液壓泵馬達(dá)性能測試系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上摘 要在高壓、高速、大功率的制造行業(yè)，機、電、液一體化的設(shè)備在整個機械設(shè)備中所占的比重越來越大。液壓實驗臺作為一種檢測液壓元件的必須設(shè)備，可對液壓泵，液壓馬達(dá)，液壓閥等各種液壓元件進(jìn)行測量。本畢業(yè)設(shè)計的主要任務(wù)是設(shè)計一簡單試驗臺系統(tǒng)，以對液壓泵和液壓馬達(dá)進(jìn)行性能測試，主要是容積效率和機械效率等性能指標(biāo)。本文在詳述國內(nèi)外液壓試驗臺研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，對液壓泵和液壓馬達(dá)的性能測試系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計，包括對總的設(shè)計系統(tǒng)原理圖以及電控圖等進(jìn)行了詳盡的設(shè)計、計算以及選型等。本文對液壓泵和液壓馬達(dá)性能測試系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計，具有很大的必要性，液壓泵和液壓馬達(dá)作為液壓系統(tǒng)的動力元件和執(zhí)行元件，

2、是整個液壓系統(tǒng)的心臟，其質(zhì)量、性能的好壞直接影響著液壓系統(tǒng)的可靠性，進(jìn)而影響生產(chǎn)設(shè)備的正常運行。因此,對液壓泵和馬達(dá)進(jìn)行精確的性能測試，是辨別產(chǎn)品優(yōu)劣、改進(jìn)結(jié)構(gòu)設(shè)計、提高工藝水平、保證系統(tǒng)性能和促進(jìn)產(chǎn)品升級的重要手段。關(guān)鍵詞：液壓試驗臺；液壓泵；液壓馬達(dá)；性能測試專心-專注-專業(yè)AbstractIn the field of the high-pressure, high-speed and great-power manufacturing, the equipment which consists of mechanic, electric and hydraulic is playing

3、 more and more important roles in the field. As a necessary device of measuring hydraulic parts, the hydraulic test-bed is able to measuring vary of parts such as pumps, motors and valve.The task of the graduation is the design of the small hydraulic test-bed system,so as to test the performance ind

4、icators of hydraulic pumps and hydraulic motors, especially including volumetric efficiency and mechanical efficiency and other performance indicators.In the base of summarizing the study status on the hydraulic test-bed inside and outside, the performance indicators system of hydraulic pumps and hy

5、draulic motors is designed, including a detailed design,calculation and selection of the overall design system schematic diagrams and electronic control schematic diagrams.It is with a great need to design the performance test system of the hydraulic pumps and hydraulic motors. The hydraulic pumps a

6、nd the hydraulic motor are the heart of whole hydraulic system as a part of power and executing, which result in the dependability of hydraulic system; even in the good working condition of the manufacturing equipments.Therefore, measuring accurately to the hydraulic pumps and motors is the importan

7、t way of promotion of construction, process and performance of products.Key words: hydraulic test-bed;pump;motor;performance measurement;目 錄摘要 IAbstract II第一章 緒 論 1 1.1 本課題的研究意義 11.2 國內(nèi)外液壓泵、馬達(dá)性能測試系統(tǒng)研究現(xiàn)狀 2 1.2.1 液壓泵、馬達(dá)試驗臺液壓系統(tǒng)研究現(xiàn)狀 3 1.2.2 液壓泵、馬達(dá)試驗臺計算機測控系統(tǒng)研究現(xiàn)狀 4 1.3 本課題的主要研究內(nèi)容7第二章 液壓泵、馬達(dá)試驗臺的總體方案設(shè)計 82.1

8、 液壓泵、馬達(dá)性能測試系統(tǒng)原理82.1.1 液壓泵、馬達(dá)實驗分類 82.1.2 液壓泵、馬達(dá)型式試驗、出廠試驗 82.2 液壓試驗臺系統(tǒng)原理10 2.3 液壓試驗臺的設(shè)計11 2.3.1 加載方法的選擇研究12 2.3.2 液壓泵實驗常用加載法12 2.3.3 液壓馬達(dá)實驗常用加載方法15 2.3.4 本系統(tǒng)加載方法的確定16第三章 液壓泵、馬達(dá)試驗臺動力源裝置設(shè)計 183.1 液壓動力源裝置組成183.2 液壓泵的規(guī)格確定以及與之相匹配的電動機的選定183.3 電動機以及液壓泵布置方式的選擇243.3.1 液壓泵布置方式的選擇 243.3.2 液壓泵連接方式的選擇 273.3.3 液壓泵組裝

9、方式的選擇 283.3.4 液壓泵組傳動底座的設(shè)計 30第四章 液壓元件以及測量裝置的選型324.1 液壓馬達(dá)的選型324.2 各種控制閥的選型334.2.1 換向閥 334.2.2 溢流閥344.2.3 單向閥354.2.4 截止閥364.3 過濾器 374.3.1 過濾器的選用以及規(guī)格的確定374.3.2 過濾器在液壓系統(tǒng)中的安裝位置394.4 冷卻器的設(shè)置404.5 油箱的選擇404.6 各種測量裝置的選擇414.6.1 流量傳感器的選型414.6.2 壓力傳感器的選型424.6.3 轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器的選型43第五章 液壓試驗臺控制裝置設(shè)計 465.1 液壓控制裝置的分類465.1.1有管

10、集成 465.1.2無管集成 46 5.2 液壓集成塊概述 47 5.2.1 塊式集成的原理 47 5.2.2 塊式集成的優(yōu)點 48 5.3 液壓集成塊的設(shè)計49第六章 液壓實驗臺系統(tǒng)壓力損失估算 526.1 液壓系統(tǒng)壓力估算方法 52 6.1.1 沿程壓力損失52 6.1.2 局部壓力損失52 6.1.3 液壓系統(tǒng)總壓力損失53第七章 液壓泵、馬達(dá)性能試驗54 7.1 液壓泵（馬達(dá)）性能試驗項目的確定54 7.1.1 排量驗證試驗 54 7.1.2 效率試驗 54 7.1.3 沖擊試驗 55 7.1.4 變量特性試驗 57 7.1.5 其他試驗項目 587.2 液壓泵、馬達(dá)性能參數(shù)的確定及試

