Name: 静电静压执行器中单轴同轴电机泵组件的建模与实验分析 (视频) | JoVE Journal
Uploaded: 2022-06-13T14:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 59 s
Description: 了解静电静压执行器中单轴同轴电机泵组件的建模与实验分析方法。本研究结合仿真模拟与实验测试，快速评估泵流量特性与整体效率，为执行器技术发展提供可靠的测试框架与优化建议。

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本工作得到中国民用飞机项目 [编号：MJ-2017-S49] 和中国博士后科学基金 [编号：2021M700331] 的支持。

1. 泵流量特性的模拟
<ol>
	<li>构建电机-泵组件的仿真模型。打开 AMESim 仿真平台并进入 SKETCH 模式。
	<ol>
		<li>根据活塞的运动学数学模型和配流曲线建立单个活塞的仿真模型（图3）。将单活塞模型封装为超级元件（图4）。 
		注：活塞的主要运动学数学模型（公式（1））如下： 
		<img alt="动态系统分析的微分方程；包含三角函数项和导数。" src="/files/ftp_upload/63549/63549eq01.jpg" data-altupdatedat="1788282455000" data-alt="公式 1"> 
		<img alt="静力平衡方程、符号分析、物理计算的数学公式。" src="/files/ftp_upload/63549/63549eq02.jpg" data-altupdatedat="1788282455000" data-alt="公式 2"> （1） 
		其中，x 为活塞的绝对位移，β 为斜盘倾斜角，φ 为活塞的相位角，Rf 为缸体的配流半径，df 为缸体的配流直径。</li>
		<li>建立考虑配流盘泄漏和摩擦的泵模型（图4）。构建配流盘模块时，主要关注活塞/缸体界面以及滑靴/斜盘界面的黏性摩擦和节流效应。</li>
		<li>通过理想转矩模块建立电机模型（图4）。使用理想转矩模块模拟电机，忽略电机的铁损、铜损和搅油损失。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>设置电机-泵组件模型的主要参数。
	<ol>
		<li>根据 表1 设置电机-泵组件的参数。进入 PARAMETER 模式，通过双击仿真模型中的具体元件来设置主要参数。根据 表2 设置转速和测试压力。</li>
		<li>设置模型的预运行参数：起始时间：0 s，终止时间：1 s，输出间隔：1 ms。</li>
		<li>进行预运行以使系统达到稳态。
		<ol>
			<li>运行仿真，检查系统在仿真结束时是否达到稳态。若系统已达到稳态，则在 Run Parameters 窗口中勾选 use old final values 选项；若未达到稳态，则将步骤 1.2.1 中的 Final time 重设为 2 s 或更长时间，并重复步骤 1.2.2，直至系统达到稳态。</li>
		</ol>
		</li>
		<li>设置模型的正式运行参数：起始时间：0 s，终止时间：0.2 s，输出间隔：0.002 ms。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>运行仿真并保存仿真数据。 
	注：针对特定工况重复步骤 1.2.1–1.2.4；仿真结束后保存数据。</li>
	<li>导出仿真数据，并在 OriginPro 中绘制电机-泵组件的流量特性曲线图。将泵流量值计算为 0.2 s 内记录的泵流量的平均值。</li>
	<li>输出流量特性的确定
	<ol>
		<li>绘制电机-泵组件在不同压力条件下最大转速下的输出流量曲线。</li>
		<li>根据特定电静液作动器（EHA）的最大转速计算泵所需的输出流量，并绘制不同压力条件下的所需输出流量曲线。</li>
		<li>确保电静液作动器（EHA）所需的流量曲线被电机-泵组件的输出流量曲线所包络。</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
2. 实验平台的建立
<ol>
	<li>建立试验台。
	<ol>
		<li>根据表3准备试验台的液压元件。确保各元件的关键参数满足表3中所列要求。</li>
		<li>设计并制造液压阀块，并根据液压原理图（图5）搭建液压系统。确保各元件的相对位置与原理图所示一致，且压力传感器和温度传感器尽可能靠近测试点。 
		注：本系列实验在专用的高速高压泵负载模拟试验台上进行，如图6所示。</li>
		<li>设计并制造工装及测试阀块。确保工装设计符合被测泵与试验台的具体接口要求。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>机械接口的安装（图7）
	<ol>
		<li>将电机-泵组件的端面与测试阀块连接。使用至少4个螺钉，以确保良好的密封性能。</li>
		<li>将电机-泵组件和测试阀块固定在试验台的工作台上（图8）。使用4个螺钉将电机-泵组件和测试阀块连接至专用工装，并使用2个螺钉将工装固定在工作台上。 
