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目 錄
前 言 2
1 鏟運機液壓系統(tǒng)的概述 2
1.1 鏟運機的概述 2
1.1.1 鏟運機的特點 3
1.1.2 鏟運機的應(yīng)用 3
1.1.3 幾種典型的鏟運機 3
1.2 液壓的概述 4
1.2.1 液壓的特點 4
1.2.2 液壓的應(yīng)用 5
1.2.3 液壓傳動的基本原理 5
2 試驗方法和試驗項目 5
2.1 試驗項目 5
2.2 試驗方法 6
3 試驗臺系統(tǒng)組成元件 6
3.1 動力元件的選擇 6
3.1.1 電動機選取原則 6
3.1.2 電動機的容量 7
3.1.3 確定電動機的轉(zhuǎn)速 7
3.2 油箱的確定 8
3.2.1 油箱設(shè)計要點 8
3.2.2 油箱容量的確定 9
3.3 濾油器的選擇 10
3.3.1 安裝方式 10
3.3.2 過濾器的選擇 10
3.4 制動裝置的選取 12
3.4.1 制動系統(tǒng)的分類 12
3.4.2 制動系統(tǒng)基本原理 13
3.4.3 增壓回路 14
3.4.4 制動器主要零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計 15
3.4.5 系統(tǒng)動態(tài)特性分析 16
3.5 蓄能器的選取 16
3.5.1 蓄能器的用途 16
3.5.2 蓄能器的分類 17
3.5.3 蓄能器的安裝 17
3.6 輸油管的選擇 18
3.7 儀表的選取 19
3.8 聯(lián)軸器的選取 19
3.8.1 聯(lián)軸器選擇原則 19
3.8.2 聯(lián)軸器型號尺寸的選擇 20
3.9 液壓油的選取 20
3.10 試驗臺底座和支架 21
3.10.1 試驗臺分類 21
3.10.2 試驗臺的基本要求 21
3.10.3 支架 21
4． 試驗臺系統(tǒng)及工作原理 22
4.1 試驗臺系統(tǒng) 22
4.1.1 基本概念 22
4.1.2 液壓試驗中的加載方法 23
4.1.3 油溫的控制 23
4.1.4 液壓試驗中噪聲的防控 24
4.2 試驗臺工作原理 25
4.2.1 液壓泵的性能試驗油路及方法 25
4.2.2 液壓馬達的性能試驗油路及方法 26
4.4 試驗臺元件布局 27
4.4.1 液壓源 27
4.4.2 油箱與液壓泵、試驗臺的布置 27
4.5 試驗系統(tǒng)液壓傳動裝置 27
4.5.1 補油泵 28
4.5.2 變量泵和變量馬達 28
4.5.3 變量泵手動排量控制裝置和變量馬達電控排量控制裝置 29
4.5.4 靜液壓傳動工作原理 29
小 結(jié) 29
參考文獻 30
致 謝 32
鏟運機液壓系統(tǒng)試驗臺的設(shè)計
摘要：本文進行了鏟運機液壓系統(tǒng)試驗臺的設(shè)計。對試驗臺系統(tǒng)及其工作原理做了詳細(xì)具體的描述，介紹了試驗臺各個元件，對電動機、油箱、制動系統(tǒng)的工作原理和選取原則做了詳細(xì)闡述。本試驗臺用來測試液壓泵和液壓馬達的壓力是否符合工作需要，結(jié)構(gòu)簡單緊湊，操作方便，測試簡單可靠。
關(guān)鍵詞：液壓系統(tǒng)；試驗臺；壓力測試；元件選??；集成塊
Study of the Hydraulic System of Test Board on the Scrapers
Abstract:The hydraulic test board of scraper is designed .The test board system and working principle are described in detail . The elements of the test board are introduced, specifically the working principle and the selecting principles of electric motor, filler tank and the brake system are explained in detail .The test board is used to test the compressive force of the hydraulic pump and the hydraulic motor . The structure is simple and dense. The manipulation is easy and the test is simple and reliable.
Key words: hydraulic system; test board ; pressure measurement;component selection;integrated module
前 言
采礦機械行業(yè)對鏟運機的需求量越來越大，質(zhì)量要求越來越嚴(yán)格，而其中的液壓系統(tǒng)更是顯得極其重要。考慮到具體實踐中，一貫的做法是先把液壓元件安裝到整機中，然后對整機進行試驗，如果此時發(fā)現(xiàn)液壓泵和液壓馬達不能提供工程所需要的壓力，那么只能將液壓泵和液壓馬達拆卸下來，重新?lián)Q裝新的液壓泵和液壓馬達。這樣不僅耽誤了發(fā)貨的時間，也浪費了工人們的勞動，從而影響了企業(yè)效益。
對于不是專門生產(chǎn)液壓元件的山東黃金集團，傳統(tǒng)液壓系統(tǒng)試驗臺在價格和用途上不適合具體企業(yè)的具體需要和承受能力。為此作者根據(jù)對液壓試驗臺的研究和應(yīng)用經(jīng)驗，設(shè)計、研制了一套節(jié)能、高效液壓試驗臺，既可以實現(xiàn)液壓系統(tǒng)的快速檢測，又能達到節(jié)能降耗目的，能夠取得良好效果。
本課題所研究的即為檢驗液壓系統(tǒng)的試驗臺，包括試驗臺系統(tǒng)及其工作原理，液壓系統(tǒng)組成元件比如電動機、油箱、制動裝置等的工作原理和選取原則等。試驗臺的平臺底座的設(shè)計是本課題研究的重點，這關(guān)系到液壓元件的合理布局和整個試驗臺是否能夠試驗檢驗的目的。本課題的目的就是實現(xiàn)各種液壓元件的集成和合理布局，以達到檢測液壓泵和液壓馬達壓力是否能夠達到要求的目的。另外，制動裝置的選取也是非常關(guān)鍵，一是要實現(xiàn)輸出軸的制動，另外還要實現(xiàn)壓力表壓力數(shù)值的緩慢增加，這都關(guān)系到試驗的成功程度。在設(shè)計集成塊時，要考慮到安裝在上面的液壓元件的位置置放的合理性，內(nèi)部管道要避免出現(xiàn)干涉現(xiàn)象，在保證各種要求的情況下，盡量做到實用、美觀。
1 鏟運機液壓系統(tǒng)的概述
