20073006153_朱传明_ 汽车自动变速系统液压性能综合试验台的设计.doc

济济南南大大学学 泉泉城城学学院院 毕毕 业业 设设 计计 题题 目目 汽车变速系统液压性能综合 试验台的设计 专专 业业 机械设计制造及其自动化 班班 级级 机设 07q1 学学 生生 朱传明 学学 号号 20073006153 指导教师指导教师 杨 可 森 二一一年五月三十日 济南大学泉城学院毕业设计 - i - 摘 要 汽车自动变速系统作为一种新兴的变速器技术，因其具有良好的换挡品质和车 辆动力性、经济性以及油耗低的优点，正受到国内外各大汽车公司的重视。国内外 的著名汽车制造厂商对此展开研究设计。目前，采用液压与电子技术操纵控制的变 速器是此类产品的方向主流，而 dct 变速器试验台是研发此类新产品不可缺少的手 段，本课题所介绍的汽车变速器液压试验台是基于此目的而设计。本课题在经过充 分研究国内外液压测试技术、控制技术和计算机技术后，将计算机技术及采用多种 控制方式的控制技术运用于液压测试系统中，开发出多功能液压测试试验台。试验 台主要用于汽车双离合器液压变速系统的性能试验，试验内容主要包括二个方面： 泵性能试验和阀组性能试验。其中泵的具体试验内容有：泵的机械效率测试、泵的 容积效率测试、等；阀组的性能试验内容有：阀的特性试验、阀的泄漏试验、阀组 上各阀的组合功能测试、阀组寿命试验等。 关键词：变速系统；液压；泵；阀组；试验台 济南大学泉城学院毕业设计 - ii - abstract automatic transmission system as a new transmission technologie is subjected to the attention by major motor companies at home and abroad because of the advantages of its good shift quality, vehicle dynamics, economic performance and low fuel consumption. many well-known domestic and foreign automobile manufacturers start to make this design. at present, the transmission conyroled by hydraulic and electronic technology is the mainstream in this products,but dct transmission test bench is an indispensable measure to the development of such new products, the vehicle transmission hydraulic test stand introduced in the subject is designed for this purpose,this subject used computer technology control technology using a variety of control in the hydraulic test system,developed a multi-function hydraulic test bench,after a thorough study of hydraulic testing technology control technology and computer technology at home and abroad, this test benth is mainly used for function test of automatic dual clutch transmission hydraulic system .there are mainly two aspects of test: pump performance test and valve block performance test. the specific tests which the contents of the pump are mechanical efficiency of the pump test, volumetric efficiency of the pump test etc. and the specific tests which the contents of the valve block are: valve characteristics test, valve leakage test, a combination of functional testing of each valve on valve block, valve