機(jī)電液實(shí)驗(yàn)臺(tái)自動(dòng)化改造設(shè)計(jì).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(jī)電液綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)的發(fā)展現(xiàn)狀.21.3本課題的意義.21.3.1實(shí)驗(yàn)教學(xué)的意義.21.3.2現(xiàn)實(shí)意義和實(shí)際價(jià)值.31.4本課題研究的內(nèi)容.4第二章實(shí)驗(yàn)臺(tái)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(jì)算機(jī)輔助控制系統(tǒng).62.2本實(shí)驗(yàn)臺(tái)的技術(shù)要求.72.2.1實(shí)驗(yàn)臺(tái)的改造及預(yù)期目標(biāo).72.2.2實(shí)驗(yàn)臺(tái)組合方式.72.2.3實(shí)驗(yàn)臺(tái)的特點(diǎn).82.3液壓系統(tǒng)回路設(shè)計(jì).82.3.1確定主要參數(shù)，編制動(dòng)作表.82.3.2擬定液壓系統(tǒng)原理圖.9第三章液壓回路設(shè)計(jì)方案.113.1液壓回路的整體設(shè)計(jì).113.2液壓實(shí)驗(yàn)原理說明.113.2.1液壓泵的性能特性試驗(yàn).123.2.2節(jié)流調(diào)速性能特性實(shí)驗(yàn).13第四章液壓系統(tǒng)硬件部分的設(shè)計(jì).164.1液壓控制元件的選型.164.1.1本實(shí)驗(yàn)臺(tái)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(shè)計(jì)及說明.19第五章控制部分.215.1試驗(yàn)臺(tái)的控制.215.2系統(tǒng)設(shè)計(jì).225.3改造后的測(cè)試功能.23第六章總結(jié)與展望.286.1總結(jié).286.1.1液壓回路設(shè)計(jì)的關(guān)鍵.286.1.2液壓回路設(shè)計(jì)中存在的問題.286.1.3改造后的創(chuàng)新之處.286.2技術(shù)展望.29致謝.30參考文獻(xiàn).31附錄.32摘要液壓技術(shù)已廣泛的應(yīng)用于國民生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)，液壓元件、組件和系統(tǒng)性能的高低直接影響機(jī)器的質(zhì)量，對(duì)元件、組件和系統(tǒng)的性能參數(shù)進(jìn)行測(cè)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(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)和計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試技術(shù)的發(fā)展，特別是虛擬儀器技術(shù)的出現(xiàn)，為開發(fā)通用的液壓元件計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試系統(tǒng)提供了便利條件。因此，將測(cè)試領(lǐng)域中的最新技術(shù)虛擬儀器技術(shù)應(yīng)用于液壓元件及系統(tǒng)性能的自動(dòng)測(cè)試中，以提高測(cè)試的效率和精度，對(duì)于液壓元件和系統(tǒng)的研發(fā)以及液壓產(chǎn)品的推廣應(yīng)用具有重要作用。為適應(yīng)電液比例控制技術(shù)教學(xué)和科研的需要，我們進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)室的機(jī)電液實(shí)驗(yàn)臺(tái)自動(dòng)化改造。本文論述對(duì)機(jī)電液綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)液壓測(cè)試回路的整合改造，提高了原實(shí)驗(yàn)臺(tái)的技術(shù)性能，研制出一種多功能模塊化的、先進(jìn)的、可靠的液壓泵、液壓閥計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試試驗(yàn)系統(tǒng)，能夠自動(dòng)按預(yù)先設(shè)定好的程序完成對(duì)各種泵、閥的性能測(cè)試。關(guān)鍵詞:多功能液壓試驗(yàn)臺(tái)比例溢流閥計(jì)算機(jī)輔助測(cè)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(jì)液壓控制技術(shù)既面臨著來自電氣控制技術(shù)的新競(jìng)爭(zhēng)和綠色環(huán)保的新挑戰(zhàn)，又面臨著將有相當(dāng)一部分傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品進(jìn)入技術(shù)生命周期衰退期的新現(xiàn)實(shí)，因此必須從自身內(nèi)部對(duì)其進(jìn)行深刻反思和徹底改造。