机电液实验台自动化改造设计.doc

目录摘要.I英文摘要.II第一章绪论.11.1课题来源.11.2机电液综合实验台的发展现状.21.3本课题的意义.21.3.1实验教学的意义.21.3.2现实意义和实际价值.31.4本课题研究的内容.4第二章实验台液压系统的总体方案.62.1概述.62.1.1液压子系统.62.1.2计算机辅助控制系统.62.2本实验台的技术要求.72.2.1实验台的改造及预期目标.72.2.2实验台组合方式.72.2.3实验台的特点.82.3液压系统回路设计.82.3.1确定主要参数，编制动作表.82.3.2拟定液压系统原理图.9第三章液压回路设计方案.113.1液压回路的整体设计.113.2液压实验原理说明.113.2.1液压泵的性能特性试验.123.2.2节流调速性能特性实验.13第四章液压系统硬件部分的设计.164.1液压控制元件的选型.164.1.1本实验台液压系统的性能参数.164.1.2液压元件的选取.164.2底板的设计及说明.19第五章控制部分.215.1试验台的控制.215.2系统设计.225.3改造后的测试功能.23第六章总结与展望.286.1总结.286.1.1液压回路设计的关键.286.1.2液压回路设计中存在的问题.286.1.3改造后的创新之处.286.2技术展望.29致谢.30参考文献.31附录.32摘要液压技术已广泛的应用于国民生产的各个环节，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虚拟仪器技术应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应用具有重要作用。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AbstractThetechnologyofhydraulicpressurehasbeenwdelyusedineverypartofNationalProduct.Theperformanceofhydrauliccomponentandhydrauliccircuitcaninfluencethequalityofmachinedirectly.Soitisimportanttotestandanalyzetheperformanceindexofhydrauliccomponentandcircuit,inordertomeettheneedsofdifferentpurpose.ThedevelopmentoftechnologyofcomputersoftwareandhardwareaswellasthedevelopmentofCAT(ComputerAidedTest),especiallytheappearanceofVI(VisualInstrument),providesconveniencetodevelopmultifunctionalCATsystemofhydrauliccomponents.Thus,thestudyonCATsystembasedonthemostnewtesttechnologyofVI,mayplayaveryimportantroleinresearchofnewhydrauliccomponentsandsystems,alsoinextendingapplicationofhydraulicproducts.Inordertomeettheneedsofinstructionandscientificresearch,wedecidedtodeveloptoAutomationofelectro-hydraulictest-bed.Thisarticlediscussestheelectro-hydraulicintegratedcircuitofhydraulictestoftheintegrationandenhancetheoriginaltest-bedoftechnicalperformance,thedevelopmentofamulti-functionalmodular,advancedandreliablehydraulicpumps,hydraulicvalvecomputer-aidedtestTestSystem,canautomaticallyatapre-configuredproceduresofthevariouspumps,第一章绪论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与工程实践中，有着极为重要的意义。计算机辅助测试(CAT)技术的兴起和应用，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，应用测试技术、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系统的设计与开发过程中，涉及到的相关理论与方法主要有:数据采集与处理、数字信号处理、图形处理、信号与系统、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，在汽车学院现行的人才培养计划中“加强学生创新能力、实践能力和应用能力的培养，.设置创新性、设计性、综合性相结合的独立实验项目，达到应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“设计分析制造工程管理”的思路，打破原有实验教学附属于理论教学的模式，建立与理论教学并行、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与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，成为了液压技术应用和发展的瓶颈。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,CAT等新兴学科，这成为了推动液压技术应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VisualC十+6.0,VisualBasic6.0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应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本课题的意义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“设计分析制造工程管理”的思路，打破原有实验教学附属于理论教学的模式，建立与理论教学并行、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。同时还可向与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：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。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；计算机自动控制实验状态，使测试过程准确，操作简单；测试数据存盘保留，方便进一步进行分析处理；测试数据结果输出迅速、直观、工整；可监测测试的瞬态过程，便于了解测试过程的详细信息；可扩展现有测试仪器的使用功能；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善测试手段的有效措施，由于在现有实验台上进行改造，CAT硬件投资较少，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UCDOS环境下，采用TurboBasic或者是C语言，由于这两种语言本身能力的局限性和DOS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VisualC+和VisualBasic语言，并