技术领域
[0001] 本
申请涉及液压测试平台技术领域，特别是涉及一种油
气弹簧性能试验系统及试验方法。
背景技术
[0002] 油气弹簧是以气体作为弹性介质而用油液进行
力传递的非线性弹性元件，具有优良的减振特性，越来越多的应用到各种车辆，特别是多桥、重型载车，作为车辆悬挂部件，可保证车辆在各种负载下均可具有良好的行驶平顺性。油气弹簧性能的性能好坏将直接影响车辆的正常行驶，其优劣评价通常由两个特性指标来评价：一是阻力随工作速度的变化规律,称之为速度特性；二是阻力随行程的变化规律，称之为示功图。测试油气弹簧的性能必须按要求给被试油气弹簧进行加载。比例/伺服
液压缸对顶加载是目前主要采用的加载方法。
[0003] 比例/伺服液压缸对顶加载方法，控制方法成熟，但主要存在的问题有：比例/伺服液压缸的油源需要根据被试的油气弹簧最大出力和最大流量确定，且比例/伺服
阀的流量与阀压差有关，由于比例/
伺服阀的节流损失导致了加载比例/伺服液压缸系统本身的效率较低；对于油气弹簧来讲，虽然存在弹性非线性特性，但其主要特性还是一个弹簧特性，即通过
变形来吸收并储存
能量，在油气弹簧试验中通过加载比例/伺服液压缸给被试油气弹簧施加激励
信号，油气弹簧压缩时从加载比例/伺服液压缸吸收并储存能量，伸展时油气弹簧释放能量给加载比例/伺服液压缸并由比例/伺服阀经节流转换为液压油的
热能而消耗，这不仅导致能量损失而且还会导致油温的快速上升。
发明内容
[0004] 本申请的目的是提供一种油气弹簧性能试验系统及试验方法，以解决上述
现有技术存在的问题，使系统可以对油气弹簧进行静态、动态和连续加载，而且，在加载过程中，无节流损失，油气弹簧伸展时的能量能够实现回收，大大降低系统的节流损失，减少油液温升，提高系统
能源利用率，做到节能高效。
[0005] 为实现上述目的，本申请提供了如下方案：本申请提供一种油气弹簧性能试验系统，其包括：试验台架、伺服
电机、伺服
驱动器、油箱、
动能-液压能转换元件、2位2通换向阀、加载液压缸、力
传感器、位移传感器和控制柜；
[0006] 所述伺服驱动器具有馈电功能，所述伺服驱动器与所述
伺服电机电连接；所述伺服电机具有正转拖动和反转加载功能，所述伺服电机的
输出轴与所述动能-液压能转换元件的
驱动轴连接；所述动能-液压能转换元件的吸油口连接到油箱，所述动能-液压能转换元件的输出口经过所述2位2通换向阀与所述加载液压缸的无杆腔油口连接；所述加载液压缸设置在所述试验台架上；所述2位2通换向阀由所述控制柜控制换向；
[0007] 所述力传感器设置在所述加载液压缸的
活塞杆上；所述位移传感器嵌入在加载液压缸内部，或，所述位移传感器设置在所述试验台架上；所述力传感器和位移传感器将信号反馈到所述控制柜，所述控制柜根据所述力传感器和位移传感器的反馈信号通过所述伺服驱动器控制所述伺服电机的转向、转速和
扭矩。
[0008] 作为一个优选方案，所述油气弹簧性能试验系统还包括：小流量辅助供油回路，所述小流量辅助供油回路包括：辅助供油
液压泵、2位3通换向阀、第一
安全阀和
压力传感器；所述辅助供油
液压泵的吸油口连接到所述油箱，所述辅助供油液压泵的输出口经过所述2位3通换向阀与所述加载液压缸的有杆腔油口连接；所述压力传感器设置在所述加载液压缸的有杆腔油口处，所述压力传感器将信号反馈到所述控制柜；所述第一安全阀设置在所述2位3通换向阀与所述加载液压缸有杆腔油口之间的管路上，所述第一安全阀的泄油口与所述油箱连接，所述第一安全阀的安全值由所述控制柜根据所述压力传感器反馈的信号进行设定；所述2位3通换向阀由所述控制柜控制换向。
[0009] 作为一个优选方案，所述油气弹簧性能试验系统还包括升压回路，所述动能-液压能转换元件的吸油口通过所述升压回路连接到所述油箱；所述升压回路包括：第二安全阀、
单向阀和升压液压泵；所述升压液压泵的吸油口连接到所述油箱，所述升压液压泵的输出口经过所述单向阀与所述动能-液压能转换元件的吸油口连接；所述第二安全阀设置在所述单向阀与所述动能-液压能转换元件之间的管路上，所述安全阀的泄油口与所述油箱连接。
[0010] 作为一个优选方案，所述油气弹簧性能试验系统还包括第三安全阀，所述第三安全阀设置在所述动能-液压能转换元件的输出口与2位2通换向阀之间的管路上，所述第三安全阀的泄油口与所述油箱连接，所述第三安全阀的安全值由所述控制柜设定。
