大功率液壓元件檢測(cè)實(shí)驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)含8張CAD圖
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大功率液壓元件檢測(cè)實(shí)驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)
摘 要
本論文是根據(jù)中國(guó)鐵建重工集團(tuán)的需求，而對(duì)大功率液壓元件檢測(cè)實(shí)驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)。其內(nèi)容主要包括對(duì)液壓實(shí)驗(yàn)臺(tái)的液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)、機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。
首先通過(guò)分析此液壓實(shí)驗(yàn)臺(tái)需要完成的工作要求，對(duì)液壓實(shí)驗(yàn)臺(tái)的液壓系統(tǒng)原理進(jìn)行設(shè)計(jì)，并繪制出了液壓系統(tǒng)原理圖。然后通過(guò)對(duì)液壓實(shí)驗(yàn)臺(tái)參數(shù)的計(jì)算，選擇了液壓泵、液壓閥等液壓元件和輔助元件，并完成了電機(jī)的選擇和油箱的設(shè)計(jì)，繪制了液壓缸等零件圖。接著對(duì)液壓實(shí)驗(yàn)臺(tái)的機(jī)械結(jié)構(gòu)部分進(jìn)行設(shè)計(jì)，并選用優(yōu)點(diǎn)突出的PLC作為此實(shí)驗(yàn)臺(tái)的電氣控制裝置。最后繪制了液壓實(shí)驗(yàn)臺(tái)的總裝配圖。
關(guān)鍵詞：大功率，液壓試驗(yàn)臺(tái)，液壓元件，液壓系統(tǒng)，可編程控制器
I
ABSTRACT
This paper is based on the needs of China Railway Construction Industry Group, and the design of high power hydraulic components test bench. Its contents mainly include the design of hydraulic system design, mechanical structure design and electrical control system of hydraulic test bed.
First of all, this paper analyzes the hydraulic system principle of the hydraulic test bed by analyzing the working requirements of the hydraulic test bed, and draws out the hydraulic system schematic. Then, through the calculation of the parameters of the hydraulic test bed, hydraulic components and auxiliary components such as hydraulic pumps and hydraulic valves were selected, and the selection of the motor and the design of the fuel tank were completed, and the parts of the hydraulic cylinder were drawn. Then the mechanical structure of the hydraulic test bench part of the design, and the advantages of prominent PLC as the experimental platform of the electrical control device. Finally, the total assembly diagram of the hydraulic test bed is drawn.
Key Words： High Power, hydraulic system testing platform, Hydraulic Components, Hydraulic system, PLC
II
目 錄
摘 要 I
ABSTRACT II
1 緒論 1
1.1 課題背景 1
1.2 國(guó)內(nèi)外大功率液壓實(shí)驗(yàn)臺(tái)發(fā)展概況 1
1.3 本論文研究的主要內(nèi)容 2
1.4 課題的現(xiàn)實(shí)意義 2
2 大功率液壓系統(tǒng)元件檢測(cè)實(shí)驗(yàn)臺(tái)液壓原理圖設(shè)計(jì) 3
2.1 總體方案的確定 3
2.2 液壓系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計(jì) 4
2.3 液壓元件檢測(cè)方法及要求 4
2.4 液壓系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 6
2.4.1 實(shí)驗(yàn)臺(tái)液壓系統(tǒng)原理圖設(shè)計(jì) 6
2.4.2 大功率液壓元件檢測(cè)實(shí)驗(yàn)臺(tái)的檢測(cè)項(xiàng)目 7
2.5 本章小結(jié) 8
3 液壓系統(tǒng)元件的選擇 9
3.1 泵源部分的設(shè)計(jì) 9
3.2 電機(jī)的選擇 9
3.3 液壓缸的選擇 10
3.3.1 設(shè)計(jì)液壓缸時(shí)應(yīng)該注意的問(wèn)題 10
3.3.2 液壓缸主要尺寸的確定 10
3.3.3 液壓缸的強(qiáng)度校核 11
3.3.4 液壓缸活塞桿穩(wěn)定性的校核 13
3.4 液壓閥的選擇 13
3.5 液壓系統(tǒng)輔助元件的選擇 14
3.5.1 油管 14
3.5.2 管接頭 15
3.5.3 濾油器 15
3.5.4 液壓油的選擇及使用 15
3.6 本章小結(jié) 15
4 液壓實(shí)驗(yàn)臺(tái)機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 16
4.1 液壓裝置結(jié)構(gòu)特征 16
4.2 油箱的設(shè)計(jì) 16
4.3 液壓元件與底座集成的結(jié)構(gòu)特征 18
4.4 本章小結(jié) 18
5 液壓實(shí)驗(yàn)臺(tái)檢測(cè)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 19
5.1 大功率液壓元件檢測(cè)實(shí)驗(yàn)臺(tái)檢測(cè)系統(tǒng)原理 19
5.2 PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 20
5.2.1 設(shè)計(jì)內(nèi)容 20
5.2.2 PLC控制電路元?dú)饧倪x用 20
5.2.3 PLC的接線圖 21
5.2.4 液壓實(shí)驗(yàn)臺(tái)檢測(cè)系統(tǒng)的要求 22
5.3 本章小結(jié) 22
6 結(jié) 論 23
參 考 文 獻(xiàn) 24
附錄1 外文翻譯 25
附錄2 外文原文 34
致謝 41
大功率液壓元件檢測(cè)實(shí)驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)
1 緒論
1.1 課題背景
中國(guó)鐵建重工集團(tuán)是世界五百?gòu)?qiáng)公司之一，具有高端的工程裝備，其下屬有多家單位，同時(shí)擁有多家研究所，堅(jiān)持“自主創(chuàng)新，科研興企”的戰(zhàn)略，自主研發(fā)大型機(jī)械設(shè)備，打破了國(guó)外企業(yè)長(zhǎng)時(shí)間壟斷的一些核心技術(shù)。鐵建重工繼續(xù)保持在鐵路建設(shè)上的優(yōu)勢(shì)，而且在原來(lái)的經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)上引進(jìn)一些國(guó)外的技術(shù)，進(jìn)行消化吸收再創(chuàng)新，從而掌握了多項(xiàng)擁有頂級(jí)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的核心技術(shù)。本課題是為鐵建重工集團(tuán)液壓技術(shù)研究院設(shè)計(jì)大功率液壓系統(tǒng)元件檢測(cè)實(shí)驗(yàn)臺(tái)，主要用于工程上大功率液壓元件的檢測(cè)。
