液壓阻尼器試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)

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畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)設(shè)計(jì)題目：液壓阻尼器試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)液壓阻尼器試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)摘 要本課題針對(duì)液壓阻尼器的試驗(yàn)要求，參考以前的相關(guān)設(shè)計(jì)以及液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)一個(gè)符合要求的電液系統(tǒng)振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)。文中利用已有的機(jī)電液的相關(guān)知識(shí)，進(jìn)行了系統(tǒng)的整體研制、分析，以及其機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，使設(shè)計(jì)出的液壓阻尼器振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)能夠圓滿的完成相關(guān)試驗(yàn)檢測(cè)工作。提出了液壓阻尼器試驗(yàn)臺(tái)的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，完成了該試驗(yàn)臺(tái)的機(jī)械結(jié)構(gòu)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。根據(jù)液壓阻尼器的檢測(cè)與試驗(yàn)要求，設(shè)計(jì)了動(dòng)、靜態(tài)兩個(gè)試驗(yàn)回路雙伺服閥液壓控制結(jié)構(gòu)，并采用蓄能器組瞬間提供大流量輸出的整體解決方案。本液壓阻尼器試驗(yàn)系統(tǒng)可以適用于行程小于 300 毫米、100 噸以下的各種規(guī)格的液壓阻尼器的試驗(yàn)，為液壓阻尼器的研制、生產(chǎn)提供了必要的試驗(yàn)與檢測(cè)設(shè)備。關(guān)鍵詞：液壓阻尼器 電液伺服 系統(tǒng)控制 激振器 The design of hadraulic damper test rigAbstractThe subject of hydraulic dampers for the test requirements, refer to the previous design, as well as experience in hydraulic system design, design to meet the requirements of a system of electro-hydraulic vibration test rig. In this paper, the use of existing hydraulic knowledge to carry out the overall system development, analysis, and the design of its mechanical structure, so that the design of the hydraulic vibration damper test rig can be related to the successful completion of the work test. A scheme of hydraulic damper test-bed’s overall structure design is raised, and it complete the test-bed’s hydraulic system of the mechanical structure design. Hydraulic damper according to the detection and test requirements, design a dynamic and static test of two dual-loop servo-valve hydraulic control structures, and the use of accumulator to provide an instant group of high-volume output of the overall solution.The hydraulic damper