1、學號 目錄1前言3.1.1課題來源.3.1.2機電液綜合實驗臺的發展與現狀 31.3本課題的意義4.實驗教學的意義4.現實意義和實際價值.4.1.4本課題研究的內容6.2實驗臺液壓系統的總體方案7.2.1 概述7.液壓子系統7.計算機輔助測試子系統 72.2液壓控制元件的發展要求7.模塊化原則8.可組配原則8.開放式原則8.集成化原則8.2.3本實驗臺液壓系統的技術要求8實驗臺的自動化改造 8.實驗臺組合方式9.實驗臺特點 9.2.4液壓系統回路設計 103液壓回路設計方案1.23、1液壓回路的整體設計 123.2液壓實驗原理說明 13液壓泵的性能特性試驗1.3節流調速性能實驗144液壓系統硬

2、件部分的設計 174.1液壓控制元件的選型 17本實驗臺液壓系統的性能參數 17液壓元件的選取 174.2底板的設計及說明205控制部分215.1實驗臺的控制 215.2系統設計225.3 改造后的測試功能236總結和展望246.1總結24液壓回路設計的關鍵 24液壓回路設計存在的問題 246.1.3 改造后的創新之處 246.2展望25參考文獻26機電液試驗臺液壓系統自動化改造學號：姓名：辜毅專業：機械設計制造及其自動化摘要 液壓技術已廣泛的應用于國民生產的各個環節，液壓元件、組件和系統性能的高低直接影響機器的質量，對元件、組件和系統的性能參數進行測試分析， 以滿足各種用途的需要，就成為不可

3、缺少的重要環節。隨著計算機軟硬件技術和 計算機輔助測試技術的發展，特別是虛擬儀器技術的出現，為開發通用的液壓元 件計算機輔助測試系統提供了便利條件。因此，將測試領域中的最新技術一虛擬儀器技術應用于液壓元件及系統性能的自動測試中，以提高測試的效率和精 度，對于液壓元件和系統的研發以及液壓產品的推廣應用具有重要作用。為適應電液比例控制技術教學和科研的需要， 我們進行了實驗室的機電液實 驗臺自動化改造。本文論述對機電液綜合實驗臺液壓測試回路的整合改造，提高 了原實驗臺的技術性能，研制出一種多功能模塊化的、先進的、可靠的液壓泵、 液壓閥計算機輔助測試試驗系統，能夠自動按預先設定好的程序完成對各種泵、

4、閥的性能測試。關鍵詞：多功能液壓試驗臺；比例溢流閥； 計算機輔助測試1刖言1.1課題來源21世紀液壓控制技術既面臨著來自電氣控制技術的新競爭和綠色環保的新 挑戰，又面臨著將有相當一部分傳統結構的產品進入技術生命周期衰退期的新現 實，因此必須從自身內部對其進行深刻反思和徹底改造。本課題機電液實驗臺自動化改造，正是適應時代發展的趨勢，本著降低成本，提高自動化水平和實用性 的原則來進行設計和研究的。液壓泵、液壓閥(包括節流閥、調速閥、壓力閥、 換向閥)的性能測試是液壓傳動實踐課程的基礎部分。電液伺服閥、比例閥的靜、動態特性指標的測試在科學研究與工程實踐中， 有著極為重要的意義。計算機輔 助測試(CA

5、T)技術的興起和應用，為電液伺服閥、比例閥性能測試開辟了廣闊的 發展前景。虛擬儀器技術的出現，使(CAT)技術進入一個嶄新的發展階段。本文 實驗臺的自動化改造，應用測試技術、計算機技術、虛擬儀器技術，研制了一套 電液伺服閥、比例閥的靜、動態特性測試液壓系統，并對電液伺服閥、比例閥的 靜、動態特性測試的有關方法及理論進行了研究和探索。液壓實驗臺CAT系統的 設計與開發過程中，涉及到的相關理論與方法主要有 ：數據采集與處理、數字信 號處理、圖形處理、信號與系統、自動控制、液壓傳動、液壓伺服控制、虛擬儀 器、逐點掃頻法等等。隨著實踐教學改革的不斷深入，在現行的人才培養計劃中“加強學生創新能 力、實踐

6、能力和應用能力的培養，設置創新性、設計性、綜合性相結合的獨立實 驗項目，達到應用型人才培養目標的要求”。 這就要求我們不斷地對傳統的實驗 項目進行創新，本項目擬結合計算機輔助測試技術 (CAT)技術，對液壓傳動實驗 課程的內容的進行擴充和更新，按照“設計一分析一制造一工程管理”的思路， 打破原有實驗教學附屬于理論教學的模式，建立與理論教學并行、既相對獨立又 相互聯系的實驗教學體系。本研究課題關鍵在于液壓測試回路的設計和計算機輔助控制測試技術的研 究，同時研制出一套多功能、模塊化的液壓泵、液壓閥計算機輔助測試試驗系統， 來完成對各種泵、閥以及液壓回路的性能測試，提高液壓實驗臺的使用效率。1.2機

