万向节防尘罩高低温实验机的设计研究

1、上海大学硕士学位论文万向节防尘罩高低温实验机的设计研究姓名：陈立军申请学位级别：硕士专业：机械电子工程指导教师：陶纪明20040204上海大学硕士学位论文摘要万向节防尘罩高低温耐久性实验机是种用于测试汽车传动轴万向节防尘罩的实验测试设备。此设备可以模拟汽车传动轴万向节防尘罩的实际工作状态，从而测试出在实际工况下万向节防尘罩的各项物理性能指标。设备只针对万向节防尘罩的各项物理性能，防尘罩化学性能测试不属于设备的测试范畴。本文主要介绍了此实验机的温度调节系统和控制系统的设计研究。在阅读大量文献和借鉴已有类似成果的基础上，理论联系实际对实验机的总体设计，尤其是控制系统的设计进行了研究。万向节高低温实

2、验机用于模拟万向节的实际工况，对整根万向节在高低温实验箱内进行技术参数测定。目前国内汽车零件制造企业对此种设备有大量的需求，而过去所研制的防尘罩测试设备一般性能比较差，工况模拟不真实。为此，我们与万向集团合作研制了动态测量防尘罩性能指标的系统。并且为工厂的实际使用留有足够的性能余量，以便日后的改进提高和产品更新。为了实现以上目标，满足各项技术要求，决定了此万向节高低温实验机系统由以下几个主要子系统组成：箱内摆动机构；高低温度调节系统；摆动机构的电液控制系统；计算机控制系统；保温箱系统及设备底盘：电气控制系统：直流调速系统及传动系统。实验机的控制系统是设备的核心，也是设各研发的难点，文中作了详细

3、介绍。在控制部分的设计时，充分考虑了用户的要求，并且实现与本实验机的机械等部分的合理配合。根据需要我们采用了工控机集中控制形式：即由工控机做为控制核心，工控机完成系统的数据采集，液压系统的控制等任务。工控机和温控仪及调速器等设备配合共同完成温度系统的控制及直流调速等任务。实验测试结果表明，该万向轴高低温度实验机达到了设计要求，并且在实用性，新型性和可靠性等方面都达到或超过了厂方规定的技术要求。整套设备已经应用到生产中，并受到了用户的好评。关键词：万向节；工控机；温度控制；防尘罩圭塑查堂堡主兰垡丝生一），：，：；原创性声明本人声明：所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作。除了文中特别加以标

4、注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已发表或撰写过的研究成果。参与同一工作的其他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了谢意。签名：日期本论文使用授权说明本人完全了解上海大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有汉保留论文及送交论文复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容。（保密的论文在解密后应遵守此规定）签名：导师签名：日期：上海大学硕士学位论文第一章绪论课题研究背景近几年，伴随我国经济的不断发展，汽车进入家庭已经走到了一个启动时期，我国的汽车工业因此获得了前所未有的大发展。在这发展过程中，汽车相关产业同样飞速发展，尤其是汽车零部件配套工业，获得了

5、一个前所未有的大发展时期。随着汽车工业和相关配套零部件工业的不断发展，橡胶密封件这一汽车零件中必不可少的部件被广泛地应用在各种密封结构中，尤其在各种传动部件的密封中。本课题就是研究一种用于测试汽车传动轴万向节防尘罩的实验设备。此设备可以模拟汽车传动轴万向节防尘罩的实际工作状态，从而测试出在实际工况下万向节防尘罩的各项物理性能指标。此设备只针对万向节防尘罩的各项物理性能，防尘罩化学性能测试不属于本设备的测试范畴。模拟汽车传动轴万向节防尘罩的实际工作状态是本设备的主要任务。为此，我们与万向钱潮集团合作研制了动态测量舫尘罩性能指标的系统。主要针对富康、桑塔娜等轿车的传动轴防尘罩进行测试，如图卜所示。

6、测量其传动轴防尘罩在高温和低温条件下的使用寿命和各项物理指标。图卜富康轿车的等速传动轴防尘罩汽车用橡胶密封部件橡胶密封件橡胶密封件是以橡胶为基本材料制造，用于防止流体介质从机械、仪表的静止部件或运动部件泄漏，并防止外界灰尘、泥沙及空气（相对于真空而言）进入机构内部。橡胶是具有独特力学性能的高分子材料，主要表现为在低应力下会产生很大的变形，在变形后具有能恢复其原始形状的高弹性；其泊松比接近，即在压缩下体积可以基本保持不变；与液压和气动或润滑剂有很好的相容性。然而，孤立的橡海大学硕士学位论文胶密封并不能表现出它的工作性能，橡胶密封部件必须与特定外界因素（其它零件，外界环境）联系起来才可能表现出其工

