毕业设计（论文）-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 AbstractThe technology of hydraulicp ressureh as been wdely used in every part of National Product. The performance of hydraulic component and hydraulic circuit can influence the quality of machine directly. So it is important to test and analyze the performance index of hydraulic component and circuit, in order to meet the needs of different purpose.The development of technology of computer software and hardware as well as the development of CAT (Computer Aided Test), especially the appearance of VI (Visual Instrument), provides convenience to develop multifunctional CAT system of hydraulic components.Thus,the study on CAT system based on the most new test technology of VI, may play a very important role in research of new hydraulic components and systems,also in extending application of hydraulic products.In order to meet the needs of instruction and scientific research,we decided to develop to Automation of electro-hydraulic test-bed. This article discusses the electro-hydraulic integrated circuit of hydraulic test of the integration and enhance the original test-bed of technical performance, the development of a multi-functional modular, advanced and reliable hydraulic pumps,hydraulic valve computer-aided test Test System, can automatically at a pre-configured procedures of the various pumps, valves of the performance test.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Visual C十+6.0,VisualB asic6 .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Turbo Basic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Visual C+和Visual Basic语言，并在Windows平台上开发出的软件界面友好:这样，这些软件就面临着由DOS平台向Windows平台移植的问题，这也是目前我国采用CAT技术的单位所普遍面临的问题，很多单位正在或正准备将原有的CAT软件从DOS平台移植到Windows平台，例如，北京自动化所的国家液压元件质量监督中心，就正准备将它们DOS平台下的CAT软件移植到Windows平台。