在我國(guó)大于30Mpa稱為高壓，高壓技術(shù)是一種新興的技術(shù)，它在工業(yè)生產(chǎn)中和現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域發(fā)揮著不可替代的作用。在我國(guó)的機(jī)械、冶金、建筑等多各行業(yè)都廣泛采用高壓技術(shù)，鐵建重工集團(tuán)大功率高壓產(chǎn)品主要用于地下工程裝備和軌道裝備。
由于液壓技術(shù)具有節(jié)能環(huán)保，能夠提供巨大動(dòng)能等優(yōu)點(diǎn)，各制造行業(yè)對(duì)液壓技術(shù)的應(yīng)用也越多，從而對(duì)大功率液壓元件的要求越高。要保證大功率液壓元件的性能，就要有一套完整的檢測(cè)設(shè)備。但是隨著液壓行業(yè)的發(fā)展，對(duì)液壓元件傳統(tǒng)的檢測(cè)技術(shù)已經(jīng)不能夠滿足。針對(duì)目前這些問(wèn)題，研發(fā)設(shè)計(jì)制造大功率液壓元件檢測(cè)實(shí)驗(yàn)臺(tái)就顯得非常重要。在綜合調(diào)研分析的基礎(chǔ)上，我們?yōu)殍F建重工集團(tuán)液壓技術(shù)研究院設(shè)計(jì)大功率液壓系統(tǒng)元件檢測(cè)實(shí)驗(yàn)臺(tái)。
1.2 國(guó)內(nèi)外大功率液壓實(shí)驗(yàn)臺(tái)發(fā)展概況
近年來(lái)，機(jī)械產(chǎn)品不斷趨向于輕便化、節(jié)能化。而液壓機(jī)械的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，體積相對(duì)小，可操作性好，而且能夠在傳動(dòng)時(shí)實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速，液壓產(chǎn)品對(duì)環(huán)境的污染小。因此對(duì)液壓機(jī)械的需求越來(lái)越大，發(fā)展液壓機(jī)械尤為重要。但是我國(guó)大功率液壓元件的發(fā)展滯后于其他制造大國(guó)，尤其是大功率液壓元件，這使得我國(guó)的機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量較差，運(yùn)行不穩(wěn)定，使用壽命短。另外我國(guó)還需話費(fèi)大量的資金從國(guó)外進(jìn)口大功率的液壓元件。為了解決這一現(xiàn)象，我國(guó)在多家企業(yè)和高校建立了液壓元件的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，目的是加強(qiáng)對(duì)新型大功率液壓元件的檢測(cè)與研究，提高我國(guó)的自主研發(fā)能力，從而帶動(dòng)我國(guó)液壓行業(yè)的整體發(fā)展[1]。
液壓元件的檢測(cè)系統(tǒng)在隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展也在改變著，原來(lái)的檢測(cè)系統(tǒng)已再不適用大功率液壓元件的檢測(cè)，現(xiàn)在的檢測(cè)系統(tǒng)包括檢測(cè)技術(shù)、液壓技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)，傳感技術(shù)等多項(xiàng)技術(shù)為一體。傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)檢測(cè)系統(tǒng)是利用傳感器對(duì)液壓元件進(jìn)行檢測(cè)，然后通過(guò)放大電路放大傳感器所檢測(cè)到的信號(hào)，再由示波器等記錄儀記錄這些信號(hào)。而要處理這些檢測(cè)的結(jié)果信號(hào)則需要人工進(jìn)行。這種檢測(cè)方法自動(dòng)化程度不高，而且精確度差，無(wú)法用于大功率液壓元件和精密液壓元件的檢測(cè)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)技術(shù)被引入到液壓元件的檢測(cè)系統(tǒng)中，從而出現(xiàn)了一門(mén)新型的液壓檢測(cè)技術(shù)，稱為液壓計(jì)算機(jī)輔助檢測(cè)技術(shù)（CAT），利用計(jì)算機(jī)來(lái)處理數(shù)字信號(hào)，大大提高了檢測(cè)的速度與精確度，自動(dòng)化程度高。
1.3 本論文研究的主要內(nèi)容
本論文重點(diǎn)解決的問(wèn)題是完成大功率液壓元件檢測(cè)實(shí)驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)，其中包括液壓實(shí)驗(yàn)臺(tái)功能原理設(shè)計(jì)、液壓實(shí)驗(yàn)臺(tái)機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、液壓實(shí)驗(yàn)臺(tái)電氣控制裝置設(shè)計(jì)、液壓系統(tǒng)參數(shù)的計(jì)算和液壓元件的選擇、油箱的設(shè)計(jì)和管路的設(shè)計(jì)。
本論文要取得的預(yù)期成果是根據(jù)實(shí)際要求，設(shè)計(jì)的液壓實(shí)驗(yàn)臺(tái)能夠完成其檢測(cè)任務(wù)并繪制實(shí)驗(yàn)臺(tái)總圖，繪制泵站、控制系統(tǒng)等部件圖及零件圖。對(duì)系統(tǒng)性能進(jìn)行必要的校核。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)該保證液壓實(shí)驗(yàn)臺(tái)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)合理。本文所設(shè)計(jì)的液壓實(shí)驗(yàn)臺(tái)采用了可編程邏輯控制器（PLC） 控制，可靠性高，反應(yīng)靈敏，具有一定的安全性。此外，還應(yīng)考慮液壓實(shí)驗(yàn)臺(tái)操作的舒適性和安全性。
1.4 課題的現(xiàn)實(shí)意義
在我國(guó)高壓液壓元件相對(duì)比較落后，不能夠滿足我國(guó)液壓行業(yè)的發(fā)展，這一現(xiàn)象大大制約了我國(guó)眾多大型液壓設(shè)備的生產(chǎn)和使用，造成我國(guó)的大型液壓產(chǎn)品質(zhì)量差，運(yùn)行不穩(wěn)定，使用壽命短。因此，發(fā)展我國(guó)大功率高壓液壓元件就顯得尤為重要，而這就需要更為精確的檢測(cè)裝置作為支撐。由此，大功率液壓元件檢測(cè)實(shí)驗(yàn)臺(tái)的發(fā)展應(yīng)該的到重視。近年來(lái)隨液壓產(chǎn)品的多樣化發(fā)展，我國(guó)制造行業(yè)對(duì)液壓機(jī)械需求的增加，所以大功率液壓技術(shù)的研發(fā)就更加緊迫，對(duì)大功率液壓元件的需求也越來(lái)越高。但是一直以來(lái)大功率液壓元件大都需要從外國(guó)進(jìn)口，這需要花費(fèi)高額的費(fèi)用。要改變這一現(xiàn)狀，就必須加大在大功率液壓元件檢測(cè)實(shí)驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)方面的投入。
2 大功率液壓系統(tǒng)元件檢測(cè)實(shí)驗(yàn)臺(tái)液壓原理圖設(shè)計(jì)
2.1 總體方案的確定
如圖2.1所示為大功率液壓元件檢測(cè)實(shí)驗(yàn)臺(tái)的總裝配圖，其主要包括液壓系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)、機(jī)械結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)和控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)三大部分。
圖2.1 大功率液壓元件檢測(cè)實(shí)驗(yàn)臺(tái)總裝配圖
