大功率液壓元件檢測實(shí)驗(yàn)臺設(shè)計
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開題報告
論
文
題
目：大功率液壓元件檢測實(shí)驗(yàn)臺設(shè)計
學(xué)
院：
專業(yè)、班
級：
學(xué)
生
姓
名：
指導(dǎo)教師（職稱）：
2016 年 12 月 24 日填
畢業(yè)論文（設(shè)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)量畢業(yè)論文（設(shè)計）的有效保證。為了使這項(xiàng)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(shè)計）題目及研究領(lǐng)域；
2.論文（設(shè)計）工作的理論意義和應(yīng)用價值；
3.目前研究的概況和發(fā)展趨勢。
二、論文（設(shè)計）研究的內(nèi)容
1.重點(diǎn)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(shè)計思路）；
3.本論文（設(shè)計）預(yù)期取得的成果。
三、論文（設(shè)計）工作安排
1.擬采用的主要研究方法（技術(shù)路線或設(shè)計參數(shù)）；
2.論文（設(shè)計）進(jìn)度計劃。
四、文獻(xiàn)查閱及文獻(xiàn)綜述
學(xué)生應(yīng)根據(jù)所在學(xué)院及指導(dǎo)教師的要求閱讀一定量的文獻(xiàn)資料，并在此基礎(chǔ)上通過分析、研究、綜合，形成文獻(xiàn)綜述。必要時應(yīng)在調(diào)研、實(shí)驗(yàn)或?qū)嵙?xí)的基礎(chǔ)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(chǔ)。
五、其他要求
1.開題報告應(yīng)在畢業(yè)論文（設(shè)計）工作開始后的前四周內(nèi)完成；
2.開題報告必須經(jīng)學(xué)院教學(xué)指導(dǎo)委員會審查通過；
3.開題報告不合格或沒有做開題報告的學(xué)生，須重做或補(bǔ)做合格后，方能繼續(xù)論文（設(shè)計）工作，否則不允許參加答辯；
4.開題報告通過后，原則上不允許更換論文題目或指導(dǎo)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)一格式打印）。
一、選題依據(jù)
1．論文（設(shè)計）題目大功率液壓元件檢測實(shí)驗(yàn)臺設(shè)計2．研究領(lǐng)域
機(jī)械制造及自動化——流體傳動與控制3．論文（設(shè)計）工作的理論意義和應(yīng)用價值
《大功率液壓元件檢測實(shí)驗(yàn)臺》項(xiàng)目是中鐵軌道系統(tǒng)集團(tuán)針對目前國內(nèi)液壓元件實(shí)驗(yàn)臺功率測試范圍較小，能耗高，已較難滿足對大功率（P≥300kw）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(jìn)行性能檢測，不僅要求能對大多數(shù)液壓泵、液壓馬達(dá)、液壓閥以及液壓缸的性能參數(shù)進(jìn)行測量，而且既要系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠，又要環(huán)保節(jié)能，可擴(kuò)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量、液壓泵、馬達(dá)功、壓力-流量特性試驗(yàn)；容積效率曲線實(shí)驗(yàn)、超載等試驗(yàn)。
(2)液壓閥性能檢測，包括液壓閥穩(wěn)態(tài)壓力-流量特性試驗(yàn)；比例流量閥指令-流量特性試驗(yàn)；比例壓力閥指令-壓力特性試驗(yàn)；內(nèi)泄漏特性等試驗(yàn)。
(3)液壓缸性能檢測，包括試運(yùn)行檢測、啟動壓力試驗(yàn)；耐壓性能試驗(yàn)；保壓實(shí)驗(yàn)。
4．目前研究的概況和發(fā)展趨勢
自 20 世紀(jì) 90 年代以來，工程機(jī)械產(chǎn)品呈現(xiàn)出不斷向多樣化、節(jié)能化、輕量化和系列化方向發(fā)展的趨勢。用系統(tǒng)集成技術(shù)實(shí)現(xiàn)節(jié)能并減少二氧化碳排放是工程機(jī)械產(chǎn)品發(fā)展主流，這一發(fā)展趨勢對液壓系統(tǒng)提出了包括機(jī)器生產(chǎn)率、燃油利用率、排放、操作舒適性、性價比和可維護(hù)性等多個方面的要求，工程機(jī)械用液壓元件面臨的挑戰(zhàn)包括：消除泄漏，提高速度，提高壓力，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(jī)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(shè)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(shí)現(xiàn)差異化液壓系統(tǒng)與控制技術(shù)。
我國 95%的工程機(jī)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(jìn)工程機(jī)械技術(shù)不斷發(fā)展的基礎(chǔ)。液壓泵、液壓閥、液壓馬達(dá)等主要零部件仍被國外少數(shù)幾