隨著鏟運機在工程建設(shè)中的地位越來越重要，鏟運機液壓系統(tǒng)的重要性也越來越明顯。由于工作環(huán)境比較惡劣，鏟運機的故障問題也日益突出。如今國內(nèi)從事液壓系統(tǒng)專業(yè)的技術(shù)人員還有很大缺口，測試設(shè)備也不完善，與國外還有很大差距。所以鏟運設(shè)備在國內(nèi)還有很大市場前景。
1.1 鏟運機的概述
鏟運機，包括車輪、牽引梁、車架、液壓裝置、帶鏟土機構(gòu)的鏟斗、支架機構(gòu)和車架升降調(diào)整機構(gòu)等。
在工業(yè)快速發(fā)展的今天，采礦業(yè)占有越來越重要的地位，其中對鏟運設(shè)備的需求也是越來越多。在今天大大小小的礦山上、礦井下，隨處可見鏟運設(shè)備，而鏟運機在其中發(fā)揮著舉足輕重的地位。
圖1 鏟運機
1.1.1 鏟運機的特點
鏟運機是一種能綜合完成挖土、運土、卸土、填筑、整平的機械。按行走機構(gòu)的不同可分為拖式鏟運機和自行式鏟運機。按鏟運機的操作系統(tǒng)的不同，又可分為液壓式和索式鏟運機。鏟運機操作靈活，不受地形限制，不需特設(shè)道路，生產(chǎn)效率高。
鏟運機，屬于一種鏟土、運土一體化機械。本發(fā)明的要點，是設(shè)計了一個由斗體、鏟刃、破土刀、轉(zhuǎn)動擋板、滑動擋板組成的帶鏟土機構(gòu)的鏟斗和由前支桿、２個側(cè)支桿、擋板支桿組成的支架機構(gòu)。轉(zhuǎn)動擋板和滑動擋板設(shè)置在斗體開口處，兩者之間由合頁聯(lián)結(jié)，合頁的兩端出軸插入斗體前端的滑槽內(nèi)，可沿滑槽移動。鏟刃焊固在斗體底的前端，破土刀焊固在鏟刃上。支架機構(gòu)用以控制滑動擋板和轉(zhuǎn)動擋板的升降。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，施工效率高，適用于修河筑壩和水災(zāi)后清除淤泥等。
1.1.2 鏟運機的應(yīng)用
現(xiàn)在國內(nèi)常見的鏟運機有電運和柴油二種，電動即有一套卷纜系統(tǒng)，可自行伸縮，成本比柴油鏟運機低，而且又環(huán)保，柴油鏟運機大多使用道依茨柴油機。
鏟運機根據(jù)鏟斗的體積，又分為1立方，1.5立方，2立方，3立方等，這些比較常見，也有6立方左右的，大多為進口產(chǎn)品。
在土方工程中，鏟運機常應(yīng)用于大面積場地平整，開挖大型基坑、填筑堤壩和路基等，最適宜于開挖含水量不超過27%的松土和普通土。
1.1.3 幾種典型的鏟運機
金—0．4型電動鏟運機是在吸收國外同類產(chǎn)品技術(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)臺我國中小型井下礦山的實際狀況，井總結(jié)我礦設(shè)計與制造金—0.75型電動鏟運機經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，經(jīng)過技術(shù)創(chuàng)新，自行研制成功的。該機具有結(jié)構(gòu)緊湊，布局合理，操作方便，制動安全可靠，鏟裝靈活高效，運輸速度快，能耗低，無污染等優(yōu)點。主要適用于中小型井下礦山小規(guī)格巷道的掘進與緩薄、窄脈礦體的采礦作業(yè)。通過性能測試和工業(yè)試驗，于l999年4月通過了省級技術(shù)鑒定。與會專家一致認(rèn)為：該機填補了國內(nèi)中小型礦山鏟運機的空白，屬國內(nèi)首創(chuàng)其整機技術(shù)性能達到國際同類產(chǎn)品水平。
WJ-0.75內(nèi)燃機鏟運機是以柴油機為動力的膠輪、鉸接、鏟斗前置、正裝正卸式鏟運機。該機采用靜液壓—機械傳動，四輪驅(qū)動，前后機架中央鉸接。全液壓轉(zhuǎn)向等先進技術(shù)，可以單人單機獨立進行裝、運、卸作業(yè)，適用于階段崩落法、空場法、房柱法、留礦法、分層充填法等采礦法的出和巷道掘進出渣，要求運行凈空斷面不小于2.4×2.4m。該機具有結(jié)構(gòu)緊湊、操作方便、機動靈活、作業(yè)成本低、生產(chǎn)效率高等特點，采用Duetz低污染發(fā)動機，加上機外二次凈化裝置，廢氣污染低，是中小型地下礦山或地下工程更新?lián)Q代的高效節(jié)能新型設(shè)備。
1.2 液壓的概述
液壓傳動是用液體作為工作介質(zhì)來傳遞能量和進行控制的傳動方式。液壓傳動和氣壓傳動并稱為流體傳動，是根據(jù)17世紀(jì)帕斯卡提出的液體靜壓力傳動原理而發(fā)展起來的一門新興技術(shù)，是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛的技術(shù)[1]。
1.2.1 液壓的特點
液壓傳動的優(yōu)點
（1）體積小、重量輕，因此慣性力較小，當(dāng)突然過載或停車時，不會發(fā)生大的沖擊；
（2）能在給定范圍內(nèi)平穩(wěn)的自動調(diào)節(jié)牽引速度，并可實現(xiàn)無極調(diào)速；
（3）換向容易，在不改變電機旋轉(zhuǎn)方向的情況下，可以較方便地實現(xiàn)工作機構(gòu)旋轉(zhuǎn)和直線往復(fù)運動的轉(zhuǎn)換；
（4）液壓泵和液壓馬達之間用油管連接，在空間布置上彼此不受嚴(yán)格限制；
（5）由于采用油液為工作介質(zhì)，元件相對運動表面間能自行潤滑，磨損小，使用壽命長；
（6）操縱控制簡便，自動化程度高；
（7）容易實現(xiàn)過載保護。
液壓傳動的缺點
（1）使用液壓傳動對維護的要求高，工作油要始終保持清潔；
（2）對液壓元件制造精度要求高，工藝復(fù)雜，成本較高；
（3）液壓元件維修較復(fù)雜，且需有較高的技術(shù)水平；
（4）用油做工作介質(zhì)，在工作面存在火災(zāi)隱患；
（5）傳動效率低。
1.2.2 液壓的應(yīng)用
液壓傳動相對于機械傳動來說，是一門新興技術(shù)。由于液壓傳動具有許多的優(yōu)點，在國民經(jīng)濟各個部門獲得了廣泛應(yīng)用。液壓傳動是機械設(shè)備中發(fā)展速度最快的技術(shù)之一。隨著機電一體化技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代液壓技術(shù)與微電子技術(shù)、計算機技術(shù)及傳感技術(shù)機緊密結(jié)合，進入了一個新的發(fā)展階段。
液壓傳動當(dāng)前應(yīng)用于很多領(lǐng)域，主要包括
1) 工業(yè)機械。包括應(yīng)用于鍛壓機械、注塑機、擠壓機、冶金機械、礦山機械、包裝機械、機床、加工中心、試驗機以及其他生產(chǎn)設(shè)備等，國際上一般稱為工業(yè)液壓技術(shù)。
2） 行走機械，包括應(yīng)用于工程機械、建筑機械、農(nóng)業(yè)機械、汽車以及其它可移動設(shè)備等，一般稱為行走機械液壓技術(shù)。
3) 航空及航天。包括應(yīng)用于飛機、宇宙飛船及衛(wèi)星發(fā)射裝置等，一般稱為航空航天液壓技術(shù)。
