（机械制造及其自动化专业论文）多功能液压综合实训系统的研究与实现.pdf

浙江大学硕士毕业论文 摘要 为了满足现代教学和工业技术的发展要求，本论文提出了一种多功能液压综 合实训系统，并根据功能要求设计了系统的总体方案，对系统的硬件和软件展开 详细的研究，且成功的研制出了该液压综合实训系统，通过在此液压综合实训系 统进行实例分析，表明此液压综合实训系统具有良好的工作性能，不论是在教学 上还是在工程实际上都具有广泛的应用前景。 全文的内容安排如下： 第一章，详细的阐述了液压综合实训系统的发展及研究现状，介绍了国内外 液压综合实训系统的专利情况，并结合现代教学和工业的发展要求，总结了液压 综合实训系统的发展趋势，最后论述了课题的研究意义，提出了论文的主要研究 内容及其总体结构。 第二章，本章提出了多功能液压综合实训系统所要实现的功能要求，并根据 功能要求确定了系统的总体方案，在确定总体方案的基础上，进一步设计了整个 多功能液压综合实训系统硬件和软件的实施方案。 第三章，在分析了多功能液压综合实训系统硬件各功能模块的基础上，阐述 了液压系统的三种基本回路，选择了系统所需要的液压元件，进而实现了系统所 需的液压实验回路，设计并实现了系统的电器控制线路，最后完成了数据采集与 处理子系统的设计工作，对传感器和数据采集卡进行了选型工作，并介绍了它们 各自的功能特点。 第四章，根据液压综合实训系统软件方案，并结合系统软件功能的要求，选 择了软件的编程语言为v i s u a lc + + 6 0 ，并介绍了其功能及特点，结合数据采集卡 的特点，利用其动态链接库实现了系统的快速数据采集，最后分别介绍了系统软 件各实验界面的设计与实现。 第五章，在研制出来的液压综合实训系统上进行液压实验测试。详细的介绍 了液压故障考核实验的实现步骤，阐述了非破坏性故障的设置方法以及实现过 程：开展了先导式溢流阀的特性分析实验，并对实验结果进行了分析说明；进行 了限压式变量叶片泵的特性分析实验，论述了变量叶片泵的工作性能。 第六章，对全文进行全面、系统的总结，展望下一步的研究工作，并提出一 些设想。 关键词：液压实训，模块化设计，非破坏性故障设胃，v c 界面设计 浙江大学硕士毕业论文 a b s t r a c t i no r d e rt om e e tt h er e q u i r e m e n t so fm o d e r n t e a c h i n ga n di n d u s t r i a lt e c h n o l o g y , a m u l t i f u n c t i o nh y d r a u l i ci n t e g r a t e d p r a c t i c a lt r a i n i n gs y s t e mi sp r o p o s e di nt h i s d i s s e r t a t i o n ，a n dt h eg e n e r a ls c h e m eo fs y s t e mi sd e s i g n e da c c o r d i n gt oi t sf u n c t i o n a l r e q u i r e m e n t s ，t h ed e t a i l e dr e s e a r c ho nh a r d w a r ea n ds o f t w a r eo ft h es y s t e mi sd o n e ， a n dt h eh y d r a u l i ci n t e g r a t e dp r a c t i c a lt r a i n i n gs y s t e mi sa c h i e v e ds u c c e s s f u l l y , t h e e x a m p l ea n a l y s i si sm a d ei nt h i ss y s t e m ，a n ds h o w n e dt h a tt h es y s t e mh a sg o o d w o r k i n gp e r f o r m a n c ea n dh a sav e r ys t r o n gp r a c t i c a b i l i t yi nb o t ht e a c h i n ga n d e n g i n e e r i n gf i e l d t h ec o n t e n to ft h i sd i s s e r t a t i o ni n c l u d e s ： c h a p t e r1 ，t h ep r e s e n td e v e l o p m e n t a la n dr e s e a r c hs t a t u so fh y d r a u l i ci n t e g r a t e d p r a c t i c a lt r a i n i n gs y s t e ma r ee l a b o r a t e d ，t h ep a t e n ts i t u a t i o no ft h i sk i n ds y s t e mi sa l s o p r e s e n t e d ，a n dt h ed e v e l o p m e n tt r e n do ft h i sk i n ds y s t e mi ss u m m a r i z e da c c o r d i n gt o t h er e q u i r e m e n t so fm o d e r nt e a c h i n ga n di n d u s t r i a l t e c h n o l o g y , i nt h ee n dt h e s i g n i f i c a n c eo ft h i ss u b j e c ti sd i s c u s s e d ，a n dt h er e s e a r c hc o n t e n ta n da r r a n g e m e n to f e a c hc h a p t e ra r ep r e s e n t e d c h a p t e r2 ，i nt h i sc h a p t e rt h ef u n c t i o n a lr e q u i r e m e n t so fh y d r a u l i ci n t e g r a t e d p r a c t i c a lt r a i n i n gs y s t e mi sp r e s e n t e d ，a n dt h eg e n e r a ls c h e m eo fs y s t e mi sd e s i g n e d a c c o r d i n gt ot h ef u n c t i o n a lr e q u i r e m e n t s ，t h e nt h ei m p l e m e n t i n gs c h e m eo fh a r d w a r e a n ds o f t w a r ei sm a d eb a s e do nt h eg e n e r a ls c h e m e c h a p t e r3 ，a f t e rt h ea n a l y s i so fh a r d w a r ef u n c t i o nm o d u l e ，t h r e eb a s i cc i r c u i to f h y d r a u l i cs y s t e mi sp r e s e n t e d ，t h es e l e c t i o no fh y d r a u l i cc o m p o n e n t si sd o n e , a f t e r t h a tt h eh y d r a u l i ce x p e r i m e n tc i r c u i ta n de l e c t r i cc o n t r o lc i r c u i to fm u l t i f u n c t i o n h y d r a u l i ci n t e g r a t e dp r a c t i c a lt r a i n i n gs y s t e mi s d e s i g n e d ，i nt h ee n dt h ed a t a a c q u i s i t i o na n dp r o c e s s i n gs u b s y s t e mi sd e s i g n e d ，t h es e l e c t i o no fs e n s o ra n dd a t a a c q u i s i t i o nc a r di sd o n e ，a n dt h ef u n c t i o nc h a r a c t e r i s t i co fs e n s o ra n dd a t aa c q u i s i t i o n c a r di sa l s op r e s e n t e d c h a p t e r4 ，i nt h i sc h a p t e rw ec h o s ev i s u a lc + + 6 0a st h ep r o g r a m m i n gl a n g u a g e o fs y s t e ms o f t w a r e a c c o r d i n gt o t h ei m p l e m e n t i n gs c h e m eo fs o f t w a r ea n di t s f u n c t i o n a lr e q u i r e m e n t s ，a n dt h ef u n c t i o na n dc h a r a c t e r i s t i co fv i s u a lc h 6 0i s p r e s e n t e d ，t h ef a s td a t aa c q u i s i t i o no ft h i ss y s t e mi sa c h i e v e db yu s i n gt h ed l lo fd a t a a c q u i s i t i o nc a r d ，i nt h ee n dt h ee x