大功率液壓元件檢測實驗臺設計

大功率液壓元件檢測實驗臺設計,大功率液壓元件檢測實驗臺設計,大功率,液壓,元件,檢測,實驗,試驗,設計 大連大學 本科畢業(yè)論文(設計)開題報告 論 文 題 目：大功率液壓元件檢測實驗臺設計 學 院： 機械工程學院 專業(yè)、班 級： 機英133班 學 生 姓 名： 李克寧 指導教師（職稱）： 關(guān)浩 (教授) 2016 12月24 日填 畢業(yè)論文（設計）開題報告要求 開題報告既是規(guī)范本科生畢業(yè)論文工作的重要環(huán)節(jié)，又是完成高質(zhì)畢業(yè)論文 （設計）的有效保證。為使這項工作規(guī)范化和制度化，特制定本要求。 一、選題依據(jù) 1.論文（設計）題目及研究領(lǐng)域； 2.論文（設計）工作的理論意義和應用價值； 3.目前研究的概況和發(fā)展趨勢。 二、論文（設計）研究的內(nèi)容 1.重點解決的問題； 2.擬開展研究的幾個主要方面（論文寫作大綱或設計思路）； 3.本論文（設計）預期取得的成果。 三、論文（設計）工作安排 1.擬采用的主要研究方法（技術(shù)路線或設計參數(shù)）； 2.論文（設計）進度計劃。 四、文獻查閱及文獻綜述 學生應根據(jù)所在學院及指導教師的要求閱讀一定的文獻資料，并在此基礎上通 過分析、研究、綜合，形成文獻綜述。必要時應在調(diào)研、實驗或?qū)嵙暤幕A上遞交相 關(guān)的報告。綜述或報告作為開題報告的一部分附在后面，要求思路清晰，文理通順， 較全面地反映出本課題的研究背景或前期工作基礎。 五、其他要求 1.開題報告應在畢業(yè)論文（設計）工作開始后的前四周內(nèi)完成； 2.開題報告必須經(jīng)學院教學指導委員會審查通過； 3.開題報告合格或沒有做開題報告的學生，須重做或補做合格后，方能繼續(xù)論 文（設計）工作，否則允許參加答辯； 4.開題報告通過后，原則上允許換論文題目或指導教師； 5.開題報告的內(nèi)容，要求打印并裝訂成冊（部分專業(yè)可根據(jù)需要手寫在統(tǒng)一紙張 上，但封面需按統(tǒng)一格式打?。?。 一、選題依據(jù) 1論文（設計）題目 大功率液壓元件檢測實驗臺設計 2研究領(lǐng)域 機械制造及自動化流體傳動與控制 3論文（設計）工作的理論意義和應用價值 大功率液壓元件檢測實驗臺項目是中鐵軌道系統(tǒng)集團針對目前國內(nèi)液壓元件 實驗臺功率測試范圍較小，能耗高，已較難滿足對大功率（P300kw）液壓元件測試 需求的現(xiàn)狀提出的。主要針對高壓（21MPa31.5MPa）環(huán)境工況下的液壓元件進行 性能檢測，僅要求能對大多數(shù)液壓泵、液壓馬達、液壓閥以及液壓缸的性能參數(shù)進 行測，而且既要系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠，又要環(huán)保節(jié)能，可擴展性好，易于操縱，便于 維修。 檢測內(nèi)容主要包括： (1)液壓泵性能檢測，包括測試液壓泵的空載排、液壓泵、馬達功、壓-流 特性試驗；容積效率曲線實驗、超載等試驗。 (2)液壓閥性能檢測，包括液壓閥穩(wěn)態(tài)壓-流特性試驗；比例流閥指令-流 特性試驗；比例壓閥指令-壓特性試驗；內(nèi)泄漏特性等試驗。 (3)液壓缸性能檢測，包括試運行檢測、啟動壓試驗；耐壓性能試驗；保壓實驗。 4目前研究的概況和發(fā)展趨勢 自20世紀90代以來，工程機械產(chǎn)品呈現(xiàn)出斷向多樣化、節(jié)能化、輕化 和系列化方向發(fā)展的趨勢。