1、煤矿机械Coal Mine MachineryVol.44 No.5May.2023第44卷第5期2023年5月doi:10.13436/j.mkjx.2023050060引言煤矿用电动缸是利用各类旋转电机的旋转运动作为动力源、通过机械传动机构将电机的旋转运动转换为输出端的直线运动的电动线性执行装置，具有结构简单、运行平稳、传动效率高、控制精准、高速、节能、可靠、安全等优点，在智能制造、工业自动化、国防军工、汽车等领域发挥着十分重要的作用。目前，对煤矿用电动缸性能测试的深入研究较少,国内许多厂家仅采用手动或者半自动方式对煤矿用电动缸部分基本性能完成测试，测试项目较单一，测试精度及自动化程度不高
2、。也有因所测试的数据的综合性和可靠性不高，从而无法保障煤矿用电动缸产品的出厂质量和客户的个性化需求，影响了对更高性能需求的煤矿用电动缸系列产品的研发和生产效率。因此，研制出一种满足测试效率高、测试自动化程度高、操作简单等要求的煤矿用电动缸性能测试的综合测试台已迫在眉睫。1煤矿用电动缸性能测试指标煤矿用电动缸产品主要测试两部分性能：煤矿用电动缸基本性能；煤矿用电动缸特性性能。煤矿用电动缸的基本性能测试项目包括煤矿用电动缸伸缩位移、煤矿用电动缸伸缩速度、煤矿用电动缸的拉压力、煤矿用电动缸噪声、煤矿用电动缸电机的电压/电流/频率、煤矿用电动缸工作的有功功率及煤矿用电动缸带额定负载的效率等，如表1所示
3、。煤矿用电动缸的特性性能测试有煤矿用电动缸恒速恒载性能、恒载保持（时间、寿命）性能、煤矿用电动缸变速恒载性能及煤矿用电动缸变速变载性能等，如表2所示。2煤矿用电动缸综合测试台方案设计（1）基本结构组成综合测试台结构主要包括液压加载缸支架和煤煤矿用电动缸综合测试台的设计与研究高勇，刘亚举（中煤科工西安研究院（集团）有限公司，西安710077）摘要：为了提高煤矿用电动缸性能测试精度和自动化程度，保障煤矿用电动缸产品质量，介绍了煤矿用电动缸综合测试台的设计方案，具体包括综合测试台结构组成、工作原理、液压系统和控制系统。为提高载荷控制精度，采用了比例溢流阀液压系统和上位机对载荷进行闭环控制的电气系统，
4、实现了对煤矿用电动缸基本性能和特性性能的综合测试，保证了煤矿用电动缸出厂质量，也为更高性能要求的煤矿用电动缸系列产品的研发和生产奠定了一定的基础。关键词：电动缸；综合测试台；综合性能；载荷控制精度中图分类号：TD402文献标志码：A文章编号：1003 0794（2023）05 0018 03Design and Research of Comprehensive Test Bench for ElectricCylinder Used in Coal MineGao Yong，Liu Yaju(CCTEG Xian Research Institute（Group）Co.,Ltd.,Xian
5、710077,China)Abstract:In order to improve the performance test accuracy and automation degree of electric cylinderused in coal mine and ensure the quality of electric cylinder products,introduced the design scheme ofa comprehensive test bench for electric cylinder used in coal mines,including the st
6、ructure,workingprinciple,hydraulic system and control system of the comprehensive test bench.In order to improve theaccuracy of load control,the hydraulic system of the proportional relief valve and the electrical systemof the upper computer for closed-loop control of the load were adopted,which rea
7、lizes thecomprehensive test of the basic performance and special performance of the electric cylinder for coalmine,ensures the delivery quality of the electric cylinder,and also lays a certain foundation for theresearch,development and production of the series of electric cylinders for coal mine wit
8、h higherperformance requirements.Key words:electric cylinder；comprehensive test bench；comprehensive performance；load controlaccuracy18矿用电动缸支架，如图1所示。液压系统主要包括液压缸、液压工作站、控制阀、比例溢流阀等，液压缸结构如图2所示。液压工作站主要包括主换向阀组、油泵电机组、电接点温度计、空气滤清器、电加热器、低压溢流阀、加载试验阀组、高压补油加载阀组、液位控制指示器等，如图3所示。表1煤矿用电动缸基本性能测试技术指标和精度表2煤矿用电动缸特性性能测试技