p e r i m e n t a li n t e r f a c eo fs y s t e ms o f t w a r ei sd e s i g n e d i i b yv i s u a lc + + 6 0 c h a p t e r5 ，t e s te x p e r i m e n ti s m a d eo nt h em u l t i f u n c t i o nh y d r a u l i ci n t e g r a t e d p r a c t i c a lt r a i n i n gs y s t e m ，t h ed e t a i l e di m p l e m e n t a t i o n s t e p so fh y d r a u l i cf a i l u r e e x a m i n a t i o ne x p e r i m e n ti sp r e s e n t e d ，t h es e t t i n gm e t h o d a n di m p l e m e n t a t i o ns t e p so f n o n d e s t n l c t i v ef a i l u r ei se x p a t i a t e d ，t h e c h a r a c t e r i s t i ca n a l y s i se x p e r i m e n t o f p r e g u i d i n go v e r f l o wv a l v e i sd o n e ，a n da n a l y z i n ge x p e r i m e n tr e s u l t ，t h ec h a r a c t e r i s t i c a n a l y s i se x p e r i m e n to fp r e s s u r e - l i m i t i n gv a r i a b l ev a n ep u m p i sd o n e ，a n dt h ew o r k i n g p e r l e i i n l a n c eo fp r e s s u r e - l i m i t i n gv a r i a b l ev a n ep u m p i sd i s c u s s e d c h a p t e r6 ，t h ef u l lp a p e ri sg e n e r a l i z e dr o u n d l ya n d t h en e x tr e s e a r c hw o r kl s p r o s p e c t e d k e yw o r d s ：h y d r a u l i cp r a c t i c a lt r a i n i n g ，m o d u l a rd e s i g n ，n o n d e s t r u c t i v e f a i l u r e s e t t i n g ，v ci n t e r f a c ed e s i g n i i i 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得逝鎏盘堂或其他教育机 构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献 均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名： 划爆 学位论文版权使用授权书 | ；窍| z 日 本学位论文作者完全了解逝姿盘堂有关保留、使用学位论文的规定， 有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和 借阅。本人授权迸姿态堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库 进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：努：7 朦 签字日期：力谬年多月z 日 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址： 导师签名：tr 增多套 签字同期：l 。晦6 月皿日 电话： 邮编： 浙江人学硕士毕业论文 第一章绪论 【本章摘要】本章系统的介绍了液压综合实训系统的发展及研究现状，介绍了国内外液压综 合实训系统的专利情况，并结合现代教学与工业的发展要求，总结了液压综合实训系统的发 展趋势，论述了课题的研究意义，最后提出了论文的主要研究内容及其总体结构。 科学实验是认识事物本质必不可少的重要环节。可以说没有实验也就没有现 代科学。当然，在科学实验中人一直都是居于主导地位的。人们在获得感性认识 的基础上，必须通过头脑的综合和思维，才能上升成为理性认识，并提出假设和 广义的规律性结论。为了检验和验证理性结论的正确性，人们还必须积极主动的 投身到科学实验中去，用理论来指导实验的进行，并从实验结果的分析中不断充 实、验证和发展理论，增加理论的深度和广度。因而，对于每一个献身于科学的 人，尤其是工程技术人员，都应该对所从事学科中的实验技术予以充分的重视。 