液压传动综合实验研究与液压综合实验台设计文.doc

学士学位论文论文题目 液压传动综合实验研究与液压综合实验台设计 （英 文） experimental study of hydraulic and hydraulic integrated comprehensive test bench 学 院 机电与建筑工程学 专 业 机械设计制造及其自动化 姓 名 张妮 学 号 200706101114 指导教师 周 德 魁 2011年 6 月 3 日优秀学位论文作者声明本人郑重声明：所呈交的学位论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。本人完全了解有关保障、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关学位论文管理机构送交论文的复印件和电子版。同意省级优秀学位论文评选机构将本学位论文通过影印、缩印、扫描等方式进行保存、摘编或汇编；同意本论文被编入有关数据库进行检索和查阅。本学位论文内容不涉及国家机密。论文题目：液压传动综合实验研究与液压综合实验台设计作者单位：江汉大学作者签名：张妮 2011 年6 月3 日 液压传动综合实验研究与液压综合实验台设计摘要本文通过调研国内外液压综合实验台的种类及结构，分析我校液压设备的种类、各校液压综合实验的开设和性能。1该实验台将我校四台实验台综合为一体，各液压元件可共用，节约成本，节约空间，而且油路简单，利于学生观察和理解。2本实验台由三部分组成：控制部分、支撑部分、测试部分。采用形态分析法，从多种选择方案中进行比较选优，控制部分选用plc控制（没做具体分析）；支撑部分选用框架结构，材料选用铸铁；测试部分包括液压元件性能测试，演示实验，学生自主创新设计。3采用模块化设计方法，将各演示实验做成单独油路板，简化油路。4该实验台的设计， 集多功能于一体，不仅对实验台油路系统图、总装配图进行了设计，还设计了各油路板的零件图。这样的液压综合实验台不但可以供学生进行液压实验，同时可以供科研人员进行科研实验。本文还对基于该综合实验台的综合实验开发进行了研究。这项设计在液压综合实验台设计方面是一开创性工作。关键词：液压 实验台 综合实验 iiiexperimental study of hydraulic and hydraulic integrated comprehensive test benchabstractthis article through the investigation of the comprehensive experimental platform of hydraulic at home and abroad, analyzes type and structure of our species, the schools of hydraulic equipment of the comprehensive experiment opening and hydraulic performance. 1. the test bench will be our school four test bench for an organic whole, comprehensive can be shared by all hydraulic components, the cost savings, save a space, and oil-way simple, to favor the student observation and understanding. 2. this test bench consists of three parts: the control part, supporting part, testing part. using morphological analysis, from a variety of options scheme comparison optimum choice, the control part selects plc control (do concrete analysis); support parts choose frame structure, material chooses iron; test part includes hydraulic components performance test, the demonstration, the student independent innovation design. 3. modular design method, make each experimental demonstration oil-way board, simplified oil alone. 