所示的液壓組件的負載壓力繪制流量特性。速度環將 允許類似的測試。

組件20將被當作一一個閥門來解釋圖1所示的組合。通過保持其中一個變量(壓力、 流量或內部條件)在一個固定的水平，可以改變另外兩個變量中的一個，以確定其對第三個變量的影響。通過將 壓力保持在零，可以改變閥門的開度并測量流量。當在這些條件 下繪制出閥門開度隨流量的變化曲線時，將得到如圖2所示的曲線。在此測試中， 將連接閥20，以便在壓力下的流體將從液壓供應33通過管路46、閥20和導管14進入測試缸10。管道 15將通過閥門20連接，這樣就可以通過管道47自由返回到液壓供應33。Tliat是, 液壓供應在壓力下將被迫通過導管46、閥門20和導管14進入氣缸10的左端，迫使活塞11向右。通過測量活 塞的位移速度可以測量通過閥門的流量。速度傳感器56的信號可以。將函數發生 器51’的信號應用到X-Y繪圖儀的X軸上，繪制出如圖2所示的曲線?？梢钥吹?， 函數發生器51 v/i會產生一個信號，使閥20從關閉位置到全開。這個信 號可能在兩個極端之間有任何曲線，但通常是一個斜坡形狀。函數發生 器42將被設置為不產生信號。換句話說，在氣缸10中，活塞11兩邊的兩個腔室之間保持零壓差。因此， 如果壓力在活塞11左邊的氣缸的左端增加，一個信號將被傳輸到放大器40，導致電液閥36打開適當的量，通過導管29釋放壓力在活塞的左邊。執 行機構氣缸25的26,從而使其與活寒11-起向右移動，從而減輕測試氣缸10左端ichamber的壓力積聚。如. 上所述，該運動由傳感器56感知。

本發明的一個重要優點現在很明顯了。通過使用 一個回路系統，測試設備的任何內摩擦都被伺服輸出。假設,一個輸入信號測試閥2眄,導致增加流入測試氣缸10左邊,io所需測試活塞11會無限制地自由移動到輸入流。如果限制確實是由靜摩擦造成的，則會導致氣缸25左端壓力的累積。.與功能發生 器42 設置為零輸入，信號從pres- 15 確定傳感器58將促動閉環同服系統顯踩通過電液閥36和執行器氣缸25,以恢復傳感器58的壓力到零。測試活塞 的平穩運行將得到結果。靜 摩擦的影響將由環路的增益20降到最小。特性的測量不需要通過一個表示測試氣缸摩擦的數字來調整，從而得到一個真實的數字。

閥20的流量特性可以通過執行器氣缸2525周圍的速度回路和被測閥門周圍的壓力回路來確定。發生器42開發了速度函數信號，使活塞11以規定的速度被驅動。被 測閥門20的流量輸出被引入到測試氣缸10的左端。為了 保持正確的流量，氣缸內部的30壓差必須保持在接近零的水平。因此， 壓力傳感器58所測得的壓力必須保持恒定，最好是在零。如 果測試閥20的閥門輸出不能滿足測試活塞11的速度35，就會導致壓力下降。壓力傳 感器58感知到的壓力下降被放大并應用到函數發生器51， 以修改測試閥的輸入信號。 因此，測試閥的輸入信號改為折痕的輸出流量。 當測試閥產生過多的流量時，壓力就會出現相反的情況。由于發生 器42正在開發信號，這是速度或流量,信號可以應用到X- y繪圖儀76的X軸上，給一個真正的45指示流量。函數發生器51的一個信號是閥門開度的真實指示，它被應用到X-Y繪圖器的Y軸上，從而得到如圖1所示的曲線。1.