		注：确保这两个螺钉具有足够的强度，以避免测试过程中出现振动。</li>
		<li>在测试阀块上安装A口和B口的两组压力与温度传感器。将这些传感器直接连接至泄漏口，用于泄漏监测。 
		注：必须针对不同的被测电机-泵组件设计和制造不同的工装，以完成实验。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>液压接口的连接（图7）
	<ol>
		<li>将泵源的两个高压油口连接至测试阀块的A口或B口。</li>
		<li>将加压油口与泵的泄漏油口连接。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>电机-泵组件的排气
	<ol>
		<li>确保油源系统的溢流阀处于卸荷状态。运行油源电机3分钟，以排出测试系统中的空气并进行预热。 
		注：具体运行时间根据试验台的具体情况确定。此步骤的主要目的是确保油液充分流入测试回路的各个元件，且被测泵表面温度接近油温。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>检查电机-泵组件是否存在泄漏，关闭油源系统的溢流阀。将油源压力调节至2 MPa并保持1分钟以上。 
	注：此操作有助于发现测试系统中是否存在明显泄漏，例如因O型圈失效导致的泄漏。
	<ol>
		<li>检查电机-泵组件是否存在泄漏。若存在泄漏，首先关闭液压系统，更换密封件，然后重复步骤2.3和2.4。若无泄漏，则打开油源系统的溢流阀。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>电气接口的连接（图9）
	<ol>
		<li>将电源接口和旋转信号接口连接至电机-泵组件驱动器。</li>
		<li>通过RS 442将驱动器与控制器连接，工作于全双工模式。</li>
		<li>将驱动器连接至270 VDC电源。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>电机-泵组件的空载检查
	<ol>
		<li>运行油源泵，并保持油源系统和加载系统的溢流阀处于卸荷状态。为驱动器和控制器通电，检查电机-泵组件是否能正常接收控制指令。 
		注：可通过油源泵对电机-泵组件的进油口加压，防止元件发生气蚀。</li>
		<li>向电机-泵组件设置2,000 rpm的正向指令。观察电机-泵组件的工作状态，并检查阀块处是否存在泄漏（参见步骤2.5）。</li>
		<li>向电机-泵组件设置2,000 rpm的反向指令。观察电机-泵组件的工作状态，并检查阀块处是否存在泄漏（参见步骤2.5）。</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
3. 电机-泵组件的泵流量与整体效率测试
<ol>
	<li>润滑油供应系统的设置
	<ol>
		<li>启动供油泵，并将供油系统和加载系统的溢流阀切换至加载状态。</li>
		<li>调节油供应安全阀至最低供油压力 psmin 0.6 MPa。按照步骤 3.1.2.1–3.1.2.3 选择 psmin. 
		注意：psmin 是为了避免发生气蚀，电机-泵总成进口端口的压力。
		<ol>
			<li>将供油压力调节至1 MPa或更高，具体压力值由被测电机-泵总成决定。</li>
			<li>将被测电机-泵总成的转速调节至 9,000 rpm，确保泵的流量等于理论泵流量。否则，应提高油液供给压力以避免发生气蚀。</li>
			<li>缓慢降低供油压力，并记录泵流量的变化。绘制泵相对流量与供油压力的关系曲线，并找出 泵流量的拐点该点的供油压力为最小供油压力 psmin.</li>
		</ol>
		</li>
		<li>调节卸荷阀 psmin.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>打开温控系统并将油温调节至 30 °C.</li>
	<li>打开热成像仪以检测电机-泵组件的表面温度。</li>
	<li>向电机-泵组件发送控制指令，使其以特定速度持续运行（表 2).</li>
	<li>调节卸荷阀，并逐步增加负载压力至特定值（表2在每个关键测量压力下保持 4 秒。 
	注意：实验过程中需密切关注电机温度。确保电机-泵组件表面温度低于 100 °C.</li>
	<li>当压力达到该速度的特定值时，将卸荷阀调节回至 1 MPa。</li>
	<li>重复步骤 3.3 和 3.4，直至根据所有关键压力测量点的特性完成测试 表2.</li>
	<li>导出实验流量数据，并绘制电机-泵总成的泵流量特性曲线图。</li>
	<li>计算电机-泵总成在不同工况下的总效率 ηo，并绘制总效率图谱。 
	注意：电机-泵组件的总效率由公式（2): 
	<img alt="光学效率公式 ηo=Po/Pi 用于泵浦功率分析；光子学研究方程。" src="/files/ftp_upload/63549/63549eq03.jpg" data-altupdatedat="1788282455000" data-alt="公式 3">. (2) 
	P所在的位置o 是电机-泵总成的输出功率， Pi 驱动器的输入功率， Q泵 是泵的流量；Δp 是泵的压力差； U功率 是电源输出电压； I功率 是电源输出电流。</li>
</ol>