11、驗方法 59 7.2.1 液壓泵性能表達(dá)式及參數(shù) 59 7.2.2 液壓馬達(dá)性能表達(dá)式及參數(shù) 60第八章 總結(jié) 62參考文獻(xiàn) 63致謝66附錄一67附錄二68附錄三 英文文獻(xiàn)及翻譯翻譯69第一章 緒 論隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展,液壓傳動技術(shù)被廣泛應(yīng)用到各類機械中, 尤其是在高壓、高速、大功率的制造行業(yè),機、電、液一體化的設(shè)備在整個機械設(shè)備中所占的比重越來越大。液壓實驗臺作為一種檢測各種液壓元件的必須設(shè)備，可對液壓泵，液壓馬達(dá)，液壓閥等各種液壓元件進(jìn)行測量。通常在各類液壓元件制造廠都配備有大型的、多功能的液壓試驗臺，在其他行業(yè)如冶金、礦山、港口、船舶、交通運輸、汽車制造等，使用液壓元件較多、較頻繁

12、的行業(yè)也配備有液壓試驗臺。另外，各相關(guān)專業(yè)的高等院校為了教學(xué)和科研，也會配備液壓實驗臺。1.1 本課題研究的意義液壓泵和馬達(dá)作為液壓系統(tǒng)的動力元件和執(zhí)行元件，是整個液壓系統(tǒng)的心臟，它們的性能直接影響著整個液壓系統(tǒng)的性能。因此液壓泵、馬達(dá)性能的精確測試有著非常重要的意義。液壓泵和馬達(dá)的性能測試是辨別產(chǎn)品優(yōu)劣、改進(jìn)結(jié)構(gòu)設(shè)計、提高工藝水平、保證系統(tǒng)性能和促進(jìn)產(chǎn)品升級的重要手段。但是液壓泵和馬達(dá)性能測試涉及的參數(shù)多、精度要求高，并且有些參數(shù)需要間接處理，另外測試過程中還有很多相關(guān)條件需要保障，傳統(tǒng)的測試方法已經(jīng)很難滿足性能測試越來越高的要求。但是走向二十一世紀(jì)的液壓技術(shù)本身不可能有驚人的技術(shù)突破，應(yīng)當(dāng)

13、主要靠現(xiàn)有技術(shù)的改進(jìn)和擴展來不斷擴大其應(yīng)用的領(lǐng)域，以滿足未來的要求。其發(fā)展方向主要有以下幾個方面：節(jié)能、減少污染、降低泄漏、主動維護(hù)、機電一體化技術(shù)和與計算機技術(shù)結(jié)合的相關(guān)技術(shù)（例如液壓CAD、CAT等）。因此近年來液壓泵、馬達(dá)性能測試逐步淘汰了傳統(tǒng)的儀表加人工的測試方法，轉(zhuǎn)向液壓技術(shù)結(jié)合最新的虛擬儀器測試技術(shù)、可靠性技術(shù)、最先進(jìn)的計算機技術(shù)，以及數(shù)字信號處理方法和現(xiàn)代控制理論，進(jìn)而形成了新型液壓泵、馬達(dá)計算機輔助測試技術(shù)。從國內(nèi)外液壓泵、馬達(dá)試驗臺的發(fā)展來看，盡管許多元件制造商和科研機構(gòu)已經(jīng)研究開發(fā)了許多性能良好的試驗臺。但是這些試驗臺還存在著諸多的不足之處。第一，它們大都不是針對液壓泵、馬

14、達(dá)全面性能測試的。只是針對液壓泵、馬達(dá)的某一類或者某一些特性開發(fā)的。比如只是測效率或者排量。這樣必然造成重復(fù)開發(fā)，浪費大量的人力物力。第二，這試驗臺主要是原來試驗臺的升級，沒有采用液壓測試的新技術(shù)新元件。新的技術(shù)層出不窮，只是傳統(tǒng)的改造已經(jīng)不能大幅度提升試驗臺的綜合性能，無法滿足性能測試越來越高的要求。第三，液壓馬達(dá)試驗臺也多共用液壓泵試驗系統(tǒng)，不能夠反映真實的馬達(dá)工作情況，影響了液壓馬達(dá)性能測試的效果，達(dá)不到實際使用的需求。隨著微電子技術(shù)和計算機技術(shù)的迅速發(fā)展，液壓計算機輔助測試（以T）技術(shù)在液壓系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測中的應(yīng)用越來越廣泛。液壓CAT，所涉及范圍包括液壓、自動控制、微型計算機、測試技術(shù)、

15、數(shù)字信號處理、可靠性等學(xué)科。它具有測試精度高、測試速度快、性能價格比高、測試的重復(fù)性和可靠性高及適宜在線動態(tài)測試和狀態(tài)監(jiān)測等特點，有著廣泛的應(yīng)用前景。1.2 國內(nèi)外液壓泵、馬達(dá)性能測試系統(tǒng)研究現(xiàn)狀近些年隨著計算機技術(shù)、測試技術(shù)、液壓技術(shù)的不斷進(jìn)步，液壓泵、馬達(dá)性能測試試驗臺的技術(shù)取得了飛速發(fā)展。各類液壓計算機輔助測試系統(tǒng)成為了各類液壓試驗臺的主流。尤其是虛擬儀器測試系統(tǒng)的出現(xiàn)和逐漸發(fā)展成熟，幾乎應(yīng)用到了近年來所有液壓元件性能測試試驗臺上。這類試驗臺采用計算機集散系統(tǒng)，對液壓試驗臺進(jìn)行智能檢測、控制和管理。按照液壓油泵試驗方法國家標(biāo)準(zhǔn)控制有關(guān)條件，實時采集性能參數(shù)，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行集中處理、分析、計

