综合液压实验台设计毕业论文.doc

本科毕业设计说明书（论文）第1页共29页1引言1.1液压实验台简介液压实验台是液压实验室上世纪80年代初期生产的实验设备，类似早期的液压设备试验系统大部分按照“传感器+模拟二次仪表”的模式组成。在试验过程中，一般由模拟记录仪器在纸上记录试验曲线或由试验人员读取并记录试验数据，然后试验人员根据试验曲线和数据手工处理，得到设备的性能。教学实验台利用压力表测量液压系统中某一给定点的压力，表盘指针所指示的刻度对应某一压力值，由于小幅度波动的压力振摆和随时间而漂移的压力偏移值很难通过压力表指针反映出来，有限的刻度格数使读数依赖于实验操作者的目测习惯，从而使测量精度得不到保证：原实验使用动态应变仪、光线示波器、感光纸记录阀从一种稳定工作状态到另一稳定工作状态的过渡过程曲线，操作过程复杂繁琐，对液压系统加载一卸荷时的被控压力随时间变化所反映的动态特性参数如动态超调，只能做出定性分析；实验台利用椭圆齿轮流量计测量流量，由于指针指示的刻度值是通过流量计的流体体积总量，因此实验时需利用秒表观测流量计指针每分钟走过的格数来计算此时的流量值，当流量较小时，如测量溢流阀的溢流量时，齿轮的转速很低，泄漏量较大，致使误差很大；为测量液压缸活塞杆在不同负载条件下的运动速度，实验时首先测出活塞杆的总行程，再利用秒表测量活塞杆走完这段行程所用时间，两者相除得到活塞杆的运动速度，这种方法很难客观准确地反映液压缸活塞杆带负载工作时的速度特性。对于像阀门快开、快关这样的快速性试验，往往是通过人的经验来判断设备是否工作正常。显然用这种试验方法得到的结果带有严重的人为误差，效率低、精度差，而且试验过程操作繁琐、分析不方便。因此，对现有的教学实验台进行必须进行更新换代才能满足实际需求1。1.2液压实验台的国内外研究现状随着液压技术、控制理论、微型计算机、测量测试技术、数字信息处理、可靠性技术的发展，新的液压实验台已朝着高速、高效、智能化、多功能化、多样化的液压计算机辅助测试(CAT)方向发展，早期按照“传感器+模拟二次仪表”的模式组成液压设备试验系统己停产或停止使用，基于虚拟仪器技术的液压CAT系统广泛应用于新的液压实验台制造及应用。采用的计算方法有平均值滤波法、中值滤波算法、自适应滤波算法、新型PID算法等。采用有vB6等应用软件开发液压CAT实验软件2。由于原本科毕业设计说明书（论文）第2页共29页有设备的陈旧或故障面积太大，仅发现用MCS-51单片机技术对旧式液压实验台重新开发与利用，因此，很少发现采用液压计算机辅助测试(CAT)对旧式液压实验台重新开发与利用，对旧式液压实验台重新开发与利用有一定的推广应用价值。1.3液压实验台的特点3（1）采用透明有机玻璃外壳，可以观察到液压传动装置的内部构造和工作流程。（2）防漏快插结构使得实验回路的组装简便、快捷，清洁、干净。红色的液压油和银白色底版使得元件的内部结构鲜明直观。（3）通过透明的油管和红色液压油可以清晰的观察到液压油在液压元件中的整个流动过程。（4）独立的元件模块，方便的安装方式，可以随意的组合各实验模块，搭建各种不同的实验回路。（5）液压元件的最大承受压力为1Mpa,，额定工作压力为0.8Mpa,是安全的低压实验系统。（6）采用PLC编程控制模块，实现可编程程序控制器（PLC）智能控制。使得机、电、液控制有机结合起来，优化控制方案。（7）配有虚拟仿真软件。1.4本课题主要研究的内容4（1）在了解液压实验台结构的基础上，根据液压实验台的功能要求，给出液压实验台的整体设计方案，及各部分功能划分。（2）根据用户的主要功能需求，对各功能的实现方法作了详细的研究。（3）详细分析系统的输入输出，完成液压实验台的硬件的选取。此外，完成了液压实验台的电气控制图及PLC控制电气图。（4）对液压实验台的液压控制回路进行设计，可以使用户更加方便的了解实验台的运行状况，并且设计液压传动实验台控制面板及整体结构。本科毕业设计说明书（论文）第3页共29页2液压实验台系统原理与CAT系统总体设计方案2.1液压实验台系统原理改进前的液压实验台系统(局部)原理如图2-1所示。图2-1教学实验台(局部)液压系统原理图实验时需要根据实验步骤分别测量不同压力接点处的压力，通过流量计的流量以及负载变化时液压缸活塞杆的运动速度。如测定定量叶片泵工作特性时，通过调节节流阀(3)的开口度，控制系统压力达到某一设定值，然后分别测量某一开口稳定后的流量，作为泵的不同负载时对应的输出流量；又如在测试先导式溢流阀(5)的启闭特性时，需按给定的压力值调节溢流阀(2)的调压手轮使系统逐渐升压，然后分别测出不同压力下被试溢流阀的溢流量。由于实验过程中几个压力接点处的压力、流量需要分别通过观察压力表和流量计所指格数读出，液压缸活塞杆的速度通过人工测量位移和时间后间接测取，获取实验数据的方法不够便捷直接，实验数据的随机误差较大，测量精度受限，特别是动态数据，如压力振摆和压力偏移、过渡过程中的动态超调、上升时间的测量存在一定困难5。本科毕业设计说明书（论文）第4页共29页2.2液压实验台CAT系统总体设计方案在实现液压实验台CAT系统时，采用一台个人计算机作为主体构成整个数据采集测量系统：分别用压力传感器、流量传感器取代原来的压力表和流量计：同时为实现液压缸活塞杆速度的测取，在活塞杆上加装位移传感器；选择合适的数据采集接口卡，用在数据采集接口卡上集装的模拟多路开关、程控放大器、采样/保持器、A/D转换器等器件采集数据；用数据采集接口卡与计算机接口来共同完成压力、流量、速度的数据处理和显示。其系统构成如图2-2、2-3所示。图2-2液压实验台CAT系统示意图（a）图2-3液压实验台CAT系统示意图（b）