实验技术涉及的知识面比较广，例如：电工学、计算技术、现代控制理论、 应用光学、机械学、液压流体力学等；且实验技术本身随着科学技术的发展，也 在日新月异地更新和发展。 随着科学技术的发展，液压技术也得到了飞速的发展，其应用范围也越来越 广，因而对液压元件和系统的性能要求也越来越高。因此，关于液压系统及其组 成元件的性能参数、品质指标等所进行的测试、实验工作，也就需要满足更高的 要求。液压教学必须要与液压技术的发展同步，需要引进先进的技术设备，让学 生了解不断发展的液压技术，并通过教学实验掌握它们，这样才能培养出真正能 够适应社会发展的液压技术人才。 1 1液压综合实训系统的研究现状 液压传动及控制技术n 7 1 是机械类本科专业的重要技术基础课程之一，它是 集传动、控制、检测、计算机等为一体的综合性科目，具有很强的实践性。学生 在课堂上学习书本知识时，普遍感到液压知识抽象、不易掌握，因而课堂实验在 本课程的教学中起到极其重要的作用。在液压教学的课堂实验中，液压综合实训 系统不仅可以将抽象的液压知识转化为形象的实验现象，激发学生的学习兴趣， 提高学生的主观能动性，同时也大大的增强了液压传动课程的教学效果，提高了 高等教育的现代化水平。随着计算机技术的不断发展，液压综合实训系统得到了 飞速的发展，特别是在其控制技术方面，现代的液压教学实验台除了采用传统的 继电器控制外，还充分结合了检测、微电子控制等技术。这也促使液压教学与实 浙江大学硕士毕业论文 验适应于现代工业数字控制和全自动化的发展趋势。近年来，随着工业技术的发 展和适应高等教育培养专业人才的需要，国内外研究者已研制出多种液压综合实 训系统，它主要可以分为普通型液压综合实训系统和现代型液压综合实训系统。 下面先介绍一下国内外液压综合实训系统的专利现状，然后再阐述普通型和现代 型液压综合实训系统的研究现状。 1 1 1国内外液压综合实训系统的专利现状 目前，由于现代教学以及培养综合型人才的需要，液压综合实训系统得到了 国内外广大研究者的重视。关于液压综合实训系统的相关专利也逐渐多了起来。 下面简单的介绍一下液压综合实训系统的专利情况。 1 关于液压综合实训系统的国内专利 ( 1 ) 溢流阀调压实验装置 此项专利哺1 是由严学书和张世勇发明的。该溢流阀调压实验装置，包括外壳、 控制面板、油泵、油箱和调压油路，调压油路由三个压力表、三个溢流阀和二个 电磁换向阀相间串联形成主回路，设有五条支路由截止阀控制分别与主回路上的 二个溢流阀、二个压力表连接，另一支路接通油箱：各溢流阀、节流阀、电磁阀 及截止阀均设置在安装面板上，电器开关及各方案图设于控制面板上。本实用新 型可实现溢流阀在系统中的七种调压实验，学生可直观地理解其工作原理，可使 学生对溢流阀的工作原理得到深入的理解，增强对实际问题的处理能力，掌握流 体系统性能参数测试手段和方法。具有结构简单、直观，操作方便等优点，可大 大提高教学质量。 ( 2 ) 液压设备检测实验台 此项专利1 是由胡乐星、王天华、龚春雷、黎云、李世军、黄继羽、刘钢、 游勇发明的。本实用新型公开了一种液压设备检测实验台，它在实验控制台旁设 有安装系统油泵的油泵安装支架台和设有可安装叠加溢流阀和换向阀的阀板以 及设有可安装和测试比例换向阀、换向阀、节流阀和被测油缸的测试阀连接板， 系统油泵的压力油经其出口并通过管道流经流量计和单向阀后分别流到溢流阀、 压力过滤器和阀板，压力过滤器的出油口通过管道与测试连接板的进油口连接， 测试连接板的出油e l 通过连接管道和溢流阀后与油箱连通，溢流阀和阀板的出油 口也通过管道与油箱连通。本实用新型具有结构简单、造价低廉的优点，并且它 可根据检测的需要可分别单独或同时检测多个液压元件和液压部件，因此还具有 检测效率高的优点。 2 浙江大学硕士毕业论文 ( 3 ) 一种流体力学综合实验装置 此项专利n 帕是由刘少文发明的。本实用新型涉及一种流体力学综合实验装 置，包括工作平台、机架、上位水箱、实验管，实验管包括第一实验管和第二实 验管，第一实验管和第二实验管两端分别连通上位水箱和流量测量装置，第一实 验管水平放置并且管径均一；第二实验管由高位段和低位段组成，第二实验管上 具有管径增大的部分，第二实验管上连通有若干测压管。本实验装置的技术效果 在于：一机多用，从整体上降低了生产成本；利用连通器原理迅速调节工作平台 的水平；通过在上位水箱与水泵之间的管路上设置进水阀和旁路节流阀、在上位 水箱内设置多孔板和可调隔板减小了水流的扰动，保证了实验效果；加装了消色 剂储瓶从而可以使实验后水流重新利用。 2 关于液压综合实训系统的国外专利 ( 1 ) 流体静力学教学装置 此项专利1 是由德国的k u n z ew b l f g a n g 发明的。该教学装置采用一种液压 元件固定、整体可移动的油路模块，做实验时只需用油管将相应的模块连接起来， 即可组成所需的实验回路。液体流量采用量杯和流量计进行测量，流量计所测的 数值用数码管进行显示。同时在小流量的情况下，可以通过开关阀和量杯来对系 统流量进行测量。 ( 2 ) 透明型液压实验装置 此项专利u 2 1 是由日本的y a m a m o t om a s a m i 发明的。该液压实验装置可以使 学生了解液压元件的三维内部结构。