為了繪制或測量不同閥門開啟位置(如圖3所示)在零5度流量下的壓力特性，有兩種方法可供選擇。最簡單的方法是鎖緊活塞13。 使它不能移動。來自函數發生器51的斜坡信號將應用于閥2@和X-Y圖的Y軸-55ter76。壓力傳感器58發出的信號將被應用到繪圖機76的X軸上。

位置回路可用于停止活塞11的運動，允許在零流量下測試閥門2⑧的壓力測量。 在這種情況下,如前所述，6度閥門連接到液壓供應33，使流量從液壓供應33通過導管46,閥門20，導管14,到測試缸10的左端。在零流量條件下， 活塞不能移動。因此， 執行機構氣缸25 65必須對活塞26的右側施加足夠的壓力，以抵消來自液壓供應器33對導管14的任何壓力。 73開關關閉的函數發生器42設置為零,以便任何信號由活塞桿7°21的運動將被應用到放大器4磯電動液壓閥36進行正確的壓力的壓力.供應通過管道30到33的致動器缸25抵制壓力測試氣缸的左端。

到此為止的討論一般是關于信號的伺服:控制變量或將三個變量。中的-一個設為恒定電平(通常為零)，并在允許第二個和第三個變量遵循不受控模式時測量它們。 函數發生器42和51可以被制造來產生一個信號是恒定在一個零或一個固定的電平(前面描述的)，一個斜坡或振蕩(如正弦波)。 來自函數發生器42和51的信號可以相互關聯或相互獨立。r

為了繪制或測量不同閥門開啟位置(如圖3所示)在零5度流量下的壓力特性，有兩種方法可供選擇。.最簡單的方法是鎖緊活塞13。 使它不能移動。 來自函數發生器51的斜坡信號將應用于閥2@和X-Y圖的Y軸-55ter76。壓力傳感器58發出的信號將被應用到繪圖機76的X軸.上。位置回路可用于停止活塞11的運動，允許在零流量下測試閥門2⑧的壓力測量。 在這種情況下,如前所述，6度閥門連接到液壓供應33，使流量從液壓供應33通過導管46,閥門20，導管14,到測試缸10的左端。在零流量條件 下，活塞不能移動。因此， 執行機構氣缸25 65必須對活塞26的右側施加足夠的壓力，以抵消來自液壓供應器33對導管14的任何壓力。73開關關閉的函數發生器42設置為零,以便任何信號由活塞桿7° 21的運動將被應用到放大器4磯電動液壓閥36進行正確的壓力的壓力.供應通過管道30到33的致動器缸25抵制壓力測試氣缸的左端。

到此為止的討論一般是關于信號的伺服:控制變量或將三個變量中的一個設為恒定電平(通常為零)，并在允許第二個和第三個變量遵循不受控模式時測量它們。 函數發生器42和51可以被制造來產生一個信號是恒定在一個零或一個固定的電平(前面描述的)， -一個斜坡或振蕩(如正弦波)。 來自函數發生器42和51的信號可以相互關聯或相互獨立。 

對于如圖4所示的壓力-流量校準曲線設置函數生成器51為要繪制的每條曲線生成離散值。每條曲線都在- -一個恒定的閥門開度處被敲出。從函數發生 器42得到一個斜坡輸入，并應用于放大器

40和閥36。因此，負載壓力可以在其整個范圍內進行調制。速度傳感器56和壓力傳感器58輸出的壓力與流量曲線在X-Y記錄儀76或其他需要的工具上自動繪制出來。對于不動點可以靜態測量 ,對于一個離散函數可以繪制出整個曲線。

圖4的壓力-流量曲線可以通過使用電液閥36的命令信號來測量，該命令信號是流量的函數，而不是標準的斜坡輸入。因此， 作為流量函數的信號也可以應用到X-Y繪圖器76的Y軸上，減輕了在傳感器56上感知速度的必要性。因此， 函數發生器51將產生一個固定的信號，每運行閥門20 -在測試。 在這種情況下，使用位置傳感器55反饋信號到放大器40和電液閥36來調節其速度。 壓力傳感器58提供一個信號，該信號施加于X- y繪圖儀76的X軸上，以表示如圖4所示的曲線。

人們通常希望知道-個部件或整個液壓系統在受到實際環境的力時將如何反應。這些力包括彈簧對某些部件(如閥門)的偏置作用、流體本身的粘性摩擦力和系統中各種質量的慣性。如圖1所示，

