机电液实验台液压系统自动化改造.docx

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1、学号090目 录1前言2.1.1 课题来源2.12机电液综合实验台的发展和现状 31.3 本课题的意义3.1.3.1 实验教学的意义3.132现实意义和实际价值4.1.4 本课题研究的内容5.2实验台液压系统的总体方案7.2.1 概述7.2.1.1 液压子系统7.212计算机辅助测试子系统72.2 液压控制元件的发展要求7.2.2.1 模块化原则7.222可组配原则8.223开放式原则8.224集成化原则8.2.3 本实验台液压系统的技术要求 8231实验台的自动化改造8.2.32 实验台组合方式9.2.33 3实验台特点 9.2.4液压系统回路设计103液压回路设计方案 1.23、1液压回路

2、的整体设计1232液压实验原理说明13321液压泵的性能特性试验1.3322节流调速性能实验144液压系统硬件部分的设计174.1液压控制元件的选型 17411本实验台液压系统的性能参数 174.1.2液压元件的选取 174.2底板的设计及说明195控制部分215.1 实验台的控制215.2 系统设计215.3 改造后的测试功能226总结和展望246.1 总结24611液压回路设计的关键24612液压回路设计存在的问题 24613改造后的创新之处246.2 展望25参考文献26机电液试验台液压系统自动化改造学号：090姓名：辜毅专业：机械设计制造及其自动化 摘要 液压技术已 广泛的使用于国民生

3、产的各个环节，液压元件、组件和系统性能的高低直接影响机器的质量，对元件、组件和系统的性能参数进行测试分析，以满 足各种用途的需要，就成为不可缺少的重要环节。随着计算机软硬件技术和计算机辅 助测试技术的发展，特别是虚拟仪器技术的出现，为开发通用的液压元件计算机辅助 测试系统提供了便利条件。因此，将测试领域中的最新技术一虚拟仪器技术使用于液压元件及系统性能的自动测试中，以提高测试的效率和精 度，对 于液压元件和系统的研发以及液压产品的推广使用具有重要作用。为适应电液比例控制技术教学和科研的需要，我们进行了实验室的机电液实验 台自动化改造。本文论述对机电液综合实验台液压测试回路的整合改造，提高了原实

4、 验台的技术性能，研制出一种多功能模块化的、先进的、可靠的液压泵、液压阀计算 机辅助测试试验系统，能够自动按预先设定好的程序完成对各种泵、阀的性能测试。 关键词：多功能液压试验台；比例溢流阀；计算机辅助测试1刖言1.1 课题来源21世纪液压控制技术既面临着来自电气控制技术的新竞争和绿色环保的新 挑 战，又面临着将有相当一部分传统结构的产品进入技术生命周期衰退期的新现 实，因 此必须从自身内部对其进行深刻反思和彻底改造。本课题机电液实验台自动化改造，正是适应时代发展的趋势，本着降低成本，提高自动化水平和实用性的原 则来进行设计和研究的。液压泵、液压阀(包括节流阀、调速阀、压力阀、换向阀)的 性能

5、测试是液压传动实践课程的基础部分。电液伺服阀、比例阀的静、动态特性指 标的测试在科学研究和工程实践中，有着极为重要的意义。计算机辅助测试(CAT)技术的兴起和使用，为电液伺服阀、比例阀性能测试开辟了广阔的发展 前景。虚拟仪器技术的出现，使(CAT)技术进入一个崭新的发展阶段。本文实验台的 自动化改造，使用测试技术、计算机技术、虚拟仪器技术，研制了一套电液伺服阀、 比例阀的静、动态特性测试液压系统，并对电液伺服阀、比例阀的静、动态特性测试 的有关方法及理论进行了研究和探索。液压实验台CAT系统的设计和开发过程中， 涉及到的相关理论和方法主要有：数据采集和处理、数字信号处理、图形处理、信 号和系统

6、、自动控制、液压传动、液压伺服控制、虚拟仪 器、逐点扫频法等等。随着实践教学改革的不断深入，在现行的人才培养计划中“加强学生创新能力、 实践能力和使用能力的培养，设置创新性、设计性、综合性相结合的独立实验项目， 达到使用型人才培养目标的要求”。这就要求我们不断地对传统的实验 项目进行创 新，本项目拟结合计算机辅助测试技术(CAT)技术，对液压传动实验 课程的内容的进 行扩充和更新，按照“设计一分析一制造一工程管理”的思路，打破原有实验教学附 属于理论教学的模式，建立和理论教学并行、既相对独立又相互联系的实验教学体 系。本研究课题关键在于液压测试回路的设计和计算机辅助控制测试技术的研究，同 时研