test system can be applied to travel less than 300 mm, 100 tons of various specifications of the hydraulic damper testing, hydraulic damper for the development, production provides the necessary test and inspection equipment. Key words: hadraulic damper; electro-hydraulic serve; system control; exicer; 目 錄1 引言 .11.1 課題概況 11.2 課題研究方案及意義 52 液壓阻尼器試驗(yàn)臺(tái)方案設(shè)計(jì) .62.1 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求 62.2 液壓阻尼器的試驗(yàn)要求 62.3 控制方案的確定 73 液壓阻尼器試驗(yàn)臺(tái)液壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) .103.1 液壓阻尼器試驗(yàn)臺(tái)激振器設(shè)計(jì) 103.2 伺服閥選擇計(jì)算 123.3 系統(tǒng)的流量供給及油源設(shè)計(jì) 133.4 蓄能器組選擇 163.5 油箱設(shè)計(jì) .173.6 管道尺寸確定 203.7 系統(tǒng)閥塊設(shè)計(jì) 234 液壓阻尼器試驗(yàn)臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 244.1 試驗(yàn)臺(tái)架設(shè)計(jì) 244.2 試驗(yàn)臺(tái)的電控系統(tǒng) 275 結(jié)論 .30謝辭 .31參考文獻(xiàn) .32附錄 .33外文資料 .34唐 山 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)01 引言1.1 課題概況1.1.1 液壓阻尼器阻尼是各種摩擦和其他阻礙作用對(duì)自由振動(dòng)產(chǎn)生衰減的一種現(xiàn)象。而安置在結(jié)構(gòu)系統(tǒng)上的“ 特殊” 構(gòu)件，提供運(yùn)動(dòng)的阻力，耗減運(yùn)動(dòng)能量的裝置，便是阻尼器。目前在各種應(yīng)用中有:彈簧阻尼器,脈沖阻尼器,旋轉(zhuǎn)阻尼器 ,風(fēng)阻尼器,粘滯阻尼器，液壓阻尼器等。液壓阻尼器是一種對(duì)速度反應(yīng)靈敏的吸收衰減震動(dòng)裝置,能夠吸收、衰減震動(dòng)與沖擊的能量,從而減少構(gòu)件的動(dòng)力反應(yīng),保護(hù)建筑物、工程結(jié)構(gòu)、機(jī)械結(jié)構(gòu)等重要設(shè)施免遭由于地震、爆炸、自然風(fēng)力等引起的震動(dòng)及沖擊破壞。液壓阻尼器主要用于醫(yī)院、電站、橋梁、摩天樓等重要大型建筑,以及核電廠、火電廠、化工廠中的管道及關(guān)鍵設(shè)備的抗震。近十幾年來(lái),隨著液壓阻尼器制造技術(shù)不斷提高，以及各種試驗(yàn)、檢驗(yàn)技術(shù)的完善,液壓阻尼器的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。液壓阻尼器不但用于重要的軍事工程,而且已經(jīng)開(kāi)始應(yīng)用于民用工程中。 ［1］1.1.2 振動(dòng)臺(tái)振動(dòng)臺(tái)是一種能夠提供典型振動(dòng)條件或模擬再現(xiàn)環(huán)境用以檢驗(yàn)和評(píng)價(jià)各類工程裝置及設(shè)備機(jī)械力學(xué)性能的試驗(yàn)設(shè)備。通常使用的振動(dòng)臺(tái)有機(jī)械式振動(dòng)臺(tái)、液壓式振動(dòng)臺(tái)和電動(dòng)式振動(dòng)臺(tái)三種振動(dòng)臺(tái)。國(guó)外對(duì)振動(dòng)臺(tái)的研究較多的國(guó)家是日本和美國(guó)。美國(guó)加州伯克力分校建成世界上第一臺(tái)水平和垂直同時(shí)工作的 6.1×6.1m 雙向地震模擬振動(dòng)臺(tái)。其后，日本國(guó)立防災(zāi)科學(xué)技術(shù)中心建成了當(dāng)時(shí)世界上最大的 15m×15m 臺(tái)面，載重 1000 噸的垂直或水平單獨(dú)工作的大型地震模擬振動(dòng)臺(tái)。 ［2］我國(guó) 50 年代應(yīng)用比較廣泛的是機(jī)械式振動(dòng)臺(tái)，60 年代電動(dòng)式振動(dòng)臺(tái)得到飛躍的發(fā)展，成為振動(dòng)環(huán)境模擬的主要設(shè)備，但當(dāng)時(shí)電動(dòng)振動(dòng)臺(tái)的承載能力較小、使用壽命也不盡如人意不能承擔(dān)飛機(jī)大型結(jié)構(gòu)件的振動(dòng)試驗(yàn)任務(wù)。因此具有直接承載能力強(qiáng)、推力大、結(jié)實(shí)耐用等特點(diǎn)的液壓振動(dòng)臺(tái)便應(yīng)運(yùn)而生，并優(yōu)先在國(guó)防工業(yè)，特別是航空航天工業(yè)領(lǐng)域中得到應(yīng)用和發(fā)展。早期開(kāi)發(fā)的液壓振動(dòng)臺(tái)工作頻率上限一般在 200 左右。這主要是由航空渦輪尋機(jī)的轉(zhuǎn)速接近 1200r/min 所決定的。隨著現(xiàn)代噴氣動(dòng)力裝置的發(fā)展，振動(dòng)環(huán)境模擬的上限頻率不斷提高，也要求液壓振動(dòng)臺(tái)不斷地?cái)U(kuò)展其工作頻寬。目前國(guó)內(nèi)外大推力（50kN 以上）液壓振動(dòng)臺(tái)上上限工作頻率已達(dá)到 1000Hz 以上。加一方面由于飛機(jī)飛行速度的提高以及發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)工藝的改進(jìn)，來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子動(dòng)不平衡所誘發(fā)的振動(dòng)強(qiáng)度逐漸減弱，而氣流干擾和聲壓變化所誘發(fā)的振動(dòng)則越來(lái)越重，唐 山 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)1這種振動(dòng)環(huán)境常常表現(xiàn)為非周期的隨機(jī)振動(dòng)，因而也要求液壓振動(dòng)臺(tái)能實(shí)現(xiàn)隨機(jī)振動(dòng)控制，國(guó)內(nèi)外同行均為此而進(jìn)行了大量的研究開(kāi)發(fā)工作，并成功實(shí)現(xiàn)了液壓振動(dòng)臺(tái)的隨機(jī)振動(dòng)控制，如中國(guó)航空工業(yè)總公司 303 研究所研制的 YZT—10c 型液壓振動(dòng)臺(tái)，其上限工作頻率達(dá)到 20～1000Hz，在頻率范圍內(nèi)的寬帶隨機(jī)振動(dòng)控制精度己經(jīng)達(dá)到±dB。 ［3］本課題是做一個(gè) 100T 級(jí)液壓振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)的開(kāi)發(fā)與研究。液壓振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)是一種多功能、高精密度、快響應(yīng)的電液伺服系統(tǒng)，它不僅可以進(jìn)行新型液壓阻尼器的各種性能試驗(yàn)，而且可以進(jìn)行其它設(shè)備的振動(dòng)和疲勞試驗(yàn)。液壓振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)是液壓阻尼器生產(chǎn)、試驗(yàn)和驗(yàn)收必不可少的手段。液壓振動(dòng)臺(tái)作為振源的模擬輸出設(shè)備要求其能輸出典型的地震波正弦波脈沖波等各種外界波并能通過(guò)傳感器采集信號(hào)、計(jì)算機(jī)處理信號(hào)生成被試件在不同輸入波形下靜、動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性，為判斷被試件性能提供依據(jù)。1.1.3 電液伺服系統(tǒng)㈠、電液伺服系統(tǒng)的特點(diǎn)同機(jī)電伺服系統(tǒng)、氣動(dòng)伺服系統(tǒng)相比，液壓伺服系統(tǒng)具有突出的優(yōu)點(diǎn)，以致成為采用液壓系統(tǒng)而不采用其它系統(tǒng)的主要原因 [4]：（1） “功率——重量”比大同樣功率的控制系統(tǒng)，液壓系統(tǒng)體積小，重量輕。因?yàn)閷?duì)于電元件，例如電動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，由于受到磁性材料飽和作用的限制，單位重量的設(shè)備所能輸出的功率比較小。液壓系統(tǒng)可以通過(guò)提高系統(tǒng)的壓力來(lái)提高輸出功率，這時(shí)僅受到機(jī)械強(qiáng)度和密封技術(shù)的限制。