本課題機(jī)電液實(shí)驗(yàn)臺(tái)自動(dòng)化改造，正是適應(yīng)時(shí)代發(fā)展的趨勢(shì)，本著降低成本，提高自動(dòng)化水平和實(shí)用性的原則來進(jìn)行設(shè)計(jì)和研究的。液壓泵、液壓閥（包括節(jié)流閥、調(diào)速閥、壓力閥、換向閥）的性能測(cè)試是液壓傳動(dòng)實(shí)踐課程的基礎(chǔ)部分。電液伺服閥、比例閥的靜、動(dòng)態(tài)特性指標(biāo)的測(cè)試在科學(xué)研究與工程實(shí)踐中，有著極為重要的意義。計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試(CAT)技術(shù)的興起和應(yīng)用，為電液伺服閥、比例閥性能測(cè)試開辟了廣闊的發(fā)展前景。虛擬儀器技術(shù)的出現(xiàn)，使(CAT)技術(shù)進(jìn)入一個(gè)嶄新的發(fā)展階段。本文實(shí)驗(yàn)臺(tái)的自動(dòng)化改造，應(yīng)用測(cè)試技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、虛擬儀器技術(shù)，研制了一套電液伺服閥、比例閥的靜、動(dòng)態(tài)特性測(cè)試液壓系統(tǒng)，并對(duì)電液伺服閥、比例閥的靜、動(dòng)態(tài)特性測(cè)試的有關(guān)方法及理論進(jìn)行了研究和探索。液壓實(shí)驗(yàn)臺(tái)CAT系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)過程中，涉及到的相關(guān)理論與方法主要有:數(shù)據(jù)采集與處理、數(shù)字信號(hào)處理、圖形處理、信號(hào)與系統(tǒng)、自動(dòng)控制、液壓傳動(dòng)、液壓伺服控制、虛擬儀器、逐點(diǎn)掃頻法等等。隨著實(shí)踐教學(xué)改革的不斷深入，在汽車學(xué)院現(xiàn)行的人才培養(yǎng)計(jì)劃中“加強(qiáng)學(xué)生創(chuàng)新能力、實(shí)踐能力和應(yīng)用能力的培養(yǎng)，.設(shè)置創(chuàng)新性、設(shè)計(jì)性、綜合性相結(jié)合的獨(dú)立實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，達(dá)到應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)的要求”。這就要求我們不斷地對(duì)傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行創(chuàng)新，本項(xiàng)目擬結(jié)合計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試技術(shù)(CAT)技術(shù)，對(duì)液壓傳動(dòng)實(shí)驗(yàn)課程的內(nèi)容的進(jìn)行擴(kuò)充和更新，按照“設(shè)計(jì)分析制造工程管理”的思路，打破原有實(shí)驗(yàn)教學(xué)附屬于理論教學(xué)的模式，建立與理論教學(xué)并行、既相對(duì)獨(dú)立又相互聯(lián)系的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系。本研究課題關(guān)鍵在于液壓測(cè)試回路的設(shè)計(jì)和計(jì)算機(jī)輔助控制測(cè)試技術(shù)的研究，同時(shí)研制出一套多功能、模塊化的液壓泵、液壓閥計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試試驗(yàn)系統(tǒng)，來完成對(duì)各種泵、閥以及液壓回路的性能測(cè)試，提高液壓實(shí)驗(yàn)臺(tái)的使用效率。1.2機(jī)電液綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)的發(fā)展與現(xiàn)狀隨著液壓技術(shù)的發(fā)展，對(duì)系統(tǒng)的測(cè)試要求也越來越高，傳統(tǒng)測(cè)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(cè)重于手工，這樣一來，一方面，由于人為因素對(duì)檢測(cè)誤差影響較大，必然導(dǎo)致檢測(cè)的準(zhǔn)確性較差；另一方面，檢測(cè)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(shù)應(yīng)用和發(fā)展的瓶頸。隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)的飛速發(fā)展，尤其是微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展，其功能不斷增強(qiáng)，而價(jià)格卻不斷下降，從而使得計(jì)算機(jī)迅速滲透到了各個(gè)領(lǐng)域，相繼出現(xiàn)了CAD,CAM,CAT等新興學(xué)科，這成為了推動(dòng)液壓技術(shù)應(yīng)用和發(fā)展的巨大動(dòng)力。液壓行業(yè)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造、生產(chǎn)管理、性能測(cè)試等領(lǐng)域廣泛采用了計(jì)算機(jī)技術(shù)，極大地提高了產(chǎn)品更新?lián)Q代的速度、生產(chǎn)的自動(dòng)化水平和產(chǎn)品的質(zhì)量。本課題的多功能液壓實(shí)驗(yàn)臺(tái)，正是適應(yīng)時(shí)代發(fā)展的趨勢(shì)，本著降低成本，提高自動(dòng)化水平和實(shí)用性的原則來進(jìn)行設(shè)計(jì)和研究的。在元件性能測(cè)試的過程中，采用了CAT技術(shù)，并使用當(dāng)前最為流行的軟件VisualC十+6.0,VisualBasic6.0來進(jìn)行編程，使人機(jī)界面更為友好。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試技術(shù)越來越多地應(yīng)用在液壓工程檢測(cè)之中。機(jī)電液綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)在改革進(jìn)程中，已經(jīng)提出了集成模塊化、手動(dòng)和自動(dòng)并聯(lián)控制化、及控制中的PID算法等，也綜合運(yùn)用了計(jì)算機(jī)、傳感器、控制和數(shù)據(jù)采集等技術(shù)；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(shí)驗(yàn)教學(xué)的意義本課題擬結(jié)合計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試技術(shù)(CAT)技術(shù)，對(duì)液壓傳動(dòng)實(shí)驗(yàn)課程的內(nèi)容的進(jìn)行擴(kuò)充和更新，按照“設(shè)計(jì)分析制造工程管理”的思路，打破原有實(shí)驗(yàn)教學(xué)附屬于理論教學(xué)的模式，建立與理論教學(xué)并行、既相對(duì)獨(dú)立又相互聯(lián)系的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系。完成系統(tǒng)及其配套測(cè)試軟件的開發(fā)，同時(shí)完成系統(tǒng)配套實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的更新，以及多媒體課件的設(shè)計(jì)。使本系統(tǒng)作為液壓傳動(dòng)實(shí)驗(yàn)課程的主要實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，同時(shí)對(duì)于教師的科研能夠起到一定的支撐。本項(xiàng)目的實(shí)施，不僅能夠解決目前由于機(jī)電液實(shí)驗(yàn)設(shè)備臺(tái)套數(shù)不足而影響到實(shí)驗(yàn)教學(xué)的矛盾，同時(shí)能讓學(xué)生得到“液壓-控制-測(cè)試-數(shù)據(jù)分析”等多方面的訓(xùn)練，提高學(xué)生的綜合動(dòng)手能力。同時(shí)還可向與傳感器和測(cè)試有關(guān)的實(shí)驗(yàn)課程開放，對(duì)于工科的相近專業(yè)均可推廣。1.3.2現(xiàn)實(shí)意義和實(shí)際價(jià)值在現(xiàn)階段，本課題的研究將具有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。本課題立足國內(nèi)，以實(shí)用為準(zhǔn)則，在價(jià)格實(shí)惠的情況下，具有較高的性能，避免大而全所帶來的高昂價(jià)格，因?yàn)?，本課題只對(duì)常出問題的閥和缸進(jìn)行性能檢測(cè)，省去了一些不常出問題類型產(chǎn)品的測(cè)試，從而簡(jiǎn)化了多功能液壓實(shí)驗(yàn)臺(tái)；另一方面，由于采用的是多功能液壓實(shí)驗(yàn)臺(tái)，這比單獨(dú)購置各種液壓實(shí)驗(yàn)臺(tái)的造價(jià)要低的多。由于采用CAT技術(shù)所需硬件的價(jià)格較為低廉，同其他方式相比，在現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)臺(tái)上采用CAT技術(shù)，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(shù)的實(shí)驗(yàn)臺(tái)更應(yīng)該采用；即使采用了這種技術(shù)，由于計(jì)算機(jī)硬件和軟件的迅速發(fā)展，如語音識(shí)別技術(shù)、電腦觸摸屏技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及各種流行軟件不斷的更新?lián)Q代，很多采用CAT技術(shù)的實(shí)驗(yàn)臺(tái)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(jìn)的軟件和硬件來進(jìn)行CAT系統(tǒng)的設(shè)計(jì)以及軟件的編制。