液压阻尼器试验台的设计和实现机械制造专业.docx

1 绪论 1.1 论文研究背景及意义 1.1.1 液压阻尼器 1.1.2 振动台 1.1.3 电液伺服系统 1.2.1阻尼器试验台的发展现状 1.2.2 阻尼器性能的检测 1.2.3 课题的意义 1.2 本课题拟解决的关键问题和研究方法 2 液压阻尼器试验台的设计 2.1 试验台试验系统设计要求 2.2 液压阻尼器的试验要求 2.3 控制系统方案的确定 2.4 试验台液压系统的确定 3 试验台液压系统结构设计 3.1 激振器设计 3.1.1 静态设计 3.1.2 计算激振器的性能参数 3.2 伺服阀选择计算 3.2.1 大流量伺服阀的选取 3.2.2 小流量伺服阀的选取 3.3 系统的流量供给及油源设计 3.3.1 液压伺服油源的要求 3.3.2 液压能源的种类和确定方案 3.3.3 油源设计计算 3.4 蓄能器组选择 3.5 系统油箱的设计 3.5.1 油箱的分类 3.5.2 设计油箱需考虑的因素： 3.5.3 油箱的设计 3.5.4 油箱附件的选择 3.5.5 过滤器的选择 3.5.6 冷却器 3.6 管道尺寸确定 3.6.1 管路材料 3.6.2 管接头 3.6.3 管路的选择安装 3.7 管道的密封 3.8 系统阀块设计 4 液压阻尼器试验台结构设计 4.1 试验台架设计 4.1.1 计算设计左、右支撑立板 4.1.2 左右滑动板设计 4.1.3 导向轴的设计计算 4.2 试验台的电控系统 4.2.1 油源的电控系统 4.2.2 振动台传感器应用 5 总结 1 绪论 1.3 引言 所谓阻尼，是指使自由振动发生衰减的各种摩擦与其他阻碍作用。而阻尼器，是一种以安置在系统结构上的阻力来消耗运动能量，从而加快振动衰减，以用来减缓冲击的装置。阻尼器可分为固体粘滞阻尼器、 空气阻尼器和油阻尼器等。具体应用有脉冲阻尼器，粘滞阻尼器，液压阻尼器，阻尼铰链等。而其中，液压阻尼器则利用能够对速度反应灵敏这一特点广泛应用于大型工程的管道及设备，来达到减振消能的目的，使设备不至于因振动过快而损坏。 近些年来，随着社会技术的发展，对阻尼器的研究技术也进一步的提高，对其进行试验、检验的技术也日益增进，因此液压阻尼器在很多场合都得以应用。既在军工产业中占据重要地位，也在民用产业中发挥作用。对于阻尼器的广泛运用，其安全性对与系统有着重要的作用。因此，为了保证阻尼器在各项参数上达到所需要的标准，要使用专门的试验系统来检测其性能。 1.1.1 液压阻尼器 液压阻尼器是阻尼器的一种具体应用，它是一种液压式进给速度控制装置，能够在从低速到高速的范围内自由调节气缸的进给速度。液压阻尼器的控制方式分为弹簧返回型和空气返回型两种。液压阻尼器，无论是于军工、航天领域，还是民用工程领域，均有大量应用。相较于其他阻尼器，液压阻尼器具有防腐性好，结构紧凑，动态响应快等特点，更多的应用于大型工厂的管道及设备的抗振动方面。 1.1.2 振动台 振动台可以提供典型振动条件，它可以用来评价和检验各类工程设备装置的机械力学性能。振动台一般可分为液压式，振动式和机械式等三种。其中，液压振动试验台具有快速响应，高精度，多功能等特点，可以很好的完成新型液压阻尼器及其他设备的各种性能试验。因此，液压振动试验台对液压阻尼器的性能检验起了极为重要的作用。 1.1.3 电液伺服系统 电液伺服系统是一种液压控制系统，它的控制核心是伺服元件。电液伺服系统一般由指令装置，放大器，控制器，伺服元件，执行元件，液压源，反馈传感器，及负载等组成。 （一） 电液伺服系统的发展史 液压伺服技术最初的发展是在二战期间。在当时，采用单纯的电磁元件的控制系统，已经不能满足军事上如先进武器的控制系统的大功率、高精度等的一系列高性能要求。