7、制出一套多功能、模块化的液压泵、液压阀计算机辅助测试试验系统，来完成对 各种泵、阀以及液压回路的性能测试，提高液压实验台的使用效率。1.2 机电液综合实验台的发展和现状随着液压技术的发展，对系统的测试要求也越来越高，传统测试液压系统方法的 弊端日益暴露出来。传统的方法主要侧重于手工，这样一来，一方面，由于人为因素 对检测误差影响较大，必然导致检测的准确性较差；另一方面，检测速度也极为缓慢，极大地影响了效率。这一切，成为了液压技术使用和发展的瓶颈。随 着计算机科学的飞速发展，尤其是微型计算机的发展，其功能不断增强，而价格却不 断下降，从而使得计算机迅速渗透到了各个领域，相继出现了CAD, CAM

8、,CAT等新兴学科，这成为了推动液压技术使用和发展的巨大动力。液压行业在产品设计、制造、生产管理、性能测试等领域广泛采用了计算机技 术，极大地提高了产品更新换代的速度、生产的自动化水平和产品的质量。本课题 的多功能液压实验台，正是适应时代发展的趋势，本着降低成本，提高自动 化水平和 实用性的原则来进行设计和研究的。在元件性能测试的过程中，采用了 CAT技术，并 使用当前最为流行的软件Visual C十+6.0,VisualB asic6 .0来进 行编程，使人机界面 更为友好。随着计算机技术的迅速发展，计算机辅助测试技术越来越多地使用在液压工程检测之中。机电液综合实验台在改革进程中，已经提出了

9、集成模块化、手动和自动并 联控制化、及控制中的PID算法等，也综合运用了计算机、传感器、控制和数据采集 等技术；液压控制单元也向模块化、可组配、开放式和集成化发展。1.3本课题的 音义1.3.1 实验教学的意义本课题拟结合计算机辅助测试技术(CAT)技术，对液压传动实 验课程的内容的进行扩充和更新，按照“设计一分析一制造一工程管理”的思路， 打破原有实验教学附属于理论教学的模式，建立和理论教学并行、既相对独立又相 互联系的实验教学体系。完成系统及其配套测试软件的开发，同时完成系统配套实验 教学内容的更新，以及多媒体课件的设计。使本系统作为液压传动实验课程的主要实 验平台，同时对于教师的科研能够

10、起到一定的支撑。本项目的实施，不仅能够解决目前由于机电液实验设备台套数不足而影响到实验 教学的矛盾，同时能让学生得到“液压-控制-测试-数据分析”等多方面的训练，提高 学生的综合动手能力。同时还可向和传感器和测试有关的实验课程开 放，对于工科的 相近专业均可推广。1.3.2 现实意义和实际价值在现阶段，本课题的研究将具有很强的现实意义。本 课题 立足国内，以实用为准则，在价格实惠的情况下，具有较高的性能，避免大而全所带 来的高昂价格，因为，本课题只对常出问题的阀和缸进行性能检测，省去了一些不常出问题类型产品的测试，从而简化了多功能液压实验台；另一方面，由于采用的是多功能液压实验台，这比单独购置

11、各种液压实验台的造价要低的 多。由于采用CAT技术所需硬件的价格较为低廉，同其他方式相比，在现有实验台 上采用CAT技术，必将是一种效益较高而又投资较少的方式之一，因此，目前尚没有采用这种技术的实验台更应该采用；即使采用了这种技术，由于计算机硬件和 软件的迅速发展，如语音识别技术、电脑触摸屏技术和网络技术以及各种流 行软件不 断的更新换代，很多采用CAT技术的实验台也面临着硬件和软件更新的问题。本课 题采用的正是目前最为先进的软件和硬件来进行CAT系统的设计以及软件的编制。同传统的多功能液压实验台相比，本实验台具有以下优点：(1)提高了测试速度，减小了测量误差，由于计算机的采用，可对各参量进行

12、高速采样，减小了各参量间不同时性的误差。计算机连续自动测试减小了瞬态信 息丢失引起的误差和读数误差。通过软件可对测试数据进行粗大误差、系统误差以及 随机误差进行消除工作。这些处理大大减少了测试系统的综合误差。由于计算机采 集存储测试数据的速度很快，因此可以在很短时间内完成对被测工况的数据采集、运 算和存储，比人工测试要少很多时间：另一方面，也能减少实验 设各的磨损，节省动 力消耗，同时可减少实验时控制油温的时间消耗，从而大大加快了实验的速度。(2)测试时无须同时观察和记录多个仪表的数据，减轻了测试的劳动强度，提高 了测试效率；(3)计算机自动控制实验状态，使测试过程准确，操作简单；(4)测试数

