罗仕发开题报告.doc
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毕业设计开题报告
减压阀性能试验台液压系统设计
一、课题的项目背景和研究意义
1.1液压传动的发展和研究对象
液压传动技术的发展，可追溯到17世纪帕斯卡提出了著名的帕斯卡定律，开始奠定了流体静压传动的理论基础。
从18世纪末英国制成了世界上第一台水压机算起，已有近300年的历史，但真正的发展只是在第二次世界大战后，液压技术由军用工业迅速转向民用工业。
而我国液压工业只经过40余年的发展，就已经形成门类齐全、有一定的技术水平并初具规模的生产科研体系，其生产的液压产品广泛应用于工业、农业和国防等各个部门。
近20年来，我国液压工业通过引进先进技术，科研攻关，产品应用技术飞快发展，设计生产了许多新型的液压原件。
此外通过计算机辅助技术（CAD）、计算机辅助测试（CAT）、污染控制、故障诊断、机电一体化等方面研究成果的应用，液压技术水平得到了很大的提高。
当前液压技术正向着高效率、高精度、高性能等方向发展；液压元件向着体积小、重量轻、微型化和集成化、易维修的方向发展。
因此急需加速人才培养和技术创新，使我国液压工业尽早达到世界先进水平。
液压传动技术的发展旨在研究液压系统各类元件结构、作用、工作原理、应用方法，以及组成液压系统的特点。
随着工业生产和科学技术的迅速发展，液压传动和控制系统的应用领域不断扩大，对液压元件、组件和系统的品种及性能所提出的要求也越来越高。
因此加强液压传动和控制领域的实验和研究，对开发和研制合乎要求的产品以及对原有产品进行分析和改进具有重要作用；同时液压试验也是定性检测和定量分析液压系统和元件的重要手段。
因此进行液压测试系统的研究对现代工业生产和科学技术具有非常重要的意义。
1.2液压试验台的国内外研究状况
1.2.1试验台液压系统的研究
随着液压传动的广泛应用和液压技术迅猛发展，对液压试验台的研究也越来越多，越来越成熟。
所以出现了综合液压试验台的研究，虽然在功能上具有多样化，但是在具体功能研究下还是有所局限性，因此将液压试验台做单一做细也有其自身的价值。
1.2.2试验台温度控制的研究
液压系统的一个突出优点是解决散热问题比较方便，因为液压油是一个很好的载热介质，在系统工作过程中它可以把由于功率损耗而产生的热量从发生的地方带动到别处，而在方便的地方通过热交换散热，用于控制液压系统油温的热交换器包括冷却器和加热器。
图1为某大型液压泵站的油温自动控制示意图。
由温度传感器测量油液的实际温度T，并将测得的信号输入给温控器有四个输出。
设T（25~30°C）为油温的最低极限值，当油温低于T值时，油液粘度过高，液压泵不能起动；T（40~45°C）为工作温度的下限值；T（45~50°C）为工作温度的上限值；T（55~60°C）为油温允许的最高极限值。
当实际温度达到哪个温度点，温控就会在哪一路发出控制信号，控制加热器的通断和冷却泵电机的启停。
图1某大型液压泵站的温度自动控制装置示意图
1.2.3液压系统振动消除的研究
随着液压技术向高速、高压、大功率的方向发原展,液压系统中的冲击、振动问题越来越受到人们的重视。
在液压系统中,当油路突然换向、关闭或体流速将发生急剧变化,产生液压冲击现象,造成较大的振动和噪声,影响液压系统的正常工作。
因此,分析液压系统产生冲击和振动的因并对其加以控制具有十分重要的意义。
振动问题式液压系统动态设计中要考虑的一个非常重要的因素，它对液压系统性能和可靠性有着重要影响。
国内外由于液压系统振动所引起的事故屡见不鲜。
他的影响因素很多，如泵源的脉动、流体在管内非稳定流动，泵的调节机构等。
这样液压系统的消振问题就成了国内外研究工作者竞相研究的热点问题。
通常是通过消振器的设计来改善性能。