block life test,etc. key words：automatic transmission system；hydraulic；valve block；benth 济南大学泉城学院毕业设计 - iii - 目 录 摘要. .i abstract.ii 1 前 言.1 1.1 选题背景与意义. .1 1.2 液压技术的现状及发展趋势.1 1.2.1 国外液压技术的发展趋势.1 1.2.2 国内液压技术的现状. . .1 1.3 选题的目的及意义. .2 2 试验台的设计内容及方案.3 2.1 引言3 2.2 液压性能综合试验台设计方案.3 2.3 液压性能综合试验台组成.4 2.3.1 液压系统.4 2.3.2 数显系统.5 2.3.3 电气控制系统.5 2.3.4 循环加热系统.5 2.4 主要技术指标.5 3 液压系统的设计.6 3.1 液压系统工况分析.6 3.2 拟定液压系统工作原理图.6 3.2.1 确定供油方式.6 3.2.2 调压及调速方式选择.6 3.2.3 泵及阀组试验油路切换方式选.6 3.2.4 流量测量方式选择.6 3.2.5 循环加热油路的选择.7 3.3 液压系统的计算和液压元件的选择.8 3.3.1 确定试验油泵的流量、压力.8 3.3.2 与试验油泵匹配的电动机的选定.9 3.3.3 辅助油路和辅助电机的选定.9 3.3.4 液压阀的选择.9 3.3.5 液压元件的选定.9 济南大学泉城学院毕业设计 - iv - 3.3.6 连接件的确定.11 3.3.7 液压油箱的设计.12 4 试验台液压系统工作原理.14 4.1 被试油泵进出油路.14 4.2 泵试验油路和阀组试验油路.14 4.3 流量测量油路.15 4.4 循环加热油路.15 5 试验台操作面板各设计功能的实现.16 5.1 液压控制旋钮的使用.16 5.2 电气控制旋钮的使用.16 5.3 开机前各控制开关位置选择.17 5.4 报警与超压保护功能.18 6 结论.20 参考文献.21 致谢.22 济南大学泉城学院毕业设计 - 1 - 1 前 言 1.1 选题背景与意义 随着汽车工业的迅速发展, 现代汽车的车型不断增加, 性能不断提高, 电子化 程度不断提高, 新结构和装置相继涌现,变速器就是其中之一。尤其是变速器性能的 不断改进和提高及最佳换挡理论的完善, 自动变速器已能按汽车的最佳油耗规律自 动换挡, 在市区行驶时, 装备自动变速器的汽车比装备手动变速器的汽车更省油, 操作更方便。双离合器式变速器（dct，double clutch transmission）作为一种新兴 的自动变速器技术，因其具有良好的换挡品质和车辆动力性、经济性以及油耗低的 优点，正受到国内外各大汽车公司的重视。自德国大众汽车公司率先开发出此类产 品后，国内外的著名汽车制造厂商紧跟其后对此展开研究设计。目前，采用液压与 电子技术操纵控制的dct变速器是此类产品的方向主流，而dct变速器试验台是研 发此类新产品不可缺少的手段，汽车变速系统液压性能综合试验台是基于此目的而 设计。 1.2 液压技术的现状及发展趋势 目前液压工业已成为全球性的工业，从上个世纪 60 年代以来，我国液压技术在 各个工业领域内得到了广泛的应用。近年来，随着现代电子技术的飞速发展，液压 传动技术在各个工业领域面临电气传动技术的强劲挑战。 1.2.1 国外液压技术的发展趋势 在严峻的挑战面前，液压技术已经开始了新一轮的技术发展。概括国外液压行 业著名公司的发展方向，当前液压技术新的前沿性研究方向主要为以下几个方面： 采用电子技术直接控制，实现智能化和自动化； 进一步提高液压元部件的可靠性； 节省能耗，提高液压元件的效率； 树立绿色设计理念，降低对环境各种形式的污染。 1.2.2 国内液压技术的现状 我国加入 wto 后，对国外最新科技信息的关注程度提高了，对上面所提及的 当前液压技术发展的 4 个前沿方向都投入了一些力量在进行工作，但由于基础差、 底子薄，加上绝大部分应用型研究院所都转制为企业，忙于应付企业的生存问题， 在这一波跟踪国外最新技术的二次创新开发中，和八五、九五其间相比，显得心有 余而力不足。 由于液压机的液压系统和整机结构方面，已经比较成熟，国内外液压机的发展 济南大学泉城学院毕业设计 - 2 - 主要体现在控制系统方面。微电子技术的飞速发展，为改进液压机的性能、提高稳 定性、加工效率等方面提供了可能。相比来讲，国内机型虽种类齐全，但技术含量 相对较低，缺乏技术含量高的高档机型，这与机电液一体化，中小批量柔性生产的 发展趋势不相适应。 在国内外液压机产品中，按照控制系统。液压机可分为三种类型：一种是以继 电器为主控元件的传统型液压机；一种是采用可编程控制器控制的液压机；第三种 是应用高级微处理器（或工业控制计算机）的高性能液压机。三种类型功能各有差 异，应用范围也不尽相同。但总的发展趋势是高速化、智能化。 