并且学生可以通过液压元件的油路块以及油 管来搭建透明液压实验回路，从而可以理解各液压元件和液压系统的工作情况。 组装多路换向阀的油路块是采用丙烯酸( 类) 树脂制作而成的，从而使学生可以直 接用眼睛观察多路换向阀阀芯的位置变换情况。组装液压缸的油路块也是采用丙 烯酸( 类) 树脂制作而成的，同样学生也可以通过它直接观察活塞杆的运动情况。 组装顺序阀的油路块是采用丙烯酸( 类) 树脂制作而成的，使学生可以直接观察顺 序阀阀芯的位置变换情况。此外，组装减压阀的油路块也是采用丙烯酸( 类) 树脂 制作而成的，使学生可以观察平衡活塞的工作情况。 ( 3 ) 气穴现象演示实验台 此项专利n 3 1 是由美国的f r a n kg a r n e r 和j o s e p hk l a m e c k i 发明的。此装置是 一种液压演示实验设备，它的液压系统由蓄水池、进水管路和出水管路组成，如 图2 3 所示。在进水管路上有一个限制阀控制空气的流量，从而控制液压系统中 是否产生气穴现象。液压泵采用透明的壳体，以便于观察气穴现象对液压泵的影 响，流量计用来记录和观察气穴现象对泵效率的影响，流量计同样也采用透明式 结构以便观察气体的运动状态。此外，本实验装置安装在可移动的手推车上，可 以很方便的改变实验场所。 3 浙江大学硕士毕业论文 ( 4 ) 液压技术培训装置 此项专利n 铂是由美国的h a u t z e n r o d e r 和m a n f r e d 发明的。本实验培训装置主 要用来初级和高级液压技术的培训。通过其培训装置可以直接得出相应的实验曲 线。本装置由垂直安装面板、液压元件油路块、数据显示面板组成，其中垂直安 装面板用来安装液压元件油路块，为搭建液压实验提供一个机架；液压元件油路 块采用模块化设计，每个模块上安装了相应的方向控制阀和流量控制阀，做实验 时只要选择相应的油路块并可方便的搭建起所需实验回路；数据显示面板用来显 示实验数据和实验曲线，它主要是通过传感器和数据采集卡将实验数据输入给上 位机，然后通过相应程序进行数据处理以得到实验数据曲线。通过实际应用表明： 本实验培训装置具有可操作性好、利于实验教学等优点。 1 1 2 传统型液压综合实训系统的研究现状 传统的液压实验主要以演示和验证为主，对液压综合实训系统的要求不是很 高。所以传统型液压综合实训系统大多由继电器电路控制，自动化程度较低，每 个实验设备所能开设的实验都是确定的，液压元件和管路在实验台上的位置不能 随意变动，液压回路实现功能单一。显然传统型液压综合实训系统已不能满足现 代教学的要求，但它在早期的液压传动教学中的作用也是不能忽略的。 传统型液压综合实训系统最为典型的产品是由秦川机床厂生产的q c s 系列 实验台，如：q c s 0 0 1 型液压基本回路透明教具；q c s 0 0 2 压力形成及液阻特性教 学实验台；q c s c 0 0 3 b 节流调速特性、油泵性能和溢流阀静动态性能教学实验台。 下面以q c s 0 0 3 b 型实验台为例介绍一下传统式液压综合实训系统的典型结构， q c s 0 0 3 b 型实验台n 朝主要由动力部分、控制部分、执行部分、电器部分和测量部 分五部分组成。 1 动力部分 动力部分主要包括油箱、电动机、油泵和滤油器。电动机型号为y 9 0 l 一4 ， 额定功率1 5 k w ，满载转速1 4 1 0 r p m 。油泵为y b 一6 定量叶片泵，额定压力为 6 3 k g f c m 2 ，排量为6 m l r 。电动机和叶片泵装在油箱盖板上，油箱底部装有轮 子，可以移动，它安放在实验台左后部。 2 控制部分 控制部分主要包括溢流阀、电磁换向阀、节流阀、调速阀等。这些阀的额定 压力为6 3k g f c m 2 ，流量为l o l m i n ，全部装在实验台的面板上。 3 执行部分 工作缸和加载缸。缸径由= 1 6 m m ，行程l = 2 5 0 m m 。并排装在实验台的台面 匕。 4 浙江人学硕上毕业论文 4 电器部分 包括电器箱和电器按钮操作箱。电器箱中主要有接触器、热继电器、变压器、 熔断器等。它位于实验台后部的右下角。电器按钮操作箱主要包括各种控制按钮 和旋钮以及红绿信号灯。它位于实验台的右侧。 5 测量部分 主要包括压力表、功率表、流量计、温度计，它们安装在实验台面板上。该 实验台功率表的型号为4 4 l 1 - - 5 w ，测量范围3 k w ，精度等级2 5 。用它来测量电 动机的输出功率( 即液压泵的输入功率) 。将功率表接入电网与电动机定子线圈 之间，功率表所指示的数值即为电动机的输入功率。通过换算可求出电动机的输 出功率。 该实验台采用l c 1 5 椭圆齿轮流量计，它的进口直径为1 5 r a m ，测量范围为 3 一- - 3 0 l m i n ，积累误差0 5 ，工作压力为1 6k g f c m 2 ，压力损失o 2k g f c m 2 ， 工作温度为一i o c + 1 2 0 。它的结构主要由壳体、一对椭圆齿轮和计数机构组 成。当椭圆齿轮转动一周时排出一定容积的油液，只要测出轮子的转速就可得到 积累油液容积值。该流量计的计数机构是机械式的，它通过齿轮传动，棘爪机构 带动指针转动，表盘上标有刻度。若用秒表测量指针旋转若干周所需的时间，就 可求得流量的平均值。 