7、電液綜合實驗臺的發展與現狀隨著液壓技術的發展，對系統的測試要求也越來越高，傳統測試液壓系統方 法的弊端日益暴露出來。傳統的方法主要側重于手工，這樣一來，一方面，由于 人為因素對檢測誤差影響較大，必然導致檢測的準確性較差 ；另一方面，檢測速度也極為緩慢，極大地影響了效率。這一切，成為了液壓技術應用和發展的瓶頸。 隨著計算機科學的飛速發展，尤其是微型計算機的發展，其功能不斷增強，而價 格卻不斷下降，從而使得計算機迅速滲透到了各個領域，相繼出現了CAD, CAM,CAT等新興學科，這成為了推動液壓技術應用和發展的巨大動力。液壓行業在產品設計、制造、生產管理、性能測試等領域廣泛采用了計算機 技術，極大

8、地提高了產品更新換代的速度、 生產的自動化水平和產品的質量。 本 課題的多功能液壓實驗臺，正是適應時代發展的趨勢，本著降低成本，提高自動 化水平和實用性的原則來進行設計和研究的。在元件性能測試的過程中，采用了 CAT技術，并使用當前最為流行的軟件 Visual C十+6.0,VisualB asic6 .0來進 行編程，使人機界面更為友好。隨著計算機技術的迅速發展，計算機輔助測試技術越來越多地應用在液壓 工程檢測之中。機電液綜合實驗臺在改革進程中，已經提出了集成模塊化、手動 和自動并聯控制化、及控制中的PID算法等，也綜合運用了計算機、傳感器、控 制和數據采集等技術；液壓控制單元也向模塊化、可

9、組配、開放式和集成化發展。1.3本課題的意義實驗教學的意義 本課題擬結合計算機輔助測試技術(CAT)技術，對液壓傳 動實驗課程的內容的進行擴充和更新， 按照“設計一分析一制造一工程管理” 的 思路，打破原有實驗教學附屬于理論教學的模式，建立與理論教學并行、既相對獨立又相互聯系的實驗教學體系。完成系統及其配套測試軟件的開發，同時完成 系統配套實驗教學內容的更新，以及多媒體課件的設計。使本系統作為液壓傳動 實驗課程的主要實驗平臺，同時對于教師的科研能夠起到一定的支撐。本項目的實施，不僅能夠解決目前由于機電液實驗設備臺套數不足而影響到 實驗教學的矛盾，同時能讓學生得到“液壓-控制-測試-數據分析”等

10、多方面的 訓練，提高學生的綜合動手能力。同時還可向與傳感器和測試有關的實驗課程開 放，對于工科的相近專業均可推廣。現實意義和實際價值在現階段，本課題的研究將具有很強的現實意義。本 課題立足國內，以實用為準則，在價格實惠的情況下，具有較高的性能，避免大 而全所帶來的高昂價格，因為，本課題只對常出問題的閥和缸進行性能檢測，省去了一些不常出問題類型產品的測試，從而簡化了多功能液壓實驗臺；另一方面，由于采用的是多功能液壓實驗臺，這比單獨購置各種液壓實驗臺的造價要低 的多。由于采用CAT技術所需硬件的價格較為低廉，同其他方式相比，在現有實驗 臺上采用CAT技術，必將是一種效益較高而又投資較少的方式之一，

11、因此，目前尚沒有采用這種技術的實驗臺更應該采用；即使采用了這種技術，由于計算機硬 件和軟件的迅速發展，如語音識別技術、電腦觸摸屏技術和網絡技術以及各種流 行軟件不斷的更新換代，很多采用CAT技術的實驗臺也面臨著硬件和軟件更新的 問題。本課題采用的正是目前最為先進的軟件和硬件來進行CAT系統的設計以及軟件的編制。同傳統的多功能液壓實驗臺相比，本實驗臺具有以下優點：(1) 提高了測試速度，減小了測量誤差，由于計算機的采用，可對各參量進行高速采樣，減小了各參量間不同時性的誤差。計算機連續自動測試減小了瞬 態信息丟失引起的誤差和讀數誤差。通過軟件可對測試數據進行粗大誤差、系統 誤差以及隨機誤差進行消除

12、工作。 這些處理大大減少了測試系統的綜合誤差。由于計算機采集存儲測試數據的速度很快，因此可以在很短時間內完成對被測工況 的數據采集、運算和存儲，比人工測試要少很多時間：另一方面，也能減少實驗 設各的磨損，節省動力消耗，同時可減少實驗時控制油溫的時間消耗， 從而大大 加快了實驗的速度。(2) 測試時無須同時觀察和記錄多個儀表的數據，減輕了測試的勞動強度， 提高了測試效率；(3) 計算機自動控制實驗狀態，使測試過程準確，操作簡單 ；(4) 測試數據存盤保留，方便進一步進行分析處理；(5) 測試數據結果輸出迅速、直觀、工整；(6) 可監測測試的瞬態過程，便于了解測試過程的詳細信息 ；(7) 可擴展現