2.2 液壓系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計(jì)
根據(jù)企業(yè)對(duì)于實(shí)驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)性能的要求，確定液壓實(shí)驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)參數(shù)，見(jiàn)表2.1。
表2.1 液壓實(shí)驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)參數(shù)
序號(hào)
項(xiàng)目
參數(shù)范圍
穩(wěn)態(tài)時(shí)波動(dòng)范圍
1
系統(tǒng)泵站壓力
0-31.5MPa
±2.5%
2
系統(tǒng)泵站流量
0-15L/min
±2.5%
3
系統(tǒng)泵站轉(zhuǎn)速
1440r/min
±2.5%
4
油液最高溫度
0-55℃
±2.5%
5
油液過(guò)濾精度
大于25μm
2.3 液壓元件檢測(cè)方法及要求
確定被試液壓泵、液壓閥和液壓缸的檢測(cè)項(xiàng)目、方法和要求，詳細(xì)如表2.2、2.3、2.4、2.5所示。
表2.2 液壓泵檢測(cè)內(nèi)容
表2.3 液壓缸檢測(cè)內(nèi)容
表2.4 溢流閥檢測(cè)內(nèi)容
表2.5 換向閥檢測(cè)內(nèi)容
2.4 液壓系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)
2.4.1 實(shí)驗(yàn)臺(tái)液壓系統(tǒng)原理圖設(shè)計(jì)
根據(jù)對(duì)大功率液壓元件檢測(cè)實(shí)驗(yàn)的要求，如圖2.2所示為實(shí)驗(yàn)臺(tái)液壓系統(tǒng)原理圖。
圖2.2 實(shí)驗(yàn)臺(tái)液壓系統(tǒng)原理圖
2.4.2 大功率液壓元件檢測(cè)實(shí)驗(yàn)臺(tái)的檢測(cè)項(xiàng)目
（1）液壓缸的檢測(cè)項(xiàng)目及操作
如圖2.3所示為液壓缸的系統(tǒng)原理圖。
圖2.2 液壓缸工作原理圖
表2.6 液壓缸的檢測(cè)
空載往復(fù)運(yùn)動(dòng)
啟動(dòng)液壓泵，調(diào)節(jié)閥Y7，觀察壓力表P13，摁下操作臺(tái)的主換向閥左通電按鈕和被試油缸縮回按鈕，使換向閥H4和H5左通電，即加載液壓缸伸出，被試液壓缸縮回；使換向閥H4和H5右通電時(shí)，情況相反。
最大行程
在空載往復(fù)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，被試液壓缸頂出后自動(dòng)停止時(shí)即為液壓缸的最大行程。
滿載時(shí)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)
調(diào)節(jié)閥Y4，觀察壓力表P4，使H4通電，H5斷電，加載自卸油缸進(jìn)油口回油被迫從加載壓力調(diào)節(jié)閥(Y7)溢出，然后進(jìn)行液壓缸往復(fù)運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)。
內(nèi)泄漏和外泄漏
液壓缸內(nèi)泄漏試驗(yàn)是在液壓缸滿載時(shí)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行，當(dāng)被試缸運(yùn)動(dòng)到一半時(shí)，關(guān)閉截止閥K8使加載缸的進(jìn)口封閉，然后在被試缸的出口接容器，摁下加載油缸的頂出按鈕，觀察液壓油的泄漏量。外泄漏可在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中進(jìn)行外部觀察。
（2）單向液壓閥的檢測(cè)項(xiàng)目及操作
將單向閥與單向節(jié)流閥相連，松開(kāi)調(diào)壓閥Y6,打開(kāi)L0，關(guān)閉開(kāi)關(guān)L4和調(diào)速閥L5及L6，使所有電磁換向閥斷電，讓所有電氣開(kāi)關(guān)回到原位。啟動(dòng)液壓泵，調(diào)節(jié)Y3，觀察壓力表P4的示數(shù)。
表2.7 單向液壓閥的檢測(cè)
內(nèi)泄漏
調(diào)節(jié)Y4閥，觀察壓力表P4的示數(shù)，使液壓系統(tǒng)中的壓力逐漸升高。其中壓力表P7和P8的示數(shù)分別表示單向液壓閥的進(jìn)口和出口壓力。當(dāng)P7和P8的示數(shù)相差比較大時(shí)，單向閥反向?qū)ǎ藭r(shí)流量計(jì)中的示數(shù)則表示額定壓力下單向液壓閥的內(nèi)泄漏量。
耐壓試驗(yàn)
在上述實(shí)驗(yàn)后，使主換向閥左通電，這時(shí)小流量計(jì)的示數(shù)為單向閥在最高壓力下反向關(guān)閉時(shí)的泄漏量。
正向壓力損失
使主換向閥右通電，則單向閥正向?qū)?，觀察壓力表P7和P8的示數(shù)，兩表示數(shù)的壓力差則代表單向閥的正向壓力損失。
開(kāi)啟壓力
使主換向閥右通電，此時(shí)流量計(jì)的示數(shù)為液壓閥在額定壓力下正向?qū)〞r(shí)的流量。然后調(diào)節(jié)閥Y3，當(dāng)流量計(jì)的示數(shù)為0時(shí)，觀察壓力表P11，此時(shí)的示數(shù)為單向液壓閥的開(kāi)啟壓力。
2.5 本章小結(jié)
本章主要根據(jù)設(shè)計(jì)要求和國(guó)家的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，確定了液壓實(shí)驗(yàn)臺(tái)的系統(tǒng)參數(shù)和液壓元件的檢測(cè)方法和檢測(cè)內(nèi)容，設(shè)計(jì)了大功率液壓元件檢測(cè)實(shí)驗(yàn)臺(tái)的液壓系統(tǒng)原理圖，確定了液壓缸和液壓閥檢測(cè)的具體操作過(guò)程。
3 液壓系統(tǒng)元件的選擇
3.1 泵源部分的設(shè)計(jì)
根據(jù)設(shè)計(jì)要求，此液壓系統(tǒng)是對(duì)大功率（P≥300kw）液壓元件測(cè)試需求的現(xiàn)狀提出的，主要針對(duì)高壓（21MPa—31.5MPa）環(huán)境工況下的液壓元件進(jìn)行性能檢測(cè)。從而根據(jù)被測(cè)液壓元件的相關(guān)參數(shù)，選擇合適的液壓泵。
以下是對(duì)液壓泵的額定壓力及額定流量的計(jì)算：
取進(jìn)油路總的壓力損失為 Pa，那么液壓泵的最高的工作壓力為： Pp = P1 + =31.5×10+5×10=32MPa。
液壓泵的額定流量是根據(jù)液壓缸的運(yùn)動(dòng)速度來(lái)計(jì)算的，參照被檢測(cè)液壓缸的規(guī)格，取檢測(cè)時(shí)候液壓缸的進(jìn)給速度為0.4mm/s。
則液壓泵的額定流量為：
根據(jù)以上所計(jì)算的額定壓力和額定流量，通過(guò)查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)單行本》液壓傳動(dòng)中表20-5-40 技術(shù)性能，我們選用CY14-1B型斜盤(pán)式軸向柱塞液壓泵，它的額定壓力為32MPa，額定流量為10ml/r，轉(zhuǎn)速1500r/min，符合題目要求。
3.2 電機(jī)的選擇
電機(jī)的額定功率是選擇電機(jī)的主要標(biāo)準(zhǔn)，我們所選電機(jī)的額定功率應(yīng)大于電機(jī)正常工作時(shí)所要求的功率。若所選電機(jī)的額定功率太小，則電機(jī)會(huì)長(zhǎng)期過(guò)載而導(dǎo)致不能正常運(yùn)行；若額定壓力選擇過(guò)大，效率低會(huì)導(dǎo)致電機(jī)的浪費(fèi)，需要的成本高。電機(jī)額定功率的選擇主要受其發(fā)熱因素的影響，在此液壓系統(tǒng)中，電機(jī)的負(fù)載變化程度較小，且不會(huì)超載，所以電機(jī)不會(huì)過(guò)熱，故在選擇電機(jī)時(shí)不用校驗(yàn)啟動(dòng)力矩和發(fā)熱的影響。
按下式計(jì)算電機(jī)在各循環(huán)周期的等值功率：
此式的i選為1。在所需輸入功率最大的時(shí)持續(xù)時(shí)間最短，并且且滿足。
那么我們根據(jù)選擇電機(jī)。綜上所述，液壓泵所選的電動(dòng)機(jī)如表3.1所示：
表3.1 電動(dòng)機(jī)選擇表
