本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文）第1頁共29頁1引言1.1液壓實(shí)驗(yàn)臺簡介液壓實(shí)驗(yàn)臺是液壓實(shí)驗(yàn)室上世紀(jì)80年代初期生產(chǎn)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，類似早期的液壓設(shè)備試驗(yàn)系統(tǒng)大部分按照“傳感器+模擬二次儀表”的模式組成。在試驗(yàn)過程中，一般由模擬記錄儀器在紙上記錄試驗(yàn)曲線或由試驗(yàn)人員讀取并記錄試驗(yàn)數(shù)據(jù)，然后試驗(yàn)人員根據(jù)試驗(yàn)曲線和數(shù)據(jù)手工處理，得到設(shè)備的性能。教學(xué)實(shí)驗(yàn)臺利用壓力表測量液壓系統(tǒng)中某一給定點(diǎn)的壓力，表盤指針?biāo)甘镜目潭葘?yīng)某一壓力值，由于小幅度波動的壓力振擺和隨時(shí)間而漂移的壓力偏移值很難通過壓力表指針反映出來，有限的刻度格數(shù)使讀數(shù)依賴于實(shí)驗(yàn)操作者的目測習(xí)慣，從而使測量精度得不到保證：原實(shí)驗(yàn)使用動態(tài)應(yīng)變儀、光線示波器、感光紙記錄閥從一種穩(wěn)定工作狀態(tài)到另一穩(wěn)定工作狀態(tài)的過渡過程曲線，操作過程復(fù)雜繁瑣，對液壓系統(tǒng)加載一卸荷時(shí)的被控壓力隨時(shí)間變化所反映的動態(tài)特性參數(shù)如動態(tài)超調(diào)，只能做出定性分析；實(shí)驗(yàn)臺利用橢圓齒輪流量計(jì)測量流量，由于指針指示的刻度值是通過流量計(jì)的流體體積總量，因此實(shí)驗(yàn)時(shí)需利用秒表觀測流量計(jì)指針每分鐘走過的格數(shù)來計(jì)算此時(shí)的流量值，當(dāng)流量較小時(shí)，如測量溢流閥的溢流量時(shí)，齒輪的轉(zhuǎn)速很低，泄漏量較大，致使誤差很大；為測量液壓缸活塞桿在不同負(fù)載條件下的運(yùn)動速度，實(shí)驗(yàn)時(shí)首先測出活塞桿的總行程，再利用秒表測量活塞桿走完這段行程所用時(shí)間，兩者相除得到活塞桿的運(yùn)動速度，這種方法很難客觀準(zhǔn)確地反映液壓缸活塞桿帶負(fù)載工作時(shí)的速度特性。對于像閥門快開、快關(guān)這樣的快速性試驗(yàn)，往往是通過人的經(jīng)驗(yàn)來判斷設(shè)備是否工作正常。顯然用這種試驗(yàn)方法得到的結(jié)果帶有嚴(yán)重的人為誤差，效率低、精度差，而且試驗(yàn)過程操作繁瑣、分析不方便。因此，對現(xiàn)有的教學(xué)實(shí)驗(yàn)臺進(jìn)行必須進(jìn)行更新?lián)Q代才能滿足實(shí)際需求1。1.2液壓實(shí)驗(yàn)臺的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀隨著液壓技術(shù)、控制理論、微型計(jì)算機(jī)、測量測試技術(shù)、數(shù)字信息處理、可靠性技術(shù)的發(fā)展，新的液壓實(shí)驗(yàn)臺已朝著高速、高效、智能化、多功能化、多樣化的液壓計(jì)算機(jī)輔助測試(CAT)方向發(fā)展，早期按照“傳感器+模擬二次儀表”的模式組成液壓設(shè)備試驗(yàn)系統(tǒng)己停產(chǎn)或停止使用，基于虛擬儀器技術(shù)的液壓CAT系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于新的液壓實(shí)驗(yàn)臺制造及應(yīng)用。采用的計(jì)算方法有平均值濾波法、中值濾波算法、自適應(yīng)濾波算法、新型PID算法等。采用有vB6等應(yīng)用軟件開發(fā)液壓CAT實(shí)驗(yàn)軟件2。由于原本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文）第2頁共29頁有設(shè)備的陳舊或故障面積太大，僅發(fā)現(xiàn)用MCS-51單片機(jī)技術(shù)對舊式液壓實(shí)驗(yàn)臺重新開發(fā)與利用，因此，很少發(fā)現(xiàn)采用液壓計(jì)算機(jī)輔助測試(CAT)對舊式液壓實(shí)驗(yàn)臺重新開發(fā)與利用，對舊式液壓實(shí)驗(yàn)臺重新開發(fā)與利用有一定的推廣應(yīng)用價(jià)值。1.3液壓實(shí)驗(yàn)臺的特點(diǎn)3（1）采用透明有機(jī)玻璃外殼，可以觀察到液壓傳動裝置的內(nèi)部構(gòu)造和工作流程。（2）防漏快插結(jié)構(gòu)使得實(shí)驗(yàn)回路的組裝簡便、快捷，清潔、干凈。