液壓阻尼器試驗(yàn)臺的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)機(jī)械制造專業(yè)

1、1 緒論 論文研究背景及意義1.1.1 液壓阻尼器1.1.2 振動(dòng)臺1.1.3 電液伺服系統(tǒng) 1.2.1阻尼器試驗(yàn)臺的發(fā)展現(xiàn)狀 1.2.2 阻尼器性能的檢測 1.2.3 課題的意義本課題擬解決的關(guān)鍵問題和研究方法2 液壓阻尼器試驗(yàn)臺的設(shè)計(jì)2.1 試驗(yàn)臺試驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求2.2 液壓阻尼器的試驗(yàn)要求2.3 控制系統(tǒng)方案的確定2.4 試驗(yàn)臺液壓系統(tǒng)的確定3 試驗(yàn)臺液壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.1 激振器設(shè)計(jì) 3.1.1 靜態(tài)設(shè)計(jì)3.1.2 計(jì)算激振器的性能參數(shù)3.2 伺服閥選擇計(jì)算3.2.1 大流量伺服閥的選取3.2.2 小流量伺服閥的選取3.3 系統(tǒng)的流量供給及油源設(shè)計(jì)3.3.1 液壓伺服油源的要求3.3.

2、2 液壓能源的種類和確定方案3.3.3 油源設(shè)計(jì)計(jì)算3.4 蓄能器組選擇3.5 系統(tǒng)油箱的設(shè)計(jì)3.5.1 油箱的分類3.5.2 設(shè)計(jì)油箱需考慮的因素：3.5.3 油箱的設(shè)計(jì)3.5.4 油箱附件的選擇3.5.5 過濾器的選擇3.5.6 冷卻器3.6 管道尺寸確定3.6.1 管路材料3.6.2 管接頭3.6.3 管路的選擇安裝3.7 管道的密封3.8 系統(tǒng)閥塊設(shè)計(jì)4 液壓阻尼器試驗(yàn)臺結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)4.1 試驗(yàn)臺架設(shè)計(jì)4.1.1 計(jì)算設(shè)計(jì)左、右支撐立板4.1.2 左右滑動(dòng)板設(shè)計(jì)4.1.3 導(dǎo)向軸的設(shè)計(jì)計(jì)算4.2 試驗(yàn)臺的電控系統(tǒng)4.2.1 油源的電控系統(tǒng)4.2.2 振動(dòng)臺傳感器應(yīng)用5 總結(jié)1 緒論引言 所

3、謂阻尼，是指使自由振動(dòng)發(fā)生衰減的各種摩擦與其他阻礙作用。而阻尼器，是一種以安置在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上的阻力來消耗運(yùn)動(dòng)能量，從而加快振動(dòng)衰減，以用來減緩沖擊的裝置。阻尼器可分為固體粘滯阻尼器、 空氣阻尼器和油阻尼器等。具體應(yīng)用有脈沖阻尼器，粘滯阻尼器，液壓阻尼器，阻尼鉸鏈等。而其中，液壓阻尼器則利用能夠?qū)λ俣确磻?yīng)靈敏這一特點(diǎn)廣泛應(yīng)用于大型工程的管道及設(shè)備，來達(dá)到減振消能的目的，使設(shè)備不至于因振動(dòng)過快而損壞。 近些年來，隨著社會(huì)技術(shù)的發(fā)展，對阻尼器的研究技術(shù)也進(jìn)一步的提高，對其進(jìn)行試驗(yàn)、檢驗(yàn)的技術(shù)也日益增進(jìn)，因此液壓阻尼器在很多場合都得以應(yīng)用。既在軍工產(chǎn)業(yè)中占據(jù)重要地位，也在民用產(chǎn)業(yè)中發(fā)揮作用。對于阻尼器的

4、廣泛運(yùn)用，其安全性對與系統(tǒng)有著重要的作用。因此，為了保證阻尼器在各項(xiàng)參數(shù)上達(dá)到所需要的標(biāo)準(zhǔn)，要使用專門的試驗(yàn)系統(tǒng)來檢測其性能。1.1.1 液壓阻尼器 液壓阻尼器是阻尼器的一種具體應(yīng)用，它是一種液壓式進(jìn)給速度控制裝置，能夠在從低速到高速的范圍內(nèi)自由調(diào)節(jié)氣缸的進(jìn)給速度。液壓阻尼器的控制方式分為彈簧返回型和空氣返回型兩種。液壓阻尼器，無論是于軍工、航天領(lǐng)域，還是民用工程領(lǐng)域，均有大量應(yīng)用。相較于其他阻尼器，液壓阻尼器具有防腐性好，結(jié)構(gòu)緊湊，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快等特點(diǎn)，更多的應(yīng)用于大型工廠的管道及設(shè)備的抗振動(dòng)方面。1.1.2 振動(dòng)臺 振動(dòng)臺可以提供典型振動(dòng)條件，它可以用來評價(jià)和檢驗(yàn)各類工程設(shè)備裝置的機(jī)械力學(xué)性能

5、。振動(dòng)臺一般可分為液壓式，振動(dòng)式和機(jī)械式等三種。其中，液壓振動(dòng)試驗(yàn)臺具有快速響應(yīng)，高精度，多功能等特點(diǎn)，可以很好的完成新型液壓阻尼器及其他設(shè)備的各種性能試驗(yàn)。因此，液壓振動(dòng)試驗(yàn)臺對液壓阻尼器的性能檢驗(yàn)起了極為重要的作用。1.1.3 電液伺服系統(tǒng) 電液伺服系統(tǒng)是一種液壓控制系統(tǒng)，它的控制核心是伺服元件。電液伺服系統(tǒng)一般由指令裝置，放大器，控制器，伺服元件，執(zhí)行元件，液壓源，反饋傳感器，及負(fù)載等組成。電液伺服系統(tǒng)的發(fā)展史 液壓伺服技術(shù)最初的發(fā)展是在二戰(zhàn)期間。在當(dāng)時(shí)，采用單純的電磁元件的控制系統(tǒng)，已經(jīng)不能滿足軍事上如先進(jìn)武器的控制系統(tǒng)的大功率、高精度等的一系列高性能要求。因此，能夠滿足這些要求的液壓

