論國內(nèi)液壓測試技術的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢
0概述
液壓測試技術作為液壓元件及液壓系統(tǒng)研制和生產(chǎn)的關鍵技術，是驗證產(chǎn)品性能指標、可靠性、壽命等的重要手段。長期以來，由于國內(nèi)液壓產(chǎn)品的自主知識產(chǎn)權不多，測試設備的投入較大等因素，液壓測試技術未得到深入的利用和有效的重視。液壓測試設備在軍工行業(yè)相對投入較多，在民品領域，尤其是主機單位僅僅只是做一些必要的驗證，甚至很多均只是進行隨主機考核試驗。
進入21世紀以來，隨著中國經(jīng)濟的快速增長，國家大力引進歐美高端制造業(yè)，大力發(fā)展軍工行業(yè)，發(fā)展民用高端裝備制造業(yè)的決心和能力逐步增強。尤其是2005年金融危機以來，民用主機廠家及液壓專業(yè)廠家因轉(zhuǎn)型升級的需要，自主研發(fā)的動力極大提升。在此背景下，液壓技術作為軍民用高端裝備制造業(yè)的關鍵技術，得到了比較大的推動。液壓測試技術也因此呈現(xiàn)出較大的發(fā)展變化。
1液壓測試技術現(xiàn)狀與技術特點
液壓測試技術經(jīng)過最近十年的發(fā)展，從傳統(tǒng)的以穩(wěn)態(tài)測試為主，僅滿足一些必要的工作應力和環(huán)境應力模擬，逐漸過渡到關注動態(tài)性能，微觀特性以及系統(tǒng)匹配性能等測試技術。液壓測試設備從手動操作，二次儀表顯示逐步過渡到以計算機為測控中心，兼具數(shù)據(jù)處理、分析的復雜系統(tǒng)技術。其主要技術特點主要有以下幾個方面。
1.1 測試設備智能化
主要指的是根據(jù)通信技術，網(wǎng)絡技術，智能控制技術，信息處理技術等匯集而成的針對液壓測試設備及技術的應用。測試設備智能化的重點及方向主要有下述五個方面。
1)執(zhí)行器件電控化
為了實現(xiàn)計算機測控，液壓測試設備的各類控制閥等執(zhí)行元器件必需實現(xiàn)電控操作。尤其是液壓調(diào)節(jié)單元和液壓加載單元需要應用比例伺服技術或數(shù)字控制技術。比例伺服技術應用較多，響應較快。數(shù)字控制技術主要應用在一些高壓場合的溢流閥、節(jié)流閥，重復精度較高。
2)自診斷技術
隨著測試設備的技術越來越復雜，價值越來越高，保護設備和被試產(chǎn)品的安全越來越重要。設備異常報警功能可以保護測試設備的正常運行。故障診斷功能可以幫助一般的技術維護人員也可以及時排除設備故障。同時，產(chǎn)品健康預警技術對被測試產(chǎn)品在測試中的故障先兆可以及時發(fā)現(xiàn)識別，報警并停機，避免被試產(chǎn)品徹底損壞，對分析產(chǎn)品的故障癥候尤為關鍵。自診斷技術應該在某些關鍵點采取冗余設計的方法。預測性維護技術是設備制造商積累的豐富的維護保養(yǎng)經(jīng)驗基礎上，再結(jié)合傳感器技術、物聯(lián)網(wǎng)技術、人工智能技術開發(fā)的一套智能維護軟件模塊，自動提醒用戶對設備進行及時、有效的保養(yǎng)維護，從而大幅減少設備故障和停機時間、降低設備維修成本以及延長設備的生命周期。
3)測試工藝自動化
測試工藝員可以根據(jù)產(chǎn)品的試驗流程，事先設置試驗工藝路線及合格判據(jù)。由測試設備根據(jù)事先設置的程序進行試驗，減少人員的工作量，避免人為測試誤差的影響。應用于批生產(chǎn)試驗及壽命試驗可以較大提高測試效率及測試質(zhì)量。
4)產(chǎn)品裝夾自動化
液壓產(chǎn)品與測試設備的連接較復雜。比如，液壓泵的連接，既要對接傳動軸，又要連接不同的油管。裝拆復雜，費人工，效率低。滴落的油液也不環(huán)保。使用自動裝夾的目的主要是減少人員的工作量，提高效率，并達到在裝拆產(chǎn)品過程中油液盡量不溢出。