4. the experimental stage design and full-functioned, not only to test bench systems inner figure, always on the design, but also the assembly was designed the parts drawing each oil board. this comprehensive experimental platform of hydraulic can not only for students, and can supply hydraulic experiment scientific researcher research. this paper based on the comprehensive test bench of the comprehensive experimental development is studied. the design on hydraulic comprehensive experimental platform design is a groundbreaking work. keywords ：hydraulic test bench comprehensive experiments 目录目录v第一章 绪论11.1课题的内容及意义11.1.1课题研究内容11.1.2课题研究意义11.2国内国外同类产品比较及本试验台的特点21.2.1国内液压试验台发展现状21.2.2国外液压综合试验台发展现状31.2.3本试验台的特点31.3研究思路41.4 本章小结52.1引言62.2方案探讨62.2.1方案研究62.2.2试验台布局72.2.3设计思路92.2.4本方案的可行性102.2.5本课题需要解决的关键问题102.3液压系统设计102.3.1液压系统的设计原则102.3.2液压系统油路设计112.4液压油路系统设计具体分析与评价152.4.1油路具体分析152.4.2评价152.5外形尺寸的确定162.6 本章小结16第三章 技术设计173.1元件选型173.1.1液压能源部分173.1.2压力测试部分193.1.3液压缸计算选型203.1.4溢流阀选型223.1.5节流阀选型223.1.6电磁换向阀选型243.2装配图设计243.2.1支架连接243.2.2液压综合试验台的总装263.3零件图设计293.4 本章小结30第四章 基于本综合实验台的综合实验设计314.1搬运工件机械手原理314.2机械手液压系统plc控制设计324.3 设计结论34第五章 总结体会355.1本设计优点355.2本设计缺点355.3今后努力方向355.4设计体会36致谢38参考文献. 39vi 第一章 绪论1.1课题的内容及意义1.1.1课题研究内容液压传动课程是高校机械类学生的重要课程之一，实验教学是该课程的有机组成部分。作为液压课程教学体系重要组成部分的液压实验主要是在液压实验设备上来完成。然而，在试验中我们发现学校液压试验台具有以下缺点：1.液压回路和实验内容固定、功能单一；2.采用继电器控制，实验数据手工处理，实验数据精度不高；3.实验内容以演示为主、灵活性差、学生动手机会少，创新性差。为适应高校教学改革的深入，培养学生实际操作能力、实验设计能力以及机、电、液一体化的综合运用能力，本课题旨在设计液压综合教学实验和液压综合实验台，在液压综合实验的开设和实验方法上进行创新设计，综合我校qsc1、qsc2、qsc3、qsc16四台液压实验台为一台液压综合实验台，使其兼顾四台设备的功能，并能开设机电液气计等多学科结合的综合实验，归纳起来主要有：实验内容丰富、多变；实验过程加强了动手能力和创新能力的培养；具有机电液一体化的功能等等。1.1.2课题研究意义在过去的实验教学中，学生只是被动的根据实验指导书得内容，进行常规的验证性实验。而现在学生可以利用本试验台，在进行常规验证性实验的同时，还能进行自主设计、选元件、组装、调试运行、设置故障并排除等整个过程，大大提高了学生的主观能动性。在学生独立完成实验的过程中，他们能够提出自己的设计方案，并且马上在实验台上完成，检验其设计的合理性。而且，若有几个学生提出不同设计方案，则可以进行比较研究，并从中选取最优方案，这能在培养他们创造性的同时培养他们互相协作的团队精神。总的来说，在实验过程中：一是能满足目前液压传动课程实验教学的需要，加以改进后，形成开放性实验，提高学生的动手能力；二是对液压传动实验的开设进行研究，结合机械、电气、计算机等多学科知识设计综合实验，使学生更深入消化课堂内容，增强学生知识的联系性，提升学生综合实验能力和创新能力；三是设计液压综合实验台，使学校四台实验设备综合为一台设备，节约实验场地空间，提高设备的实验使用率；四是可供教师和科研人员进行研究型液压实验。