6、系統(tǒng)發(fā)展了起來。后來，隨著基本理論的完善，到60年代初期，在軍事部門和民用工業(yè)中，液壓伺服系統(tǒng)已經(jīng)被大規(guī)模的應(yīng)用起來。雖然液壓伺服系統(tǒng)具有優(yōu)良的動(dòng)態(tài)性能，但它同時(shí)具有成本昂貴，維護(hù)困難等缺點(diǎn)。因此人們開發(fā)了電液比例控制這一相對廉價(jià)的一種液壓伺服技術(shù)。 近些年來，隨著在一些重要元件性能上取得突破，機(jī)電伺服技術(shù)不斷發(fā)展。除了航空航天領(lǐng)域外，大多數(shù)設(shè)備都采用了機(jī)電伺服系統(tǒng)。但對于直線運(yùn)動(dòng)的控制，相對于液壓伺服系統(tǒng)，機(jī)電伺服系統(tǒng)仍有不足。電液伺服系統(tǒng)的特點(diǎn) 這里我們采用液壓伺服系統(tǒng)，其主要原因是同其它系統(tǒng)（如氣動(dòng)伺服系統(tǒng)等）相比，它具有如下優(yōu)點(diǎn)：“功率重量”比大力矩慣量比大液壓馬達(dá)的調(diào)速范圍寬能實(shí)現(xiàn)大

7、功率直線伺服驅(qū)動(dòng)，且結(jié)構(gòu)簡單系統(tǒng)剛度較大潤滑性能好論文研究背景及意義1.2.1阻尼器試驗(yàn)臺的發(fā)展現(xiàn)狀液壓阻尼器試驗(yàn)臺現(xiàn)階段具有如下特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)緊湊，安裝空間??；防腐性能好；阻尼力大；動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間短等。這些優(yōu)點(diǎn)讓液壓阻尼器試驗(yàn)臺在液壓阻尼器試驗(yàn)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用?，F(xiàn)如今隨著技術(shù)的發(fā)展，已能將計(jì)算機(jī)技術(shù)與試驗(yàn)臺相結(jié)合。這便可以提前設(shè)定好參數(shù)，進(jìn)一步提高試驗(yàn)臺的工作效率，改善試驗(yàn)臺的操作性能。對液壓阻尼器試驗(yàn)臺性能的改進(jìn)，國內(nèi)外都進(jìn)行了充分的、深入的研究。（1）國外阻尼器試驗(yàn)臺的研究發(fā)展現(xiàn)狀國外企業(yè)很早便展開了液壓阻尼器試驗(yàn)臺方面研究。某些企業(yè)在九十年代初期便已推出了具有代表性的系統(tǒng)。他們實(shí)現(xiàn)了電液伺服

8、系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)技術(shù)的融合。這一創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)了試驗(yàn)精度的提高和系統(tǒng)功能的增強(qiáng)。 國外液壓阻尼器試驗(yàn)臺的優(yōu)點(diǎn)主要有以下幾個(gè)方面：系統(tǒng)采用數(shù)字化控制方式，使得阻尼器試驗(yàn)臺系統(tǒng)反應(yīng)時(shí)間更短，控制更加準(zhǔn)確。采用了更加合理的結(jié)構(gòu)技術(shù)，如非金屬噴涂，動(dòng)、靜壓支撐等，增強(qiáng)了試驗(yàn)臺運(yùn)行性能，提高了運(yùn)行精度。國外試驗(yàn)臺智能化，網(wǎng)絡(luò)化程度更高。這使得試驗(yàn)效率得到提高，試驗(yàn)范圍也更大。 國外的液壓阻尼器試驗(yàn)臺雖然性能優(yōu)異，但在引進(jìn)過程中仍然存在一些問題：這些先進(jìn)試驗(yàn)臺的價(jià)格比較高，對國內(nèi)一些中小企業(yè)來說，資金不足便成為了一個(gè)問題。國外試驗(yàn)臺技術(shù)復(fù)雜，維護(hù)成本也就變高。而且引進(jìn)的機(jī)械，資料一般都為外文編寫，因此語言問題便又

9、是一個(gè)難點(diǎn)。地理上的距離使得供貨時(shí)間變長。這無疑增加了企業(yè)的時(shí)間成本。（2）國內(nèi)阻尼器試驗(yàn)臺的研究發(fā)展現(xiàn)狀 相比于國外，國內(nèi)企業(yè)對于液壓阻尼器試驗(yàn)臺的研發(fā)起步比較晚。整體的研究水平也就相對落后。如今，經(jīng)過相關(guān)科研人員的不懈努力，在計(jì)算機(jī)控制、高精度測量等方面，已經(jīng)做出了相當(dāng)?shù)某晒Ｈ欢?，與國外同行業(yè)先進(jìn)水平相比，我國阻尼器試驗(yàn)臺仍有許多不足之處，亟待改進(jìn)：由國內(nèi)企業(yè)研發(fā)的阻尼器試驗(yàn)臺尚不能很好的滿足大載荷的測試要求。國內(nèi)企業(yè)尚未研發(fā)出專業(yè)的軟件系統(tǒng)，只能受到國外把持。由此，反映出的是國內(nèi)企業(yè)在軟件開發(fā)領(lǐng)域力量的薄弱。國內(nèi)試驗(yàn)臺整體的集成度不足。國內(nèi)企業(yè)不能很好的將機(jī)械、液壓、電氣等方面的技術(shù)融

10、合進(jìn)試驗(yàn)臺中。 1.2.2 阻尼器性能的檢測 對阻尼器的性能測試一般通過試驗(yàn)臺來完成。一般來說，有以下幾項(xiàng)測試內(nèi)容：低速運(yùn)行下阻力測試。即：當(dāng)阻尼器在設(shè)定的低速下運(yùn)行時(shí)，檢測其受到的阻力。并繪出阻力與時(shí)間的關(guān)系曲線。鎖死速度試驗(yàn)：當(dāng)有不同的負(fù)載作用時(shí)，找出讓阻尼器控制閥自動(dòng)閉鎖的那個(gè)速度。并描繪出負(fù)載與速度的關(guān)系曲線。阻尼器的抗疲勞試驗(yàn)：檢測阻尼器在N次運(yùn)動(dòng)中的損耗程度，對其的性能進(jìn)行評估。阻尼器的動(dòng)態(tài)剛度試驗(yàn)：設(shè)置某一頻率，將阻尼器最大載荷設(shè)置成額定載荷。繪出載荷與位移關(guān)系圖。 1.2.3 課題的意義 本課題為高精度，大載荷液壓阻尼器試驗(yàn)臺的研發(fā)。液壓阻尼器試驗(yàn)臺是一種高新技術(shù)產(chǎn)品。它集機(jī)械