16、算、存貯、顯示、傳輸、控制和維護(hù)，從根本上改變了傳統(tǒng)繼電控制模擬采集人工處理的方式，為企業(yè)標(biāo)稱產(chǎn)品性能提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，同時為企業(yè)分析產(chǎn)品質(zhì)量、改進(jìn)工藝提供了決策依據(jù)。1.2.1 液壓泵、馬達(dá)試驗臺液壓系統(tǒng)研究現(xiàn)狀近年來應(yīng)用廣泛的液壓泵、馬達(dá)計算機輔助測試系統(tǒng)液壓原理部分基本相同。國內(nèi)外液壓泵、馬達(dá)試驗臺液壓系統(tǒng)主要形式如圖1.1、圖1.2所示。1.被試泵 2.轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速儀 3.高壓傳感器 4.真空傳感器 5.變頻電機 6.流量計 7.過濾器 8.電液比例閥 9.卸荷閥圖1.1 液壓泵試驗臺結(jié)構(gòu)圖試驗臺油路根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計。近年來的研究熱點主要集中在降低系統(tǒng)污染、減小液壓元件功率損耗、引入新型元器

17、件、設(shè)計合理液壓回路、引入新型的傳感器測試儀表等方面。圖1.1、圖1.2系統(tǒng)中加入了新型的傳器器，變頻電機，比例控制元件和各類智能儀器儀表（轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速儀器儀表，數(shù)字式壓力表，溫度表等）。不僅實現(xiàn)了系統(tǒng)與計算機聯(lián)接通訊，還實現(xiàn)了計算機控制試驗過程，采集試驗數(shù)據(jù)。其它液壓泵、馬達(dá)試驗臺液壓系統(tǒng)組成原理大體相似，只是針對不同情況稍加調(diào)整。1.比例溢流閥 2.轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速儀 3.高壓傳感器 4.低壓傳感器5.比例調(diào)速閥 6.加載泵 7.被試馬達(dá) 圖1.2 液壓馬達(dá)試驗臺結(jié)構(gòu)圖1.2.2液壓泵、馬達(dá)試驗臺計算機測控系統(tǒng)研究現(xiàn)狀 液壓計算機輔助測試（ComputerAidedTest），簡稱液壓CAT，所涉及范

18、圍包括液壓、自動控制、微型計算機、測試技術(shù)、數(shù)字信號處理、可靠性等學(xué)科。液壓CAT是利用計算機建立一套數(shù)據(jù)采集和數(shù)字控制系統(tǒng)，與試驗臺連接起來由計算機對各試驗參數(shù)，如壓力、流量、溫度轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩等進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、量化和處理并輸出測試結(jié)果。在試驗過程中，計算機還可根據(jù)數(shù)字反饋或人工輸入要求，對測試過程進(jìn)行控制，達(dá)到計算機密切跟蹤和控制試驗臺及試件狀態(tài)的目的，從而高速、高精度完成對液壓泵、馬達(dá)的性能測試。液壓CAT系統(tǒng)在提高測試精度、測試速度、測試的重復(fù)性和可靠性方面，以及在節(jié)省人力和能源方面提供了必要的保證，因此受到了普遍的重視。在國外，由于微機和電子技術(shù)發(fā)展較早、較快，水平較高，其CAT系統(tǒng)性能也

19、較高。有許多液壓件制造公司己把CAT用于產(chǎn)品的研制開發(fā)、設(shè)計定型、生產(chǎn)定型和出廠的檢驗。如SUNDSTRON公司的液壓傳動實驗室的C燈系統(tǒng)，日本制鋼所的柱塞泵效率試驗臺等。目前多數(shù)液壓元件生產(chǎn)廠家都有自己的液壓元件CAT系統(tǒng)。國內(nèi)的液壓C燈系統(tǒng)開展較早的是原煤炭工業(yè)部上海研究所，在79年左右研制了一臺大功率的泵、馬達(dá)性能試驗臺，由微機來輔助測試。但由于當(dāng)時我國的計算機水平還處于初級階段，該試驗臺僅能實現(xiàn)靜態(tài)性能測試、對數(shù)據(jù)進(jìn)行簡單的運算，儀器常數(shù)同硬件設(shè)定，局限性較大。上海704所也研制了一套CAT系統(tǒng)，也因為技術(shù)的局限，不能測試動態(tài)特性。近年來，許多單位研制了自己的液壓元件CAI系統(tǒng)，如天津

20、機械工程研究所的裝載機液壓元件測試系統(tǒng)、東南大學(xué)的液壓元件性能計算機輔助測試系統(tǒng)、南昌大學(xué)的液壓綜合試驗臺C燈系統(tǒng)、山東礦業(yè)學(xué)院和充礦集團共同研制的礦山液壓設(shè)備CAT綜合試驗臺、太原重型機械學(xué)院的液壓泵綜合試驗臺等。有一些液壓計算機輔助測試系統(tǒng)具有較高性能，如機械部北京自動化所研制的液壓元件計算機輔助測試系統(tǒng)可完成多種閥及泵的性能測試:北京理工大學(xué)研制的液壓泵工作特性的計算機輔助實驗系統(tǒng);上海交通大學(xué)及昆液壓件廠共同研制的液壓閥特性試驗系統(tǒng)等等。許多廠家也用C燈系統(tǒng)來進(jìn)行液壓元件的出廠檢驗。這些CAT系統(tǒng)大都實現(xiàn)了動態(tài)測試，數(shù)據(jù)處理能力增強，功能大大增加。圖1.3 計算機輔助測試典型結(jié)構(gòu)圖圖1

21、.3所示為山東科技大學(xué)開發(fā)的試驗臺，硬件包括：工控機、PCL812B2通道插入式數(shù)據(jù)采集卡（DAQ）和JCZ智能轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩儀（RS232），數(shù)據(jù)通訊采用RS232實現(xiàn)與西門子S7200可編程控制器（PLC）的通訊。軟件部分也采用高級語言VC、VB編程來實現(xiàn)各個模塊的功能。由于計算機軟、硬件技術(shù)、通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，測試技術(shù)得以和計算機技術(shù)深層次結(jié)合，推動了計算機輔助測試技術(shù)的不斷進(jìn)步，液壓CAT系統(tǒng)也必將越來越高速、高效，必將向智能化、網(wǎng)絡(luò)化、多功能化和多樣化的方向發(fā)展。1.3 本課題的主要研究內(nèi)容本文主要研究設(shè)計一個液壓試驗臺來對液壓泵和液壓馬達(dá)的性能參數(shù)（如泵和馬達(dá)的容積效率、機械效率