7、作特性。我国的橡胶密封制品有其严格的制造和使用标准，其标准化是按运动方式径向分类的，具体分类见下表序号名称类型特点隔膜（膜片）即波纹型（螺纹型）、滚动型、平动型衬垫垫片、垫圈、印刷密封件型圈气动系统、液盘糸统、真空系统霉封往夏廷动密封件型皮碗、型密封圈、型密封圈、型密封圈旋转轴唇型密封件防尘唇包含金属骨架型、有防尘唇金属外壳型、无防尘唇金属骨架型、无防尘唇金属外壳型模压和压出密封件密封条、油气田分隔器胶筒、蓄能器胶囊、石油管道封堵器胶囊，汽车用橡胶密封件汽车用橡胶密封件主要用在三个方面：用于车体密封，将汽车乘用空间和外界环境分隔开，使汽车的驾驶和乘坐更加舒适。主要有密封条，密封圈，垫圈和异形密

8、封圈。用于动力系统的油路和气路密封，此种用途的密封部件占大多数。多用于静态密封，密封性能要求高。用于传动部件的防护密封，主要是保护运动部件的转动和滑动部位有比较好的润滑环境。主要为各种型号的密封防护套，用于防尘、防水、和防止润滑油泄露。汽车传动轴万向节防尘罩是第三种用途中最重要的种车用橡胶密封件。其在轿车中的使用非常普遍，种类和型号都非常多。，汽车传动轴万向节防尘罩汽车传动轴万向节轿车的前转向驱动桥的结构特征，如图卜所示。当发动机的动力传到前桥中央传动和差速器后，平均分配给两侧半轴，然后再经等速万向节和前轮毂带动前轮，进而完成驱动和转向的功能。驱动桥的部件名称：固定端万向节；驱动半轴；差速器：

9、滑移端万向节；驱动半轴：驱动轮；固定端万向节；滑移端万向节。前转向驱动桥万向轴是汽车中最重要的部件之一。上海大学硕士学位论文图卜前转向驱动桥当轿车在不平路面上行驶，车轮受到冲击时，就可以借助可轴向伸缩的万向节双偏置式等几种万向节，极限转角可达。，±，如图卜所示。由来吸收冲击能量，从而缓和传到机体上的冲击，以保证两前轮始终同时着地，具有一定的缓冲作用。一般前桥内侧的可轴向伸缩的万向节有交叉滚道式、三柱轴式和于前桥还要担负转向的任务，转向时前轮要绕着转向节转动一个角度，在这种情况下，外侧的前轮由等速万向节可以保证前桥的半轴和差速器之间等角速传递动力。这时，一般选用最常见的球笼式万向节，其

10、极限转角可达。【“。畦蔓末圭琏塾王三胁图卜等速万向轴汽车传动轴万向节防尘罩传动轴是汽车中的关键部件，将汽车发动机产生的功率和转矩传给汽车的驱动轮，或者在发动机和其它机械部件之间传递功率。由于万向轴在车体下部工作，容易接触尘土等而造成严重的磨损，所以都会在外露摩擦副表面的万向节上加装防尘罩或防尘套，以减少附着在摩擦副表面上的灰尘，一般用防尘罩将万向节部分包起来。防尘罩即为橡胶密封件，属于旋转密封件，传动轴的型号不同，车辆型号的不同，则其所使用的防尘罩型号也不同，如图卜所示。防尘罩一般为有防尘唇无骨架型的旋转轴密封件。本项目是针对富康及桑塔娜等车型的防尘罩零件。图卜不同类型汽车传动轴万向节防尘罩圭

11、堡查兰堡主兰堡堡兰一汽车万向节防尘罩的理化性能制造防尘罩的材料有橡胶、塑料、金属及其合金、复合材料等，又由于防尘罩的工作环境恶劣，经常受到温度变化、空气腐蚀、雨水侵蚀及其高速旋转的作用，容易损坏变质。防尘罩的一旦损坏，灰尘、雨水、泥沙就有可能进入，严重影响万向节的传动性能。为此必须对防尘罩的特性有个相当的了解，对防尘罩的性能进行正确的测试，以便厂家在设计传动轴时正确的选用。性能如下：）抗老化能力：因为使用在室外环境中，在光照和氧化的作用下，橡胶化学结构会发生变化，导致防尘罩老化。）低温性能：在冬季（尤其是北方），室外温度过低，橡胶制品会变脆，导致弹性和韧性下降，容易发生断裂。）抗疲劳能力：因为

12、万向节是工作在非匀速转动状态，所以防尘罩在使用中所抵抗的是周期性交变应力。）耐介质性能：防尘罩的重要功能就是防止润滑剂泄漏。）抗变形能力：在使用过程中，万向轴会有无规则的运动，并且内部润滑油会对防尘罩施加一定的压力，所以在防尘罩上会突然出现较大的拉压应力。汽车万向节防尘罩的主要失效形式见下表序号失效形式防尘罩失效原因老化龟裂由于腐蚀和使用时间的过长橡胶化学结构发生改变，丧失原有性能造成密封失效，占失效原因左右安装不当由于安装或使用不当造成密封性能得不到正常发挥，甚至导致防尘罩损坏，占失效原因左右撕裂橡胶密封件承受不了高压液体或气体的压力，或者无法承受尖峰拉力而被机械性的破坏，占失效原因左右磨损