13、有測試儀器的使用功能；(8) 便于建立測試數據的數據庫，有利于液壓元件質量的趨勢分析。由上面的敘述可以看出，在多功能液壓實驗臺上采用CAT技術是提高水平和 完善測試手段的有效措施，由于在現有實驗臺上進行改造，CAT硬件投資較少，其軟件主體進行一些修改即可適用于不同的實驗臺，若廣泛推廣于液壓元件的生產廠家，對于提高液壓元件的生產和管理水平， 提高經濟和社會效益將會有很大 的促進作用。另外，目前，從全國范圍內來看，有不少企業、學校和研究所都采 用了 CAT技術，當然也有不少企業還沒有采用。目前國內比較著名的CAT系統有: 北京理工大學的液壓泵、液壓馬達一液壓馬達傳動系統工作特性的計算機輔助實 驗系

14、統，機械部北京自動化所和湘潭機電專科學校研制的液壓泵出場實驗臺系 統，廣州機床研究所液壓泵性能和噪聲計算機實時測試系統，徐州液壓件廠液壓缸CAT實驗臺系統和中國礦業大學北京校區機械電子工程系開發的液壓元件實 驗臺CAT系統。這些系統研制運行時間從80年代中期至今，反映了我國液壓CAT 發展的水平。然而這些系統由于開發較早，在進行軟件的編制時一般都是在DOS或UCDO環境下，采用Turbo Basic或者是C語言，由于這兩種語言本身能力的 局限性和DOS字符環境對界面友好性的限制，使得它遠沒有利用目前最流行的軟 件Visual C+和Visual Basic 語言，并在 Windows平臺上開發

15、出的軟件界面友 好：這樣，這些軟件就面臨著由DOS平臺向Windows平臺移植的問題，這也是目 前我國采用CAT技術的單位所普遍面臨的問題，很多單位正在或正準備將原有的 CAT軟件從DOSf臺移植到 Windows平臺，例如，北京自動化所的國家液壓元件 質量監督中心，就正準備將它們DOS平臺下的CAT軟件移植到 Windows平臺。由 上述的分析可以看出，本課題的研究將具有很強的現實意義和實際價值。1.4本課題研究的內容本課題為機、電、液一體化系統，涉及的內容極其繁多，由于時間以及客觀 條件的限制，本論文將主要進行如下內容的研究：多功能液壓實驗臺液壓系統的設計；多功能液壓實驗臺液壓系統圖的繪制

16、；多功能液壓實驗臺CAT系統的設計；多功能液壓實驗臺CAT測試系統和控制系統軟件的編制：多功能液壓實驗臺CAT測試數據處理軟件的編制。我們課題由兩個人一起完成，我主要負責液壓部分的設計，關鍵在液壓測試 回路的設計。本研究課題關鍵在于液壓測試回路的設計和計算機輔助控制測試技 術的研究，同時研制出一套多功能、模塊化的液壓泵、液壓閥計算機輔助測試試 驗系統，來完成對各種泵、閥以及液壓回路的性能測試，提高液壓實驗臺的使用 效率。2實驗臺液壓系統的總體方案2.1概述該系統由兩大部分組成：液壓子系統和測試子系統。液壓子系統 系統由4大部分組成：液壓泵控制閥測試部分、流量控制閥測 試部分、壓力控制閥測試部分

17、、方向控制閥測試部分。由不同的比例閥控制，比 例閥是由計算機控制。這樣便使這 4大部分可以分別獨立工作也可以同時工作。 同時比例伺服閥的使用，使得系統的控制響應特性得到很大的改善， 這種模塊式 的測試系統檢修方便、占用空間少。本系統的比例電磁閥都是由計算機控制，所有的數據采集都是通過相應的傳 感器直接從計算機中讀出，并在計算機中進行處理顯示、打印和存儲。所以系統 具有操作方便、多功能、測試效率高、準確的性能。計算機輔助測試子系統 為了更準確、迅速地測試被試液壓元件的有關參 數，設計了計算機輔助測試系統，包括：硬件部分和軟件部分兩部分。硬件部分包括多功能數據采集卡以及各種傳感器和固態繼電器。其中

18、的核心部分是多功能數據采集卡，插在計算機 PCI插口上，輸入信號范圍：010 V或 -5+5 V ;輸出范圍：05 V，具有16路模擬信號輸入和8路模擬信號輸出，同 時具有16路以上的數字I/O，可以控制16路電磁閥。在本項目中采集卡的模數 轉換器采用程序啟動方式。其轉換狀態和結果可用程序查詢或讀出。并具有“即 插即用”的性質，要求在液壓試驗系統中使用非常方便。本系統使用的計算機輔助測試軟件是 C語言和組態軟件。C語言在Windows 系統下不但具有強大數據和圖形處理功能，而且在對I/O接口的數據進行讀寫方面有著很好的性能。C語言程序可以直接控制計算機的接口，運行速度快，適 于動態特性試驗，而