1 1 3 现代型液压综合实训系统的研究现状 随着科技的发展以及现代教学的要求，传统型液压综合实训系统己不能跟上 时代的步伐，因此现代型液压综合实训系统在此种背景下应运而生。现代型液压 综合实训系统大多数为机电液一体化多功能综合实验设备，其最大的优点在于它 把液压技术与计算机技术、工业自动化控制技术集于一体，具有很强的综合性。 下面简单的介绍几类典型的现代型液压综合实训系统的特点。 1 快速插接任意组合式液压实验台 此类实验台从结构上采用封闭式快换接头快速搭接，实验组装方便快捷，拆 接不漏油，配置的液压元件都是工程实际的应用的元件，液压元件和连接油管不 需要任何工具可以快速连接成所需要的液压回路，操作方便，安全可靠。学生从 设计系统原理图、选择液压元件、搭建系统回路、调试回路、排除故障到最终实 现系统回路的功能，整个实验过程由学生独立完成。并且实验台还提供了计算机、 p l c 、手动等多种控制方式，对于感兴趣的学生，让其自己编制控制程序，对水 平更高的学生还可以自己编制信号采集程序，模拟实际工况，解决实际问题。为 学生提供综合运用所学过的知识的用武之地。 5 浙江大学硕士毕业论文 目前，在国内外此类实验台较为典型的产品有：由吉林大学研制出来的快速 插接任意组合式液压与气压传动综合教学实验台n 刮，由德国f e s t o 公司生产的 t p s 0 0 液压基本回路拼装式实验台u 7 。 2 透明式综合液压实验台 此类实验台所采用的液压元件和管道均为透明材料制成，元件按实际结构尺 寸制造，仿真性能好，可以观察到液压传动装置的内部构造和工作流程。元件油 口及其所用连接管接头采用自锁式结构，插接方便，密封性能好。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。通过透明的油管和液压油中的气泡 可以清晰的观察到液压油冲液压泵到油箱的整个流动过程。 目前，在国内外此类实验台较为典型的产品有：由河南机电高等专科学校研 制出来的多功能液压教学综合实验台n 引，由温州巨林机械设备有限公司生产的透 明液压实验台引。 3 具有仿真等多功能的综合实验台 此类综合实验台的最大优点在于它的仿真功能，利用此类实验台上的仿真软 件，学生可以根据实验大纲的要求，自主地完成从设计、绘图、选件、组装、 调试的全部过程，方便的绘制出符合工业标准的液压回路图，大大提高了学生 的主观能动性。制图的同时，仿真软件还可以检查回路图结构的正确性。由于 软件中的元件参数的调节范围与实际设备完全一致，所以可对设计的回路进行准 确的系统模拟。学生可以充分发挥自己的想象力，利用该软件设计不同的液压 回路，然后通过实验台，现场安装、调试、检测所设计的回路， 验证回路的正 确性。并从中选取最优方案，从而培养学生的创造性和互相协作的团队精神。 目前，在国内外应用较为广泛的仿真软件阻2 鄙有：f l u i d s i m 仿真软件，基于 s i m u l i n k 的液压动态仿真软件，基于组态软件的液压仿真软件等。 4 液压虚拟教学实验模型 此类实验设备主要是采用计算机和多媒体技术手段实现液压虚拟教学实验 模型，这种实验模型能够充分的利用文本、图形、影像、声音、动画等多种表现 形式，将学生的视听积极性调动起来，而且所进行的液压实验无需专门到实验室 去完成，通过对实验模型上的各个阀和开关按钮的简单点击和拖曳操作，就可以 实现实验参数的输出和特性曲线的绘制，并获得较为理想的实验效果，其跨越时 空限制的实验交互方式完全模拟真实的场景，给实验者一种身临其境的感觉。此 外，这类实验模型可以缓解教学时间及教学设备不足所带来的矛盾，学生可以通 过网上完成实验，实现网络远程实验功能使教学更加灵活。 目前，在国内外较为典型的液压虚拟教学实验模型瞳6 。3 0 1 有：基于v r m l 技术的 液压虚拟实验模型，基于v b 的液压传动虚拟教学实验系统，基于w e b 的多媒体虚 拟实验平台等。 6 浙江大学硕上毕业论文 1 2液压综合实训系统的发展趋势 现代教学要求采用形象直观以及主动式的实验教学方式，这对液压综合实训 系统提出了更高的要求。同时随着科学技术与现代工业技术的不断发展，对液压 综合实训系统又提出了新的发展要求与方向，同时也为液压综合实训系统提供了 广阔的发展空间和动力。因此，现代教学要求以及科学技术的发展方向决定了液 压综合实训系统将朝以下几个方向发展口卜3 5 1 。 1 液压元件透明化 实物的液压元件和管道虽然与实际更加接近，但不透明，学生做实验时无法 观察到液压元件内部的工作情况，从而影响到实验效果。然而当前教学改革要求 采用形象直观的教学方式。在这种背景的驱使下，液压元件和管道必将朝透明化 方向发展，使学生能直接观察液压元件内部结构、液流及动作情况，更加清晰的 认识各液压元件的工作原理。从而提高实验教学效果，激发学生的学习兴趣。 2 快速任意插接组合式实验台结构 传统的液压实验台，液压回路实现功能单一，液压元件和管路在实验台上的 位置不能随意变动，不利于培养学生的创造能力，这种实验设备和方法已不能适 应当前对人才培养的要求。然而现代教学已越来越注重主动式的实验教学方式， 这将促使液压实验台的结构往快速插接式的方向发展，做实验时，提供液压模块 和实验平台，学生做实验时可以充分发挥自己的想象力，设计多种实验方案，从 而充分调动学生做实验的主观能动性。 