1.2国内国外同类产品比较及本试验台的特点1.2.1国内液压试验台发展现状我国液压行业已形成了门类齐全、有一定生产能力和技术水平、初具规模的生产科研体系。ycs-c智能型液压综合试验台（文献3）：该液压传动综合实验台由操作台、（中压泵站）、控制台三大件组成，不但能完成液压传动课程的设计性、创造性、综合性实验，而且特别适用于液压工程测试，元件性能测试，对教学、科研、检测具有极为强大的支持，是液压学科中的学者、专家、工程技术人员的得力助手。实验项目包括：1、常用液压元件的性能测试实验。 2、液阻特性性能实验。 3、液压回路组态画面演示及控制实验。 4、液压传动基本回路实验。 5、可编程控制器（plc）电气控制实验，机电液一体化控制实验。6、液压传动系统组成示范演示实验。 7、液压传动各元部件结构及工作原理观摩、拆装实验。液压综合试验台（泵阀油缸马达试验），160kw，75kw，350bar，600l/min（文献4）. 实验项目包括：1.液压阀综合试验台，该实验台可测液压方向阀、压力阀和流量控制阀三大类液压控制阀的动、静态性能，配备 cat计算机辅助测试系统。测试范围、测试项目、测试要求符合 gb/t8104-1987、gb/t8105-1987、gb/t1987等有关国家标准。2. 液压泵试验台，该试验台可测试液压柱塞泵，叶片泵、齿轮泵等的动、静态性能，配备 cat计算机辅助测试系统。测试范围、测试项目、测试要求符合jb/t703970441993等有关国家标准。3.液压系统演示台，本液压系统演示台是用于学生自行设计、组装液压回路的专用实验台。可进行减压回路、调速回路、保压回路、顺序动作回路、换向回路、换速回路、卸荷回路、平衡回路、锁紧回路等回路的实验，以及比例阀、油马达、油缸等实验。亚龙yl-218-型 液压plc控制综合实训装置（文献5、文献6）：亚龙yl-218-型液压plc实训可编程控制，采用敞开式结构的操作板，各种真实的液压元件可灵活的安装在操作板上，各执行模块，plc实训仿真系统，组态技术为一体。学生用带有快速接头的连接管在各液压元件之间连接。连接方便简单，再配上可编程控制器的控制，组成具有一定功能的液压系统，具有很强的实操性。实验项目包括：采用节流阀的节流调速回路、采用调速阀的节流调速回路、简单的压力调节回路程、多级调压回路、采用减压阀的减压回路、采用三位换向阀的卸荷回路、采用先导式溢流阀的卸荷回路、平衡阀的平衡回路、采用顺序阀的顺序动作回路、采用电器行程的顺序动作回路、采用继电器的顺序动作回路、采用液控单向阀单向闭锁回路、采用液控单向阀双向闭锁回路、采用o型换向阀的锁紧回路、采用调速阀串联的调速回路、采用调速阀并联的调速回路、采用调速阀短接的速度换接回路、采用并联调速阀的同步回路、差动控制回路、采用变量泵的容积调速回路、采用变量泵和调速阀的复合调速回路、plc控制的压力继电器顺序动作回路、plc控制的电器行程顺序动作回路。1.2.2国外液压综合试验台发展现状在国外，由于计算机技术、信息技术和控制技术等发展较快，而且本身液压技术水平较高，许多国外液压技术元件制造公司都将液压cat技术用于对液压元件的研制开发、出厂检验。美国、德国、英国、日本等在液压cat方面开展的工作都有很多进展，他们采用搞笑宽屏的传感器检测信号，利用目前先进的hp系列应变单元和数据采集处理模块，采用实时高效的数据处理系统和丰富的计算机测试软件来完成液压cat系统，参考文献7。德国rexroth公司用于液压比例阀、比例泵等测试的试验台。日本制钢所的柱塞泵效率实验台。1.2.3本试验台的特点（1）综合我校四台液压实验设备为一台液压综合实验台，功能比原先的四台实验设备还有所增加，并减少占地面积，提高设备的使用率；（2）率先把机电液气计多学科技术运用到液压实验设备中，使学生的实验能力得到大大提升；（3）在实验方法和实验结果处理上更为完善，完全由计算机控制和处理，因此，实验设备的性能上上了一个台阶。（4）所开发试验台针对性强，实用性好，有助于锻炼和提高学生的综合能力和创新能力。（5）液体工作价值具有弹性和吸振能力，使液压传动运转平衡可靠。 （6）易于实现标准化，系列化和通用化，模块化便于设计制造和推广使用。（7）借助结构简单的液压缸可轻易地实现直线往复运动。1.3研究思路本次课题研究的液压综合实验台主要根据目前液压实验的种类分析，在液压传动实验的五个方面进行研究：1.验证性实验的实现-主要对液压元件的进行性能测试，这类测试主要测量液压元件前后的压差和流量，有的需要提供阻力，有的不需要，怎样设计固定回路，使其具有通用性，以完成对不同元件的性能测试；2.演示性实验设计，如压力形成实验、各种回路演示实验等，这类实验主要给学生演示各种回路，了解回路特性，回路基本固定。主要采用模块化设计，需要演示某种实验，只要把这个回路接入系统中来实现，要解决好与液压系统的接口；3.