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液压教学实验台——整体装置设计,液压,教学,实验,整体,装置,设计
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JIANGXI AGRICULTURAL UNIVERSITY本 科 毕 业 论 文（设 计）题目： 液压教学实验台整体装配设计 学 院： 工学院 姓 名： 骆潮 学 号： 20090941 专 业： 农业机械化及其自动化 年 级： 2009级 指导教师：杨卫平（博士）职称： 教 授 二0 一3 年 五 月 摘 要液压实验是液压教学的一个重要环节，而传统的液压传动实验台存在着内容固定、功能单一、实验回路已接好、不易修改的缺陷。本实验台是根据现代教学理论和最新的液压传动课程教学大纲要求而设计的，它具备了低泄漏、噪音低、可靠性高、能耗低、智能化高、操作简单的特点。实验台采用在液压泵的压油口各设置一个先导式溢流阀作安全阀；压力控制的测量精度，通过采用多个不同量程的压力表与多个压力表开关组成多套独立的测量装置来实现；液压实验的数据测量，采用相应的传感器来直接测出数据,使实验的测量更轻松可靠；实验元件均为独立元件，各液压元件独立安装于一标准阀板上采用两种安装方式可以挂在试验面板上也可通过T型槽扣在面板的小孔上，阀板四周接元件，外接相应数量的管接头，各相关阀采用快接头。关键词：液压实验台 液压系统 液压元件 Abstract The Hydraulic test is an important part of the hydraulic teaching traditional hydraulic transmission bench there is a fixed, single function, the experimental circuit is plugged in, not easy to modify defects. The bench is designed course syllabus requirements in accordance with the modern teaching theory and the latest hydraulic transmission, it has a low-leakage, low noise, high reliability, low energy consumption, high intelligence, easy to operate features. Bench for the safety valve in the hydraulic pump pressure port to set up a pilot relief valve; pressure control measurement accuracy through the use of a number of different scale pressure gauge with pressure gauge switch composed of multiple sets of independent measuring device to achieve; hydraulic test data measurement, with the corresponding sensor to directly measure the data easier and reliable measurement of the experiment; experimental components are independent components of the hydraulic components independently installed in a standard valve plate with two installation methods can be hung on the throughput of the T-shaped groove on the test panel to buckle around the valve plate connected to a corresponding number of tube elements, external connector in the apertures of the panel, the respective valve with a quick connector.Keywords: hydraulic test stand hydraulic system hydraulic components1 液压试验台的功能及主要技术参数51.