[0011] 进一步地，所述动能-液压能转换元件为液压泵、
液压马达或液压二次元件的任意一个。
[0012] 进一步地，所述加载液压缸为单出杆非对称液压缸。
[0013] 进一步地，所述伺服电机为交流伺服电机、交流变频电机或直流伺服电机，所述伺服驱动器与所述伺服电机类型相匹配。
[0014] 采用上述油气弹簧性能试验系统的一种油气弹簧性能试验方法，包括如下步骤：
[0015] 试验系统启动：控制柜上电，2位2通换向阀处于失电状态，起动伺服驱动器，设定伺服电机的转速为0转/分；
[0016] 压缩油气弹簧：控制柜控制2位2通换向阀得电，控制柜通过伺服驱动器控制伺服电机正转，伺服电机驱动动能-液压能转换元件正转，动能-液压能转换元件驱动油液经过2位2通换向阀至加载液压缸无杆腔，加载液压缸驱动
活塞杆上升，活塞杆使油气弹簧压缩至设定
位置，在这一过程中系统将
电能转化为油气弹簧的
势能，力传感器和位移传感器将测量信号反馈至控制柜；
[0017] 伸展油气弹簧：控制柜控制2位2通换向阀得电，加载液压缸活塞杆在油气弹簧的压力作用下下降，油液经过2位2通换向阀驱动动能-液压能转换元件反转，动能-液压能转换元件驱动伺服电机反转发电，与此同时，根据油气弹簧的伸展速度要求，控制柜通过伺服驱动器控制伺服电机的转速，在这一过程中系统将油气弹簧的势能转化为电能由伺服驱动器反馈至
电网，力传感器和位移传感器将测量信号反馈至控制柜；
[0018] 循环压力试验：控制柜按照压缩油气弹簧和伸展油气弹簧的操作方式，反复压缩和伸展油气弹簧；控制柜以3-4次/分钟的
频率控制油气弹簧做往返运动，控制柜根据力传感器反馈的测量信号进行力闭环控制，保证力传感器的输出值在第一规定值与第二规定值之间规律变化；试验时间为30分钟；
[0019] 保压试验：控制柜按照压缩油气弹簧的操作方式，控制加载液压缸压缩油气弹簧，使力传感器输出值达到设定值；然后控制柜控制2位2通换向阀失电，保持10分钟；然后控制柜按照伸展油气弹簧的操作方式控制伺服电机以恒扭矩反转，恒扭矩值保持在0N·m，并保证油气弹簧的活塞杆自由下降，测量并记录油气弹簧恢复至完全伸展状态的时间；重复保压试验5次；
[0020] 动态特性测试：控制柜按照压缩油气弹簧和伸展油气弹簧的操作方式，将位移传感器的测量信号作为反馈信号构成外环控制回路，将伺服电机转速作为内环控制回路，以设
定位置为中心，控制油气弹簧以设定的频率和设定的位移做往返运动，控制柜测量并记录力传感器的输出值与位移传感器的位置值曲线，得到油气弹簧的速度特性和示功图。
[0021] 根据本申请提供的具体
实施例，本申请公开了以下技术效果：本申请通过采用伺服电机驱动动能-液压能转换元件，动能-液压能转换元件驱动加载液压缸实施对油气弹簧的加载，解决了采用比例/伺服阀控制的液压缸加载方法中，由于比例/伺服阀节流引起的能量损失，实现了加载液压缸的无节流运动控制，提高了系统的工作效率。且本发明通过加载液压缸将油气弹簧的能量转换为液压能，再通过动能-液压能转换元件将液压能转换为动能，再通过伺服电机以及伺服驱动器将动能转换为电能，再将电能返回到系统供电电网，实现了对油气弹簧能量的回收。与比例/伺服阀控液压缸加载方法相比，在额定工况下系统的效率可提高80％以上，具有显著的节能效果，可有效避免系统油液温升。
附图说明
[0022] 为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0023] 图1为本申请提供的实施例系统示意图；
[0024] 其中，1为试验台架，2为油气弹簧，3为力传感器，4为加载液压缸，5为位移传感器，6为第一安全阀，7为2位3通换向阀，8为辅助供油液压泵，9为升压回路，10为动能-液压能转换元件，11为第三安全阀，12为2位2通换向阀，13为伺服电机，14为伺服驱动器，15为压力传感器，16为控制柜。
具体实施方式
[0025] 下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
[0026] 本申请的目的是提供一种油气弹簧性能试验系统及试验方法，以解决上述现有技术存在的问题，使系统可以对油气弹簧2进行静态、动态和连续加载，而且，在加载过程中，无节流损失，油气弹簧2伸展时的能量能够实现回收，大大降低系统的节流损失，减少油液温升，提高系统能源利用率，做到节能高效。