11、結(jié)構(gòu)開發(fā)，液壓系統(tǒng)開發(fā)，電路控制開發(fā)于一體，在液壓阻尼器性能檢測方面起著極為重要的作用。目前，美、日等國幾乎壟斷了我國在高精度、大載荷液壓阻尼器試驗(yàn)臺方面的市場。這說明我國產(chǎn)品同國外先進(jìn)產(chǎn)品之間仍有不小差距。本課題就是希望能在高精度、大載荷試驗(yàn)臺的研發(fā)上能夠有所突破，為我國的試驗(yàn)臺發(fā)展做出貢獻(xiàn)。因此本課題具有很強(qiáng)的理論意義和現(xiàn)實(shí)意義。本課題擬解決的關(guān)鍵問題和研究方法 調(diào)查研究阻尼器試驗(yàn)臺的工作情況，熟悉阻尼器試驗(yàn)臺各零部件之間的合理組裝。根據(jù)阻尼器試驗(yàn)臺的形狀、尺寸、性能等要求的分析結(jié)果，確定阻尼器試驗(yàn)臺基本設(shè)計(jì)方案，液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和狀態(tài)分析，并對液壓系統(tǒng)的效能及效能的恒定進(jìn)行評估，使其滿足各

12、項(xiàng)參數(shù)的要求。 首先根據(jù)已知條件確定初始設(shè)計(jì)方案，根據(jù)方案計(jì)算各項(xiàng)參數(shù)。然后，根據(jù)參數(shù)檢驗(yàn)方案是否滿足設(shè)計(jì)的要求。根據(jù)比較結(jié)果調(diào)整所得參數(shù)。這樣通過多次的分析、檢驗(yàn)、修改，指導(dǎo)整個(gè)系統(tǒng)的工作性能完全滿足所需的要求。 2 液壓阻尼器試驗(yàn)臺的設(shè)計(jì)2.1 試驗(yàn)臺試驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求 在推力、壓力、頻率等不同條件下，阻尼器試驗(yàn)臺完成對阻尼器性能的檢測工作。收集數(shù)據(jù)后，利用力和速度等多種傳感器將數(shù)據(jù)輸出。將輸出的數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)中整理，并依據(jù)這些數(shù)據(jù)對阻尼器性能進(jìn)行檢驗(yàn)。其主要技術(shù)要求有： 最大動(dòng)、靜態(tài)力：1000kN； 工作頻率：1-33Hz(逐個(gè)頻率點(diǎn))； 振幅要求：1Hz時(shí)20mm；10Hz時(shí)5mm； 激

13、震器最大行程：150mm； 激震器最高速度31.4cm/s（10Hz時(shí)為5mm）； 激震器最大加速度：40； 高頻振動(dòng)持續(xù)時(shí)間：2s; 動(dòng)態(tài)試驗(yàn)控制波形：正弦波；系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)采集、查詢、存儲、打印功能。2.2 液壓阻尼器的試驗(yàn)要求1） 低速運(yùn)行下阻力測試。即：當(dāng)阻尼器在設(shè)定的低速下運(yùn)行時(shí)，檢測其受到的阻力。并繪出阻力與時(shí)間的關(guān)系曲線。2）鎖死速度試驗(yàn)：當(dāng)有不同的負(fù)載作用時(shí)，找出讓阻尼器控制閥自動(dòng)閉鎖的那個(gè)速度。并描繪出負(fù)載與速度的關(guān)系曲線。3）阻尼器的抗疲勞試驗(yàn)：檢測阻尼器在N次運(yùn)動(dòng)中的損耗程度，對其的性能進(jìn)行評估。4）阻尼器的動(dòng)態(tài)剛度試驗(yàn)：設(shè)置某一頻率，將阻尼器最大載荷設(shè)置成額定載荷。繪出載

14、荷與位移關(guān)系圖。2.3 控制系統(tǒng)方案的確定（1） 提出設(shè)計(jì)的方案 根據(jù)液壓阻尼器的試驗(yàn)要求，設(shè)計(jì)出試驗(yàn)臺的設(shè)計(jì)方案： 一 、采用機(jī)械化設(shè)備。機(jī)械設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)是性價(jià)比高。但機(jī)械式振動(dòng)臺直接承載能力小，波形的失真程度較大，振動(dòng)的形式較為簡單。而且該系統(tǒng)負(fù)載較大，且不能直接使用常規(guī)動(dòng)力源，而是需要經(jīng)過復(fù)雜結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化。因此，系統(tǒng)較為笨重。同時(shí)機(jī)械零件磨損較快，會(huì)影響其精度。采用機(jī)電一體化設(shè)備。相比于機(jī)械式振動(dòng)臺，電動(dòng)式振動(dòng)臺性能更為優(yōu)異。使用電動(dòng)式振動(dòng)臺，其可以模擬正弦，隨機(jī)波等形式的振動(dòng)，但它的承載能力范圍小，不符合本試驗(yàn)系統(tǒng)所提出的要求。響應(yīng)元件選用液壓激振器，控制系統(tǒng)選用液壓系統(tǒng)。液壓阻尼器試驗(yàn)臺可