因此，能够满足这些要求的液压系统发展了起来。后来，随着基本理论的完善，到60年代初期，在军事部门和民用工业中，液压伺服系统已经被大规模的应用起来。虽然液压伺服系统具有优良的动态性能，但它同时具有成本昂贵，维护困难等缺点。因此人们开发了电液比例控制这一相对廉价的一种液压伺服技术。 近些年来，随着在一些重要元件性能上取得突破，机电伺服技术不断发展。除了航空航天领域外，大多数设备都采用了机电伺服系统。但对于直线运动的控制，相对于液压伺服系统，机电伺服系统仍有不足。 （二） 电液伺服系统的特点 这里我们采用液压伺服系统，其主要原因是同其它系统（如气动伺服系统等）相比，它具有如下优点： （1） “功率——重量”比大 （2） 力矩惯量比大 （3） 液压马达的调速范围宽 （4） 能实现大功率直线伺服驱动，且结构简单 （5） 系统刚度较大 （6） 润滑性能好 1.4 论文研究背景及意义 1.2.1阻尼器试验台的发展现状 液压阻尼器试验台现阶段具有如下特点：结构紧凑，安装空间小；防腐性能好；阻尼力大；动态响应时间短等。这些优点让液压阻尼器试验台在液压阻尼器试验领域得到广泛应用。现如今随着技术的发展，已能将计算机技术与试验台相结合。这便可以提前设定好参数，进一步提高试验台的工作效率，改善试验台的操作性能。对液压阻尼器试验台性能的改进，国内外都进行了充分的、深入的研究。 （1）国外阻尼器试验台的研究发展现状 国外企业很早便展开了液压阻尼器试验台方面研究。某些企业在九十年代初期便已推出了具有代表性的系统。他们实现了电液伺服系统与计算机技术的融合。这一创新，实现了试验精度的提高和系统功能的增强。 国外液压阻尼器试验台的优点主要有以下几个方面： 1） 系统采用数字化控制方式，使得阻尼器试验台系统反应时间更短，控制更加准确。 2） 采用了更加合理的结构技术，如非金属喷涂，动、静压支撑等，增强了试验台运行性能，提高了运行精度。 3） 国外试验台智能化，网络化程度更高。这使得试验效率得到提高，试验范围也更大。 国外的液压阻尼器试验台虽然性能优异，但在引进过程中仍然存在一些问题： 1） 这些先进试验台的价格比较高，对国内一些中小企业来说，资金不足便成为了一个问题。 2） 国外试验台技术复杂，维护成本也就变高。而且引进的机械，资料一般都为外文编写，因此语言问题便又是一个难点。 3） 地理上的距离使得供货时间变长。这无疑增加了企业的时间成本。 （2）国内阻尼器试验台的研究发展现状 相比于国外，国内企业对于液压阻尼器试验台的研发起步比较晚。整体的研究水平也就相对落后。如今，经过相关科研人员的不懈努力，在计算机控制、高精度测量等方面，已经做出了相当的成果。然而，与国外同行业先进水平相比，我国阻尼器试验台仍有许多不足之处，亟待改进： 1） 由国内企业研发的阻尼器试验台尚不能很好的满足大载荷的测试要求。 2） 国内企业尚未研发出专业的软件系统，只能受到国外把持。由此，反映出的是国内企业在软件开发领域力量的薄弱。 3） 国内试验台整体的集成度不足。国内企业不能很好的将机械、液压、电气等方面的技术融合进试验台中。 1.2.2 阻尼器性能的检测 对阻尼器的性能测试一般通过试验台来完成。一般来说，有以下几项测试内容： （1） 低速运行下阻力测试。即：当阻尼器在设定的低速下运行时，检测其受到的阻力。并绘出阻力与时间的关系曲线。 （2） 锁死速度试验：当有不同的负载作用时，找出让阻尼器控制阀自动闭锁的那个速度。并描绘出负载与速度的关系曲线。 （3） 阻尼器的抗疲劳试验：检测阻尼器在N次运动中的损耗程度，对其的性能进行评估。 （4） 阻尼器的动态刚度试验：设置某一频率，将阻尼器最大载荷设置成额定载荷。绘出载荷与位移关系图。 