拖拉机整机液压提升下线测试台的开发及应用

刘江辉，韩建刚，杨倩雯，王宁毅，苑伟，赵亚燊

（洛阳西苑车辆与动力检验所有限公司，河南洛阳 417039）

液压提升系统是拖拉机的重要工作装置[1]。国内对拖拉机提升性能测试做了深入研究[2]，但是在下线测试方面研究很少。在本测试台应用之前，拖拉机行业普遍存在以下现象：拖拉机整机液压输出安全阀开启压力下线测试通过连接专用测试装置测量，与整机提升下线测试工位分开；拖拉机整机提升下线测试通过挂接配重实现，不同的车型需要调节配重，至少需要2名操作人员，调整配重时还需要借助天车，费时、费力，下降结束时配重剧烈撞击地面，噪音很大，提升测试时无法测量提升行程，也无数据记录功能，同样静沉降测试时，也无法得到实时的静沉降数据，试验结果受人为因素影响严重。在拖拉机整机液压提升下线测试方面一直面临以下难题：投入人员数量多、工人劳动强度大、配重挂接困难、测试危险系数高、测试结果受测试人员人为因素影响大、现场测试噪音大、测试节拍慢、无法实时定量精确测试及记录数据、数据无法上传网络等。整个行业在拖拉机整机液压提升下线测试方面没有一个更好的方案。

1 目标

在解决拖拉机整机液压提升下线测试存在的问题的基础上，实现测试台的数字化、智能化。开发的测试台可以实时精准测量、记录各项测试数据并将测试数据传输至服务器；在不同阶段给出相应提示信息，指导操作人员配合操作；测试过程自动记录数据并绘制曲线图，单项测试结束后自动调取评判条件并给出评判结果；测试过程的动作自动切换并准确指示当前状态；单人即可完成拖拉机整机液压提升下线测试。

2 测试系统的开发

2.1 整体架构

测试系统的整体架构如图1所示。拖拉机整机液压提升测试台主要由工控机、可编程控制器、机械主体、液压系统构成；上位机软件基于Labview虚拟仪器技术开发，具有数据库功能；下位机采用可编程控制器，用于控制液压站电磁阀、电机等执行机构；测试台通过互联网将测试数据传输至服务器。

图1 整体架构Fig.1 The overall structure

2.2 机械结构

机械结构主要由提升加载总成和前张紧总成组成。提升加载总成包括加载臂、加载油缸、直线导轨、位移传感器、护罩等，主要完成快速提升动作以及静沉降动作。前张紧总成包括牵引油缸、张紧带、滑轮、底座等。机械结构如图2所示。

图2 机械结构Fig.2 The mechanical structure

2.3 液压系统

液压系统主要有油缸、电磁阀、比例阀、电机、油泵、滤芯等组成。液压原理图如图3所示。

图3 液压原理图Fig.3 The hydraulic schematic

测试台主要通过液压系统实现加载，通过调整调压阀控制压力的变化，实现加载载荷无极可调。液压缸加载力与压力及加载缸有效加载面积有关，关系如式（1）所示。

式中：F——液压系统内部压力产生的加载力；P——液压系统内部压力；S——加载缸有效加载面积。

加载缸有效加载面积通过加载缸内径及加载缸活塞杆外径计算获得，其关系如式（2）所示。

式中：S——加载缸有效加载面积；D——加载缸内径；d——加载缸活塞杆外径。

2.4 加载力的分配、计算及校核

研究分析，将加载力分成3个部分，加载臂及挂接工装的自重产生的力、阻力（机械结构的摩擦阻力及液压系统流体流动阻力）、液压系统通过压力调整产生的力，如式（3）所示。

式中：F——加载力；F1——加载臂及挂接工装的自重产生的力；F2——阻力（机械结构的摩擦阻力及液压系统流体流动阻力）；F3——液压系统通过压力调整产生的力。

借助外置提升装置，通过拉力传感器与测试台加载臂连接，使测试台液压系统处于完全畅通状态，调压阀投入电压为0 V，通过二次仪表读取测量值，再减去加载臂自身重力即为测试台提升阻力，结构连接示意如图4所示。将提升阻力记入测试系统进行修正，用同样的方法测试加载力，与系统目标设定值一致，表明提升阻力测量正确，系统设定加载值与实际加载值相符。

图4 提升阻力实测装置连接示意Fig.4 The schematic diagram of the connection of the lifting resistance measured device

将柱式压力传感器放置在加载臂下方，测试系统给定加载值，通过连接在柱式压力传感器上的二次仪表读取实测值，结构连接示意如图5所示。测试结果一致，表明测试台在做静沉降测试时，加载目标值与实际值一致，测试台可以准确测试。

图5 静沉降校核装置连接示意Fig5.The schematic diagram of the connection of static settlement check device