<ol><li>Yu, B., Wu, S., Jiao, Z., Shang, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Multi-objective+optimization+design+of+an+electrohydrostatic+actuator+based+on+a+particle+swarm+optimization+algorithm+and+an+analytic+hierarchy+process%5BTitle%5D)+AND+%22Energies%22%5BJournal%5D)">Multi-objective optimization design of an electrohydrostatic actuator based on a particle swarm optimization algorithm and an analytic hierarchy process.</a> Energies. 11 (9), 2426(2018).</li>
<li>Chao, Q., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Load-sensing+pump+design+to+reduce+heat+generation+of+electro-hydrostatic+actuator+systems%5BTitle%5D)+AND+%22Energies%22%5BJournal%5D)">Load-sensing pump design to reduce heat generation of electro-hydrostatic actuator systems.</a> Energies. 11 (9), 2266(2018).</li>
<li>Zhao, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Experimental+research+on+tribological+characteristics+of+TiAlN+coated+valve+plate+in+electro-hydrostatic+actuator+pumps%5BTitle%5D)+AND+%22Tribology+International%22%5BJournal%5D)">Experimental research on tribological characteristics of TiAlN coated valve plate in electro-hydrostatic actuator pumps.</a> Tribology International. 155, 106782(2021).</li>
<li>Zhao, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Review+of+cylinder+block%2Fvalve+plate+interface+in+axial+piston+pumps%3A+Theoretical+models%2C+experimental+investigations%2C+and+optimal+design%5BTitle%5D)+AND+%22Chinese+Journal+of+Aeronautics%22%5BJournal%5D)">Review of cylinder block/valve plate interface in axial piston pumps: Theoretical models, experimental investigations, and optimal design.</a> Chinese Journal of Aeronautics. 34 (1), 111-134 (2021).</li>
<li>Chao, Q., Zhang, J., Xu, B., Huang, H., Pan, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+review+of+high-speed+electro-hydrostatic+actuator+pumps+in+aerospace+applications%3A+challenges+and+solutions%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Mechanical+Design%22%5BJournal%5D)">A review of high-speed electro-hydrostatic actuator pumps in aerospace applications: challenges and solutions.</a> Journal of Mechanical Design. 141 (5), 050801(2019).</li>
<li>Fu, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Design+and+performance+analysis+of+position-based+impedance+control+for+an+electrohydrostatic+actuation+system%5BTitle%5D)+AND+%22Chinese+Journal+of+Aeronautics%22%5BJournal%5D)">Design and performance analysis of position-based impedance control for an electrohydrostatic actuation system.</a> Chinese Journal of Aeronautics. 31 (3), 584-596 (2018).</li>
<li>Alle, N., Hiremath, S. S., Makaram, S., Subramaniam, K., Talukdar, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Review+on+electro+hydrostatic+actuator+for+flight+control%5BTitle%5D)+AND+%22International+Journal+of+Fluid+Power%22%5BJournal%5D)">Review on electro hydrostatic actuator for flight control.</a> International Journal of Fluid Power. 17 (2), 125-145 (2016).</li>
<li>Chakraborty, I., Mavris, D. N., Emeneth, M., Schneegans, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+methodology+for+vehicle+and+mission+level+comparison+of+More+Electric+Aircraft+subsystem+solutions%3A+Application+to+the+flight+control+actuation+system%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+the+Institution+of+Mechanical+Engineers%2C+Part+G%3A+Journal+of+Aerospace+Engineering%22%5BJournal%5D)">A methodology for vehicle and mission level comparison of More Electric Aircraft subsystem solutions: Application to the flight control actuation system.</a> Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part G: Journal of Aerospace Engineering. 229 (6), 1088-1102 (2014).</li>
<li>Zhang, T., He, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+reliability-based+robust+design+method+for+the+sealing+of+slipper-swash+plate+friction+pair+in+hydraulic+piston+pump%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Transactions+on+Reliability%22%5BJournal%5D)">A reliability-based robust design method for the sealing of slipper-swash plate friction pair in hydraulic piston pump.</a> IEEE Transactions on Reliability. 67 (2), 459-469 (2018).</li>
<li>Guo, S., Chen, J., Lu, Y., Wang, Y., Dong, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Hydraulic+piston+pump+in+civil+aircraft%3A+current+status%2C+future+directions+and+critical+technologies%5BTitle%5D)+AND+%22Chinese+Journal+of+Aeronautics%22%5BJournal%5D)">Hydraulic piston pump in civil aircraft: current status, future directions and critical technologies.</a> Chinese Journal of Aeronautics. 33 (1), 16-30 (2020).</li>
<li>Habibi, S., Goldenberg, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Design+of+a+new+high-performance+electrohydraulic+actuator%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE%2FASME+Transactions+on+Mechatronics%22%5BJournal%5D)">Design of a new high-performance electrohydraulic actuator.</a> IEEE/ASME Transactions on Mechatronics. 5 (2), 158-164 (1999).</li>
<li>Xu, B., Hu, M., Zhang, J., Mao, Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Distribution+characteristics+and+impact+on+pump%27s+efficiency+of+hydro-mechanical+losses+of+axial+piston+pump+over+wide+operating+ranges%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Central+South+University%22%5BJournal%5D)">Distribution characteristics and impact on pump's efficiency of hydro-mechanical losses of axial piston pump over wide operating ranges.</a> Journal of Central South University. 24 (3), 609-624 (2017).</li>
</ol>