9、术指标和精度图1测试台结构三维模型图1.磁滞式位移传感器2.加载缸座3.滑块4.导柱5.锁紧座6.锁紧柱7.电缸座8.电缸联接叉9.滑块法兰10.压力传感器11.传感器法兰12.液压缸图2液压缸结构三维模型图1.防护罩2.位移传感器3.缸体4.活塞5.活塞杆6.安装法兰7.力传感器图3液压工作站布置图1.低压溢流阀2.电接点温度计3.空气滤清器4.电加热器5.主换向阀组6.油泵电机组7.液位控制指示器8.高压补油加载阀组9.加载试验阀组（2）工作原理为准确判断煤矿用电动缸综合性能，需通过综合测试台测量煤矿用电动缸在恒载和变载下的各项参数。恒载测量包括空载、恒速恒载、变速恒载和恒载保持测量；变载
10、测量包括恒速变载和变速变载测量。煤矿用电动缸空载下可精确测得煤矿用电动缸基本功能参数；恒速恒载下可算得位移与速度、加速度、电流、电压、噪声曲线等，检测煤矿用电动缸速度的平稳性；变速恒载下得到煤矿用电动缸的速度、加速度响应指标，检测煤矿用电动缸跟随指令的动态响应能力；恒载保持下得到保持时间-位移变化曲线，检验煤矿用电动缸的保持力矩的能力；恒速变载和变速变载测量的目的是以液压测试台模拟煤矿用电动缸的实际工况，分别检验煤矿用电动缸动态性能的速度稳定性和跟随控制指令的动态响应能力。测试基本流程如图4所示。图4综合测试台测试基本流程框图测量煤矿用电动缸行程时，控制比例溢流阀开闭、切换换向电磁阀和高压补油
11、加载阀位置使载荷为0，设置煤矿用电动缸速度大于2 mm/s，先后启动煤矿用电动缸回拉、外推、外推，同时控制比例溢流阀使载荷再次为0，间隔1 ms记录位移传感器数值S_data0、S_data1和S_data2，在煤矿用电动缸到达下止点时停止煤矿用电动缸，由煤矿用电动缸推动和拉动行程的平均值可得其准确行程，即（S_data1-S_data0）+（S_data2-S_data1）/2。同理，测量煤矿用电动缸载荷、速度其组合状态时，只需在相应流程设置相应的速度与载荷变化规律，最终通过测量数据计算得到煤矿用电动缸位移与速度、加速度、电流、电压、噪声曲线，指令位移与速度、加速度和实际位移与速度、加速度曲
12、线，最大推、拉载荷曲线，以及其他相应性能曲线，从而分析判断煤矿用电动缸基本参数情况、力矩保持性能、速度稳定性、跟随指令动态响应能力等。（3）控制系统方案设计综合测试台控制系统设计包含了液压系统控制、煤矿用电动缸控制和数据采集系统控制。控制台布局包括控制台操作布局和软件设计。液压系统控制包括手动和自动控制两部分。手动控制是由人工操作指令开关，将指令送入可编程控制器，再经过逻辑运算后送出执行信号来控制液压系统的运行，且通过选择压力选择开关来确定相应的比例溢流阀，再调节相对应的电位器开关来控第44卷第5期Vol.44 No.5煤矿用电动缸综合测试台的设计与研究高勇，等测试项目伸缩位移伸缩速度加速度拉
13、压力噪声有功功率电流/电压/频率输入功率效率技术指标1 500 mm500 mm/s（5 t压载荷、3 t拉载荷）50 mm/s（50 t压载荷、30 t拉载荷）2 gn50 t35100 dB参考速度精度有效值、峰值、频率煤矿用电动缸输出功率/电机输入功率精度0.5%1%1%0.01g0.2%F.S0.1dB1%0.5级0.5级测试项目恒速恒载恒载保持载荷技术指标煤矿用电动缸位移和速度曲线偏移量位移变动量液压缸拉压力控制精度精度0.5%0.01 mm5%123456789101112123456712 3456789电动缸拉动测量过程电动缸拉动测量过程电动缸位置初始化测量完成19第44卷第5
14、期Vol.44 No.5煤矿用电动缸综合测试台的设计与研究高勇，等制拉压力大小；自动控制是液压系统按照预先设定位移与拉压力曲线和时间与拉压力曲线来控制拉压力，拉压力设定曲线与实际运行曲线偏差在5%以内，拉力与压力的转换控制在300 ms以内。煤矿用电动缸控制主要是对煤矿用电动缸电机的驱动控制，且针对伺服电机的控制具有依据时间与位移曲线选择驱动的功能。数据采集系统控制数据采集卡的插槽各通道及其他参数，如信号的采集触发、采样频率等参数的设定可以通过上位机进行设置。软件设计采用同层结构不可相互调用的低层、功能层、应用层3层架构，包含PLC软件的控制设计和工控机作为上位机的软件设计。其界面设计简洁友好
15、，具有测试项目可选、控制操作与实时数据采集、数据与图形化显示、数据存储，以及打印功能等。（4）主要组成部分方案设计液压系统主要元件选型及参数比例溢流阀选用DBEM型，分别使用DBEM20-30/10Y、DBEM20-30/20Y、DBEM20-30/31.5Y三种型号，最高设定压力分别为10MPa、20MPa、31.5MPa，最大流量400 L/min，线性度3.5%，重复精度2%；电磁换向阀选用WE6型6X系列湿式电磁换向阀，其最高工作压力为35MPa，最大流量为80 L/min。检测系统主要元件选型及参数检测系统包括位移量采集、拉压力采集、电机电压/电流/功率采集、噪声采集等，各项数据的采
16、集要求采样频率在1 kHz以上。其中：位移量采集采用磁致式伸缩位移传感器，型号是RHMXXXMD7012G1100，分辨率是0.005 mm，比例方向是正向；拉压力采集采用BK-4A拉压式承载传感器，其直线度、滞后和重复性均为0.1%F.S，且传感器量程分别5 000 kg和50 000 kg时，分辨率分别为0.15 kg和1.5 kg；电功率采集采用多功能电力仪表PZ200Z-9SY，各测量精度等级为0.5级，并可将采集的数据通过RS485接口与上位机进行通信；噪声采集采用HS6288E型多功能噪声分析仪，测量范围35130 dB，频率范围0.0212.5 kHz，其具有便携、大液晶屏显示、长时存储等特点，可满足多种测量需求。3结语本文设计了一种煤矿用电动缸性能测试系统，可在实现煤矿用电动缸载荷、位移、速度等单项基本性能测试的同时，还可实现在恒载和变载下的恒速、变速复合状况下的特性性能测试，操作简单、测试精度和自动化程度高，既保障了煤矿用电动缸产品出厂质量，也为研发具有高精度、高性能、数字化和智能化的煤矿用电动缸奠定了一定的基础。参考文献：1娄开成,徐志鹏.液压动态加载的伺服煤矿用电