1.3 选题的目的及意义 随着科学技术的不断发展，液压技术在各个领域得到了广泛的应用，尤其在液 压综合试验台方面正发挥着越来越重要的作用。由于液压系统的组成和功能相对复 杂，因而发生故障的可能性也随之增多。液压系统的故障具有隐蔽性、变换性和诱 发因素多元性等特点，所以在对故障进行诊断和排除时，不但需要有熟练的技术人 员，同时还需要有完善的检测设备。目前检测液压元件性能参数的试验设备多为性 能单一的液压试验台，而且在测试中一般都是实验人员目测记录，试验数据不准确。 从使用方面来看，一旦液压系统发生故障，常常需检测多种压元件的技术指标，才 能诊断出故障发生的部位以及发生的根源。这就需要多台套单一性能的液压试验台， 势必会相应地提高检测成本。为此设计了一种液压综合试验台，它可以分别测试液 压泵、液压阀的性能参数，且测试方便、成本低、数据准确。 济南大学泉城学院毕业设计 - 3 - 2 试验台的设计内容及方案 2.1 引言 本课题在经过充分研究国内外液压测试技术、控制技术和计算机技术后，将计 算机技术及采用多种控制方式的控制技术运用于液压测试系统中，开发出多功能液 压测试试验台。试验台主要用于汽车双离合器液压变速系统的性能试验，试验内容 主要包括二个方面：泵性能试验和阀组性能试验。其中泵的具体试验内容有：泵的 机械效率测试、泵的容积效率测试、油温对泵流量的影响、泵的吸空特性（手动可 调）测试、泵的寿命测试；其中阀组的性能试验内容有：阀的特性试验（主要包括： 不同油温下，阀的响应测试；控制命令与阀出口的流量和压力对应关系测试） 、阀的 泄漏试验、阀组上各阀的组合功能测试、阀组寿命试验等。 2.2 液压性能综合试验台设计方案 查阅相关书籍、期刊、中外文献等材料，结合国内外关于液压性能试验台的材 料，对液压性能试验台的结构进行设计，对控制系统进行优化。 根据市场调研、分析试验台行业标准，确定液压性能综合试验台应具备如下主 要功能: 进行泵性能试验和阀组性能试验。其中泵的具体试验有：泵的机械效率测 试、泵的容积效率测试、油温对泵流量的影响、泵的吸空特性（手动可调）测试、 泵的寿命测试；其中阀组的性能试验有：阀的特性试验（主要包括：不同油温下， 阀的响应测试；控制命令与阀出口的流量和压力对应关系测试） 、阀的泄漏试验、阀 组上各阀的组合功能测试、阀组寿命试验。 关于设备功能的实现，通过对传动机构在机构功能、工作性能、动力性能、经 济性、结构紧凑性五个方面若干性能评价指标的定性、定量评价，确定相应机构。 根据试验台的测试范围范围工作条件,查阅相关文献收集相关资料,确定试 验台的整体结构,包括执行机构的结构传动方式的确定及系统设计方案的确定,伺 服系统的选择和计算机系统的选择。提出总方案后,深入到工厂或实验室观察了解 相关试验台的实际情况,进行综合分析比较论证,确定一个确实可行的总方案,并在 日后的实践中不断优化完善设计方案,得出一个符合研究目的可行的好方案。 液压测试试验台进行工作时，试验台液压系统可以理解为一个附带多种传感器 的液压源，其自身具有压力和流量调节功能。 从模块化设计的角度出发，我们将液压系统划分为四个模块：油液存储及处理 模块，压力源产生模块，液压控制阀模块，油路测试输出模块。 液压油存储及处理模块由液压油箱、进油滤油器、回油滤油器、空气过滤器、 液位计和散热器等部件组成，它负责液压油的存储及液压油的过滤、清洁处理； 济南大学泉城学院毕业设计 - 4 - 压力源产生模块主要由电动机、联轴器和液压泵等部件组成，它是整个液压测 试试验台的关键部分，对整个系统（测试回路）起作用的高压液压油即由它产生； 液压控制阀模块由溢流阀、节流阀、电磁阀、液控单向阀等控制阀及阀体组成， 经过液压泵产生的高压液压油经过液压控制阀模块后，通过一系列液压控制阀件的 工作，即可提供相应测试要求所需的高压液压油； 油路测试输出模块由油路分油器、液压系统输出控制阀件、液压系统输出接头 等组成，经过液压控制阀模块的高压液压油经油路测试输出模块后，进入由液压系 统输出测试接头与车辆液压系统或液压元件连接形成液压回路，控制液压系统输出 控制阀件即可进行试验。 变速器液压试验台主要有以下几部分组成：液压系统、数显系统、电气控制系 统、导热油循环加热系统等四部分组成。 液压系统由被试油泵采用变频调速电机驱动，转速可在 600-7500 r/min 之间调 节。被试泵与变频电机之间的连接环节顺序为：变频电机弹性联轴器转矩转速 传感器弹性联轴器花键轴被试油泵。被试油泵的转矩和转速信号可由转矩转 速传感器检测到后送入转矩显示仪表和转速显示仪表。 数显系统主要由传感器和二次仪表组成，功能是将各种传感器检测到的信号送 入二次仪表显示出来，每块数显表留有 0-5v 的计算机采集接口，以便试验数据的保 留和试验曲线的绘制，数显系统所测量显示的参量有：温度、转矩、转速、压力、 流量等。 电气系统主要由变频器、继电器、直流电源、开关按钮等部分组成。变频器的 控制盒装在前面板上，通过专用信号线与变频器连接。变频器的输入与输出端各接 有抗干扰器，以消除变频器所产生的电磁干扰。 