13、用于动密封处的密封件因与其他零件的相对运动，其密封尺寸磨损后丧失，占失效原因左右变形橡胶密封件因长时间受压缩或拉伸，发生较大的塑性变形，失去其密封性能，占失效原因左右防尘唇损坏叻芏厝亍旦贝看与具它鄙仟利琏蒉阴作用，仕女装干殳刷时发生较大的塑性变形，而其又是起主要密封作用，所以大部分的防尘罩的故障发生在防尘盾防尘罩性能测试技术的国内外现状为了提高防尘罩的使用性能，除了从橡胶材料上入手，提高材料性能之外，对防尘罩的物理化学性能进行检测，测试出其主要物理化学性能指标，从生产制造上。上海大学硕士学位论文进行改进也是必不可少的环节。通过合适的方法对防尘罩的测试，以得到防尘罩的各种物理性能和化学性能指标，

14、可以检测防尘罩是否符合设计要求。同时，也可以在防尘罩的使用过程中有一个合适的参考数据，以便及早发现缺陷对其进行更换，以避免事故的发生。国外和国内针对防尘罩的性能检测一般都集中在测量其物理性能，被测物理性能见下表：序号项目含义单位密度一定温度下单位体积的质量“邵氏型硬度一定条件下用压入器压入试样的初始深度度拉伸强度试样拉伸至断裂过程的最大拉伸应力拉伸伸长率试样在拉断时的伸长量与原始长度之比拉永久变形试样拉断后的永久变形量与原始长度之比撕裂强度径向拉伸试样至开裂时的最大拉伸应力屈挠龟裂在屈挠变形下，试样表面产生裂开的程度压永久变形试样压缩后的永久变形量与原始长度之比脆性温度试样在规定的低温条件下受

15、冲击而不产生破坏的最低温度这些性能指标在一定程度上能够反映出防尘罩工作时的物理和化学变化。但是针对不同的工作环境，不同的橡胶种类，不同的零件类型，其发生的变化也不同，因此以下的各种性能并不能完整的反映防尘罩的工作性能。因此有必要针对具体的防尘罩零件进行具体的测试，这就需要有模拟防尘罩使用环境的具体实验设备。目前国内外在此领域的研究多集中静态地测量分析其物理化学性能，对于其在实际工作环境下的性能指标很少研究。￥夕在万向节舫尘罩的模拟测试设备方面发展较早，目前国内汽车零件制造企业也有引进，但是价格非常昂贵。国内目前正在使用的的防尘罩测试设备一般都是小型设备，一次只能测试根，而且只能是破坏性实验，多

16、数无法准确模拟防尘罩的实际工况。由于研制时间比较早，其自动化水平也比较低。上海大学硕士学位论文本课题的主要研究目的和任务课题的研究目的模拟防尘罩的实际工作状态，准确快速的测试出防尘罩工作时的性能变化，无论是对于防尘罩的生产检测，还是使用时的维护都具有重大的现实意义。目前国内汽车零件制造企业对此种设备有大量的需求，而过去所研制的防尘罩测试设备一般性能比较差，自动化水平也比较低，进口设备的价格非常昂贵。本课题的目的就是开发一种模拟防尘罩的实际工作状态的实验机满足汽车企业的设备需求。课题的研究内容和任务防尘罩高低温实验机的主要检测目的防尘罩高低温实验机主要针对的防尘罩的物理性能进行检测，模拟防尘罩的

17、实际工作状态，通过动态的检测检查防尘罩是否达到技术要求。主要检测指标：）高温和低温性能；）防尘罩的抗疲劳性能）防尘罩的使用寿命；）在实际工作状态下的使用效果。防尘罩高低温实验机的主要性能指标考虑到防尘罩的实际工作环境，运用动态检测防尘罩性能指标的方法，本系统要实现的技术要求如下：）测试温度范围：一。，±）传动轴速度范围：转分，±，可调）传动轴初始摆角：。，±度）待测传动轴长度：）启动秒内速度达到转分钟，秒内达到转分钟）系统能连续自动工作小时以上）摆动频率可以在赫兹范围内调节）能同时测试四根万向轴，各轴转动能独立控制）系统能在两小时从室温上升到或下降到一。）系统能自

18、动实现实验数据的存储和处理课题的主要任务此设备的研制开发阶段的主要工作：根据厂方所提出的技术要求进行了系统的总体设计，主要设计了此设备的控制系统，并且选择了控制系统的主要部件，编制了系统的控制程序和系统数据库及数据处理部分。最后在机加工厂对系统进行了总装，并对系统进行了总调和测试，对存在的问题进行了分析及改进。研制开发阶段主要工作如下：）设计了工控机控制系统；硬件选择，传感器选择等具体工作）编写了控制程序）设计了电气控制系统：）依据技术要求选择了调速系统的硬件，并编写了控制和通信程序；）设计了控制摆动机构的电液控制系统；）设计了摆动机构的本体结构；）设计了温度调节系统及超温保护、报警系统；）依