学生回路设计实验，这类实验主要由学生自行设计回路，然后连接到液压系统中，这类实验回路没有规律，可把各种液压元件固定在面板上，由学生自行连接回路来实现，要留好连接元件的位置，优化元件配备种类和位置；4.综合性实验设计和实现，这类实验把液压传动跟其他学科的广义机构连接起来，液压系统给这些广义机构提供动力、信号和控制，也可以在面板上留出广义机构的连接和固定的位置，供学生连接和设计实验。对这类实验要设计综合实验的原理和步骤，解决好在液压系统中的连接，传动和控制信号的产生，与广义机构的接口等问题；5.液压传动综合实验台的设计，包括液压站、液压传动原理、液压工作台的设计、各模块的布置，测试信号的处理、plc编程系统设计等。实验台由三大部分组成，即液压泵站、操作实验台和电器控制系统，在总体布置上充分考虑到使用方便及布局紧凑。考虑泵站维修方便和主操作平台大小适中和方便维修等特点，将液压泵、电机、外置。液压泵即液压源，用来将液压油提供给实验台，选用定量叶片泵-电机一台、油箱一个附有液位、油温指示计，吸油滤油器，安全阀等。定量叶片泵用来提供稳定的压力油。实验操作台，即实验的操作平台，用作实验涉及的的多种液压元件模块的固定平台、提供需要的元件和实验元件间的接口等。各测试仪表盘及传感器也安装在操作台上，可根据不同实验由学生自行选择所需模块进行连接。电气控制系统包括实验用的plc电控设备及操作装置。1.4 本章小结（1）介绍国内外液压综合实验台现状，了解其发展现状，为本课题做准备。（2）本液压综合实验台具有许多优点，是多功能实验台。（3）初步确定研究思路。第二章 总体设计2.1引言液压传动是三大传动方式之一，所以液压与气压传动是高等院校机械类专业学生必须掌握的技术基础课，它是一门实践性很强的课程，而实验设备的有效利用，可以大大提高教学效果。通过实验，加深学生对课程基本概念和理论的理解和掌握，更重要的是培养学生发现问题、分析问题和解决实际问题的能力，启迪学生的创新思维，提高学生综合应用知识的能力。本实验台若用于教学中，预备能收到以下效果：（1）学生通过亲自在试验台上拼装及调试液压系统，锻炼学生的动手能力，培养理论联系实际的学习方法。（2）学生全面理解和掌握液压传动与控制学科的理论知识，学会合理设计液压系统和选用液压元件的能力。（3）创新性实验，可以成为学生进行科研活动的有效手段之一。（4）通过自主设计实验，大大提高学生对实验的兴趣和液压传动课程的教学质量。2.2方案探讨2.2.1方案研究该实验台可初步分为控制部分，支撑部分，演示实验，测试实验和学生自主设计实验。控制部分我们可以选择的方案很多，可以采用plc控制，继电器控制，也可以用手动开关控制，为了更好的与先进水平接轨，在此决定采用plc控制，控制部分还有数据的采集和分析，这一方面我决定用computer，它可以很好的和plc配合。总之对于这方面的课题研究不是本课题的研究重点，有另一老师带领学生研究，所以就不具体交代了。支撑部分为了节省材料和便于拆装，我决定用支架式。确定了支架式结构，就需要分析所选用的材料：铝合金轻，便于拆装和移动，但是价格高；铸钢刚度，强度高，但是太重，不变移动；铸铁刚度，强度对比铸钢稍差，但是重量相对较轻，价格也便宜，综合考虑，在此选用铸钢。对于演示实验，通过详细比较与分析，采用模块化设计是最优选择，测试实验也采用模块化设计。学生自主设计实验可选用t型槽和间隔横板。考虑到方案的选择有很多，为了更清楚，更直观的表示出来，在此选用形态分析法，具体见表2-1。表2-1 方案分析 由上表格知，有=162种，可选方案很多，经再三考虑分析，控制部分选用plc，支撑部分选用铸铁，演示实验选用个各演示实验单独设计油路板，测试实验采用油路板设计（即模块化设计），学生自主设计实验采用t型槽。2.2.2试验台布局随着社会的进步，科学的发展，社会对人才的要求越来越高，对教育提出了更高的要求。传统的实验远远不能满足现阶段设计能力的要求。在液压传动试验中，增加了设计型实验。因此，再设计试验台布局时，留出了足够的空间给学生自主设计实验。经过参考大量各公司试验台，并加以研究，根据本实验台特点，初步制定了三种简单布局，以下是三种布局的图片。布局1（图2.1）是把演示实验单独放在一个台上，可以和主试验台合并，也可以移开，在plc旁边也可接一个可拨动的托架，用来放电脑，各部分作用如图中标注可知。布局2（图2.2）是把演示实验和学生自主创新实验放在一起，可以把试验台做得长一些。布局3（图2.3）是把plc移到试验台架子下，把下面做成柜子式，安置plc装置。比较以上三个布局，布局1不仅有足够的空间供学生操作，而且美观。1这种布局简单直观，节约成本的同时也节约了空间，是一个很好的布局选择。因此我们选用布局1。图2.1布局1图2.2布局2图2.3布局3 2.2.3设计思路通过分析液压实验，找出学校开设液压实验的共性，设计出可满足各种实验的固定回路；采用模块式设计方法，不同回路的演示实验用不同模块；采用新型的油管和结构，保证液压系统不漏油；采用机床滑台结构，便于安装其他液压元件，形成学生自己动手设计液压回路和综合实验。