產(chǎn)品自動裝夾系統(tǒng)主要由自動傳送系統(tǒng)，自動對中系統(tǒng)，自動夾緊系統(tǒng)，自動連接管路系統(tǒng)，自動注排油系統(tǒng)等組成。目前歐美國家液壓測試設備僅具備部分自動裝夾功能，如自動夾緊，自動注排油，管路連接使用快換接頭等。日本盛和工業(yè)(CSEIWA)的技術較完備，成熟。但待試產(chǎn)品要人工預先裝在專用工裝上，才能進行自動裝夾。實際上并沒有省人工，僅僅只是省了測試設備等待裝拆的時間。中航力源液壓公司近年來致力于研究自動裝夾系統(tǒng)，目前已取得了一些突破，既可以省人工，也更省設備等待裝拆產(chǎn)品時間。該項成果應用在批產(chǎn)試驗臺上將大大提高測試效率。
5)儀器儀表與傳感器在線校驗
儀器儀表作為液壓測試設備的檢測系統(tǒng)，測試數(shù)據(jù)的準確性非常重要。因此，需要定期或不定期進行校驗。傳統(tǒng)的校驗方法需要把各種傳感器、二次儀表拆下來送檢。如果配置的是計算機測試系統(tǒng)，需要拆信號傳感器、板卡等送檢，很不方便。因此，在線校驗測試系統(tǒng)越來越得到用戶的共識，同時還可以消除信號導線不同帶來的微小誤差。在線校驗主要采用比較法進行靜態(tài)標定。
1.2 動態(tài)性能測試
液壓產(chǎn)品的動態(tài)性能測試主要是考核產(chǎn)品對激變因素的響應及調(diào)節(jié)適應能力，測試產(chǎn)品的動態(tài)性能可以為液壓系統(tǒng)匹配提供依據(jù)。這就需要測試設備具備模擬激變因素的功能以及測量系統(tǒng)，才能準確地測出產(chǎn)品的動態(tài)特性。針對一些響應時間較慢的傳感器，如流量計，可以使用壓力傳感器經(jīng)換算得到瞬時流量值。動態(tài)性能測試常用的測試項目主要有系統(tǒng)阻抗測試，壓力脈動測試，最大瞬時壓力測試，閥啟閉特性測試等。
1.3 特種試驗
針對液壓元件的某一結(jié)構或某一性能進行深入的測試研究，便于查找產(chǎn)品缺陷，提高性能。因此，也需要配備專用的特種性能測試設備。比如:研究液壓泵流量脈動的流量脈動測試臺;考核結(jié)構強度的壓力脈沖測試臺;研究液壓泵摩擦副的配油盤油膜承載能力測試臺;研究油液清潔度對液壓產(chǎn)品性能、壽命影響的污染耐受度測試臺等等。
1.4 節(jié)能環(huán)保技術
基于資源的短缺及生態(tài)的需要，為促進經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展，倡導綠色工業(yè)，國家出臺了一系列節(jié)約能源和環(huán)境保護的法律法規(guī)。液壓測試設備也應該充分考慮節(jié)能環(huán)保技術的應用。
1)節(jié)能技術
長期以來，液壓測試臺對被試產(chǎn)品的加載均使用的是節(jié)流或溢流加載。不但造成了加載功率全部損耗，同時因油液吸能溫度升高，還要采取冷卻措施，耗費了大量的能源。尤其是生產(chǎn)企業(yè)大批量的生產(chǎn)試驗耗能更多。因此，液壓測試設備需要采用功率回收技術，達到節(jié)省能源，降低成本的目的。
功率回收技術一般主要有機械功率回收，液壓功率回收，電功率回收三種。機械功率回收和液壓功率回收適用范圍較窄，控制不便，較少使用。由于變頻技術的發(fā)展及價格下降，目前電功率回收技術得到了較多的推廣應用。液壓測試臺因既具備能源電動機又具備加載發(fā)電機，采用共直流母線的電功率回收方式性價比較高。根據(jù)液壓元件及液壓測試系統(tǒng)的效率不同，功率回收效率不盡相同，一般可以達到65%左右，設備運行2-3年即可收回投入成本。