15、以很好的完成液壓阻尼器及其他設(shè)備的性能試驗(yàn)。 在以上的幾個(gè)方案中，液壓式振動(dòng)臺相對于其他兩個(gè)振動(dòng)臺控制范圍大、測量精準(zhǔn)、波形種類多等優(yōu)勢，因此本設(shè)計(jì)最終選定的方案是液壓式試驗(yàn)臺。擬定設(shè)計(jì)方案 在阻尼器試驗(yàn)臺的技術(shù)指標(biāo)中，液壓阻尼器試驗(yàn)的最高速度為31.4cm/s，而在低速時(shí)僅為2mm/s10mm/s。說明，當(dāng)所做的試驗(yàn)不同時(shí)，系統(tǒng)的流量不同，變化很大。只安裝一臺大流量伺服閥使，系統(tǒng)在某些情況下，如大流量，高速的實(shí)驗(yàn)中是穩(wěn)定的。但是在小流量、低速的試驗(yàn)中則是不穩(wěn)定的。因?yàn)橄到y(tǒng)的精度會(huì)因流量輸出量小而降低。同理，若只安裝小流量伺服閥，則也是不可行的。 解決方案： 由分析可知，我們可以將阻尼器的試驗(yàn)

16、分為兩種類型。一種是低速，小流量的靜態(tài)試驗(yàn)。另一種是高速，大流量的動(dòng)態(tài)試驗(yàn)。由此，我們可以安裝兩臺（大，小流量）電液伺服閥。這樣能滿足液壓系統(tǒng)在不同流速、流量下的需求，解決動(dòng)、靜態(tài)實(shí)驗(yàn)時(shí)流量變化過大的問題。 由此，最終確定符合設(shè)計(jì)要求的液壓阻尼器試驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。系統(tǒng)組成為：激振器、電液伺服閥、液壓油源、油源控制、拉壓式力傳感器等。系統(tǒng)設(shè)計(jì)方框圖如下。液壓原理圖2.4 試驗(yàn)臺液壓系統(tǒng)的確定 試驗(yàn)臺液壓系統(tǒng)圖如圖2.2圖2.2 液壓系統(tǒng)圖1油箱焊接圖 2液壓空氣濾清器 3液位液溫計(jì) 4蝶閥 5液位控制繼電器 6手動(dòng)變量柱塞泵 7壓力管路過濾器 8、13單向閥 9.電機(jī)1 0.回油濾油器 11.板

17、式冷卻器 12.比例溢流閥 14.先導(dǎo)式溢流閥 15、26高壓球閥 16蓄能器 17壓力繼電器 18、25耐震壓力表 19壓力表開關(guān) 20.電液換向閥 21.減壓閥 22 、23電磁換向閥 24壓力管路過濾器 27高壓蓄能器 28.電液伺服閥 29.三級電液伺服閥 30、31液控單向閥 32壓力傳感器 33液壓激振器34位移傳感器 35拉壓式力傳感器 36電磁水閥 37電接點(diǎn)溫度計(jì)液壓系統(tǒng)的油路分析：動(dòng)態(tài)試驗(yàn)時(shí)的油路分析： 首先，打開三臺液壓柱塞泵，壓力油經(jīng)過壓力管路濾油器7、單向閥8進(jìn)入主油路。這時(shí)換向閥22得電；一小部分的壓力油流經(jīng)減壓閥21，整個(gè)油路壓力降低，為大流量伺服閥29的提供壓力

18、油；換向閥23得電；液控單向閥30打開；電液換向閥20得電；主油路壓力油進(jìn)入大流量伺服閥29，然后通過打開的液控單向閥30進(jìn)入液壓激振器33推動(dòng)活塞完成試驗(yàn)。此時(shí)小流量伺服閥28不得電，液控單向閥31關(guān)閉。2）靜態(tài)、小流量試驗(yàn)時(shí)的油路分析：一臺柱塞泵時(shí)打開時(shí)，壓力油經(jīng)單向閥8進(jìn)入主油路。換向閥23不得電，液控單向閥31打開；換向閥22不得電，主油路壓力油通過換向閥22進(jìn)入小流量伺服閥，通過液控單向閥31進(jìn)入激振器33推動(dòng)活塞完成試驗(yàn)。電液換向閥20不得電，此時(shí)大流量伺服閥不工作，而液控單向閥30關(guān)閉。 3）系統(tǒng)說明系統(tǒng)采用三臺液壓泵供油時(shí)，是為了在不同試驗(yàn)的需求下，可以自由的選擇泵的多少來供油

19、，這樣做的目的是為了節(jié)約。在泵的都裝有單向閥8，這樣做的目的是為了隔離三臺油泵，在靜態(tài)、動(dòng)態(tài)試驗(yàn)的轉(zhuǎn)換過程中為了避免壓力油倒灌。而當(dāng)比例溢流閥12突然失電時(shí)，單向閥13能夠保護(hù)冷卻器11和低壓濾油器10，使其不被蓄能器組27中的壓力油沖擊。同時(shí)，在伺服閥與液壓激振器之間安裝液控單向閥。這樣便將兩個(gè)電液伺服閥隔離開。3 試驗(yàn)臺液壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.1 激振器設(shè)計(jì) 液壓激振器能夠輸出力、位移、速度等一系列參量。它是系統(tǒng)的執(zhí)行元件。液壓激振器要符合靜態(tài)試驗(yàn)下各參量的輸出要求。同時(shí)還要考慮油源系統(tǒng)的開發(fā)，激振器本身的安裝，電液伺服閥的選取，活塞軸的密封等具體要求。 3.1.1 靜態(tài)設(shè)計(jì)由已給出的條件分析

20、得出下表3.1：表3.1 試驗(yàn)臺電液力伺服控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求和參數(shù)項(xiàng)目符號參數(shù)單位工作要求被試件質(zhì)量M500Kg最大靜態(tài)力Fm1000KN工作頻率1-33Hz最大速度Vmax31.4cm/s最大加速度a40m/s2最大行程s150mm控制系統(tǒng)性能參數(shù)輸入信號下的控制精度ef5高頻持續(xù)時(shí)間t2s選取供油壓力Ps在本課題中，負(fù)載數(shù)值比較大。故供油壓力不能根據(jù)常規(guī)計(jì)算來算?，F(xiàn)在，取液壓系統(tǒng)的供油壓力確定液壓缸的活塞面積在保證伺服閥閥口有足夠的壓降的前提下，取負(fù)載壓力為：則液壓缸有效面積Ap為 EQ 因?yàn)橐簤焊椎挠行Чぷ髅娣e對于未知數(shù)缸筒直徑D與活塞桿直徑d,按工作壓力可取為/=0.7，代入上式得查相關(guān)