2.5 测控系统的工作原理

测控系统的工作原理如图6所示。上位机采用工控机，上位机程序基于虚拟仪器技术开发；下位机采用可编程控制器，用于控制液压站电磁阀、电机等执行机构。通过扫码枪获取机型信息，然后上位机将录入好的工艺参数下发给下位机，整个测控系统协调控制，张紧缸自动张紧，液压输出安全阀开启压力自动测量，提升测试自动控制，静沉降测试自动控制，进行状态提醒，试验信息提示，数据记录与存储等。

图6 测控系统工作原理Fig6.The working principle of measurement and control system

测试系统的测试过程及控制逻辑如图7所示。测控系统首先控制张紧缸张紧，张紧力达到设定值时，提示开始液压输出安全阀开启压力测试；液压输出安全阀开启压力测试过程中自动记录测试数据，测试结束后给出测试结果，提醒进行提升测试；在提升测试过程中，测控系统提示操作人员进行提升与下降操作，自动绘制提升测试曲线，统计提升时间、下降时间以及提升行程，计算出提升频率；提升测试结束后，测控系统提醒操作人员进行静沉降测试，在测试过程中自动绘制静沉降位移随时间变化曲线，测试结束后自动判定，给出测试结果。

图7 测试系统测试过程及控制逻辑Fig7.The test process and control logic of test system

分阶段进行静沉降测试：在第1阶段，拖拉机静沉降量不大于第1阶段设置的静沉降量，则静沉降试验合格，不进行第2阶段测试；如果第1阶段静沉降量超标，则进行第2阶段测试，如果第2阶段静沉降量不大于第2阶段设置的静沉降量，则静沉降量测试合格，不进行第3阶段测试；如果第2阶段静沉降量大于第2阶段设置的静沉降量，则进行第3阶段测试，如果第3阶段静沉降量不大于第3阶段设置的静沉降量，则静沉降量测试合格，否则静沉降测试结果为不合格。

2.6 软件

测控系统的软件结构如图8所示，采用树形结构及模块化方式编程。软件具有数据存储、数据查询打印、校准、工艺参数录入及修改、状态监视等功能。

图8 软件结构Fig8.The software structure

上位机软件的主界面如图9所示，显示了机型信息，关键试验参数，关键参数的记录表及曲线图、提示信息等。可以在该界面进行自动与手动模式切换。在手动模式下，可以单项进行动作，比如，张紧缸张紧、液压输出安全阀开启压力测试、提升项目测试以及静沉降测试。

图9 上位机软件主界面Fig9.The host computer software main interface

数据查询打印界面如图10所示，通过选择筛选条件即可筛选出需要查询的数据。界面分项显示了列表形式的数据以及对应的曲线图，还给出了测试项目的测试结果。点击“打印报告”按钮，即可生成Excel格式的试验报告，可以编辑并存储于指定文件夹中。

图10 数据查询打印界面Fig10.The data query printing interface

参数设置界面如图11所示，在该界面可以修改或录入试验参数，“修改”按钮根据是否已经录入的参数分别显示为“修改”或“录入”。进入该界面之前需要权限识别，没有权限的人员无法进入该界面。界面中对应的工艺参数有提升次数、提升力、提升行程限值、拉紧力、液压输出安全阀开启压力限值、静沉降相关参数等；试验台的相关参数有液压输出安全阀开启压力测试时间、液压输出安全阀开启压力测试记录周期、提升测试数据记录周期以及静沉降测试数据记录周期等。

图11 参数设置界面Fig11.The parameter setting interface

3 测试系统的应用

目前该测试台已在某拖拉机厂连续无故障运行数月。测试某机型的提升数据及静沉降数据如图12所示，其中提升测试中提升次数为10次，静沉降测试时间为15 min，最大静沉降量为4.6 mm。

图12 测试数据曲线Fig12.The test data curve

该测试系统已经成功与远端服务器挂接，正常传输数据。该测试系统在现场连续无故障运行数月，从现场应用的实际情况看，该系统操作简单、高效（一个工人即可完成挂接等整个测试过程）、明显降低了工人的劳动强度、加快了测试的节奏、减少了人为因素对试验结果的影响、改善了操作人员现场工作环境、测试数据准确并可以追溯查看等。

4 结论

新开发的测试系统优势非常明显，自动化程度高，具有数据记录、查询以及打印等功能，方便质量追溯；该测试系统可以给每种机型设置液压输出安全阀开启压力限值、提升次数、提升力、前张紧装置张紧力，静沉降测试相关参数等；该测试系统对静沉降测试项目分阶段进行自动化测试，明显提高了静沉降项目的测试效率。

该测试台的应用减少了拖拉机厂检测车间该工位的工作强度，减少了该项目测试操作工人的数量，提高了该项目的检测速度，方便技术人员调取查看测试数据，为设计人员对提升系统的优化设计提供了数据支撑。现场的应用表明，该测控系统运行稳定，该测试系统达到了研制目标，对拖拉机厂液压输出及提升系统的设计、检测有很重要的意义，解决了拖拉机行业在该方面的困扰。