液压泵的试验油路及方法

出处：按学科分类—工业技术 北京理工大学出版社《新编液压工程手册下册》第2158页（4253字）

(1)液压泵的主要性能表达式

因为试验油路是为一定的试验目的服务的，离不开具体的试验内容。要求测试液压泵的各种性能指标，而这些指标又与各种参数有关。有关液压泵的主要性能表达式有：

排量Vp

VP=(q／n)×10³ (mL／r)

式中 q为泵输出的实际流量(L／min)；

n为泵轴转速(r／min)。

泵的空载排量V_Pk为空载时测出的排量最大值。

泵轴输入的理论转矩T_Pth

式中：p_h为泵的出口压力(MPa)；p_i为泵的进口压力(MPa)。

容积效率η_PV

η_Pv=(V_P／V_Pk)×100%

机械效率η_Pm

η_Pm=(TP_th／T_P)×100%

泵轴输入功率P_i

P_i=1．05×10^－4T_Pn(kW)

式中：T_P为泵轴输入转矩(N·m)；n为泵轴转速(r／min)。

泵输出功率P。

式中：△p为泵的进、出口压力差(MPa)；q为泵实际输出流量(L／min)。

总效率η_p

实际输出流量q

q=V_pn×10^－3(L／min)

漏损流量q_L

q_L=V_pkn×10^－3－q(L／min)

根据上述性能参数，可见需要在试验中测量的参数应包括：

进口压力p_i、出口压力p_h、输出流量q、壳体外漏流量q_Le、泵轴转速n、泵轴输入转矩T_Pi等。属于试验条件的参数有：油温(进、出口处油温和回油管道油温等)、工作油粘度、室温、湿度等。为了考核泵的全面性能，除了一般的性能试验外，还应包括：输出压力脉动的测量，高、低温试验，自吸能力试验，可靠性试验(寿命试验、耐污染试验)，振动和噪声的测量等等。

(2)液压泵的性能试验油路及方法

A．定量泵或单向变量泵的开式和闭式油路

试验油路，如图36．2－22所示。(a)图为开式油路。所谓开式油路就是被试泵直接从油箱中吸油，而通过试验系统后的回油又直接返回油箱，不参加工作循环。这样油液在油箱中可得到充分沉淀和逸散气泡，油温也可以比较稳定。但此油路只适应于具有一定自吸能力的泵的试验，油路简单。(b)图为闭式油路。其特点是试验后的回油不是返回油箱而是直接馈入被试泵入口。因此，被试泵所需油液不是直接从油箱中吸油，而是试验后回输的油液；由于试验时的中间环节的损耗，回油流量不能满足被试泵的需求，此部分差值流量由供油泵提供。由于试验后的回油状态是油温高、含有一定的脏物，不能满足试验对油液的要求，所以要求先经过过滤器和冷却器，以保证油液的清洁度和油温符合试验要求后再供给被试泵。被试泵入口压力由低压溢流阀调节。

图36．2－22 液压泵性能试验油路图

1－被试泵；2－加载溢流阀；3－冷却器；4－低压溢流阀；5－供油泵；6－回油滤油器

B双向变量泵的试验油路

图36．2－23所示为试验油路图。此油路属于闭式油路。当变量机构过零改变方向时，泵的进、出口互相易换。为了不改接外部油路，采用了由四个单向阀组成的“整流油路”。在变量机构过零变向时，供油泵通过“整流油路”自动改变供油方向。为了保护主油路中的低量程压力表，在表前应串联超压切断阀。流量在回油路中测量。

图36．2－23 双向变量泵试验油路图

1－可调速直流电动机；2－转矩、转速仪；3－被试泵；4－压力表；5－超压切断阀；6－温度计；7－单向阀×4；8－加载阀；9－过滤器；10－冷却器；11－流量计；12－供油泵；13－低压溢流阀

C．液压泵性能试验方法

(A)泵的空载排量V_Pk的测定

泵的排量是泵固有的结构参数，它可由公式计算获得，但由于零件制造时的公差等因素，所以计算出的为名义排量，真正的排量应由试验来测定，每台泵的具体排量值是不同的。国标GB7936－87《液压泵、马达空载排量测定方法》中对如何测定有所规定。

首先规定了空载条件，即泵的输出压力不超过5%的额定压力或0．5MPa的工况。意味着要求泵出口的后续油路阻力要尽量小，目的在于保证空载条件，进而认为此时泵的漏损流量最小，使测出的排量数据可靠。具体的测定方法是在不同的转速n下测出空载工况下的流量q