19、組態軟件具有界面直觀和操作方便的特點，適宜進行各種液 壓元件的穩態特性試驗。2.2液壓控制元件的發展要求傳統的三大類液壓控制閥，規模性替代和創新將只是時間問題。 從未來新型 控制器件的發展要求的基本原則一一即模塊化、可組配和開放式結構人手，嘗試 推行“結構性創新”和“集成創新”，以便從整體和根本上變革現有的成熟 （陳 舊）產品和技術，為我國液壓控制技術發展提供新的視角，為我國液壓界的挑戰 者和進攻者提供新的思路。模塊化原則 模塊化是在系統綜合考慮技術和產品的構成結構的基礎上，通過層次化和有序分解，便于整體和部分之間的優化組合，充分體現整體的協調 性和靈活性，同時盡量使各部分具有相對獨立性，以期

20、達到簡化系統設計、使構件得到重用以及便于集成組配和升級。模塊化著眼于相似性和組合原則，合理平衡多樣性和統一性的利弊，通過對復雜系統解耦簡化并對組成部分合理封 裝，通過形成標準接 口界面提高互換和升級便利性。模塊化是面向大規模定制 的產品平臺和產品族設計通行的重要原則。液壓控制元件在面向模塊化設計時， 應考慮以下若干基本準則：(1)標準化、通用化、組合化準則 ；(2)多樣化 準則；(3)模塊劃分原則；(4)模塊化效果。可組配原則 可配組的原則是未來液壓控制技術和產品開發中的另一個重 要原則。未來新型液壓控制元件中，可配組的原則將總體格局及各個分層次以及 分層次中的子層次中普遍適用和存在。 例如先

21、導控制級中電機轉換組件、閥芯組件、含先導液阻網絡的先導閥芯和電一一機轉換組件的閥體組偉主級中的閥芯組件及它們的組合，安裝連接和配合控制的塊體；以及由上述幾種組件組成 的功能模塊等等，都會大量出現可配組的結構或集合， 更重要的，不僅會大量出 現實體的配置，甚至會進一步出現非實體性變化的配置形式。而且這一特性將 必然導致和用戶進行“一對一”的、個性化和多樣化配置的銷售模式，并使之得到真正的發展。開放式原則 在液壓控制元件產品族和產品平臺中，開放式原則首先是針對模塊的連接和接口屬性。由于基于電液控制為主的新型液壓控制器件既有機械 產品的接口和功能，又有 電子產品的接口和功能，因此應當充分重視接口的標

22、 準化。集成化原則 在現有的機械產品中，液壓控制元件及其集成系統始終是屬于 較為活躍和十分有效的一類產品。歷史上基于板式連接的多種集成和疊加閥等始 終引領著液壓控制的集成化進步，因此目前集成化的主體方式仍然是基于安裝面的。基于安裝孔連接的液壓插裝閥集成方式一出現就不僅從不同的規格和應用 上豐富了液壓控制的集成，更重要的是強烈地表現出未來集成控制所應具有一系 列重要特征和原則，從而使基于安裝孔連接的塊式集成正成為最具有發展前景的 新的主流形式。2.3本實驗臺液壓系統的技術要求實驗臺的自動化改造 原液壓實驗臺主要實驗項目如下： 節流回路性能實驗 通過定量泵，變量泵，節流閥，單向閥，溢流閥，電磁換向

23、閥等進行實驗。容積 節流調速回路性能實驗通過變量泵， 節流閥，單向閥，單向調速閥，電磁換向閥， 液壓缸等進行實驗。差動連接快速回路通過泵，節流閥，單向閥，溢流閥，電磁 換向閥，液壓缸等進行實驗。原液壓實驗臺的臺架和電機、油箱、壓力表及部分 液壓元件可保留使用。液壓泵、液壓閥(包括節流閥、調速閥、壓力閥、換向閥)的性能測試是液 壓傳動實踐課程的基礎部分。本項目對現有的機電液綜合實驗臺的液壓模塊進行 升級改造，應用計算機輔助測試技術(CAT)，研制出一種模塊式、多功能、先進、 可靠的液壓泵、液壓閥計算機輔助測試試驗系統。完成對各種泵、閥的性能測試。(1) 本系統運用模塊化的設計方法，具有多功能、操

24、作方便、測試準確迅速 的特點。(2) 大量采用了目前技術較為先進的比例伺服閥，系統的控制響應特性、測量精度、可操控性多得到極大的改善。(3) 采用了計算機輔助測試技術，傳感器與數據采集卡的結合使用，使得本 系統的數字化水平達到較高的程度。(4) 本系統的設計依據是 GB810壓力控制閥試驗方法、GB8104 87流 量控制閥試驗方法和 GB8106 87方向閥試驗方法根據實驗臺的技術條件，改進后的實驗臺增加的功能為：(1)液壓泵性能實 驗；(2)溢流閥性能實驗；(3)節流調速回路性能實驗。實驗臺組合方式 這種實驗臺可在不使用任何工具的情況下， 學生自己動手 快速靈活的組合裝配成所需的實驗系統，