19、据技术要求选择了制冷系统；）系统调试及系统测试；本文从总体上对整个系统的工作原理和系统组成进行了全面的分析，并且分章节的对系统的各个部分的组成和原理进行了阐述。在最后对此设备的调试和测试情况进行了阐述，并分析了所存在的问题，提出了改进设计。课题的研究意义对防尘罩和其他车用密封件的性能检测，随着我国汽车工业和测量工业的发展变的越来越重要。目前，动态的测量防尘罩的性能指标，在我国使用的还比较少，此设备的研制开发对加速我国汽车零件工业的发展有重要的意义，同时对测量工业的发展有很大促进作用。通过动态测量所得到的防尘罩的性能指标，既可以评价防尘罩的工作性能，也可以在安装防尘罩时有相应的参考数据，对于汽车

20、零件厂商和整车厂商都意义重大。此种测量设备的研制开发对其它类型的车用橡胶密封件的测量也具有一定的借鉴意义。本章小节本章节简单介绍了本课题的来源，阐明了本课题的研究背景及所研究的实验设备的具体用途。同时介绍了课题的研究目的、研究意义、和主要任务等。最后说明了本课题对汽车零部件工业的意义。上海大学硕士学位论文第二章万向节防尘罩高低温实验机的组成引言本研究用于汽车万向节防尘罩高低温实验项目。此实验机用于模拟万向节防尘罩的实际工况，对整根万向节在高低温实验箱内进行技术参数测定。因此，首要的目的是真实的模仿万向节防尘罩的实际使用工况，尤其是模仿极限温度、大负荷、高使用频率下的使用工况。并且为工厂的实际使

21、用留有足够的性能余量，以便日后的改进提高和产品更新。万向节防尘罩高低温实验机的系统组成实验机系统的技术要求）温度范围：一。，。，）制冷和制热速度：从室温两小时内降至一。，从室温两小时内升至。，）温度和系统状态能够实时显示，且具有远程通信能力，可实现远程监控，）保温箱有效容积：××，）能同时测量四根整体万向轴，）转速范围，）能够在冷冻，时后，在的转速条件下顺利启动，）能够在冷冻，时后，顺利启动角度摆动系统，实现。的摆角，）能够实现可以调节的摆动频率，在的范围内自由调节，）四根被测万向轴的转动能够独立控制，高低温性能实验机的系统组成本课题的主要任务在于提出不同的设计方案，以及对

22、各种可能的方案进行比较研究，并根据实际需要确定出合理的方案确定出系统组成。在提出不同的设计方案，以及对各种可能的方案进行比较研究后，并根据实际技术需要确定出合理的方案。最终确定出实验机的六个主要组成子系统：保温箱系统根据四根万向轴同时测试的要求保温箱的尺寸设计为（×），如图所示。即将被测试部件，摆动机构和制冷及加热装置共同设置在保温箱内部，在箱体内部完成空气强制循环。与传统的自然对流换热方式相比，对流换热系数得到了很大的提高，这样将大大改善温度调节效率。为提高保温效果，保温门设计为半嵌入式结构，这样更好的实现密封性。为在圭墨查兰婴圭兰篁堡奎实验过程中，可以方便了解箱内机械设备的运转情

23、况，装有观察窗，并且观察窗上装有电热丝加热防雾除霜装置。因为箱内空间比较大，为保证操作人员安全，防止操作人员被意外关在箱体内，在内壁上安装了呼救按钮。图保温箱系统摆动机构系统本设计采用了平行四杆机构的方式设计摆动机构。即万向轴固定在夹持架上，由液压系统推动转动轴，实现夹持架绕其转动轴（转动轴和万向节在同条直线上）的直接摆动，并用平行四杆机构实现了小框架的摆动。此摆动机构有如下特点：实现了技术要求中的摆动和转动动作；机械部件全部采用不锈钢制成，能经受设备运行所带来的腐蚀（高温和低温）作用：保温箱内部的轴承部件采用特殊轴承，能在高温下工作；摆动框体用板材切割连接组成，重量比较轻，大大减少了框架的转

24、动惯量；尽量减少箱内设备的体积和重量，最终摆动系统只占用的体积：配合机械摆动机构实现技术要求中的摆动角度和摆动频率功能。主要由液压系统完成，可直接由工控机控制，执行部件为液压缸，由阀组来实现摆动，及频率的调节。由两套液压执行系统分别控制两个摆动框架。直流传动系统经过课题组的讨论和分析，决定使用台电机通过齿型带带动四根传动轴转动，再通过电磁制动器（可以通过计算机控制的电磁制动器，控制着万向轴是否参与转动）和连轴器把保温箱外的传动轴和保温箱内的万向轴夹具相连接，从而实现上海大学硕士学位论文四根被测万向轴的转动能够独立控制，也可以同时转动。为实现的转速调节范围，方案采用直流调速系统。供电电源是可控硅