22、等）進(jìn)行測試，主要工作是液壓泵、馬達(dá)性能測試系統(tǒng)的搭建。第一章緒論部分，介紹本課題的研究背景、意義和主要內(nèi)容，以及液壓試驗臺的研究現(xiàn)狀。第二章進(jìn)行了液壓泵、馬達(dá)性能測試系統(tǒng)設(shè)計方案分析，介紹了液壓泵、馬達(dá)性能指標(biāo)和測試原理。主要有液壓泵、馬達(dá)的排量驗證試驗、效率試驗、變量特性試驗、效率檢查試驗等，同時介紹了液壓試驗臺的加載方法。第三章、第四章主要介紹了液壓動力源裝置的設(shè)計（主要包括液壓泵和電動機的規(guī)格的確定）、液壓元件及液壓輔件的選型等，還有各傳感器的選型。第五章主要介紹了液壓集成塊的優(yōu)點以及本設(shè)計中液壓集成塊的設(shè)計。第六章簡要介紹了一下在液壓系統(tǒng)中的壓力損失,包括沿程壓力損失和局部壓力損失。

23、第七章主要介紹了液壓泵、液壓馬達(dá)的試驗項目和方法的確定，參照國家相關(guān)試驗標(biāo)準(zhǔn)和對液壓泵的性能分析，確定液壓泵和液壓馬達(dá)的試驗項目和相應(yīng)的試驗方法以及液壓泵和液壓馬達(dá)性能參數(shù)的計算方法。第二章 液壓泵、馬達(dá)試驗臺的總體方案設(shè)計2.1 液壓泵、馬達(dá)性能測試系統(tǒng)原理2.1.1液壓泵、馬達(dá)試驗分類 液壓泵（馬達(dá)）主要有三種類型：柱塞泵（馬達(dá)）、齒輪泵（馬達(dá)）和葉片泵（馬達(dá)）。試驗內(nèi)容各不相同。國標(biāo)（JB/T 7039-93JB/T 7044-93）對液壓泵、馬達(dá)試驗條件、試驗項目和試驗方法有著詳細(xì)的規(guī)定。國標(biāo)中主要是按試驗性質(zhì)將液壓泵（馬達(dá)）試驗分為型式試驗和出廠試驗。2.1.2液壓泵、馬達(dá)型式試驗、

24、出廠試驗（一）液壓泵、馬達(dá)型式試驗：液壓泵、馬達(dá)型式試驗的主要目的是要全面掌握產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)完整性、工作性能和耐久性，確定設(shè)計或生產(chǎn)能否定型。它的試驗條件較為嚴(yán)格。試驗項目主要包括靜態(tài)特性、動態(tài)特性、結(jié)構(gòu)完整性和耐久性，試驗結(jié)果為產(chǎn)品的特性曲線，其測試精度較高，可作為科研開發(fā)、設(shè)計定型和生產(chǎn)定型的依據(jù)。試驗項目主要有：排量驗證試驗、效率試驗、壓力振擺檢查、自吸試驗、高溫試驗、超速試驗、超載試驗、滿載試驗、沖擊試驗，效率檢查試驗和外滲漏檢查試驗等。 （二）液壓泵、馬達(dá)出廠試驗：表2.1 液壓泵出廠試驗項目和方法序號試驗項目內(nèi)容和方法1排量試驗在最大排量、額定轉(zhuǎn)速、空載壓力下、測試排量2容積效率在額定

25、工況下，測量容積效率3變量特性試驗在額定轉(zhuǎn)速下，使被試泵變量機構(gòu)全行程往復(fù)變化3次4超載試驗在最大排量、額定轉(zhuǎn)速、最高壓力或125 %的額定壓力（選擇其中高者）工況下，連續(xù)運轉(zhuǎn)不少于1 min5沖擊試驗按型式試驗中規(guī)定的相應(yīng)方法進(jìn)行試驗，沖擊次數(shù)不少于10次6外滲漏檢查試驗在上述全部試驗過程中，檢查動、靜密封部位，不得有外滲漏注：出廠試驗允許用試驗轉(zhuǎn)速代替額定速度。試驗轉(zhuǎn)速可由企業(yè)根據(jù)試驗條件自行確定。表2.2 液壓馬達(dá)出廠實驗項目和方法序號實驗項目內(nèi)容和方法1容積效率試驗在額定轉(zhuǎn)速條件下，分別測量馬達(dá)在空載壓力和額定壓力時實際轉(zhuǎn)速、輸入流量或輸出流量和內(nèi)泄流量，計算容積效率2變量特性試驗根據(jù)

26、變量控制方式，在設(shè)計規(guī)定的條件下，測量不同的控制量與被控制量之間的對應(yīng)數(shù)據(jù)3外滲漏檢查在上述全部試驗過程中，檢查動、靜密封部位，不得有外滲漏2.2 液壓試驗臺系統(tǒng)原理1.電動機 2.聯(lián)軸器 3.單向閥 4.被試泵（可做加載泵） 5.轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器 6.被試馬達(dá)（雙向馬達(dá)） 7.電液換向閥 8.濾油器 9.電動機 10.單作用變量泵 11.流量傳感器 12.壓力傳感器 13溢流閥 14.溢流閥 15.供油泵 16.冷卻器 圖2.1 液壓試驗臺系統(tǒng)原理圖本設(shè)計采用雙向液壓馬達(dá)以及雙向泵試驗系統(tǒng)作為液壓試驗臺的方案，如圖2.1所示。具體規(guī)劃如下：電動機及供油泵組成整個液壓系統(tǒng)的動力源裝置，為系統(tǒng)提供