4) 船艦（艇）。包括應(yīng)用于傳播、艦艇中的甲板機械、操作系統(tǒng)及控制系統(tǒng)等，一般稱為船舶液壓技術(shù)。
5) 海洋開發(fā)工程。包括應(yīng)用于海洋開發(fā)平臺、海底鉆探、海洋工作機械、水下作業(yè)工具等，一般稱為海洋工程液壓技術(shù)。
6) 液壓傳動在閥門行業(yè)也得到很大的應(yīng)用，如閥門的機床制造加工設(shè)備、閥門液壓試驗設(shè)備、閥門的液壓傳動裝置等[1]。
1.2.3 液壓傳動的基本原理
液壓傳動的基本原理是在密閉的容器內(nèi)，利用有壓力的油液作為工作介質(zhì)來實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換和傳遞動力的。其中的液體稱為工作介質(zhì)，一般為礦物油，它的作用和機械傳動中的皮帶、鏈條和齒輪等傳動元件相類似。 液壓傳動是利用帕斯卡原理！帕斯卡原理是大概就是：在密閉環(huán)境中，向液體施加一個力，這個液體會向各個方向傳遞這個力！力的大小不變！ 液壓傳動就是利用這個物理性質(zhì)，向一個物體施加一個力，利用帕斯卡原理使這個力變，從而起到舉起重物的效果[2]。
2 試驗方法和試驗項目
根據(jù)本次設(shè)計的目的，需要對液壓泵和液壓馬達的壓力指標(biāo)進行測試。
2.1 試驗項目
根據(jù)生產(chǎn)的實際需要，考慮到具體實踐中，一貫的做法是把液壓元件安裝到整機中，然后對整機進行試驗，如果此時發(fā)現(xiàn)液壓泵和液壓馬達不能提供工程所需要的壓力，那么只能將液壓泵和液壓馬達拆卸下來，重新?lián)Q裝新的液壓泵和液壓馬達。這樣不僅耽誤了發(fā)貨的時間，也浪費了工人們的勞動，從而影響企業(yè)效益。
為了避免類似情況的發(fā)生，減少不必要的損失，需要對液壓泵和液壓馬達的壓力性能進行測試，以達到在裝機以前檢查出液壓元件存在的缺陷的目的。
2.2 試驗方法
本設(shè)計專門針對液壓泵和液壓馬達的壓力指標(biāo)進行測試，針對性強，操作方便，結(jié)構(gòu)簡單，效果明顯。用于測試的方法也非常簡單，工作原理和原理圖也很簡單明了。
測試方法簡單描述為：利用電動機提供試驗臺工作所需要的強大動力，帶動液壓泵工作，液壓泵從油箱中吸油，中間利用濾油器對液壓油進行過濾，液壓泵通過輸油管和液壓馬達相連，液壓油通過油管進入到液壓馬達，帶動液壓馬達工作，中間并通過補油泵進行泄露補充和為制動液壓系統(tǒng)提供液壓油。液壓馬達輸出強大扭矩，并通過聯(lián)軸器將扭矩傳遞到分動箱，經(jīng)過二級傳動傳遞到輸出軸。在輸出軸上安裝有液壓制動裝置，對輸出軸進行制動。在液壓泵和液壓馬達的進出口分別裝有一個壓力表，可以對液壓油的壓力進行測量，檢測壓力是否能夠達到工程要求。如果液壓泵和液壓馬達能夠提供足夠的壓力，則該液壓泵和液壓馬達合格，否則不合格，并通知原廠進行退換。
3 試驗臺系統(tǒng)組成元件
3.1 動力元件的選擇
3.1.1 電動機選取原則
在液壓試驗系統(tǒng)中，液壓泵對驅(qū)動裝置的要求，除了與一般油源泵一樣要具有足夠的功率和穩(wěn)定的轉(zhuǎn)速匹配之外，作為實驗對象，還需要有許多其它方面的要求，如轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)范圍要寬，轉(zhuǎn)速的保持精度要高，過載能力要強等等。具體的選用原則如下：
輸出功率一定要滿足被試泵的要求，并具有一定的過載能力；
轉(zhuǎn)速隨負(fù)載的變化要小，即動力源的機械特性要好，調(diào)節(jié)應(yīng)方便；
噪聲小，使用可靠，壽命長；
對自動化試驗的適應(yīng)性強；
成本要低，保養(yǎng)維護方便；
外形尺寸、重量和占地面積要小。
在泵的規(guī)格表中，一般同時給出額定工況（額定壓力、轉(zhuǎn)速、排量或流量）下泵的驅(qū)動功率，可按此直接選擇電動機。
本實驗臺是用來測試液壓泵和液壓馬達，兩者所帶的功能參數(shù)中包括驅(qū)動功率等。
三相異步電動機直接驅(qū)動液壓泵供油，是最簡單的形式。三相異步電動機有一定剛度的機械特性，啟動容易，價格便宜，是常用的動力裝置。這種電動機具有效率高、節(jié)能、堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩高、能防止灰塵鐵屑或其它雜物侵入電機內(nèi)部等特點，可用在灰土飛揚、水飛濺的環(huán)境，在比較潮濕及有輕微腐蝕性氣體的環(huán)境中防護性也較佳。
對于經(jīng)常啟動、制動和翻轉(zhuǎn)的場合（如鏟運機等），及要求電動機轉(zhuǎn)動慣量小和過載能力大的場合，應(yīng)選用其中的冶金用三相異步電動機YZ型（籠型）或YZR（繞線型）[3]。
3.1.2 電動機的容量
電動機的容量（功率）選的合適與否，對電動機的工作和經(jīng)濟型都有影響。容量小于工作要求，則不能保證工作機的正常工作或使電動機長期過載而過早損壞；容量過大則電動機價格高，能力又不能充分利用，由于經(jīng)常不滿載運行，效率和功率因數(shù)都較低，增加電能消耗，造成很大浪費。
電動機的容量主要根據(jù)電動機運行時的發(fā)熱條件來決定。電動機的發(fā)熱與其運行狀態(tài)有關(guān)。本實驗臺設(shè)計的工作條件屬于短時運行，通常無需檢驗發(fā)熱和啟動力矩。所以電動機功率為
式中：Pd—工作機實際所需要電動機的輸出功率，KW；
Pw—工作機所需輸入功率，KW;
--電動機至工作機之間傳動裝置的總效率。
= 39.3 KW
式中：T—工作機的阻力矩，N·m;
n—工作機的轉(zhuǎn)速，r/min;
傳動裝置的總效率應(yīng)為組成傳動裝置的各部分運動副效率之乘積，即：
=0.96
其中：分別為每個傳動副、每對軸承、每個聯(lián)軸器的效率。
3.1.3 確定電動機的轉(zhuǎn)速
額定功率相同的同一類型異步電動機一般有3000r/min、1500r/min、1000r/min、750r/min等多種同步轉(zhuǎn)速選用。當(dāng)選用低轉(zhuǎn)速電動機時，因級數(shù)較多而外廓及重量較大，故價格較高，但可減少傳動裝置的總傳動比及外形尺寸；當(dāng)選用高轉(zhuǎn)速電動機時，則相反。
按照工作機的轉(zhuǎn)速要求和傳動裝置中各級傳動的合理傳動比范圍，可以推算出電動機轉(zhuǎn)速的可選范圍，推算公式如下
n=() r/min =0.96×1500 =1440 r/min
式中：--工作機的轉(zhuǎn)速，r/min;
、、…、--各傳動副合理傳動比范圍；
n—電動機可選轉(zhuǎn)速范圍，r/min。
選定電動機的轉(zhuǎn)速和容量后，即可在電動機產(chǎn)品目錄中查出其型號、性能參數(shù)和主要尺寸。
