機電液實驗臺自動化改造設計.doc

目錄摘要.I英文摘要.II第一章緒論.11.1課題來源.11.2機電液綜合實驗臺的發(fā)展現(xiàn)狀.21.3本課題的意義.21.3.1實驗教學的意義.21.3.2現(xiàn)實意義和實際價值.31.4本課題研究的內容.4第二章實驗臺液壓系統(tǒng)的總體方案.62.1概述.62.1.1液壓子系統(tǒng).62.1.2計算機輔助控制系統(tǒng).62.2本實驗臺的技術要求.72.2.1實驗臺的改造及預期目標.72.2.2實驗臺組合方式.72.2.3實驗臺的特點.82.3液壓系統(tǒng)回路設計.82.3.1確定主要參數(shù)，編制動作表.82.3.2擬定液壓系統(tǒng)原理圖.9第三章液壓回路設計方案.113.1液壓回路的整體設計.113.2液壓實驗原理說明.113.2.1液壓泵的性能特性試驗.123.2.2節(jié)流調速性能特性實驗.13第四章液壓系統(tǒng)硬件部分的設計.164.1液壓控制元件的選型.164.1.1本實驗臺液壓系統(tǒng)的性能參數(shù).164.1.2液壓元件的選取.164.2底板的設計及說明.19第五章控制部分.215.1試驗臺的控制.215.2系統(tǒng)設計.225.3改造后的測試功能.23第六章總結與展望.286.1總結.286.1.1液壓回路設計的關鍵.286.1.2液壓回路設計中存在的問題.286.1.3改造后的創(chuàng)新之處.286.2技術展望.29致謝.30參考文獻.31附錄.32摘要液壓技術已廣泛的應用于國民生產的各個環(huán)節(jié)，液壓元件、組件和系統(tǒng)性能的高低直接影響機器的質量，對元件、組件和系統(tǒng)的性能參數(shù)進行測試分析，以滿足各種用途的需要，就成為不可缺少的重要環(huán)節(jié)。隨著計算機軟硬件技術和計算機輔助測試技術的發(fā)展，特別是虛擬儀器技術的出現(xiàn)，為開發(fā)通用的液壓元件計算機輔助測試系統(tǒng)提供了便利條件。因此，將測試領域中的最新技術虛擬儀器技術應用于液壓元件及系統(tǒng)性能的自動測試中，以提高測試的效率和精度，對于液壓元件和系統(tǒng)的研發(fā)以及液壓產品的推廣應用具有重要作用。為適應電液比例控制技術教學和科研的需要，我們進行了實驗室的機電液實驗臺自動化改造。本文論述對機電液綜合實驗臺液壓測試回路的整合改造，提高了原實驗臺的技術性能，研制出一種多功能模塊化的、先進的、可靠的液壓泵、液壓閥計算機輔助測試試驗系統(tǒng)，能夠自動按預先設定好的程序完成對各種泵、閥的性能測試。關鍵詞:多功能液壓試驗臺比例溢流閥計算機輔助測試AbstractThetechnologyofhydraulicpressurehasbeenwdelyusedineverypartofNationalProduct.Theperformanceofhydrauliccomponentandhydrauliccircuitcaninfluencethequalityofmachinedirectly.Soitisimportanttotestandanalyzetheperformanceindexofhydrauliccomponentandcircuit,inordertomeettheneedsofdifferentpurpose.ThedevelopmentoftechnologyofcomputersoftwareandhardwareaswellasthedevelopmentofCAT(ComputerAidedTest),especiallytheappearanceofVI(VisualInstrument),providesconveniencetodevelopmultifunctionalCATsystemofhydrauliccomponents.Thus,thestudyonCATsystembasedonthemostnewtesttechnologyofVI,mayplayaveryimportantroleinresearchofnewhydrauliccomponentsandsystems,alsoinextendingapplicationofhydraulicproducts.Inordertomeettheneedsofinstructionandscientificresearch,wedecidedtodeveloptoAutomationofelectro-hydraulictest-bed.Thisarticlediscussestheelectro-hydraulicintegratedcircuitofhydraulictestoftheintegrationandenhancetheoriginaltest-bedoftechnicalperformance,thedevelopmentofamulti-functionalmodular,advancedandreliablehydraulicpumps,hydraulicvalvecomputer-aidedtestTestSystem,canautomaticallyatapre-configuredproceduresofthevariouspumps,第一章緒論1.1課題來源21世紀液壓控制技術既面臨著來自電氣控制技術的新競爭和綠色環(huán)保的新挑戰(zhàn)，又面臨著將有相當一部分傳統(tǒng)結構的產品進入技術生命周期衰退期的新現(xiàn)實，因此必須從自身內部對其進行深刻反思和徹底改造。本課題機電液實驗臺自動化改造，正是適應時代發(fā)展的趨勢，本著降低成本，提高自動化水平和實用性的原則來進行設計和研究的。液壓泵、液壓閥（包括節(jié)流閥、調速閥、壓力閥、換向閥）的性能測試是液壓傳動實踐課程的基礎部分。電液伺服閥、比例閥的靜、動態(tài)特性指標的測試在科學研究與工程實踐中，有著極為重要的意義。計算機輔助測試(CAT)技術的興起和應用，為電液伺服閥、比例閥性能測試開辟了廣闊的發(fā)展前景。虛擬儀器技術的出現(xiàn)，使(CAT)技術進入一個嶄新的發(fā)展階段。本文實驗臺的自動化改造，應用測試技術、計算機技術、虛擬儀器技術，研制了一套電液伺服閥、比例閥的靜、動態(tài)特性測試液壓系統(tǒng)，并對電液伺服閥、比例閥的靜、動態(tài)特性測試的有關方法及理論進行了研究和探索。液壓實驗臺CAT系統(tǒng)的設計與開發(fā)過程中，涉及到的相關理論與方法主要有:數(shù)據采集與處理、數(shù)字信號處理、圖形處理、信號與系統(tǒng)、自動控制、液壓傳動、液壓伺服控制、虛擬儀器、逐點掃頻法等等。隨著實踐教學改革的不斷深入，在汽車學院現(xiàn)行的人才培養(yǎng)計劃中“加強學生創(chuàng)新能力、實踐能力和應用能力的培養(yǎng)，.設置創(chuàng)新性、設計性、綜合性相結合的獨立實驗項目，達到應用型人才培養(yǎng)目標的要求”。這就要求我們不斷地對傳統(tǒng)的實驗項目進行創(chuàng)新，本項目擬結合計算機輔助測試技術(CAT)技術，對液壓傳動實驗課程的內容的進行擴充和更新，按照“設計分析制造工程管理”的思路，打破原有實驗教學附屬于理論教學的模式，建立與理論教學并行、既相對獨立又相互聯(lián)系的實驗教學體系。本研究課題關鍵在于液壓測試回路的設計和計算機輔助控制測試技術的研究，同時研制出一套多功能、模塊化的液壓泵、液壓閥計算機輔助測試試驗系統(tǒng)，來完成對各種泵、閥以及液壓回路的性能測試，提高液壓實驗臺的使用效率。1.2機電液綜合實驗臺的發(fā)展與現(xiàn)狀隨著液壓技術的發(fā)展，對系統(tǒng)的測試要求也越來越高，傳統(tǒng)測試液壓系統(tǒng)方法的弊端日益暴露出來。傳統(tǒng)的方法主要側重于手工，這樣一來，一方面，由于人為因素對檢測誤差影響較大，必然導致檢測的準確性較差；另一方面，檢測速度也極為緩慢，極大地影響了效率。這一切，成為了液壓技術應用和發(fā)展的瓶頸。隨著計算機科學的飛速發(fā)展，尤其是微型計算機的發(fā)展，其功能不斷增強，而價格卻不斷下降，從而使得計算機迅速滲透到了各個領域，相繼出現(xiàn)了CAD,CAM,CAT等新興學科，這成為了推動液壓技術應用和發(fā)展的巨大動力。液壓行業(yè)在產品設計、制造、生產管理、性能測試等領域廣泛采用了計算機技術，極大地提高了產品更新?lián)Q代的速度、生產的自動化水平和產品的質量。本課題的多功能液壓實驗臺，正是適應時代發(fā)展的趨勢，本著降低成本，提高自動化水平和實用性的原則來進行設計和研究的。在元件性能測試的過程中，采用了CAT技術，并使用當前最為流行的軟件VisualC十+6.0,VisualBasic6.0來進行編程，使人機界面更為友好。隨著計算機技術的迅速發(fā)展，計算機輔助測試技術越來越多地應用在液壓工程檢測之中。機電液綜合實驗臺在改革進程中，已經提出了集成模塊化、手動和自動并聯(lián)控制化、及控制中的PID算法等，也綜合運用了計算機、傳感器、控制和數(shù)據采集等技術；液壓控制單元也向模塊化、可組配、開放式和集成化發(fā)展。