循环加热系统主要是通过循环导热油对工作系统的液压油进行加热，导热油加 热与电热器直接加热相比，具有油温控制平稳、防止局部受热过高而油液老化变质 等优点。循环加热系统由循环加热油泵、电加热器、热交换器、膨胀筒等部分组成， 电加热器对导热油加热，导热油在热交换器中与工作油进行热量交换，达到对工作 油进行间接加热的目的。 2.3 液压性能综合试验台组成 液压性能综合试验台主要有以下几部分组成：液压系统、数显系统、电气控制 系统、导热油循环加热系统等。 2.3.1 液压系统 被试油泵采用变频调速电机驱动，转速可在 600-7500 r/min 之间调节。电机支 座下安装有四个减振垫，以减小振动和噪音。被试泵与变频电机之间的连接环节顺 序为：变频电机弹性联轴器转矩转速传感器弹性联轴器花键轴被试油泵。 济南大学泉城学院毕业设计 - 5 - 被试油泵的转矩和转速信号可由转矩转速传感器检测到后送入转矩显示仪表和转速 显示仪表。花键轴由一对深沟球轴承支承。被试泵的吸油口、出油口、回油口通过 底板与管路连接。油泵的吸油口通过自封式吸油滤油器从油箱吸油，油泵排出的油 通过 5m 的过滤器过滤后进入系统。 进入系统的油液通过一个三通球阀可分接入泵试验回路和阀组试验回路。进入 阀组的流量通过溢流节流阀可以调节。 2.3.2 数显系统 数显系统主要由传感器和二次仪表组成，功能是将各种传感器检测到的信号送 入二此仪表显示出来，每块数显表留有 0-5v 的计算机采集接口，以便试验数据的保 留和试验曲线的绘制。 2.3.3 电气控制系统 电气系统主要由变频器、继电器、直流电源、开关按钮等部分组成。变频器的 控制盒装在前面板上，通过专用信号线与变频器连接。变频器的输入与输出端各接 有抗干扰器，以消除变频器所产生的电磁干扰。各种电磁阀的控制信号电压均为直 流 24v 电压，以增加操作按钮的安全性。 2.3.4 循环加热系统 循环加热系统主要是通过循环导热油对工作系统的液压油进行加热，导热油加 热与电热器直接加热相比，具有油温控制平稳、防止局部受热过高而油液老化变质 等优点。循环加热系统由循环加热油泵、电加热器、热交换器、膨胀筒等部分组成， 电加热器对导热油加热，导热油在热交换器中与工作油进行热量交换，达到对工作 油进行间接加热的目的。 2.4 主要技术指标 1、驱动转速范围：6007500r/min（连续可调） ，示值精度1rpm；控制精 度：2rpm；调整方式：变频调节； 2、最高压力：5mpa，测量精度：0.5%fs.； 3、扭矩范围：050n.m，测量精度1% fs.； 4、流量范围 790l/min，测量精度1%fs.； 5、温度范围（油温）：室温150c，连续可调，控制精度：3c； 6、显示方式：数字显示温度、压力、扭矩、流量、转速等测量值，预留计算机 信号接口，以便于需方使用其它数据采集系统进行数据处理； 7、循环式油加热器：最大供热量 10000kcal/h；加热器功率：12kw；泵功率 1.5kw；流量 6m3/h；使用最高温度：280c； 8、变频电机功率：5.5kw，频率范围：1200hz。 济南大学泉城学院毕业设计 - 6 - 3 液压系统的设计 该试验台主要用于汽车双离合器液压变速系统的性能试验，试验内容主要包括 二个方面：泵性能试验和阀组性能试验。 3.1 液压系统工况分析 根据设计要求，被试油泵采用变频调速电机驱动，转速可在 600-7500 r/min 之 间调节。泵性能的具体试验内容有：泵的机械效率测试、泵的容积效率测试、油温 对泵流量的影响、泵的吸空特性（手动可调）测试、泵的寿命测试；其中阀组的性 能试验内容有：阀的特性试验（主要包括：不同油温下，阀的响应测试；控制命令 与阀出口的流量和压力对应关系测试） 、阀的泄漏试验、阀组上各阀的组合功能测试、 阀组寿命试验。 3.2 拟定液压系统工作原理图 3.2.1 确定供油方式 由于该试验台的主要实验内容为泵性能试验和阀组性能试验，故在系统中选用 需要测试性能的液压泵连接在主电机上，且采用单泵供油方式。 3.2.2 调压及调速方式选择 在该试验台的液压系统中，压力及速度采用多种速度调节。其中油泵的最高出 口压力可以电磁溢流阀来调节，且出口压力由压力表读数读出，而减压阀可以为个 别单元提供一个次级压力备用口；在系统中速度调节主要靠调节节流阀的开口大小 来调节，多余的流量通过溢流阀回油。这样的调速调压方式使回路具有效率高发热 小等特点，并且可以提高试验结果的准确性。 3.2.3 泵及阀组试验油路切换方式选择 在系统中采用三通球阀用来实现泵试验回路和阀组试验回路的切换，这种选择 的特点是结构简单、方便操作。通过三通球阀左右位之间的转换来控制所要进入的 试验回路。 3.2.4 流量测量方式选择 流量测量单元设置在回油路上，采用涡轮流量计测量。流量的测量由大小量程 二个涡轮流量计来测量，并且由截止阀和三通球阀控制大小流量计之间的切换，这 样通过大小流量的切换可以提高测量的准确性。 