本發明的一個重要特征涉及其模擬這些實際條件的能力。

到目前為止，函數生成器42和51僅被描述為生成函數的方法。在模擬實際環境條件的情況下，需要添加額外的計算機部件，如模擬運算放大器。這些放大器可 以用來調整模擬系統的增益，也可以用來模擬系統中可能存在的各種與頻率相關的項。用類似的方法， 也可以模擬系統中的非線性。由于彈簧效應是線性的， 位置傳感器55可被用來反饋信號給發電機計算機51或發電機計算機42，這將被設置為直接模擬實際系統中的彈簀。系 統中流體的粘性摩擦力表示系統壓力，系統壓力是速度的函數。因此， 速度傳感器S6可以作為反饋信號來模擬發電機-計算機42或發電機-計算機51的速度函數。系統中的質量產生慣量， 慣量與加速度變量成正比。因此， 可以用加速度傳感器57反饋一個信號與發電機計算機42或發電機計算機51的模擬加速度信號之和。因此， 負載壓力可以作為這些變量的任意一個組 合的函數來控制。因此, 通過關閉適當的開關66、67或繞在被測試部件或系統20周圍的一個回路,將提供反饋信號，以便彈簧、粘性摩擦和加速度變量可以在該部分被模擬基于同樣的推理，開關71、72或73或所有三個都可以在閥門36周圍關閉，以向該部分系統的模擬信號提供反饋信號。指出它將測試活塞11區不需要對應于實際的活塞區用于實際系統,因為增益等于彈簀效應方面，粘滯摩擦效應和加速度的影響實際系統可以擴展到預期水平。

如果存在可能影響系統運行的環境變量，如溫度和外部壓力，則可以通過提供一個環境室來設置,在該環境室中可以關閉如圖1所示的系統的操作部件。需要注意的是， 由于模擬和實際的所有指令功能都是電性的，所以系統的液壓元件、執行器缸、測試缸、電液閥、被測元件，甚至液壓供應都可能被隔離在一個 密封腔內。電氣和電子設備可以方便地安裝在這個環境室的外部，這樣內部的測試可以被精確地控制。通過提供環境室內必要的溫度和壓力變化，測試設備可以精確地承受這些變量。因此可以看出，本發明很好地適應于實質上液壓元件或系統可能受到的所有試驗和影響。

一種通用液壓試驗臺，能夠完成液壓系統或其部件的所有特性的測試。本發明的能力擴展到系統將要受到的力和影響的精確調度或編程，包括其預期環境的力和影響。.

在公開了我們的發明的細節之后，我們要求下列組合和它們的等價物，我們希望得到專利證書的保護。

聲稱的內容是:

1. 的方法確定液壓元件的特征組成的封閉液的體積的步驟在一個封閉的空間，強行改變音量的大小，進行外國的流體的體積通過組件的特點來確定，傳感的變化率體積，傳感組件的內部特征相關行動的力量和內部條件的存在，并直觀地呈現出體積變化率與內部特性的關系。

2.的方法確定流體的流動特性組件組成的封閉的步驟一個體積的液體在一個封閉的空間，分區卷成兩個小卷,生成一個信號正比于流過的范圍要測試哪些組件的特點，強行改變兩個小卷的相對大小關系的信號，進行液體的減少兩個小卷組件提供-一個流體源來填充兩個較小體積的增量，感知兩個較小體積之間的壓力差，并改變組件內部部件的關系，以保持恒定的壓力。

3.的方法確定流體的流動特性組件組成的封閉的步驟-個體積的液體在-個封閉的空間，分區卷成兩個小卷,提供-種流體從壓力源通過表示組件的兩個小卷提供流體溝通的其他兩個小卷壓力流體的來源，之間的壓差傳感兩個小卷，改變兩個較小體量的相對大小，以便保持兩者之間的零壓差，改變該組件內部部件的關系，以便允許流體以不同的速率流過該組件，并感知兩個較小體積之間關系的變化率。