功能51.2主要技术参数51.3 直观性强62 液压系统62.1系统组成63 液压试验台的主体部分63.1主体部分液压系统原理图73.2液压泵站的结构83.3 主体部分83.4 试验台架94 液压元件及连接管件105 管件116 管接头147管道148液压缸的设计要求158.1缸体的材料选择158.2缸体的加工技术要求158.3缸体的材料169电气控制部分179.1主体电器控制部分17 9.2试验电器控制部分1810试验项目附录19文献22致谢23 1. 液压试验台的功能及主要技术参数 1.1 功能 液压试验台具有计算机测试和手动辅助测试功能。系统和被试元件的相关数据由各类传感器测取，通过计算机对有关参数信号进行采集、处理，获取被测元件或系统的性能参数，并可显示、打印出相应的特性曲线，并能根据试验结果作出相应的试验结论。同时试验台也具有指针式和数显式仪表的显示功 液压试验台具有计算机测试和手动辅助测试功能。系统和被试元件的相关数据由各类传感器测取，通过计算机对有关参数信号进行采集、处理，获取被测元件或系统的性能参数，并可显示、打印出相应的特性曲线，并能根据试验结果作出相应的试验结论。同时试验台也具有指针式和数显式仪表的显示功能。该试验台的主要功能包括：（）液压泵、液压马达性能测试；（）液压油缸性能测试；（）常用阀类液压元件的性能测试；（）系统试验：双缸同步精度检测，双缸对顶加载试验及液压管路打压试验；（）友好的人机操作界面，液压元件及系统的数据库管理，以及自动报表功能；（）试验台设备运行检测及故障报警功能 1.2 主要技术参数变量叶片泵组： 型 号 2HP+VP1-12-70最高压力 7MPa流 量 12L/min (0.35Mpa 1800r/min时）转 速 1390r/min驱动功率 0.75KW电 源 220V/380V/50Hz实验压力 1MPa外形尺寸 14905501620mm重 量 100kg油箱容积 40L风冷却器 压力1.4 MPa 流量20L 功率 65W蓄能器 容积0.63L 压力10MPa油箱： 580 480270mm 容积：60L外形尺寸： 16005501700mm实验台重量： 110KG1.3 直观性强 由于实验台在实验过程中所采用的元件和管件等均为实物，故缩短了教学与工程实践的距离，使得同学对元件的外观、作用，调整方法的目的性，液压回路中油路走向的清晰性等，都具有更深刻的理解。这样不仅起到加深学生的感性认识的作用，而且还是对课堂教学的一种补充，避免了课堂教学抽象和不易理解的缺点。为解决理论教学中所存在的一些重点和难点问题，创造了条件。3）有助于创新能力和工程实践能力的培养 该实验台由于采用了组装式的设计思想，从而既可要求学生完成规定的实验项目，也允许学生自行设计实验方案，以实现或验证自己的设想。进而达到提高学生的实验技能和动手能力的目的。而且，对培养学生的创新思维，提高学生学习兴趣等提供了一个强有力的支持平台。 示意图 2.液压系统2.1 系统组成液压动力源部分由主泵组、控制泵、油箱及相应冷却过滤装置构成 3.试验台的主体部分 实验台分上、下支架两部分，中间设有一个托油盘。下支架采用槽钢焊接而成，是整个实验台的基础，液压泵站就在其内部。中间的托油盘是整个实验台的工作平台，右侧设有一个备用工作平台，上支架就固定在托油盘上。上支架是本实验台的主要部件，实验回路的组装就在其上完成。上支架上设有液压元件的挂板、液压回路接口、油缸组件、压力检测装置、实验控制系统的检测与控制接口等。图所示为上支架正面结构示意图。3.1 主体部分液压系统的原理图3.2 液压泵站的结构本液压泵站采用了上置式设计，液压泵站和电机布置在油箱的上方。