作者声明不存在利益冲突。

进行这些实验步骤时，必须确保压力测量点尽可能靠近泵的油口，因为这会显著影响实验结果。此外，需注意电机-泵组件进口处的压力，以确保不发生气蚀现象，尤其是在高速工作条件下。
该方法能够动态调节供油压力，实现对不同工况的精确模拟。
该方法的一个局限性在于，无法通过仿真准确获得电机-泵组件的总效率。在仿真模型中，泵的三个主要摩擦表面处于全油膜润滑状态，这意味着界面仅存在黏性摩擦。然而实际情况是，油膜状态在全油膜润滑与边界润滑之间切换，而这种状态无法通过仿真模型模拟。因此，我们侧重于使用仿真模型对泵进行模拟，其优势在于成本低、速度快，且不受原型实际参数的限制。同时，我们通过实验方法弥补这一局限性。
另一个局限性在于，该方法对电液伺服作动器（EHA）中电机-泵组件的热特性模拟不够准确。由于EHA是一个高度集成的系统，电机-泵组件与作动筒及增压油箱紧密连接，导致热环境复杂。因此，该方法只能在特定温度条件下测试电机-泵组件的性能，而实际工作中的温度变化范围较宽。
<p class...

作为一种具有高功率密度的典型集成执行器，电液伺服作动器（EHA）在航空航天、航空、工程机械和机器人等领域具有广阔的应用前景1,2。EHA主要由伺服电机、泵、油缸、增压油箱、阀块、模式控制阀、模块控制阀以及传感器组成，构成一个高度集成的泵控闭式液压系统。其原理图和物理模型如图13,4,5,6,7所示。电机-泵组件是核心动力源和控制部件，决定了EHA的静态和动态性能7。
传统的电机-泵组件由独立的电机和泵构成，其轴通过联轴器连接8。这种结构对电液伺服作动器（EHA）的性能和寿命具有显著的负面影响。首先，由于装配精度的影响，电机和泵均会承受较大的振动，尤其是在高速运行时5。振动不仅会影响泵的输出特性，还会加速泵内摩擦界面的磨损，从而导致电机-泵组件失效9。其次，必须在泵的轴端设置密封结构，但这无法从根本上防止泄漏。同时，随着摩擦阻力的增加，电机-泵组件的机械效率会降低10。第三，电机-泵组件的频繁换向将加速联轴器的磨损，并增加疲劳断裂的风险，从而降低EHA系统的可靠性11,12。
因此，开发了一种在共用外壳内的单轴同轴电机-泵组件，以避免上述缺点。该结构如图2所示。该组件采用无联轴器设计，可同时提高电机和泵的动态性能及润滑状态。这种单轴同轴设计确保了两个转子的对中性，并在高速条件下改善了动态平衡。此外，共用外壳从根本上消除了轴端泄漏。
测试电液伺服作动器（EHA）电机-泵组件的输出特性对于优化和提升EHA性能具有重要意义。然而，目前针对电机-泵组件性能测试的研究相对较少，尤其是针对EHA的应用。因此，我们采用了一种结合仿真与实验的测试方法。该方法适用于在宽范围工况下对电机-泵组件进行测试，特别适用于EHA泵的测试。
主要存在两个挑战：第一个是建立精确的仿真模型，以分析电机泵的输出流量特性，并为电机泵组件的优化设计提供支持。我们通过分层建模建立了电机泵组件的仿真模型，并通过改变不同参数实现了输出流量的仿真分析。第二个挑战是测试元件因高速运转而产生的空化现象，这是其与普通泵最显著的区别。因此，在设计测试系统时，我们更加注重供油系统的设计，以实现在多种工况下的测试。