27、動力。溢流閥用于實現(xiàn)液壓系統(tǒng)的安全閥調(diào)定壓力和測試過程中的加載。四個單向閥組成液壓系統(tǒng)的整流回路控制裝置，用以切換試驗泵的進(jìn)油和回油的油路，控制被試液壓泵換向及換向速度，提高換向穩(wěn)定性，減小液壓沖擊，實現(xiàn)被試泵的雙向試驗的目的；換向閥采用手動換向閥，用以測試雙向馬達(dá)的各種性能參數(shù)。液壓油路中的各種參數(shù)（壓力、溫度）的測定由傳統(tǒng)的壓力表及溫度計測出；試驗泵、馬達(dá)處的參數(shù)由傳感器來測定，并與控制柜中的微機相連接，將測出的信號輸出，進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)分析（其中：流量的測定是采用橢圓齒輪流量計，流量計即安裝在兩根回油管的連接處，圖中分開表示只是為了表達(dá)清晰）。試驗系統(tǒng)的壓力調(diào)節(jié)范圍為031.5 MPa，排量

28、是125 ml/r, 轉(zhuǎn)速是1500 r/min。2.3 液壓試驗臺的設(shè)計由于液壓系統(tǒng)的特殊工況, 本設(shè)計中液壓試驗臺采用分布式結(jié)構(gòu)設(shè)計，即：試驗臺的動力源裝置、控制裝置、測試儀表及傳感器和電氣控制部分均采用分體式結(jié)構(gòu)單獨設(shè)計，最后通過油管、電纜線等把各個部分聯(lián)系起來。采用分布式結(jié)構(gòu)設(shè)計其優(yōu)點在于：使得液壓試驗臺的設(shè)計、制造、裝配簡單、系統(tǒng)維護(hù)方便, 并且可提高試驗臺的可靠性。圖2.2 液壓試驗臺2.3.1 加載方法的選擇研究在液壓元件及系統(tǒng)的試驗中都要求對它們的實際使用情況、額定工況、超載運行工況進(jìn)行模擬和考核。因此必須在充分了解各工況下的負(fù)載變化規(guī)律后，設(shè)計出合理的負(fù)載模擬裝置和選擇適當(dāng)?shù)?/p>

29、測試裝置，以達(dá)到能對實驗對象從零見到整機進(jìn)行全性能的充分檢驗和考核。在液壓試驗中一般有下列形式的負(fù)載：各種轉(zhuǎn)速下軸上的負(fù)載力矩；各種直線運動下的負(fù)載力；與位移成比例的彈性負(fù)載；與角位移成比例的鉸鏈力矩負(fù)載；與速度成比例的粘性摩擦負(fù)載；各種阻尼負(fù)載等等。可見負(fù)載種類繁多，變化規(guī)律復(fù)雜。為了在試驗中作出完善的模擬，在實際中就出現(xiàn)了各種各樣的加載方法。2.3.2 液壓泵試驗常用加載方法在液壓泵的很多試驗項目中都要求液壓泵在不同壓力下運轉(zhuǎn)，以測試其各項參數(shù)，液壓系統(tǒng)的壓力取決于負(fù)載。雖然液壓泵有多種加載方法，但由于液壓泵輸出的是液壓能，所以只能進(jìn)行液壓加載，另外的方法也是將其它能轉(zhuǎn)換為液壓能對液壓泵進(jìn)

30、行加載。1）機械加載方法水力測功機加載:水力測功機加載是液壓泵驅(qū)動液壓馬達(dá)運轉(zhuǎn)，帶動水力測功機，馬達(dá)輸入液壓能輸出機械能，水力測功機通過液壓馬達(dá)為液壓泵加載。水力測功機將機械能轉(zhuǎn)化為熱能可以避免對油溫產(chǎn)生影響.水力測功機加載系統(tǒng)如圖2.3所示。這種加載方式的缺點是要用耐高壓流量傳感器來測量泵的輸出流量，這是很困難的，因此不能作高壓、大功率液壓泵的性能測試。圖2.3 水利測功機加載 圖2.4 電力加載2）電力加載方法電力加載是液壓泵驅(qū)動液壓馬達(dá)運轉(zhuǎn)，帶動發(fā)電機，馬達(dá)輸入液壓能輸出機械能，液壓馬達(dá)有負(fù)載，從而給液壓泵加載。發(fā)電機將機械能轉(zhuǎn)化為電能，油溫不會產(chǎn)生大的變化。電力加載系統(tǒng)圖如圖2.4所示

31、。電力加載在低速加載時性能較好，其缺點是要選用發(fā)電機，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，能耗較大，不適用于大功率泵的性能測試，應(yīng)用較少。3）液壓加載方法泵的節(jié)流加載這是液壓泵性能測試系統(tǒng)中常用的加載方法，在泵輸出油路中串聯(lián)可變節(jié)流閥或溢流閥，以改變油路阻力，使壓力改變，達(dá)到給被試泵加載的目的。也就是說，只要能使節(jié)流閥口按一定的規(guī)律變化，即可實現(xiàn)各種規(guī)律變化的負(fù)載模擬。圖2.5所示為液壓泵節(jié)流加載的基本油路。1.函數(shù)發(fā)生器 2.放大器 3.電液伺服閥或比例閥4.溢流閥 5.遠(yuǎn)控閥 6.節(jié)流閥 7.被試泵圖2.5 液壓泵節(jié)流加載原理圖手調(diào)節(jié)流閥或手調(diào)溢流閥加載方法均不能實現(xiàn)自動加載，而這兩種加載方式又都可派生出比例加載

32、。比例加載采用計算機控制，計算機輸出信號經(jīng)比例放大器放大，驅(qū)動比例閥實現(xiàn)加載功能.為了實現(xiàn)泵的壓力沖擊試驗，需要壓力值多次重復(fù)突變。在圖2.6所示油路中，只要給二位二通電磁閥接通、斷開電源，即可獲得壓力的突變。變化的間隔時間由電磁閥的控制電路調(diào)節(jié)，而壓力值由調(diào)節(jié)節(jié)流口實現(xiàn)。當(dāng)電磁閥斷電時，兩節(jié)流閥并聯(lián)，得到節(jié)流閥A設(shè)定的較低壓力負(fù)載壓力P，當(dāng)電磁閥通電時，負(fù)載為節(jié)流閥B設(shè)定的較高壓力PZ。圖2.6 沖擊試驗加載方式2.3.3 液壓馬達(dá)試驗常用加載方法1.被試泵 2.整流油路 3.供油泵 4.溢流閥 5.加載節(jié)流閥 圖2.7 液壓泵（馬達(dá)）加載油路圖如果將被試泵的動力源采用高速馬達(dá)驅(qū)動時，則上述

