PCI-1171数据采集卡在溢流阀特性检测中的应用研究

章　鸿

(四川信息职业技术学院，四川 广元 628040)



PCI-1171数据采集卡在溢流阀特性检测中的应用研究

章鸿

(四川信息职业技术学院，四川 广元 628040)

摘要：溢流阀是液压系统中必不可少的重要元件，主要作用是对液压系统进行稳压、调压和限压，其性能好坏对整个液压系统的工作性能有很大影响。传统方法无法检测其动态特性，静态特性的检测也存在效率低、精度差且分析不方便等诸多问题。选用PCI-1171总线数据采集卡作为数据采集卡，设计了一套溢流阀数据采集与分析系统，将液压系统与数据采集卡通过计算机有机地结合起来，并通过计算机进行通信和数据处理，配合可视化的监测界面，使检测者可以实时地观察溢流阀的动态特性曲线，并可方便地在线采集各种实验数据，很好地实现了溢流阀动态特性的检测，同时提高了静态特性数据采集的准确性与效率。该系统在调试成功后，通过大量实验，验证了其准确性与可靠性。具有较强的实用性与推广价值。

关键词：液压系统；数据采集；溢流阀；静态特性；动态特性

1问题的提出

溢流阀的主要作用是对液压系统进行稳压、调压和限压，几乎应用在所有的液压系统中，其性能好坏对整个液压系统的工作性能有很大影响[1]。根据溢流阀的工作原理，溢流阀分为先导式和直动式。溢流阀的性能包括溢流阀的静态性能和动态性能。溢流阀的静态性能是指阀在系统压力没有突变的稳态情况下，所控制流体的压力、流量的变化情况。溢流阀的静态特性评价指标主要有压力-流量特性、启闭特性、压力调节范围、流量许用范围和卸荷压力等。其中启闭特性是表征溢流阀静态性能好坏的重要指标，一般用开启压力比率和闭合压力比率表示，开启比率应≥90%，闭合比率应≥85%。先导式溢流阀的正常启闭特性曲线如图1所示[2]。溢流阀的动态特性是指在系统压力突变时，阀的响应过程中所表现出的性能指标。将处于卸荷状态下的溢流阀突然关闭时，阀的进口压力迅速提升至最大峰值，然后振荡衰减至调定压力，再使溢流阀在稳态溢流时开始卸荷。溢流阀的动态特性曲线如图2所示[3]。溢流阀的动态特性评价指标主要有：压力超调量，即Δp/pT×100%，性能良好的溢流阀的压力超调量一般应≤30%；压力上升时间Δt1，它反映阀的快速性；过渡过程时间Δt2；压力卸荷时间Δt3。

图1　溢流阀的启闭特性曲线图

图2　溢流阀的动态特性曲线图

目前，对于溢流阀静态性能的测试主要通过手动阀控制压力与流量，通过压力表与流量计观察并记录检测数据，然后试验人员根据数据手工处理，得到溢流阀的静态性能。而对于溢流阀的动态性能的测试则因为数据的快速变化，根本无法手动记录，往往只能通过人的经验来判断其性能的优劣。显然通过这种方式得到的结果将带有严重的人为误差，效率低，精度差，而且试验过程操作繁琐，分析不方便[4]。针对上述情况，本文研究采用通过计算机安装PCI-1711多功能数据采集卡，设计一套溢流阀数据采集与分析系统，实现对溢流阀性能高效、准确地检验、评价与监测。

2数据采集卡联调

PCI-1711采集卡是一款功能强大的低成本多功能PCI总线数据采集卡，支持即插即用。在安装插卡时，用户不需要设置任何跳线和DIP拨码开关。

2.1数据采集卡安装与调试[5]

1)在计算机关机状态下，将PCI-1711板卡插入到计算机后面空闲的PCI插槽中。

2)开机检查板卡是否安装正确，通过右击“我的电脑”，点击“属性”，弹出“系统属性”框；选中“硬件”页面，点击“设备管理器”；通过弹出画面可以判定板卡是否已经成功安装。

3)用PCI-1711板卡厂家提供的配置软件DevMgr对板卡进行自动配置。

4)配置完成后，可对板卡进行测试，在开始菜单中依次选择“程序”、“Advantech Device Driver V2.1”和“AdvantechDevice Manager”,打开“Advantech Device Manager”，即可测试板卡各项功能。

5)信号连接。为了达到准确测量并防止损坏应用系统，正确的信号连接是非常重要的，用户只要严格按照说明书进行操作即可。

2.2溢流阀性能检测界面设计

为了实现不同的功能，用户需要编写相应的程序。PCI-1711板卡支持不同语言(VC、VB和C++ Builder等)，厂家都提供有相应实例，基于VB的溢流阀静态特性检测界面如图3所示，溢流阀动态特性检测界面如图4所示，2个界面可以通过单选按钮与返回按钮进行切换。界面设计时充分考虑了硬件连接、数据监测及数据采集的可视化，具有很强的实用性[6-7]。

