1 绪论
齿轮泵是机械加工业常用装备之一，具有品种多、批量小、更新换代快的特点。作为液压系统动力元件, 是整个液压系统的心脏, 它们的性能直接影响整个液压系统的性能, 因此其进行精确的性能测试, 是辨别产品优劣、改进结构设计、提高工艺水平、保证系统性能和促进产品结构升级的重要途径。但是液压泵性能测试设计的参数多、精度要求较高, 并且有些参数需要间接处理, 另外测试过程中还有许多相关条件需要保障, 传统的测试方法难以满足性能测试越来越高的要求。因此，近年来液压泵的性能测试逐渐淘汰了传统仪表加人工的测试方式, 进而采用新型液压计算机辅助测试方法, 即液压泵CAT (Computer Aided Testing)系统。液压泵计算机辅助测试系统结合了最新的液压技术、测试技术、可靠性技术、计算机技术, 以及数字信号处理方法和现代控制理论。
1、液压试验台节能方面的研究 (1)减小液压系统的自身功率消耗。 (2)设计合理的液压回路。 (3)新型变频装置的引入。
2、液压CAT系统对试验台性能的提高主要体现在以下几个方面： (1)提高测试精度。 (2)提高测试速度。 (3)降低系统成本。 (4)增强数据处理能力。 (5)可开展综合研究。
2 容积效率实验台设计
2.1 课题的提出
CBN-F300齿轮泵是佛斯特液压件有限公司销售量大、销售范围广的产品之一，为了保证可靠的产品质量、降低售后服务成本，需要设计一台CBN-F300双联齿轮泵容积效率试验台，在此试验台上可进行CBN-F300双联齿轮泵空载、正常负载及超载时容积效率试验。
2.2 课题的研究现状及前景
2.2.1 国内外液压泵实验台发展状况
近年，随着计算机技术、测试技术及液压技术的飞速发展，液压泵性能测试试验台的技术取得了很大进步。各类液压计算机辅助测试系统成了液压试验台的主流。特别是虚拟仪器测试系统的出现和发展，几乎被近年来所有液压元件实验台所采用。这类试验台采用计算机集散系统，对试验台进行智能检测、控制和管理。按照液压油泵试验方法国家标准控制有关条件，实时采集性能参数，并对数据进行集中处理、分析、计算、存贮、显示、传输、控制和维护，从根本上改变了传统继电控制模拟采集人工处理的方式，为企业衡量产品的性能提供了准确的数据，也为企业分析产品质量、改进工艺提供了决策依据。
2.2.2 液压泵实验台未来发展趋势
随着液压技术的提高与发展，对液压测试技术的要求也在不断提高中。信息技术包括光电子、微电子、计算机技术等各项技术，因为其运算速度快、信息传递快、能耗小、控制精确高等优点使其在控制领域有着越来越广泛的应用，现代工业中，液压技术与信息技术的紧密结合，提高了液压传动与控制的精确性。在液压传动与控制中，液压系统有趋于复杂化和小型化的发展趋势，液压测试技术要对液压系统和液压元件充分地进行测试，必然要对大量的数据进行采集、处理，液压测试技术和信息技术必须紧密地结合在一起才能符合现代液压测试技术的需求。
液压计算机辅助测试技术将信息技术与液压测试技术结合，能够显著提高液压测试的可靠性、精确性和自动化程度，它必定是液压测试技术的发展方向。无论何种检测系统，都离不开测试传感器。传感器就是把感受到的物理量转变为电信号来输出的装置，随着现代制造工艺和材料科学的发展，传感器的核心即敏感元件也越来越精密，测量误差和非线性失真越来越容易为人们所掌控。液压测试中，需要对多种物理量进行检测，传感器的高速发展为液压测试结果的精确性提供了有力的保障。
运用模块化思维有助于理顺头绪，分清构成事物的诸功能、结构要点（模块）及其间的联系，从而能作出更好的设计——工程设计、产品设计、工艺设计、组织机构设计、布局设计等等。
利用计算机技术和传感器技术来改造旧式的液压元件测试设备或开发新式的高精度、高自动化液压元件测试设备都具有广阔的研究前景。计算机高速处理数据的能
力正好能满足液压系统动态测试和动态分析的要求，因此开发以计算机为核心的液压测试设备能更好的对液压系统进行动态测试和动态分析。液压系统的自动化控制与液压测试密不可分，液压系统闭环反馈控制必然要求对液压系统参数进行测量和反馈，液压测试技术的发展也有利于液压传动及控制技术的发展与提高；发展液压测试技术以提高液压控制技术也是以后液压测试技术的重要发展方向。