25、搭接成的實驗系統與工程實際完全一 致。自學生自行構思設計方案、自行安裝、調試及性能測試、故障分析、故障排 除，可使學生得到真正動手環節的訓練。實驗臺特點(1)利用該實驗臺進行課堂教學，實驗臺可直接移入實驗室， 使學生身臨其境，達到教師講授與學生操作體驗的高度結合。這樣教師可用簡潔 的語言敘述清楚較復雜的理論，使理論更形象而且有利于開發學生智力，調動學 生潛在的學習能力，增強學生的學習興趣。(2) 該實驗臺還可用作真實工程項目的設計安裝與調試訓練。學生可利用實 驗臺上配置的微機控制系統自行編程，實現微機控制數據采集處理。課程結束時， 學生可得到機電液一體化全方位的真實工程題目的立體訓練。(3)

26、實驗臺功能齊全，投資少，而且結構緊湊，體積小，移動靈活，該實驗臺可做多個實驗一個實驗臺可替代十幾臺傳統實驗臺，而投資僅是傳統實驗臺 的 1/10。（4）安全，可靠，故障率低，實驗臺的結構采用了高可靠性結構設計，學生可隨意拆裝，不會輕易損壞，控制電路采用安全電壓，油源壓力為2. 5Mpa的低壓油源，而且實驗元件的插件部位均采用自封閉接頭，無任何泄露污染，當連接出現錯誤時，油路不通，所以不會出現任何危險。（5）實驗臺使用壽命及技術壽命長，由于采用的是組合結構，隨著技術的發 展，可靈活的更換元件，根據需要不斷增減。2.4液壓系統回路設計液壓系統圖的設計是嚴格遵守以上的標準來進行設計的，包括有液壓缸實

27、驗 回路、節流調速實驗回路、壓力控制基本實驗回路、方向控制基本實驗回路、速 度控制基本實驗回路等。通過全面考察主要設備和輔助設備液壓系統的工作參數與目前國產元件的 可靠性兩個方面的實際情況，取液壓系統的壓力為6.3Mpa。這對于實驗臺液壓系統的各類液壓閥（諸如方向閥、壓力閥、流量閥、分流集流閥、二通插裝閥、 比例閥以及伺服閥）、液壓缸、液壓泵和馬達實驗臺都是適宜的。實驗臺上需要完成的包括有液壓缸實驗回路、節流調速實驗回路、壓力控制 基本實驗回路、方向控制基本實驗回路、速度控制基本實驗回路等，需要保證進 給運動平穩性和速度穩定，實驗臺上所需動力源的流量較小，從簡單經濟觀點， 此處選用雙作用葉片泵

28、。根據實驗臺完成的實驗要求，并參考以前實驗臺的實驗原理圖，設計完畢的 機電液實驗臺自動化改造后的液壓系統原理圖如圖圖1所示：1, 14-壓力泵 3, 10三位四通換向閥4, 5, 18, 6, 11兩位三通換向閥2, 13-比例溢流閥8, 9液壓缸7,12-一比例調速閥P4-壓力傳感器P1, P2, P3, P5壓力表17流量傳感器pp3液壓回路設計方案3、1液壓回路的整體設計對不同的液壓元件進行實驗，所用液壓回路是不同的，實驗所需的壓力和流 量也各不相同實現，具體如何控制各個回路的壓力和流量均可通過控制比例溢流 閥犯將在本論文的后面詳細闡述。 壓力和流量確定了之后，就可以根據下述的各 閥動作

29、進行實驗。一般液壓元件的實驗方法標準中都包含有以下基本內容 ：技術術和符號的說明和規定；實驗條件的規定，包括實驗用油液的粘度、油 溫和清潔度等級等實驗項目和實驗方法， 包括實驗回路、將有關液壓元件和系統 需要核的性能定為實驗項目，并規定實驗內容和為獲得這些性能指標的詳細實驗 方法等；還指明型式實驗和出廠實驗應作的實驗項目；參數測試點的配置和測量 精確度等級的規定。為了便于比較和正確的測試各有關參數， 根據實驗的不同要 求，所示：將測試的精確度分為不同的等級，A B、C三級，如表漁1*參量SSffl確度等級1AB1C壓力俄壓為p>0r ±05±2.5P ±0.

30、5±1.5±2.5-轉畑旳±9 5±1.0±20 I特感（）±0.5±1.0+2.0溫度夠）±05±1.0±2.0穩態工況時參數的允許變動范圍，數據處理和結果表達的要求。包括提供該 項實驗要用的計算公式、供參考的特性曲線形狀，對實驗報表的格式和內容的要 求，報告中應注明的事項以及由實驗曲線上如何獲取性能指標的方法等。3.2液壓實驗原理說明液壓泵的性能特性試驗如圖為液壓泵特性試驗液壓系統原理圖14壓力泵 10-三位四通換向閥11兩位三通換向閥13比例溢流閥9液壓缸 12-一比例調速閥P4壓力傳感器