13、据存盘保留，方便进一步进行分析处理；(5)测试数据结果输出迅速、直观、工整；(6)可监测测试的瞬态过程，便于了解测试过程的详细信息；(7)可扩展现有测试仪器的使用功能；(8)便于建立测试数据的数据库，有利于液压元件质量的趋势分析。 由上面的叙述可以看出，在多功能液压实验台上采用CAT技术是提高水平和 完CAT硬件投资较少,善测试手段的有效措施，由于在现有实验台上进行改造,其软件主体进行一些修改即可适用于不同的实验台，若广泛推广于液压元件的生 产厂家，对于提高液压元件的生产和管理水平，提高经济和社会效益将会有很大的 促进作用。另外，目前，从全国范围内来看，有不少企业、学校和研究所都采用了 CAT

14、技术，当然也有不少企业还没有采用。目前国内比较著名的CAT系统有：北京 理工大学的液压泵、液压马达一液压马达传动系统工作特性的计算机辅助实验系统， 机械部北京自动化所和湘潭机电专科学校研制的液压泵出场实验台系统，广州机床研 究所液压泵性能和噪声计算机实时测试系统，徐州液压件厂液压缸CAT实验台系统和中国矿业大学北京校区机械电子工程系开发的液压元件实验台 CAT系统。这些系统研制运行时间从80年代中期至今，反映了我国液压CAT发展的 水平。然而这些系统由于开发较早，在进行软件的编制时一般都是在DOS或UCDO环境下，采用Turbo Basic或者是C语言，由于这两种语言本身能力的局限 性和DOS

15、字符环境对界面友好性的限制，使得它远没有利用目前最流行的软件 Visual C+和Visual Basic语言，并在 Windows平台上开发出的软件界面友好：这 样，这些软件就面临着由DOS平台向Windows平台移植的问题，这也是目前我国采 用CAT技术的单位所普遍面临的问题，很多单位正在或正准备将原有的CAT软件从 DOSf台移植到Windows平台，例如，北京自动化所的国家液压元件质量监督中 心，就正准备将它们DOS平台下的CAT软件移植到Windows平台。由上述的分析 可以看出，本课题的研究将具有很强的现实意义和实际价值。1.4本课题研究的内容本课题为机、电、液一体化系统，涉及的内

16、容极其繁多，由于时间以及客观条件 的限制，本论文将主要进行如下内容的研究：多功能液压实验台液压系统的设计； 多功能液压实验台液压系统图的绘制； 多功能液压实验台CAT系统的设计； 多功能液压实验台CAT测试系统和控制系统软件的编制： 多功能液压实验台CAT测试数据处理软件的编制。我们课题由两个人一起完成，我主要负责液压部分的设计，关键在液压测试回路 的设计。本研究课题关键在于液压测试回路的设计和计算机辅助控制测试技术的研究，同时研制出一套多功能、模块化的液压泵、验系统，来完成对各种泵、阀 以及液压回路的性能测试，效率。液压阀计算机辅助测试试提高液压实验台的使用2实验台液压系统的总体方案2.1

17、概述该系统由两大部分组成：液压子系统和测试子系统。2.1.1 液压子系统 系统由4大部分组成：液压泵控制阀测试部分、流量控制阀测 试部 分、压力控制阀测试部分、方向控制阀测试部分。由不同的比例阀控制，比例阀是由 计算机控制。这样便使这4大部分可以分别独立工作也可以同时工作。同时比例伺 服阀的使用，使得系统的控制响应特性得到很大的改善，这种模块式的测试系统检 修方便、占用空间少。本系统的比例电磁阀都是由计算机控制，所有的数据采集都是通过相应的传感 器直接从计算机中读出，并在计算机中进行处理显示、打印和存储。所以系统具有操 作方便、多功能、测试效率高、准确的性能。2.1.2 计算机辅助测试子系统为

18、了更准确、迅速地测试被试液压元件的有关参 数，设 计了计算机辅助测试系统，包括：硬件部分和软件部分两部分。硬件部分包括多功能数据采集卡以及各种传感器和固态继电器。其中的核心部 分是多功能数据采集卡，插在计算机PCI插口上，输入信号范围：。10V或-5+5 V;输出范围：。5V,具有16路模拟信号输入和8路模拟信号输出，同时具有16 路以上的数字I/O,可以控制16路电磁阀。在本项目中采集卡的模数 转换器采用程 序启动方式。其转换状态和结果可用程序查询或读出。并具有“即插即用”的性质， 要求在液压试验系统中使用非常方便。本系统使用的计算机辅助测试软件是C语言和组态软件。C语言在Windows系