基于本实验所要完成的相关实验，决定采用4个模块。一块用来学生油路设计实验，大概所需液压元件16个（除压力表和液压泵）。我们先把所需各液压元件安装好组成模块，由学生自己设计油路，在自己动手连接油管。据参观的qcs008实验台，可在该实验台基础上改进、简化、再创造，此方法具有一定的可行性。一块用来演示性试验，大概所需液压元件5个（除压力表和液压泵）。这个是由我们设计好油路，包括平衡回路、顺序动作回路、换向回路、速度换接回路等。我们将所需各液压元件都安装号，组成一个模块，通过控制电池换向阀换向演示不同回路。经考虑，这也是可行的。另外两块用来做液压元件测试实验：不包括液压泵:主要是测量流量和压力，并确定流量-压力特性。对于这些测量，只需要普通的流量计和压力表就行，这是次实验台上常规的装备，很好解决。在这里用两个模块是为了把所用油路设计好，分装在两个模块上，在两个模块间刘一定的空隙并装好接头，要测什么元件是就装什么元件，例如薄壁小孔，细长小孔，短孔，溢流阀，节流阀等。包括液压泵：液压泵的性能实验需要测出效率和工作压力之间的关系，也要测出输出功率与工作压力之间的关系。液压泵功率测量有两种办法：1、电功率表，将三相功率表接入电网与电动机定子线圈之间，功率表指示的数值就是电动机的输入功率。2、测出扭矩和转速，采用电机平衡法测量扭矩t，电动机两端有滚动轴承在轴承座中，电动机壳体可以自由摆动壳体上固定一杠杆，可借助杠杆和砝码产生的平衡扭矩t（t=g.l）来测量电机转子作用在定子上的反扭矩，求出t就是电动机轴的输出扭矩，也就是液压泵的输入扭矩；采用离心式转速表可以测量转速n。分析这两种方法，并加以比较，不难发现方法1，也就是电功率表法要简单，实行起来也很方便，只需多加一个电功率表就可以了。2.2.4本方案的可行性根据目前液压实验的种类分析，液压传动实验包括1.验证性实验，主要对液压元件的进行性能测试，这类测试主要测量液压元件前后的压差和流量，有的需要提供阻力，有的不需要，这可以设计成固定回路，在需要接元件的地方接入液压元件即可，更换不同的液压元件，以完成对不同元件的性能测试；2.演示性实验，如压力形成实验、各种回路演示实验等，这类实验主要给学生演示各种回路，了解回路特性，回路基本固定。可以采用模块化设计，需要演示某种实验，只要把这个回路接入系统中来实现；3.学生回路设计实验，这类实验主要由学生自行设计回路，然后连接到液压系统中，这类实验回路没有规律，可把各种液压元件固定在面板上，由学生自行连接回路来实现；4.综合性实验，这类实验把液压传动跟其他学科的广义机构连接起来，液压系统给这些广义机构提供动力、信号和控制，也可以在面板上留出广义机构的连接和固定的位置，供学生连接和设计实验。经过课题成员的努力，以及前几届学生的毕业设计，对液压综合实验台给予了深入的探讨，取得了一定的成果，摸清了设计思路和实现方法。2.2.5本课题需要解决的关键问题本课题需要解决的关键问题是：1.液压综合实验的设计，设计至少4-5个与机械、电气、气压传动、计算机技术的传动和控制实验，从实验原理、实现步骤和在综合实验台的实现三个方面来考虑和完善；2.综合学校四台液压试验台，使其能完成四台实验设备的全部功能并扩展；3.解决液压实验与计算机（plc）编程控制和电气控制液压系统等接口；4.液压综合试验台的总体设计和技术设计；5.实验数据的计算机处理等。2.3液压系统设计2.3.1液压系统的设计原则在研制之初，根据当前液压教学的发展趋势，结合我校的具体情况，确定了以下几条设计原则：（1）以液压传动课程的教学实验为目的，兼顾实用性要求该实验台基本能完成液压传动课程教学中的各种实验。所有元件均采用实物元件，系统的额定工作压力为6.3mpa，尽量缩小教学与实际应用的差距，并能为实际的液压系统提供一个实验平台。（2）多功能，可扩展要求该实验台的实验内容丰富多变，一机多用，不仅能做教学实验，而且能完成实际液压系统的有关实验。所有实验元件均为独立组件，通过橡胶软管，有学生自行设计、组装实验回路。每个工位都有液压的供给/回油接口、压力测试接口和实验回路的电器控制输入/输出接口等。（3）直观性强 要求实验台所完成的实验回路能较好的反映出油路的走向和元件的作用，使课堂教学的抽象性与实际回路的应用性能有机结合。2.3.2液压系统油路设计液压系统是液压实验台的核心，其设计的合理性将关系到实验的顺利进行。首先，针对常见的基本实验，具体分析其原理，单个的设计出液压系统的原理图，再综合各个实验的特点，将单个的原理图整合成一个简洁而完善的液压系统原理图。而在液压实验中，常见的基本实验有液阻特性实验、液压元件的性能测试实验、液压泵性能测试实验、节流调速回路性能测试实验等。综合这些在液压学习中常见的基本液压实验特点，都与压力、流量和本身的性能等特性有关。