25、整流装置，拖动电动机的类型为直流电机，调速方式为调节电枢电压，系统为转速、电流双闭环调速系统。实验机的高低温系统为实现一。的温度调节，系统必须安装加热和制冷装置。制冷系统采用复叠式制冷系统。设计、配套的设备部件主要有蒸发一冷凝器、送风机、膨胀阀、热交换器、压缩机、储液器等。加热系统采用电加热丝，由大功率可控硅控制，除加热功能外还配合制冷系统调节制冷温度，如图所示。控制信号电糠控制信号自媪自图高低温系统示意图计算机控制系统本系统采用工业控制计算机进行控制，用编写管理程序、数据库等，通过图形界面和操作提示实现人机对话。可实现系统工作状态实时监控，多路报警，远程系统设置，在线？参数设置，实验数据实时

26、记录等功能。硬件系统由工控机，数据采集卡，多路输出卡，温度传感器，执行系统等组成。其中工控机，多端口通信卡，数据采集卡，多路输出卡使用成套工控系统，可靠性非常高。控制软件采用作为开发语言，具有可视化、面向对象、事件驱动、图形用户界面等特点。在整个工作过程中用户所接触的只是图形用户界面，实际工作都在后台自动进行。电气控制系统电气系统作为控制系统的执行系统，包括配电系统；手动控制继电器组；控制面板和现场监视显示面板。同时电气系统为计算机控制系统提供电源，为设备其他系统提供电源及接地。电气系统是各个子系统的电气控制中心，全部集中在一个总电气控制柜中，如图所示。上海大学硕士学位论文图总电气控制柜本章小

27、节本章提出了实验机系统的具体技术要求，并且简单介绍了实验机系统的总体设计及总体组成。最后阐述了各个组成子系统的具体实现方案及功能作用，明确了实验机的技术特点。上海大学硕士学位论文第三章摆动系统和传动系统简介引言根据测试实验的要求，万向节防尘罩要在模拟的工况条件下测试，因此就需要一套机构来模仿万向节防尘罩在工况条件下转动和摆动动作。为了实现技术要求中的摆动和高速转动运动，设计了一套机械摆动机构及传动系统来完成上述任务。摆动机构系统机械摆动系统为实现。的摆动角度和的摆动频率，要求万向轴夹持架能够做可调频率的。的摆动动作，设计了机械摆动系统。为配合摆动机构实现技术要求中的摆动角度和摆动频率功能，设计

28、了液压控制系统来实现，可直接由工控机控制，执行部件为液压缸，由调速阀组来实现摆动频率的调节。由两套液压执行系统分别控制两个摆动框架。机构工作原理分析根据要实现的技术要求，此摆动机构设计为不同轴双层摆动框架体，如图所示。此机构由以下几部分组成：大框架，摆动框架体及其齿轮齿条机构；小框架体及其齿轮齿条机构；主支撑轴系统，包括大小两个框架的动力输入机构。】图不同轴双层摆动框架体在箱体顶部安装有一套齿轮齿条传动机构。由液压缸直接推动齿条，再由齿轮齿条传动将直线运动转换为摆动框架的转动运动，结构示意如图所示。其中小框架和小齿轮之间通过一套平行四杆机构实现传动。图中各部件名称如下：大框上海大学硕士学位论文

29、架；主转动轴；大框架齿轮；大框架齿条；小框架齿条：小框架齿轮小框架；副转动轴；连杆；摆杆；连杆。图齿轮齿条传动示意图机械系统内有两种运动，一种是大小框架绕各自摆动轴的摆动运动，另一种是四根被测试轴的高速转动。两种运动的动力分别由位于保温箱侧面的联轴器及位于保温箱顶部的主支撑轴传入保温箱。四根被测试轴的机械转动系统由齿型带传动系统完成，如图所示。电机动力由齿型带传动系统传入箱内连轴器，连轴器将动力传递给位于支撑板上的万向轴夹具，带动被测试部件转动。夹具是固定在主支撑板上的，不做摆动运动。动力由箱外的直流电机通过齿型带传动系统提供。月，滋辩圹、犷巧连。矽，、动轴×图齿型带传动系统圭壹盔兰

30、堡主堂焦笙壅一电液控制系统液压传动控制系统以其功率重量大、控制系统负载刚性大、精度高、可实现安全频繁换向及无级调速和调速范围大等因素，在机械传动中很多方面远优于电磁执行元件。为满足技术要求，我们采用了电液控制系统来实现。的摆动角度和的摆动频率。角位移电液摆动系统设计根据技术要求电液摆动系统主要实现功能为：实现两个液压缸的往复运动；在运动过程中对往复运动的频率进行调节；实现摆动角度的精确可控。系统设计决定使用普通电磁阀和单杆液压缸组成角位移电液控制系统的方案，控制原理如图所示。输八一一一一一、，放大元件电机转换元件叫液压元件执行元件广叫负载一一一反馈元件图电液控制回路一一一一电液系统的设计应该根

31、据不同的工况进行。对一般精度的系统，可以在考虑到动态性能的基础上，按照传动系统的要求进行设计。对动态性能没有特殊要求的系统，其动态特性可以不作特别考虑，在实际调试中通过调整各项参数来获得比较满意的动态性能。系统使用普通电磁阀的设计方案属于一种速度控制回路。设计一个速度控制回路，除了注意器件性能外，还应该注意到系统设计的一些原则：）快速往复运动要尽量提高系统的固有频率；）系统的流量控制范围，以及与时间相关酗，动极限：）质量、速度、压力、黏度对系统性能的影响；）是否采用压力补偿，是进口补偿还是出口补偿，压力补偿对总压力的影响，对单杆液压缸的增压作用等；）根据负载考虑是否采用制动阀；）选择动态性能相