再依據(jù)公司具體情況、條件以及試驗臺的特殊需要，故選用45KW異步電動機，額定轉(zhuǎn)速為1480r/min，機座號225M。
H=225mm,A=356mm,B=311mm,HA=28mm,LC=998mm,AB=455mm,E=140mm,D=65mm，螺栓直徑M16,BB=410mm,HD=545mm,L=850mm[4]。
圖2 電動機示意圖
3.2 油箱的確定
根據(jù)系統(tǒng)的具體條件，合理選用油箱的容積、形式和附件，以使油箱充分發(fā)揮作用。
3.2.1 油箱設(shè)計要點
油箱在系統(tǒng)中的主要功能是[4]：
·貯存供油系統(tǒng)工作循環(huán)所需的油量；
·散發(fā)系統(tǒng)工作過程中產(chǎn)生的一部分熱量；
·促進油液中的空氣分離機消除泡沫；
·為系統(tǒng)提供原件的安裝位置。
油箱的類型有很多分類方式，主要有
1)按照油箱液面與大氣是否相通，可分為開式油箱和閉式油箱。閉式油箱又分為隔離式和充氣式油箱。選用開式油箱，油箱內(nèi)的液面與大氣相通。為了減少油液的污染，在油箱蓋上設(shè)置空氣濾清器，使大氣與油箱內(nèi)的空氣經(jīng)過濾清器相通。
2）按照油箱的形狀可分為矩形油箱和圓筒形油箱。為了便于制造、又能充分利用空間，選用矩形油箱。
3）按照液壓泵與油箱相對安裝位置不同可分為上置式，下置式和旁置式三種。由于系統(tǒng)的流量和油箱的容積較大，且需要給多臺液壓泵供油，所以選用旁置式油箱。旁置式油箱使油箱內(nèi)液面高于泵的吸油口，從而使液壓泵具有較好的吸油效果。設(shè)計時，在泵的吸油口與油箱之間的管路上設(shè)置一個手動截止閥，便于液壓泵維修或拆卸時防止油箱的油外流。
根據(jù)實際需要，選擇閉式矩形旁置式油箱[5]。
3.2.2 油箱容量的確定
油箱的容量是油箱的最基本參數(shù)。油箱的容量通常為液壓泵每分鐘排出體積額定值的3-5倍。對于安裝位置受到限制的行走機械和設(shè)置冷卻裝置的設(shè)備，油箱的容積可選擇偏小值，對于固定設(shè)備，空間位置不受限制及沒有冷卻裝置，依靠油箱散熱的設(shè)備，則應(yīng)選擇偏大值[6]。
采用定量泵或不帶壓力補償?shù)淖兞勘脮r，油箱的容量至少要大于泵每分鐘排出體積的3倍以上。
當(dāng)采用帶壓力補償?shù)淖兞勘脮r，應(yīng)盡量提供至少為系統(tǒng)每分鐘所需油液體積的平均值三倍的油箱容量。本設(shè)計需要補油泵提供系統(tǒng)泄露和液壓制動所需要的液壓油。[7]
另外，當(dāng)液壓系統(tǒng)需要巔峰流量時，對應(yīng)的油箱面正好下降到最低點，此時，液面還應(yīng)高于泵的吸油口75mm或1.5倍管徑，二者中取大值。當(dāng)液壓系統(tǒng)處于最大回油量時，油箱液面達到最高位，此時油箱內(nèi)還應(yīng)有10%的儲備容量（液面以上的空氣體積），以便形成與大氣接觸的自由液面，供熱膨脹和空氣從液體中分離之用。
油箱容量的標(biāo)準(zhǔn)：油箱的容量選定應(yīng)符合GB2876-81<液壓泵站油箱公稱容量系列>。
所以，選用200L的開式矩形旁置式油箱，尺寸為800×500×500mm。
另外，為了隨時顯示油箱中任意一位置的油面值，在油箱的側(cè)壁及便于觀察的位置上，裝上一個能目視的透明的液壓計，在此液位計上刻出上、下液面限位線。因為本液壓系統(tǒng)比較簡單，沒必要裝液壓發(fā)訊裝置，所以只選用安裝簡易液位顯示計YWZ-150[8]。
圖3 油箱的立體圖
3.3 濾油器的選擇
過濾器是液壓系統(tǒng)中重要元件。它可以清除液壓油中的污染物，保持油液清潔度，確保系統(tǒng)元件工作的可靠性。
3.3.1 安裝方式
過濾器在系統(tǒng)中的安裝有三種形式[9]
1） 裝在液壓泵吸油管路上，保護液壓泵，保證回油箱的油液是清潔的，可用作低壓過濾器。
2） 裝在供油管路上，保護液壓泵以外的其它液壓元件。連續(xù)濾除油液中的雜質(zhì)，對濾除油中全部雜質(zhì)有利，需要增加一臺液壓泵，用于大型液壓系統(tǒng)。
3）裝在輔助泵的輸油路上。一些閉式液壓系統(tǒng)的輔助油路，輔助液壓泵工作壓力低，一般只有0.5-0.6Mpa。將精過濾器裝在輔助泵的輸油管路上，保證雜質(zhì)不進入主油路的液壓元件。
本設(shè)計選用第一種安裝方式。
3.3.2 過濾器的選擇
基本要求[10]：
1）過濾精度應(yīng)滿足液壓系統(tǒng)的要求；
2）具有足夠大的過濾能力，壓力損失?。?
3）濾芯及外殼應(yīng)有足夠的強度，不致因油壓而破壞；
4）有良好的抗腐蝕性，不會對油液造成化學(xué)的或機械的污染；
5）在規(guī)定的工作溫度下，能保持性能穩(wěn)定，有足夠的耐久性；
6）清洗維護方便，更換濾芯容易。
一般來說，選用高精度過濾器可以提高液壓系統(tǒng)工作可靠性和元件壽命；但是過濾器的過濾精度越高，濾芯堵塞越快，濾芯清洗或更換周期就越短，成本也越高。所以，在選擇過濾器時應(yīng)根據(jù)具體情況合理地選擇過濾精度，以達到所需的油液清潔度。
由于本設(shè)計屬于中等污染侵入率以及正常維護的狀況，油液目標(biāo)清潔度ISO4406選為18/14～19/15之間，過濾精度x選為10～20之間。
濾油器尺寸的確定[12]:
濾油器的尺寸與通過流量有著對應(yīng)的關(guān)系。通常是根據(jù)液壓系統(tǒng)的流量確定濾油器的流量，從而確定濾油器的尺寸。在選擇濾油器尺寸時，主要參考制造廠產(chǎn)品樣本提供的技術(shù)參數(shù)。國產(chǎn)濾油器型號表明公稱流量以供選用。國外濾油器產(chǎn)品一般用無量綱的公稱流量值來表征濾油器的尺寸。公稱流量是在給定的條件下的流量值，一定尺寸或公稱流量的濾油器，對于不同粘度的油液和不同過濾精度的濾芯，其允許通過的流量是不同的。
濾油器尺寸應(yīng)根據(jù)濾油器的最大流量確定。對于液壓缸傳動系統(tǒng)的回油路濾油器，需考慮液壓缸活塞與活塞桿的面積比，濾油器的通過流量應(yīng)按回程時的流量來確定。
此外，在確定濾油器尺寸時還需考慮濾芯的使用壽命。為了避免頻繁更換濾芯，一般應(yīng)根據(jù)環(huán)境污染狀況和對污染進入的控制能力，適當(dāng)增大濾油器的尺寸。
其中，系統(tǒng)外濾油器裝置時指位于液壓系統(tǒng)主回路之外，對油箱內(nèi)油液進行外循環(huán)過濾的裝置。它主要用于污染嚴(yán)重的液壓系統(tǒng)，或變量泵系統(tǒng)小流量下過濾效率低的情況。系統(tǒng)濾油裝置與系統(tǒng)主回路濾油器相結(jié)合，可以獲得很好的過濾效果。
本實驗臺的工作壓力大約為16MPa，可以選用吸油濾油器與主回路壓力濾油器相結(jié)合，可以獲得很好的過濾效果。
圖4 濾油器類型及安裝位置
選用粗濾油器WU-160X80S和精濾油器ZU-H100X10S。
圖5 ZU系列高壓管路濾油器