鉴于本实验要完成的实验及大量参考设计资料，根据设计原则最终确定了总液压油路系统图（图2.4），创新实验系统油路图（图2.5）、演示实验系统油路图（图2.6）在此只是列举一例。图2.4 总液压油路系统图表2-2 各电磁换向阀动作顺序表图2.5 演示实验系统油路图表2-3 各电磁换向阀动作顺序表图2.6 学生自主设计实验系统油路图表2-4 各电磁换向阀动作顺序表2.4液压油路系统设计具体分析与评价 2.4.1油路具体分析总油路选用了两个液压泵，一个定量泵，一个变量泵，两泵通过单向阀与一溢流阀连接，溢流阀在这里起安全阀作用，限定系统的最高压力。当1ya得电，3ya不得电时，液压缸通过连接卷筒，卷筒上挂一重物，可以测出液压泵的有用功，而液压泵旁连接有功率表，可以直接读出其输出功率。因此可以测出液压泵的性能参数。当1ya、2ya、4ya都不得电，3ya得电时，同时关闭与短孔，细长孔，薄壁孔相连的节流阀，可以测试大流量时的液压元件特性；当1ya、2ya都不得电，3ya、4ya得电时，同时关闭与短孔，细长孔，薄壁孔相连的节流阀，可以测试小流量时的液压元件特性。当需要测试短孔、细长孔、薄壁孔液阻特性时，可以打开与之相连的节流阀，通过压力表读书就可以画出液阻特性图。当1ya、2ya、3ya都不得电，1yt得电时，进行演示实验，演示定量泵进油节流调速回路（这只是演示实验之一，需要演示其他液压基本回路可以换相应演示实验模块），可调节节流阀控制液压缸前进速度；当1ya、2ya、3ya都不得电，2yt得电时,液压缸快退。学生自主设计实验，如图2.6。快进时，1ya和3ya得电，回油路直接与邮箱相通，回油速度快，此时活塞快速向前运动，完成快进；工进时，要求较快的慢速进给，3ya和4ya不得电，换向阀5处于中位，此时回油通过两个节流阀同时流回油箱，回油速度较快，此时活塞以较快速度向前进给，完成工进；工进时，要求较慢慢速进给，4ya得电，回油通过节流阀8流回油箱，此时油液通过一个节流阀回油箱，回油速度较慢，活塞慢速向前进给，完成工进；快退时，要求活塞快速退回，因此1ya不得电，2ya和3ya得电，回油油路直接与油箱相通，活塞快速退回，完成快退；快退到原位停止，此时1ya、2ya、3ya和4ya均不得电。2.4.2评价综合分析、评价上述油路图，液压元件相对传统试验台要少，相对减少了试验台的所需空间，也降低了成本。纵观油路图，整个油路图简单明了，便于学生理解，也便于实际实施，特别是演示实验的模块化设计，大大减少了油路图的复杂性，使学生更易理解和观察各个基本油路。2.5外形尺寸的确定考虑到以人为本的思想，并考虑到液压实验台台面的高度要有足够的空间安放液压站和安装油管，同时要方便操作，底架高确定为720cm，竖直台架的高度以可以方便的安装自主创新实验的液压元件为依据，故将其设计为1080mm。试验台总高确定为1800cm。查书知电磁换向阀的长度大概300cm，确定油路板尺寸为300300cm，由此得出试验台长1320cm,演示试验试验台长460cm,及总长1780cm。总宽确定为800cm。旁边并接演示实验，底架高度设计为一样，宽也设计一样，长根据实验要求设计为460cm。故液压实验台的总体尺寸为：总体高度为18000mm，总体宽度为800mm，总体长度为1780mm。2.6 本章小结（1）通过形态分析法经过比较分析，确定了实验台布局和结构。（2）针对常见的基本实验，具体分析其原理，单个的设计出液压系统的原理图，再综合各个实验的特点，将单个的原理图整合成一个简洁而完善的液压系统原理图。（3）液压元件相对传统试验台要少，相对减少了试验台的所需空间，也降低了成本，大大减少了油路图的复杂性，使学生更易理解和观察各个基本油路。第三章 技术设计3.1元件选型3.1.1液压能源部分优先考虑实验室是老师，学生做实验的地方，不适合大流量，大噪音。所以本实验中所有零件选型都选用中压6.3mp，中流量。分析液压泵种类，液压泵的结构形式一般有齿轮泵、叶片泵和柱塞泵。叶片泵分为两类，即完成一次吸、排油液的单作用叶片泵和完成两次吸、排油液的双作用叶片泵，单作用叶片泵多为变量泵，工作压力最大为7.0mpa，双作用叶片泵均为定量泵，一般最大工作压力亦为7.0mpa，结构经改进的高压叶片泵最大的工作压力可达16.0-21.0mpa。单作用式叶片泵，由于可以采用改变定子和转子间偏心距的方法来调节流量，所以一般适宜做成变量泵。但相对运动部件多，泄露较大，调节不变，不适于高压。双作用叶片泵，只能做成定量泵。压力较高，输油较均匀，应用广泛。本实验台采用了一个叶片定量泵和一个高压柱塞变量泵向系统供油，两泵既可单独供油，也可以同时供油。这种设计可完成“双泵供油回路实验”、“容积节流调速回路实验”、“限压式变量泵的调整实验”等。考虑到实验过程中的安全性和电机的低压启动等因素，在两泵的油口通过单向阀与一溢流阀相接，溢流阀在此做安全阀。定量泵外形尺寸如图3.1，规格见表3-1。