4.一種確定壓力特性的方法

流體組件在一個范圍的改變內部特征的恒流流體借此的臺階組成的封閉體積的流體在--一個封閉的空間，分區卷成兩個小卷,強行改變兩卷以恒定速率的相對大小，進行流體從減少一兩個小卷的組件，提供一種流體填補的增加兩個小卷,不同組件的內部部件的相對關系，之間的壓差傳感兩個小卷和視覺呈現不同特征之間的不同壓力與兩個小知卷。

5.意味著測試液壓元件組成一個測試氣缸，第一次在測試氣缸活塞致動器缸，第二致動器的活塞缸，活塞桿固定為統-的兩活塞運動，流體壓力的來源，渠道與兩端的交流傳動裝置油缸和來源，意味著控制的致動器的數量和氣缸壓力流體流過，意味著從另--端的致動器返回流體圓柱源，30管道與兩端的交流測試氣缸和被測試的組件,管道與壓力流體的來源在組件和手段來控制組件的內部部件35

6.用來測試液壓元件的方法：“測試氣缸，活塞在測試氣缸往復運動，流體壓力的來源，意味著進行Htid從源到組件測試下，意味著從組件進行流體測試氣缸,40意味著進行流體從測試氣缸組件測試下，意味著從組件進行流體源，意味著迫使活塞縱向測試氣缸，意味著測量活塞的運動,表示測量_活塞的位置，表示控制該組件內部45個部件的關系，表示測量該組件內部各部件的關系。

7.是指測試由限制流體體積的裝置所組成的液壓元件，是指劃分流體的體積，壓力流體的來源，是指控制5管道流體從源到組件，意味著進行流體從組件意味著要限制液體的體積，意味著從局限的方法進行流體體積流體的組件，意味著從組件進行流體源，第一信號55響應意味著將意味著從空間分區，以驅動流體一側，意味著生成所需的特征的第 一信號,意味著第一信號應用于第一信號響應方式，意味著測量的移動分區，意味著6°測量的位置分區方法,第二個信號響應意味著控制組件的內部部件的關系,意味著生成第二信號所需的特點，意味著第二個信號應用于第二個信號響應意味著65年和測量組件的內部部件的關系。

8.是指測試由限制流體體積的裝置所組成的液壓元件，是指劃分流體的體積，壓力流體的來源，是指控制70年管道流體從源組件的測試下，意味著從組件進行流體的手段限制液體的體積，意味著從局限的方法進行流體體積的液體被測試的組件，意味著進行流體從組件到75源，意味著將意味著分區等。驅動流體從空間一側，意味著測量的運動方式分區，分區意味著測量的位置意味著，意味著控制組件的內部部件的關系和手段來測量組件的內部部件的關系。

 9.測試一個液壓元件組成的手段限制液體的體積，意味著劃分流體的體積，流體壓力的來源，意味著進行流體從源組件測試下，意味著從組件進行流體的手段限制液體的體積，意味著從局限的方法進行流體體積的液體被測試的組件，意味著從組件進行流體源，第一信號響應意味著移動分區，把液體從其空間一側說意味著進行流體到組件意味著首先生成一個不同的信號,意味著第一信號應用于第一信號響應意味著，第二個信號響應意味著控制內部開放測試組件的大小和形狀，意味著生成不同的第二信號,意味著第二個信號應用于第二個信號響應方式，意味著對壓力上的差異作出反應的分區的方法來生成一個第三信號，意味著響應的位置意味著分區來生成一個第四信號,意味著響應的速度意味著分區生成五分之一信號，意味著對分區的方法產生的加速度信號，六分之一手段和第三信號與第一信號，意味著和第三信號與第二信號,意味著和第四信號與第一信號，手段和第四信號20第二信號,意味著和第五信號與第一信號,意味著與第二和第五信號信號，意味著和第六信號與第一信號,意味著和手段的第六信號和第二信號,意味著測量的相對15關系內部的部分組件測試下。

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