V_Pk=q／n

由于所有的液压泵其输出流量都是脉动的，这是泵的固有特性。当脉动流量通过固定液阻时将要产生压力脉动，这就要引起输入转矩的脉动，也就要引起泵轴转速n的脉动。为了获得准确的空载排量值，在测定流量q和转速n时，一定要求是同一时刻的对应值。即是q，n要同时测量。

(B)流量的测量

根据液压泵性能试验的工作原理，要求测量的流量是在一定压力工况下的容积流量q_Vh，应该在泵出口和加载阀之间测量。在具体的试验时，由于找不到高压流量计，很多单位都将低压流量计安装在回油管道中测量。此为低压下的回油流量q_r。也就是说q_r能否代表q_Vh呢?因为测量的是体积流量，而油液的体积与压力和温度有关，压力和温度对体积的影响可由油液的可压缩率C和油液的体胀系数α来表征。C是与油液的等温容积模数β互为倒数的。泵输出压力p_h大于回油压力p_r；温度t_h＞t_r，因为流量计是安装在冷却器之后。可见所测出的回油流量q_r．不能代表泵输出口高压下的流量q_Vh，因而必须进行修正。由于压缩性的影响，低压处油的体积要膨大；由于温度的影响，温度较低的回油路中油的体积要缩小。故有

q_vh=q_r［1－C(p_h－p_r)+α(t_h－t_r)］

－般认为油液在大气压下约含10%的空气量，此时可取β≈700MPa。对于石油基油液，体胀系数α=0．5×10^－3(°F)^－1=0．9×10^－3(℃)^－1。

(C)输入转矩的测量

由于泵轴输入转矩对压力的误差和压力的变化很敏感，所以要求转矩值和泵输出压力值同时测量以减小压力波动的影响。

为了测量被试泵的总效率，由前述可知，总效率是泵输出的液压功率q(p_h－p_i)与输入的机械功率(T_Pn)之比。而其中流量q与压力和泵轴转速n有关；转矩与泵进、出口压差有关，所以为了获得合理的、真实的总效率，要求此四个参数也必须是在同一时刻测量的值。而测量仪器对被测参数进行同步采样是可以做到的。

(D)恒压变量泵恒压静特性曲线的自动连续描绘的试验方案

图36．2－24所示为此试验方案的油路图及测试原理图。加载阀采用比例溢流阀，可以通过电信号来连续改变其节流口的大小，使被试泵输出压力p达到连续可调。此电信号由超低频信号发生器6提供超低频的三角波信号。频率为0．01～0．02Hz；振幅由被试泵最大试验压力而定。泵出口压力由压力表3a监控，由压力传感器3b测量，输出电压U_p代表所测压力。泵的输出流量q由流量传感器测量，输出电压U_q代表所测流量。将U_p输往X－Y记录仪的X轴作为自变量；U_q输往Y轴作为因变量。在三角波信号的激励下，系统工作一个工作循环，X－Y记录仪记录笔就自动连续描绘出恒压变量泵的流量——压力特性曲线，即恒压静特性，如图(b)所示。

图36．2－24 恒压变量泵静特性试验油路及测试原理图

1－可调速直流电动机；2－被试泵；3a－压力表；3b－压力传感器；4－加载比例阀；5－流量传感器；6－超低频信号发生器；7－比例控制器；8－比例电磁铁线圈；9－X－Y记录仪

(E)液压泵性能试验的CAT

因为试验方法标准中要求在不同的泵轴转速和出口压力下测量与效率有关的数据，然后绘制性能曲线和等效率特性曲线图。这就要求试验的点数要足够多，还要绘制很多中间的过渡曲线，才能绘出比较连续的等效率、等功率曲线。既费时又费力。由于计算机进入液压试验领域，通过开发CAT的软、硬件系统，现已获得成功，只要在压力和转速的规定范围内，均匀分布20～30试验点，就可在试验工作完成的同时，计算机就可驱动绘图机自动绘出试验标准要求的特性曲线、等效率曲线和打印出的试验数据、误差分析数据等。图36．2－25所示为由CAT系统所得的曲线图。(a)为被试泵的特性曲线；(b)为等效率曲线图。

图36．2－25 由CAT所得的液压泵特性曲线图