33、油路就變成了雙向液壓馬達(dá)的加載油路了。原來的被試泵就成了加載泵，通過節(jié)流，改變加載泵系統(tǒng)中的壓力，壓力的大小對應(yīng)著泵軸要求輸入的轉(zhuǎn)矩大小，這就給被試馬達(dá)軸施加了負(fù)載。但此方法只適合于高速液壓馬達(dá)的試驗。因為當(dāng)被試馬達(dá)低速運行時，加載泵輸出流量小，由于泵本身的容積漏損和其他消耗，將導(dǎo)致系統(tǒng)壓力不穩(wěn)定，甚至加不上負(fù)載。為此，要求采用如圖2.8所示油路。在加載泵的輸出油路上并聯(lián)補償泵3。當(dāng)被試馬達(dá)低速運行時，就能保證有足夠的流量通過加載溢流閥4，確保加載系統(tǒng)中壓力的建立和穩(wěn)定。為了壓力的穩(wěn)定，有時在泵輸出油路上還并聯(lián)一定容積的蓄能器。1.被試液壓馬達(dá)； 2.加載泵； 3.補償泵； 4.加載溢流閥；5

34、.壓力表圖2.8 液壓馬達(dá)低速試驗加載油路圖2.3.4 本系統(tǒng)加載方法的確定試驗臺采用單作用變量泵10和雙向馬達(dá)6的油路,試驗方案如下圖2.9所示。而對于雙向液壓馬達(dá)6（擬選用高速馬達(dá)進(jìn)行試驗）的加載則采用液壓泵4后接一個溢流閥13進(jìn)行加載，在泵的輸出油路中串聯(lián)溢流閥13，以改變加載泵系統(tǒng)的中的壓力，壓力的大小則對應(yīng)著泵軸要求輸入的轉(zhuǎn)矩大小，這就給被試馬達(dá)軸施加了負(fù)載。在加載泵的輸出油路上并聯(lián)補償泵15.當(dāng)被試馬達(dá)低速運行時，就能保證有足夠的流量通過加載溢流閥13，確保加載系統(tǒng)中壓力的建立和穩(wěn)定。 圖 2.9 液壓臺實驗原理圖第三章 液壓泵、馬達(dá)試驗臺動力源裝置設(shè)計3.1 液壓動力源裝置組成液

35、壓動力源一般由液壓泵組、油箱組件、控溫組件、過濾器組件和蓄能器組件等5個相對獨立的部分組成。本設(shè)計中因為流量及功率滿足系統(tǒng)所需，故未使用蓄能器組件。3.2 液壓泵的規(guī)格確定以及與之相匹配的電動機的選定液壓泵組一般包含以下元器件，各元器件的作用見表3.1：表3.1 液壓泵組的元件組成及作用序號元件名稱作用1液壓泵將原動機的機械能轉(zhuǎn)換為液壓能2原動機（電動機或內(nèi)燃機）驅(qū)動液壓泵工作3聯(lián)軸器連接原動機和液壓泵4傳動底座安裝和固定液壓泵及原動機液壓泵規(guī)格的確定：（參考圖2.1）（1） 液壓泵4：根據(jù)課題要求：液壓試驗臺最大試驗壓力為31.5 MPa，考慮到壓力損失等因素，一般選用35 MPa，=40

36、MPa的柱塞泵。柱塞泵類型分為：軸向柱塞泵、徑向柱塞泵和臥式柱塞泵。其中，軸向柱塞泵有結(jié)構(gòu)緊湊、轉(zhuǎn)動慣量小、壓力高、效率高等優(yōu)點，故應(yīng)用廣泛。本設(shè)計也采用軸向柱塞泵?？紤]到泵在工作中的效率，選擇變量泵以提高液壓系統(tǒng)的效率，減少能量損失。變量泵的變量形式有很多種：有手動、伺服、液控、壓力補償、恒功率等方式。查閱液壓設(shè)計傳動手冊，本系統(tǒng)采用A7V160斜軸式軸向柱塞泵。圖3.1 斜軸式軸向柱塞泵其參數(shù)如下： 表3-2 A7V160型斜軸式軸向柱塞泵參數(shù)型號排量最大壓力MPa轉(zhuǎn)速A7V1601604010003000滿足課題的設(shè)計要求。（2） 與液壓泵4相匹配的電動機，根據(jù)下式選定： (3-1)式中

37、 電動機的額定功率 所選電動機額定功率； 變量柱塞泵的額定壓力； 變量柱塞泵達(dá)到額定壓力時，輸出的流量； 變量柱塞泵的機械效率，可取0.70.9（當(dāng)較小時取較小值，當(dāng)較大時取較大值）。這里，取。式中 變量柱塞泵的排量（單位：）；n 變量柱塞泵的額定轉(zhuǎn)速（單位：）按（式3-1）可得則所選電動機的額定功率109.4 KW，且額定轉(zhuǎn)速要與液壓泵轉(zhuǎn)速相匹配，。查閱機械設(shè)計手冊，選用Y系列三相異步電動機（ZBK22007-88）。Y系列電動機是按照國際電工委員會（IEC）標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計的，具有國際互換性的特點。則選擇Y315S-4，額定功率為110 KW，同步轉(zhuǎn)速為1500 r/min，滿載轉(zhuǎn)速為1480 r

38、/min。Y315S-4電動機外形及安裝尺寸如表3.3所示：圖3.2 Y315S-4電動機外形及安裝尺寸表3.3 Y315S-4電動機外形及安裝尺寸型號HABCDEFGY315S-450840621680m61702271GDKAAABACADBBHAHD2828120744645576676458651270（3） 液壓泵10 泵的工作壓力的確定考慮到正常工作中進(jìn)油管路有一定的壓力損失，所以泵的工作壓力為 (3-2)式中 液壓泵最大工作壓力； 執(zhí)行元件最大工作壓力； 進(jìn)油管路中的壓力損失，初算時簡單系統(tǒng)可取0.20.5 MPa，復(fù)雜系統(tǒng)取0.51.5 MPa，本設(shè)計中取0.5 MPa。故取