在典型的情況下，發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)的“功率——重量”比為 16.8W/N，而液壓泵和液壓馬達(dá)的功率重量比為 168W/N，是機(jī)電元件的 10 倍。在航空、航天技術(shù)領(lǐng)域應(yīng)用的液壓馬達(dá)是 675W/N，而稀土電動(dòng)機(jī)的“功率——重量”比為 225W/N。直線運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力裝置更加懸殊。這是在許多場(chǎng)合下采用液壓伺服系統(tǒng)而不采用其他伺服系統(tǒng)的重要原因，也是直線運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中多用液壓系統(tǒng)的重要原因。幾乎所有的中、遠(yuǎn)程導(dǎo)彈的控制系統(tǒng)，都采用液壓系統(tǒng)。（2）力矩慣量比大一般回轉(zhuǎn)式液壓馬達(dá)的力矩慣量比是同容量的電機(jī)的 10 倍至 20 倍，一般液壓馬達(dá)為 6.1×103Nm/Kg.m2。力矩慣性比大，液壓系統(tǒng)能夠產(chǎn)生大的加速度，也意味著時(shí)間常數(shù)小，響應(yīng)速度快，具有優(yōu)良的動(dòng)態(tài)性能。 。這個(gè)特點(diǎn)也是許多場(chǎng)合下采用液壓系統(tǒng)，而不采用其他系統(tǒng)的重要原因。例如在導(dǎo)彈武器的仿真系統(tǒng)中，要求平臺(tái)具有極大的加速度，具有很高的響應(yīng)頻率，這個(gè)任務(wù)只有液壓系統(tǒng)能夠勝唐 山 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)2任。（3）液壓馬達(dá)的調(diào)速范圍寬液壓伺服馬達(dá)的調(diào)速范圍一般在 400 左右，好的上千，通過(guò)良好的速度回路設(shè)計(jì)，閉環(huán)系統(tǒng)的調(diào)速范圍更寬。這個(gè)指標(biāo)也是常常采用液壓系統(tǒng)的重要原因。例如跟蹤導(dǎo)彈、衛(wèi)星等飛行器的雷達(dá)、光學(xué)跟蹤裝置，在導(dǎo)彈起飛的初始段，視場(chǎng)半徑很小，要求很大的跟蹤角速度，進(jìn)入預(yù)定軌道后，視場(chǎng)半徑很大，要求跟蹤的角速度很小，因此要求系統(tǒng)的整個(gè)跟蹤速度范圍很大。（4）易通過(guò)液壓缸實(shí)現(xiàn)大功率的直線伺服驅(qū)動(dòng)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單若采用以電動(dòng)機(jī)為執(zhí)行元件的機(jī)電系統(tǒng)，則需要通過(guò)齒輪、齒條等裝置，將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變換為直線運(yùn)動(dòng)，從而結(jié)構(gòu)很復(fù)雜，而且會(huì)因傳動(dòng)鏈的間隙而帶來(lái)許多的問(wèn)題；若用直線式電機(jī)，體積重量將會(huì)大大增加。從“力——質(zhì)量”比來(lái)說(shuō)，直流直線式電動(dòng)機(jī)的“力——質(zhì)量”比為 130N/Kg，而直線式馬達(dá)（油缸）的“力——質(zhì)量”比為 13000N/Kg，是機(jī)電元件的 100 倍。所以在負(fù)載要求作直線運(yùn)動(dòng)的伺服系統(tǒng)中，液壓系統(tǒng)比機(jī)電系統(tǒng)明顯優(yōu)越。正因?yàn)槿绱?，在冶金工業(yè)中，液壓伺服系統(tǒng)得到了廣泛的應(yīng)用。還有其他的許多優(yōu)點(diǎn)，諸如系統(tǒng)的剛度比較大，潤(rùn)滑性能好等。㈡、電液伺服系統(tǒng)的發(fā)展歷史二戰(zhàn)期間，由于軍事上的需要，對(duì)先進(jìn)的武器和飛機(jī)的控制系統(tǒng)，提出了諸如大功率、高精度、快響應(yīng)等一系列高性能要求。但是單純的采用電磁元件已很困難、甚至不能滿足要求，而液壓系統(tǒng)具有的一些特點(diǎn)，正好適合于這種場(chǎng)合，從而促使人們更深入地研究液壓技術(shù)。在這個(gè)背景下，液壓伺服技術(shù)迅速發(fā)展起來(lái)。到 50 年代末期和 60 年代初期有關(guān)液壓伺服技術(shù)的基本理論日趨完善，使液壓伺服系統(tǒng)廣泛的應(yīng)用于武器、艦船、航空、航天等軍事部門，后來(lái)又迅速地推廣到冶金、機(jī)械等民用工業(yè)中。