21、手冊得直徑圓整為=320mm,且取=220mm。則校核有效面積得查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊選取液壓缸型號為 YHG1G320/220150LF3L1Q圖3.1液壓缸結(jié)構(gòu)示意圖3.1.2 計(jì)算激振器的性能參數(shù)液壓系統(tǒng)的最大流量為（速度按照31.4cm/s計(jì)算）：由前面的計(jì)算可知，液壓激振器有效活塞面積為4.24104mm2。由此可得此時(shí)系統(tǒng)所需要的最大的峰值流量為798.6L/min(速度按31.4cm/s計(jì)算)。選擇蓄能器組，計(jì)算系統(tǒng)所需的平均流量：得系統(tǒng)平均流量系統(tǒng)的最小流量為(速度按照計(jì)算)。為了檢測兩腔的壓力，將壓力傳感器安裝在液壓激振器的兩個(gè)控制油口。液壓激振器的相關(guān)參數(shù)：激振器活塞桿直徑 激振器

22、活塞直徑 激振器活塞面積 激振器最大動(dòng)態(tài)力 激振器最大靜態(tài)力 動(dòng)態(tài)試驗(yàn)時(shí)最大峰值流量動(dòng)態(tài)試驗(yàn)時(shí)所需平均流量 靜態(tài)試驗(yàn)時(shí)所需最大流量 （速度按照計(jì)算）靜態(tài)試驗(yàn)時(shí)所需平均流量 3.2 伺服閥選擇計(jì)算3.2.1 大流量伺服閥的選取大流量電液伺服閥是三級電液流量伺服閥。無載流量是指當(dāng)供油的壓力全部落到閥上時(shí)伺服閥的流量。計(jì)算大流量電液伺服閥的無載流量的公式為：代入數(shù)據(jù)得由滑閥壓力流量方程式： EQ 式中：伺服閥的流量 流量系數(shù)液壓油密度 液壓油壓力執(zhí)行元件的壓降由上式可以得到，當(dāng)滑閥無載流量時(shí)，取Pl=0。此時(shí)系統(tǒng)的壓力流量公式可以簡化為下式：在25供油壓力下，電液伺服閥無載流量為。由此可求得，供油壓

23、力下時(shí)伺服閥的無載流量為。額定流量是指當(dāng)閥上的壓降為時(shí)的伺服閥的流量。伺服閥額定流量計(jì)算公式如下式所示： 帶入數(shù)值，則額定流量（閥壓降）為。選擇伺服閥時(shí)，所選伺服閥的額定流量應(yīng)為計(jì)算結(jié)果的1.1倍。大流量電液伺服閥采用標(biāo)準(zhǔn)式的“噴嘴擋板”結(jié)構(gòu)三級閥形式的大流量電液伺服閥。根據(jù)最后的計(jì)算結(jié)果，最終選用MOOG公司的伺服閥。型號D792S80JOPOGVSAO，D792系列，3級閥，額定流量，315bar的供油壓力，四通、軸向配磨、線性特性，先導(dǎo)級為D761的標(biāo)準(zhǔn)型，先導(dǎo)壓力15bar，先導(dǎo)外部供油、內(nèi)部回油，密封材料FPM，電連接器6針、DIN43563，滿量程主控信號10V、輸出信號10V，供

24、電電壓15VDC3，紋波80C），對液壓系統(tǒng)正常工作會(huì)產(chǎn)生很大的影響，如泄露嚴(yán)重等。如果通過冷卻器來降低油溫，使其滿足液壓系統(tǒng)的工作要求。在泵站裝配中，冷卻器裝在系統(tǒng)的回油路上，使回油冷卻后再回油箱。冷卻器的選擇 在本設(shè)計(jì)環(huán)境中，通過管道管壁，冷卻器可以吸收一部分液壓油中的熱量，加快熱量散發(fā)。同時(shí)還能在液壓油中制造紊流，來增加油液的傳熱系數(shù)。對冷卻器的基本要求是：保證散熱面積足夠大，散熱效率高和壓力損失小的前提下，要求結(jié)構(gòu)緊湊，堅(jiān)固，體積小，重量輕，最好有自動(dòng)控制油溫裝配，以保證油溫控制的準(zhǔn)確性。冷卻器分為水冷式和風(fēng)冷式，設(shè)計(jì)中選用的是水冷式，水冷式又分為多管式，板式，片式等。這里選用的是較常

25、用的多管式。這種冷卻器采用強(qiáng)制對流的方式，因此有較好的冷卻效果。冷卻器對油液由一定的阻力，使油液通過冷卻器有壓力損失。因此可在冷卻器上并聯(lián)一截止閥，當(dāng)油液不需要冷卻時(shí)打開截止閥，使油液直接會(huì)油箱。3.6 管道尺寸確定3.6.1 管路材料 根據(jù)本試驗(yàn)臺的工作條件選用無縫鋼管，其材料的機(jī)械性能為：b=400MPa；s=195MPa；=45%；s=22%。無縫鋼管擁有耐壓高，變形小，耐油，抗腐蝕等優(yōu)點(diǎn)。雖裝配時(shí)不易彎曲，但裝配后能長久保持原狀，用于中高壓系統(tǒng)。無縫鋼管由冷軋和熱軋兩種。在泵站中，主泵與電機(jī)正常工作時(shí)一般會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)?？梢栽诒玫倪M(jìn)出油口加軟管或在電機(jī)座下安裝減震墊消除震動(dòng)，以防止油液將這

26、種震動(dòng)傳遞到系統(tǒng)或油箱從而影響系統(tǒng)正常工作，。設(shè)計(jì)中可采用是橡膠補(bǔ)償接管和膠管接頭總成，安裝在泵的進(jìn)出油口。不合理的管路安裝，會(huì)不便于設(shè)備的安裝維護(hù)。而且會(huì)造成大的壓力損失，以至于出現(xiàn)震動(dòng)噪聲等現(xiàn)象。3.6.2 管接頭在液壓系統(tǒng)中，金屬管之間，金屬管與元件之間的連接，可采用多種方式。如焊接連接，法蘭連接和管接頭連接等。若采用焊接連接的方式，由于采用焊接手法及焊接技術(shù)的不同，焊接質(zhì)量不能得到保證。而且焊接連接容易斷裂，故不建議采用。采用法蘭連接有工作可靠，拆卸方便等優(yōu)勢，但缺點(diǎn)是尺寸較大，因此，只有在管道外徑較大時(shí)采用。一般情況下，多采用管接頭連接。管接頭連接的形式分為三大類，包括焊接管接頭，卡