在本方案中，首先建立了一维仿真模型以模拟泵的流量特性，判断其是否满足电液伺服作动器（EHA）的要求；随后，在专用试验台上对流量特性及整体效率进行实验测试，获得无法通过仿真准确模拟的整体效率图谱；最后，将泵的流量特性仿真结果与实验数据进行对比，以验证仿真结果的准确性。同时，通过获取的整体效率图谱对单轴同轴电机-泵组件的性能进行评估。

<table><tbody><tr><td>AmeSim 仿真平台</td><td>Siemens</td><td>Amesim 16</td><td></td></tr><tr><td>数据采集卡</td><td>Advantech</td><td>PCI1710</td><td></td></tr><tr><td>流量计</td><td>KRACHT</td><td>VC0.04E1RS, 0.02-4 L/min</td><td></td></tr><tr><td>流量计</td><td>KRACHT</td><td>VC0.4E1RS, 0.2-40 L/min</td><td></td></tr><tr><td>工业计算机</td><td>Advantech</td><td>610H</td><td></td></tr><tr><td>供油电机</td><td>Siemens</td><td>1TL0001-1BB23-3JA5</td><td></td></tr><tr><td>供油泵</td><td>Kangbaishi</td><td>P222RF01DT</td><td></td></tr><tr><td>OriginPro</td><td>OriginLab Corporation</td><td>OriginPro 2021 (64-bit) 9.8.0.200</td><td></td></tr><tr><td>压力传感器</td><td>Feejoy</td><td>PI131G(0-5 MPA)F4MCAH5C</td><td></td></tr><tr><td>比例溢流阀</td><td>Huade hydraulic</td><td>DBE10-30B/50YV</td><td></td></tr><tr><td>比例溢流阀</td><td>Huade hydraulic</td><td>DBE10-30B/315YV</td><td></td></tr><tr><td>主轴电机</td><td>HAOZHI</td><td>DGZX-18020 / 22A2-KFHWVJLS</td><td>最高转速：18,000 rpm；&amp;nbsp; 功率：22 kW</td></tr><tr><td>温度传感器</td><td>Feejoy</td><td>TI-A42M1A180/30+F1</td><td></td></tr></tbody></table>