2)環(huán)保技術
液壓元件及系統(tǒng)的環(huán)保技術主要涉及三個方面:一是降低工作噪聲。為了避免測試設備本身工作噪聲對被測產(chǎn)品的影響，需要設置專用的噪聲測試間，單獨把被測產(chǎn)品進行隔離測試。目前國內(nèi)僅有極個別航空航天研究院所具備測試能力，絕大部分的單位均無液壓產(chǎn)品工作狀態(tài)下的噪聲測試手段;二是防止?jié)B漏油。主要研究液壓產(chǎn)品的動、靜密封性能，需要配置專用的動、靜密封測試臺;三是環(huán)保工作介質(zhì)的研究。比如:水液壓系統(tǒng)，芬蘭的Tampere工業(yè)大學有較成熟的研究，國內(nèi)浙江大學也有一些研究成果，但要完全取代液壓油還有很多困難。
1.5 外觀機床化
老式的液壓測試設備主要以敞開分布式為主，便于搭建，維護。近年來，隨著集成閥塊的大量應用以及人們對設備安全性，人性化的要求提升。液壓測試臺逐漸向集成化、封閉式的機床化方向發(fā)展。
2液壓測試技術發(fā)展趨勢
國內(nèi)液壓測試技術經(jīng)過多年發(fā)展，在硬件方面基本達到了歐美日等國家的水平。但在幫助液壓產(chǎn)品研制的方面，缺乏對試驗方法的理論支撐，在分析試驗方法和輔助分析軟件應用等方面差距較大。因此，今后液壓測試技術除了繼續(xù)完善提升現(xiàn)有技術外，應該在以下方面著力加強。
2.1 模擬主機環(huán)境的測試技術
所有液壓元件及液壓系統(tǒng)技術參數(shù)的測試驗證，應該盡量模擬主機裝機的真實運行狀態(tài)和考慮工作環(huán)境的影響。只有貼近真實環(huán)境的測試，才能研制出合適的產(chǎn)品。既不會達不到設計指標，也不會造成較大的設計余量。尤其是液壓泵、液壓馬達、液壓閥等液壓核心器件更應該予以考慮。比如:同一臺液壓泵，裝在起重機和挖掘機上，雖然工作壓力及轉(zhuǎn)速都沒有超過液壓泵額定值，因運行狀態(tài)不同，壽命肯定不同，且差異可能還比較大。
1)隨機載荷譜的研究
絕大部分機器的運行都是無規(guī)律的，所承受的載荷也是隨機的。但因機器的不同，隨機中又有一定的規(guī)律可循。因此，需要根據(jù)主機的運行狀態(tài)，研究相適應的隨機載荷譜用于測試產(chǎn)品。國內(nèi)在材料強度等領域有一些研究及應用，但在液壓行業(yè)，幾乎沒有進入實用階段的研究，國標規(guī)定的測試載荷譜也不是隨機載荷譜。
2)模擬環(huán)境因素的測試技術
液壓產(chǎn)品在裝機運行中，工作性能總是受到運行環(huán)境因素的影響。比如，因主機工作帶來的振動，因天氣變化帶來的環(huán)境溫度及工作介質(zhì)溫度的變化，因高海拔地區(qū)帶來的大氣壓的變化等。因此，液壓產(chǎn)品在研制過程中，需要模擬各種環(huán)境因素并在這些復合應力的共同作用下測試產(chǎn)品性能，才能更加真實地反映產(chǎn)品裝機性能。軍品領域很早就開展了相關工作，早期主要是非工作狀態(tài)下各種環(huán)境因素分別施加測試，以后逐漸過渡到工作狀態(tài)下同時施加某幾種環(huán)境因素(如:振動，環(huán)境高低溫等)。對民品領域的液壓產(chǎn)品，試驗室條件下的環(huán)境測試工作幾乎是空白，主要以隨主機考核為主。今后該測試技術的發(fā)展必然是液壓產(chǎn)品在工作狀態(tài)下，多種環(huán)境因素同時施加測試。某航天研究所搭建的液壓產(chǎn)品三綜合測試臺，可以在液壓泵工作狀態(tài)下，同時施加振動因素(通過振動臺)，環(huán)境溫度因素(通過高低溫箱)進行試驗，對產(chǎn)品的研制起到了重要的作用。
2.2 模擬主機系統(tǒng)的測試技術