济南大学泉城学院毕业设计 - 7 - 3.2.5 循环加热油路的选择 循环加热油路采用辅助电机带动辅助油泵来对油温控制，当油温需要升高时， 辅泵输出的油液进入循环加热器的热交换筒，与导热油进行热量交换。当油温过高 时，油液进入水冷却器 28，冷却水经过电磁阀也进入冷却器后进行油水热量交换， 使油温维持在设定的温度范围。 试验台液压系统的工作原理见图 3.2。 1.油箱 2.空气滤清器 3.液位计 4.温度传感器 5、18.滤油器 6.液位继电器 7、21、23.单向阀 8、43.截止阀 9、17.压力表 10.被试油泵 11、13、25.联轴器 12.转矩仪 14、24.电机 15.压力继电器 16.压力传感器 19.电磁溢流阀 20.溢流节流阀 22.测压接头 26.辅助泵 27.油加热器 28.水冷却器 29、33、37.电磁截止阀 30、41.三通球阀 31、36.节流阀 32.单向减压阀 34.量杯 35.被试控制阀组 38.离合器操纵缸 39、40.涡轮流量计 42.流量计标定桶 图 3.2 变速器液压性能试验台液压系统原理图 济南大学泉城学院毕业设计 - 8 - 3.3 液压系统的计算和液压元件的选择 3.3.1 确定试验油泵的流量、压力 （1）试验油泵工作压力的确定。考虑到正常工作中进油管油路有一定的压力损 失，所以泵的工作压力为 1p ppp （3.1） 式中试验油泵最大工作压力； p p 执行原件最大工作压力； 1 p 进油管路中的压力损失，初算时简单系统可取 0.20.5mpa,复杂系统取p 0.51.5mpa，在这取 1.0 mpa。 根据设计要求最高压力即=5mpa，其中是系统的静态压力，考虑到系统 n p p p 在各个工况的过渡阶段出现的动态压力往往超过静态压力。另外考虑到一定的压力 储备量并确保泵的安全，因此要使应满足。在本题中= p p(1.25 1.6) np pp n p 1.25，。 p p4 p pmpa 1 (4 1)3 p pppmpa （3.2） （2）试验油泵流量的确定。液压泵的最大流量应为 max () pl qkq （3.3） 式中 液压泵的最大流量； p q 同时工作的个执行原件所需流量之和的最大值。如果这是溢流阀正 max ()q 进行工作，尚需加溢流阀的最小溢流量 23l/min； 济南大学泉城学院毕业设计 - 9 - 系统泄漏系数，一般取=1.11.3 l/min，现取=1.2。 l k l k l k 由设计要求泵的流量范围为 790 l/min max ()90 pl qkq （3.4） max ()75 pl qqk （3.5） 3.3.2 与试验油泵匹配的电动机的选定 （1）辅泵和电机的选择： 由课题要求可知试验油泵型号为：nb-17；驱动转速范围：6007500r/min（连 续可调） ；功率：5.5kw，频率范围：1200hz。查阅电动机产品样本，选用 gsb- 7.5-015d13-b5 高速变频调速电机。 （2）热交换器的择： 冷却按却形式分为水冷、风冷和氨冷等多种形式，根据设计要求，该设计选用 bcy-515 型水冷却器；加热器一般采用电加热方式，电加热器结构简单，控制方便、 可以设定所需温度，温控误差较小，加热器可安装在油箱的箱体壁上，用法兰连接。 查阅相关手册，选用 ldj-12y-1k 型号的油加热器。 3.3.3 辅助油路和辅助电机的选定 根据设计要求循环加热系统中，泵功率 1.5kw；流量 6m3/h；使用最高温度： 280c。查阅有关手册，现选用型号 atp-220haf(20ml/r) 外啮合齿轮泵(耐高温)配 合型号 y2-90l-4b(1.5kw,1500rpm,b35)的电机。 3.3.4 液压阀的选择 （1）阀的类型。按用途分液压阀可分为方向控制阀、压力控制阀、流量控制阀， 在此我们根据需要不同的连接以及操作方式和分别选用以上三种不同规格不同用途 的阀。 （2）阀的规格。根据系统的工作压力和实际通过该阀的最大流量，选择有定型 产品的阀件。溢流阀按液压泵的最大流量选取；考虑最小稳定流量应满足执行机构 最低稳定速度的要求来选择相应的节流阀和调速阀。具体型号参照表 3.3。 3.3.5 液压元件型号的选定 济南大学泉城学院毕业设计 - 10 - 查阅相关资料，根据设计具体要求选定应型号的液压元件。本液压系统所选的 各种元件如表 3.3。. 