两泵即可单独使用，也可同时使用。为增加学生的感性认识，油路采用了管式连接。考虑到泵站维修的方便性，在泵的吸油口与油箱连接段，分别设置了两个截止阀，必要时可切断油箱与油泵的连接。油箱箱体采用3mm钢板焊接而成，内设两道隔板，分别起到隔气、挡渣的目的。油箱盖上设置有一空气滤器器，以维持油箱内外气压的平衡，兼起加油口的作用。油箱的前侧板上装有一个带温度计的液位指示器，用于观察油箱内液面高度和油箱温度，整个泵站设置在主体下支架内部，使其看上去非常紧凑。4、液压站电机2台M2P3H5231.5KW 及2.2KW各一台变量叶片泵2HP+VP1-12-70 定量齿轮泵3HP+FA1-08压力7 MPa流量变量泵 10L/min定量泵 12L/min连接用紫铜管8根壁厚3mm、直径16空气过滤器EF2-32吸油滤油器WU-4020液位计CQ-100T液压油46#系统热平衡温度比环境温度上升15度油箱尺寸600400800油箱容积192L大功率冷风机20L使回油达到第三次冷却风冷却器用直角接头PT1/2M181.5扩口式3.3 主体部分本实验台分上、下支架两部分，中间设有一个托油盘。下支架采用槽钢焊接而成，是整个实验台的基础，液压泵站就在其内部。中间的托油盘是整个实验台的工作平台，右侧设有一个备用工作平台，上支架就固定在托油盘上。上支架是本实验台的主要部件，实验回路的组装就在其上完成。上支架上设有液压元件的挂板、液压回路接口、油缸组件、压力检测装置、实验控制系统的检测与控制接口等试验台的台面 主 体 面 板 示 意 图3.4、实验台架机架机架尺寸190011002200mm机架材料2mm冷轧钢板表面处理分色喷塑加工标准工业标准水平工作台面台面面积1900900mm加工工艺冲压成凹槽型表面处理喷塑镀铬孔式网板800250mm回油结构漏网式整体多重过滤油盒叠加式左边抽屉3个，可放工具、资料、液压元件右边液压泵站配有前后两张活动门活动门拆装方便，防灰、隔音底板装有4个活动轮带自锁，可移动或固定材料2mm冷轧钢板，表面喷塑零件存放柜（选配件）尺寸15905501680mm材料2mm冷轧钢板表面处理分色喷塑 4液压元件及连接管件本实验台由于采用了组装式的设计思路，因此，各元件均是独立设置的。考虑到管路连接的通用性和方便性，每个元件均安装在一块标准的阀板上。如图所示为一块换向阀组件示意图。阀板正面安装液压元件，四个側面根据各类阀的要求不同装有若干管接头。阀板反面安装有4个挂钉，用于元件的挂装。实验时，各元件之间采用橡胶软管连接，平时所有元件均储存于元件柜中。AA 向1234图 换向阀组件示意图1.管接头 2.换向阀 3.阀板 4.挂钉 5.管件 在液压传动中常用的管子有钢管、铜管、胶管以及尼龙管等金属管 液压系统用钢管，常为无缝钢管，有精密无缝钢管和普通无缝钢管，卡套式接头须采用精密无缝钢管，焊接式管接头一般采用普通无缝钢管，材料用15或16号钢，中高压或通径（DN80）采用15号钢，这些钢管均要求在退火状态下使用 铜管有紫铜管和黄铜管，紫铜管用于压力较低（P6.510MPa）的管路，装配时可按需要来弯曲，但是抗振能力低且容易使油氧化，价格昂贵，黄铜可承受的压力为（P25MPa），但是不如紫铜容易弯曲。本实验台采用黄铜管 在液压系统中管路的联接螺纹有公制细牙螺纹，55非密封管螺纹，55密封管螺纹，60圆锥管螺纹，以及公制（米制）圆锥管螺纹，螺纹的形式一般根据回路公称压力确定，公称压力小于16MPa的中低压系统，上述各种螺纹联接型式均可采用。 管道计算 管内油路的流速推荐值 吸油管道取v12m/s 压油管道取v2.55m/s 短管道及局部缩收处取v710m/s 回流管道v1.52.5m/s说明：一般取1m/s以下压力高或管道较短时去大值，压力低或者管道较大时小值，粘度大时取小值管子内径d： （4-1）式中 液体的流量（L/min） 推荐的值选定（1m/s）=15.6mm按标准取值我们取管道的直径为16mm管道的壁厚： （4-2）式中 工作压力（MPa） 材料许用应力（Mpa） （4-3）其中: 抗拉强度（MPa） 安全系数，当p7MPa时n=8由此可得管道的25MPa因此有： =0.56mm按实际的标准管道本实验台中我们选择壁厚为1mm管道的弯曲半径，通常取管子半径的3倍胶管胶管是用于联结两个相对运动的部件之间的管道，分高低压两种，高压胶管是以钢丝编织或钢丝缠绕骨架的胶管，用于压力油管，低压胶管是以麻线或棉线编织体作为骨架的胶管，用于压力较低的回路或差动管路中，钢丝编织胶管由内胶层，铜丝编织层，中间层和外胶层组成。