31、P5壓力表 17流量傳感器圖2液壓泵性能實驗原理圖全部接通溢流閥13,接通閥12比例壓力溢流閥，接通電源，讓被試泵14空載 運轉幾分鐘，排除系統內空氣。2 接著斷開比例溢流閥12,接通溢流閥13,控制系統壓力P值為70kgf/cm 。控制比例溢流閥12,逐漸增大通截面，使系統壓力 P降至泵的額定壓力632kgf/cm ,觀察被試泵的壓力脈動值。控制比例溢流閥12,使被試泵的壓力為0或者接近于0,測出此時的流量。 再通過比例溢流閥12,給泵不同的負載，對應測出壓力 P值，流量Q,電動機的 輸入功率。322節流調速性能實驗(1) 進油路節流調速性能實驗如圖為進油路節流調速回路原理圖：8 in1.9

32、L2_IVII：T 1*APj右邊加載回路的調整，斷開比例溢流閥 12,接通溢流閥13,啟動泵14,通2過控制比例溢流閥12(使回路中壓力P4小于5 kgf/cm )。轉換電磁閥10的控 制按鈕，使電磁閥10左右切換，加載液壓缸的活塞往復動作兩、三次，以排除 回路中空氣，然后使活塞桿處于退回位置。左邊調速回路的調整，接通溢流閥 2,斷開比例溢流閥7,啟動泵1,控制2溢流閥2,使回路中壓力P4處于5 kgf/cm ,將電磁閥3控制按鈕置于左位工作， 再控制進油路的比例溢流閥7的通流面積，使工作液壓缸8的活塞運動速度適中， 左右轉換電磁閥3控制按鈕，使活塞往復運動幾次，檢查回路工作是否正常，并 排

33、除回路中空氣。實驗說明：通過傳感器測出，計算機控制，測量行程時間t，逐次調節溢流閥13,調節供油壓力進油路節流調速實驗油液流動線路:進油線路：液壓泵啟動，電磁閥3置左位工作，接通溢流閥2,二位三通電 磁換向閥4置右位工作，再經過比例溢流閥7,自動控制比例閥的通流面積，再 經過二位二通電磁換向閥5,液壓缸8工作。回油線路：液壓缸8退回，二位三通電磁換向閥6左位工作，經過三位四通 換向閥3,直接回油箱。(2) 回油路節流調速性能實驗如圖為回油路節流調速回路原理圖：右邊加載回路的調整，斷開比例溢流閥 12,接通溢流閥13,啟動泵214,通過控制比例溢流閥12 (使回路中壓力P4小于5 kgf/cm

34、)。電磁閥10置 左位工作。左邊調速回路的調整，接通溢流閥2,斷開比例溢流閥7,啟動泵1,控制2溢流閥2,使回路中壓力P4處于5 kgf/cm ,將電磁閥3控制按鈕置于中位工作， 再控制進油路的比例溢流閥7的通流面積，使工作液壓缸8的活塞運動速度適中。實驗說明：通過傳感器測出，計算機控制，測量行程時間t，逐次調節溢流閥13,調節供油壓力。進油線路：液壓泵啟動，電磁閥3置左位工作，接通溢流閥2, 二位三通電 磁換向閥4置左位工作，經過二位二通換向閥18,液壓缸8開始前進。回油線路：液壓缸8退回，二位三通電磁換向閥6右位工作，再經過比例溢 流閥7,自動控制比例閥的通流面積，再經過二位二通電磁換向閥

35、 5,通過電磁 閥3直接回油箱。(3) 旁油路節流調速性能實驗如圖為旁油路節流調速回路原理圖:P1186rrP41T10;|911P5FT12171415右邊加載回路的調整，斷開比例溢流閥 12,接通溢流閥13,啟動泵14,通 過控制比例溢流閥12(使回路中壓力P4小于5 kgf/cm 2)。電磁閥10置左位工 作。左邊調速回路的調整，接通溢流閥 2,斷開比例溢流閥7,啟動泵1,控制2溢流閥2,使回路中壓力P4處于5 kgf/cm ,將電磁閥3控制按鈕置于中位工作， 再控制進油路的比例溢流閥7的通流面積，使工作液壓缸8的活塞運動速度適中。油液線路：液壓泵啟動，電磁閥3置左位工作，接通溢流閥2,

36、 二位三通電 磁換向閥4置左位工作，分兩支路走，一路直接進液壓缸，由換向閥6,回油箱， 另一路經比例溢流閥調速，二位二通換向閥 18左位工作，比例閥7調速，換向 閥5工作，回油箱。實驗說明：通過傳感器測出，計算機控制，測量行程時間t，逐次調節溢流閥13,調節供油壓力4液壓系統硬件部分的設計4.1液壓控制元件的選型液壓元件是按照性能要求和價格綜合考慮來進行選取的。本實驗臺液壓系統的性能參數液壓系統的基本參數是油液的壓力和流量， 液壓實驗系統的額定壓力和流量應包容被試元件的額定壓力和流量。通過全面考察主要設備和輔助設備液壓系統的工作參數與目前國產元件的可靠性兩個方面 的實際情況，取液壓系統的壓力為