用系統(tǒng)集成技術(shù)實現(xiàn)節(jié)能并減少二氧化碳排放是工程機械 產(chǎn)品發(fā)展主流，這一發(fā)展趨勢對液壓系統(tǒng)提出包括機器生產(chǎn)率、燃油利用率、排放、 操作舒適性、性價比和可維護性等多個方面的要求，工程機械用液壓元件面臨的挑戰(zhàn) 包括：消除泄漏，提高速度，提高壓，改善控制精度，降低噪聲與振動，提高總效 率，以及降低制造成本?？傊こ虣C械液壓技術(shù)的發(fā)展趨勢為：在整體優(yōu)化的前提 下，通過創(chuàng)新設計來節(jié)省能源，通過優(yōu)化各個部件來提升效率，通過智能控制來減少 排放，追求原始創(chuàng)新，實現(xiàn)差異化液壓系統(tǒng)與控制技術(shù)。 我國95%的工程機械采用液壓傳動與控制技術(shù)，液壓傳動與控制技術(shù)是促進工程 機械技術(shù)斷發(fā)展的基礎。液壓泵、液壓閥、液壓馬達等主要零部件仍被國外少數(shù)幾 家供應商控制，從 2010 開始，高壓液壓元件就得到國家高度的關(guān)注。2011 財政部、工業(yè)和信息化部共同組織實施2011國家重大科技成果轉(zhuǎn)化項目，重點 領(lǐng)域高檔液壓元件和液壓系統(tǒng)技術(shù)涵蓋工程機械用高壓柱塞泵 / 馬達技術(shù)（工作 壓31.5 MPa，電液控制，負荷傳感）、工程機械用液壓閥技術(shù)（工作壓31.5 MPa， 流100 L/min）和工程機械用液壓電子控制器技術(shù)（CPU 主頻80 MHz ）。 液壓行業(yè)的特點決定其技術(shù)進步必須擁有完善的基礎研發(fā)試驗和信息公共服務 平臺，我國液壓行業(yè)除擁有浙江大學 “流體動與機電系統(tǒng)國家重點實驗室” 和京 自動化所“國家液壓元件質(zhì)監(jiān)督檢驗中心” 外，還在多家企業(yè)、院校擁有液壓實驗 室。我國液壓行業(yè)現(xiàn)有與工程機械相關(guān)的主要實驗室和檢測機構(gòu)基本情況及試驗平臺 主要技術(shù)參數(shù)如表1。 表1 行業(yè)主要實驗室和檢測機構(gòu)試驗平臺主要技術(shù)參數(shù)1 二、論文（設計）研究的內(nèi)容 1.重點解決的問題 大功率液壓元件檢測實驗臺設計 2.擬開展研究的幾個主要方面（論文寫作大綱或設計思路） （1）液壓實驗臺功能原理設計。 （2）液壓實驗臺裝置的設計。 （3）液壓實驗臺電氣控制裝置設計。 （4）液壓系統(tǒng)參數(shù)的計算。 （5）液壓元件的選擇、油箱的設計和管路的設計。 3.本論文（設計）預期取得的成果 （1）根據(jù)實際要求，確定液壓實驗臺設計方案。 （2）液壓實驗臺滿足對企業(yè)液壓元件進行基本實驗要求。 （3）繪制實驗臺總圖，繪制泵站、控制系統(tǒng)等部件圖及零件圖。 （4）對系統(tǒng)性能進行必要的校核。 （5）探討計算機輔助檢測方案。 （6）編寫設計說明書一份。 三、論文（設計）工作安排 1.擬采用的主要研究方法（技術(shù)路線或設計參數(shù)）； 大功率液壓元件檢測試驗臺的設計基于檢測內(nèi)容主要完成實驗臺液壓系統(tǒng)、電 氣控制系統(tǒng)的設計。通過參數(shù)計算選擇正確的液壓實驗臺主要儀器設備。電器控制 系統(tǒng)主要由繼電器、接觸器、控制按鈕等組成；試驗所要求的各項動作及安全防護 設置、自動換向、自動計數(shù)、保壓延時等功能由PLC完成。 對大功率（P300kw）液壓元件測試需求的現(xiàn)狀提出的。主要針對高壓（21MPa 31.5MPa）環(huán)境工況下的液壓元件進行性能檢測。 2.論文（設計）進度計劃 第1周：布置題目，討論題目，進行課題調(diào)研 第2周：在深入理解課題的基礎上進行課題調(diào)研 第3周：繼續(xù)討論課題，研討開題報告的撰寫 第4周：撰寫開報告，進行開題報告答辯 第5周：在充分調(diào)研的基礎上，參考我校液壓實驗臺，進行方案論證及設計。 