钢丝编织层具有13层，钢丝缠绕层有2，3和6层，层数越多，管径越小，耐压力越高，钢丝缠绕胶管还具有管体柔软，脉冲性能好的优点。胶管参数的选择及使用说明胶管内径：根据胶管内径与流量、流速的关系按下式计算： （4-4）式中：胶管的通流面积（mm2） 管内液体的流量（L/min） 管内流速（m/s），通常胶管的允许流速v6m/s=31.8mm2又因为: （4-5）所以有: =6.4mm按实际设计本实验台，我们选择管子内径为8mm胶管尺寸规格根据工作压力和上式求的管子内径，选择胶管的尺寸规格，高压胶管的工作压力对不经常使用的情况下可提高20%，对于使用频繁，经常弯曲扭者要降低40% 6.管接头a、焊接式管接头它主要由接头体、螺母和接管组成，在接头体和接管之间用o形密封圈密封，当接头体插入机体时，采用金属垫圈或组合垫圈，实现端面密封，接管在管路系统中的钢管用焊接连接，管接头和机体的连接，主要采用普通的旧牙螺纹。b、密封焊接接式管接头除具备焊接式管接头的优点外，由于它的“O”密封圈在24锥体上，使密封有调节的可能，密封更可靠，工作温度为-25+80，适用于以油、空气等为介质的管路系统中，目前国内外多采用这种接头。锥密封焊接式管接头有：直通式、直角式、三通式等多种形式，本实验台多采用锥密封焊接式管接头。c、快换式接头快换式接头分两端开闭式和两端开放式两端开闭式：管子拆开后，可自行密封，管道内的液体不会流失，因此适用于经常拆卸的场合，结构比较复杂，局部阻力损失较大，工作压力低于31.5MPa，工作温度-20+80，适用于油、气为介质的管路系统。 7. 管道应考虑管在通入油压，长度方向将发生收缩变形，一般收缩量为管长的34%，因此在选择管及胶管安装时，应避免胶管处于拉紧状态。管道的安装：保证不发生扭转变形，为了便于安装，可沿管道涂以色纹以便检查胶管的管接头轴线应该尽量放置在运动平面内，避免两端互相运动时的胶管受扭避免与机械小尖角部分相融 8. 液压缸体的设计要求8.1 缸体的材料选择、要求有足够的强度和冲击韧性，及良好的焊接性能，根据液压缸的参数、用途和毛坯的来源，我们采用45号钢、缸筒毛坯，普通采用退火的冷拔或热扎无缝钢管、与端概焊接的缸筒，使用35号钢，机械加工后再调质。不与其他零件焊接的缸筒，使用调质的45号钢焊接后退火焊缝用X光射线或磁力探伤检查8.2缸体的加工技术要求有足够的的强度，能长期承受最高工作压力及短期动态压力而不致产生永久变形。有足够的刚度，能承受活塞侧向力和安装时的反作用力，而不致产生弯曲。内表面与活塞密封件及导向环的摩擦力作用下，能长期工作而磨损少，尺寸公差等级和形位公差等级足以保证活塞密封件的密封性。有良好的可焊性，以便在焊上法兰或者管接头后不致产生裂纹或过大的变形。缸内径D采用，H7或H8级配合，表面的粗糙度Pa值一般为0.160.22m，都需要进行研磨。热处理、调质硬度缸筒的内径D的圆度、锥度、圆柱度不大于内径公差的一半8.3 缸盖的材料活塞杆伸出时的理论推力： （3-14）活塞杆缩回的理论推力 （3-15）当活塞杆差动前进事的理论推力： （3-16）式中 活塞的无杆侧有效面积 （m2）活塞有杆侧的有效面积（m2）供油压力（工作压力）（Mpa）活塞直径（缸内径）（m）活塞杆直径（m）因此有： =13738N =8111N=5626.9N因此缸内的最大工作压力， 为满足这个要求缸盖的材料我们选择45钢 9.电气控制部分 本实验台的电气控制部分分为主体电气控制部分和实验电气控制部分。9.1 主体电气控制部分 主体电气控制部分主要用于液压泵站的控制，包括电机的启动和停止，油泵的卸荷与升压、实验回路的直流24V电源供给和实验台的照明等。整个电气控制元件安装在下支架左侧的电气控制柜内。在控制柜的两侧各有一照明开关，电气控制柜右侧还有总电源开关和交流220V插座2个和直流24V插座一个。