19、统下不但具有强大数据和图形处理功能，而且在对I/O接口的数据进行读写方面有着很好的性能。C语言程序可以直接控制计算机的接口，运行速度快，适于动 态特性试验，而组态软件具有界面直观和操作方便的特点，适宜进行各种液压元件的 稳态特性试验。2.2 液压控制元件的发展要求传统的三大类液压控制阀，规模性替代和创新将只是时间问题。从未来新型控 制器件的发展要求的基本原则一一即模块化、可组配和开放式结构人手，尝试推行 “结构性创新”和“集成创新”，以便从整体和根本上变革现有的成熟（陈旧）产 品和技术，为我国液压控制技术发展提供新的视角，为我国液压界的挑战者和进攻者 提供新的思路。2.2.1 模块化原则模块化

20、是在系统综合考虑技术和产品的构成结构的基础上，通过 层次化和有序分解，便于整体和部分之间的优化组合，充分体现整体的协调性和灵活性，同时尽量使各部分具有相对独立性，以期达到简化系统设计、 使构件得到重用以及便于集成组配和升级。模块化着眼于相似性和组合原则，合理平衡多样性和统一性的利弊，通过对复杂系统解耦简化并对组成部分合理封 装， 通过形成标准接口界面提高互换和升级便利性。模块化是面向大规模定制的产品平 台和产品族设计通行的重要原则。液压控制元件在面向模块化设计时，应考虑以下若 干基本准则：（1）标准化、通用化、组合化准则；（2）多样化准则；（3）模块划分原 则；（4）模块化效果。2.2.2 可

21、组配原则 可配组的原则是未来液压控制技术和产品开发中的另一个重 要原 则。未来新型液压控制元件中，可配组的原则将总体格局及各个分层次以及分层次中 的子层次中普遍适用和存在。例如先导控制级中电机转换组件、阀芯组件、含先导液阻网络的先导阀芯和电一一机转换组件的阀体组伟主级中的阀芯组件及它们的组合，安装连接和配合控制的块体；以及由上述几种组件组成 的功 能模块等等，都会大量出现可配组的结构或集合，更重要的，不仅会大量出现实体 的配置，甚至会进一步出现非实体性变化的配置形式。而且这一特性将 必然导致和用 户进行“一对一”的、个性化和多样化配置的销售模式，并使之得到真正的发展。2.2.3 开放式原则在液

22、压控制元件产品族和产品平台中， 开放式原则首先是针对模块的连接和接口属性。由于基于电液控制为主的新型液压控制器件既有机械 产品的 接口和功能，又有 电子产品的接口和功能，因此应当充分重视接口的标 准化。2.2.4 集成化原则在现有的机械产品中，液压控制元件及其集成系统始终是属于较为 活跃和十分有效的一类产品。历史上基于板式连接的多种集成和叠加阀等始终引领着 液压控制的集成化进步，因此目前集成化的主体方式仍然是基于安装面的。基于安装孔连接的液压插装阀集成方式一出现就不仅从不同的规格和使用 上丰 富了液压控制的集成，更重要的是强烈地表现出未来集成控制所应具有一系列重要特 征和原则，从而使基于安装孔

23、连接的块式集成正成为最具有发展前景的新的主流形 式。2.3 本实验台液压系统的技术要求2.3.1 实验台的自动化改造 原液压实验台主要实验项目如下：节流回路性能实验 通 过定量泵，变量泵，节流阀，单向阀，溢流阀，电磁换向阀等进行实验。容积 节流调 速回路性能实验通过变量泵，节流阀，单向阀，单向调速阀，电磁换向阀，液压缸 等进行实验。差动连接快速回路通过泵，节流阀，单向阀，溢流阀，电磁 换向阀，液 压缸等进行实验。原液压实验台的台架和电机、油箱、压力表及部分 液压元件可保留 使用。液压泵、液压阀(包括节流阀、调速阀、压力阀、换向阀)的性能测试是液 压传动实践课程的基础部分。本项目对现有的机电液综