同傳統(tǒng)的多功能液壓實(shí)驗(yàn)臺(tái)相比，本實(shí)驗(yàn)臺(tái)具有以下優(yōu)點(diǎn)：提高了測(cè)試速度，減小了測(cè)量誤差由于計(jì)算機(jī)的采用，可對(duì)各參量進(jìn)行高速采樣，減小了各參量間不同時(shí)性的誤差。計(jì)算機(jī)連續(xù)自動(dòng)測(cè)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(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行粗大誤差、系統(tǒng)誤差以及隨機(jī)誤差進(jìn)行消除工作。這些處理大大減少了測(cè)試系統(tǒng)的綜合誤差。由于計(jì)算機(jī)采集存儲(chǔ)測(cè)試數(shù)據(jù)的速度很快，因此可以在很短時(shí)間內(nèi)完成對(duì)被測(cè)工況的數(shù)據(jù)采集、運(yùn)算和存儲(chǔ)，比人工測(cè)試要少很多時(shí)間:另一方面，也能減少實(shí)驗(yàn)設(shè)各的磨損，節(jié)省動(dòng)力消耗，同時(shí)可減少實(shí)驗(yàn)時(shí)控制油溫的時(shí)間消耗，從而大大加快了實(shí)驗(yàn)的速度。測(cè)試時(shí)無須同時(shí)觀察和記錄多個(gè)儀表的數(shù)據(jù)，減輕了測(cè)試的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了測(cè)試效率；計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)狀態(tài)，使測(cè)試過程準(zhǔn)確，操作簡(jiǎn)單；測(cè)試數(shù)據(jù)存盤保留，方便進(jìn)一步進(jìn)行分析處理；測(cè)試數(shù)據(jù)結(jié)果輸出迅速、直觀、工整；可監(jiān)測(cè)測(cè)試的瞬態(tài)過程，便于了解測(cè)試過程的詳細(xì)信息；可擴(kuò)展現(xiàn)有測(cè)試儀器的使用功能；便于建立測(cè)試數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫，有利于液壓元件質(zhì)量的趨勢(shì)分析。由上面的敘述可以看出，在多功能液壓實(shí)驗(yàn)臺(tái)上采用CAT技術(shù)是提高水平和完善測(cè)試手段的有效措施，由于在現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行改造，CAT硬件投資較少，其軟件主體進(jìn)行一些修改即可適用于不同的實(shí)驗(yàn)臺(tái)，若廣泛推廣于液壓元件的生產(chǎn)廠家，對(duì)于提高液壓元件的生產(chǎn)和管理水平，提高經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益將會(huì)有很大的促進(jìn)作用。另外，目前，從全國范圍內(nèi)來看，有不少企業(yè)、學(xué)校和研究所都采用了CAT技術(shù)，當(dāng)然也有不少企業(yè)還沒有采用。目前國內(nèi)比較著名的CAT系統(tǒng)有:北京理工大學(xué)的液壓泵、液壓馬達(dá)一液壓馬達(dá)傳動(dòng)系統(tǒng)工作特性的計(jì)算機(jī)輔助實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，機(jī)械部北京自動(dòng)化所和湘潭機(jī)電?？茖W(xué)校研制的液壓泵出場(chǎng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)，廣州機(jī)床研究所液壓泵性能和噪聲計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)測(cè)試系統(tǒng)，徐州液壓件廠液壓缸CAT實(shí)驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)和中國礦業(yè)大學(xué)北京校區(qū)機(jī)械電子工程系開發(fā)的液壓元件實(shí)驗(yàn)臺(tái)CAT系統(tǒng)。這些系統(tǒng)研制運(yùn)行時(shí)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(jìn)行軟件的編制時(shí)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(duì)界面友好性的限制，使得它遠(yuǎn)沒有利用目前最流行的軟件VisualC+和VisualBasic語言，并