[0027] 为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本申请作进一步详细的说明。
[0028] 本申请提供了一种油气弹簧性能试验系统，其包括：试验台架1、伺服电机13、伺服驱动器14、油箱、动能-液压能转换元件10、2位2通换向阀12、加载液压缸4、力传感器3、位移传感器5和控制柜16；
[0029] 所述伺服驱动器14具有馈电功能，所述伺服驱动器14与所述伺服电机13电连接；所述伺服电机13具有正转拖动和反转加载功能，所述伺服电机13的输出轴与所述动能-液压能转换元件10的驱动轴连接；所述动能-液压能转换元件10的吸油口连接到油箱，所述动能-液压能转换元件10的输出口经过所述2位2通换向阀12与所述加载液压缸4的无杆腔油口连接；所述加载液压缸4设置在所述试验台架1上；所述2位2通换向阀12由所述控制柜16控制换向；
[0030] 所述力传感器3设置在所述加载液压缸4的活塞杆上；所述位移传感器5嵌入在加载液压缸4内部，或，所述位移传感器5设置在所述试验台架1上；所述力传感器3和位移传感器5将信号反馈到所述控制柜16，所述控制柜16根据所述力传感器3和位移传感器5的反馈信号通过所述伺服驱动器14控制所述伺服电机13的转向、转速和扭矩。
[0031] 本申请通过采用伺服电机13驱动动能-液压能转换元件10，动能-液压能转换元件10驱动加载液压缸4实施对油气弹簧2的加载，解决了采用比例/伺服阀控制的液压缸加载方法中，由于比例/伺服阀节流引起的能量损失，实现了加载液压缸4的无节流运动控制，提高了系统的工作效率。且本发明通过加载液压缸4将油气弹簧2的能量转换为液压能，再通过动能-液压能转换元件10将液压能转换为动能，再通过伺服电机13以及伺服驱动器14将动能转换为电能，再将电能返回到系统供电电网，实现了对油气弹簧2的能量的回收。与比例/伺服液压缸加载方法相比，在额定工况下系统的效率可提高80％以上，具有显著的节能效果，可有效避免系统油液温升。
[0032] 在油气弹簧2进行保压试验时，控制柜16通过操作2位2通换向阀12换向，实现了加载液压缸4的无杆腔封闭，进而满足油气弹簧2长时间保压试验要求。在这种情况下可切断伺服电机13的动力，以进一步降低系统的能耗。
[0033] 例如：假设本申请和传统的比例/伺服液压缸加载方法的系统的功率均为500KW，在额定工况下进行循环试验时，传统的比例/伺服液压缸加载方法在压缩油气弹簧2和伸展油气弹簧2时，单位时间内分别消耗了500KW·h的能量，共消耗1000KW·h的能量。而本申请的伺服驱动器14的效率一般不低于96％，伺服电机13的效率一般不低于95％，动能-液压能转换元件10的效率一般不低于90％，管路损耗一般不高于1％，加载液压缸4的效率一般不低于96％，计算可知，本申请总的工作效率不低于96％×95％×90％×(1-1％)×96％＝78％。计算可知，本申请在压缩油气弹簧2时将不少于500KW·h×78％＝390KW·h的能量传递给了油气弹簧2作为势能储存起来，而在伸张油气弹簧2时将不少于390KW·h×78％＝
304KW·h的能量转换为电能返回到系统供电电网，单位工作时间总能耗为500KW·h-
304KW·h＝196KW·h。本申请相对于传统的比例/伺服液压缸加载方法减少了至少(1000KW·h-196KW·h)/1000KW·h＝80.4％的能量消耗。所以，与比例/伺服液压缸加载方法相比，本申请在额定工况下系统的效率可提高80％以上。
[0034] 作为一个优选方案，所述油气弹簧性能试验系统还包括：小流量辅助供油回路，所述小流量辅助供油回路包括：辅助供油液压泵8、2位3通换向阀7、第一安全阀6和压力传感器15；所述辅助供油液压泵8的吸油口连接到所述油箱，所述辅助供油液压泵8的输出口经过所述2位3通换向阀7与所述加载液压缸4的有杆腔油口连接；所述压力传感器15设置在所述加载液压缸4的有杆腔油口处，所述压力传感器15将信号反馈到所述控制柜16；所述第一安全阀6设置在所述2位3通换向阀7与所述加载液压缸4有杆腔油口之间的管路上，所述第一安全阀6的泄油口与所述油箱连接，所述第一安全阀6的安全值由所述控制柜16根据所述压力传感器15反馈的信号进行设定；所述2位3通换向阀7由所述控制柜16控制换向。所述小流量辅助供油回路主要用于：当加载液压缸4无法自行缩回时，辅助加载液压缸4的缩回操作；在进行油气弹簧2动态性能试验时，补偿油气弹簧2出力不足，以提高系统的动态响应速度。
