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1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-----傾情為你奉上 關(guān)于液壓綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)綜述 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)學(xué)生 張寶春 指導(dǎo)老師：陳秀宏 摘要：傳統(tǒng)的手工測(cè)試系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高、故障率高，測(cè)試過程及結(jié)果受較多人為因素影響，精度低。遠(yuǎn)不能滿足現(xiàn)代液壓元器件的測(cè)試需求。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)、通信技術(shù)及傳感器技術(shù)的不斷發(fā)展，液壓計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試系統(tǒng)(CAT)，虛擬儀器技術(shù)等現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)，已經(jīng)成為當(dāng)今液壓測(cè)試系統(tǒng)發(fā)展的方向。本文設(shè)計(jì)并開發(fā)了一套用于液壓多功能綜合試驗(yàn)平臺(tái)的PLC實(shí)時(shí)測(cè)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)以PLC控制核心，輔以觸摸屏提供良好的人機(jī)交互平臺(tái)，通過與上位工控機(jī)的通訊，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的高速采集、處理

2、和分析。這種控制模式，既發(fā)揮了PLC控制精度高、抗干擾能力強(qiáng)、可靠性好的特點(diǎn)，有充分利用了工控機(jī)良好的數(shù)據(jù)分析和處理的能力，兩者珠聯(lián)璧合，相得益彰。 關(guān)鍵詞：液壓實(shí)驗(yàn)臺(tái) 液壓回路和元件性能 PLC 參數(shù)測(cè)量 前言：液壓實(shí)驗(yàn)臺(tái)是機(jī)械專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)液壓系統(tǒng)知識(shí)的重要實(shí)驗(yàn)設(shè)備 ,是學(xué)生在學(xué)習(xí)液壓理論知識(shí)時(shí)進(jìn)行實(shí)踐論證和綜合應(yīng)用開發(fā)的主要手段。這個(gè)液壓綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)能夠比較容易的對(duì)常見液壓回路和液壓元性能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并且能夠?qū)毫?、溫度、流量、位移、轉(zhuǎn)速等參數(shù)進(jìn)行測(cè)量。 多功能液壓實(shí)驗(yàn)臺(tái)能全面模擬液壓系統(tǒng)常見的各類故障,并可運(yùn)用嵌入在其中的加速度、壓力、流量、溫度、液位、污染度、位移等多種傳感器

3、檢測(cè)液壓系統(tǒng)在正?；虍惓顟B(tài)下的各種信息,可為液壓系統(tǒng)、元件的故障機(jī)理分析、狀態(tài)監(jiān)測(cè)及故障診斷技術(shù)積累信息,提供數(shù)據(jù)。 多功能液壓實(shí)驗(yàn)臺(tái)用來模擬液壓系統(tǒng)及液壓元件在工作中發(fā)生的常見故障,并對(duì)其運(yùn)行的狀態(tài)信息、故障征兆進(jìn)行檢測(cè)。 液壓原理：在一定的機(jī)械、電子系統(tǒng)內(nèi)，依靠液體介質(zhì)的靜壓力，完成能量的積壓、傳遞、放大，實(shí)現(xiàn)機(jī)械功能的輕巧化、科學(xué)化、最大化。 液壓回路的基本機(jī)能在于以液體壓力能的形式進(jìn)行容易控制的能量傳遞。 從能量傳遞方面看：液壓技術(shù)大致處于機(jī)械式能量傳遞和電氣式能量傳遞之中間位置。 從傳動(dòng)特性方面看：機(jī)械傳動(dòng)和液壓傳動(dòng)裝置可以說有固定的特性，與此相反，液壓傳動(dòng)裝置和電氣

4、傳動(dòng)裝置相同，具有無級(jí)變速裝置的特性，除了恒功率外，還容易實(shí)現(xiàn)恒速和恒轉(zhuǎn)矩等特性。 液壓技術(shù)的特點(diǎn)，一般可以歸納如下： 　　（1）容易進(jìn)行無級(jí)變速，變速范圍廣，即能在很寬的范圍內(nèi)很容易地調(diào)節(jié)力與轉(zhuǎn)矩； 　　（2）控制性能好，即力、速度、位置等能以很高的響應(yīng)速度正確地進(jìn)行控制。另外，對(duì)于電氣，機(jī)械等其它的控制方式具有很好地適應(yīng)性，特別是和電氣信號(hào)處理相結(jié)合，可得到優(yōu)良的響應(yīng)特性； 　?。?）動(dòng)作可靠，操作性能好； 　　（4）結(jié)構(gòu)和特性上具有適度的柔性； 　?。?）可以用標(biāo)準(zhǔn)元件構(gòu)成實(shí)現(xiàn)任意復(fù)雜機(jī)能的回路。 形成這些特點(diǎn)的原因：在于用容積式元件作能力轉(zhuǎn)換器即液壓泵和液壓執(zhí)