由上述的分析可以看出，本课题的研究将具有很强的现实意义和实际价值。1.4 本课题研究的内容本课题为机、电、液一体化系统，涉及的内容极其繁多，由于时间以及客观条件的限制，本论文将主要进行如下内容的研究:多功能液压实验台液压系统的设计;多功能液压实验台液压系统图的绘制;多功能液压实验台CAT系统的设计;多功能液压实验台CAT测试系统和控制系统软件的编制:多功能液压实验台CAT测试数据处理软件的编制。我们课题由两个人一起完成，我主要负责液压部分的设计，关键在液压测试回路的设计。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。第二章 实验台液压系统的总体方案2.1概述该系统由两大部分组成：液压子系统和测试子系统。2.1.1液压子系统系统由4大部分组成：液压泵控制阀测试部分、流量控制阀测试部分、压力控制阀测试部分、方向控制阀测试部分。由不同的比例阀控制，比例阀是由计算机控制。这样便使这4大部分可以分别独立工作也可以同时工作。同时比例伺服阀的使用，使得系统的控制响应特性得到很大的改善，这种模块式的测试系统检修方便、占用空间少。本系统的比例电磁阀都是由计算机控制，所有的数据采集都是通过相应的传感器直接从计算机中读出，并在计算机中进行处理显示、打印和存储。所以系统具有操作方便、多功能、测试效率高、准确的性能。2.1.2计算机辅助测试子系统为了更准确、迅速地测试被试液压元件的有关参数，设计了计算机辅助测试系统，包括：硬件部分和软件部分两部分。硬件部分包括多功能数据采集卡以及各种传感器和固态继电器。其中的核心部分是多功能数据采集卡，插在计算机PCI插口上，输入信号范围：010 V或-5+5 V；输出范围：05 V，具有16路模拟信号输入和8路模拟信号输出，同时具有16路以上的数字I/O，可以控制16路电磁阀。在本项目中采集卡的模数转换器采用程序启动方式。其转换状态和结果可用程序查询或读出。并具有“即插即用”的性质，要求在液压试验系统中使用非常方便。本系统使用的计算机辅助测试软件是C语言和组态软件。C语言在Windows系统下不但具有强大数据和图形处理功能，而且在对IO接口的数据进行读写方面有着很好的性能。C语言程序可以直接控制计算机的接口，运行速度快，适于动态特性试验，而组态软件具有界面直观和操作方便的特点，适宜进行各种液压元件的稳态特性试验。2、2 本实验台液压系统的技术要求2.2.1实验台的自动化改造原液压实验台主要实验项目如下：节流回路性能实验通过定量泵，变量泵，节流阀，单向阀，溢流阀，电磁换向阀等进行实验。容积节流调速回路性能实验通过变量泵，节流阀，单向阀，单向调速阀，电磁换向阀，液压缸等进行实验。差动连接快速回路通过泵，节流阀，单向阀，溢流阀，电磁换向阀，液压缸等进行实验。原液压实验台的台架和电机、油箱、压力表及部分液压元件可保留使用。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。本项目对现有的机电液综合实验台的液压模块进行升级改造，应用计算机辅助测试技术(CAT)，研制出一种模块式、多功能、先进、可靠的液压泵、液压阀计算机辅助测试试验系统。完成对各种泵、阀的性能测试。(1)、本系统运用模块化的设计方法，具有多功能、操作方便、测试准确迅速的特点。(2)、大量采用了目前技术较为先进的比例伺服阀，系统的控制响应特性、测量精度、可操控性多得到极大的改善。(3)、采用了计算机辅助测试技术，传感器与数据采集卡的结合使用，使得本系统的数字化水平达到较高的程度。(4)、本系统的设计依据是GB8105压力控制阀试验方法、GB810487流量控制阀试验方法和GB810687方向阀试验方法根据实验台的技术条件，改进后的实验台增加的功能为：(1) 液压泵性能实验；(2) 溢流阀性能实验；(3)节流调速回路性能实验。2.2.2 实验台组合方式这种实验台可在不使用任何工具的情况下，学生自己动手快速灵活的组合装配成所需的实验系统，搭接成的实验系统与工程实际完全一致。自学生自行构思设计方案、自行安装、调试及性能测试、故障分析、故障排除，可使学生得到真正动手环节的训练。