多功能组合式液压试验台研制总结报告

多功能组合式液压试验台研制总结报告项目负责人吴彦农2009年6月15日1项目背景及项目完成过程综合性、设计性实验是实验教学的一项重要改革，对培养和提高学生的创新精神和实践能力有着重要意义。我校液压实验室现有2台液压试验台，其油路是固定的，只能做几个简单的验证性实验，不能满足人才培养的需要，为此，2006年底申报了本项目，计划研制1台能自由搭接多种油路、油路连接方便、外型美观大方、使用安全方便的液压综合实验试验台，该试验台将用于液压传动的设计性综合性实验、液压传动课程设计、液压与PLC的综合课程设计及毕业设计的相关课题。2007年完成了初步设计，2008年资金到位后开始样机研制，2008年7月完成试验台架和主要元器件的采购，后又经近1年的完善和调试，于近日完成样机研制。2组合式液压试验台的功能介绍在组合式液压教学试验台上，可以完成液压传动课要求的全部实验项目，该试验台可以代替原有的实验设备，具有一台多用的特点，克服了以往试验台实验单一、固定的缺点。该试验台从结构上采用自由组合式的模块化结构设计，搭建实验简单、方便、各个液压元件各自组成独立模块，配有方便安装的连接底板，实验时可以随意安装在通用T型铝合金型材板上，组装各种实验回路，操作简单、方便。由学生自行设计、连接实验的回路系统，可以很好地培养学生独立思考和解决问题的能力。采用可编程控制器控制系统动作，使控制系统方便灵活，易于实现。液压元件油口及其所用连接管接头采用自锁式结构，插接方便，密封性能好，系统工作原理清楚。此外，试验台还提供了PLC控制，对于感兴趣的学生，让其自己编制控制程序，可以使学生提高对其所学知识的综合运用能力。该试验台可以完成基本的液压传动课程实验项目和液压元件的性能测试实验，此外，由于液压元件和软管为独立组件，并配有独立的可编程控制器，因此还能完成基本的实验项目之外的各种液压实验，组装连接液压课程设计、工厂电控及PLC课程设计中的典型课题，进行实际调试，样机上可进行液压组合机床的液压系统和电控系统的调试。下面对其中一些主要实验进行简单的介绍。2.1液压泵性能实验液压泵性能实验的目的是为了了解液压泵的工作特性，通过实验增加对液压泵工作的感性认识，如液压泵工作时的震动、噪声、油压的脉动、油温的升高等。掌握测试液压泵工作性能的方法。液压泵性能实验液压系统原理图如图2-1所示。图2-1液压泵性能实验液压系统原理图2.2溢流阀的特性实验溢流阀的特性实验是为了深入了解溢流阀工作时的动、静态特性。测试启闭特性，调压范围，压力稳定性，卸荷压力及压力损失，重点为启闭特性的测试，对被试阀的动、静特性做适当的分析。对溢流阀压力超调量的动态性能取得感性认识，通过实验掌握溢流阀的动、静态特性测试方法。溢流阀特性实验原理图如图2-2所示。样机上可进行溢流阀的静态特性试验，如进行溢流阀的动态特性试验还需添置压力传感器及有关测试仪器。图6溢流阀性能实验液压系统原理图151614x20压力传器感p813111210199x822p6x图2-2溢流阀特性实验原理图2.3节流调速回路的性能实验节流调速回路的工作原理是通过改变回路中流量控制元件（节流阀和调速阀）通流截面积的大小来控制流入执行元件或自执行元件流出的流量，以调节其运动速度。根据流量阀在回路中的位置不同，分为进油节流调速、回油节流调速和旁路节流调速三种回路。通过对节流阀三种调速回路的实验，可以得出它们的调速特性曲线，并能分析比较它们的调速性能。通过对节流阀和调速阀进口截留调速回路的对比实验，能分析比较它们的性能差别。节流调速回路的性能实验原理图如图2-3所示。图2-3节流调速回路的性能实验原理图2.4组合机床液压系统和电控系统的设计与调试组合机床是大批量生产中加工流水线上大量使用的机床，在汽车、拖拉机、柴油机、电动机、缝纫机等制造行业有着应用广泛，因此，组合机床液压系统和电控系统的设计成为机械设计制造及自动化专业液压和工厂电控2门课程的典型实例和课程设计课题，也是机械设计制造及自动化专业典型的毕业设计课题。