3.4 制動裝置的選取
制動系統(tǒng)是機械上用以使外界在機械某些部分施加一定的力，從而對其進行一定程度的強制制動的一系列專門裝置。制動系統(tǒng)能夠使機械按照工作人員的要求進行制動，保證機械運行安全。
3.4.1 制動系統(tǒng)的分類
按制動系統(tǒng)的作用 制動系統(tǒng)可分為行車制動系統(tǒng)、駐車制動系統(tǒng)、應(yīng)急制動系統(tǒng)及輔助制動系統(tǒng)等。用以使旋轉(zhuǎn)裝置降低速度甚至停止轉(zhuǎn)動的制動系統(tǒng)稱為行車制動系統(tǒng)；在行車制動系統(tǒng)失效的情況下，保證機器仍能實現(xiàn)減速或停車的制動系統(tǒng)稱為應(yīng)急制動系統(tǒng)；用以使已停轉(zhuǎn)的機器保持原狀態(tài)不動的制動系統(tǒng)則稱為駐車制動系統(tǒng)；在行車過程中，輔助行車制動系統(tǒng)降低轉(zhuǎn)速或保持轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，但不能將機器緊急制停的制動系統(tǒng)稱為輔助制動系統(tǒng)。上述各制動系統(tǒng)中，行車制動小和駐車制動系統(tǒng)是每一臺機器必須具備的。
按制動操縱能源 制動系統(tǒng)可分為人力制動系統(tǒng)、動力制動系統(tǒng)和伺服制動系統(tǒng)等。以操縱員的肌體作為唯一制動能源的制動系統(tǒng)稱為人力制動系統(tǒng)；完全靠由發(fā)動機的動力轉(zhuǎn)化而成的氣壓或液壓形式的勢能進行制動的系統(tǒng)稱為動力制動系；兼用人力和發(fā)動機動力進行制動的制動系統(tǒng)稱為伺服制動系統(tǒng)或助力制動系統(tǒng)。[13]
按制動能量的傳輸方式 制動系統(tǒng)可分為機械式、液壓式、氣壓式、電磁式等。同時采用兩種以上傳能方式的制動系統(tǒng)稱為組合式制動系統(tǒng)。
圖6 制動系統(tǒng)基本原理
3.4.2 制動系統(tǒng)基本原理
當(dāng)踩下制動踏板時，在踏板處通過杠桿原理把制動力放大了3倍，再通過液壓機構(gòu)驅(qū)動活塞把制動力又放大了3倍。放大以后的制動力推動活塞移動，活塞推動蹄片帶動剎車卡鉗緊緊的夾住制動碟，由蹄片與制動碟產(chǎn)生的強大摩擦力，讓車軸減速。這就是簡單的制動模型。通過它我們就可以理解制動系統(tǒng)的基本原理了。
液壓制動系統(tǒng)一般是由供能裝置、傳動裝置、控制裝置和制動執(zhí)行元件4部分組成。供能裝置通過液壓泵、充液閥向蓄能器供油，積蓄能量；傳動裝置將制動踏板控制的動力源傳遞給制動執(zhí)行元件；控制裝置將駕駛員踩踏板的控制信號傳到控制閥上；制動執(zhí)行元件是裝在車輪上的制動器，它將傳動裝置傳
來的動力變成摩擦力矩。
壓力表
停車制動器
低壓報警開關(guān)
恒功率泵
至轉(zhuǎn)向系統(tǒng)
踏板閥
前橋
后橋
油箱
蓄能器
蓄能器
圖7 典型車輛全液壓制動系統(tǒng)示意圖
圖7所示是典型的車輛全液壓制動系統(tǒng)的示意圖[13]。制動時，駕駛員踩下制動踏板，制動油液在蓄能器壓力的作用下，進入制動缸，產(chǎn)生制動效果。液壓制動系統(tǒng)大多采用鉗盤式或全盤式制動器。充液閥可以使蓄能器的內(nèi)壓保持在最低限度。當(dāng)蓄能器的內(nèi)壓低于最低限度時，充液閥就會使泵向蓄能器充油，直至達到預(yù)置的壓力上限。
正常制動時，由蓄能器直接向制動液壓缸供油，蓄能器充液完畢后能單獨為制動系統(tǒng)提供近十一次的有效制動。在對制動系統(tǒng)進行動態(tài)分析時，我們將不分析液壓泵對制動系統(tǒng)的影響。
假設(shè)和簡化：(1)考慮到制動過程中制動液流量較小、液壓管路內(nèi)壁比較光滑，可以忽略管路的沿程壓力損失和局部壓力損失；(2)忽略制動油管、液壓缸缸體的彈性變形；(3)不考慮外界對系統(tǒng)的影響；(4)不考慮制動襯塊與制動盤接觸瞬間，制動缸中油液的沖擊。
本實驗臺使用液壓制動，利用補油泵提供液壓油，在補油泵的輸出管路分出一股液壓油，經(jīng)過增壓回路，提供液壓力給液壓缸，推動活塞進行工作，由蹄片與制動碟的強大摩擦，實現(xiàn)制動。
3.4.3 增壓回路
某一局部在一定階段，往往需要高于能源壓力，此時，就需要采用增壓回路。在鏟運機液壓系統(tǒng)，常采用增壓回路，既減少了鏟運機的體積，又降低了系統(tǒng)的能源壓力。用增壓缸實現(xiàn)增壓的回路，增壓倍數(shù)取決于增壓缸尺寸[10]。
圖8 增壓回路原理圖
3.4.4 制動器主要零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計
本實驗系統(tǒng)采用盤鉗式液壓釋放、彈簧制動裝置，包括補油泵、增壓回路、蓄能器、制動踏板、液壓缸、制動器和制動盤等。
制動底板 制動底板是除制動鼓外制動器各零件的安裝基體，應(yīng)保證各安裝零件相互間的正確位置。制動底板承受著制動器工作時的制動反力矩，故應(yīng)有足夠的剛度。為此，由鋼板沖壓成型的制動底板都具有凹凸起伏的形狀。試驗臺采用可鍛鑄鐵KTH370-12的制動底板以代替鋼板沖壓的制動底板。
制動盤 制動盤一般由珠光體灰鑄鐵制成，其結(jié)構(gòu)形狀有平板行和禮帽形兩種。后一種的圓柱部分長度取決于布置尺寸。為了改善冷卻，本實驗的鉗盤式制動器的制動鑄成中間有徑向通風(fēng)槽的雙層盤，可大大增加散熱面積。
制動鉗 制動鉗用球墨鑄鐵QT400-18制成，做成兩半并由螺栓聯(lián)接。其外緣留有開口，以便不必拆下制動鉗便可檢查或更換制動塊。
摩擦材料 制動摩擦材料應(yīng)具有高而穩(wěn)定的摩擦系數(shù)，不能再溫度升到某一數(shù)值后突然急劇下降；制動時不產(chǎn)生噪聲和不良?xì)馕?，?yīng)盡量采用少污染和對人體無害的摩擦材料。本實驗臺采用模壓材料，它是以石棉纖維為主并與樹脂粘結(jié)劑、調(diào)整摩擦性能的填充劑與噪聲消除劑等混合后，在高溫下模壓成型的。摩擦系數(shù)取為0.3～0.35。
制動器間隙的調(diào)整方法及相應(yīng)機構(gòu) 制動盤與摩擦襯塊之間在未制動的狀態(tài)下應(yīng)有工作間隙，以保證制動盤能自由轉(zhuǎn)動。盤式制動器的間隙為0.01～0.3mm.此間隙的存在會導(dǎo)致踏板的形成損失，因為間隙量盡量小。另外制動器必須設(shè)有間隙調(diào)整機構(gòu)[14]。
常開式點盤制動器
圖9 常開式點盤制動器
3.4.5 系統(tǒng)動態(tài)特性分析
為便于分析，我們對全液壓制動系統(tǒng)進行了簡化，如圖2[15] 所示。
圖10 制動系統(tǒng)示意圖
1—泵油泵；2—蓄能器；3—增壓回路；4--踏板；
5—液壓缸；6—制動盤；7—間隙。