液壓伺服系統(tǒng)以其優(yōu)良的動(dòng)態(tài)性能著稱，但同時(shí)因?yàn)樗蠛芨叩募庸ぞ?，成本昂貴，對(duì)維護(hù)使用要求苛刻，這對(duì)一般的工業(yè)控制來(lái)說(shuō)很難承受。因?yàn)榇蠖鄶?shù)工業(yè)控制系統(tǒng)，并不需要很高的動(dòng)態(tài)性能，一般伺服帶寬 3～5Hz ，甚至 1～2Hz 就可以了，但希望價(jià)錢便宜，對(duì)污染不敏感，不需要特殊的維護(hù)措施。在這個(gè)背景下，60 年代開(kāi)始發(fā)展一種廉價(jià)液壓伺服技術(shù)——電液比例控制。這種介于液壓伺服與液壓開(kāi)關(guān)控制之間的液壓技術(shù)，為液壓開(kāi)拓了新的途徑。盡管液壓伺服技術(shù)在不斷地開(kāi)拓、發(fā)展，但是始終存在著噪聲、漏油、維護(hù)修理不方便、成本較高，對(duì)油液中的污染物比較敏感而經(jīng)常發(fā)生故障等缺點(diǎn)。另一方面，機(jī)電伺服系統(tǒng)在一些重要元件性能上有新的突破，尤其是 60 年代可控硅元件的問(wèn)世，及其后出現(xiàn)的力矩電機(jī)、印刷電機(jī)、無(wú)槽電機(jī)等性能優(yōu)良的執(zhí)行元唐 山 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)3件的問(wèn)世。近年來(lái)出現(xiàn)的大功率的脈沖調(diào)寬（PWM）功率放大元件，大大改善了伺服系統(tǒng)的性能，形成了對(duì)液壓系統(tǒng)的有力挑戰(zhàn)。目前除了航天領(lǐng)域中、大型火箭、導(dǎo)彈控制系統(tǒng)，液壓伺服具有絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)外，大多數(shù)中小型地面設(shè)備，已逐漸被機(jī)電伺服系統(tǒng)取代。但是在直線運(yùn)動(dòng)的控制中，尤其是大功率的直線運(yùn)動(dòng)控制，仍廣泛的使用液壓伺服系統(tǒng)。㈢、電液伺服系統(tǒng)的發(fā)展方向（1）機(jī)電一體化 [5]將微電子技術(shù)和液壓技術(shù)結(jié)合成一體，出現(xiàn)了將比例控制系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)所需的放大器、傳感器、信息顯示裝置等與液壓泵、閥和液壓缸等緊湊的組合在一起的新穎的一體化元件，這是當(dāng)前液壓技術(shù)的一個(gè)重要發(fā)展方向。近年來(lái)由于微電子技術(shù)的飛速發(fā)展，為機(jī)電一體化創(chuàng)造了條件。此外還可以擴(kuò)展元件的功能，例如在模擬式傳感器上附加 A/D 轉(zhuǎn)換器，在電液伺服閥等模擬式閥上附加 D/A 轉(zhuǎn)換器，可以直接通計(jì)算機(jī)連接。可以預(yù)見(jiàn)，一體化組件將進(jìn)一步發(fā)展成帶微電腦的智能型機(jī)電一體化組件。（2）計(jì)算機(jī)在液壓伺服系統(tǒng)中的普遍應(yīng)用 [6]計(jì)算機(jī)應(yīng)用已深入到各個(gè)領(lǐng)域，無(wú)疑也將在液壓伺服技術(shù)領(lǐng)域中發(fā)揮巨大的作用。計(jì)算機(jī)在液壓伺服系統(tǒng)中的應(yīng)用包括計(jì)算機(jī)直接控制（CDC） 、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD ）和計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試（CAT）等三個(gè)方面。計(jì)算機(jī)輔助控制，就是將計(jì)算機(jī)（主要是微機(jī)處理）作為整個(gè)伺服系統(tǒng)的一個(gè)環(huán)節(jié)來(lái)進(jìn)行系統(tǒng)控制。由于它的軟件功能很強(qiáng)，可以方便的完成大量的環(huán)外處理和智能控制，構(gòu)成所謂的智能型電液控制系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)主要指對(duì)液壓伺服元件和伺服系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真。這是一種十分有效的設(shè)計(jì)和研究方法，它不僅可以對(duì)復(fù)雜的系統(tǒng)和各種因素對(duì)系統(tǒng)的影響進(jìn)行定量的研究，而且可以進(jìn)行元件和系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。