第6周：繼續(xù)討論課題的總體方案，并就具體細節(jié)分別進行論證。 第7周：進行實驗臺的總體設計，繪制總體方案圖。 第8周：進行必要的計算，確定實驗臺方案的合理性。 第9周：進行實驗臺的各部分的結(jié)構(gòu)設計，進行部件設計 第10周：進行液壓元件的選擇及完善各部件設計。 第11周：液壓控制系統(tǒng)的設計方案，確定合理的控制方案。 第12周：繼續(xù)進行控制系統(tǒng)設計，確定控制系統(tǒng)的最佳方案 第13周：繼續(xù)進行控制系統(tǒng)設計，完善控制系統(tǒng)細節(jié) 第14周：進行實驗臺總體討論，進行結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)的修改 第15周：完善設計圖紙及說明書的修改工作。 第16周：整理設計說明書及答辯資料，準備答辯 第17周：畢業(yè)設計答辯 四、需要閱讀的參考文獻 1王福山.我國高壓液壓元件發(fā)展現(xiàn)狀與試驗平臺建設J. 工程機械,2012,10:1-7. 2姚春江,陳小虎,毋文峰,何慶飛.多功能液壓實驗臺設計J. 液壓與氣 動,2009,03:17-18. 3陳剛.胡勇.多功能液壓試驗臺設計J. 機床與液壓,2016,21:98-101. 4吳杰.多功能液壓元件綜合實驗臺的設計J. 機械工程師,2008,04:123-124. 5何慶.機械制造專業(yè)畢業(yè)設計指導與范例M.化學工業(yè)出版社,2008.(1). 6楊林.液壓泵、馬達及多路閥綜合試驗臺的設計與制造D.廣東工業(yè)大學,2013. 7吳勇.液壓缸試驗臺的研究與分析D.沈陽工業(yè)大學,2011. 8黃琳.基于虛擬儀器的液壓試驗臺CAT系統(tǒng)設計D.浙江大學,2006. 9程三紅,徐云奎,許敏影,陳寅,袁曉鵬. 多路閥型式試驗臺的設計與開發(fā)J.機電工 程,2014,31(3). 10陳佳.基于PLC控制的多功能液壓實驗臺的開發(fā)D.大連海事大學,2010. 11李德英.基于PLC的液壓實驗臺監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)與研制D.中南大學,2010 12曹偉,朱紅波,劉曉超. 液壓元件的測試J.機電工程技術(shù),2014,(8). 13候小華,王起新,梁若霜,林榮珍. 多路閥試驗臺液壓系統(tǒng)的改進J.工程機械與維 修,2013, (10). 13 Aditya A. Shah, Christiaan J. J. Paredis, Roger Burkhart.Combining Mathematical Programming and SysML for Automated Component Sizing of Hydraulic Systems J. Comput. Inf. Sci. Eng 12(4), 041006 (Nov 15, 2012). 14Tony D. Andrews and Fred E. Brine. Hydraulic Testing of Ordnance ComponentsJ. Pressure Vessel Technol 128(2), 162-167. 15L. Sidhom1, X. Brun, M. Smaoui, E. Bideaux. Dynamic Gains Differentiator for Hydraulic System Control J. Dyn. Sys., Meas., Control 137(4), 041017 (Apr 01, 2015). 附：文獻綜述或報告 文獻1中指出我國高壓液壓元件的發(fā)展嚴重滯后于主機行業(yè)的發(fā)展，遠遠能 適應主機行業(yè)的發(fā)展要求，造成我國許多主機和重大裝備技術(shù)性能低，質(zhì)穩(wěn)定， 可靠性差，使用壽命短，市場競爭足，制約我國裝備制造業(yè)的發(fā)展。