传统的消振器往往是属于被动式的，即其结构参数是不可变的，即使可变也是人工手动调节，不具有自消振能力，而实际系统中，由于系统的复杂性，如非线性，分布参数及不确定性因素，使其很容易受到外界干扰的影响。
另外，被动消振器对中、高频脉动消减比较好，但是对低频脉动，由于体积庞大，消振效果不太理想而限制了它的应用范围。
因此国内外学者针对液压能源管路系统进行了主动消振研究提出了各种主动消振策略，取得了一定的控制效果。
图2是一种新型流量脉动衰减器简图，这是一种改进的赫姆霍兹共鸣器型的流体脉动衰减器，其作用机理类似于有阻尼的动力吸振器机构类似于蓄能器。
它通过高密度的金属质量代替传统赫姆霍兹共鸣器进口处的等效液体质量以低体积弹性系数的气体代替腔中的可压缩性很低的液体，从而可以在相同的体积下，使共鸣器的固有频率设计得更低，结构做得更加合理紧凑。
图2新型流量脉动衰减器简图
1.2.4液压测试的研究
随着液压技术、控制理论、微型计算机、测量测试技术、数字信息处理、可靠技术的发展，新的液压试验台已朝着高速、高效、智能化、多功能化的液压计算机辅助测试（CAT）方向发展，早期按照“传感器+模拟二次仪表”的模式组成液压设备试验系统已停产或停止使用，基于虚拟仪器技术的液压CAT系统广泛应用于新的液压实验台制造及应用。
采用的计算方法有平均值滤波法、中值滤波算法、自然应滤波算法、新型PID算法等。
采用有VB6等应用软件开发液压CAT实验软件。
由于原有设备的陈旧或故障面积太大，仅使用MCS—51单片机技术对旧式液压实验台重新开发与利用，因此，很少发现采用液压计算机辅助测试（CAT）对旧式液压实验台重新开发与利用，对旧式液压试验台重新开发与利用有一定的推广应用价值。
图3液压元件CAT硬件系统结构示意图
1.3课题研究的目的和意义
常规液压控制阀按功能不同可分为方向控制阀、压力控制阀和流量控制阀3大类,是液压系统中使用最多的液压元件。
减压阀作为控制系统中最常见的压力控制阀之一，是一个非常重要的控制元件。
为了检验减压阀是否达到设计指标、是否满足使用要求,在产品的开发、出厂检验、产品验收、修复验收等应用场合,需要对减压阀进行试验。
为保证试验结果具有可比性,液压压力控制阀的试验一般按有关试验标准进行。
由于减压阀的品种、规格多,性能检测参数复杂,因此,设计能满足减压阀性能检测要求的试验台液压系统就显得十分必要。
本课题“减压阀性能试验台液压系统设计”，顾名思义为了满足减压阀性能试验台要求，主要设计一套完整符合要求的试验台液压系统。
在了解减压阀主要性能的基础之上，确定符合国家标准的性能检测试验方法，根据试验方法设计出满足系统要求的液压系统。
同时，减压阀性能试验的等级为国家标准试验等级A级，因此还要选择设计合理的温控系统和消振结构对系统流量脉动、压力脉动和温度等加以控制。
综上所述，本课题研究目的就是要研究出一套能使流量脉动、压力脉动和温度等参数达到国家A级试验等级标准的减压阀试验台液压系统。
二、课题研究的主要内容
课题研究的主要内容有：
1.参照国家标GB8107准推荐的原理图设计减压阀性能试验台；
2.能够完成2.2中所列实验项目，参数为表中所列；
3.实验精度能够达到国家标准（如表2.1、2.2、2.3所列）；
4.实现实验数据的自动采集。
2.1国家标准分析
2.1.1国家标准推荐的液压系统原理图
根据液压压力阀性能试验台系统工艺分析以及压力阀试验方法GB8105-87液压系统原理图如下：
图2.1减压阀性能试验系统原理设计
1—柱塞泵，2—先导式溢流阀，3—二位二通电磁换向阀，4—温度计，5—压力表，6—先导式减压阀，7—流量计，8—节流阀，9—二位二通换向阀，10—过滤器；
2.1.2国家标准中要求完成的实验项目
1.稳态压力—流量特性试验
将被试阀6调定在所需的试验流量和压力值上（包括阀的最高和最低压力值），然后调节流量，使流量从零增加到最大值，再从最大值减小到零，测量此过程中被试阀6的出口压力值。