37、 6.3Mpa。這對于實驗臺液壓系統的各類液壓 閥(諸如方向閥、壓力閥、流量閥、分流集流閥、二通插裝閥、比例閥以及伺服 閥)、液壓缸、液壓泵和馬達實驗臺都是適宜的。故本課題機電液實驗臺的液壓 系統的壓力選為6.3Mpa。對于液壓閥額定實驗流量，實驗流量不得小于規定的被試閥額定流量， 并保 證被試閥的性能指標以滿足液壓設備的要求為依據等， 在考慮了標準、需要和可 能等三方面的條件下，取本多功能實驗臺的額定實驗流量為 10L/min。液壓元件的選取 壓力和流量確定以后，就可以對液壓元件進行選取，下面 將分別講述各種液壓元件的選取。(1) 主泵的選取一般葉片泵的工作壓力為7Mpa高壓葉片泵工作壓力可

38、達 25-32Mpa,轉速范圍為600-1500r/min ，雙作用葉片泵一般為定量泵。雙作用葉 片泵的性能參數中規定額定壓力和最高壓力，都符合實驗臺的要求，并規定了各種排量、各種規格的最高轉速。在實際應用中不應采用壓力或轉速的最高值，應有一定的裕量，特別是最高壓力和最高轉速不能同時使用，要嚴格遵守，這樣可以延長液壓泵以及整個液壓 系統的壽命。液壓泵的最大工作壓力Pp(Pa)Pp _ 巳 ' p=6.3Mpa試中：P : p-t圖中的最高工作壓力(Pa);"p :系統進油路上的總壓力損失。由于于本系統在停止運動時才出現最高工作壓力，故p =0o液壓泵的最大流量qp m / s

39、多個執行器同時動作的系統，液壓泵的最大流量應大于同時動作的執行器所 需要的總流量，并應考慮泄漏qp蘭K近q )max液壓泵的規格 按上述計算得到Pp和qp值，由產品型錄選取液壓泵的規格 為了保證系統不致因過渡過程中過高的動態壓力作用被破壞， 系統應有一定的壓 力儲備量，通常推薦液壓泵的額定壓力可比 Pp高25%60%高壓系統取小，中低 壓系統取大值）；液壓泵的額定流量與 qp相當，不應超過太多。綜合各種要求，在本課題中選用 YB-10型雙作用葉片泵，這種泵具有結構 緊湊、流量均勻、體積小易于保養等特點，性能參數如下 ：最大極限轉速為 1450r/min，最大流量為100L/min，滿載驅動功率

40、為1.5kW。由此可見，一個這樣的泵是滿足要求的。下面驗證一下功率是否滿足要求，實驗臺要求的功率為：W= PQ =6.3* 1.06 *10 *1.03/ 60=1.05kW這種泵可提供的功率為1.5 kW大于實驗臺要求的1.05 kW由以上的分析 可知，選擇YB-10型雙作用葉片泵是可以滿足要求的。（2）閥的選取 閥類的選取也是主要根據壓力和流量，同時還要考慮價格及品牌。 一般來說， 重要的部件一定要選擇知名廠家的產品，也就是在保證質量的情況 下，盡量選擇價格較低的產品。換向閥的選取 在本課題中，所有的換向閥采用的都是北京液壓件廠的 WEH型電液換向閥，這種閥的流量為80L/min，最大工作

41、壓力為31.5Mpa,這樣, 流量超過了本課題多功能液壓、試驗臺的最大流量，壓力也達到了本多功能液壓 試驗臺的最大壓力，所以可以滿足本實驗臺的需要；溢流閥的選擇 本液壓系統中用到的兩個直動式比例溢流閥選用的是 DBETF型直動式比例溢流閥，公稱壓力為 31.5 Mpa額定流量為10L/min，顯然 是可以滿足本實驗臺需要的。調速閥的選擇本液壓系統中用到的調速閥是2FRE6型二通比例調速閥， 工作壓力可達21Mpa流量可達25L/min，顯然是滿足本課題需要的。（3）電機的選擇 液壓泵的驅動功率計算 工作循環中，由于本系統的液壓泵的壓 力和流量比較恒定，所以液壓泵驅動功率 Np可由下式確定：Pp

42、Qp : iNpzp Wp式中：Pp、qP :液壓泵的最大工作壓力（Pa）和最大流量（m /s ）p :液壓泵的總效率，參考下表選取。液壓泵的類型齒輪泵葉片泵柱塞泵總效率本系統為固定設備液壓泵的驅動電動機，由上述計算出的功率和液壓泵的轉 速及其使用環境，從產品型錄中選定其型號規格(額定功率、電源、結構型式)， 以保證每個工作階段電動機的峰值超載量都低于 25%立式電動機可通過鐘型罩與泵連接，泵伸入油箱內部，結構緊湊，外形整齊，噪聲低；臥式電動機，需要 通過支架與泵一起安裝在油箱頂部或單獨設置的基座上，占用空間較大，但泵的故障診斷和維護較為方便。由前面的計算可知，選用丫90L-4L型電機，該種類