根據(jù)全液壓制動系統(tǒng)工作過程，可以將其分為兩個階段：活塞運動階段和制動油壓建立階段:
活塞運動階段：當(dāng)踩下踏板閥，油路接通。蓄能器中的油液進入制動液壓缸，推動活塞移動，迅速消除制動器的制動間隙。整個運動階段由踩下制動踏板開始，到制動襯塊接觸制動盤為止。
制動油壓建立階段：制動襯塊碰到制動盤瞬間，會導(dǎo)致制動缸中油液沖擊，并引起瞬問的壓力升高。制動缸中油壓在瞬間的壓力波動之后，會迅速而平穩(wěn)的增加，直至油壓逐漸穩(wěn)定
解除制動時，撤除踏板力，回位彈簧作用，活塞回位，油液回流，制動解除。
3.5 蓄能器的選取
3.5.1 蓄能器的用途
蓄能器是一種用來貯存和釋放液壓能的裝置，合理利用蓄能器是節(jié)約能源的手段之一，它在液壓系統(tǒng)中的作用如下：
1）做輔助能源 在間歇運行的液壓系統(tǒng)，或在一個工作循環(huán)內(nèi)速度差別很大，即對油泵供油量的要求差別很大，這樣的液壓系統(tǒng)使用蓄能器，在其需要供油量大時，讓蓄能器與泵一起供油，這樣便可選用較小流量的泵，不但減小傳動功率，還可減小泵源占地面積，節(jié)省投資。
2）補償泄露，穩(wěn)定壓力 有的設(shè)備在一個工作周期內(nèi)，對某一動作要求保持恒定壓力，且時間較長，則可用蓄能器補償泄露，穩(wěn)定壓力。
3）消除液壓泵脈動 液壓泵，尤其是柱塞泵和齒輪泵，當(dāng)其柱塞或齒輪數(shù)較少時，其流量和壓力脈動很大，以至影響執(zhí)行機構(gòu)運動速度不均勻。嚴(yán)重的壓力脈動會引起振動、噪聲和事故。若在泵出口安裝蓄能器，則可使脈動降低到最低限度，從而使對振動敏感的儀表燈事故減少，并降低噪聲。
蓄能器是利用力的平衡原理，使工作液壓油的體積發(fā)生變化，從而達到貯存和釋放液壓能的一種裝置。其工作階段可分為充液、排液兩個階段[10]。
圖11 蓄能器工作原理示意圖
1—殼體；2—隔層；3—氣體（或重物或彈簧）；4—工作液體
3.5.2 蓄能器的分類
蓄能器一般分為充氣式、重力式和彈簧式蓄能器。根據(jù)機械設(shè)計的經(jīng)驗和工作環(huán)境的簡單，可以采用彈簧式蓄能器。
這種蓄能器是利用彈簧力作用于活塞上，使之與壓力油的壓力相平衡，以儲存壓力能。蓄能器產(chǎn)生的壓力取決于彈簧的剛度和壓縮力量。這種蓄能器的優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，反應(yīng)尚還靈敏，但容量小，使用壽命取決于彈簧壽命。不宜用于循環(huán)頻率高的場合。一般用于小容量，抗壓，循環(huán)頻率低的系統(tǒng)，用作蓄能和緩沖，一般用于有沖擊載荷的場合。
3.5.3 蓄能器的安裝
·蓄能器需要安裝在便于檢查、維修的位置，并要遠(yuǎn)離熱源。
·蓄能器一般應(yīng)垂直安裝，油口向下，充氣閥朝上。
·裝在管路上的蓄能器承受著油壓壓力的作用，因此必須要有牢固的固定裝置，防止蓄能器從固定部位脫開，引起事故。但不得用焊接方法來固定。
·用于吸收液壓沖擊、壓力脈動和降低噪聲的蓄能器，應(yīng)盡可能靠近振源處。
·使用蓄能器的系統(tǒng)與液壓泵之間應(yīng)安裝單向閥，以防止液壓泵停車時，蓄能器的壓力油倒流而使液壓泵反轉(zhuǎn)。
·蓄能器系統(tǒng)管路之間應(yīng)安裝截止閥，以供充氣、檢查維修使用。
3.6 輸油管的選擇
管路在液壓系統(tǒng)中主要用來把各種元件及裝置連接起來傳輸能量。連接液壓元件、輸送液壓油液，包括油管和管接頭。管件又有足夠的強度，密封性能要好，絕對不允許有外泄存在，油液流經(jīng)管件時的壓力損失要小，且拆裝方便。
用于液壓系統(tǒng)中的管路，主要有金屬硬管和耐壓的軟管。對管路的基本要求是要有足夠的強度，能承受系統(tǒng)的最高沖擊壓力和工作壓力。管路與各元件及裝置的各連接處要密封可靠、不泄露、絕不能松動。管路安裝要固定件事，布局合理，排列整齊，方便維修和更換元器件。在液壓系統(tǒng)中，主要使用硬管，它比用軟管安全可靠，而且經(jīng)濟。
軟管通常用于兩個有相對運動的部件之間的連接，或經(jīng)常需要裝卸的部件之間的連接。軟管本身還起吸振和降噪聲的作用。液壓系統(tǒng)中用的軟管，主要是耐壓軟管。它是由耐熱耐油合成橡膠制成的內(nèi)管，在其外以合成纖維或鋼絲等材料作為加強層，覆蓋在加強層外的通常是耐油合成橡膠保護層。加強層有編制的和纏繞的。層數(shù)的確定根據(jù)工礦需要選擇。通常層數(shù)越多耐壓越高，但管外徑相對增大，且柔軟性差，彎曲半徑加大。纏繞的比編制的高壓軟管更實用高壓系統(tǒng)中有高頻沖擊場合[9]。
管接頭用于管道與管道或管道與液壓元件之間的連接，它必須在強度足夠的前提下，安裝、拆卸方便，抗振動、沖擊，密封性能好，外形尺寸小、加工工藝好。
表一 軟管參數(shù)的選擇
項目
計算機說明
軟管內(nèi)徑
根據(jù)軟管內(nèi)徑與流量、流速的關(guān)系按下式計算 A—軟管的同流截面積，（）；Q—管內(nèi)流量，（L/min）；v—館內(nèi)流速，（m/s）;通常軟管的允許流速v﹤=6m/s；
軟管尺寸規(guī)格
根據(jù)工作壓力和上式求得管子內(nèi)徑，選擇軟管的尺寸規(guī)格
高壓軟管的工作壓力對不經(jīng)常實用的情況可提高20%，對于使用頻繁經(jīng)常彎扭者要降低40%
軟管彎曲半徑
（1） 不宜過小，一般不應(yīng)小于表17-8-4所列的值
（2） 軟管與管接頭的連接處應(yīng)留有一段不小于管外徑兩倍的直線段
軟管的長度
應(yīng)考慮軟管在通入壓力有后，長度方向?qū)l(fā)生收縮變形，一般收縮量為館長的3%-4%,因此在選擇管長及軟管安裝時應(yīng)避免軟管處于拉近狀態(tài)
軟管的安裝
應(yīng)符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，如“軟管敷設(shè)規(guī)范（JB/ZQ4398）”,見文獻[9]第9章1.2 管路安裝與清洗
液壓油管的直徑尺寸可由下列公式求得：
D=4.63
式中：q—通過油管的最大流量
D—油管的內(nèi)徑 (mm)
v—油管中允許的平均流量 （m/s）
查參考文獻[8]p18表1-15 油管中允許流速表
對吸油管 v=1～2
D=4.63=33～47 mm
對壓油管 v=2.5～6.0
D=4.63=20～30 mm
對回油路 v=1.5～2.5
D=4.63=30～39 mm
3.7 儀表的選取
為測量液壓泵和液壓馬達的工作壓力，本實驗臺安裝有五塊壓力表。這五塊壓力表分別測量補油壓力、殼體壓力、工作壓力(2塊)和沖洗壓力。液壓泵和液壓馬達的額定壓力都為21MPa,最高壓力都為35MPa,所以工作壓力表和殼體壓力表都取為40MPa。補油泵的補油壓力大約為2MPa,所以補油壓力表取為4MPa。沖洗壓力大約為7MPa，所以沖洗壓力表取為8MPa。即
表二 液壓表量程