24、合实验台的液压模块进行 升级改造，使用计算机辅助测试技术(CAT),研制出一种模块式、多功能、先进、可 靠的液压泵、液压阀计算机辅助测试试验系统。完成对各种泵、阀的性能测试。(1)本系统运用模块化的设计方法，具有多功能、操作方便、测试准确迅速的 特点。(2)大量采用了目前技术较为先进的比例伺服阀，系统的控制响应特性、测 量 精度、可操控性多得到极大的改善。(3)采用了计算机辅助测试技术，传感器和数据采集卡的结合使用，使得本系 统的数字化水平达到较高的程度。(4)本系统的设计依据是GB810压力控制阀试验方法、GB8104 87流量 控制阀试验方法和GB8106 87方向阀试验方法根据实验台的技

25、术条件，改进后的实验台增加的功能为：(1)液压泵性能实验； 溢流阀性能实验；(3)节流调速回路性能实验。2.3.2 实验台组合方式这种实验台可在不使用任何工具的情况下，学生自己动手快 速灵活的组合装配成所需的实验系统，搭接成的实验系统和工程实际完全一致。自学 生自行构思设计方案、自行安装、调试及性能测试、故障分析、故障排 除，可使学生 得到真正动手环节的训练。2.3.3 实验台特点(1)利用该实验台进行课堂教学，实验台可直接移入实验室，使学生 身临其境，达到教师讲授和学生操作体验的高度结合。这样教师可用简洁的语言叙述 清楚较复杂的理论，使理论更形象而且有利于开发学生智力，调动学生潜在的学习能

26、力，增强学生的学习兴趣。(2)该实验台还可用作真实工程项目的设计安装和调试训练。学生可利用实 验 台上配置的微机控制系统自行编程，实现微机控制数据采集处理。课程结束时，学生 可得到机电液一体化全方位的真实工程题目的立体训练。(3)实验台功能齐全，投资少，而且结构紧凑，体积小，移动灵活，该实验台可做多个实验一个实验台可替代十几台传统实验台，而投资仅是传统实验台的 1/10o(4)安全，可靠，故障率低，实验台的结构采用了高可靠性结构设计，学生可随意拆装，不会轻易损坏，控制电路采用安全电压，油源压力为2. 5Mpa的低压油源，而且实验元件的插件部位均采用自封闭接头， 无任何泄露污染，当连接 出现错误

27、时，油路不通，所以不会出现任何危险。(5)实验台使用寿命及技术寿命长，由于采用的是组合结构，随着技术的发展， 可灵活的更换元件，根据需要不断增减。2.4 液压系统回路设计液压系统图的设计是严格遵守以上的标准来进行设计的，包括有液压缸实验 回 路、节流调速实验回路、压力控制基本实验回路、方向控制基本实验回路、速 度控制 基本实验回路等。通过全面考察主要设备和辅助设备液压系统的工作参数和目前国产元件的可靠 性两个方面的实际情况，取液压系统的压力为6.3Mpao这对于实验台液压系统的各类液压阀(诸如方向阀、压力阀、流量阀、分流集流阀、二通插装阀、比例 阀以及伺服阀)、液压缸、液压泵和马达实验台都是适

28、宜的。实验台上需要完成的包括有液压缸实验回路、节流调速实验回路、压力控制 基 本实验回路、方向控制基本实验回路、速度控制基本实验回路等，需要保证进 给运动 平稳性和速度稳定，实验台上所需动力源的流量较小，从简单经济观点，此处选用双 作用叶片泵。根据实验台完成的实验要求，并参考以前实验台的实验原理图，设计完毕的机电液实验台自动化改造后的液压系统原理图如图图1所示:P31, 压力泵3, 10三位四通换向阀4, 5, 18, 6, 11两位三通换向阀2, 比例溢流阀8, 9液压缸 7, 12 -一比例调速阀1QP4-压力传感器 P1, P2, P3, P5-压力表 17 流量传感器3液压回路设计方案

29、3、1液压回路的整体设计对不同的液压元件进行实验，所用液压回路是不同的，实验所需的压力和流 量 也各不相同实现，具体如何控制各个回路的压力和流量均可通过控制比例溢流阀犯 将在本论文的后面详细阐述。压力和流量确定了之后，就可以根据下述的各阀动作 进行实验。一般液压元件的实验方法标准中都包含有以下基本内容：技术术和符号的说明和规定；实验条件的规定，包括实验用油液的粘度、油温 和清洁度等级等实验项目和实验方法，包括实验回路、将有关液压元件和系统需要 核的性能定为实验项目，并规定实验内容和为获得这些性能指标的详细实验 方法 等；还指明型式实验和出厂实验应作的实验项目；参数测试点的配置和测量 精确度 等