電動(dòng)機(jī)型號(hào)
額定功率
滿載轉(zhuǎn)速
高壓泵
Y 132M-4
7.5KW
1440r/min
3.3 液壓缸的選擇
在選擇液壓缸時(shí)要考慮與液壓實(shí)驗(yàn)臺(tái)整體的關(guān)系，這樣才能選擇正確的結(jié)構(gòu)尺寸。首先應(yīng)該分析液壓實(shí)驗(yàn)臺(tái)的液壓系統(tǒng)，弄清液壓系統(tǒng)的負(fù)載壓力，液壓缸的行程，進(jìn)給速度，然后根據(jù)這些量來(lái)確定液壓缸的尺寸。
3.3.1 設(shè)計(jì)液壓缸時(shí)應(yīng)該注意的問(wèn)題
1.在液壓缸能完成其運(yùn)行目的的要求下，盡可能使液壓缸的尺寸能夠符合標(biāo)準(zhǔn)，并且使液壓缸結(jié)構(gòu)緊湊，這樣便于安裝和維修。
2. 在設(shè)計(jì)時(shí)保證液壓缸的活塞桿能夠在受拉力的情況下承受最大的載荷，這樣增加了活塞桿的強(qiáng)度。在活塞桿伸長(zhǎng)時(shí)，為了不使活塞桿下垂而影響檢測(cè)精度，應(yīng)該在液壓缸上加輔助支撐。
3.在液壓缸的安裝和定位時(shí)，應(yīng)該考慮到液壓缸的熱脹冷縮，只能使用一端定位。
4. 根據(jù)液壓缸在不同環(huán)境中的運(yùn)行，考慮其防塵，排氣，冷卻等裝置。
3.3.2 液壓缸主要尺寸的確定
1. 缸筒內(nèi)徑尺寸（D）
在選擇液壓缸筒內(nèi)徑D時(shí)，首先根據(jù)液壓缸的工作壓力等量計(jì)算出內(nèi)徑D，然后根據(jù)GB2348-80標(biāo)準(zhǔn)選擇相應(yīng)的尺寸并加以圓整。在液壓缸的設(shè)計(jì)過(guò)程中，要使液壓缸具有足夠的強(qiáng)度和剛度，保證其在完成高負(fù)載的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中不發(fā)生變形。此外，還應(yīng)保證液壓缸在運(yùn)行過(guò)程中的密封性。
2. 活塞桿的設(shè)計(jì)
首先根據(jù)液壓缸規(guī)定的進(jìn)給速度來(lái)確定活塞桿的直徑d，再?gòu)臉?biāo)準(zhǔn)尺寸中選取合適的尺寸并且圓整，然后校核其強(qiáng)度和穩(wěn)定性。在設(shè)計(jì)活塞桿時(shí)應(yīng)注意的是：活塞桿在導(dǎo)向套中滑動(dòng)時(shí)，摩擦力不宜太大也不能太小，摩擦力過(guò)大會(huì)影響活塞桿的運(yùn)動(dòng)，摩擦力太小則不能保證運(yùn)行的精度。
3. 液壓缸的缸筒長(zhǎng)度(S)
液壓缸的缸筒長(zhǎng)度S是由最大工作行程確定的，液壓缸的缸筒長(zhǎng)度S應(yīng)小于缸筒內(nèi)徑D的20倍。
4. 液壓缸最小的導(dǎo)向長(zhǎng)度(H)
當(dāng)液壓缸的最短導(dǎo)向長(zhǎng)度H越小，則液壓缸的活塞桿伸出越長(zhǎng)，液壓缸越不穩(wěn)定，因此，要保證液壓缸最小導(dǎo)向長(zhǎng)度H的最大值，一般為HL\20+D\2。
5. 活塞的選擇
因?yàn)榛钊谝簤焊桌镒龅氖峭鶑?fù)運(yùn)動(dòng)，為了防止活塞和液壓缸發(fā)生磨損，必須要保證活塞和液壓缸筒之間的配合。在這里我們選用45#鋼并且?guī)еС协h(huán)的活塞，與缸筒的配合H8/f9。
6. 密封
我們?cè)谟透字胁捎肙型圈，軸和孔采用聚胺脂橡膠密封圈，聚胺脂橡膠廣泛采用于各種液壓缸，它具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性和突出的物理性能，并且具有很強(qiáng)的彈性和耐油性還其強(qiáng)度和耐磨性符合設(shè)計(jì)要求，適合于高壓條件。
3.3.3 液壓缸的強(qiáng)度校核
1. 液壓缸筒壁厚的校核
在高壓系統(tǒng)下，當(dāng)液壓缸筒壁的內(nèi)直徑比較大時(shí),就必須對(duì)液壓缸筒壁厚m進(jìn)行強(qiáng)度校核。
在D/m≥10時(shí),用薄壁筒的公式來(lái)進(jìn)行校核：
m為液壓缸筒壁厚最小處
D為液壓缸筒壁內(nèi)直徑
P為實(shí)驗(yàn)中液壓缸的壓力,當(dāng)p<16Mpa時(shí)，P1=1.5P；當(dāng)p>16Mpa時(shí)，P1=1.25P。
為液壓筒壁材料的許用應(yīng)力， = /n，其中n為安全系數(shù)，一般n的取值5。
45#的強(qiáng)度極限為。
當(dāng)D/m≤10時(shí)，則按厚壁筒的公式來(lái)進(jìn)行校核：
由上式可見(jiàn)，符合要求。
因?yàn)橐簤焊淄驳耐鈴讲恍枰M(jìn)行精加工,在計(jì)算出壁厚之后,應(yīng)將液壓缸的外徑向相對(duì)大尺寸圓整。
2. 液壓缸活塞桿直徑d的校核
當(dāng)液壓缸的活塞桿所受負(fù)載壓力過(guò)大時(shí)，活塞桿的強(qiáng)度不夠，則會(huì)引起活塞桿的變形，因此需要校核活塞桿的強(qiáng)度，所用的公式為：
其中F為活塞桿上的作用力。
d1為空心活塞桿孔徑，實(shí)心桿的d1=0。
為活塞桿材料的許用應(yīng)力, =/n，其中n為安全系數(shù)。一般情況下n的取值為n>1.4。
3. 液壓缸連接釘校核
液壓缸筒和液壓缸蓋是利用螺釘進(jìn)行連接的，而這些螺釘在實(shí)驗(yàn)過(guò)程要承受一定力的作用，因此有必要對(duì)連接螺釘進(jìn)行校核。
在液壓缸上使用八個(gè)螺釘進(jìn)行連接，截面總面積為：
A＝8×π×r＝8×3.14×144＝3619（mm）
所受拉力 F=723822N
此類螺釘?shù)闹睆皆?6～40mm范圍內(nèi)，則查閱《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》可得Q235A的屈服強(qiáng)度為：，抗拉強(qiáng)度為：σ＝375～460 MPa。
由安全系數(shù)，σ>σ。
由此可見(jiàn)，螺釘?shù)膹?qiáng)度滿足要求。
4. 液壓缸筒聯(lián)接強(qiáng)度的校核
液壓缸底為焊接，所用材料45#鋼的，。焊接應(yīng)力：
由此可見(jiàn)，符合設(shè)計(jì)要求。
其中，F(xiàn)為液壓缸所輸出的最大推力（N）， F=。
D為液壓缸直徑（m）。
p為液壓系統(tǒng)的最大壓力（Pa）。
D為液壓缸外徑（m）。
D為焊縫底徑（m）。
為焊接效率，通常取=0.7。
3.3.4 液壓缸活塞桿穩(wěn)定性的校核
此液壓實(shí)驗(yàn)臺(tái)液壓缸活塞桿的材料為45鋼，其屈服極限 Mpa，強(qiáng)度極限 Mpa，E=210Gpa，活塞桿長(zhǎng)度為L(zhǎng)=1227mm, 活塞桿直徑為d=110mm,活塞桿的最大工作壓力為p=723822N，安全系數(shù)取8。按下式來(lái)校核液壓缸活塞桿的穩(wěn)定性：
活塞桿可簡(jiǎn)化成懸臂梁， ,活塞桿的橫截面為圓型，
柔度:
，則用歐拉公式計(jì)算臨界壓力。
由此可見(jiàn)，活塞桿的穩(wěn)定性滿足要求。
3.4 液壓閥的選擇
液壓閥的流量和兩端壓力是選擇液壓閥所要考慮的重要因素。
液壓閥的主要功能是改變和控制液壓系統(tǒng)中液壓油的壓力、流量和方向。所以它的質(zhì)量對(duì)液壓系統(tǒng)的正常工作有著很大的影響。按用途的不同液壓閥可以分成流量控制閥、方向控制閥和壓力控制閥三類。在液壓系統(tǒng)中，所選擇的液壓閥應(yīng)具有良好的密封性，安裝起來(lái)方便，動(dòng)作相對(duì)靈敏，價(jià)格低，使用壽命長(zhǎng)，而且方便維修和保養(yǎng)。
此實(shí)驗(yàn)臺(tái)的液壓系統(tǒng)中，在進(jìn)出口的節(jié)流回路中，用到的有單向節(jié)流閥和電液換向閥；在背壓回路中，用到是電液換向閥和先導(dǎo)型溢流閥；在調(diào)壓回路上用到的有先導(dǎo)溢流閥；在流量計(jì)選擇回路中用到是電液換向閥。
此液壓實(shí)驗(yàn)臺(tái)的液壓系統(tǒng)主要回路的液壓閥如表3.2。
表3.2 液壓系統(tǒng)主要回路的液壓閥
回路
名稱
型號(hào)
調(diào)壓回路
先導(dǎo)溢流閥
DBW-10B-DC24
進(jìn)出口節(jié)流回路
電液換向閥
WEH16E-50/G24
單向節(jié)流閥
LDF-B20H
背壓回路
電液換向閥
WEH16E-50/G24
先導(dǎo)型溢流閥
YF-B20H
流量計(jì)選擇回路
電液換向閥
4WEH16G-50/G24
3.5 液壓系統(tǒng)輔助元件的選擇
3.5.1 油管