电静液作动器中单轴同轴电机-泵组件的建模与实验分析

Modeling and Experimental Analysis of the Single-Shaft Coaxial Motor-Pump Assembly in Electrohydrostatic Actuators

与传统的液压伺服执行器相比，电液静力执行器（EHA）因其高功率密度、易于维护和高可靠性，可能成为最具前景的替代方案。作为决定EHA性能和使用寿命的核心动力单元，电机-泵组件应同时具备宽广的转速/压力范围和高动态响应能力。
本文介绍了一种通过仿真和实验测试电机-泵组件性能的方法。在实验初期，通过对该组件进行仿真与分析，确定了其流量输出特性，进而判断该泵是否能够满足电液作动器（EHA）的性能要求。随后，在泵试验台上对电机-泵组件开展了一系列性能测试，测试转速范围为1,450-9,000 rpm，压力范围为1-30 MPa。
在确认流量输出特性的测试结果与仿真结果一致后，我们测试了电机-泵组件在不同工作条件下的整体效率。结果表明，该组件在10-25 MPa压力下以4,500-7,000 rpm转速运行，以及在5-15 MPa压力下以2,000-2,500 rpm转速运行时，具有较高的整体效率。总体而言，该方法可用于预先判断电机-泵组件是否满足电液作动器（EHA）的要求。此外，本文提出了一种在多种工作条件下对电机-泵组件进行快速测试的方法，有助于预测EHA的性能。

放电流量的仿真结果（图10A）表明，在转速恒定时，随着负载压力的增加，放电流量略有下降。此外，从相同的带宽判断，在压力恒定时，输出流量随转速的增加呈线性增长。为了直接评估电机-泵组件在不同工况下的性能，我们绘制了其容积效率图（图11A）。结果显示，当压力和转速相对较低时，泵的容积效率较高。当转速为3,000 rpm时，容积效率达到95%的最大输出压力为5 MPa；当转速为8,000 rpm时，该值迅速上升至23 MPa。
图10B展示了放电流量的实验结果，与仿真结果吻合良好。实验结果与仿真结果之间的微小差异在于，当转速高于5,000 rpm时，输出流量随压力升高先减小后增大。图11B展示了实验的容积效率。实验结果与仿真结果存在差异，尤其是在电机-泵组件高速低压力工况下。当压降低于10 MPa时，容积效率随转速增加而降低。
<p class...