紅色的液壓油和銀白色底版使得元件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)鮮明直觀。（3）通過透明的油管和紅色液壓油可以清晰的觀察到液壓油在液壓元件中的整個(gè)流動過程。（4）獨(dú)立的元件模塊，方便的安裝方式，可以隨意的組合各實(shí)驗(yàn)?zāi)K，搭建各種不同的實(shí)驗(yàn)回路。（5）液壓元件的最大承受壓力為1Mpa,，額定工作壓力為0.8Mpa,是安全的低壓實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。（6）采用PLC編程控制模塊，實(shí)現(xiàn)可編程程序控制器（PLC）智能控制。使得機(jī)、電、液控制有機(jī)結(jié)合起來，優(yōu)化控制方案。（7）配有虛擬仿真軟件。1.4本課題主要研究的內(nèi)容4（1）在了解液壓實(shí)驗(yàn)臺結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，根據(jù)液壓實(shí)驗(yàn)臺的功能要求，給出液壓實(shí)驗(yàn)臺的整體設(shè)計(jì)方案，及各部分功能劃分。（2）根據(jù)用戶的主要功能需求，對各功能的實(shí)現(xiàn)方法作了詳細(xì)的研究。（3）詳細(xì)分析系統(tǒng)的輸入輸出，完成液壓實(shí)驗(yàn)臺的硬件的選取。此外，完成了液壓實(shí)驗(yàn)臺的電氣控制圖及PLC控制電氣圖。（4）對液壓實(shí)驗(yàn)臺的液壓控制回路進(jìn)行設(shè)計(jì)，可以使用戶更加方便的了解實(shí)驗(yàn)臺的運(yùn)行狀況，并且設(shè)計(jì)液壓傳動實(shí)驗(yàn)臺控制面板及整體結(jié)構(gòu)。本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文）第3頁共29頁2液壓實(shí)驗(yàn)臺系統(tǒng)原理與CAT系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案2.1液壓實(shí)驗(yàn)臺系統(tǒng)原理改進(jìn)前的液壓實(shí)驗(yàn)臺系統(tǒng)(局部)原理如圖2-1所示。圖2-1教學(xué)實(shí)驗(yàn)臺(局部)液壓系統(tǒng)原理圖實(shí)驗(yàn)時(shí)需要根據(jù)實(shí)驗(yàn)步驟分別測量不同壓力接點(diǎn)處的壓力，通過流量計(jì)的流量以及負(fù)載變化時(shí)液壓缸活塞桿的運(yùn)動速度。如測定定量葉片泵工作特性時(shí)，通過調(diào)節(jié)節(jié)流閥(3)的開口度，控制系統(tǒng)壓力達(dá)到某一設(shè)定值，然后分別測量某一開口穩(wěn)定后的流量，作為泵的不同負(fù)載時(shí)對應(yīng)的輸出流量；又如在測試先導(dǎo)式溢流閥(5)的啟閉特性時(shí)，需按給定的壓力值調(diào)節(jié)溢流閥(2)的調(diào)壓手輪使系統(tǒng)逐漸升壓，然后分別測出不同壓力下被試溢流閥的溢流量。由于實(shí)驗(yàn)過程中幾個(gè)壓力接點(diǎn)處的壓力、流量需要分別通過觀察壓力表和流量計(jì)所指格數(shù)讀出，液壓缸活塞桿的速度通過人工測量位移和時(shí)間后間接測取，獲取實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的方法不夠便捷直接，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的隨機(jī)誤差較大，測量精度受限，特別是動態(tài)數(shù)據(jù)，如壓力振擺和壓力偏移、過渡過程中的動態(tài)超調(diào)、上升時(shí)間的測量存在一定困難5。本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文）第4頁共29頁2.2液壓實(shí)驗(yàn)臺CAT系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案在實(shí)現(xiàn)液壓實(shí)驗(yàn)臺CAT系統(tǒng)時(shí)，采用一臺個(gè)人計(jì)算機(jī)作為主體構(gòu)成整個(gè)數(shù)據(jù)采集測量系統(tǒng)：分別用壓力傳感器、流量傳感器取代原來的壓力表和流量計(jì)：同時(shí)為實(shí)現(xiàn)液壓缸活塞桿速度的測取，在活塞桿上加裝位移傳感器；選擇合適的數(shù)據(jù)采集接口卡，用在數(shù)據(jù)采集接口卡上集裝的模擬多路開關(guān)、程控