家供應(yīng)商控制，從 2010 年開始，高壓液壓元件就得到了國家高度的關(guān)注。2011 年財政部、工業(yè)和信息化部共同組織實(shí)施了 2011 年國家重大科技成果轉(zhuǎn)化項(xiàng)目，重點(diǎn)領(lǐng)域高檔液壓元件和液壓系統(tǒng)技術(shù)涵蓋了工程機(jī)械用高壓柱塞泵 / 馬達(dá)技術(shù)（工作壓力≥31.5 MPa，電液控制，負(fù)荷傳感）、工程機(jī)械用液壓閥技術(shù)（工作壓力≥31.5 MPa，流量≥100 L/min）和工程機(jī)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(diǎn)決定其技術(shù)進(jìn)步必須擁有完善的基礎(chǔ)研發(fā)試驗(yàn)和信息公共服務(wù)平臺，我國液壓行業(yè)除擁有浙江大學(xué) “流體動力與機(jī)電系統(tǒng)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室” 和北京自動化所“國家液壓元件質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心” 外，還在多家企業(yè)、 院校擁有液壓實(shí)驗(yàn)室。我國液壓行業(yè)現(xiàn)有與工程機(jī)械相關(guān)的主要實(shí)驗(yàn)室和檢測機(jī)構(gòu)基本情況及試驗(yàn)平臺主要技術(shù)參數(shù)如表 1 。
表 1 行業(yè)主要實(shí)驗(yàn)室和檢測機(jī)構(gòu)試驗(yàn)平臺主要技術(shù)參數(shù)［1］
二、論文（設(shè)計）研究的內(nèi)容
1.重點(diǎn)解決的問題大功率液壓元件檢測實(shí)驗(yàn)臺設(shè)計
2.擬開展研究的幾個主要方面（論文寫作大綱或設(shè)計思路）（1）液壓實(shí)驗(yàn)臺功能原理設(shè)計。
（2）液壓實(shí)驗(yàn)臺裝置的設(shè)計。
（3）液壓實(shí)驗(yàn)臺電氣控制裝置設(shè)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(shè)計和管路的設(shè)計。3.本論文（設(shè)計）預(yù)期取得的成果（1）根據(jù)實(shí)際要求，確定液壓實(shí)驗(yàn)臺設(shè)計方案。
（2）液壓實(shí)驗(yàn)臺滿足對企業(yè)液壓元件進(jìn)行基本實(shí)驗(yàn)要求。
（3）繪制實(shí)驗(yàn)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(jìn)行必要的校核。
（5）探討計算機(jī)輔助檢測方案。（6）編寫設(shè)計說明書一份。
三、論文（設(shè)計）工作安排
1.擬采用的主要研究方法（技術(shù)路線或設(shè)計參數(shù)）；
大功率液壓元件檢測試驗(yàn)臺的設(shè)計基于檢測內(nèi)容主要完成實(shí)驗(yàn)臺液壓系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計。通過參數(shù)計算選擇正確的液壓實(shí)驗(yàn)臺主要儀器設(shè)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(yàn)所要求的各項(xiàng)動作及安全防護(hù)設(shè)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（P≥300kw）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(jìn)行性能檢測。
2.論文（設(shè)計）進(jìn)度計劃
第 1 周：布置題目，討論題目，進(jìn)行課題調(diào)研
第 2 周：在深入理解課題的基礎(chǔ)上進(jìn)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(jìn)行開題報告答辯
第 5 周：在充分調(diào)研的基礎(chǔ)上，參考我校液壓實(shí)驗(yàn)臺，進(jìn)行方案論證及設(shè)計。
第 6 周：繼續(xù)討論課題的總體方案，并就具體細(xì)節(jié)分別進(jìn)行論證。
第 7 周：進(jìn)行實(shí)驗(yàn)臺的總體設(shè)計，繪制總體方案圖。
第 8 周：進(jìn)行必要的計算，確定實(shí)驗(yàn)臺方案的合理性。
第 9 周：進(jìn)行實(shí)驗(yàn)臺的各部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計，進(jìn)行部件設(shè)計
第 10 周：進(jìn)行液壓元件的選擇及完善各部件設(shè)計。
第 11 周：液壓控制系統(tǒng)的設(shè)計方案，確定合理的控制方案。
第 12 周：繼續(xù)進(jìn)行控制系統(tǒng)設(shè)計，確定控制系統(tǒng)的最佳方案
第 13 周：繼續(xù)進(jìn)行控制系統(tǒng)設(shè)計，完善控制系統(tǒng)細(xì)節(jié)
第 14 周：進(jìn)行實(shí)驗(yàn)臺總體討論，進(jìn)行結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)的修改
第 15 周：完善設(shè)計圖紙及說明書的修改工作。