30、级的规定。为了便于比较和正确的测试各有关参数，根据实验的不同要 求，所 示：将测试的精确度分为不同的等级，AB. C三级，如表测量参璧F斑林确博等级AL1c压力俄压为p0r0515垃3P0.51.52.5转矩灼1.0+2 0 转庖（）0.51.0+2.0度/化）051.02.0稳态工况时参数的允许变动范围，数据处理和结果表达的要求。包括提供该项实验要用的计算公式、供参考的特性曲线形状，对实验报表的格式和内容的要 求, 报告中应注明的事项以及由实验曲线上如何获取性能指标的方法等。3.2液压实验原理说明3.2.1 液压泵的性能特性试验如图为液压泵特性试验液压系统原理图14 压力泵102 一比例溢流

31、阀P4 压力传感器一三位四通换向阀11两位三通换向、9液压缸12- -一比例调速阀P5压力表17 流量传感器图2液压泵性能实验原理图全部接通溢流阀13,接通阀12比例压力溢流阀，接通电源，让被试泵14空载 运转几分钟，排除系统内空气。2接着断开比例溢流阀12,接通溢流阀13,控制系统压力P值为70kgf/cm。控制比例溢流阀12,逐渐增大通截面，使系统压力P降至泵的额定压力632kgf/cm，观察被试泵的压力脉动值。控制比例溢流阀12,使被试泵的压力为。或者接近于0,测出此时的流量。再通 过比例溢流阀12,给泵不同的负载，对应测出压力P值，流量Q,电动机的输入功 率。322节流调速性能实验(1

32、)进油路节流调速性能实验如图为进油路节流调速回路原理图：9P217P1右边加载回路的调整，断开比例溢流阀12,接通溢流阀13,启动泵14,通 过控制比例溢流阀12(使回路中压力P4小于5kgf/cm+ 转换电磁阀10的控 制按钮，使电磁阀10左右切换，加载液压缸的活塞往复动作两、三次，以排除回路中空气, 然后使活塞杆处于退回位置。左边调速回路的调整，接通溢流阀2,断开比例溢流阀7,启动泵1,控制 溢流阀 2,使回路中压力P4处于5 kgf/cm2,将电磁阀3控制按钮置于左位工作，再控制进油 路的比例溢流阀7的通流面积，使工作液压缸8的活塞运动速度适中，左右转换电 磁阀3控制按钮，使活塞往复运动

33、几次，检查回路工作是否正常，并排除回路中空 气。进油路节流调速实验油液流动线路：进油线路：液压泵启动，电磁阀3置左位工作，接通溢流阀2,二位三通电磁换 向阀4置右位工作，再经过比例溢流阀7,自动控制比例阀的通流面积，再经过二位二通电磁换向阀5,液压缸8工作。回油线路：液压缸8退回，二位三通电磁换向阀6左位工作，经过三位四通 换 向阀3,直接回油箱。(2)回油路节流调速性能实验如图为回油路节流调速回路原理图：右边加载回路的调整，断开比例溢流阀12,接通溢流阀13,启动泵214,通过控制比例溢流阀12 (使回路中压力P4小于5kgf/cm)。电磁阀10置 左位 工作。左边调速回路的调整，接通溢流阀

34、2,断开比例溢流阀7,启动泵1,控制 溢流阀 2,使回路中压力P4处于5 kgf/cm 将电磁阀3控制按钮置于中位工作，再控制进 油路的比例溢流阀7的通流面积，使工作液压缸8的活塞运动速度适中。实验说明：通过传感器测出，计算机控制，测量行程时间t,逐次调节溢流阀13,调节供油压力。进油线路：液压泵启动，电磁阀3置左位工作，接通溢流阀2,二位三通电磁换向阀4置左位工作，经过二位二通换向阀18,液压缸8开始前进。回油线路：液压缸8退回，二位三通电磁换向阀6右位工作，再经过比例溢流 阀7,自动控制比例阀的通流面积，再经过二位二通电磁换向阀5,通过电磁 阀3直 接回油箱。(3)旁油路节流调速性能实验如