補油壓力表
殼體壓力表
工作壓力
沖洗壓力
實際壓力（）
壓力表量程（）
3.8 聯(lián)軸器的選取
3.8.1 聯(lián)軸器選擇原則
聯(lián)軸器在設(shè)備中起傳輸扭矩的作用，它的選擇原則是：
（1） 聯(lián)軸器傳遞載荷的大小和性質(zhì)。載荷變化較大，應(yīng)選擇撓性聯(lián)軸器；可能出現(xiàn)瞬時過載，宜選擇安全聯(lián)軸器。
（2） 聯(lián)軸器的轉(zhuǎn)速高低。高轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)，應(yīng)選用動平衡精度較高的聯(lián)軸器；變速轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)，應(yīng)選用慣性小的聯(lián)軸器。
（3）兩軸相對位移大小。位移極小，可選用剛性聯(lián)軸器；位移較大，應(yīng)選用撓性聯(lián)軸器；
（4）聯(lián)軸器的傳動精度。要求傳動精度高的，應(yīng)選擇剛性聯(lián)軸器。
所以，選用滑塊聯(lián)軸器。這種聯(lián)軸器，滑塊采用非金屬材料，質(zhì)量輕、慣性小，宜用于高速、輕載、無劇烈沖擊的兩軸連接。兩軸間允許相對相對徑向位移0.01d+0.25mm（d為軸徑），相對角位移40′。
3.8.2 聯(lián)軸器型號尺寸的選擇
根據(jù)被聯(lián)軸的直徑、轉(zhuǎn)速、需要傳遞的轉(zhuǎn)矩，確定聯(lián)軸器的型號和結(jié)構(gòu)尺寸。標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)軸器都列有每一種型號的直徑、許用轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩，選取時使計算轉(zhuǎn)矩小于許用轉(zhuǎn)矩[3]。
本設(shè)計屬于中等沖擊載荷，K取1.5～2.5，所以取K=2.0。則
=2×397 =894 N·M
式中 T—聯(lián)軸器傳遞的標(biāo)稱轉(zhuǎn)矩；
K—聯(lián)軸器的使用因數(shù)
--所選聯(lián)軸器的許用轉(zhuǎn)矩
所以選擇KL8型號滑塊聯(lián)軸器。
圖12 滑塊聯(lián)軸器
=1800N·m, =2400r/min,d=65mm, =112mm,D=190,L=276mm。
3.9 液壓油的選取
對于各種類型的液壓系統(tǒng)，液壓油的選擇需考慮的因素很多，具體選擇原則如下：
（1）液壓系統(tǒng)的環(huán)境條件 應(yīng)考慮是否要求抗燃性、消除噪聲的能力
（2）液壓系統(tǒng)的工作條件 應(yīng)考慮使用壓力范圍、使用溫度界限和轉(zhuǎn)速
（3）液壓油的質(zhì)量 應(yīng)考慮物理化學(xué)指標(biāo)、對金屬和密封件的適應(yīng)性、防銹、防腐蝕能力、抗氧化穩(wěn)定性以及剪切穩(wěn)定性
（4）經(jīng)濟型 應(yīng)考慮價格及使用壽命、維護保養(yǎng)的難易程度
此外，油液與密封材料的相容性也應(yīng)在考慮范圍內(nèi)。選擇的時候主要考慮泵的要求來選擇確定液壓油的粘度和牌號，根據(jù)參考文獻[9]p19表1-17液壓泵使用油液的粘度和牌號，對于齒輪泵，工作壓力16-32Mpa時，工作溫度為40～80攝氏度時，選擇液壓油牌號為L-HH46，其粘度范圍為25-54/s[16]。
3.10 試驗臺底座和支架
3.10.1 試驗臺分類
按用途的廣度，試驗臺習(xí)慣分為專用實驗臺和通用試驗臺。本實驗臺屬于專用實驗臺，只能在其上試驗對象的一項試驗。故它適宜于具有一定批量的工廠使用。
試驗臺的重要組成部分包括：臺面、儀表安裝板、試驗臺本身的油路系統(tǒng)（包括液壓源供油管路系統(tǒng)、試驗回路管路系統(tǒng)、臺面回油系統(tǒng)等）。
3.10.2 試驗臺的基本要求
對試驗臺的基本要求[10]有：
·要求試驗臺架必須具有一定的剛度。否則由于實驗過程中的振動和沖擊等將引起整個試驗臺的振動；加載時試驗臺架變形等。這些都可能影響被試對象的特性，儀器儀表的測量精度，情況嚴(yán)重時將使試驗無法進行。
·被試對象在試驗臺面上要裝卸方便。
·參數(shù)調(diào)節(jié)方便、控制靈活。服務(wù)范圍廣泛；自動化適應(yīng)性強。
·結(jié)構(gòu)簡單、布局合理。
·經(jīng)濟、實惠，造型美觀。
3.10.3 支架
液壓馬達通過分動箱將扭矩傳遞到輸出軸，其中分動箱和支架式連在一體。分動箱采用的型式是定軸式斜齒輪傳動，這種形式結(jié)構(gòu)的特點是噪聲小、結(jié)構(gòu)比較簡單；減速比為1:2.643。支架是鑄件，非標(biāo)準(zhǔn)，是根據(jù)圖紙外包加工的[16]。
本機在行駛時是前、后輪同時驅(qū)動的，靜液壓裝置的油馬達輸出的扭矩通過分動箱減速后，經(jīng)過前、后傳動軸傳出扭矩，由液壓制動裝置實現(xiàn)制動加載。
前后傳動軸都與制動法蘭相連，分別利用一支撐軸承把前后傳動軸支撐在機架上。前后傳動軸利用制動法蘭的摩擦作用實現(xiàn)加載和制動。
圖13 支架與分速箱
4． 試驗臺系統(tǒng)及工作原理
該試驗臺包括電動機、濾油器、液壓表、油箱和液壓制動裝置等以及平臺組成。主要目的是測試液壓泵和液壓馬達的實際工作壓力。該試驗臺是根據(jù)工廠實際需要和實際情況而制作。某些元件是工廠倉庫現(xiàn)有的型號或閑置的裝置，避免閑置器材的浪費，節(jié)省公司開支。
4.1 試驗臺系統(tǒng)
整個系統(tǒng)的設(shè)計思路簡單，目的性強，有針對性，效果明顯。
4.1.1 基本概念
圖14 試驗臺裝配圖
液壓試驗技術(shù) 通過人的主觀能動性和所具有的技術(shù)水平將液壓試驗設(shè)備與測量系統(tǒng)有機地結(jié)合起來，為有效地完成規(guī)定的試驗任務(wù)服務(wù)的一整套技術(shù)工作，統(tǒng)稱為液壓試驗技術(shù)[17]。
液壓試驗設(shè)備是在液壓試驗中，為達到一定的試驗?zāi)康乃褂玫脑O(shè)備的總稱。主要包括三部分：實驗對象、基本設(shè)備和輔助設(shè)備。
實驗對象 它可以是實際應(yīng)用的液壓元件和新研制的樣機；也可以是為某項實驗?zāi)康亩鴮ｉT設(shè)計的實驗裝置。
基本設(shè)備 它是進行液壓試驗必備的主要設(shè)備。包括液壓源、試驗臺和油箱等。
輔助設(shè)備 是為完成一定的實驗任務(wù)所需的一些附加設(shè)備，如加載裝置。冷卻和加熱裝置、過濾設(shè)備、環(huán)境模擬設(shè)備和安全保護裝置等。
本實驗屬于出廠試驗，主要是針對已定型并且有一定批量的產(chǎn)品，為了保證其使用性能，選出幾項有代表性的性能指標(biāo)作為合格的標(biāo)準(zhǔn)，在出廠之前必須進行實驗考核。