第 16 周：整理設(shè)計說明書及答辯資料，準(zhǔn)備答辯
第 17 周：畢業(yè)設(shè)計答辯
四、需要閱讀的參考文獻(xiàn)
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附：文獻(xiàn)綜述或報告
文獻(xiàn)[1]中指出我國高壓液壓元件的發(fā)展嚴(yán)重滯后于主機(jī)行業(yè)的發(fā)展，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能適應(yīng)主機(jī)行業(yè)的發(fā)展要求，造成我國許多主機(jī)和重大裝備技術(shù)性能低，質(zhì)量不穩(wěn)定，可靠性差，使用壽命短，市場競爭力不足，制約了我國裝備制造業(yè)的發(fā)展。液壓件行業(yè)與主機(jī)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)新能力和可靠性方面。近幾年我國建成天津工程機(jī)械研究院液壓技術(shù)協(xié)同試驗(yàn)平臺等一批實(shí)驗(yàn)室，這些實(shí)驗(yàn)平臺能夠?qū)Υ蠊β剩≒≥300kw）高壓（21MPa—31.5MPa）環(huán)境工況下的液壓元件進(jìn)行性能檢測。
文獻(xiàn)[2]運(yùn)用嵌入在實(shí)驗(yàn)臺中多種傳感器實(shí)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(xué)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)和科學(xué)的數(shù)據(jù)、信息依據(jù)。
文獻(xiàn)[3]提出了一種集泵－缸、閉式泵－馬達(dá)、開式泵－馬達(dá)、冷卻系統(tǒng)于一體，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程無線通信與管理的多功能液壓試驗(yàn)臺。對試驗(yàn)臺的液壓系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計，并對試驗(yàn)數(shù)據(jù)的檢測、采集、遠(yuǎn)程監(jiān)控功能進(jìn)行了分析；將該試驗(yàn)臺與傳統(tǒng)試驗(yàn)臺的設(shè)計進(jìn)行了比較；設(shè)計并進(jìn)行了閉式泵的測試實(shí)驗(yàn)，繪制了閉式泵的轉(zhuǎn)速、壓力及加載轉(zhuǎn)矩變化曲線。結(jié)果表明: 該試驗(yàn)臺相比傳統(tǒng)的更方便、快捷、先進(jìn)；閉式泵－馬達(dá)的試驗(yàn)結(jié)果符合設(shè)計要求，達(dá)到了試驗(yàn)臺的設(shè)計要求。
文獻(xiàn)[4]指出要達(dá)到液壓元件測試精度，必須針對被試元件搭建符合標(biāo)準(zhǔn)要求的專用實(shí)驗(yàn)回路。各元件實(shí)驗(yàn)回路盡管不同，但都是由一些基本功能回路構(gòu)成，合理地設(shè)計并把這些基本回路結(jié)合在一個實(shí)驗(yàn)臺架上,就構(gòu)成了綜合實(shí)驗(yàn)臺，實(shí)驗(yàn)的方便程度和經(jīng)濟(jì)性取決于設(shè)計的合理性。
文獻(xiàn)[4]提出液壓元件檢測實(shí)驗(yàn)臺由三大部分組成,即液壓泵站、實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)臺。文獻(xiàn)[6]指出液壓站是檢測實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(jìn)行連接。(3)電氣控制系統(tǒng)主要包括實(shí)驗(yàn)用的電控設(shè)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(jī)起動和停止、事故急停)等。
文獻(xiàn)[6]中指出： 1、實(shí)驗(yàn)臺液壓試驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計，包括：（1）液壓泵、液壓馬達(dá)、液壓多路閥等測試方法。（如對液壓馬達(dá)需進(jìn)行空載排量、容積效率、總效率、滿載超載試驗(yàn)、和外泄漏檢查等項(xiàng)目的測試。）（2）實(shí)驗(yàn)臺的總體方案設(shè)計。實(shí)驗(yàn)臺由液壓試驗(yàn)系統(tǒng)、控制面板、PLC 采集控制系統(tǒng)、觸摸屏和上位計算機(jī)五個部分組成。它們共同完成液壓泵、馬達(dá)和多路閥等項(xiàng)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(dá)、液壓多路閥液壓回路設(shè)計。根據(jù)國標(biāo)中液壓元件的基本液壓原理設(shè)計了測試回路（如方向控制回路、壓力控制回路、流量控制回路等），確定了液壓試驗(yàn)系統(tǒng)的主要技術(shù)參數(shù)和重要部件的參數(shù)。2、試驗(yàn)臺測控系統(tǒng)硬件設(shè)計，其中包括：（1）測控系統(tǒng)方案設(shè)計，采用分布式控制方法。各液壓元件檢測實(shí)驗(yàn)臺的測控系統(tǒng) PLC 采用西門子 S7-200 系列。（2）實(shí)驗(yàn)臺測控系統(tǒng)硬件實(shí)現(xiàn)，包括綜合試驗(yàn)臺采集與控制信號分析，測控系統(tǒng) PLC 選型。