35、图为旁油路节流调速回路原理图:右边加载回路的调整，断开比例溢流阀12,接通溢流阀13,启动泵14,通 过控制比例溢流阀12(使回路中压力P4小于5kgf/cm2)。电磁阀10置左位工 作。左边调速回路的调整，接通溢流阀2,断开比例溢流阀7,启动泵1,控制2溢流阀2,使回路中压力P4处于5 kgf/cm ,将电磁阀3控制按钮置于中位工作，再 控制进油路的比例溢流阀7的通流面积，使工作液压缸8的活塞运动速度适中。油液线路：液压泵启动，电磁阀3置左位工作，接通溢流阀2,二位三通电磁 换向阀4置左位工作，分两支路走，一路直接进液压缸，由换向阀6,回油箱，另一 路经比例溢流阀调速，二位二通换向阀18左位

36、工作，比例阀7调速，换向 阀5工 作，回油箱。4液压系统硬件部分的设计4.1 液压控制元件的选型液压元件是按照性能要求和价格综合考虑来进行选取的。4.1.1 本实验台液压系统的性能参数液压系统的基本参数是油液的压力和流量，液压实验系统的额定 压力和流量应包容被试元件的额定压力和流量。通过全面考察主要设备和辅助设备液压系统的工作参数和目前国产元件的可靠性两个方面的实际情况，取液压系 统的压力为6.3Mpao这对于实验台液压系统的各类液压阀（诸如方向阀、压力阀、流量阀、分流集流 阀、二通插装阀、比例阀以及伺服 阀）、液压缸、液压泵和马达实验台都是适宜的。故本课题机电液实 验台的液压系统的压力选为6

37、.3Mpa。对于液压阀额定实验流量，实验流量不得小于规定的被试阀额定流量，并保证被试阀的性能指 标以满足液压设备的要求为依据等，在考虑了标准、需要和可能等三方面的条件下，取本多功能实 验台的额定实验流量为10L/mino4.1.2 液压元件的选取 压力和流量确定以后，就可以对液压元件进行选取，下面 将分别讲述各种液压 元件的选取。（1） 主泵的选取一般叶片泵的工作压力为7Mpa高压叶片泵工作压力可达25-32Mpa,转速范围为6001500r/min ,双作用叶片泵一般为定量泵。双作用叶片 泵的性能参数中规定额定压力和最高压力，都符合实验台的要求，并规定了各种排量、各种规格的最高转速。在实际使

38、用中不应采用压力或转速的最高值，应有一定的裕量，特别是最高压力和最高转速不能同时使用，要严格遵守，这样可以延长液压泵以及整个液压系统的寿命。 液压泵的最大工作压力pp（pRPP ： P pP_P-P=6.3Mpa 试中：pi： p-t图中的最高工作压力侬）；咋：系统进油路上的总压力损失。由于于本系统在停止运动时才出现最高工作压力，故 p=0o 液压泵的最大流量%m/s多个执行器同时动作的系统，液压泵的最大流量应大于同时动作的执行器所 需要的总流量，并应 考虑泄漏Qp K q max 液压泵的规格按上述计算得到PP和值，由产品型录选取液压泵的规格。为了保证系统不致因 过渡过程中过高的动态压力作用

39、被破坏，系统应有一定的压力储备量，通常推荐液压泵的额定压力可比Pp高25%60%高压系统取小，中低压系统取大值）；液压泵的额定流量和qp相当，不应超过太多。综合各种要求，在本课题中选用YB-10型双作用叶片泵，这种泵具有结构 紧凑、流量均匀、体 积小易于保养等特点，性能参数如下：最大极限转速为1450r/min,最大流量为100L/min,满载驱 动功率为1.5kW。由此可见，一个这样的泵是满足要求的。下面验证一下功率是否满足要求，实验台要求的功率为：W= PQ =6.3* 1.06 *10 *1.03/ 60=1.05kW这种泵可提供的功率为1.5kW大于实验台要求的1.05 kW由以上的分

40、析 可知，选择YB-10型双作用叶片泵是可以满足要求的o（2）阀的选取 阀类的选取也是主要根据压力和流量，同时还要考虑价格及品牌。一般来说，重要 的部件一定要选择知名厂家的产品，也就是在保证质量的情况下，尽量选择价格较低的产品。换向阀的选取 在本课题中，所有的换向阀采用的都是北京液压件厂的WEH型电液换向阀，这种阀的流量为80L/min,最大工作压力为31.5Mpa,这样，流量超过了本课题多功能液压、试验台的最 大流量，压力也达到了本多功能液压 试验台的最大压力，所以可以满足本实验台的需要；溢流阀的选择 本液压系统中用到的两个直动式比例溢流阀选用的是DBETF型直动式比例溢流阀，公称压力为31