[0035] 作为一个优选方案，所述油气弹簧性能试验系统还包括升压回路9，所述动能-液压能转换元件10的吸油口通过所述升压回路9连接到所述油箱；所述升压回路9包括：第二安全阀、单向阀和升压液压泵；所述升压液压泵的吸油口连接到所述油箱，所述升压液压泵的输出口经过所述单向阀与所述动能-液压能转换元件10的吸油口连接；所述第二安全阀设置在所述单向阀与所述动能-液压能转换元件10之间的管路上，所述安全阀的泄油口与所述油箱连接。用于改善动能-液压能转换元件10在泵工况时的吸油状态，以防动能-液压能转换元件10吸空。
[0036] 作为一个优选方案，所述油气弹簧性能试验系统还包括第三安全阀11，所述第三安全阀11设置在所述动能-液压能转换元件10的输出口与2位2通换向阀12之间的管路上，所述第三安全阀11的泄油口与所述油箱连接；所述第三安全阀11的安全值由所述控制柜16根据所述力传感器3和位移传感器5的反馈信号设定。所述第三安全阀11用于保护动能-液压能转换元件10工作在安全压力范围内。
[0037] 进一步地，所述动能-液压能转换元件10为液压泵、液压马达或液压二次元件的任意一个。
[0038] 进一步地，所述加载液压缸4为单出杆非对称液压缸。
[0039] 进一步地，所述伺服电机13为交流伺服电机、交流变频电机或直流伺服电机的任意一个，所述伺服驱动器14与所述伺服电机13类型相匹配。
[0040] 采用上述油气弹簧性能试验系统的一种油气弹簧性能试验方法，包括如下步骤：
[0041] 试验系统启动：控制柜16上电，2位2通换向阀12处于失电状态，起动伺服驱动器14，设定伺服电机13的转速为0转/分；
[0042] 压缩油气弹簧：控制柜16控制2位2通换向阀12得电，控制柜16通过伺服驱动器14控制伺服电机13正转，伺服电机13驱动动能-液压能转换元件10正转，动能-液压能转换元件10驱动油液经过2位2通换向阀12至加载液压缸4无杆腔，加载液压缸4驱动活塞杆上升，活塞杆使油气弹簧2压缩至设定位置，在这一过程中系统将电能转化为油气弹簧2的势能，力传感器3和位移传感器5将测量信号反馈至控制柜16；
[0043] 伸展油气弹簧：控制柜16控制2位2通换向阀12得电，加载液压缸4活塞杆在油气弹簧2的压力作用下下降，油液经过2位2通换向阀12驱动动能-液压能转换元件10反转，动能-液压能转换元件10驱动伺服电机13反转发电，与此同时，根据油气弹簧2的伸展速度要求，控制柜16通过伺服驱动器14控制伺服电机13的转速，在此过程中系统将油气弹簧2的势能转化为电能并反馈到电网，当油气弹簧2伸展到设定位置时伺服电机13停止转动，力传感器3和位移传感器5将测量信号反馈至控制柜16，用于油气弹簧2的位置和压力的控制；
[0044] 循环压力试验：控制柜16按照压缩油气弹簧和伸展油气弹簧的操作方式，反复压缩和伸展油气弹簧2；控制柜16以3-4次/分钟的频率控制油气弹簧2做往返运动，控制柜16根据力传感器3反馈的测量信号进行力闭环控制，保证力传感器3的输出值在第一规定值与第二规定值之间规律变化；试验时间为30分钟；
[0045] 保压试验：控制柜16按照压缩油气弹簧的操作方式，控制加载液压缸4压缩油气弹簧2，使力传感器3输出值达到设定值；然后控制柜16控制2位2通换向阀12失电，使力传感器3的输出值保持在设定值10分钟；然后控制柜16按照伸展油气弹簧的操作方式控制伺服电机13以恒扭矩反转，恒扭矩值尽量保持在0N·m以保证油气弹簧2的活塞杆自由下降为准，测量并记录油气弹簧2恢复至完全伸展状态的时间；重复保压试验至少5次；
[0046] 动态特性测试：控制柜16按照压缩油气弹簧和伸展油气弹簧的操作方式，将位移传感器5的测量信号作为反馈信号构成外环控制回路，将伺服电机13转速作为内环控制回路，以设定位置为中心，控制油气弹簧2以规定的频率，通常在0.1-2Hz之间，和规定位移距离做往返运动，控制柜16测量并记录力传感器3的输出值与位移传感器16的位移值曲线；得到油气弹簧2的速度特性和示功图。
[0047] 本
说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
[0048] 本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。