27、套式管接頭，快速接頭。焊接式管接頭，具有結(jié)構(gòu)簡單，制造簡單，密封性能好等優(yōu)點(diǎn)。工作壓力可達(dá)31.5MP，應(yīng)用較為廣泛，在泵站裝配圖中，選用此接頭形式。因此設(shè)計(jì)中沒使用，不再敘述。在泵站的裝配中，主要使用焊接時(shí)管接頭連接。但缺點(diǎn)是焊接量小，要求焊縫的質(zhì)量高。注意各端直通管接頭與各元件結(jié)合時(shí)，結(jié)合面上的密封圈不能漏掉。管夾:管道應(yīng)選用管夾固定好，以防止管道的震動(dòng)。管夾分為三類：一類是普通管夾。根據(jù)管子數(shù)量分為單管夾，雙管夾和多管夾。另一類是高壓管夾。主要用于中高壓環(huán)境下的管道，其中間木塊為增加阻尼，避免震動(dòng)。第三類是用木塊托住鋼管。用螺栓固定 ，多用于中低壓管路中。3.6.3 管路的選擇安裝 管子

28、的內(nèi)徑按流速選取式中 Q液體流量 m2/s v流速 m/s。對于本系統(tǒng)取1.2m/s。油管的內(nèi)徑 d根據(jù)式：式中：q1通過油管的流量(L/min) V油管中的允許流速（m/s）其中：壓力管路流速：v=57m/s回油管路流速：v=25m/s吸油管路流速：v=0.53m/s代入數(shù)據(jù)：控制油管路：q1=63L/min;v=3m/s得d=22mm回油管路：q1=530L/min;v=5m/s得d=48mm壓力油管路：q1=261L/min;v=5m/s得d=34mm油管壁厚的確定油管壁厚按公式式中：p關(guān)內(nèi)最高工作壓力（MPa） d油管內(nèi)徑（） 油管材料許用應(yīng)力對于鋼管，p=b/n（b為材料的抗拉強(qiáng)度，

29、n為安全系數(shù)）當(dāng)p時(shí)，n為6；當(dāng)p時(shí)，n=4代入數(shù)據(jù)得壓力油管路：p=，n=4，4.76回油管路：p=3.5MPa，n=6，1.26控制油管路：p=3.5MPa，n=6，1.26油管安裝要求由于系統(tǒng)對油液的精度要求較高，全部管路應(yīng)進(jìn)行一次管道拆卸，要清洗后干燥，并且涂油以及進(jìn)行壓力測試。最后安裝時(shí)要保證管道和閥內(nèi)的清潔。當(dāng)全部安裝后，必須保持油路，油箱的清潔度，使整個(gè)系統(tǒng)能正常工作。在設(shè)計(jì)中，泵占用空間應(yīng)盡量小，所以整個(gè)泵站各個(gè)元件在位置布置上顯得緊湊，輔助泵，吸油濾油器及回油濾油器都裝在油箱蓋板側(cè)壁上。3.7 管道的密封 為了保證系統(tǒng)的正常工作和使用壽命，應(yīng)該系統(tǒng)的管道采取密封，這樣做的目的

30、可以保證系統(tǒng)的清潔度以及油液的清潔度。所以在管道連接處應(yīng)該采用適當(dāng)?shù)拿芊馊硎构艿肋_(dá)到密封的效果。密封圈的型號主要有O型密封圈、O型圈、包覆密封圈、y形密封圈、v形密封圈等。本課題選擇O型密封圈，因?yàn)镺型密封圈具有形狀簡單，價(jià)格低廉，制造容易等優(yōu)勢。密封圈的工作原理：自由狀態(tài)下，油封唇口內(nèi)徑比軸徑小，具有一定的過盈量；安裝后，油封刃口的過盈壓力和自緊彈簧的收縮力對旋轉(zhuǎn)軸產(chǎn)生一定的徑向壓力；工作時(shí)，油封唇口在徑向壓力的作用下，會(huì)形成0.25-0.5mm寬的密封接觸環(huán)帶。安裝時(shí)的注意事項(xiàng)：必須在密封圈上涂油，同時(shí)保證骨架油封與軸心線垂直，若不垂直，油封的密封唇會(huì)把潤滑油從軸上排干，也會(huì)導(dǎo)致密封唇的

31、過度磨損。3.8 系統(tǒng)閥塊設(shè)計(jì)閥塊是各種閥的安裝載體，在液壓系統(tǒng)中起著重要作用。閥塊可以用來減小各閥之間壓力損失，提高系統(tǒng)的運(yùn)行精度。系統(tǒng)中各閥集成到一起也便于安裝、調(diào)試和操作在振動(dòng)臺系統(tǒng)中，共設(shè)計(jì)有三個(gè)閥塊。系統(tǒng)中所有的液壓閥全部安裝在三個(gè)閥塊上。閥塊分別為：閥塊A，閥塊B，閥塊C。閥塊A位于油源出口，安裝在油箱頂部，其上有三個(gè)單向閥、一個(gè)比例溢流閥、一個(gè)先導(dǎo)式溢流閥和一個(gè)電液換向閥，總共六個(gè)液壓閥。高壓油通過閥塊A進(jìn)入主油路，并經(jīng)過閥塊A返回油箱。閥塊B安裝在油箱頂部，其上有兩個(gè)電磁換向閥和一個(gè)減壓閥。做小流量試驗(yàn)時(shí)，主油路流經(jīng)閥塊B。閥塊C安裝在激振器上，其上有大、小流量的電液伺服閥各一