表 3.3 液压元件明细表 序号元件名称规格 1空气滤清器ef4-50 2液位计ywz-150 3热电阻温度传感器wzp-230（pt100,l=300) 4自封式吸油滤油器tf-160*80-y 5液位控制继电器ykjd24-800 6管式单向阀s20a2/ s15a5(0.5mpa)/ s15a3(0.3mpa) 7中低压球阀q11f-64p-2“ 8真空压力表y60（-0.1-0mpa） 9压力表y150-60(6mpa) 10高压滤油器qu-h250*5 bdp 11先导式电磁溢流阀dbw10a1-5x/5g24z5lr12 12外啮合齿轮泵(耐高温)atp-220haf(20ml/r) 13油加热器ldj-12y-1k 14水冷却器bcy-515 15低压电磁截止阀zcb-25(5mpa,24v,垂直安装) 16三通低压球阀q14f-64p-1 “/ q15f-64p-1 “ 17直动式减压阀dr6dp7-4x/7.5y/v 18高压电磁截止阀zcb-25(5mpa,24v,垂直安装) 济南大学泉城学院毕业设计 - 11 - 19节流阀dvp20-1-10/v/ dvp12-1-10/v 20电磁换向阀3we6a6x/eg24nz5lv 21中低压球阀q11f-64p-1 “ 3.3.6 连接件的确定 油管、管接头称为连接件，其作用是将分散的液压元件连接起来，构成一个完 整的液压系统。连接件的性能与结构对液压系统的工作状态有直接的关系。 （1）油管尺寸的确定： 油管内径尺寸一般可参照选用的液压元件接口尺寸而定，也可按管路允许流速 进行计算。内径 d 为 2dqv （3.6） 式中 通过油管的流量； q 油管中的推荐流速，吸油管取，压油管取， v 0.5 1.5/m s2.5 5/m s 回油管取。1.5 2.5/m s 本系统主油路最大流量为,液压管允许流速取，则内90/ minql4/vm s 径为 4.619.51dq vmm （3.7） 综合各个液压元件接口尺寸及诸多因素，油路管道选择 m33 的 jb/t6142.2-92 胶管总成和外径的冷拔无缝钢管。25 油管的壁厚计算式为 2 pd 济南大学泉城学院毕业设计 - 12 - （3.8） 式中 油管内压力； p 油管材料的需用应力。，式中，为油管材料的抗拉强 b n b 度，为安全系数。对于钢管，当时，取；当 n7pmpa8n 时，取；当时，取。17.5pmpa6n 17.5pmpa4n 所以经计算选取油管壁厚为 3mm。 （2）管接头的选择： 管接头是连接油管与液压元件火或阀板的可拆卸的连接件。管接头应满足拆装 方便、密封性好、连接牢固、外形尺寸小、压降小、工艺性好等要求。 常用的管接头种类很多，经查阅相关资料，在不同连接部位分别选用卡套式端 直通三通管接头 g25（gb3743.1-83） 、卡套式端直通三通管接头 g14（gb3743.1- 83） 、活接接头、6*24 度锥接头（jb/t6144.1-92） 、卡套式三通管接头 g25（gb3745.1-83）等。 3.3.7 液压油箱的设计 油箱的主要功能是储存油液，同时箱体还具有散热、沉淀污物、析出油液中渗 入空气以及作为安装平台的等作用。 （1）油箱分类及典型结构： 油箱可分为开式结构和闭式结构两种：开式结构油箱中的油液具有与大气相通 的自由液面，多用于各种固定设备；闭式结构油箱中的油液与大气是隔绝的，多用 于行走设备及车辆。所以在此我们选用开式油箱供油。 开式结构的油箱又分为整体式和分离式。整体式油箱通常是利用主机的底座作 为油箱，其特点是结构紧凑、液压元件的泄漏容易回收，但散热性能差，维修不方 便，对主机精度及性能有所影响。 分离式油箱单独成立一个供油泵站，与主机分离，其散热性、维护和维修性均 好于整体式油箱，但须增加占地面积。考虑到试验台实际情况，选用分离式油箱并 且增加一个辅助油泵进行热交换。 油箱结构见零件图，开式结构分离式油箱箱体采用 5mm 薄钢板焊接而成，表面 涂有耐油涂料；油箱顶部安装版用较厚的钢板制造，用以安装阀块、滤油器等部件。 济南大学泉城学院毕业设计 - 13 - 在安装板上装有过滤和防尘装置用以注油时滤油，并防止异物落入油箱。油箱侧面 装有液位计用以显示油量，油箱底部装有排油阀用以换油时排油及排污。 （2）油箱的计算： 油箱属于非标准件，在实际情况下常根据需要自行设计。在设计中主要考虑油 箱的容积、结构、散热等问题。 油箱容积估算： 油箱容积估算经验公式为 vq （3.9） 式中 油箱的容积（l） ；v 液压泵的总额定流量（l/min） ； q 经验系数（min） ，七数值确定如下：对低压系统， 2 4min ； 对中压系统，；对中、高压系统或高压大功率系统，5 7min 。6 12min 90vql 本题中考虑到设计中流量范围 790l/min，并且有经验公式求的液压油箱油 箱容量约为 90l。 济南大学泉城学院毕业设计 - 14 - 4 试验台液压系统工作原理 该液压性能综合试验台的液压系统工作原理为本机器的关键部分。液压系统原 理图详见附图 3.2。 4.1 被试油泵进出油路 被试油泵 10 共三个油口：分别为吸油口、出油口、回油口。油泵上的回油口与 吸油口在泵的壳体内相通。系统回油通过回油口与吸油管路内的油液一起进入吸油 腔，这样可以减少吸油阻力。如果进入油泵内的系统回油被截止球阀 43.2 切断, 油 泵则仅从吸油管路吸油,系统回油则通过单向阀 7.1 流回油箱。此时，若转动吸油管 路上的截止球阀 8.1 的手柄一定的角度，可以减小该球阀的开口面积，这时吸油阻 力增加，真空压力表的读数为负压力值，这样可以研究泵的吸油阻力特性。 