3、實(shí)驗(yàn)臺測控系統(tǒng)軟件設(shè)計，包括：（1）測試流程設(shè)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(shè)置系統(tǒng)保護(hù)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(shè)定的空載、正向加載和反向加載的內(nèi)容進(jìn)行自動控制。（2）PLC 控制軟件設(shè)計。文獻(xiàn)[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(shí)現(xiàn)執(zhí)行液壓缸動作的先后過程，并對實(shí)驗(yàn)所需的速度電信號進(jìn)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，能量消耗低；功能十分齊全，安全性、可靠性較高；安裝十分方便，維修工作量很小。安裝時，只需要將現(xiàn)場的 1/0 設(shè)備與 PLC 相應(yīng)的 1/0 端子相連就完成了。（3） Lab VIEW 采集軟件設(shè)計。
文獻(xiàn)[9]針對以型式試驗(yàn)為主的液壓元件綜合試驗(yàn)平臺的設(shè)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(yàn)臺的設(shè)計經(jīng)驗(yàn)，主要集中在結(jié)構(gòu)設(shè)計方面如快換接頭設(shè)計，檢測環(huán)節(jié)上如傳感器測量技術(shù)應(yīng)用等方面，對系統(tǒng)功能模塊進(jìn)行了集成化設(shè)計，并利用計算機(jī) LabVIEW 軟件實(shí)現(xiàn)了測試系統(tǒng)的自動控制以及試驗(yàn)數(shù)據(jù)實(shí)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(yīng)用的虛擬儀器。虛擬儀器的出現(xiàn)是測試技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)發(fā)展到一定高度的產(chǎn)物,它的應(yīng)用使液壓測試技術(shù)進(jìn)入一個新的時代。把虛擬儀器引進(jìn)液壓測試系統(tǒng)的設(shè)計中,不但能夠使測試
系統(tǒng)電路更一步簡化，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(xiàn)[11]總結(jié)了液壓實(shí)驗(yàn)臺電氣控制系統(tǒng)設(shè)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(jìn)行液壓實(shí)驗(yàn)臺 CAT 系統(tǒng)設(shè)計時，首先要選擇合適的壓力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(shí)、快速地反映動態(tài)運(yùn)行的液壓系統(tǒng)的各項(xiàng)特征，以實(shí)現(xiàn)某些參數(shù)、過程的動、靜態(tài)檢測與控制。（2）液壓實(shí)驗(yàn)臺 CAT 平面布置設(shè)計。已經(jīng)開發(fā)的液壓 CAT 有兩種模式：一種是由計算機(jī)對測試裝置進(jìn)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)，如北京機(jī)械工業(yè)自動化研究所的液壓閥、液壓缸、液壓泵、液壓馬達(dá)試驗(yàn)臺 CAT 系統(tǒng)；另一種是計算機(jī)不用對測試裝置進(jìn)行控制，只進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、信號處理和實(shí)驗(yàn)結(jié)果輸出的系統(tǒng)，如北京理工大學(xué)設(shè)計的液壓泵、液壓馬達(dá)、液壓泵一液壓馬達(dá)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(xué)科，涉及到了液壓、自動控制、計算機(jī)、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(jī)與實(shí)驗(yàn)臺連接起來建立了一套數(shù)據(jù)采集和數(shù)字控制系統(tǒng)，由計算機(jī)對壓力、位移等各實(shí)驗(yàn)參數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、量化、處理并輸出測試結(jié)果。（3）液壓油泵系統(tǒng)設(shè)計。（4）電機(jī)控制主電路設(shè)計。
指導(dǎo)教師評閱意見（對選題情況、研究內(nèi)容、工作安排、文獻(xiàn)綜述等方面進(jìn)行評閱）
審
核 簽字： 年 月 日
意 教研室主任意見
見
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學(xué)院教學(xué)指導(dǎo)委員會意見
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公章：
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