32、匹配的阀件。电液控制系统原理液压系统原理本系统原理如图所示，系统中利用两个三位四通电磁阀分别控制供油油路的通断及换向。机构停止运动时，电磁换向阀处于中位机能状态，所定液压缸的位置；当需要某一液压缸动作时，根据摆动方向要求向电磁阀端通电，压力油通过圭塑查堂堡主兰垡堡苎一该支路的电磁换向阀供油，从而推动框架摆动；通过改变电磁换向阀通电方式来改变供油方向，从而来实现电液推杆往复进退动作，实现框架向正反两个方向的摆动和停止。图液压系统原理电机：液压泵；压力表；压力表开关：溢流阀：三位四通阀；叠加式节流阀；叠加式液控单向阀；系统工作原理如下：电磁阀线圈得电，油缸正向运动，推动机械装置大框架顺时针摆动；电

33、磁阀线圈得电，油缸反向运动，推动机械装置大框架逆时针摆动；电磁阀线圈，线圈同时失电时，油缸处于保持状态，锁定机械装置。机械装置小框架的摆动和大框架相同。摆动频率的控制液压缸的速度调节由三位四通电磁阀的两端线圈得电频率和时间来控制，在不改变系统压力和流量的情况下，改连续得电为断续得电，通过改变通电时问和失电时间的比值来改变摆动频率“，如图所示。由于负载的转动惯量比较小，推动负载所需要推力比较小，上述断续运行实验证明是成功的。摆动速度一：二二一，兰丁一一一图频率控制工控机通过软件给定速度信号，并通过数字量输入输出板卡和继电器组成的控制输出通道来控制三位四通电磁阀的两端线圈。工控机通过数字量输入输出

34、板卡从角度编码器采集回角度值，通过软件进行处理来给定速度信号以实现对液压缸的闭环摆动频率调节。系统过载自动保护液压缸工作时，当活塞杆所受外力超过调定的额定输出力，或活塞行程到极限电动机仍转动时，油路中的油压迅速增高到超过调定额定值，溢流阀溢流，实现过载保护，此时电机虽仍在运行，也不会烧毁。为保护系统管路畅通及防止系统油温过高，系统还安装粗细滤油器和油箱水冷却系统，油箱冷却系统和温度调节系统共同使用一条供水回路。除液压系统保护外，系统还配备有电机缺相保护、短路保护、热继电器保护等电器保护手段，液压系统手动电器控制及保护设备都布置在总控制柜内。直流传动系统传动系统的设计根据技术要求对传动系统的性能

35、要求主要有：）系统需要在低温冷冻状态下满负荷启动，所以对低速大负荷启动运行要求比较高：）传动系统的最高运行转速要求达到，而最低转速要求，因此调速范围要求较宽；）此实验设备属于高负荷运行设备，一般连续工作数天不停机，因此要求传动系统性能稳定、方便使用和维护。综合以上要求考虑了三种方案：）采用变速机构，在低速启动时串联减速箱，以实现低速启动时动力系统有足够的转矩；）采用直流调速系统，因为直流调速系统具有良好的起动性能，尤其低速启动性能好；）采用大功率交流调速系统，配合上海大学硕士学位论文性能先进的交流变频调速装置，实现宽范围内的速度调节。经课题组研究，最终选择了大功率直流调速系统。与交流调速比较，

36、直流电动机具有良好的转速特性，常用于宽范围内的平滑调速，起制动性能好，而且价格相对较低，非常适合此项目的要求。直流传动系统的选择本试验机采用的直流调速系统为厂家的成套设备，供电电源是可控硅整流装置，拖动电动机的类型为直流电机，调速方式为调节电枢电压，系统为转速、电流双闭环调速系统、精度很高、静特性基本无误差、动态抗负载扰动、抗电网电压扰动较好。项目采用南洋电机的系列直流电机及其调速系统，如图所示。核心控制器为西门子直流调速器，调节精度很高，与工控机通信易实现。该系统采用了全数字电路，微机控制，大大提高的了控制精度，并且丰富了直流调速系统的功能。内部同时包括各种常规保护器件（快熔，断路等）以及针

37、对不同工艺现场的操作回路。图系列直流电机调速系统的主要性能指标：）进线：，频率）静态精度：（编码器反馈，数字量给定）动态速降：相对额定转速）调速范围：）稳速精度：漂移（开车小时后，测小时速度）调速系统主要组成队主回路，主回路为三相全控桥（单象限），或三相反并联双桥（四象限）。交流进线有阻容和压敏电阻做过压保护。标准电流规格，可以通过并联一个晶闸管组件来获得更大的电流。磁场回路，不可控磁场的主回路为二极管单相整流桥。可控磁场的主回路为单相半控桥，以通过弱磁调节获得更广的调速范围。基本控制单元，为满足基本的调速要求，控制单元内部含上海大学硕士学位论文有给定积分器，产牛形升降速度曲线，使得肩动和制动