油泵的最高出口压力可以电磁溢流阀 19 来调节，电磁溢流阀通电，油泵 10 卸 荷。当电磁溢流阀断电，油泵 10 工作，电磁溢流阀 19 在回路中起安全阀作用。一 旦电磁溢流阀 19 出现故障而失去安全保护作用，当系统压力升至压力继电器 15 的 设定压力时，压力继电器 15 发出的电信号可以使变频电机 14 停转。这时系统压力 将不会再升高。事实上压力继电器 15 起第二套安全保护作用，压力继电器 15 的设 定压力比电磁溢流阀 19 高出 0.5mpa。油泵 10 的出口压力通过压力表 17.1 读出，同 时可通过压力传感器 16.1 在数显表上显示出来，数显表上预留有计算机接口。元件 15、16.1、18、30 集装在一个大阀块上, 此阀块坐在油箱的顶面上。 三通球阀 30 用来实现泵试验回路和阀组试验回路的切换。 4.2 泵试验油路和阀组试验油路 当三通球阀 30 切换至左位，系统油液进入泵试验回路，阀 33.1、阀 31.2 工作。 济南大学泉城学院毕业设计 - 15 - 当阀 33.1 通电，油泵输出的油液空载通过阀 33.1，泵的出口压力很低，零压力下的 流量可以认为是理论流量。当需要对泵加载时，阀 33.1 断电，油液通过节流阀 31.2，调节节流阀 31.2 的开口大小，从而可以调节泵的出口压力。 当三通球阀 30 切换至右位，系统油液进入阀组试验回路，阀 31.1 与阀 20 组成 一个调速阀，进入阀组流量的大小由节流阀 31.1 来调节，多余的流量通过压差溢流 阀 20 回油，调速阀的优点是通过的流量不受负载影响。 阀 33.3 与阀 33.2 互锁工作，当阀 33.2 通电阀 33.3 断电时，通过阀 31.1 的流量将 由流量传感器 39 或 40 测量出来，而当阀 33.3 通电阀 33.2 断电时，油液进入阀组， 此前流量传感器 39 或 40 测量出来的流量即为进入阀组的流量。阀 33.2 的作用就是 用于测量进入阀组的流量。 减压阀 32 是为阀组单元提供一个次级压力备用口。 4.3 流量测量油路 流量测量单元设置在回油路上，由阀 29.3、29.4、涡轮流量计 39、40 、三通球 阀 41.1、41.2、标定筒 42、截止阀 43.1、43.3 组成。流量的测量由大小量程二个涡 轮流量计来测量，大流量计 39 量程为 100l/ min, 小流量计 40 量程为 20l/ min，二 流量计由截止式电磁阀 29.3、29.4 切换工作，小流量时用小量程流量计测量，以提 高测量精度。流量可以随时标定，工作与标定之间的切换由三通球阀 41.1、41.2 来 完成，标定筒的体积为 16l，标定时应将 43.1 阀关闭。 标定完毕后，切记应将三通球阀 41.1、41.2 转到工作油路上，否则，油液将很 快从标定筒顶部的溢流管溢出外面。 截止阀 43.3 主要用于寿命试验，打开时流量从此阀旁路通过，这样可以延长流 量计的使用寿命。 当油温工作在温度较大范围时，应对流量传感器重新标定，即对流量显示仪表 的参数进行修正。 4.4 循环加热油路 辅助油泵 26 的功能是来对油温控制，辅助油泵 26 从油箱吸油，排出的油可有 选择的分别进入循环加热器、冷却器或直接回入油箱。当油温需要升高时， 截止式电磁阀 29.1、29.2 同时断电，辅泵 26 输出的油液通过单向阀 23 后进入循环 加热器 27 中的热交换筒，与导热油进行热量交换。当油温过高时，温控仪表控制电 磁阀 29.1、29.2 同时通电，油液进入水冷却器 28，冷却水经过电磁阀 29.2 也进入冷 却器后进行油水热量交换，使油温维持在设定的温度范围。实际上，电磁阀 29.1、29.2 的通断是受温控仪来控制，根据所设定的温度进行工作。 单向阀 23 的开启压力为 0.3mpa，单向阀 21 的开启压力为 0.5mpa，一旦加热 回路或冷却回路堵塞，辅泵输出的油液通过阀 21 回油箱，正常工作时，此回路是关 济南大学泉城学院毕业设计 - 16 - 闭的。 5 试验台操作面板各设计功能的实现 5.1 液压控制旋钮的使用 左面板上从左到右的的三个旋钮功能依次分别为流量调整、阀组加载、主泵加 载。 流量调整旋钮所在的节流阀为液压原理图上的 31.1 溢流节流阀旋钮，用于调节 进入阀组的流量，调整前应使此旋钮处于开度小的位置，这样可以减少一个大流量 对阀组的突然冲击。 阀组加载旋钮所在的节流阀为液压原理图上的节流阀 36 的旋钮，节流阀 36 可 以模拟离合器上油缸的负载功能，可以对阀组进行加载。调整前应使此旋钮处于开 度大的位置。 主泵加载旋钮所在的节流阀为液压原理图上的节流阀 31.2 的旋钮，节流阀 31.2 用于对被试泵的加载，调整前应使此旋钮处于开度大的位置。当旋钮朝开度小 的方向旋转时，被试泵的出口压力逐渐增加。 