32、個(gè)，液控單向閥四個(gè)，壓力傳感器兩個(gè)。兩個(gè)壓力傳感器用于測量激振器中兩個(gè)油腔內(nèi)的油壓。4 液壓阻尼器試驗(yàn)臺結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)4.1 試驗(yàn)臺架設(shè)計(jì)試驗(yàn)臺架是系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn)的平臺。系統(tǒng)產(chǎn)生的拉壓力能達(dá)到100T之巨，所以設(shè)計(jì)采用了封閉式的承力框架結(jié)構(gòu)。在其一端裝有“液壓激振器”，在另一端安裝長度不同的長度調(diào)節(jié)加長桿來完成位置調(diào)整，這樣目的是為了能夠?qū)Σ煌?guī)格的液壓阻尼器進(jìn)行測試。如下圖4.1所示：圖4.1 液壓阻尼器試驗(yàn)臺架試驗(yàn)臺架主要由安裝平臺29、右支撐立板37、左滑動(dòng)板5、右滑動(dòng)4、左支撐立板11、液壓激振器17、位移傳感器18、拉壓（力）傳感器34、長度調(diào)節(jié)桿、液壓閥塊C33等組成。4.1.1 計(jì)算設(shè)計(jì)

33、左、右支撐立板根據(jù)試驗(yàn)臺的測試要求，1-33Hz范圍內(nèi)，要對液壓阻尼器進(jìn)行不同載荷的試驗(yàn)，所以其它承受的是交變應(yīng)力。為了方便設(shè)計(jì),首先應(yīng)該假設(shè)一靜態(tài)數(shù)值來估取其值。(1)計(jì)算左右支撐立板尺寸由所選激振器液壓缸的尺寸以及考慮到試驗(yàn)臺所測試的液壓阻尼器的尺寸初步假定立板的側(cè)面為Alh16009501.52106mm2。選取左右支撐立板的材料為45鋼調(diào)質(zhì)，其材料性能為：；。查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊得45鋼的基本許用應(yīng)力329MPa。根據(jù)下列公式（其中W為抗彎截面系數(shù)）當(dāng)高為h寬為b的矩形，則代入數(shù)據(jù)算得左右支撐立板的厚度為b0.0086m，取b=120mm。底部凸緣部分的寬度b1=90mm，其厚h0=60。(

34、2)左、右支撐板與座連接設(shè)計(jì)支撐板與底座采用雙頭螺柱連接，根據(jù)受載分布區(qū)域，選用8個(gè)雙頭螺柱，并使他們沿中心線對稱布置，這樣能夠確保連接時(shí)受力比較均勻。由于螺柱主要承受軸向載荷，故按其靜強(qiáng)度設(shè)計(jì)，再對其疲勞強(qiáng)度和擠壓及剪切強(qiáng)度條件做精確校核。由于螺柱材料是塑性的，可根據(jù)第四強(qiáng)度理論可以算出螺栓在預(yù)緊狀態(tài)下的應(yīng)力為：故螺栓危險(xiǎn)截面的拉伸強(qiáng)度條件為：式中，F(xiàn)0為螺栓所受的預(yù)緊力，單位為N；d1螺栓危險(xiǎn)截面的直徑，mm； 螺栓材料許用應(yīng)力，MPa。代入數(shù)據(jù)，求出螺栓的最小直徑d1為18.5mm,取d1=20mm。查手冊選其型號為GB/T897-1988。4.1.2 左右滑動(dòng)板設(shè)計(jì)滑動(dòng)板主要的作用是承

35、受壓力，其對另外的力學(xué)性能要求較低，所以按抗壓強(qiáng)度計(jì)算，初選端面?zhèn)让鍭=lh=10004008105mm2。立板材料45鋼正火回火，其力學(xué)性能為：；。該系統(tǒng)中載荷隨時(shí)間變化，故滑動(dòng)板承受為交變應(yīng)力。故查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊得45鋼的基本許用應(yīng)力,由其中A=lb，代入上面公式算出b取整得b=160mm。中央凸臺半徑取R=270mm。左側(cè)滑板上固定兩個(gè)位移傳感器，右側(cè)滑板凸臺放置拉壓傳感器。右滑板前放置加長桿用以調(diào)節(jié)左右滑板的位置，以便適應(yīng)各種不同的液壓阻尼器的試驗(yàn)要求。準(zhǔn)備課調(diào)節(jié)的加長桿，然后根據(jù)試驗(yàn)要求通過增加或減少各種加長桿來達(dá)到試驗(yàn)所需的長度。墊板厚取100mm，A中間凹槽深30mm,半徑100m

36、m。4.1.3 導(dǎo)向軸的設(shè)計(jì)計(jì)算導(dǎo)向軸承受的力主要來自水平方向（軸向）的拉、壓應(yīng)力，以及滑板，阻尼器的自重對其產(chǎn)生的彎曲變形。由于導(dǎo)向軸承受的力主要來自水平方向的拉力，承受的力相對較大，所以按其承受拉伸應(yīng)力要求計(jì)算，再進(jìn)行彎曲強(qiáng)度校核。選軸的材料為45鋼正火，表面高頻淬火，以增強(qiáng)其耐磨性。45鋼材料性能為：；。由于本實(shí)驗(yàn)為動(dòng)態(tài)脈沖應(yīng)力所以不能根據(jù)常規(guī)算法計(jì)算，根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊的基本許用應(yīng)力為。取軸的長度為4000mm，其截面直徑為d由材料力學(xué)基本公式得,取d=60mm。對其進(jìn)行彎曲校核，當(dāng)兩滑板都處于中間位置時(shí)，所以最大的應(yīng)力出現(xiàn)在軸承受處，所以假設(shè)兩滑板質(zhì)量都集中于軸中間，軸同時(shí)還承受這拉應(yīng)