38、平稳：速度调节器；电枢电流调节器；针对弱磁调节的电动势调节器，磁场电流调节器，以及部分调节器的预控制单元。一套完整的保护电路，能对多种故障情况进行报警及应急处理。系统原理如图所示。电源电机图调速系统原理框图本章小节本章简单介绍了机械摆动机构和电液控制系统的设计，以及电液控制系统的组成和工作原理。并且阐述了传动系统的方案设计，以及具体调速系统的选择。上海大学硕士学位论文第四章高低温调节系统的设计研究引言高低温度调节系统是本实验机中的主要系统之一，主要完成加热、制冷、和温度控制三大任务。高低温度调节系统的各项参数的确定是设计的主要内容，确定参数必须要与机械系统和厂方技术要求紧密结合。高低温调节系统

39、的主要组成依据实验机的性能要求，本系统需要实现四个主要功能：）保温箱体内部一。的温度调节范围；）在两小时内从室温升温或降温到系统极限温度；）温度控制精度在±的范围内；）保温性能良好，不出现凝雾现象。根据具体的功能要求，本系统由以下四个主要部分组成：保温箱本体，完成保温任务和作为其它机械设备的机架制冷系统，完成制冷任务制热系统，完成加热任务温度控制系统，负责温度调节系统的控制和系统内的通讯保温箱的设计与选择保温箱是一种常用的设备，在此试验机中保温箱的性能直接影响到温度指标的实现，并且严重影响系统的能耗。保温箱的热交换形式根据上述具体技术要求，采用一般的自然对流的换热方式，对流换热系数较

40、小，所以在制冷和加热过程中容易出现箱内温度分布不均匀，制冷，加热速度一匿等问题。所以保温箱设计成装有强制对流空气循环系统的形式。与传统的自然对流换热方式相比，对流换热系数得到了很大的提高，这样将大大改善温度调节效率，使上述问题得到改善。如图所示，在保温箱中装有隔板，将高低温箱隔成两部分，在隔板和门之间为工作室，在阁板和保温箱后立面之间是热交换室。通道上部设置风机，采用压头较高的轴流风机，在隔板下部开有通风孔，通风孔区域面积占阁板总面积的三分之一，由通风孔和风机形成完整对流循环。由于试件不含水份，设计时不用考虑风机的除霜问题。上海大学硕士学位论文倒保温箱结构在热交换通道内将冷热空气混合，混合后的

41、均匀气流被循环送入工作箱内。这种保温箱热交换系统的温度均匀度性能良好，能在较宽的温度范围内工作，确保±的精度要求。保温箱结构设计保温箱体采用目前常用的聚氨酯夹芯不锈钢板焊接装配而成，箱体结构如图封性。为保证实验过程中，可以方便了解箱内机械设备的运转情况，装有观察窗，并且观察窗上装有电热丝加热防雾除霜装置。黛观察窗；保温门；风机：箱体；隔板回流孔；铁皮；聚氨酯夹层图箱体结构剖视所示。箱体的设计、安装与装配式冷库基本相同，所有保温板拼缝内外表面均涂硅橡胶密封。为提高保温效果，保温门设计为半嵌入式结构，这样更好的实现密海大学硕士学位论文）保温箱的尺寸的确定保温箱的尺寸由工作室的尺寸来确定，

42、工作量尺寸又由室内所安装的摆动机构体积和维护使用时所需要的操作空间来共同决定。摆动机构的大框架的支撑轴箱内部分总高为，大框架的摆动部分总长为，考虑到摆动空间和安装挡块的空间，摆动机构总共占用的空间。考虑到安装和操作，留出的空间后，确定保温箱的工作箱空间为×。在保温箱后部，再为安装蒸发器和电热丝留的距离，最终确定保温箱容积为。）保温层厚度在保冷绝热材料选定后，就要确定保冷绝热层的厚度。绝热层的厚度即要防止结雾，又要经济合理。对于此项目，保温层厚度计算如下”。：保冷绝热厚度的计算公式：占（）×（一）（）式（一）式中保冷绝热层厚度（）；一保冷绝热材料的导热系数（）：一空气对保冷绝

43、热层外表面的放热系数（）：，一箱体内的温度（）；一周围环境的空气温度（）；一保冷绝热层外表面温度（）。在设计中通常根据夏季室外温度和最热月平均相对湿度查出相对应的空气露点温度，然后用露点温度加上。来确定保冷绝热层的外表面温度，再以外表面温度为依据，用上式计算，可以确定防止结露所需的厚度。另外，在确定保冷绝热层的初始厚度时，一定要考虑材料的使用寿命，适当加大厚度值，一般选取倍于计算所得的厚度值，否则很难达到预期的保温效果。制冷系统设计制冷系统的技术要求）自动温控，）温度控制范围：一。±）制冷速度，从室温两小时内降至一制冷系统方案选择上海大学硕士学位论文本系统采用一套复叠式压缩制冷机组。