另外，考虑到实验台操作的方便性，在实验台的正反面各设有一个功能相同的控制面板,其上分别设有电机的启动与停止、油泵的升压与卸荷以及急停按钮等9.2 实验电气控制部分 由于本实验台实验回路具有多样性和多变性的特点。因此，将实验电气控制部分分别设计为实验回路的电气接口和主控制器两部分。电器接口部分设置在实验台的上支架的上，包括各种电气接口和継电器。主控制箱是独立设计的，图所示为实验电气控制部分的主控制器面板示意图。它是实验电气控制的主体，其核心部分为一台可编程控制器，考虑到实验回路的需要和方便，增设了必要的输入和输出按钮，并且有输出信号的指示功能。该控制器对实验回路既能进行手动控制，也能通过编程器编程实现各种回路的自动控制。下图为正面面板其中间有电源开关和 手动/自动切换开关，上部有2排按钮，右面两排为带自锁按钮，编号为本A0A17和A10A17，分别与PLC的输入端子A0A7和A10A17相连；最下端的那排为不带自锁的按钮，编号为FUN1FUN8，分别与PLC的输入端子I20I27相连。做上部有2排指示灯，编号为Q0Q7和Q10Q17，分别指示PLC输出端子的电信号状态；中间的2排按钮是均是带自锁的按钮，编号为I0I7和I10I17，分别与PLC的I0I7和I10I17相连，用于自动向I0I7和I10I17输出电信号（注意：I0I7和I10I17的信号状态既可有PLC内部提供，也可由面板上的I0I7和I10I17按钮提供。） 10. 实验项目附录1.实验台固定实验项目）液压系统的压力形成实验；）节流（进口、出口和旁路）调速回路实验；）容积节流调速回路实验；）双泵供油回路实验；）差动回路实验；）压力调节（含溢流阀的卸荷）和多级调压回路实验；）速度换接（含快进工进和工进工进换接）回路实验；）减压回路实验；）双缸顺序动作（含顺序阀控制和行程阀控制）回路实验；10）泵的保压和卸荷回路实验。2.举例（1）双缸顺序动作回路实验（行程阀控制）1）实验目的i) 结合教材中的相关内容，掌握电磁阀控制的双缸顺序动作回路的工作原理；ii) 了解PLC的控制原理及在本回路中的控制方法；2）实验步骤i) 结合教材中的相关内容，读懂电磁阀控制的双缸顺序动作回路的工作原理及电磁铁动作循环表（附图1所示）；ii) 在教师地指导下，选择相关的液压元件和软管组装实验回路，分配实验台控制器的输出/输入接口，并将电磁阀和行程开关的控制线插入相应的接口内；iii) 手动控制两缸的动作，检查运行情况，并调整好行程开关大的位置；编程并输入程序，检查、调试程序；“？；缸5块压下行程开关7右位中位返回停止缸2块压下行程开关3中位右位停止返回缸5块压下行程开关6中位中位停止停止 附图1电磁阀控制双缸顺序动作回路a) 回路图 b)动作循环表1、8换向阀 2、5液压缸 3、4、6、7行程开关 9溢流阀vi) 按要求进行双缸的顺序动作。3）实验总结l 简述实验目的。l 分析双缸顺序动作回路的动作原理和电磁铁动作循环表，并简述其作用。l 简述PLC对本回路的控制原理。l 说明电磁阀控制的双缸顺序回路与行程阀控制的双缸顺序回路有何异同点。l 如何修改程序将动作、对调，实现新的顺序动作。（2）多级调压回路实验1）实验目的i)了解利用溢流阀对液压系统进行多级调压的原理；ii) 掌握先导式溢流阀的内部结构、工作原理及远程控制口的作用。2） 实验步骤i) 结合教材中的相关内容，读懂附图2所示的多级调压回路的工作原理；a) 回路图 b) 压力表附图2 多级调压回路ii) 在教师地指导下，选择相关的液压元件和软管组装实验回路，分配实验台控制器的输出接口，并将电磁阀的控制线插入相应的接口内；ii) 先按附图2b序号1的状态控制电磁阀，调节节流阀的流量至最小，调节溢流阀的调定压py1，然后序号2的状态控制电磁阀，调节溢流阀的调定压力（py2py1），再按序号3的状态控制电磁阀，观察压力的变化情况；ii) 对以上每种状态均逐渐开大节流阀的状态，观察压力的变化情况。3） 实验总结l 简述实验目的。l 分析先导式溢流阀的工作原理及远程控制口的作用。l 按实验步骤2）填写附表2b。l 分析该多级调压回路的特点，调压级数。分析并说明节流阀调节过程中压力的变化情况 文献1 陈奎生.液压传动与气压传动.武汉理工大学出版社
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