5、行器，用富有潤滑性的油作為工作介質(zhì)。液壓技術(shù)的一般缺點(diǎn)也與液壓油有關(guān)。 　 液壓流量測(cè)量儀表及其發(fā)展動(dòng)態(tài) 目前液壓行業(yè)采用的流量測(cè)量儀表按其工作原理來分主要有容積式、速度式及質(zhì)量式流量計(jì), 但也不乏有基于其他物理原理與規(guī)律開發(fā)的流量計(jì), 它們業(yè)已得到普遍使用或即將推廣作用, 如渦街流量計(jì)、超聲波流量計(jì)、熱膜(絲) 流量計(jì)等。 1 差壓式流量計(jì) 由把流量轉(zhuǎn)變成靜壓差的一次裝置(節(jié)流裝置)和把靜壓差轉(zhuǎn)變成標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)并顯示流量值的二次儀表組成, 常用的一次裝置有標(biāo)準(zhǔn)孔板,噴嘴和文丘里管,其作用原理是表達(dá)流體能量守恒的伯努利方程和流體連續(xù)性方程, 利用節(jié)流裝置反映出差壓與流量的平方關(guān)系。這種流

6、量計(jì)具有適應(yīng)范圍大、結(jié)構(gòu)簡單、堅(jiān)固耐用、差壓變送器功能多、性能好等特點(diǎn)。但其輸出特性為非線性、量程受制約、且實(shí)際使用精度不高。近幾年許多國際知名公司對(duì)差壓變送器進(jìn)行了深入的研究與開發(fā), 相繼推出了性能優(yōu)異的智能變送器, 2 容積式流量計(jì) 亦稱正排量流量計(jì), 主要由轉(zhuǎn)子和計(jì)量腔(由流量計(jì)殼體內(nèi)腔所形成) 以及計(jì)數(shù)機(jī)構(gòu)組成, 流體介質(zhì)周期性地充滿計(jì)量腔并推動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn), 其轉(zhuǎn)速正比于流速。根據(jù)轉(zhuǎn)子的形狀有羅茨流量計(jì)、橢圓齒輪流量計(jì)、圓盤流量計(jì)、刮板流量計(jì)以及近年出現(xiàn)的雙轉(zhuǎn)子流量計(jì)等。這類流量計(jì)具有測(cè)量準(zhǔn)確度高、重復(fù)性好、對(duì)直管段要求不高、介質(zhì)粘度變化對(duì)測(cè)量顯示值影響較小等特點(diǎn)。 3 渦輪流量

7、計(jì) 渦輪流量計(jì)是一種速度式流量測(cè)量儀表, 由渦輪流量傳感器, (包括渦輪、導(dǎo)流器、殼體及磁電傳感器) 和顯示儀表組成, 其殼體由不導(dǎo)磁的材料制成,導(dǎo)磁的渦輪裝在殼體中心軸承上, 當(dāng)阻力矩與動(dòng)力矩平衡時(shí), 渦輪轉(zhuǎn)速穩(wěn)定且正比于流速, 借助于殼體外的非接觸式磁電轉(zhuǎn)速傳感器將轉(zhuǎn)速信號(hào)變換成電頻率信號(hào), 送至顯示儀表即可顯示介質(zhì)的流量。傳感器中溫度補(bǔ)償裝置的完善和發(fā)展使流量計(jì)不僅適用于壓力管路而且擴(kuò)大了粘度適應(yīng)范圍。流場(chǎng)畸變的管段, 減少了對(duì)直管段的要求; 同時(shí)顯示儀表實(shí)現(xiàn)了智能化和小型化。渦輪流量計(jì)測(cè)量準(zhǔn)確度高、重復(fù)性好、結(jié)構(gòu)輕巧、安裝簡便、耐壓高、線性范圍寬。 4 質(zhì)量流量計(jì) 這種流量計(jì)有直

8、接式和間接式兩大類別。這類流量計(jì)具直接測(cè)量質(zhì)量流量、準(zhǔn)確度高、與各種物性參數(shù)無關(guān)、壓力損失小等特點(diǎn)。這是一種發(fā)展中的流量儀表, 目前仍有許多問題需進(jìn)一步解決, 如流體介質(zhì)的相態(tài)與物性影響問題、零點(diǎn)漂移問題、最佳振動(dòng)管形狀選擇問題、管材選擇問題等。 液壓泵、流量計(jì)經(jīng)過電磁換向閥右位進(jìn)入單向節(jié)流閥、流量計(jì)進(jìn)入液壓缸的無桿腔,有桿腔的油液經(jīng)過流量計(jì)、單向節(jié)流閥、電磁換向閥的左位、流量計(jì)、溢流閥、過濾器回油箱。反向行程時(shí),電磁換向閥工作在左位,油液流向相反。調(diào)節(jié)溢流閥,液壓缸產(chǎn)生不同的背壓,模擬液壓缸的工作負(fù)載,測(cè)試液壓缸不同負(fù)載下的動(dòng)特性曲線,研究液壓缸的運(yùn)行規(guī)律。液壓缸泄漏故障模擬由節(jié)流截止閥實(shí)