1.2.3 课题的意义 本课题为高精度，大载荷液压阻尼器试验台的研发。液压阻尼器试验台是一种高新技术产品。它集机械结构开发，液压系统开发，电路控制开发于一体，在液压阻尼器性能检测方面起着极为重要的作用。目前，美、日等国几乎垄断了我国在高精度、大载荷液压阻尼器试验台方面的市场。这说明我国产品同国外先进产品之间仍有不小差距。本课题就是希望能在高精度、大载荷试验台的研发上能够有所突破，为我国的试验台发展做出贡献。因此本课题具有很强的理论意义和现实意义。 1.5 本课题拟解决的关键问题和研究方法 调查研究阻尼器试验台的工作情况，熟悉阻尼器试验台各零部件之间的合理组装。根据阻尼器试验台的形状、尺寸、性能等要求的分析结果，确定阻尼器试验台基本设计方案，液压系统的设计和状态分析，并对液压系统的效能及效能的恒定进行评估，使其满足各项参数的要求。 首先根据已知条件确定初始设计方案，根据方案计算各项参数。然后，根据参数检验方案是否满足设计的要求。根据比较结果调整所得参数。这样通过多次的分析、检验、修改，指导整个系统的工作性能完全满足所需的要求。 2 液压阻尼器试验台的设计 2.1 试验台试验系统设计要求 在推力、压力、频率等不同条件下，阻尼器试验台完成对阻尼器性能的检测工作。收集数据后，利用力和速度等多种传感器将数据输出。将输出的数据在计算机中整理，并依据这些数据对阻尼器性能进行检验。其主要技术要求有： 最大动、静态力：1000kN； 工作频率：1-33Hz(逐个频率点)； 振幅要求：1Hz时±20mm；10Hz时±5mm； 激震器最大行程：±150mm； 激震器最高速度31.4cm/s（10Hz时为±5mm）； 激震器最大加速度：40； 高频振动持续时间：2s; 动态试验控制波形：正弦波； 系统具有数据采集、查询、存储、打印功能。 2.2 液压阻尼器的试验要求 1） 低速运行下阻力测试。即：当阻尼器在设定的低速下运行时，检测其受到的阻力。并绘出阻力与时间的关系曲线。 2）锁死速度试验：当有不同的负载作用时，找出让阻尼器控制阀自动闭锁的那个速度。并描绘出负载与速度的关系曲线。 3）阻尼器的抗疲劳试验：检测阻尼器在N次运动中的损耗程度，对其的性能进行评估。 4）阻尼器的动态刚度试验：设置某一频率，将阻尼器最大载荷设置成额定载荷。绘出载荷与位移关系图。 2.3 控制系统方案的确定 （1） 提出设计的方案 根据液压阻尼器的试验要求，设计出试验台的设计方案： 一 、采用机械化设备。机械设备的优点是性价比高。但机械式振动台直接承载能力小，波形的失真程度较大，振动的形式较为简单。而且该系统负载较大，且不能直接使用常规动力源，而是需要经过复杂结构转化。因此，系统较为笨重。同时机械零件磨损较快，会影响其精度。 二、 采用机电一体化设备。相比于机械式振动台，电动式振动台性能更为优异。使用电动式振动台，其可以模拟正弦，随机波等形式的振动，但它的承载能力范围小，不符合本试验系统所提出的要求。 三、 响应元件选用液压激振器，控制系统选用液压系统。液压阻尼器试验台 可以很好的完成液压阻尼器及其他设备的性能试验。 在以上的几个方案中，液压式振动台相对于其他两个振动台控制范围大、测量精准、波形种类多等优势，因此本设计最终选定的方案是液压式试验台。 （2） 拟定设计方案 在阻尼器试验台的技术指标中，液压阻尼器试验的最高速度为31.4cm/s，而在低速时仅为2mm/s~10mm/s。说明，当所做的试验不同时，系统的流量不同，变化很大。只安装一台大流量伺服阀使，系统在某些情况下，如大流量，高速的实验中是稳定的。但是在小流量、低速的试验中则是不稳定的。因为系统的精度会因流量输出量小而降低。同理，若只安装小流量伺服阀，则也是不可行的。 解决方案：