39、泵的流量確定液壓泵的最大流量應(yīng)為 (3-3)式中 液壓泵的最大流量； 同時動作的各執(zhí)行元件所需流量之和的最大值； 系統(tǒng)泄漏系數(shù)，一般取=1.11.3，現(xiàn)取=1.2，則 選擇液壓泵的規(guī)格查閱液壓傳動設(shè)計手冊，選用跟液壓泵4一樣的A7V160斜軸式軸向柱塞泵。（4） 與液壓泵10相匹配的電動機的選定：電動機依然選擇Y315S-4，由前面可知，這個型號的電動機符合條件，此處不再贅述。（5） 液壓泵（供油泵）15： 根據(jù)課題要求，供油泵的壓力不需要很大，P=5 MPa，排量V>125 ml/r。則查閱液壓傳動設(shè)計手冊，選用YB型葉片泵。圖3.3 YB型葉片泵其參數(shù)如下： 表3-2 YB-C171

40、B型葉片泵參數(shù)型號排量額定壓力MPa額定轉(zhuǎn)速YB-C171B12971000滿足課題的設(shè)計要求。（6） 與液壓泵15相匹配的電動機，根據(jù)下面公式進(jìn)行選定： (3-4)式中 電動機的額定功率 所選電動機額定功率； 葉片泵的額定壓力； 葉片泵達(dá)到額定壓力時，輸出的流量； 葉片泵的機械效率，可取0.60.8（當(dāng)較小時取較小值，當(dāng)較大時取較大值）。這里，取。式中 葉片泵的排量（單位：）；n 葉片泵的額定轉(zhuǎn)速（單位：）按（式3-1）可得則所選電動機的額定功率18.8 KW，且額定轉(zhuǎn)速要與液壓泵轉(zhuǎn)速相匹配，。查閱機械設(shè)計手冊，選用Y系列三相異步電動機（ZBK22007-88）。Y系列電動機是按照國際電工委

41、員會(IEC)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計的，具有國際互換性的特點。則選擇Y200L2-6，額定功率為22 KW,同步轉(zhuǎn)速為1000 r/min，滿載轉(zhuǎn)速為970 r/min。Y200L2-6電動機外形及安裝尺寸如表3.4所示：表3.4 Y200L2-6電動機外形及安裝尺寸型號HABCDEFGY200L2-631830513355m61101649KABACADHD193954203154757753.3 電動機以及液壓泵布置方式的選擇3.3.1液壓泵組布置方式的選擇按液壓泵組布置方式的分類，可分為上置式液壓動力源、非上置式液壓動力源及柜式液壓動力源。柜式液壓動力源功率較小，本課題的液壓馬達(dá)試驗臺功率較大，故不考

42、慮柜式液壓動力源。下面分別對上置式和非上置式兩種液壓動力源布置方式作一個比較。（1） 上置式液壓動力源上置式液壓動力源分為臥式液壓動力源和立式液壓動力源。1）臥式液壓動力源：泵組布置在油箱之上的上置式液壓動力源，當(dāng)電動機臥式安裝，液壓泵置于油箱之上。特點：由于液壓泵置于油箱之上，必須注意各類液壓泵的吸油高度，以防液壓泵進(jìn)油口處產(chǎn)生過大的真空度，造成吸空或氣穴現(xiàn)象。2）立式液壓動力源：電動機立式安裝，液壓泵置于油箱內(nèi)，如圖3.4所示。特點：上置式液壓動力源占地面積小，結(jié)構(gòu)緊湊，液壓泵置于油箱內(nèi)的立式安裝動力源，噪聲低且便于收集漏油。這種結(jié)構(gòu)在中、小功率液壓站中被廣泛采用。圖3.4 上置式液壓動力

43、源（2） 非上置式液壓動力源非上置式液壓動力源一般將泵組布置在底座或地基上,如圖3.5所示。特點：非上置式液壓動力源由于液壓泵置于油箱液面以下，故能有效改善液壓泵的吸入性能。這種動力源裝置高度低，便于維護(hù)，但占地面積大。因此，適用于泵的吸入允許高度受限制，傳動功率較大，而使用空間不受限制以及開機率低，使用時又要求很快投入運行的場所。圖3.5 非上置式液壓動力源（3） 液壓動力源裝置的比較上置式及非上置式液壓動力源裝置各有特點，現(xiàn)做一比較，列表如下：表3.5 上置式與非上置式液壓動力源裝置的綜合比較項 目上置立式上置臥式非上置式震 動較大較大小占地面積小小較大清洗油箱較麻煩較麻煩容易漏油收集方便

44、需另設(shè)滴油盤需另設(shè)滴油盤液壓泵工作條件泵浸在油中，工作條件好一般好液壓泵安裝要求泵與電動機有同軸度要求泵與電動機有同軸度要求;需考慮液壓泵的吸油高度;吸油管與泵的連接處密封要求嚴(yán)格泵與電動機有同軸度要求;吸油管與泵的連接處密封要求嚴(yán)格應(yīng)用中小型液壓站中小型液壓站較大型液壓站從表中不難看出，雖然非上置式與上置式動力源相比占地的面積較大，但液壓泵工作條件較好，清洗油箱也較方便；又考慮到所要設(shè)計的液壓馬達(dá)試驗臺功率較大，故采用：非上置式液壓動力源。3.3.2液壓泵組連接方式的選擇 確定液壓泵組連接方式，實際上是要考慮液壓泵與原動機的軸間連接和安裝方式，其首先要考慮的問題是：液壓泵軸的徑向和軸向負(fù)載的