41、.5Mpa额定流量为10L/min,显然 是可以满足本实验台需要的。调速阀的选择本液压系统中用到的调速阀是2FRE6型二通比例调速阀，工作压力可达21Mpa 流量可达25L/min,显然是满足本课题需要的。（3）电机的选择液压泵的驱动功率计算工作循环中，由于本系统的液压泵的压力和流量比较恒 定，所以液压泵驱动功率皿可由下式确定：NPpPqP式中：pp、qp :液压泵的最大工作压力（Pa）和最大流量（m3/s） P：液压泵的总效率，参考下表 选取。液压泵的类型齿轮泵叶片泵柱塞泵总效率0.6-0.80.7-0.850.8-0.9本系统为固定设备液压泵的驱动电动机，由上述计算出的功率和液压泵的转速及

42、其使用环境，从 产品型录中选定其型号规格（额定功率、电源、结构型式），以保证每个工作阶段电动机的峰值超载量都低于25%立式电动机可通过钟型罩和泵连接，泵伸入油箱内部，结构紧凑，外形整齐，噪声低；卧式电动机，需要 通过支架和泵一起占用空间较大，但泵的安装在油箱顶部或单独设置的基座上, 故障诊断和维护较为方便。由前面的计算可知，选用Y 90L-4L型电机，该种类型电机的性能指标为：功率为1.5kW,转速 为1400转/分钟，大于实验台要求的功率1.05kW,并且转速也 大于泵的最大极限转速，所以，该种 类型的电机可以满足本课题所设计的多功能 液压试验台的需要。(4)管件的选取常用的油管有硬管和软管

43、两类。选择的主要依据是工作压力、工作环境和液压装置的总体布局等。由于本系统为实验台，考虑到安装可操作性，选用软管。油管的 规格尺寸多由于它连接的液压元件的油口尺寸决定，只有对一些重要油管才计算其内径和壁厚。(5)液压附件的选取液压附件的选取也主要是根据压力和流量，这里就不再进行详细介绍，选后的元件参见下表:序号元件名称额定压力/Mpa1 14液压泵6.32、13直动式比例溢流阀31.5额定流量/L.min1010型号、规格说明额定转速为YB-11450r/min,DBETR通径为10mm7、12比例调速阀2111、18二位二通换向阀31.54、5、二位三通换向阀31.56、173、10三位四通

44、换向阀31.5& 9液压缸压力表开关约6.315、16 过滤器 0.02 (压258080801602FRE6WEH6WEH6WEH6XU-160*80J通径为10mm 通径为10mm 通径为10mm通径为10mm通径为6mm 通径为40mm力损失)4.2底板的设计及说明由于时间的关系，我只做了比例溢流阀的底板设计。设计时的尺寸是根据比例溢流阀确定，还要考虑到干涉，粗糙度，防泄漏等实际问题。比例溢流阀底板图如下:IC14729.54155控制部分5. 1实验台的控制流量下面将对这两此次设计的液压CAT实验台要求控制的液压参量是压力、 个参量的控制进行概述。“ 检口 BCD闺(a)(b)比例流量

45、阀控制流量系统框图在本课题中，由于需实验种多，某些实验是需要调节微小流量的，因此在本 课 题中是采用比例溢流阀来进行流量控制的。利用计算机对流量进行控制的原理 如下 图所示。4 A3 i比例放大器此例发流阀爵a/dK-1 】比例溢流阀流量控制系统框图a/d ta压力控制系统框图5. 2系统设计CAT系统的设计主要取决于CAT系统要实现的功能，在前面的章节中已经讲到，本课题要设计的CAT系统兼有数据采集和控制功能，这就给系统的设计带来了 一定的复杂性。一般来说，系统的设计包括系统硬件的设计和软件的设计。521系统硬件由于CAT系统涉及的硬件种类繁多，这里分三部分对硬件的设计进行讲述。(1)液压测

46、试系统液压测试系统的设计是在第二章设计的液压系统图的基础之上， 为了满足测试要求，在合适的位置添加上压力传感器或流量传感器。(2)CAT系统配合CAT系统要求，CAT系统构成下图所示，利用该系统可完成被测 试信号的采集、传输、显示和处理，本系统的信号分为两类：模拟信号和数字信 号，现分别介绍如下：模拟信号压力传感器感应被测信号后，输出模拟信号。输出的模拟信号，送 入对应二次仪表，二次仪表除对信号处理后加以显示实际的压力外，同时把模 拟信 号送入A/D模数转换板，转换成数字信号后由计算机对其进行处理。压力传感器液手试验台相力传感簿仁次仪表A/D转 换器I/O 板微型计算机打印机驱动疆液压CAT系统