3 控制方式复合化 传统的液压实验设备大多由继电器电路控制，控制方法单一，自动化程度低。 然而随着现代工业控制技术的飞速发展，工业上所采用的控制方式也越来越多， 包括手动控制、继电器接触器控制、p l c 控制、计算机控制。显然单一的继电器 控制已不能满足现代教学的要求。在工业技术的推动之下，液压实验台的控制方 式也必将朝复合化、集成化的方向发展，以达到培养理论与技能相结合、机电液 一体化、复合型、实用型人才的目标。 4 集成计算机技术，以完备实验台功能 目前计算机技术得到了飞速发展，它已融入到现代工业的各个领域，液压传 动也不例外。在液压教学实验台方面，计算机技术将在以下几个方面完善实验台 的功能：( 1 ) 检测与数据处理功能。在实验台上增设相应的传感器以及数据采集 卡，并可将实验数据直接输入到计算机中进行处理，之后直接输出相应的实验曲 线。这样便能减少实验误差，提高实验效率。( 2 ) 仿真功能。利用仿真软件，学 生可以在计算机上进行液压实验的初期设计，从而激发学生的各项潜能。并且某 些高精度高价位的液压教学实验会大大增加实验教学开支。在这种情况下，我们 7， 浙江人学硕士毕业论文 也可以利用计算机进行仿真实验，从而节省一些科研经费。( 3 ) 多媒体教学功能。 通过制作相应的多媒体演示文档，可以使学生在实验前，对所要做的实验有个比 较直观的了解，这样有助于学生对实验原理和现象的理解。( 4 ) 远程实验教学与 虚拟实验平台。利用计算机的各种高级语言，可以搭建各种各样的虚拟实验平台， 并通过发达的网络技术实现远程实验教学，这也将为液压教学实验提供新的发展 空间。 1 3 课题研究意义 液压与气压传动技术是机械设计、机械制造和机电一体化等机械类人才所应 具备的传动、控制与伺服驱动技术的重要组成部分。“液压与气压传动 课程是 工科院校机械类及机电专业的一门重要的必修课程。该课程的任务是使学生掌握 液压与气压传动的基础知识，掌握各种液压、气动元件的工作原理、结构特点、 应用和选用方法，熟悉常用液压与气压基本回路的功用、组成和应用场合，了解 国内外先进技术成果在机械设备中的应用。因为该课程的理论性和实践性都很 强，所以，为了提高教学效果，在学习理论知识的同时，必须利用实验教学来加 强实践的培养，给学生具体回路和元件的接触来了解液压的具体应用，以培养适 合社会需求的人才。 目前国内外研制的液压综合实训及考核系统，主要分成两类：一类是传统型 液压综合实训及考核系统。此类系统根据教学特点和液压传动课程教学大纲的要 求，采用标准的液压元件进行模块化设计，构成接插方便的系统组合。在此类实 验台上能够进行液压传动基本回路实验，如简单的压力调定回路、采用顺序阀的 顺序动作回路、采用先导式溢流阀的卸荷回路等，通过此类实验台可以培养和提 高学生的设计能力、动手能力和综合运用能力。除此之外，学生在此实验台上也 可自行设计、组装扩展各种液压回路实验。另一类是现代型液压教学的实训及考 核系统，具有在线检测、仿真等功能。由于传统型液压综合实训系统存在实验误 差大、效率低等缺点，因此，国内外部分科教设备公司在普通实验台的基础上研 制出具有在线检测功能的现代型液压教学实训及考核系统。此类实训及考核系统 采用计算机自动检测，然后数字显示及绘图，从而提高了测量精度及实验效率。 而仿真软件的应用，可以大大提高学生的主观能动性，学生可以根据实验大纲的 要求，自主地完成设计、绘图、选件、组装、调试的全部过程，方便绘制出符 合工业标准的液压回路图，同时还可以检查回路的正确性，如德国f e s t o 公司开 发f l u i d s i m 软件。 随着现代工业技术的不断发展，对液压综合实训系统提出了新的发展要求与 8 浙江大学硕上毕业论文 方向。尤其在机械领域，高级技工与技师已成为社会的紧缺人才，在液压技术领 域也不例外，液压系统故障分析与检修人员已成为最为稀缺的人才。目前，国内 外对于培养高级技工与技师的液压综合实训系统的研究还比较少，本文为了适应 社会发展的需求，在市场环境的推动下，结合上述提及的液压综合实训系统，提 出了一种多功能液压综合实训系统，它不仅适合于液压教学实验，同时也适合于 液压工程技术人才的实训培养。学生在此综合实训系统进行液压实验，一方面可 以掌握基础的液压知识，另一方面还可以理解常见液压元件和各种回路的特性分 析及故障诊断，同时也可以使学生学习液压技术与电子技术、计算机系统的信号 传递及控制功能等结合的先进控制技术。同时此液压综合实训系统中的非破坏性 故障设置及排除功能为培训液压技术工程实训人才提供了条件，技术人员通过模 拟故障的分析及排除，可以了解液压系统的常见故障，掌握常见故障的诊断及排 除方法。因此，本课题的研究有着教学和工程实现的必要性。 本课题的研究意义在于研制提供一种具有非破坏性故障设置功能的多功能 液压综合实训系统，它是一个集机、电、液、计算机于一体的综合性实训教学及 考核设备，在普通液压实验的基础上，强调液压元件和各种回路的特性分析及故 障诊断，使学生对液压及控制知识的领会更为深刻，因此，该液压综合实训系统 是在原先液压实验台基础上的一次提升，它不仅可以进行基本的液压试验方面的 实训及考核，而且可以进行故障诊断及特性分析方面的实训及考核。且该液压综 合实训系统采用高级语言编程，其丰富的软件、全智能汉字管理，使菜单和人机 界面内容丰富多彩。