4.1.2 液壓試驗中的加載方法
在液壓元件及系統(tǒng)的試驗中都要求對它們的實際使用工況、額定工況、超載運行工礦等進行模擬和考核。本液壓試驗中的負(fù)載屬于各種轉(zhuǎn)速下軸上的負(fù)載力矩，加載方法使用機械加載方法中的摩擦測功器加載。本方法俗稱“抱閘”加載，即對被試軸加一定的摩擦力矩。改變閘皮箍緊程序，就改變了負(fù)載力矩大小。此法簡單易行，但由于實驗時能量將全部變?yōu)槟Σ廉a(chǎn)生的熱能，故只能適用于小功率和短期加載試驗。此法所施加的負(fù)載力矩不穩(wěn)定，脈動大[10]。
4.1.3 油溫的控制
油溫的控制是液壓試驗技術(shù)中的一個重要環(huán)節(jié)，主要因為油溫直接影響油的粘度，而油的粘度變化其影響面是很廣的。它直接影響被試對象的性能指標(biāo)，如容積效率、系統(tǒng)的阻尼、流量計的量程及測試精度等。所以在試驗條件中，油溫是作為一個重要參數(shù)而規(guī)定的。試驗過程中應(yīng)嚴(yán)格控制油溫在所規(guī)定的范圍之內(nèi)。一般采用油箱油溫控制。
為了要達到油溫自動控制的目的，就必須對影響油溫的一些因素加以控制，這些因素歸納起來有：
·控制冷卻水（或制冷劑）的通斷時間或流量；
·控制通過如交換器油液的流量；
·控制電加熱器的通斷時間、電源電壓的大小；或熱水、蒸汽的流量。
概括起來，油溫控制方法有兩種：繼電式控制和連續(xù)式控制。
所謂繼電式控制就是基于對被控因素實施通斷控制的方法。
所謂連續(xù)式控制就是根據(jù)自動控制原理對一個或多個與油溫有關(guān)的因素進行調(diào)節(jié)控制。
4.1.4 液壓試驗中噪聲的防控
為了有效地防止和降低噪聲，首先必須盡力查明噪聲源及產(chǎn)生噪聲的原因，然后采取“對癥下藥”的辦法提出有效的防治措施。
在液壓試驗中的噪聲主要由兩方面的原因產(chǎn)生：
A．有機械原因產(chǎn)生的噪聲
·各種液壓機械的結(jié)構(gòu)振動和摩擦；
·各種型式聯(lián)軸節(jié)的振動和撞擊；
·動力源的振動和噪聲，包括電磁噪聲、風(fēng)扇葉片旋轉(zhuǎn)，擾動空氣發(fā)出的氣流噪聲、變壓器的交流聲等；
·減速器中的振動和撞擊等形式的噪聲[18]。
B．由液壓原因產(chǎn)生的噪聲
形成噪聲的液壓原因主要是泵的流量脈動引起的壓力脈動、“困油”現(xiàn)象、氣穴現(xiàn)象和水錘現(xiàn)象等。這些原因使液壓試驗系統(tǒng)或某些元件的固體表面(如泵殼、閥體、管道壁等)振動，從而使其周圍的空氣振動，以聲波形式擴散，傳達到人耳的。
降低聲源的措施
在液壓試驗中，主要聲源是油源泵、動力裝置、調(diào)壓閥及管路。這就要求在試驗系統(tǒng)設(shè)計選型時，采用低噪聲的液壓泵及動力裝置。盡管如此，如果在系統(tǒng)設(shè)計和安裝上考慮不當(dāng)，參數(shù)不匹配的話，并不能達到降低噪聲的目的。特別要注意的幾個方面：
a)要防止空氣進入液壓系統(tǒng)和杜絕產(chǎn)生氣穴的條件。
b)要盡量減小機械振動。比如設(shè)計理想的聯(lián)軸節(jié)。
c)在泵的進出口處安裝一段軟管，可以吸收部分高頻振動和阻止振動沿壓力管道傳播和沿吸油管傳至油箱引起共鳴。另外，在安裝油管時，彎曲半徑不宜過小，并要求設(shè)計正確的管路支撐，支撐要求牢固、剛度要好。管道和支撐之間采用彈性管夾。這些對消除管路振動是有效的。
采用聲學(xué)處理的方法阻止噪聲的傳播措施
首先是隔聲，目的在于要使噪聲源與人隔離。常用的方法就是采用隔聲性能好的墻壁，使噪聲大的試驗間或油源間與人所在的控制間分開。但如果隔聲墻上有空洞或縫隙時，隔聲效果將顯著下降。故對于穿過墻壁的油管或?qū)Ч艿缺仨殗?yán)格密封。另外還可以采用隔聲罩。為了達到隔聲的目的，還可以把作為噪聲源的液壓本安裝在油箱中液面以下，這樣既隔聲又散熱。但要求油箱剛度要好。
由于很多試驗設(shè)備的殼體都是由薄金屬制成，另外還有液壓試驗系統(tǒng)的連接管道和液壓元件的外殼等，在試驗進行當(dāng)中都會由于振動而向四周輻射噪聲。若能在這些外表面上涂覆一層阻尼材料，通過阻尼材料的粘性內(nèi)摩擦可將部分振動機械能轉(zhuǎn)變成熱能，故可達到減振和消聲的目的。
其次是吸收壓力脈動。常用的方法有：
·采用高壓軟管來吸收泵的輸出管道中的壓力脈動和阻止機械振動的傳播。這是一種簡單易行和有效的辦法。
·采用蓄能器也是有效的。特別是用皮囊式蓄能器。
·最后是隔振，只要能采取各種有效的減振和隔振的措施，就能達到阻止振動的傳播、降低噪聲的目的。
4.2 試驗臺工作原理
本實驗是測量壓力的，在液壓試驗中需要測量的壓力不外乎有兩種：穩(wěn)態(tài)壓力（靜壓力）和瞬態(tài)壓力。它們對測壓儀表有著不同的要求，并且測量方法不同。本設(shè)計使用彈簧管式壓力表。感測元件將壓力p轉(zhuǎn)換為封閉端的位移x，通過放大元件，即傳動機構(gòu)，將x轉(zhuǎn)換為指針轉(zhuǎn)動角θ；然后由刻度盤的刻度讀出具有一定單位的壓力值[10]。
圖15 壓力信號傳遞過程框圖
1—感測元件（彈簧管）；2—放大元件（傳動機構(gòu)）；3—顯示刻度盤
4.2.1 液壓泵的性能試驗油路及方法
使用開式油路，如圖所示
所謂開式油路就是被試泵直接從油箱中吸油，而通過試驗系統(tǒng)后的回油又直接返回油箱，不參加工作循環(huán)。這樣油液在油箱中可得到充分沉淀和散逸氣泡，油溫也可以比較穩(wěn)定。但此油路只適應(yīng)于具有一定自吸能力的泵的試驗，油路簡單。
圖16 液壓泵性能試驗油路圖[10]
4.2.2 液壓馬達的性能試驗油路及方法
如圖所示為一般性能試驗的典型油路：
圖17 液壓馬達試驗油路圖[10]
有油路圖可見，此試驗油路只能試驗被試馬達單向旋轉(zhuǎn)時的性能。
4.4 試驗臺元件布局
對于各種不同功率的液壓元件試驗，試驗臺、液壓源的配置方法不同。
4.4.1 液壓源
對于小功率液壓元件試驗，可把液壓源安裝在試驗臺后或臺下，因為小功率的液壓泵和電機運轉(zhuǎn)時噪聲和振動都較小。但為了不使液壓源的振動傳導(dǎo)實驗臺上，還是要求液壓源與試驗臺架不要剛性連接為好?？刹捎迷鲈O(shè)防振墊和軟管連接等措施。
在本實驗中，對于屬于中等功率的液壓試驗臺，要求把液壓源與試驗臺分置。保證液壓源的振動傳不到臺架。為了結(jié)構(gòu)的緊湊和維修安裝，把液壓表統(tǒng)一至于油箱上面，電動機、濾油器等至于臺面上方。同時保證被測液壓泵和液壓馬達拆裝方便[19]。
4.4.2 油箱與液壓泵、試驗臺的布置
油源泵必須從油箱中吸入油液，油箱與泵的相互位置應(yīng)保證泵吸油充分，而首要條件是保證吸油管短而粗，其中的流速應(yīng)限制在0.5m/s以下。若泵的自吸能力強，允許油箱安裝在泵的