由于液壓伺服元件存在多種非線形因素，單純用計(jì)算機(jī)模擬仿真，可能因?yàn)槟M電路的零飄等帶來(lái)較大的誤差，甚至出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象，而數(shù)字計(jì)算機(jī)通過(guò)用專用的程序包能夠得到滿意的仿真效果。對(duì)于大型、高精度的伺服系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，更接近真實(shí)情況的還是模擬——數(shù)字聯(lián)合仿真 [7]。通過(guò)計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試系統(tǒng)對(duì)液壓伺服元件、液壓系統(tǒng)的靜態(tài)、動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行測(cè)試、辨別和數(shù)據(jù)處理，將相應(yīng)的數(shù)據(jù)和曲線在顯示器上輸出或者通過(guò)打印機(jī)打印出來(lái)。更進(jìn)一步將這種測(cè)試系統(tǒng)擴(kuò)展成故障檢測(cè)和預(yù)報(bào)系統(tǒng)，它不斷巡回地采集系統(tǒng)的實(shí)際參數(shù)，并將其同擬定參數(shù)進(jìn)行比較，做出判斷，而后通過(guò)報(bào)警裝置，給出報(bào)警信號(hào)，同時(shí)在顯示器上顯示出故障的原因和處理的措施。這也是計(jì)算機(jī)唐 山 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)4在液壓伺服系統(tǒng)中應(yīng)用的一個(gè)重要的方向 [8]。1.2 課題研究方案及意義1.2.1 課題研究主要內(nèi)容及思路液壓阻尼器振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)在要求推力、頻率、壓力、波形等條件下的液壓阻尼器的檢測(cè)工作，通過(guò)力和速度傳感器等多種傳感器將試驗(yàn)中采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行輸出，應(yīng)用計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，將處理結(jié)果與預(yù)定的合格數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，從而確定液壓阻尼器合格與否。本課題以液壓阻尼器振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)這一產(chǎn)品的研制與開(kāi)發(fā)為中心，通過(guò)運(yùn)用已學(xué)的對(duì)于機(jī)、電、液領(lǐng)域的相關(guān)知識(shí)，在一些成熟技術(shù)應(yīng)用的基礎(chǔ)上，對(duì)液壓阻尼器的試驗(yàn)臺(tái)的主要系統(tǒng)以及重要部件的機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。具體說(shuō)來(lái)本課題研究主要有以下幾個(gè)方面：1 液壓阻尼器振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)的液壓結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。完成液壓阻尼器振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)的總體系統(tǒng)的規(guī)劃和開(kāi)發(fā)。① 進(jìn)行液壓系統(tǒng)原理研究，繪制相應(yīng)的液壓控制原理圖。② 結(jié)合設(shè)計(jì)要求計(jì)算出系統(tǒng)中的重要的參數(shù)，例如流量、壓力、液壓缸的橫截面積等等。③ 重要部件的機(jī)械結(jié)構(gòu)（液壓缸、閥塊）的研制與開(kāi)發(fā)。④ 完善整個(gè)系統(tǒng)，完成其他部件的開(kāi)發(fā)（油源、試驗(yàn)臺(tái)架等等） 。通過(guò)以上四步基本可以完成試驗(yàn)臺(tái)的機(jī)械和液壓部分設(shè)計(jì)，課題研究任務(wù)基本完成。2 液壓阻尼器振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)的臺(tái)架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。