1.3本課題的意義1.3.1實驗教學的意義本課題擬結合計算機輔助測試技術(CAT)技術，對液壓傳動實驗課程的內容的進行擴充和更新，按照“設計分析制造工程管理”的思路，打破原有實驗教學附屬于理論教學的模式，建立與理論教學并行、既相對獨立又相互聯(lián)系的實驗教學體系。完成系統(tǒng)及其配套測試軟件的開發(fā)，同時完成系統(tǒng)配套實驗教學內容的更新，以及多媒體課件的設計。使本系統(tǒng)作為液壓傳動實驗課程的主要實驗平臺，同時對于教師的科研能夠起到一定的支撐。本項目的實施，不僅能夠解決目前由于機電液實驗設備臺套數(shù)不足而影響到實驗教學的矛盾，同時能讓學生得到“液壓-控制-測試-數(shù)據分析”等多方面的訓練，提高學生的綜合動手能力。同時還可向與傳感器和測試有關的實驗課程開放，對于工科的相近專業(yè)均可推廣。1.3.2現(xiàn)實意義和實際價值在現(xiàn)階段，本課題的研究將具有很強的現(xiàn)實意義。本課題立足國內，以實用為準則，在價格實惠的情況下，具有較高的性能，避免大而全所帶來的高昂價格，因為，本課題只對常出問題的閥和缸進行性能檢測，省去了一些不常出問題類型產品的測試，從而簡化了多功能液壓實驗臺；另一方面，由于采用的是多功能液壓實驗臺，這比單獨購置各種液壓實驗臺的造價要低的多。由于采用CAT技術所需硬件的價格較為低廉，同其他方式相比，在現(xiàn)有實驗臺上采用CAT技術，必將是一種效益較高而又投資較少的方式之一，因此，目前尚沒有采用這種技術的實驗臺更應該采用；即使采用了這種技術，由于計算機硬件和軟件的迅速發(fā)展，如語音識別技術、電腦觸摸屏技術和網絡技術以及各種流行軟件不斷的更新?lián)Q代，很多采用CAT技術的實驗臺也面臨著硬件和軟件更新的問題。本課題采用的正是目前最為先進的軟件和硬件來進行CAT系統(tǒng)的設計以及軟件的編制。同傳統(tǒng)的多功能液壓實驗臺相比，本實驗臺具有以下優(yōu)點：提高了測試速度，減小了測量誤差由于計算機的采用，可對各參量進行高速采樣，減小了各參量間不同時性的誤差。計算機連續(xù)自動測試減小了瞬態(tài)信息丟失引起的誤差和讀數(shù)誤差。通過軟件可對測試數(shù)據進行粗大誤差、系統(tǒng)誤差以及隨機誤差進行消除工作。這些處理大大減少了測試系統(tǒng)的綜合誤差。由于計算機采集存儲測試數(shù)據的速度很快，因此可以在很短時間內完成對被測工況的數(shù)據采集、運算和存儲，比人工測試要少很多時間:另一方面，也能減少實驗設各的磨損，節(jié)省動力消耗，同時可減少實驗時控制油溫的時間消耗，從而大大加快了實驗的速度。測試時無須同時觀察和記錄多個儀表的數(shù)據，減輕了測試的勞動強度，提高了測試效率；計算機自動控制實驗狀態(tài)，使測試過程準確，操作簡單；測試數(shù)據存盤保留，方便進一步進行分析處理；測試數(shù)據結果輸出迅速、直觀、工整；可監(jiān)測測試的瞬態(tài)過程，便于了解測試過程的詳細信息；可擴展現(xiàn)有測試儀器的使用功能；便于建立測試數(shù)據的數(shù)據庫，有利于液壓元件質量的趨勢分析。由上面的敘述可以看出，在多功能液壓實驗臺上采用CAT技術是提高水平和完善測試手段的有效措施，由于在現(xiàn)有實驗臺上進行改造，CAT硬件投資較少，其軟件主體進行一些修改即可適用于不同的實驗臺，若廣泛推廣于液壓元件的生產廠家，對于提高液壓元件的生產和管理水平，提高經濟和社會效益將會有很大的促進作用。另外，目前，從全國范圍內來看，有不少企業(yè)、學校和研究所都采用了CAT技術，當然也有不少企業(yè)還沒有采用。目前國內比較著名的CAT系統(tǒng)有:北京理工大學的液壓泵、液壓馬達一液壓馬達傳動系統(tǒng)工作特性的計算機輔助實驗系統(tǒng)，機械部北京自動化所和湘潭機電?？茖W校研制的液壓泵出場實驗臺系統(tǒng)，廣州機床研究所液壓泵性能和噪聲計算機實時測試系統(tǒng)，徐州液壓件廠液壓缸CAT實驗臺系統(tǒng)和中國礦業(yè)大學北京校區(qū)機械電子工程系開發(fā)的液壓元件實驗臺CAT系統(tǒng)。這些系統(tǒng)研制運行時間從80年代中期至今，反映了我國液壓CAT發(fā)展的水平。然而這些系統(tǒng)由于開發(fā)較早，在進行軟件的編制時一般都是在DOS或UCDOS環(huán)境下，采用TurboBasic或者是C語言，由于這兩種語言本身能力的局限性和DOS字符環(huán)境對界面友好性的限制，使得它遠沒有利用目前最流行的軟件VisualC+和VisualBasic語言，并