44、当需要的最低温度在一以下时，为了提高制冷系统的热力性能，一般采用多级压缩机制冷循环。这样可以以减少每级压缩机的压缩比，降低排气温度，一般常见为两级和三级。复叠式机组的主机为两台的压缩机，采用两级压缩机制冷循环。配合采用风冷或水冷式冷凝器和干式绕片式蒸发器。制冷剂采用和。温度控制一般也是采用温度控制器和高低压力控制器共同对压缩机实现双位控制。此种系统的特点：多级压缩，制冷温度般在一。以下；制冷规模中等，如果要提高制冷规模，可多台并联；温度控制可以采用多种方式。制冷系统的原理复叠式制冷系统的系统原理，如图所示。设计、配套的设备部件主要有：蒸发冷凝器、送风机、膨胀阀、热交换器、压缩机、储液器等。图制

45、冷系统原理图示主要组成部件如下：卜一高温级压缩机；低温级压缩机；膨胀器：恒压阀：蒸发冷凝器；蒸发器；热交换器：一般设计选择复叠式制冷系统主要考虑以下几个步骤：）确定制冷系统方案，）根据要求计算热负荷，确定机组功率，）根据性能要求和市场情况选择机组，）确定配套部件的选型，如确定蒸发器传热面积，确定冷凝器传热面积等。一般情况部件和压缩机是配套选择的，上海大学硕士学位论文）根据具体要求确定系统控制调节和系统保护，根据制冷要求设计制冷系统制冷功率的计算机组的青冷功率的确定要根据箱内体积、箱体导热面积及导热率等系统参数，并考虑到制冷和加热速度的要求。所需要的制冷量主要来自以下几个方面：保温箱厢体结构的传

46、热引起的热负荷；保温箱内部所安装的设备所引起的热负荷；通过观察窗和动力输入轴的传热引起的热负荷，分别加以分析：保温箱总热负荷计算公式：（。绒）×式（）总热负荷由、。、级三部分组成，分析如下：）箱体漏热量幺：箱体是不同材质共同组成的，其中有中空玻璃窗、发泡箱体、门封条等，材料不同，传热系数就不同，因此箱体各壁体的漏热量亦不相同。箱体漏热量为个部分漏热量之和：（：）中空玻璃窗漏热量传热系数：世：一去九壶口月盘式中：口、一为室外环境空气对箱体壁的给热系数；口，一为箱体壁对箱内空气的给热系数；为所用材料的导热系数；一为所用材料的厚度。从制冷工程手册可查得：（）：口，（：）：玻璃（）；空气（）

47、。取口，口，代入式（），得：（？）。则玻璃窗的漏热量可用下式计算：（一）式中一为中空玻璃窗面积（），：！查查兰堡主兰笪堡壅一一传热系数，一室外温度，一室内平均温度，一一代入式（）得：（）发泡壳体漏热量：查得硬质聚氨酯泡沫导热系数（），重复利用（）式和（）式可以算出，箱体个部分的参数见下表：箱体部位面积（）厚度（）传热系数（）温差（）漏热量（）顶郎底部两侧前后面壳体的总漏热量等于各表面的漏热量的总和。各表面的参数如上图所示，发泡壳体的总漏热量为：（）门封条漏热量，：很难用计算式表达，工程上一般用估计的方法计算。一般经验认为，占总箱体漏热量的。珐（，）×（）因此，保温箱体总漏热量为：（）

48、箱体内设备吸收的热量。：设备吸收的热量又称使用负荷，它与设备的总量及材料种类有关。在此项目中，可以认为箱体内的设备全部为钢制，根据机械图纸计算得出箱体内设备的总质量。本项目的设备总量约为：（）：则设备吸收的热量为：掣式中一为设备的总量（）圭塑查兰堡主兰堡兰兰一一一为设备材料（低碳钢）的比热容，（）。一一室外温度，。一一室内温度，。一。一一降温时间，：（两小时降到极限）以上数据代入式（）得：。（）其他的热量损失。本保温箱采用强制风冷循环系统和荧光灯照明，它们都造成箱内热损失。风机总功率为，散失热量。，：绋×（）荧光灯为，假设设备运行时荧光灯都在工作，则散失热量。：××（）则强制风冷循环系统和荧光灯照明共同散失的热量。：。瓯（）将以上各个步骤计算的结果代入（）式，得出该保温箱总热负荷值为：（瓯瓯）（）压缩机组的选择在一般工程应用情况下，制冷系统设计时制冷剂与所需温度和压缩级数的对应见下表温度（）制冷剂压缩级数一单级单级一单级（双级）一双级双级一双级根据我国制冷行业发展状况和此设备的性能特点，在选取制冷剂时，要具体分析。一般情况优先选择的制冷剂为。无毒、单位容积制冷量大、对消耗臭氧层潜能值（）远比低，也低于，且、是首批禁用物质【。在新、旧制冷剂交替时期，对新建工程项目应该如何经济合理地选择制冷剂和制冷设备，是制冷设计人员面临的重要问题。目前、在复