2.2.3 实验台特点a) 教学应用中的特点(1)利用该实验台进行课堂教学，实验台可直接移入实验室，使学生身临其境，达到教师讲授与学生操作体验的高度结合。这样教师可用简洁的语言叙述清楚较复杂的理论，使理论更形象而且有利于开发学生智力，调动学生潜在的学习能力，增强学生的学习兴趣。(2)该实验台还可用作真实工程项目的设计安装与调试训练。学生可利用实验台上配置的微机控制系统自行编程，实现微机控制数据采集处理。课程结束时，学生可得到机电液一体化全方位的真实工程题目的立体训练。b) 自身特点(1)实验台功能齐全，投资少，而且结构紧凑，体积小，移动灵活，该实验台可做多个实验一个实验台可替代十几台传统实验台，而投资仅是传统实验台的1/10。(2)安全，可靠，故障率低，实验台的结构采用了高可靠性结构设计，学生可随意拆装，不会轻易损坏，控制电路采用安全电压，油源压力为25Mpa的低压油源，而且实验元件的插件部位均采用自封闭接头，无任何泄露污染，当连接出现错误时，油路不通，所以不会出现任何危险。(3)实验台使用寿命及技术寿命长，由于采用的是组合结构，随着技术的发展，可灵活的更换元件，根据需要不断增减。2、3 液压系统回路设计液压系统图的设计是严格遵守以上的标准来进行设计的，包括有液压缸实验回路、节流调速实验回路、压力控制基本实验回路、方向控制基本实验回路、速度控制基本实验回路等。2.3.1 确定主要参数 通过全面考察主要设备和辅助设备液压系统的工作参数与目前国产元件的可靠性两个方面的实际情况，取液压系统的压力为6.3Mpa。这对于实验台液压系统的各类液压阀(诸如方向阀、压力阀、流量阀、分流集流阀、二通插装阀、比例阀以及伺服阀)、液压缸、液压泵和马达实验台都是适宜的。 a)调速回路和动力源 实验台上需要完成的包括有液压缸实验回路、节流调速实验回路、压力控制基本实验回路、方向控制基本实验回路、速度控制基本实验回路等，需要保证进给运动平稳性和速度稳定，实验台上所需动力源的流量较小，从简单经济观点，此处选用双作用叶片泵。b) 组成的液压系统根据实验台完成的实验要求，并参考以前实验台的实验原理图，设计完毕的机电液实验台自动化改造后的液压系统原理图如图图1所示:1，14压力泵 3，10三位四通换向阀 4，5，18，6，11两位三通换向阀2，13比例溢流阀 8，9液压缸 7，12比例调速阀P4压力传感器 P1，P2，P3，P5压力表 17流量传感器第三章 液压回路设计方案3、1 液压回路的整体设计对不同的液压元件进行实验，所用液压回路是不同的，实验所需的压力和流量也各不相同实现，具体如何控制各个回路的压力和流量均可通过控制比例溢流阀犯将在本论文的后面详细阐述。压力和流量确定了之后，就可以根据下述的各阀动作进行实验。一般液压元件的实验方法标准中都包含有以下基本内容:技术术和符号的说明和规定; 实验条件的规定，包括实验用油液的粘度、油温和清洁度等级等实验项目和实验方法，包括实验回路、将有关液压元件和系统需要核的性能定为实验项目，并规定实验内容和为获得这些性能指标的详细实验方法等;还指明型式实验和出厂实验应作的实验项目;参数测试点的配置和测量精确度等级的规定。为了便于比较和正确的测试各有关参数，根据实验的不同要求，所示:将测试的精确度分为不同的等级，A、B、C三级，如表稳态工况时参数的允许变动范围，数据处理和结果表达的要求。包括提供该项实验要用的计算公式、供参考的特性曲线形状，对实验报表的格式和内容的要求，报告中应注明的事项以及由实验曲线上如何获取性能指标的方法等。3.2 液压实验原理说明3.2.1 液压泵的性能特性试验如图为液压泵特性试验液压系统原理图, 14压力泵 10三位四通换向阀 11两位三通换向阀13比例溢流阀 9液压缸 12比例调速阀P4压力传感器 P5压力表 17流量传感器图2液压泵性能实验原理图 图中,全部接通溢流阀13,接通阀12比例压力溢流阀,接通电源,让被试泵14空载运转几分钟,排除系统内空气。接着断开比例溢流阀12，接通溢流阀13，控制系统压力P值为70kgf/cm。控制比例溢流阀12，逐渐增大通截面，使系统压力P降至泵的额定压力63 kgf/cm,观察被试泵的压力脉动值。控制比例溢流阀12，使被试泵的压力为0或者接近于0，测出此时的流量。