变量泵外形尺寸参考定量泵，规格见表3-2。参考以上要求，定量泵型号选用svq25,变量泵型号选用v型轴向柱塞泵。依据工作情况还给液压泵配装了回油滤油器、液位液温计、油水冷却器等。通过上述措施确保了足相关要求。 同时,泵源设有安全装置及应急卸荷装置,以确保不会超压。电机部分，根据所选叶片泵的规格表中所给出的额定工况下泵的驱动功率以及液压综合实验台的具体尺寸，查阅机械设计手册，选择型号为y90s-6的电机，其功率为0.75kw，转速为910r/min，重量23kg。图3.1 高压定量叶片泵svq25尺寸图表3-1 定量泵规格表3-2 变量泵规格3.1.2压力测试部分由于本实验台的液压元件的选取都是以中等压力6.3mp为依据的，所以压力表的最大量程要比这个系统压力要高，同时压力表的精度要能满足实验的测量结果误差在实验允许的范围内，故综合考虑选取1.6级精度等级的量程为10mp的压力表，其型号为yfxc-100iv-z型,如图3.2。图3.2 压力表3.1.3液压缸计算选型液压缸结构简单，工作可靠，应用广泛，种类繁多。根据结构特点分为活塞式、柱塞式、回转式三大类；根据作用方式分为作用式和双作用式，前者只有一个方向由液压缸驱动，反向运动则由弹簧力或重力完成，后者两个方向的运动均有液压实现。从本次设计的要求分析，由于不需要太大的作用力，选则活塞式就可满足要求，活塞式分为双活塞杆液压缸和单活塞杆液压缸。双活塞杆缸的活塞两端都有活塞杆伸出。它主要由钢筒、活塞、活塞杆、左右缸盖、左右压盖等零件组成。钢筒固定式双杆活塞缸的进、出油口位于钢筒两端，活塞通过活塞杆带动工作台移动，工作台移动范围等于活塞有效行程的三倍，占地面积大，因此仅适用小型机床。而活塞杆固定式，缸筒与工作台相连，活塞杆通过支架固定机床上。此种安装形式，工作台的移动范围等于活塞有效行程的两倍，因此占地面积大，常用于大中型设备中。而单活塞杆液压缸只有一端有活塞杆，它主要由缸底、钢筒、缸头、活塞、活塞杆、导向套、缓冲套、节流阀、但放气孔的单向阀及密封装置等组成。缸筒与法兰焊接于一体，通过螺钉与缸底、缸头连接。单活塞杆缸也有钢筒固定和活塞固定两种安装形式。两种安装方式的工作台移动范围均为活塞有效行程的两倍。单活塞杆缸因左、右两腔有效面积不等，因此当进油腔和回油腔压力分别为p1和p2，输入左、右两腔的流量均为q时，液压缸左、右两个方向的推力和速度不相同。 如图3.3(a）所示，当压力进入无杆腔时，活塞上产生的推力f1和速度v1分别为： 如图3.3(b）所示，当压力进入有杆腔时，作用在活塞上产生的推力f2和速度v2分别为： 工程实用时将上列速度v1和v2的比值称为往返速比，并记为v，于是得： （a） （b）(c)图3.3 单活塞杆液压缸的速度与推力关系 即已知活塞直径d和速比v，可求的活塞杆直径d，而速比v越大、活塞杆直径d越大。如果单活塞杆缸的左、右两腔同时同压力油，如图4-10(c）所示，称为差动连接，差动连接的单活塞杆缸称之为差动液压缸。差动液压缸虽然左、右两腔压力相等，但因为左腔的有效面积大于右腔，因此使活塞向右的作用力大于向左的作用力，活塞向右运动，且只能向右运动。经以上分析，结合本次设计系统的要求，选着单活塞杆液压缸。如图3.4。图3.4 液压缸3.1.4溢流阀选型溢流阀一种液压压力控制阀。在液压设备中主要起定压溢流作用和安全保护作用。定压溢流作用：在定量泵节流调节系统中，定量泵提供的是恒定流量。当系统压力增大时，会使流量需求减小。此时溢流阀开启，使多余流量溢回油箱，保证溢流阀进口压力，即泵出口压力恒定（阀口常随压力波动开启）。安全保护作用：系统正常工作时，阀门关闭。只有负载超过规定的极限（系统压力超过调定压力）时开启溢流，进行过载保护，使系统压力不再增加（通常使溢流阀的调定压力比系统最高工作压力高1020）。根据系统对溢流阀的要求，以及流量q以及负载压力，选择yf-b10h型,见图3.5。3.1.5节流阀选型节流阀是一种最简单有最基本的流量控制阀，其实质相当于一个可变节流口，即一种借助于控制机构使阀心相对于阀体孔运动改变阀口过流面积发热阀。常用在定量泵节流调速回路实现调速。在实验中，当节流阀在小开口面积下工作时，虽然阀的前后压力差和油液粘度均不变，但流经阀的流量会出现时多时少的周期性脉动现象，随着开口的继续减小，流量脉动现象加剧，甚至出现间歇式断流，使节流阀完全丧失工作能力。上述这种现象称为节流阀的堵塞现象。造成堵塞现象的主要原因是油液中的污物堵塞节流口造成的，即污物时堵时而冲走造成流量脉动；另一个原因是油液中的极化分子和金属表面的吸附作用导致节流缝隙表面形成吸附层，使节流口的大小和形状受到破坏。节流阀的堵塞现象使节流阀在和小流量下工作时流量不稳定以致执行元件出现爬行现象。因此，对节流阀有一个能正常工作的最小流量控制。这个限制值称为节流阀的最小稳定流量，用于系统则限制了执行元件的最低稳定速度。本次设计的油路的油液的流量为中等流量，流量定位9l/min，查阅网上资料，选用型号lf-b10h,如图3.6。