45、消除或防止。按液壓泵組連接方式的分類，可分為直接驅(qū)動型連接和間接驅(qū)動連接。液壓泵經(jīng)聯(lián)軸器或采用花鍵連接由原動機直接驅(qū)動，稱為直接驅(qū)動型連接。如果液壓泵不能經(jīng)聯(lián)軸器由原動機直接驅(qū)動，而需要通過齒輪傳動、鏈傳動或皮帶傳動間接驅(qū)動，則稱為間接驅(qū)動連接。本課題設(shè)計中液壓泵組采用的是電動型的驅(qū)動方式，即以電動機作為原動機直接驅(qū)動。故考慮直接驅(qū)動型連接。下面對直接驅(qū)動型連接中兩種連接方式的特點作一個比較：（1） 聯(lián)軸器連接適用場合：泵組在結(jié)構(gòu)上一般不能承受額外的徑向和軸向載荷，并且使泵軸與驅(qū)動軸之間嚴(yán)格對中，軸線的同軸度誤差不大于0.08 mm。（2） 花鍵連接原動機與液壓泵之間采用特殊的軸端帶花鍵連接孔

46、的原動機，將泵的花鍵軸直接插入原動機軸端。此種連接方式在省去聯(lián)軸器的同時，還可以保證兩軸間的同軸度。（3） 聯(lián)軸器的選擇本課題設(shè)計中，液壓泵的泵軸與電動機的驅(qū)動軸之間需要嚴(yán)格對中，同軸度要求較高，故采用：聯(lián)軸器連接。通過計算后，查閱機械設(shè)計手冊，選用型號為HT8彈性套柱銷聯(lián)軸器和HT10彈性套柱銷聯(lián)軸器。3.3.3 液壓泵組安裝方式的選擇按液壓泵組安裝方式的分類，可分為角形支架臥式安裝、鐘形罩立式安裝、腳架鐘形罩臥式安裝和支架鐘形罩臥式安裝。下面分別對四種安裝方式作一個比較。（1） 角形支架臥式安裝如圖3.6，液壓泵直接裝在角形支架3的止口里，依靠角形支架的底座與基座8相連接，再通過撓性聯(lián)軸器

47、7與帶底座的臥式電動機（Y90L-4-1）相連。液壓泵與電動機的同軸度需通過在電動機底座下和角形支架上加裝的調(diào)整墊片來實現(xiàn)。圖3.6 角形支架臥式安裝（2） 鐘形罩立式安裝如圖3.7，通過液壓泵（YB1-32）上的軸端法蘭實現(xiàn)泵與鐘形罩（也稱鐘形法蘭）1的連接，鐘形罩再與帶法蘭的立式電動機（Y112M-685）連接，依靠鐘形罩上的止口保證液壓泵與電動機的同軸度。此種方式安裝和拆卸均較方便。圖3.7 鐘形罩立式安裝（3） 腳架鐘形罩臥式安裝如圖3.8所示，此種安裝方式與圖3.10鐘形罩立式安裝類同，不同之處在與這里的鐘形罩自帶腳架，并臥式安裝。1-電動機 2-腳架 3-液壓泵圖3.8 腳架鐘形罩

48、臥式安裝（4） 支架鐘形罩臥式安裝如圖3.9所示，這種安裝方式中，電動機（Y132M-4）與液壓泵4通過鐘形罩1連接起來，鐘形罩再與支架5連接，最后通過支架將液壓泵與電動機一并安裝再基座上。液壓泵與電動機的同軸度由鐘形罩上的止口保證。此種方式加工和安裝都比較方便。圖3.9 支架鐘形罩臥式安裝鐘形罩立式安裝和支架鐘形罩臥式安裝加工和安裝都比較方便，但先前液壓泵組已采用的是非上置式液壓動力源的方案，故采用：支架鐘形罩臥式安裝。3.3.4 液壓泵組傳動底座的設(shè)計液壓泵組的傳動底座在結(jié)構(gòu)上應(yīng)具有足夠的強度和剛度，還應(yīng)考慮檢修的方便性。要在合適的部位設(shè)置滴油盤，以防油液污染工作場地。圖3.10 T形槽安

49、裝底板如圖3.10所示，本設(shè)計采用T形槽安裝底板,液壓泵組可安裝固定在上面，并用T形槽用螺栓加以固定。T型槽的周邊有油槽，液壓元件滴落的油液可以流至槽內(nèi)，防止了油液污染試驗場地。試驗完畢后，可以擦除油槽內(nèi)收集的油液，保持了場地的清潔。本設(shè)計中T形槽安裝底板的尺寸：長1.85米，寬1米。T形槽間距為125 mm。第四章 液壓元件的選型以及測量裝置的選型4.1 液壓馬達(dá)的選型已知馬達(dá)參數(shù)：V=125 ml/r，P=31.5 MPa，n=1500 r/min，參閱液壓設(shè)計手冊，選用A6V型斜軸式柱塞馬達(dá)。其具體參數(shù)為：表4.1 A6V型斜軸式柱塞馬達(dá)參數(shù)型號排量（ml/r）壓力/MPa最高轉(zhuǎn)速（r/

50、min）最大轉(zhuǎn)矩A6V M160最大最小額定最高4500809/1016160333540圖4.1 A6V型斜軸式軸向柱塞馬達(dá)結(jié)構(gòu)圖4.2 各種控制閥的選型4.2.1 換向閥根據(jù)q=Vn=125 ml/r×1500 r/min=187.5 l/min，查閱液壓設(shè)計傳動手冊選擇WEH10型電液換向閥，其外形尺寸如圖4.2所示。圖4.2 WEH10型電液換向閥外形尺寸圖4.2.2 溢流閥根據(jù)q=Vn=125 ml/r×1500 r/min=187.5 l/min，查閱液壓設(shè)計手冊，選擇DBD型直動溢流閥。其具體參數(shù)如下：（1） 通徑：20 mm（2） 工作壓力：P：40 MPa；O：31.5 MPa（3） 流量：250 l/min（4） 介質(zhì)：礦物液壓油或磷酸酯液壓油其外形尺寸如圖4.3所示：圖4.3 溢流閥外形通徑/mm連接板閥固定螺釘L1L2L3L4L530G306/1M10110-10.91805.52513085L6L7L8B1B2H1H235358510013060904.2.3 單向閥 根據(jù)q=Vn=125 ml/r×1500 r/min=187.5 l/min，查閱液壓設(shè)計手冊，選擇S型單向閥。型號如下：其外形尺寸如下：圖4.4 單向閥外形尺寸表4.2 單向閥的外形尺寸參數(shù)通徑/mm尺寸/mmB1B2