9、調(diào)節(jié)節(jié)流截止閥開口度模擬液壓缸二腔的外泄漏。液壓缸爬行通過增加負(fù)載和泄漏實(shí)現(xiàn)。 溢流閥檢測(cè) 電磁換向閥位于中位,截止閥開啟,液壓實(shí)驗(yàn)臺(tái)工作在溢流閥、電磁閥檢測(cè)狀態(tài)。電磁閥控制溢流閥工作狀態(tài),通過不斷更改電磁閥25工作狀態(tài),檢測(cè)溢流閥和電磁閥性能。 　 液壓泵故障模擬與檢測(cè) 液壓泵常見故障為磨損和氣穴,齒輪泵是最常見的液壓泵,本文以齒輪泵為例研究液壓泵故障模擬與檢測(cè)。齒輪泵磨損又分為齒輪磨損和側(cè)板磨損。齒輪磨損故障設(shè)置是通過人工打磨主動(dòng)齒輪上輪齒的嚙合面,使其嚙合曲線失形,人工模擬磨損,側(cè)板磨損故障設(shè)置是根據(jù)齒輪泵的出油口工作壓力高,磨損概率大的特點(diǎn),人工打磨側(cè)板靠近出油口端的端面,形

10、成側(cè)板偏磨的故障,氣穴故障設(shè)置是通過調(diào)整多功能液壓實(shí)驗(yàn)臺(tái)中的節(jié)流閥使其開口度變小,并將齒輪泵進(jìn)油口擰松,造成進(jìn)油口吸入空氣,形成氣穴。液壓泵故障檢測(cè)過程:截止閥關(guān)閉,電磁換向閥位于中位,液壓實(shí)驗(yàn)臺(tái)工作在液壓泵的檢測(cè)狀態(tài)。電機(jī)開啟后,泵工作,油液從油箱截止閥，節(jié)流閥進(jìn)入液壓泵,經(jīng)流量計(jì)、溢流閥和、流量計(jì)、濾油器回油箱。溢流閥、調(diào)節(jié)液壓泵的工作壓力。液壓泵的狀態(tài)信息由粘接在液壓泵的多路振動(dòng)傳感器 、轉(zhuǎn)速計(jì)、流量計(jì)、壓力傳感器、油箱中的液位、溫度等傳感器獲取。 液壓缸故障模擬與檢測(cè) 液壓缸檢測(cè)過程:截止閥關(guān)閉,液壓實(shí)驗(yàn)臺(tái)工作在液壓缸檢測(cè)狀態(tài)。液壓缸正向行程時(shí),電磁換向閥工作在右位,油液從油閥、截

11、止閥、節(jié)流閥 　 故障加速 在對(duì)液壓系統(tǒng)進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷時(shí),往往需要監(jiān)測(cè)系統(tǒng)從正常到異常故障狀態(tài)的運(yùn)行過程。如系統(tǒng)正常磨損運(yùn)行,監(jiān)測(cè)時(shí)間長,成本高。在液壓實(shí)驗(yàn)臺(tái)液壓油中加入少量水、固體顆粒物可以加速系統(tǒng)磨損,縮短監(jiān)測(cè)時(shí)間。液壓油中水、顆粒污染一方面由嵌入在液壓實(shí)驗(yàn)臺(tái)污染度傳感器檢測(cè),另一方面通過定期抽取回路液壓油油樣,由潤滑油液檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室分析 污染情況、設(shè)備磨損狀態(tài)并監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行。 結(jié)論 經(jīng)實(shí)驗(yàn),多功能實(shí)驗(yàn)臺(tái)運(yùn)行可靠、穩(wěn)定,能全面模擬液壓系統(tǒng)、液壓元件特別是液壓泵、液壓缸的故障, 該實(shí)驗(yàn)臺(tái)結(jié)構(gòu)簡單，液壓回路明晰，利于學(xué)生自己組建液壓回路。功能上并不求全求大，充分考慮到本專業(yè)學(xué)生

12、特點(diǎn)，滿足適用性要求，并留下了可擴(kuò)展的接口并可運(yùn)用嵌入在實(shí)驗(yàn)臺(tái)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(cè)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)。 參考文獻(xiàn): 　劉延俊,等. 液壓系統(tǒng)故障診斷技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)2006 (2) : 80 - 82. 　祝海林　高瀾慶. 流量信號(hào)與液壓系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測(cè).1995 ; (2) : 9～10 柴京富,楊衛(wèi)平,李堯忠.多功能液壓教學(xué)實(shí)驗(yàn)臺(tái)CAD及CAI 課件設(shè)計(jì).2008(6). 施曉芳,張衛(wèi)平.PLC 在裝拆式液壓教學(xué)實(shí)驗(yàn)臺(tái)中的應(yīng)用.機(jī)床與壓,2003.（6） 王文深.PLC 控制的多功能液壓教學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)的研制.液壓與動(dòng),2003(10). 顧啟民,王國新.用單片機(jī)控制的液壓教學(xué)實(shí)驗(yàn)臺(tái).實(shí)驗(yàn)室研究與索,2000(6). 薛祖德主編. 液壓傳動(dòng). 中央廣播電視大學(xué)出版,1995 專心---專注---專業(yè)