43、型電機的性能指標為：功 率為1.5kW,轉速為1400轉/分鐘，大于實驗臺要求的功率1.05 kW,并且轉速也 大于泵的最大極限轉速，所以，該種類型的電機可以滿足本課題所設計的多功能 液壓試驗臺的需要。(4) 管件的選取 常用的油管有硬管和軟管兩類。選擇的主要依據是工作壓力、工作環境和液壓裝置的總體布局等。由于本系統為實驗臺，考慮到安裝可操作性， 選用軟管。油管的規格尺寸多由于它連接的液壓元件的油口尺寸決定， 只有對一 些重要油管才計算其內徑和壁厚。(5) 液壓附件的選取液壓附件的選取也主要是根據壓力和流量，這里就不再進行 詳細介紹，選后的元件參見下表：序號元件名稱額定壓力額定流量型號、規格說

44、明/Mpa/L.min1、14液壓泵6.310YB-10額定轉速為1450r/min，驅動電機功率為1.5kw2、13直動式比例溢流閥31.510DBETR通徑為10mm7、12比例調速閥21252FRE6通徑為10mm11、18二位二通換向閥31.580WEH6通徑為10mm4、5、6、17二位三通換向閥31.580WEH6通徑為10mm3、10三位四通換向閥31.580WEH6通徑為10mm& 9液壓缸 壓力表開關約6.3通徑為6mm15、16過濾器<0.02（壓160XU-160*80J通徑為40mm力損失)4.2底板的設計及說明由于時間的關系，我只做了比例溢流閥的底板設計

45、。 設計時的尺寸是根據比 例溢流閥確定，還要考慮到干涉，粗糙度，防泄漏等實際問題。比例溢流閥底板 圖如下：H-7M1?5控制部分5. 1實驗臺的控制流量下面將對這兩此次設計的液壓CAT實驗臺要求控制的液壓參量是壓力、 個參量的控制進行概述。(a)(b)比例流量閥控制流量系統框圖在本課題中，由于需實驗種多，某些實驗是需要調節微小流量的，因此在本 課題中是采用比例溢流閥來進行流量控制的。 利用計算機對流量進行控制的原理 如下圖所示。比例溢流閥流量控制系統框圖壓力控制系統框圖5. 2系統設計CAT系統的設計主要取決于 CAT系統要實現的功能，在前面的章節中已經講 到，本課題要設計的CAT系統兼有數據

46、采集和控制功能，這就給系統的設計帶來 了一定的復雜性。一般來說，系統的設計包括系統硬件的設計和軟件的設計。 系統硬件由于CAT系統涉及的硬件種類繁多，這里分三部分對硬件的設 計進行 講述。(1) 液壓測試系統液壓測試系統的設計是在第二章設計的液壓系統圖的基礎之 上，為了滿足測試要求，在合適的位置添加上壓力傳感器或流量傳感器。CAT系統 配合CAT系統要求，CAT系統構成下圖所示，利用該系統可完成被 測試信號的采集、傳輸、顯示和處理，本系統的信號分為兩類 ：模擬信號和數字 信號，現分別介紹如下：模擬信號 壓力傳感器感應被測信號后，輸出模擬信號。輸出的模擬信號， 送入對應二次儀表，二次儀表除對信號

47、處理后加以顯示實際的壓力外， 同時把模 擬信號送入A/D模數轉換板，轉換成數字信號后由計算機對其進行處理。數字信號 流量傳感器感應油流脈沖信號，經信號線傳輸到對應二次儀表， 經儀表處理后，一方面，LED對實際流量進行顯示；另一方面，以BCD碼輸出數 字信號。數字信號進入計算機1/0輸入接口板，然后由計算機對其進行處理。5.3改造后的測試功能CAT軟件的編制，該CAT軟件的功能包括：試驗臺數據的采集、試驗臺的控 制、采樣數據的處理以及數據文件的管理等，對試驗臺控制包括對流量和對壓力 控制，這兩種控制方法不但簡單易行，而且在實際應用中均可達到B級精度：由于在軟件編制的過程中采用的是 Visual

48、Basic 和Visual C十+ 語言，二者均為 模塊化編程，軟件主體進行一些修改即可適用于不同的試驗臺。對軟件部分功能進行了模擬測試，證明了該軟件界面友好，操作簡潔、方便 而又舒適，并且數據采樣部分以及數據處理部分工作良好，達到了預期的目標。 雖然本課題做了不少的工作，但是，由于客觀條件和時間的限制，本課題仍有許 多待完善的地方。本課題研究的內容只是建立在實驗室的基礎之上，缺乏實際應用的經驗，在實際應用的過程中，一定會還有許多需要調整和改進的地方。本課題軟件在編制過程中，并沒有面面俱到，原因是本課題涉及到的對象較為繁多， 但是，在現有軟件設計的基礎之上，進行擴展是非常方便的。本課題所做內容的 研究，具有較強的現實意義：一方面，本課題所進行液壓系統的設計對于要建設 多功能液壓試驗臺的企業來說具有重要的參考意義；另一方面，本課題所開發的 CAT軟件，對于現有CAT系統的升級以及建設現代化的 CAT系統都將具有重要的 參考價值。6總結和展望6.1總結液壓回路設計的關鍵本研究課題關鍵在于液壓測試回路的設計和