液壓系統(tǒng)中可選各類油管的特點(diǎn)如表3.3所示。
表3.3 各類油管的特點(diǎn)
各類油管
特點(diǎn)
無(wú)縫鋼管
不容易彎曲，裝配困難，但價(jià)格較低，常常用在高壓液壓系統(tǒng)中。
銅管
優(yōu)點(diǎn)是不容易生銹且容易彎曲，便于安裝；缺點(diǎn)是價(jià)格昂貴，不能用于壓強(qiáng)過(guò)大的液壓系統(tǒng)中。
橡膠管
優(yōu)點(diǎn)是質(zhì)量輕，容易彎曲，經(jīng)常安裝在拐角較大的地方；缺點(diǎn)是價(jià)格較高且容易被腐蝕老化。
低壓膠管
內(nèi)外層都是都是由合成膠構(gòu)成，具有很好的耐熱性，而且容易彎曲，質(zhì)量輕。
尼龍管
優(yōu)點(diǎn)是可塑性好，在加熱后可以改變接口的形狀，便于安裝。且其內(nèi)壁光滑，抗腐蝕性能好；缺點(diǎn)是柔軟度不高，只能用于低壓。
塑料管
優(yōu)點(diǎn)是質(zhì)量輕，耐腐蝕，加工方便，成本低；缺點(diǎn)是容易老化，且不太環(huán)保。
由于此實(shí)驗(yàn)臺(tái)為高壓液壓元件檢測(cè)實(shí)驗(yàn)臺(tái)，故選擇耐高壓的鋼管油管。
3.5.2 管接頭
管接頭的作用是用于液壓元件和管道之間的連接，而且可以拆卸，方便更換。在液壓系統(tǒng)中經(jīng)常使用的管接頭類型有焊接式的管接頭、卡套式的管接口頭、擴(kuò)口式的管接頭和快換接頭等。此液壓實(shí)驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)要求管接頭的密封性好，連接牢靠，并且便于拆卸，故選擇卡套式的管接口。
3.5.3 濾油器
液壓油中的污染物是造成液壓系統(tǒng)故障的主要原因之一，因此為了保證液壓油的質(zhì)量，使得液壓系統(tǒng)能夠正常運(yùn)行，就必須使用濾油器過(guò)濾掉液壓油中的雜質(zhì)污染物。
目前磁性濾油器是被廣泛采用的一種濾油器，它的工作原理就是利用永磁材料來(lái)吸附液壓油中的雜質(zhì)。因此這種濾油器常常被用在加工鋼鐵行業(yè)的液壓系統(tǒng)中。磁性濾油器的濾芯也經(jīng)常和其他濾油器的濾芯復(fù)合使用，這樣濾油器的性能就會(huì)更強(qiáng)。
在選擇濾油器時(shí)要考慮的參數(shù)主要是壓力損失、濾油器的過(guò)濾精度、濾油器的額定流量和額定壓力。根據(jù)此液壓實(shí)驗(yàn)臺(tái)的特點(diǎn)，我們選用網(wǎng)式濾油器，其型號(hào)為WU-160X180-J，密封圈和防塵圈等配件按標(biāo)準(zhǔn)選取。
3.5.4 液壓油的選擇及使用
液壓介質(zhì)的選擇原則根據(jù)液壓系統(tǒng)工作時(shí)所處的環(huán)境選取，同時(shí)也要考慮成本、是否更換方便等因素。根據(jù)本實(shí)驗(yàn)臺(tái)的情況，查閱《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》后我們選用YA-N32#液壓油，選用冷卻器的型號(hào)是2LQ-U型。在液壓系統(tǒng)工作時(shí)，我們還應(yīng)仔細(xì)檢查液壓油的清潔度、氣泡和泄露等問(wèn)題。
3.6 本章小結(jié)
本章根據(jù)設(shè)計(jì)要求，經(jīng)過(guò)計(jì)算和查閱相關(guān)手冊(cè)，對(duì)液壓實(shí)驗(yàn)臺(tái)的液壓泵、電機(jī)、液壓缸、液壓閥和相關(guān)的液壓系統(tǒng)輔助元件進(jìn)行選擇，并對(duì)液壓缸的強(qiáng)度進(jìn)行校核。
4 液壓實(shí)驗(yàn)臺(tái)機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)
4.1 液壓裝置結(jié)構(gòu)特征
設(shè)計(jì)此液壓實(shí)驗(yàn)臺(tái)為集中配置型液壓裝置，它是將液壓系統(tǒng)的執(zhí)行器安裝在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上，而降液壓泵及驅(qū)動(dòng)電機(jī)、輔助元件等安放在實(shí)驗(yàn)臺(tái)外。本實(shí)驗(yàn)臺(tái)的結(jié)構(gòu)是將液壓站設(shè)計(jì)在實(shí)驗(yàn)臺(tái)的旁邊，將液壓缸等設(shè)計(jì)在實(shí)驗(yàn)臺(tái)的上方，使得液壓站的液壓油通過(guò)管道傳遞到液壓缸等被測(cè)元件上而進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。
4.2 油箱的設(shè)計(jì)
油箱的主要作用是：1、儲(chǔ)存液壓油；2、散發(fā)液壓系統(tǒng)中液壓油的溫度；3、釋放液壓油中氣泡和沉淀雜質(zhì)。
油箱有開(kāi)式油箱和閉式油箱兩種。開(kāi)式油箱應(yīng)用廣泛，油箱內(nèi)頁(yè)面與大氣相通。為了防止液壓油被大氣污染，要在液壓油箱的頂部安裝空氣濾清器，也可當(dāng)做注油口用。閉式油箱指的是油箱內(nèi)液面不與大氣相連，而將通氣孔與具有一定壓力的通氣孔相連，充氣壓力一般可達(dá)到0.05MPa。
油箱的設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題：
（1）油箱必須要有足夠大的容量存儲(chǔ)液壓油，以保證液壓系統(tǒng)在正常工作時(shí)能夠保持一定的液位高度；為了滿足散熱的要求，需要在油缸內(nèi)安裝冷卻裝置。
（2）在油箱的回油口安裝濾油器來(lái)保證流回油箱的液壓油液的污染等級(jí)。
（3）設(shè)置油箱的主要油口。在設(shè)計(jì)時(shí)排油口與吸油口之間的距離應(yīng)盡可能遠(yuǎn)些，管口應(yīng)插在最低油面之下，防止在吸空和回油時(shí)產(chǎn)生大量氣泡。
（4）設(shè)置隔板將吸油區(qū)和回油區(qū)隔開(kāi)，在油液循環(huán)時(shí)便于液壓油中氣泡和雜質(zhì)分離和沉淀。還應(yīng)根據(jù)不同的需要在隔板上安裝濾網(wǎng)。
（5）在開(kāi)式油箱的通氣口出要安裝空氣濾清器，阻止空氣中的粉塵進(jìn)入油箱。
（6）放油孔要設(shè)置在油箱底部的最低位置上，這樣才能使油液和污染物順利從放油口流出。在設(shè)計(jì)油箱結(jié)構(gòu)時(shí)還應(yīng)考慮清理油箱內(nèi)部沉淀污染物的方便性。
（7）為了方便觀察向油箱注油時(shí)液面上升的高度，在油箱上必須設(shè)計(jì)液位計(jì)。
（8）在設(shè)計(jì)油箱時(shí)還用考慮吊耳、油盤(pán)等。
油箱的尺寸為1.2m×0.8m×0.6m。其存儲(chǔ)容量為0.5立方米。油箱中的油溫一般應(yīng)控制在30~50℃，最高也不能超過(guò)60℃，最低不能低于15℃。如果液壓油溫度過(guò)高，將會(huì)使液壓油很快變質(zhì)，同時(shí)使液壓泵的容積效率變低；如果液壓油溫度太低，液壓泵啟動(dòng)時(shí)吸油困難，因此，在液壓系統(tǒng)工作時(shí)，液壓油需要進(jìn)行加熱或冷卻處理。
圖4.1 油箱主視圖
圖4.2 油箱左視圖
4.3 液壓元件與底座集成的結(jié)構(gòu)特征
將液壓控制元件與連接件底座即過(guò)渡板相連接，在底座上開(kāi)有通液壓油的小孔，這些小孔又與油管相連，從而形成各控制元件之間的聯(lián)系[5]，如圖4.3所示。
圖4.3 底座三視圖
讓控制元件和底座相連接，減少了大量油管的使用，提高了效率，同時(shí)使得液壓實(shí)驗(yàn)臺(tái)的結(jié)構(gòu)更加緊湊，實(shí)驗(yàn)方便，減少了實(shí)驗(yàn)臺(tái)的尺寸，使得更加容易安裝。這大大減少了油路的長(zhǎng)度，從而減少液壓系統(tǒng)壓力的損失，不容易泄露。
底座的內(nèi)孔道和孔道相連的地方容易有粉塵等污染物的積聚，為了消除這一現(xiàn)象，將底座的較長(zhǎng)的盲孔改為通孔，然后把通孔的另一端用螺紋塞封住。
4.4 本章小結(jié)
本章主要是對(duì)液壓實(shí)驗(yàn)臺(tái)裝置的設(shè)計(jì)，通過(guò)分析選用集中配置型液壓裝置。設(shè)計(jì)了液壓系統(tǒng)的油箱，同時(shí)本章也介紹了液壓元件和底座集成的結(jié)構(gòu)特征，通過(guò)在底座內(nèi)開(kāi)通油孔道的方法，減少油管的使用，使液壓實(shí)驗(yàn)臺(tái)的結(jié)構(gòu)更加緊湊。