此液压综合实训系统可以检测压力、速度、流量等参数，绘 制静、动态实验曲线，并且具有非破坏性故障设置及排除的自主实训等功能。 1 4论文的研究内容及安排 综上所述，为了增强液压传动课程的教学效果，提高高等教育的现代化水平， 实现培养理论与技能相结合、机电液一体化、复合型、实用型人才的目标。本文 提出了一种具有非破坏性故障设置功能的多功能液压综合实训系统。本文在完成 液压综合实训系统的整体设计方案的基础上，进行系统硬件部分的选型以及软件 部分语言工具的选取，研究了液压综合实训系统的硬件组成部分及其实现方法， 搭建了液压元件和各种回路的特性分析实验回路，设计了系统的电器控制线路， 研究了液压综合实训系统的软件组成部分及其实现方法，提出了非破坏性故障设 置及排除的具体实现方法。最后，在研制出来的液压综合实训系统上进行液压故 障考核实验和常见液压元件的性能分析实验。具体包括： 9 浙江大学硕士毕业论文 全文的内容安排如下： 笫章，详细的阐述了液压综合实训系统的发展及研究现状，介绍了国内外 液址综合实训系统的专利情况，并结合现代教学与工业的发展要求，总结了液压 综合实训系统的发展趋势，最后论述了课题的研究意义，提出了论文的主要研究 内容及其总体结构。 第二章，本章提出了多功能液压综合实训系统所要实现的功能要求，并根据 功能要求确定了系统的总体方案，在确定总体方案的基础上，进一步设计了整个 多功能液压综合实训系统硬件和软件的实施方案。 第三章，在分析了多功能液压综合实训系统硬件各功能模块的基础上，阐述 了液压系统的三种基本回路，选择了系统所需要的液压元件，进而实现了系统所 需的液压实验回路，设计并实现了系统的电器控制线路，最后完成了数据采集与 处理子系统的设计工作，对传感器和数据采集卡进行了选型工作，并介绍了它们 各自的功能特点。 第四章，根据液压综合实训系统软件方案，并结合系统软件功能的要求，选 择了软件的编程语言为v i s u a lc + + 6 0 ，并介绍了其功能及特点，结合数据采集卡 的特点，利用其动态链接库实现了系统的快速数据采集，最后分别介绍了系统软 件各实验界面的设计与实现。 第五章，在研制出来的液压综合实训系统上进行液压实验测试。详细的介绍 了液压故障考核实验的实现步骤，阐述了非破坏性故障的设置方法以及实现过 程；开展了先导式溢流阀的特性分析实验，并对实验结果进行了分析说明；进行 了限压式变量叶片泵的特性分析实验，论述了变量叶片泵的工作性能。 第六章，对全文进行全面、系统的总结，展望下一步的研究工作，并提出一 些设想。 1 0 浙江大学硕士毕业论文 第二章多功能液压综合实训系统总体设计方案 【本章摘要】本章提出了多功能液压综合实训系统所要实现的功能要求，并根据功能要求确 定了系统的总体方案，在确定总体方案的基础上，进一步设计了整个多功能液压综合实训系 统硬件和软件的实施方案。 一个系统的总体方案有多种设计方法啪删。目前应用最为广泛的设计方法为 模块化设计，模块化设计是发达国家的机械行业普遍采用的一种先进的设计方 法。它是在对所要设计的系统进行功能分析的基础上，划分并设计出一系列功能 模块，通过模块的选择和组合可以构成多功能的综合系统。模块化设计具有以下 优点：系统更新换代快；有利于缩短系统设计和试制周期；系统的通用化程度提 高；可以降低成本；有利于系统的维修和再利用；系统性能稳定可靠等优点。基 于以上优点，本文提出了一种采用模块化设计方法进行设计的多功能液压综合实 训系统。在分析系统所要实现功能要求的基础上，确定了系统的总体方案，并采 用模块化方法设计了整个多功能液压综合实训系统硬件和软件的实施方案。 2 1多功能液压综合实训系统的功能要求 本文所提出的多功能液压综合实训系统是在原有液压综合实训系统上的一 次提升。在进行系统的功能设计上，既要包含基础的液压传动技术，同时也要包 含先进的计算机技术，这样才能符合多功能系统的要求。因此，本文结合现代实 验教学的要求，按照由易到难、逐步深化的特点，提出了多功能液压综合实训系 统的功能要求。其功能框图如图2 1 所示。 图2 - 1多功能液压综合实训系统功能框图 多功能液压综合实训系统的最底层功能要求并是能实现液压传动的基础实 验，包括液压系统的压力成形实验、换向回路实验、卸荷回路实验和调速回路实 验。在此基础上进一步深化，提出实现常见液压元件性能分析的功能要求，包括 节流调速特性实现、溢流阀静动态特性实验和变量叶片泵静动态实验。这两部分 功能属于液压传动技术的范畴。之后再次进行功能深化，结合计算机与电气控制 技术提出系统非破坏性故障设置功能要求，包括液压元件、电器、传感器三大类 浙江大学硕士毕业论文 2 2 种故障的设置。这部分功能属于计算机技术的范畴。 根据上述功能要求，为了更加紧密结合液压工程实际应用，多功能液压综合 实训系统采用以下基本功能参数： 工作压力：6 3m p a 流量：1 5l m i n 功率：2 2 k w 液压缸：巾5 0 巾2 8 2 5 0 2 2 多功能液压综合实训系统的总体方案 本文提出的多功能液压综合实训系统是一个集机、电、液、计算机于一体的 综合性实训教学及考核设备，在普通液压实验的基础上，强调液压元件和各种回 路的特性分析及故障诊断，使学生对液压及控制知识的领会更为深刻，因此，该 液压