3 容积效率实验台液压系统的设计
3.1 齿轮泵的介绍
3.1.1 齿轮泵的工作原理
如图3-1所示，齿轮泵是依靠泵缸与啮合齿轮间所形成的工作容积的变化和移动来传输液体或使之加压的回转泵。由两个啮合的齿轮、泵体与前后盖组成两个封闭空间，当齿轮转动时，齿轮脱开一侧的空间的体积从小变大，产生真空，将液体吸入泵内，齿轮啮合一侧的空间的体积从大变小，从而将液体挤入管路中去。吸入腔与排出腔是靠两个齿轮的啮合线来隔开的。齿轮泵的排出口的压力完全取决于泵出口处阻力的大小。
图3-1 齿轮泵工作原理图
3.1.2 双联齿轮泵
双联齿轮泵是由两个单联齿轮泵装在一个泵体内在油路上并联组成。两个齿轮泵由同一传动轴带动旋转，并各有独立的出油口，两个泵可以是等流量的也可以是不等流量的。
双联齿轮泵常用于有快进和工作进给要求的机械加工专用机床中，这时双联泵由一个小流量泵和一个大流量泵组成，当快速进给时，两个泵同时供油（此时压力较低），当工作进给时，由小流量泵供油（此时压力较高），同时在油路系统上使大流量泵卸荷，这与采用一个高压打流量的泵相比，可以节省能元，减少油液发热。这种双联齿轮泵也常用于机床液压系统中需要两个互不影响的独立油路中。 3.1.3 齿轮泵的机械效率、容积效率、总效率
液压齿轮泵能量在转换过程中是有损失的，因此输出功率，两者之差即为功率损失，液压齿轮泵的功率损失和容积有关，因摩擦而产生的损失是机械损失，因泄露而产生的损失是容积效率，功率损失用效率来描述。 3.1.4 影响齿轮泵容积效率的因素：
①密封间隙：齿轮端面间隙（是最主要的泄露）、齿顶间隙、啮合齿之间。泄漏量与间隙的立方成正比，主要检查齿轮端面间隙。
②排出压力：泄漏量与间隙两端的压差成正比。 ③吸入压力：吸入压力低，气体析出，容积效率低
④油的温度和粘度：温度高则粘度低，泄漏大；油温过低粘度太大，吸入真空度，析出气体多，容积效率低。
⑤转速：转速低理论流量小，转速高吸入困难，都会使容积效率低。
3.2 齿轮泵实验台的工作原理
液压系统原理图如图3-2所示，齿轮泵容积效率试验台采用变频电机拖动被试泵，控制被试泵的转速，溢流阀作为安全阀来控制液压系统的最高压力，防止系统压力超过齿轮泵的最高压力25MPa。试验时调节变频电机控制被试泵的转速达到设定要求，然后调节节流阀来给被试泵加载，用压力表测出被试泵的出口压力，用流量计测出空载时、额定负载时和超载时液压泵的排量，用所测的排量比上齿轮泵的理论排量，所得比值即为该齿轮泵空载、额定负载和超载时的容积效率。一般情况下，当容积效率
大于90%~92%时，该齿轮泵即可视为合格。
图3-2 液压系统原理图
1-过滤器 2-齿轮泵 3-压力表 4-溢流阀 5-节流阀 6-流量计 7-过滤器 8-冷却器
3.3 被试泵、驱动电机及联轴器的选择
由于不同类型的液压泵有不同的测试方法标准，即使是同一类型、不同额定压力的液压泵的测试方法也不完全相同，所以只能对其中某一类型、某一压力级别的液压泵(马达)进行性能测试或对其中共同的项目进行测试。
选取双联泵CBN-F316/F310进行性能测试，前泵排量为16ml/r,后泵排量为10ml/r,两泵并联，故被试泵公称排量为前、后泵排量相加26ml/r，额定转速为2500r/min，额定压力为16MPa，
故双联齿轮泵的驱动功率Nr=
16?26?2500p?q?n==18.9kw 61200?0.961200??vNr驱动功率（kw）；p：工作压力（MPa）；q：理论排量（ml/r）；n：转速（rpm）；ηv:容积效率一般取0.9
采用变频电机，选用YVF2-180L，标称功率为22kw。 驱动电机功率的大小决定了被试泵的测试范围。
液压泵传动轴不能承受径向力和轴向力，所以不允许在轴端直接安装带轮、齿轮及链轮，一般用联轴器来连接驱动轴和泵传动轴。被试泵输入轴的直径为25mm，变频电机输出轴的直径为42mm，两轴直径相差较大，如下图3-2所示，采用两个半联