图3.5 溢流阀图3.6 节流阀3.1.6电磁换向阀选型换向阀是具有两种以上流动形式和两个以上油口的方向控制阀。是实现液压油流的沟通、切断和换向，以及压力卸载和顺序动作控制的阀门。可分为手动换向阀、电磁换向阀、电液换向阀等。根据所需求的功能要求，选gb2514-ac-05-4-a三位四通电磁阀、二位三通电磁阀（液压系统设计简明手册）。3.2装配图设计3.2.1支架连接支架的连接可以采用焊接，角铁连接，铰链连接等。焊接是通过加热、加压，或两者并用，使同性或异性两工件产生原子间结合的加工工艺和联接方式。无论何种焊接方法，焊后总是有焊接残余应力存在，只是不同方法的残余应力大小不同而已，焊接的零件同时由于热影响区的急冷，在碳含量较高的条件下，容易产生淬火马氏体，容易产生裂纹。而且如果焊接过程中控制不到位，容易产生气孔、夹渣、未熔合、未焊透等缺陷。最重要的是焊接不利于拆装，而我们所设计的试验台相对较大，不便于运输和移动。角铁可按结构的不同需要组成各种不同的受力构件，也可作构件之间的连接件，如图3.7。角铁连接受力均匀，不会出现应力集中现象，相对而言强度更好，安全性更高。图3.7 角铁铰链又称合页是用来连接两个固体，并允许两者之间做转动的机械装置。铰链可能由可移动的组件构成，或者由可折叠的材料构成。它一般要求板厚度为1820mm。按材质分类主要分为，不锈钢铰链和铁铰链。如图3.8。综合考虑拆装方便要求，强度要求，刚度要求，经过比较，最终决定选用角铁。图3.8 铰链3.2.2液压综合试验台的总装对于本液压实验台采用明确区分功能区，例如液压站由于不需要人去经常操作，故放在液压实验台的底部。除此之外，液压实验台中系统的组成还需要很多油管连接，复杂的油管如果随便安装，将环绕整个实验台，非常混乱，所以将绝大部分的液压油管的连接隐蔽安装在液压实验台的底部和台架内部，如图3.9所示：图3.9 液压油管局部示意图在油管的连接过程中，油管采用钢管，管接头采用螺纹连接的管接头，虽然钢管不便弯曲、接头装配工作量大，但是拆装方便，工作可靠，所以应用于液压实验台时，常用在不常拆装的地方。而常常拆装的部分，例如演示实验部分和自主创新实验部分的液压元件的连接就是使用可以随便弯曲的橡胶软管。同时，在液压系统连接的过程中简单方便的油路分支元件，如图3.10所示：图3.10 右路分支原件示意图实验台的仪表装置安放在实验台的顶端，方便站在不同的位置的实验人员方便的读取数据，如图3.11所示：图3.11 仪表板示意图对于新型综合液压实验台而言，电器部分是非常重要的部分，有关的电器元件就可以安装在液压实验台的竖直架子上面的电器扩展部分，这样可以大大的减小液压实验台的体积，同时减少了实验台与外部的连线，如图3.12所示。图3.12 电气安装示意图 图3.13液压缸布置示意图液压实验台中液压缸是非常重要的部分，作为执行元件，不管是阀的性能测试实验，演示实验，还是自主创新实验都会用到液压缸。由于液压实验台两面都可以进行液压实验，所以照顾到多方面的的因素，液压缸就装在液压实验台演示实验台面的上侧横放，在任何一边进行实验都可以方便清楚的观察液压缸的运动，同时，掩饰实验的液压油板与之连接也非常方便。如图3.13所示。由于综合液压实验台可以方便快捷的进行自主创新实验是很重要的一点，所以，为了可以在实验台上快速的进行自主创新实验，就设计了可以快速方便的拆装液压元件的t型槽，如图3.14所示:总装配图见附件1。 图3.14 t型槽示意图3.3零件图设计零件图设计主要是油路板的设计。液压油路板一般用灰铸铁来制造，要求材料致密，无缩孔缩松等缺陷。液压油路板正面用螺钉固定液压元件，表面粗糙度值为ra0.8um，背面连接压力油管（p），回油管（t），泄露油管（l）和工作油管（a、b）等。油管与液压油路板通过管接头用米制细牙螺纹或英制管螺纹连接。液压元件之间通过液压油路板内部的孔道连接。除正面外其他加工面和孔道的表面粗糙度值为ra6.312.5um。本次液压系统元件不多，要求液压油路板上的元件布局紧凑，尽量把元件都放在一块板上。但又要避免液压油路板上孔道过长，给加工带来困难，所以板的外形尺寸一般不大于400mm，板上安装的阀一般不多于1012个。本次的设计原理图按回路形式和元件个数，将其分为两个油板，这样既可方便油路的连接，还可以方便设计，且满足设计要求。液压油路板正面用来安装液压油路元件，表面粗糙度值为ra0.8um。上面布置有液压元件固定螺孔、油路板固定孔和液压元件的油孔。当液压元件布置完之后，孔道位置就基本确定了。液压油路板背面设计有与执行元件连接的油孔（a、b），与液压泵连接的压力油孔（p）以及与液压油箱连接的回油孔（t），此类液压油孔可加工成米制细牙螺纹空或英制管螺纹孔。液压油路板内部孔道一般分三层布置：第一层：距液压油版正面距离10mm，一般布置泄露油孔（l）和控制油孔（k），要注意的是防