再通过比例溢流阀12，给泵不同的负载，对应测出压力P值，流量Q,电动机的输入功率。3.2.2 节流调速性能实验 a) 进油路节流调速性能实验如图为进油路节流调速回路原理图： 右边加载回路的调整，断开比例溢流阀12，接通溢流阀13，启动泵14，通过控制比例溢流阀12（使回路中压力P4小于5 kgf/cm）。转换电磁阀10的控制按钮，使电磁阀10左右切换，加载液压缸的活塞往复动作两、三次，以排除回路中空气，然后使活塞杆处于退回位置。左边调速回路的调整，接通溢流阀2，断开比例溢流阀7，启动泵1，控制溢流阀2，使回路中压力P4处于5 kgf/cm，将电磁阀3控制按钮置于左位工作，再控制进油路的比例溢流阀7的通流面积，使工作液压缸8的活塞运动速度适中，左右转换电磁阀3控制按钮，使活塞往复运动几次，检查回路工作是否正常，并排除回路中空气。实验说明：通过传感器测出，计算机控制，测量行程时间t，逐次调节溢流阀13，调节供油压力。进油路节流调速实验油液流动线路：进油线路：液压泵启动，电磁阀3置左位工作，接通溢流阀2，二位三通电磁换向阀4置右位工作，再经过比例溢流阀7，自动控制比例阀的通流面积，再经过二位二通电磁换向阀5，液压缸8工作。回油线路：液压缸8退回，二位三通电磁换向阀6左位工作，经过三位四通换向阀3，直接回油箱。b) 回油路节流调速性能实验 如图为回油路节流调速回路原理图： 右边加载回路的调整，断开比例溢流阀12，接通溢流阀13，启动泵14，通过控制比例溢流阀12（使回路中压力P4小于5 kgf/cm）。电磁阀10置左位工作。 左边调速回路的调整，接通溢流阀2，断开比例溢流阀7，启动泵1，控制溢流阀2，使回路中压力P4处于5 kgf/cm，将电磁阀3控制按钮置于中位工作，再控制进油路的比例溢流阀7的通流面积，使工作液压缸8的活塞运动速度适中。实验说明：通过传感器测出，计算机控制，测量行程时间t，逐次调节溢流阀13，调节供油压力。进油线路：液压泵启动，电磁阀3置左位工作，接通溢流阀2，二位三通电磁换向阀4置左位工作，经过二位二通换向阀18，液压缸8开始前进。回油线路：液压缸8退回，二位三通电磁换向阀6右位工作，再经过比例溢流阀7，自动控制比例阀的通流面积，再经过二位二通电磁换向阀5，通过电磁阀3直接回油箱。c) 旁油路节流调速性能实验如图为旁油路节流调速回路原理图：右边加载回路的调整，断开比例溢流阀12，接通溢流阀13，启动泵14，通过控制比例溢流阀12（使回路中压力P4小于5 kgf/cm）。电磁阀10置左位工作。左边调速回路的调整，接通溢流阀2，断开比例溢流阀7，启动泵1，控制溢流阀2，使回路中压力P4处于5 kgf/cm，将电磁阀3控制按钮置于中位工作，再控制进油路的比例溢流阀7的通流面积，使工作液压缸8的活塞运动速度适中。油液线路：液压泵启动，电磁阀3置左位工作，接通溢流阀2，二位三通电磁换向阀4置左位工作，分两支路走，一路直接进液压缸，由换向阀6，回油箱，另一路经比例溢流阀调速，二位二通换向阀18左位工作，比例阀7调速，换向阀5工作，回油箱。实验说明：通过传感器测出，计算机控制，测量行程时间t，逐次调节溢流阀13，调节供油压力。第四章 液压系统硬件部分的设计4.1液压控制元件的选型液压元件是按照性能要求和价格综合考虑来进行选取的。4.1.1 本实验台液压系统的性能参数液压系统的基本参数是油液的压力和流量，液压实验系统的额定压力和流量应包容被试元件的额定压力和流量。通过全面考察主要设备和辅助设备液压系统的工作参数与目前国产元件的可靠性两个方面的实际情况，取液压系统的压力为6.3Mpa。这对于实验台液压系统的各类液压阀(诸如方向阀、压力阀、流量阀、分流集流阀、二通插装阀、比例阀以及伺服阀)、液压缸、液压泵和马达实验台都是适宜的。故本课题机电液实验台的液压系统的压力选为6.3Mpa。对于液压阀额定实验流量，实验流量不得小于规定的被试阀额定流量，并保证被试阀的性能指标以满足液压设备的要求为依据等，在考虑了标准、需要和可能等三方面的条件下，取本多功能实验台的额定实验流量为10L/min。4.1.2 液压元件的选取压力和流量确定以后，就可以对液压元件进行选取，下面将分别讲述各种液压元件的选取。