5 液壓實(shí)驗(yàn)臺(tái)檢測(cè)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
5.1 大功率液壓元件檢測(cè)實(shí)驗(yàn)臺(tái)檢測(cè)系統(tǒng)原理
大功率液壓元件檢測(cè)實(shí)驗(yàn)臺(tái)檢測(cè)系統(tǒng)原理為：當(dāng)系統(tǒng)工作時(shí)，各種信號(hào)不斷的被傳感器轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的電信號(hào)，再經(jīng)二次儀表濾波和放大的作用后，傳送到數(shù)據(jù)采集卡中。再由數(shù)據(jù)采集卡內(nèi)部的A/D轉(zhuǎn)換器把相應(yīng)的信號(hào)轉(zhuǎn)換為電腦可識(shí)別的數(shù)字信號(hào)。然后由計(jì)算機(jī)讀取數(shù)據(jù)和運(yùn)算處理，將結(jié)果通過(guò)數(shù)據(jù)采集卡中的D/A接口轉(zhuǎn)換為實(shí)驗(yàn)臺(tái)可識(shí)別的信號(hào)，然后通過(guò)調(diào)理電驢進(jìn)行V/I轉(zhuǎn)換和緩沖放大后對(duì)檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行反饋控制。計(jì)算機(jī)的運(yùn)算結(jié)果同時(shí)也會(huì)被保留并反饋給檢測(cè)人員]。在檢測(cè)的過(guò)程中，系統(tǒng)出現(xiàn)過(guò)載等異?，F(xiàn)象時(shí)，數(shù)據(jù)采集卡的I/O接口可以接通報(bào)警系統(tǒng)，這實(shí)現(xiàn)了對(duì)液壓實(shí)驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)的保護(hù)。
大功率液壓元件檢測(cè)實(shí)驗(yàn)臺(tái)的檢測(cè)系統(tǒng)原理如圖5.1所示。
圖5.1 大功率液壓元件檢測(cè)實(shí)驗(yàn)臺(tái)檢測(cè)系統(tǒng)原理圖
5.2 PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
5.2.1 設(shè)計(jì)內(nèi)容
因?yàn)椴捎肞LC控制的實(shí)驗(yàn)臺(tái)可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)，能夠適應(yīng)于大功率液壓元件的檢測(cè)。因此此液壓實(shí)驗(yàn)臺(tái)采用三菱公司的PLC控制系統(tǒng)，它型號(hào)為FX2N-48MR。
5.2.2 PLC控制電路元?dú)饧倪x用
電氣控制主電路的保險(xiǎn)絲熔斷器和繼電器主要由電氣控制電路中的最大電流所決定，而繼電器通過(guò)控制電磁鐵的得失電來(lái)控制液壓實(shí)驗(yàn)臺(tái)的運(yùn)行。表5.1為此液壓實(shí)驗(yàn)臺(tái)電氣元件的選擇。
表5.1 液壓實(shí)驗(yàn)臺(tái)電氣元件的選擇
序號(hào)
元件名稱
元件型號(hào)
序號(hào)
元件名稱
元件型號(hào)
1
交流接觸器
CJ20-10 10A 220V
11
多股銅芯線
BVR-1.0MM
2
塑料外殼式斷路器
DZ108-20 10A
12
可編程控制器
FX2N-48MR
3
單極斷路器
DZ47-63 C3
13
電壓表
85C1-V 0-50V
4
二極管
IN4007 200V
14
三擋旋鈕
LAY50-11X3
5
行程開(kāi)關(guān)
ME8108
15
兩檔旋鈕
LAY50-11X2
6
快速插頭插座
XS12K2P 四芯
16
溫控儀
XMTD-2001
7
信號(hào)燈
24V
17
導(dǎo)軌
1000mm*35mm
8
擋板
18
接線端子板
JF5 25A
9
中間繼電器
HH54P DC24V
19
普通按鈕
LAY50-11 紅6綠6
10
電流表
85C1-A 10ADC
20
緊急停止按鈕
LAY50-11Z
5.2.3 PLC的接線圖
PLC的接線圖如圖5.2所示，F(xiàn)X2N-48MR型號(hào)的PLC如圖5.3所示，
圖5.2 PLC接線圖
圖5.3 FX2N-48MR PLC示意圖
5.2.4 液壓實(shí)驗(yàn)臺(tái)檢測(cè)系統(tǒng)的要求
（1）可靠性和穩(wěn)定性強(qiáng)，具有良好的抗干擾能力，在保證系統(tǒng)正常運(yùn)行的條件下不丟失數(shù)據(jù)。
（2）安全性能要高。由于大功率液壓元件檢測(cè)系統(tǒng)壓力可達(dá)到31.5MPa，為了防止出現(xiàn)液壓油泄漏等特殊狀況而造成的事故，檢測(cè)系統(tǒng)應(yīng)具有很高的安全性能。
（3）快速響應(yīng)性。為了能保證采集數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性和在發(fā)生異常情況下緊急制動(dòng)，液壓實(shí)驗(yàn)臺(tái)的及時(shí)響應(yīng)速度快。
（4）實(shí)用性能好。操作頁(yè)面簡(jiǎn)單，便于操作。
（5）性價(jià)比高。在液壓實(shí)驗(yàn)臺(tái)能完成大功率液壓元件檢測(cè)的條件下，能夠降低成本。
5.3 本章小結(jié)
本章主要介紹了大功率液壓元件檢測(cè)實(shí)驗(yàn)臺(tái)的檢測(cè)系統(tǒng)原理，設(shè)計(jì)和選擇了PLC控制系統(tǒng)的型號(hào)和液壓實(shí)驗(yàn)臺(tái)的電氣元件，完成了PLC接線圖的設(shè)計(jì)。
6 結(jié) 論
本文詳細(xì)介紹了大功率液壓元件檢測(cè)實(shí)驗(yàn)臺(tái)的功能原理設(shè)計(jì)、液壓實(shí)驗(yàn)臺(tái)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、液壓實(shí)驗(yàn)臺(tái)電氣控制裝置設(shè)計(jì)、液壓系統(tǒng)參數(shù)的計(jì)算和液壓元件的選擇、油箱的設(shè)計(jì)和管路的設(shè)計(jì)。
通過(guò)分析此液壓實(shí)驗(yàn)臺(tái)需要完成的檢測(cè)項(xiàng)目和工作要求，對(duì)液壓實(shí)驗(yàn)臺(tái)的液壓系統(tǒng)原理進(jìn)行設(shè)計(jì)，并繪制出了液壓系統(tǒng)原理圖。針對(duì)液壓實(shí)驗(yàn)臺(tái)液壓系統(tǒng)高壓這一特點(diǎn)，根據(jù)設(shè)計(jì)要求的數(shù)據(jù)，對(duì)液壓系統(tǒng)的流量、壓力和功率進(jìn)行了計(jì)算，選擇了液壓泵、液壓閥等液壓元件和輔助元件，并完成了電機(jī)的選擇和油箱的設(shè)計(jì)，用CAD軟件繪制了液壓缸等零件圖。接著對(duì)液壓實(shí)驗(yàn)臺(tái)的機(jī)械結(jié)構(gòu)部分進(jìn)行設(shè)計(jì)，并選用優(yōu)點(diǎn)突出的PLC作為此實(shí)驗(yàn)臺(tái)的電氣控制裝置。最后繪制了液壓實(shí)驗(yàn)臺(tái)的總裝配圖。
本次設(shè)計(jì)的液壓實(shí)驗(yàn)臺(tái)所要達(dá)到的目的是完成對(duì)高壓（21MPa—31.5MPa）環(huán)境工況下的液壓元件進(jìn)行性能檢測(cè)，不僅要求能對(duì)大多數(shù)液壓泵、液壓馬達(dá)、液壓閥以及液壓缸的性能參數(shù)進(jìn)行測(cè)量，而且既要系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠，又要環(huán)保節(jié)能，可擴(kuò)展性好，易于操縱，便于維修。
參 考 文 獻(xiàn)
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附錄1 外文翻譯
減震器的高頻第一原理模型及其伺服液壓試驗(yàn)機(jī)
作者：Damian Stawik
摘要
The aim of this paper is to present the model of a complete system,consisting of a