該技術需要按主機液壓系統(tǒng)的配置情況及相對位置，按1: 1的比例，在地面搭建系統(tǒng)測試臺。目的主要是為了測試各液壓元件和液壓系統(tǒng)的動態(tài)性能。通過先期測試驗證，得到優(yōu)化匹配的液壓系統(tǒng)。航空領域的“鐵鳥”臺，潛艇領域的“鐵魚”臺等就是運用的此類測試技術。
該類測試技術的難點主要有兩方面。一方面是加載裝置的設計。需要模擬主機運行時承受的各種復合載荷;另一方面是輔助分析軟件的應用。今后，系統(tǒng)匹配測試應該是半物理和分析仿真軟件的有機結(jié)合。
2.3 加速壽命試驗技術
壽命試驗是液壓元件及系統(tǒng)必需要做的測試項目。隨著國內(nèi)裝備制造業(yè)的不斷發(fā)展，對液壓產(chǎn)品壽命的要求也不斷提高，一些要求高的主機提出的壽命要求甚至達到3萬小時。按一年365天，每天24小時不間斷試驗，都需要三年半。如果其中有一些問題需要反復，加上測試設備也需要維護，試驗時間就更長了。因此，加速壽命試驗就成為了必然的選擇。
加速壽命試驗的統(tǒng)一定義最早由美羅姆航展中心于1967年提出，加速壽命試驗實際上是在進行合理工程及統(tǒng)計假設的基礎上，通過提高產(chǎn)品的試驗參數(shù)，如轉(zhuǎn)速、壓力、動態(tài)沖擊頻率等，利用與物理失效規(guī)律相關的統(tǒng)計模型對在超出正常應力水平的加速環(huán)境下獲得的信息進行轉(zhuǎn)換，得到產(chǎn)品在額定應力水平下的特征可復現(xiàn)的數(shù)值估計，但不改變產(chǎn)品失效分布的方法。俄羅斯蘇27飛機主液壓泵采用的就是加速壽命試驗，加速比達到了1:8，也即是加速試驗1h，等同于可靠性壽命達8小時。國內(nèi)航空領域，中航力源液壓公司、南京液壓中心在液壓泵加速壽命試驗方面開展了一些研究應用。但總體來說，缺乏足夠的理論及實踐基礎，難以形成普適性的加速壽命測試方法。今后，應該借助國家項目，采取院校與企業(yè)聯(lián)合的方式，結(jié)合國外的專業(yè)技術公司，研究液壓產(chǎn)品加速壽命測試方法，有效縮短產(chǎn)品的研制周期及試驗成本。
2.4 修訂國家標準
國家標準是一個國家指導行業(yè)發(fā)展的規(guī)范、準則。有關部門應該積極組織相關院校、科研院所及企業(yè)，及時總結(jié)國內(nèi)液壓測試技術一段時間以來的成果和經(jīng)驗，充分考慮今后的發(fā)展趨勢，及時修訂完善或制訂新的液壓測試標準。從國家層面，引導整個液壓行業(yè)的提升和發(fā)展。
2.5 數(shù)字化測試工作平臺
通過平臺軟件的規(guī)劃管理，最大限度地提高測試效率。為企業(yè)提供測試協(xié)同工作平臺，使液壓產(chǎn)品測試的準備、執(zhí)行、分析、評估四大階段處于自動和受控的狀態(tài)，對測試工作各階段的工作進行專業(yè)協(xié)作，幫助企業(yè)從測試數(shù)據(jù)中獲取知識和經(jīng)驗，達到改進產(chǎn)品設計，提高產(chǎn)品質(zhì)量，提升企業(yè)生產(chǎn)力和競爭力的目的。
3結(jié)束語
借助我國大力發(fā)展軍工行業(yè)，發(fā)展民用高端裝備制造業(yè)的契機，國內(nèi)液壓測試技術未來將會得到越來越多的重視。液壓行業(yè)各院校、研究院所及企業(yè)對液壓測試設備在性能及數(shù)量上均會有更多的需求。
當然，液壓測試技術是為液壓產(chǎn)品服務的。液壓產(chǎn)品需要在生產(chǎn)流程及工藝方法上固化、提高，使各批次的液壓產(chǎn)品性能的穩(wěn)定性、一致性得到強化，液壓測試技術才能有效促進液壓行業(yè)的發(fā)展。