1. 主泵的选取一般叶片泵的工作压力为7Mpa,高压叶片泵工作压力可达25-32Mpa，转速范围为 600-1500r/min，双作用叶片泵一般为定量泵。双作用叶片泵的性能参数中规定额定压力和最高压力，都符合实验台的要求，并规定了各种排量、各种规格的最高转速。在实际应用中不应采用压力或转速的最高值，应有一定的裕量，特别是最高压力和最高转速不能同时使用，要严格遵守，这样可以延长液压泵以及整个液压系统的寿命。（1）液压泵的最大工作压力=6.3Mpa试中：p-t图中的最高工作压力； ：系统进油路上的总压力损失。由于于本系统在停止运动时才出现最高工作压力，故=0。（2）液压泵的最大流量多个执行器同时动作的系统，液压泵的最大流量应大于同时动作的执行器所需要的总流量，并应考虑泄漏（3）液压泵的规格按上述计算得到和值，由产品型录选取液压泵的规格。为了保证系统不致因过渡过程中过高的动态压力作用被破坏，系统应有一定的压力储备量，通常推荐液压泵的额定压力可比高25%60%（高压系统取小，中低压系统取大值）；液压泵的额定流量与相当，不应超过太多。综合各种要求，在本课题中选用YB-10型双作用叶片泵，这种泵具有结构紧凑、流量均匀、体积小易于保养等特点，性能参数如下:最大极限转速为1450r/min，最大流量为100L/min ，满载驱动功率为1.5kW。由此可见，一个这样的泵是满足要求的。下面验证一下功率是否满足要求，实验台要求的功率为:W= PQ =6.3* 1.06 *10 *1.03/ 60=1.05kW这种泵可提供的功率为1.5 kW，大于实验台要求的1.05 kW。由以上的分析可知，选择YB-10型双作用叶片泵是可以满足要求的。2. 阀的选取阀类的选取也是主要根据压力和流量，同时还要考虑价格及品牌。一般来说， 重要的部件一定要选择知名厂家的产品，也就是在保证质量的情况下，尽量选择价格较低的产品。 换向阀的选取在本课题中，所有的换向阀采用的都是北京液压件厂的WEH6型电液换向阀，这种阀的流量为80L/min，最大工作压力为31.5Mpa，这样，流量超过了本课题多功能液压、试验台的最大流量，压力也达到了本多功能液压试验台的最大压力，所以可以满足本实验台的需要; 溢流阀的选择本液压系统中用到的两个直动式比例溢流阀选用的是DBETR型直动式比例溢流阀，公称压力为31.5 Mpa，额定流量为10L/min，显然是可以满足本实验台需要的。调速阀的选择本液压系统中用到的调速阀是2FRE6型二通比例调速阀，工作压力可达21Mpa，流量可达25L/min，显然是满足本课题需要的。3. 电机的选择液压泵的驱动功率计算工作循环中，由于本系统的液压泵的压力和流量比较恒定，所以液压泵驱动功率可由下式确定：式中：、：液压泵的最大工作压力（Pa）和最大流量（）：液压泵的总效率，参考下表选取。液压泵的类型齿轮泵叶片泵柱塞泵总效率0.6-0.80.7-0.850.8-0.9表 液压泵的总效率本系统为固定设备液压泵的驱动电动机，由上述计算出的功率和液压泵的转速及其使用环境，从产品型录中选定其型号规格（额定功率、电源、结构型式），以保证每个工作阶段电动机的峰值超载量都低于25%。立式电动机可通过钟型罩与泵连接，泵伸入油箱内部，结构紧凑，外形整齐，噪声低；卧式电动机，需要通过支架与泵一起安装在油箱顶部或单独设置的基座上，占用空间较大，但泵的故障诊断和维护较为方便。由前面的计算可知，选用Y90L-4L型电机，该种类型电机的性能指标为:功率为1.5kW，转速为1400转/分钟，大于实验台要求的功率1.05 kW,并且转速也大于泵的最大极限转速，所以，该种类型的电机可以满足本课题所设计的多功能液压试验台的需要。4 管件的选取 常用的油管有硬管和软管两类。选择的主要依据是工作压力、工作环境和液压装置的总体布局等。由于本系统为实验台，考虑到安装可操作性，选用软管。油管的规格尺寸多由于它连接的液压元件的油口尺寸决定，只有对一些重要油管才计算其内径和壁厚。