37、力，所以受力應(yīng)該為拉彎組合。對其受力分析得其彎矩圖為：圖4.2彎矩圖根據(jù)圖4.2可知中點(diǎn)承受的彎矩最大，故軸中點(diǎn)處的截面為危險(xiǎn)截面。假設(shè)中點(diǎn)B的最大壓力為5000N，根據(jù)第三強(qiáng)度理論對其進(jìn)行受力分析：代入已知數(shù)據(jù)得,本系統(tǒng)中d=60mmdmin，滿足設(shè)計(jì)要求。導(dǎo)向軸軸端加工螺紋，與M48螺母聯(lián)接，固定在兩個(gè)立板上。至此，試驗(yàn)臺架主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基本完成，然后再選擇合適的傳感器等輔助元件。4.2 試驗(yàn)臺的電控系統(tǒng)4.2.1 油源的電控系統(tǒng)隨著控制技術(shù)發(fā)展，液壓油源控制系統(tǒng)多采用可編程控制器作為控制系統(tǒng)核心，簡化控制系統(tǒng)，提高系統(tǒng)的可靠性。使系統(tǒng)的控制方式靈活多變，維修工作變得簡單明了。（1）液壓油源

38、控制的主要功能控制方式：單泵空載降壓起動(dòng)。啟動(dòng)電機(jī)采用的順序?yàn)榻祲簡?dòng)、分時(shí)停機(jī)，以便于減少對電網(wǎng)及系統(tǒng)的沖擊。系統(tǒng)壓力控制與壓力顯示。動(dòng)靜態(tài)試驗(yàn)油路切換控制。液壓油源系統(tǒng)的各種顯示及安全保護(hù)。可根據(jù)具體要求完成其它控制。（2）油源控制系統(tǒng)PLC控制柜主要包括以下幾部分：油泵電機(jī)控制、系統(tǒng)壓力升降、系統(tǒng)壓力保護(hù)、油溫控制、液面聯(lián)鎖控制和濾油器堵塞的自動(dòng)報(bào)警。油泵電機(jī)控制每臺泵電機(jī)均可以單獨(dú)啟動(dòng)或停止；也可以事先選定電機(jī)后按程序邏輯設(shè)置自動(dòng)順序啟動(dòng)。當(dāng)某臺電機(jī)工作時(shí)，電控柜面板給出該泵的工作指示，每臺泵均是空載降壓啟動(dòng)，所有泵啟動(dòng)后約10秒，建立系統(tǒng)壓力。油泵電機(jī)安全保護(hù) 每臺電機(jī)都配有熱過載保

39、護(hù)，當(dāng)電機(jī)溫度過高達(dá)到熱過載時(shí)，電機(jī)會(huì)停止工作。操作面板上也會(huì)給出該電機(jī)熱過載指示（指示燈亮）。系統(tǒng)壓力控制與安全保護(hù)液壓系統(tǒng)壓力通過比例溢流閥進(jìn)行調(diào)節(jié)。系統(tǒng)壓力卸荷通過一個(gè)電磁溢流閥完成。當(dāng)液壓系統(tǒng)的壓力出現(xiàn)異常時(shí)，電控能對系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)和顯示。如果油壓高于壓力上限設(shè)定值，泵電機(jī)停止工作，操作面板上指示燈亮；如果油壓低于壓力下限設(shè)定值，操作面板上的壓力低指示燈亮。動(dòng)靜態(tài)試驗(yàn)油路切換控制動(dòng)靜態(tài)試驗(yàn)通過一個(gè)電液換向閥、兩個(gè)電磁換向閥和4個(gè)液控單向閥的切換來完成。采用一個(gè)6通徑電磁換向閥控制4個(gè)液控單向閥的反向打開。靜態(tài)試驗(yàn)時(shí)，三個(gè)液壓換向閥都不得電；動(dòng)態(tài)試驗(yàn)時(shí)，三個(gè)液壓換向閥都得電。油溫控制與安全

40、保護(hù)由溫度計(jì)時(shí)刻檢測油箱內(nèi)的油液溫度。當(dāng)溫度升高到監(jiān)控區(qū)域時(shí)打開冷卻系統(tǒng)，進(jìn)行油液冷卻。當(dāng)溫度升高到60度時(shí)，操作面板上的指示燈亮起，并發(fā)出報(bào)警信號，一分鐘后泵組停止工作。油箱液位控制與安全保護(hù)當(dāng)油箱中液位高度高于或低于高低液位計(jì)的設(shè)定值，泵電機(jī)停止工作，操作面板指示燈亮，并發(fā)出報(bào)警信號泵組停止工作。濾油器油污堵塞自動(dòng)報(bào)警油污超過限定范圍時(shí)，操作面板上濾油器堵塞的狀態(tài)指示燈亮。當(dāng)發(fā)現(xiàn)濾油器堵塞后，停機(jī)后更換濾芯。4.2.2 振動(dòng)臺傳感器應(yīng)用在振動(dòng)試驗(yàn)臺系統(tǒng)中，所測得的各種物理量的測量都要通過傳感器傳輸出來。在本系統(tǒng)中，使用的傳感器包括位移傳感器（差動(dòng)變壓式位移傳感器）、溫度傳感器（監(jiān)測油溫）、

41、液壓油壓力傳感器（監(jiān)測系統(tǒng)壓力）、力傳感器（拉壓力）等多種傳感器。差動(dòng)變壓式位移傳感器（LVDT）是基于變壓器原理的一種高精度的位移傳感器。它通過一次線圈與二次線圈弱電磁耦合，是鐵芯的位移變化量與輸出電壓（電流）變化成精密線性關(guān)系，差動(dòng)式位移傳感器和激振器的活塞軸的運(yùn)動(dòng)同步，將位移信號轉(zhuǎn)換成電信號。電信號與控制電路中的指令信號進(jìn)行減操作，得到一個(gè)偏差信號。偏差信號經(jīng)過整流、放大后輸入伺服閥的控制端，控制伺服閥產(chǎn)生旨在減小偏差信號的運(yùn)動(dòng)，從而使系統(tǒng)的位置與指令信號期望的位置趨于一致。圖4.3 振動(dòng)臺傳感器應(yīng)用5 總結(jié)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的課題是液壓阻尼器試驗(yàn)臺的設(shè)計(jì)。液壓阻尼器試驗(yàn)臺作為檢驗(yàn)液壓阻尼器的重要試驗(yàn)設(shè)備有著極其重要的作用。本課題根據(jù)設(shè)計(jì)要求，設(shè)計(jì)了一整套全新的液壓回路系統(tǒng)。針對振動(dòng)臺動(dòng)、靜態(tài)流量變化過大的問題，