液壓件 行業(yè)與主機行業(yè)相比，產(chǎn)品與技術(shù)層面的主要差距表現(xiàn)在創(chuàng)新能和可靠性方面。 近幾我國建成天津工程機械研究院液壓技術(shù)協(xié)同試驗平臺等一批實驗室，這些實 驗平臺能夠?qū)Υ蠊β剩≒300kw）高壓（21MPa31.5MPa）環(huán)境工況下的液壓元 件進行性能檢測。 文獻2運用嵌入在實驗臺中多種傳感器實現(xiàn)多源信息采集，能有效地為液壓系 統(tǒng)的狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)的研究提供科學實驗基礎和科學的數(shù)據(jù)、信息依據(jù)。 文獻3提出一種集泵缸、閉式泵馬達、開式泵馬達、冷卻系統(tǒng)于一體， 可實現(xiàn)遠程無線通信與管理的多功能液壓試驗臺。對試驗臺的液壓系統(tǒng)進行設計， 并對試驗數(shù)據(jù)的檢測、采集、遠程監(jiān)控功能進行分析；將該試驗臺與傳統(tǒng)試驗臺 的設計進行比較；設計并進行閉式泵的測試實驗，繪制閉式泵的轉(zhuǎn)速、壓 及加載轉(zhuǎn)矩變化曲線。結(jié)果表明: 該試驗臺相比傳統(tǒng)的方便、快捷、先進；閉式泵 馬達的試驗結(jié)果符合設計要求，達到試驗臺的設計要求。 文獻4指出要達到液壓元件測試精度，必須針對被試元件搭建符合標準要求的 專用實驗回路。各元件實驗回路盡管同，但都是由一些基本功能回路構(gòu)成，合理 地設計并把這些基本回路結(jié)合在一個實驗臺架上,就構(gòu)成綜合實驗臺，實驗的方便 程度和經(jīng)濟性取決于設計的合理性。 文獻4提出液壓元件檢測實驗臺由三大部分組成,即液壓泵站、實驗操作臺和電 氣控制系統(tǒng)。在總體布置上，充分考慮到使用方便及空間布置緊湊。(1)液壓泵站即 液壓源，用來將液壓油提供給實驗臺。文獻6指出液壓站是檢測實驗臺的公共部分, 主要有保持油箱溫度恒定,過濾清潔液壓油和回收各部分泄漏油三個方面的功能。(2) 實驗操作平臺上安裝各種測試儀表及傳感器，可根據(jù)需要將元件或元件與油路塊之 間通過液壓硬管或軟管進行連接。(3)電氣控制系統(tǒng)主要包括實驗用的電控設備及操 縱裝置，如油溫自控及操縱裝置電擊啟動器、電表以及各種操作按鈕(液壓源驅(qū)動電 動機起動和停止、事故急停)等。 文獻6中指出：1、實驗臺液壓試驗系統(tǒng)設計，包括：（1）液壓泵、液壓馬達、 液壓多路閥等測試方法。（如對液壓馬達需進行空載排、容積效率、總效率、滿載 超載試驗、和外泄漏檢查等項目的測試。）（2）實驗臺的總體方案設計。實驗臺由液 壓試驗系統(tǒng)、控制面板、PLC采集控制系統(tǒng)、觸摸屏和上位計算機五個部分組成。 它們共同完成液壓泵、馬達和多路閥等項目測試、控制過程監(jiān)視、測試數(shù)據(jù)記錄與 處理功能。（3）液壓泵、液壓馬達、液壓多路閥液壓回路設計。根據(jù)國標中液壓元 件的基本液壓原理設計測試回路（如方向控制回路、壓控制回路、流控制回 路等），確定液壓試驗系統(tǒng)的主要技術(shù)參數(shù)和重要部件的參數(shù)。2、試驗臺測控系 統(tǒng)硬件設計，其中包括：（1）測控系統(tǒng)方案設計，采用分布式控制方法。各液壓元 件檢測實驗臺的測控系統(tǒng)PLC采用西門子S7-200系列。（2）實驗臺測控系統(tǒng)硬件 實現(xiàn)，包括綜合試驗臺采集與控制信號分析，測控系統(tǒng)PLC選型。3、實驗臺測控 系統(tǒng)軟件設計，包括：（1）測試流程設計。液壓元件的測試也分為手動和自動兩種 模式。