图3　溢流阀静态特性检测界面

图4　溢流阀动态特性检测界面

3溢流阀性能检测

3.1检测对象的选取

本次检测对象为一批型号为DB10-1-50B/100U的先导式溢流阀，该阀是液压综合实训台上的标准配置，适用于低压系统，其性能参数见表1。

表1　先导式溢流阀的性能参数

3.2静态特性检测

1)根据检测原理连接液压回路，进行流溢阀静态特性(开启)检测。

2)顺时针调节阀4手柄使其开度处于最小状态，调节系统工作压力至6 MPa。

5)重复步骤4，记录6组以上检测数据。为了准确测定其启闭压力，在流量发生突变处应进行密集采点。

表2　溢流阀静态特性(开启)检测数据

表3　溢流阀静态特性(闭合)检测数据

图5　溢流阀静态特性(启闭)特性曲线

溢流阀静态特性(关闭)检测是(开启)检测的逆过程，操作步骤相同，只是将压力从大调到小进行数据采集。

3.3动态特性检测

1)根据检测原理连接液压回路与电气控制线路。

图6　溢流阀的实际动态特性曲线

4检测结果分析

通过记录的检测结果来看，合格溢流阀的实际静态特性曲线和动态特性曲线与理想曲线高度吻合。本次共检测了12个先导式溢流阀，在检测过程中，有1个阀的检测数据与图线出现了异常，拆开阀体检查发现阀芯阻尼孔有一定程度的堵塞，经修理后再次检测，一切正常。由此可见，该数据采集系统能准确、可靠地对溢流阀实施性能检测，利用该系统不但可快速准确地评价溢流阀的性能，同时还可监测在线工作的溢流阀的故障状态，为液压系统的验收与故障排除提供有力的帮助，该系统应用研究结果具有较强的实用性与推广价值。

参考文献

[1] 杨国来，李静，许敏影，等．先导式溢流阀静动态特性的仿真研究[J]. 新技术新工艺，2013(1):9-11.

[2] 万建华．一种高速采集卡在环境模拟试验设备中的应用[J]. 机械研究与应用，2010(1):15-16.

[3] 章宏甲．液压与气压传动[M]. 北京：机械工业出版社，2005．

[4] 牛征，牛玉广，申斌，等． 液压设备的数据采集与分析系统的设计与应用 [J]. 液压与气动，2003(3):5-7．

[5] 王利强．计算机测控系统与数据采集卡应用[M]. 北京：机械工业出版社，2007．

[6] 李淑清． 基于VB的液压实验数据采集及处理系统[J]. 机械设计与制造，2008(6):91-92．

[7] 张永超，魏秋月． 液压系统远程在线状态监测[J]. 液压与气动，2010(1):10-11．

责任编辑彭光宇

北方车辆集团签订“天狼”北斗指挥系统合作协议

11月11日，中国兵器工业集团北京北方车辆集团公司与西安博宇信息科技有限公司签订了“天狼”空天地一体化北斗指挥系统战略合作协议，标志着北方车辆集团正式进入应急指挥系统市场。

近年来，北方车辆集团立足市场需求、挖掘自身技术特点、转变资本运营观念，在特种车辆和改装车技术的基础上，积极转变观念探索市场运行模式创新，实现经济新常态下，企业健康、快速发展。此次，北方车辆集团引入社会资本，与西安博宇信息科技有限公司以合资合作的方式，使公司的车辆制造技术与社会的商业资本运营能力相结合，共同开发应急指挥系统市场，推进合资公司发展，最终实现合资公司整体上市。

——摘自国防科技成果转化网

PCI-1171 Data Acquisition Card in the Application of Relief Valve Features Detection Research

ZHANG Hong

(Sichuan Information Technology College， Guangyuan 628040， China)

Abstract：Overflow valve is an important component in the hydraulic system, the main function is to regulate the hydraulic system, the pressure regulating and limiting pressure. Its performance has a great influence on the performance of the whole hydraulic system, the traditional method can’t detect its dynamic characteristic, the static characteristic of the test is also low efficiency, poor accuracy and analysis is not convenient, and many other problems. The selected data acquisition card is the PCI-1171 bus data acquisition card, support for plug and play. In this research, we combine the hydraulic system and data acquisition card through the computer. Through the computer to communicate with data processing, with the visual monitoring interface, the detection of the dynamic characteristic curve can be easily acquired. The system can achieve the detection of the dynamic characteristic of the overflow valve, and improve the accuracy and efficiency of the static characteristic data acquisition. After debugging the system successfully, the accuracy and reliability of the system is verified by a lot of experiments.

Key words:the hydraulic system， data acquisition， the overflow valve， static characteristic， the dynamic characteristic

收稿日期：2015-05-27

作者简介：章鸿(1977-)，女，副教授，大学本科，主要从事电液联合控制技术、机械设计与制造等方面的研究。

中图分类号：TH 137

文献标志码:B