以往这类课题只能停留在设计阶段，现在有了组合式液压教学试验台后就可以按自己的设计方案连接液压油路和控制电路，调试PLC程序，排除故障，修改方案，最终完成系统调试。这样学生将经历从设计到调试的完整的过程，可切实提高学生在液压和电控方面的实际应用能力和动手解决问题的能力，切实提高学生解决液压和电控方面工程实际问题的自信心，这种自信心将促使学生在今后的工作中积极承担有关任务，由此变得越来越强。样机提供了1个液压滑台、1个可1800旋转的摆动缸、2个夹紧缸、2个定位缸、1个缸径为40，行程为250的液压缸，可以构成常见的组合机床液压系统。如图2-4所示是一种有1个液压滑台、1个旋转工作台、2个夹紧缸的组合机床液压系统原理。图2-4组合机床液压系统原理图3组合式液压试验台的设计说明3.1设计要求的确定1）能自由搭接多种油路、油路连接方便、外型观大方、使用安全方便。2）能开出目前液压传动课程中的3个课程实验，液压泵的性能试验、溢流阀的性能实验、节流调速回路试验，实验时，在教师的指导下，由学生自己设计试验油路，选择液压元件，组装连接回路，测试分析数据。3）可以进行学生课外自主设计创新性的实验项目，以培养学生的学习兴趣和创新能力。4）多功能，可扩展，可以组装连接液压课程设计、工厂电控及PLC课程设计中的典型课题，进行实际调试，液压组合机床的控制是液压课程设计和工厂电控及PLC课程设计中常见的典型课题，要求样机上可进行液压组合机床的调试，结构上要便于执行机构的安装调试，便于扩展为其他机构。5）为毕业设计的相关课题提供液压和PLC方面的试验基础。3.2主要设计参数的确定1.系统压力的确定液压系统的工作压力一般按照机器设备的功率大小选择。小功率（≤15KW）工作压力可选6.3～7.0MPa；大功率可选7.0～31.5MPa。压力的选择要根据载荷大小和设备类型而定。还要考虑执行元件的装配空间、经济条件及元件供应情况等的限制。各类机械常用液压系统工作压力见表3－1：因为该实验台希望能进行组合机床液压系统的调试，所以液压系统的工作压力选择6.3MPa。2.液压缸主要尺寸的确定该试验台通过在台面上安装一些行程开关可以做液压动力滑台的模拟实验，另外通过外接液压滑台，作一些测试滑台性能的实验。外接液压滑台的各方面参数要求比较高，所以系统的各种参数的计算以外接实验滑台为标准。液压滑台是利用液压缸将泵站所提供的液压能转变成滑台运动所需的机械能。它对液压系统的主要要求是速度转换平稳，进给速度稳定，功率利用合理，效率高，发热少；能承受规定的最大负载，并且有较大的“工进”调速范围，以适用不同工序需要；滑台应能实现快速趋近和快速退回的速度要求。下面以大连组合机床研究所设计的1HJT25型液压滑台为例进行主要参数的计算，该滑台导轨宽250mm，进给速度范围是14.2~400mm/min,最大力是2.0×104N，快进速度为5.8m/min，油缸直径不明，按φ50计算。表3－1按荷载选择工作压力表3－2各种机械常用的系统工作压力3.液压泵的最大流量的估算1）液压缸最大流量：Q缸=(1/10)×Avmax（l/min）=(1/10)(r2)vmax（l/min）当r=2.5dm,vmax=5.8m/min时Q缸=11.4（l/min）2）确定液压泵的流量Q泵多液压缸或液压马达同时工作时，液压泵的输出流量应为Q泵≥K（ΣQmax）式中K——系统泄漏系数，一般取K=1.1～1.3；ΣQmax——同时动作的液压缸或液压马达的最大总流量，可由同时动作的各液压执行元件最大流量相加而得。本系统中定位、夹紧缸很小，且不同时动作，故不考虑，按1个缸计算，取K=1.3Q泵≥1.3×Q缸=14.8（l/min）取Q泵＝15（l/min）4.