5.2 电气控制按钮的使用 右面板的下方布置有两排电气控制按钮，具体操作如下： 主泵（工作/卸荷）旋钮是对液压原理图上的电磁溢流阀 19 来进行控制，当旋 钮扳到工作位置，电磁阀上的电磁铁断电，溢流阀 19 处于高压工作状态，这时才可 建立起系统压力，当旋钮扳到卸荷位置。电磁阀上的电磁铁通电，溢流阀 19 处于低 压卸荷状态。不工作时，应将此旋钮扳到卸荷位置上。 主泵（空载/加载）旋钮是对液压原理图上的电磁阀 33.1 来进行控制，当旋钮 扳到空载位置，电磁阀 33.1 上的电磁铁通电，在进行泵的性能试验时，用来测量泵 济南大学泉城学院毕业设计 - 17 - 的空载流量。当旋钮扳到加载位置，电磁阀 33.1 上的电磁铁断电，节流阀 31.2 才 可对油泵加载。不工作时，应将此旋钮扳到加载位置上，同时将节流阀 31.2 的开口 调到最大，这样可以延长电磁阀 33.1 的使用寿命。 阀组（供油/测量）旋钮是对液压原理图上的电磁阀 33.2、33.3 来进行控制， 当旋钮扳到测量位置，电磁阀 33.3 上的电磁铁断电，电磁阀 33.2 上的电磁铁通电， 测量位置是用来测量进入阀组的流量。当旋钮扳到供油位置。电磁阀 33.2 上的电磁 铁断电，电磁阀 33.3 上的电磁铁通电，这时液压油进入阀组，进入阀组的流量即为 在测量位置上流量传感器所测到的流量。长时间不工作时，应将此旋钮扳到中间位 置上，电磁阀 33.2、33.3 都断电，这样可以延长二个电磁阀的使用寿命。短时间不 工作时，应将此旋钮扳到测量位置上，油泵也可通过电磁阀 33.2 卸荷。 工况模拟（空载/加载）旋钮是对液压原理图上的电磁阀 37 来进行控制，当旋 钮扳到加载位置，电磁阀 37 上的电磁铁断电，节流阀 36 才可对阀组加载，当旋钮 扳到空载位置。电磁阀 37 上的电磁铁通电，这时阀组上的负载回路处在空载工况， 节流阀 36 对阀组不起加载作用。不工作时，应将此旋钮扳到加载位置上，同时将节 流阀 36 的开口调到最大，这样可以延长电磁阀 37 的使用寿命。 流量计（大量程/小量程）旋钮是对液压原理图上的电磁阀 29.3、29.4 来进行 控制。当旋钮扳到大量程位置，电磁阀 29.4 上的电磁铁断电，电磁阀 29.3 上的电 磁铁通电，流量通过大量程涡轮流量计 39。当旋钮扳到小量程位置，电磁阀 29.3 上的电磁铁断电，电磁阀 29.4 上的电磁铁通电，流量通过大量程涡轮流量计 40。 通常此旋钮应扳到大量程位置，在大流量计所测的流量较少时，才将此旋钮应扳到 小量程位置。注意，只有当大流量计所测的流量低于 20l/min 时，才可将此旋钮应 扳到小量程位置。否则，可能损坏小流量计。 流量计（工作/标定）旋钮是在流量计标定时使用。当旋钮扳到标定位置，面板 上的流量计（大量程/小量程）旋钮不起作用，而标定筒上的流量计（大量程/小量 程）旋钮起作用。当旋钮扳到工作位置，正好相反。设置此按钮的目的是防止在标 定时第三者的误操作。 5.3 开机前各控制开关位置选择 通常应将当三通球阀 30 切换至泵试验回路上。 流量调整旋钮处于开度小的位置。 阀组加载旋钮处于开度大的位置。 主泵加载旋钮处于开度大的位置。 主泵（工作/卸荷）旋钮扳到卸荷位置。 主泵（空载/加载）旋钮扳到空载位置。 阀组（供油/测量）旋钮扳到测量位置。 工况模拟（空载/加载）旋钮扳到空载位置。 济南大学泉城学院毕业设计 - 18 - 流量计（大量程/小量程）旋钮扳到大量程位置。 流量计（工作/标定）旋钮扳到工作位置。 开机后，变频电机的转速调 1000r/min 左右为佳，勿使电机在低于 500r/min 的转速下长时运转。若不是高速试验的要求，亦勿使变频电机的转速在 3000r/min 以上的转速下长时运转。 图 5.3：电气操作面板图 济南大学泉城学院毕业设计 - 19 - 5.4 报警与超压保护功能 滤油器报警：当出油滤油器堵塞严重时，报警灯由绿色变成红色，此时，应更 换滤芯。 液位报警：当油箱内的油液液位过低，液位报警指示灯由绿色变成红色，此时， 应向油箱内加注油液到合适的高度，约为油箱高度的四分之三。 超压保护：一旦溢流阀出现故障，安全保护功能失去作用后，系统中还有一道 安全保护措施，即压力继电器的压力保护功能。当系统压力升至压力继电器 15 的设 定压力时，压力继电器 15 发出的电信号可以使变频电机 14 停转，从而使系统压力 不再继续升高。压力继电器 15 的设定压力比电磁溢流阀 19 高出 0.51 mpa 左右。 该系统具备油压过载停机（变频电机） ，液位过低报警指示灯，滤油器堵塞报警 指示灯。恒温系统是利用温度仪设置温度，当系统温度低于设置温度时，系统通开 加热循环回路；当系统超过设置温度时，系统通开水冷却循环回路。变频电机不能 长时间在 600 转以下运作。 济南大学泉城学院毕业设计 - 20 - 5 结 论 此次毕业设计的题目是汽车自动变速系统液压性能综合试验台的设计，该试验 台主要用于汽车双离合器液压变速系统的性能试验。试验内容主要包括二个方面： 泵