试验过程中应保持被试阀6的进口压力稳定在额定压力值上。
2.控制部件调节“力”试验（泛指力、力矩或压力）
将被试阀6调定在所需的试验流量和出口压力值，然后调节被试阀的出口压力，使出口压力由最低值增加到最高值，再从最高值减小到最低值，测量在此过程中为改变出口压力值控制部件调节“力”。
为避免淤塞而影响测试值，在测试前应将被试阀的控制部件在其调节范围内至少连续来回操作10次以上．每组数据的测试应在60s内完成。
3.进口压力阶跃压力响应特性试验
调节阀2使被试阀6的进口压力为所需的值，然后调节被试阀6与阀8b，使被试阀6的流量和出口压力值定在所需的试验值上。
操纵阀3a，使整个试验系统压力下降到起始压力（为保证被试阀阀芯的全开度，保证此起始压力不超过被试阀出口压
力值的50%和被试阀调定的进口压力值的20%）。
然后迅速关闭阀3a，使进油回路中产生一个按规定选用的压力梯度，在被试阀6的出口处测量被试阀的出口压力的瞬态响应。
4.出口流量阶跃压力响应特性试验
调节阀2使被试阀6的进口压力为所需的值，然后调节被试阀6与8a，使被试阀6的流量和出口压力调定在所需的试验值上。
关闭阀9，使被试阀6出口流量为零，然后开启阀9，使被试阀的出口压力路中产生一个流量的阶跃变化。
这时，在被试阀6的出口处测量被试阀的出口压力的瞬忐响应。
阀9的开启时间不得大于被试阀响应时间的10%，最大不超过10ms。
被试阀和阀8a之间的油路容积要满足压力梯度的要求，即由公式：
可以计算出的压力梯度必须比实际测出被试阀出口压力响应曲线中的所力梯度大10倍以上。
式中V是被试阀与阀8a之间的回路容积；K是油液的等熵体积弹性模量；q是流经被试阀的流量。
5.卸压、建压特性试验
（1）最低工作压力试验：
当减压阀是先导控制形式时，可以用一个卸荷控制阀3b来将先导级短路，便被试阀6卸荷，逐点测出各流量时被试阀的最低工作压力。
试验方法按GB8107有关条款。
（2）卸压时间和建压时间试验:
卸荷控制阀3b切换时，测量被试阀6从所控制的压力卸到最低压力值所需的时间和重新建立所需压力值的时间。
阀3b的切换时间不得大于被试阀响应时间的10%，最大不超过10ms。
2.3课题要求和技术参数
设计减压阀性能试验台液压系统，该系统的主要技术要求是：
1）最大试验流量100L/min，最高试验压力31.5MPa；2）完成国家标准中规定的出厂实验项目；3）手动操作，自动数据采集。
试验精度级别：
A
表2.1被控参数平均指示值允许变化范围
被控参数
测试等级
A
B
C
流量，%
0.5
1.5
2.5
压力，%
0.5
1.5
2.5
油温，°C
1.0
2.0
4.0
粘度，%
5.0
10.0
15.0
表2.2测试系统的允许系统误差
测试仪表参数
测试等级
A
B
C
流量，%
0.5
1.5
2.5
压差，低于200KPa表压时，KPa
2.0
6.0
10.0
压差，等于或高于200KPa表压时，%
0.5
1.5
2.5
温度，°C
0.5
1.0
2.0
注：
表中给出的百分数极限范围是指被测量值的百分比，而不是试验的最大值或测量系统的最大读数的百分比
三、课题研究的关键问题和解决思路
3.1关键问题
1.液压系统振动问题如何消减，使压力脉动和流量脉动达到国家A级试验标准。
2.液压系统温度如何加以控制，使之达到国家A级试验标准。
3.2解决思路
1.对于压力脉动和流量脉动，只要控制住了流量脉动即可控制压力脉动。
因此对泵源流量脉动进行振动分析，并设计合理的主动消振结构加以控制。
2.对于系统的温度控制，首先对系统温升进行计算，然后查阅参考国内外对于温度控制的研究成果，并根最终选择最为合适的控制方案。
四、课题的研究方法
对现有文献分析，查阅国内外有关液压试验台
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