液压泵的驱动功率的估算液压泵的驱动功率按泵的性能实验所需的功率计算，P=PNQN/600ηp（kW）式中PN——液压泵的额定压力Pa，单位bar，取PN＝63barQN——液压泵的额定流量，单位l/min，取QN＝15（l/min）ηp——液压泵的总效率，从下表中可以查出来，取ηp＝0.7表3－3液压泵的总效率求得P=2.25Kw3.3液压试验台液压系统设计及元器件选择液压试验台液压系统希望能够构成：液压泵性能实验（图2-1）、溢流阀的特性实验（图2-2）、节流调速回路（图2-3）、典型组合机床液压系统原理图（图2-1）以及常见的调压回路、速度控制回路、快速运动回路、速度换接回路、多缸动作回路等，按上述液压回路的要求归纳统计所需液压元件的种类和数量，表3－4为样机实际选用的液压元件清单表3－4样机实际选用的液压元件清单名称型号单位数量生产厂家溢流阀YF3-E10L个2上海高行溢流阀YF3-E10B个2上海高行单向阀AF3-Ea10B个2上海高行单向阀AF3-Eb10B个2上海高行节流阀LF3-E6B个2上海高行调速阀QF3-E6cB个1上海高行调速阀QF3-E6aB个1上海高行单向调速阀AQF3-E6cB个1上海高行单向调速阀AQF3-E6bB个1上海高行减压阀JF3-E10B个2上海高行单向顺序阀AXF3-E10B个2上海高行远程调压阀YTF3-E6B个2上海高行液控单向阀YAF3-Ea10B个2上海高行三位四通电磁阀34EF3O-E6B个2上海高行三位四通电磁阀34EF3M-E6B个2上海高行二位四通电磁阀24EF3B-E6B个2上海高行二位四通电磁阀24EF3O-E6B个2上海高行压力表开关KF3-E3B个3上海高行压力表开关KF3-E1B个2上海高行椭圆齿轮流量计LC-E15.2/A5.J台1合肥精大发讯器GF-I(12VDC)台1合肥精大油压滑座160×300行程70-100个1上海普希勤薄型油压缸HCQ32/50-D只1温州中冶油压式转角下压缸THS25CW90只1温州中冶油压式转角下压缸THS25CCW90只1温州中冶MOB油缸MOB-B-40﹡250-LB只1温州中冶摆动液压缸ZBFKD40-180°只1温州中冶3.4液压试验台机械部分设计说明机械本体部分主要要考虑液压元件的安装，考虑过2种形式，一种是用角钢焊接，这种方法造价较低，但灵活性差；另一种是采用工业铝型材，它是现代化工厂中常用的材料，这种方法安装方便，灵活性好，便于将来功能的扩展，外形美观，符合试验台的设计要求，造价较高但在预算以内。图3－5为样机选用的2种工业铝型材液压元件采用板式安装，每种元件设计1种油路过度板，液压元件安装在油路过度板上，使用时将液压元件及油路过度板上一起安装在台架上。图3－4工业铝型材图3－6液压试验台机械本体设计方案图3－5液压元件及油路过度板图3－7液压试验台样机照片3.5液压试验台电控部分设计说明3.5.1主电路设计说明主电路主要控制2个油泵电机的起停，采用熔断丝进行短路保护，采用热继电器进行过载保护，另有外购的24VD电源给电磁阀供电，主电路图如3－8所示。图3－8主电路图3.4.2电磁阀的控制电路电磁阀的控制电路由学生自己设计连接，样机提供了18个开关，6个按钮。7个继电器，及24V直流电源。电磁阀的控制可以采用开关控制继电器，继电器控制电磁阀；也可以采用PLC实现复杂的自动控制。PLC的选型说明：PLC的输入输出点数按一般工厂电器控制及PLC课程设计的控制规模配备，由于我校现行教学计划《工厂电器控制及PLC》课程中学习的是西门子PLC，所以希望西门子PLC，以便于学生掌握与使用，但西门子PLC价格昂贵，经调研样机选用了正航电子的A5系列PLC，该系列PLC在输入输出口的定义、编程语言、梯形图符号等方面与西门子PLC兼容，价格只有西门子1/10，性能满足教学需要。样机选用的是正航电子的A5-C4007AR型CPU模块，该模块有24个输入点，16个输出点，输入输出点可扩展。1.A5-C4007AR型CPU模块主要性能参数介绍（1）输入通道主要特点有24个输入点，晶体管输入通道，固定输入地址；各组既可接源型输入（共阴极），也可以接漏型输入（共阳极