5 液压附件的选取液压附件的选取也主要是根据压力和流量，这里就不再进行详细介绍，选后的元件参见下表：序号元件名称额定压力/Mpa额定流量/L.min型号、规格说明1、14液压泵6.310YB-10额定转速为1450r/min，驱动电机功率为1.5kw2、13直动式比例溢流阀31.510DBETR通径为10mm7、12比例调速阀21252FRE6通径为10mm11、18二位二通换向阀31.580WEH6通径为10mm4、5、6、17二位三通换向阀31.580WEH6通径为10mm3、10三位四通换向阀31.580WEH6通径为10mm8、9液压缸压力表开关约6.3通径为6mm15、16过滤器0.02（压力损失）160XU-160*80J通径为40mm4.2 底板的设计及说明由于时间的关系，我只做了比例溢流阀的底板设计。设计时的尺寸是根据比例溢流阀确定，还要考虑到干涉，粗糙度，防泄漏等实际问题。比例溢流阀底板图如下：第五章 控制部分51 实验台的控制此次设计的液压CAT实验台要求控制的液压参量是压力、流量下面将对这两个参量的控制进行概述。5.1.1 流量控制(a) (b)比例流量阀控制流量系统框图在本课题中，由于需实验种多，某些实验是需要调节微小流量的，因此在本课题中是采用比例溢流阀来进行流量控制的。利用计算机对流量进行控制的原理如下图所示。比例溢流阀流量控制系统框图5.1.2 压力控制压 力 控 制 系 统 框 图52系统设计CAT系统的设计主要取决于CAT系统要实现的功能，在前面的章节中已经讲到，本课题要设计的CAT系统兼有数据采集和控制功能，这就给系统的设计带来了一定的复杂性。一般来说，系统的设计包括系统硬件的设计和软件的设计。5.2.1 系统硬件由于CAT系统涉及的硬件种类繁多，这里分三部分对硬件的设计进行讲述。1. 液压测试系统液压测试系统的设计是在第二章设计的液压系统图的基础之上，为了满足测试要求，在合适的位置添加上压力传感器或流量传感器。2. CAT系统配合CAT系统要求，CAT系统构成下图所示，利用该系统可完成被测试信号的采集、传输、显示和处理，本系统的信号分为两类:模拟信号和数字信号，现分别介绍如下:(1) 模拟信号压力传感器感应被测信号后，输出模拟信号。输出的模拟信号送入对应二次仪表，二次仪表除对信号处理后加以显示实际的压力外，同时把模拟信号送入A/D模数转换板，转换成数字信号后由计算机对其进行处理。液压CAT系统(2) 数字信号流量传感器感应油流脉冲信号，经信号线传输到对应二次仪表，经仪表处理后，一方面，LED对实际流量进行显示;另一方面，以BCD码输出数字信号。数字信号进入计算机1/O输入接口板，然后由计算机对其进行处理。5.3 改造后的测试功能CAT软件的编制，该CAT软件的功能包括:试验台数据的采集、试验台的控制、采样数据的处理以及数据文件的管理等，对试验台控制包括对流量和对压力控制，这两种控制方法不但简单易行，而且在实际应用中均可达到B级精度:由于在软件编制的过程中采用的是Visual Basic和Visual C十+语言，二者均为模块化编程，软件主体进行一些修改即可适用于不同的试验台。对软件部分功能进行了模拟测试，证明了该软件界面友好，操作简洁、方便而又舒适，并且数据采样部分以及数据处理部分工作良好，达到了预期的目标。虽然本课题做了不少的工作，但是，由于客观条件和时间的限制，本课题仍有许多待完善的地方。本课题研究的内容只是建立在实验室的基础之上，缺乏实际应用的经验，在实际应用的过程中，一定会还有许多需要调整和改进的地方。本课题软件在编制过程中，并没有面面俱到，原因是本课题涉及到的对象较为繁多，但是，在现有软件设计的基础之上，进行扩展是非常方便的。本课题所做内容的研究，具有较强的现实意义:一方面，本课题所进行液压系统的设计对于要建设多功能液压试验台的企业来说具有重要的参考意义;另一方面，本课题所开发的CAT软件，对于现有CAT系统的升级以及建设现代化的CAT系统都将具有重要的参考价值。第六章 总结和展望6.1 总结6.1.1 液压回路设计的关键 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。在液压控制回路中，系统加载阀选用电液比例阀，可实现远程加载和自动加载，克服了手动加载的随机干扰，实现了加载的自动化，并且满足测试台的各种测试要求。6.1.2 液压回路设计存在的问题(1) 论文中一些参数的选取是基于专家的经验或参考同类资料而选取