我们构建了一个仿真模型，用于评估电静液作动器中单轴同轴电机-泵组件的泵流量特性与性能，并通过实验研究该电机-泵组件在多种工况下的整体效率。

电静液作动器（EHA）由于具有高功率密度……，相较于传统液压伺服作动器可能是最具前景的替代方案。

电机泵总成是电液静力作动器的关键部件。本方案介绍了一种高效测试电机泵总成输出特性及宽工作条件的方法。该方案采用仿真与损伤累积相结合的方法，可快速获取模型泵总成的性能。该技术有助于模型泵组件的开发。进行实验时，应做好自身防护，避免噪声和油类造成的伤害。在加载前，必须确保油管连接紧密。演示该实验操作的是来自实验室的研究生 Yuxuan Ma。首先，通过进入参数模式设置电机泵组件的主要参数，并在仿真模型中双击特定组件来设定主参数。旋转速度和测试压力的设置详见正文说明。将模型的预运行参数设置为起始时间 0 秒，终止时间 1 秒，打印间隔 1 毫秒。运行预模拟，并检查系统在模拟结束时是否达到稳态。若系统已达到稳态，则在“运行参数”窗口中勾选“使用上一次的最终值”选项。如果未达到稳态，则将终末时间重置为两秒甚至更长时间，直至系统达到稳态。然后将模型的运行参数设置为起始时间0秒，终末时间0.2秒，打印间隔0.002毫秒。为安装机械接口，需将电机泵组件的端面与测试阀块连接，并使用至少四个螺钉以确保良好的密封性能。将电机泵总成和测试阀块固定在试验台的工作台上。使用四颗螺钉将电机泵总成和测试阀块连接至专用工装，并用两颗螺钉将工装固定在工作台上。在测试阀块上安装A口和B口的两组压力和温度传感器。将这些传感器直接连接至泄漏口以监测泄漏。连接液压接口时，首先将泵源的两个高压油口与测试阀块的 A 口或 B 口相连。然后将压力油口与泵的泄漏油口连接。进行电机泵组的排气操作时，确保油源系统的溢流阀处于卸荷状态。启动油源电机运行三分钟，以排出测试系统的空气并进行预热。为检查电机泵组是否存在泄漏，关闭油源系统的溢流阀，并观察电机泵组是否有漏油现象。将油压调节至2兆帕，保持超过一分钟。连接电气接口时，首先将电源接口和旋转信号接口连接至电机泵组件驱动器。通过RS-442将驱动器与控制器连接，工作于全双工模式，然后再连接至270伏直流电源。为对电机泵组进行空载检查，启动供油泵，并将供油系统和加载系统的溢流阀保持在卸荷状态。接通驱动器和控制器电源，检查电机泵组是否能正常接收控制指令。向电机泵组发出2000 rpm正转指令，然后切换为反转。观察电机泵总成的工作状态，并检查阀块处是否存在泄漏。设置供油系统时，启动供油泵，并将供油系统和加载系统的溢流阀切换至加载状态。为确定最小供油压力值，首先将供油压力调节至1兆帕或更高，具体数值由被测电机泵总成决定。然后将被测电机泵组件的转速调节至9000 rpm，确保泵的流量等于理论泵流量。否则，应提高供油压力以避免气蚀。缓慢降低供油压力，并记录泵流量的变化。绘制泵流量随供油压力的变化曲线，并确定泵流量的拐点，该点对应的供油压力即为最低供油压力。调节卸荷阀至该最低供油压力。开启温控系统，并将油温调节至30摄氏度。同时，开启热成像仪以检测电机泵总成的表面温度。向电机泵总成发送控制指令，使其以特定转速持续运行。逐渐调节卸荷阀的负载。将负载压力增加至特定值，并在每个关键测量压力下保持四秒。当压力达到该速度的特定值后，将负载溢流阀调回至1兆帕。导出实验流量数据，并绘制电机泵组件的泵流量特性曲线图。计算电机泵总成在不同工况下的整体效率，并绘制整体效率图。出口流量的仿真结果表明，在转速恒定时，随着压力升高，流量略有下降；而在压力恒定时，流量随转速增加呈线性增长。实验结果与仿真结果在出口流量上存在轻微差异。当转速高于5000 rpm时，输出流量随压力升高先减小后增大。通过测定容积效率发现，泵在低压力和低转速下的效率较高。在3000 rpm时，最大输出压力为5兆帕（MPa），而在8000 rpm时，最大输出压力达到23兆帕（MPa）。当电机泵总成在高速低压工况下运行时，实验结果与仿真结果存在差异。然而，在10兆帕压力下，随着转速的增加，容积效率下降。观察发现，在较高速度下，仿真结果与实验结果更为接近，并在3500至9000 rpm的转速范围内几乎与实验结果重合。总体效率的实验结果表明，在低速高压或高速低压等极端工况下，总效率相对较低。需确保压力测量点靠近油口。此外，应注意进口压力，以保证不发生气蚀现象。通过该方法，我们还可以采用故障注入法，研究电机泵总成在极端工况下的性能表现及失效模式。

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