本文的目的是提出一個(gè)完整的系統(tǒng)模型，包括一個(gè)可變阻尼減振器和一個(gè)專門(mén)的伺服液壓試驗(yàn)機(jī)，用于評(píng)估經(jīng)減震器處理后的振動(dòng)水平。這種評(píng)價(jià)在汽車行業(yè)，作為一種替代車輛實(shí)際震動(dòng)狀況的測(cè)試，用于研究減振器的性能。這些測(cè)試的目的是量化減震器消除由道路產(chǎn)生的中、高振動(dòng)的能力，通過(guò)懸掛裝置，在車體上建立第一原理的非線性模型，推導(dǎo)并驗(yàn)證了實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)允許條件的結(jié)果的再現(xiàn)。它還提供了關(guān)于減振器動(dòng)力學(xué)之間的相互作用的結(jié)構(gòu)振動(dòng)方面理解，其基本成分（例如伺服閥系統(tǒng)），安裝元件，和液壓制動(dòng)器。該模型能在很寬的工作范圍捕捉重要的動(dòng)力特性，但只有模型本身中等復(fù)雜。該模型已被證明是能滿足定性和定量分析—基于地準(zhǔn)確進(jìn)行的驗(yàn)證工作，為整個(gè)頻率范圍，即0–700HZ，本研究能滿足工程中對(duì)于開(kāi)發(fā)一種用于高頻減振器優(yōu)化設(shè)計(jì)的仿真工具的要求。
關(guān)鍵詞：減震器 液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu) 伺服閥 震動(dòng)
1、 模型簡(jiǎn)介
一個(gè)減振器的車輛懸架的工作角色，在某種意義上是矛盾的。首先，理想的減震器應(yīng)保證良好的道路操控性，其次，它必須考慮到耐久性，第三，發(fā)出的噪聲和振動(dòng)應(yīng)盡可能小功率，最后，它應(yīng)保證旅客的舒適度。噪音是土地結(jié)構(gòu)力振動(dòng)的聲音效果，它的大小已經(jīng)成為減振器制造商作為產(chǎn)品設(shè)計(jì)和優(yōu)化活動(dòng)的重要指標(biāo)。本系統(tǒng)由于計(jì)算機(jī)控制的可變阻尼系統(tǒng)的出現(xiàn)而凸顯其重要性，現(xiàn)在已經(jīng)在乘用車市場(chǎng)推出。本系統(tǒng)能將阻尼轉(zhuǎn)化為檢測(cè)道路輪廓和驅(qū)動(dòng)輸入（制動(dòng)和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)）的函數(shù)。在優(yōu)化噪聲和震動(dòng)時(shí)本系統(tǒng)需要更多的工作，因?yàn)樽枘崃?huì)隨著道路變化而變化，這種效果是傳統(tǒng)減震器所不具備的。
噪聲和振動(dòng)的評(píng)價(jià)是整車在公路和實(shí)驗(yàn)室條件下進(jìn)行的。然而，在實(shí)驗(yàn)室條件下也經(jīng)常進(jìn)行復(fù)雜孤立的系統(tǒng)的測(cè)試，比如懸架或減震器的測(cè)試。這種試驗(yàn)方法能夠排除車身的影響，因此，試驗(yàn)條件可以更精確地控制。實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下可以比真實(shí)環(huán)境更好地反復(fù)模擬。它也更容易模擬典型道路演習(xí)和測(cè)量某些信號(hào)，如輪胎力，或使用特殊的測(cè)量設(shè)備。另一方面，基于實(shí)驗(yàn)室的測(cè)試可以降低成本，而且節(jié)省時(shí)間。振動(dòng)試驗(yàn)在液壓伺服試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，可以更好地量化和排列出經(jīng)過(guò)減震器減震后的振動(dòng)的強(qiáng)度。可以將測(cè)量結(jié)果與主觀評(píng)價(jià)結(jié)合起來(lái)，確定目標(biāo)水平以于產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)中。麥克風(fēng)和加速度計(jì)測(cè)量已經(jīng)用于在實(shí)驗(yàn)室中。麥克風(fēng)是用來(lái)捕獲減震器在消聲室中產(chǎn)生的聲壓，而加速度計(jì)用來(lái)測(cè)量從減震器桿傳播到伺服液壓測(cè)試儀主要支撐框架頂部的震動(dòng)。本文討論的減振器振動(dòng)評(píng)價(jià)方法采用伺服液壓試驗(yàn)機(jī)使隨機(jī)激勵(lì)的傳遞范圍在0–30Hz以內(nèi)，并使得測(cè)量活塞桿的加速度在0–1000hz的更大范圍內(nèi).這個(gè)過(guò)程需要非常先進(jìn)的仿真數(shù)學(xué)模型，本文先暫不不考慮。在讀本文之前有必要先了解減震器的振動(dòng)及其傳輸機(jī)制，并討論可聽(tīng)到噪聲的產(chǎn)生衰減對(duì)減振器質(zhì)量的影響。本文把主要重點(diǎn)放在通過(guò)機(jī)電液壓系統(tǒng)對(duì)振動(dòng)傳遞路徑進(jìn)行數(shù)學(xué)描述。該系統(tǒng)由液壓伺服試驗(yàn)機(jī)和裝備了可以傳送車身下的道路條件的結(jié)構(gòu)的可變阻尼減震器組成?？勺冏枘釡p震器根據(jù)放在車體上傳感器的回應(yīng)允許阻尼的變化，當(dāng)然在需要的時(shí)候也可提供一個(gè)平穩(wěn)和牢固的懸掛。
本文提出模型的體系結(jié)構(gòu)，并簡(jiǎn)要介紹了模型中的每個(gè)組件。這里所描述的模擬的目的主要是在視覺(jué)上定性的觀察到模擬振動(dòng)的現(xiàn)象，并在模型開(kāi)發(fā)過(guò)程的后期階段允許其相關(guān)的影響可忽略不計(jì)，仿真結(jié)果的應(yīng)用范圍可延伸到多變量敏感性分析，測(cè)量數(shù)據(jù)的分析和模型驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)，極大地方便了促進(jìn)了應(yīng)用領(lǐng)域的進(jìn)步。
該模型在查找表的形式上提供了第一原理方程和數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)差值公式形結(jié)合的方法的形式，比如閥的系統(tǒng)特性。考慮液壓阻尼器（圖 1）的類型是由組成的四個(gè)分室，兩個(gè)變量卷 (反彈和壓縮分庭) 還有的固定卷三管類型 （第三管和儲(chǔ)備分庭）。各分室由流量限制 (孔和閥) 連接。活塞運(yùn)動(dòng)被迫移動(dòng)里面的壓縮和回彈室，被形成作為一個(gè)圓筒，壓差建立跨活塞和部隊(duì)限制設(shè)在活塞、 缸頭，并且從回彈室的第三個(gè)分室內(nèi)流動(dòng)的液體。本系統(tǒng)存在缺點(diǎn)是，即需要完整的覆蓋操作條件和無(wú)法推斷整個(gè)范圍內(nèi)處理多個(gè)數(shù)據(jù)集最佳擬合曲線的操作條件范圍以外的被測(cè)量的數(shù)據(jù)。
本文的其余內(nèi)容分為四個(gè)部分。2部分和3部分分別論述的減振器模型和液壓伺服試驗(yàn)機(jī)，而第四部分說(shuō)明和討論了這些模型的校準(zhǔn)和驗(yàn)證的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性。最后，5部分提出論文的概要。
2、 阻尼減震器的模型
圖1 可變阻尼減振器的工作原理
考慮液壓阻尼器 （圖 1） 的類型是由組成的四個(gè)分庭，兩個(gè)變量卷 (反彈和壓縮分庭) 還有的固定卷三管類型 （第三管和儲(chǔ)備分庭）。各分庭由流量限制 (孔和閥) 連接?；钊\(yùn)動(dòng)被迫移動(dòng)里面的壓縮和反彈庭，被形成作為一個(gè)圓筒，壓差建立跨活塞和部隊(duì)限制設(shè)在活塞、 缸結(jié)束程序集，并且從反彈分庭的第三個(gè)分庭內(nèi)流動(dòng)的液體。
活塞的行動(dòng)轉(zhuǎn)移桿儲(chǔ)備室周圍的液體，通過(guò)三管腔和外部閥，這是電流基活性調(diào)節(jié)液壓(伺服閥技術(shù))。吩咐當(dāng)前外部閥比例增加流量限制。 儲(chǔ)備室部分充液(石油)和部分填充氣體(氮)。結(jié)合壓縮和回彈腔容積活塞運(yùn)動(dòng)期間更改金額相當(dāng)于插入，或撤回，桿卷。油箱被轉(zhuǎn)移到外部入口閥，在活塞運(yùn)動(dòng)期間，反彈的方向。儲(chǔ)備室對(duì)外出口閥連接。 接下來(lái)，從后備箱的油轉(zhuǎn)移到通過(guò)氣缸端組件位于底部的加壓艙的加壓艙。兩種類型的閥門(mén)，攝入量閥和被動(dòng)閥，采用變阻尼減振器，使液流從壓縮室反彈，從壓縮室的反彈.