手動測試模式下,操作人員設置系統(tǒng)保護參數(shù),防止誤操作或系統(tǒng)故障出現(xiàn)危 險。自動測試模式下,測控系統(tǒng)根據(jù)設定的空載、正向加載和反向加載的內(nèi)容進行自 動控制。（2）PLC控制軟件設計。文獻10:PLC程序主要控制電氣線路中電源的輸 出和回路中各個電磁閥的通斷電，實現(xiàn)執(zhí)行液壓缸動作的先后過程，并對實驗所需 的速度電信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)換。PLC的優(yōu)勢有：編程很簡單,使用十分方便；體積很小， 能消耗低；功能十分齊全，安全性、可靠性較高；安裝十分方便，維修工作很 小。安裝時，只需要將現(xiàn)場的1/0設備與PLC相應的1/0端子相連就完成。（3） Lab VIEW采集軟件設計。 文獻9針對以型式試驗為主的液壓元件綜合試驗平臺的設計問題，以叉車液壓 多路換向閥為例，通過分析國內(nèi)廠家已有綜合試驗臺的設計經(jīng)驗，主要集中在結(jié)構(gòu) 設計方面如快換接頭設計，檢測環(huán)節(jié)上如傳感器測技術(shù)應用等方面，對系統(tǒng)功能 模塊進行集成化設計，并利用計算機LabVIEW軟件實現(xiàn)測試系統(tǒng)的自動控制以 及試驗數(shù)據(jù)實時顯示與采集保存。LabVIEW在液壓測試系統(tǒng)中測試儀器是關(guān)鍵的組 成部分，它從模擬儀器、智能儀器、數(shù)字儀器、微型器到現(xiàn)在廣泛應用的虛擬儀器。 虛擬儀器的出現(xiàn)是測試技術(shù)和計算機技術(shù)發(fā)展到一定高度的產(chǎn)物,它的應用使液壓測 試技術(shù)進入一個新的時代。把虛擬儀器引進液壓測試系統(tǒng)的設計中,但能夠使測試 系統(tǒng)電路一步簡化，提高測試數(shù)據(jù)的可靠性，而且還能靈活的分析處理采集的測試 數(shù)據(jù)。 文獻11總結(jié)液壓實驗臺電氣控制系統(tǒng)設計的內(nèi)容：（1）傳感器的選擇。在測 控系統(tǒng)中，傳感器處于信息獲取的源頭，傳感器的選擇，關(guān)系到系統(tǒng)檢測的精度。在 進行液壓實驗臺CAT系統(tǒng)設計時，首先要選擇合適的壓傳感器和活塞桿上需要加裝 的位移傳感器。這些傳感器要能真實、快速地反映動態(tài)運行的液壓系統(tǒng)的各項特征， 以實現(xiàn)某些參數(shù)、過程的動、靜態(tài)檢測與控制。（2）液壓實驗臺CAT平面布置設計。 已經(jīng)開發(fā)的液壓CAT有兩種模式：一種是由計算機對測試裝置進行控制并完成測試過 程中數(shù)據(jù)采集、處理一體化的系統(tǒng)，如京機械工業(yè)自動化研究所的液壓閥、液壓缸、 液壓泵、液壓馬達試驗臺CAT系統(tǒng)；另一種是計算機用對測試裝置進行控制，只進 行數(shù)據(jù)采集、信號處理和實驗結(jié)果輸出的系統(tǒng)，如京理工大學設計的液壓泵、液壓 馬達、液壓泵一液壓馬達的系統(tǒng)工作特性的CAT系統(tǒng)。CAT(Computer Aided Test) 是一門新興的綜合學科，涉及到液壓、自動控制、計算機、測試技術(shù)、信號處理技 術(shù)、可靠性等眾多范圍。液壓CAT通過將計算機與實驗臺連接起來建立一套數(shù)據(jù)采 集和數(shù)字控制系統(tǒng)，由計算機對壓、位移等各實驗參數(shù)進行數(shù)據(jù)采集、化、處理 并輸出測試結(jié)果。（3）液壓油泵系統(tǒng)設計。（4）電機控制主電路設計。 審 核 意 見 指導教師評閱意見（對選題情況、研究內(nèi)容、工作安排、文獻綜述等方 面進行評閱） 簽字： 月 日 教研室主任意見 簽字： 月 日 學院教學指導委員會意見 簽字： 月 日 公章：