2.2 相關(guān)的研究調(diào)查工作
常規(guī)和可變阻尼減震器模型在文獻(xiàn)中得到了廣泛應(yīng)用。先進(jìn)的理論和實(shí)踐的觀點(diǎn)是由迪克森，包括在市場(chǎng)的最新技術(shù)，即主動(dòng)、半主動(dòng)懸架系統(tǒng)的減震器。其他的引用都集中在選定建模實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證工作。傳統(tǒng)的減震器的第一性原理的動(dòng)態(tài)模型，討論了郎在他的早期作品。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)了模型的適用性的假設(shè)，提供準(zhǔn)確的有限頻率高達(dá)20赫茲的激勵(lì)信號(hào)的響應(yīng)。一個(gè)類似的模型是創(chuàng)建一個(gè)單管減震器吸收器包括第一原理閥系統(tǒng)動(dòng)態(tài)模型。第一原理模型進(jìn)行開(kāi)發(fā)理解和減少活塞-桿的自激振動(dòng)的影響。該模型是可測(cè)量的相關(guān)數(shù)據(jù)，包括與改良建設(shè)活塞-桿裝配實(shí)驗(yàn)。旨在優(yōu)化減振器高頻動(dòng)態(tài)行為模型是由克魯斯。在另一方面，雅維瑞阻尼減振器模型，提出了奎植、同信提高在給定負(fù)載力范圍內(nèi)的響應(yīng)時(shí)間。這些模型都傾向于有效期為1一個(gè)特定的減震器配置。他們使用的系統(tǒng)識(shí)別方法調(diào)整使用基于操作力–位移特性的半物理閥系統(tǒng)模型參數(shù)集。其他的工作是由楊和薩克拉門(mén)托和該等人進(jìn)行的。組件模型，特別是閥系統(tǒng)，是由拜爾和俊泰和李秉憲。楊。他們采用了先進(jìn)的測(cè)量和驗(yàn)證方法，配備了激光和壓力傳感器的測(cè)量裝置。
2.3 流模型
控制液壓系統(tǒng)的行為方程可以配制使用（I）的體積或質(zhì)量流量（II）。在這兩種情況下，均應(yīng)用質(zhì)量守恒定律。該定律規(guī)定，所有的質(zhì)量流量為控制量等于所有的質(zhì)量流量的控制量和控制范圍內(nèi)的質(zhì)量變化率的增加量，如下：
（1）
其中M，R，V代表控制體積流體的質(zhì)量，密度和體積。若假定在控制體積流體密度不變
assumed to be constant throughout the control volume,then Eq. (1)simplifies as follows:
，則式（1）簡(jiǎn)化如下：
（2）
q代表體積流量。加入流體體模量K后，上述方程變?yōu)椋?
（3）
對(duì)方程（1）（3）的右邊第一個(gè)公式表示當(dāng)體積膨脹或收縮時(shí)不可壓縮流體的變化，例如，活塞–桿組件相對(duì)于管。在方程（1）和（3）右邊第二個(gè)公式是當(dāng)體積的壓力的變化時(shí)可壓縮流體的變化公式。（3）表明，油的密度顯著影響油腔的壓力，但通過(guò)閥門(mén)或限流閥的流量忽略這一變化。通過(guò)參考文獻(xiàn)[ 3 ]可以證明恒定密度的假設(shè)，因?yàn)?，例如，?dāng)考慮最大差pressure load of 15 MPa across the valve assembly,the oil density changes by 1%,while for a load of 5 MPa,the change in density is smaller than 0.35% [3]. The change indensity affects the flow rate proportionally to the root square of the inverse density value.
15 MPa的閥組件，壓力負(fù)荷，1%油密度的變化，而載荷為5 MPa，密度的變化小于0.35% 。變化強(qiáng)度影響的流量比例為逆密度值的平方根。
2.4節(jié)中介紹的一種減震器模型，是經(jīng)過(guò)大量質(zhì)量流量模型與體積流量模型的對(duì)比產(chǎn)生的。本文認(rèn)為該模型的制定有利于促進(jìn)油表面暴露于在儲(chǔ)備室空氣中的油氣–乳液模型的多筒式減震器的發(fā)展。由于氣體組分溶解在油中，油性質(zhì)變化對(duì)于乳液模型存在顯著影響（如批量模塊），因而該模型假設(shè)恒定的油溫度。
由于自乳化的影響可以忽略不計(jì)，因而在3節(jié)中介紹的伺服液壓試驗(yàn)臺(tái)模型采用體積流量模型?？紤]到液壓伺服安裝配有蓄電池提供石油和天然氣體積的使用彈性膜片之間的分離，因而，油液性質(zhì)被假定為不會(huì)受到油中氣體成分的存在和在油體模量顯著變化的影響。該模型假設(shè)恒定的油溫度。
3、 伺服液壓測(cè)試儀模型
3.1 運(yùn)行原理
伺服液壓機(jī)裝有位于地面的半消聲室和位于地下室的液壓執(zhí)行器。這種特殊的結(jié)構(gòu)是用于噪聲與振動(dòng)測(cè)試，但是，只有振動(dòng)測(cè)試是在本文考慮的范圍。伺服液壓試驗(yàn)機(jī)的控制器適用于任意電壓波形的控制油流到液壓制動(dòng)器的伺服閥。液壓制動(dòng)器跟隨著控制器設(shè)置的參考電壓波形，反映液壓執(zhí)行器的桿的預(yù)期位置。機(jī)械運(yùn)動(dòng)是通過(guò)金屬支撐桿轉(zhuǎn)移到減振器的外底部。減振器的桿頂部連接到固定到框架支撐結(jié)構(gòu)上部的安裝元件。半消聲室懸掛在連接到框架的隔振器上，避免與周圍環(huán)境的相互作用。供油系統(tǒng)坐落在一個(gè)單獨(dú)的房間，防止噪音，振動(dòng)的影響，并在試驗(yàn)時(shí)保持恒溫。液壓制動(dòng)器（圖2）是由一個(gè)280的桿能為桿提供16千牛的力。最大行程為250毫米，可達(dá)到的最大速度2米/秒的力的載荷不超過(guò)6千牛。液壓伺服系統(tǒng)的主要組成部分是一個(gè)裝配有位于活塞-桿處集成的位移傳感器的液壓致動(dòng)器（IST-Schenk PL16）和公稱流量為38升/分鐘
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