完成試驗(yàn)臺(tái)的機(jī)械部分設(shè)計(jì)。1.2.2 課題的意義課題是大推力、高精度液壓阻尼器振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)的開(kāi)發(fā)與研究，具有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)和理論意義。液壓阻尼器振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)是集機(jī)械結(jié)構(gòu)開(kāi)發(fā)、液壓系統(tǒng)開(kāi)發(fā)、電路控制開(kāi)發(fā)于一體的高新技術(shù)產(chǎn)品，在產(chǎn)品檢測(cè)方面有著極為重要的應(yīng)用。目前，國(guó)內(nèi)高精度、大推力的液壓阻尼器振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)多為日本和德國(guó)的產(chǎn)品，說(shuō)明國(guó)內(nèi)在高精度、大推力的液壓阻尼器振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)研制與開(kāi)發(fā)方面與外國(guó)在不小的技術(shù)差距。本課題就是要在高精度液壓阻尼器振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)研制與開(kāi)發(fā)方面尋求突破和創(chuàng)新，從而能促進(jìn)我國(guó)高精度、大推力液壓阻尼器振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)的技術(shù)發(fā)展。唐 山 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)52 液壓阻尼器試驗(yàn)臺(tái)方案設(shè)計(jì)2.1 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求試驗(yàn)臺(tái)實(shí)現(xiàn)在推力、頻率、壓力、波形等條件下的液壓阻尼器的檢測(cè)工作，通過(guò)力和速度傳感器等多種傳感器將試驗(yàn)中采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行輸出，應(yīng)用計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，將處理結(jié)果與預(yù)定的合格數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，確定液壓阻尼器的合格與否。其主要技術(shù)要求有：最大動(dòng)、靜態(tài)力：1000KN；工作頻率：1－33 Hz（逐個(gè)頻率點(diǎn)）最大位移（振幅）：1Hz 時(shí)，±20mm；10Hz 時(shí)，±5mm；激振器最大行程：±150 mm；最大速度：30 cm/s（要求） ，31.4 cm/s（實(shí)際取值） ；最大加速度：40 m/s2；高頻振動(dòng)持續(xù)時(shí)間：2s（要求） ，5s（實(shí)際取值） ；運(yùn)動(dòng)（沖擊振動(dòng)）方向： 水平單向；動(dòng)態(tài)試驗(yàn)控制波形：正弦波系統(tǒng)動(dòng)態(tài)測(cè)試精度：80C°） ，將嚴(yán)重影響液壓系統(tǒng)正常工作，如泄露嚴(yán)重等。因此在某些散熱情況不好的時(shí)候，單靠油箱和管道就不能控制油箱的升高，這時(shí)就必須采取強(qiáng)制冷卻的辦法，通過(guò)冷卻器來(lái)限制油溫的升高，使之符合液壓系統(tǒng)的工作要求。在泵站裝配中，冷卻器裝在系統(tǒng)的回油路上，使回油冷卻后再回油箱。②冷卻器的選擇冷卻器除通過(guò)管道散熱面積直接吸收油液中的熱量外，還使油液流動(dòng)出現(xiàn)紊流來(lái)增加油液的傳熱系數(shù)。對(duì)冷卻器的基本要求是：保證散熱面積足夠大，散熱效率高和壓力損失小的前提下，要求結(jié)構(gòu)緊湊，堅(jiān)固，體積小，重量輕，最好有自動(dòng)控制油溫裝配，以保證油溫控制的準(zhǔn)確性。冷卻器分為水冷式和風(fēng)冷式，設(shè)計(jì)中選用的時(shí)水冷式，水冷式又分為多管式，板式，片式，選用的是較常用的多管式。這種冷卻器采用強(qiáng)制對(duì)流的方式，傳熱效率較高，冷卻效果較好。因冷卻器對(duì)油液由一定的阻力，使油液通過(guò)冷卻器有壓力損失，因此可在冷卻器上并聯(lián)一截止閥，當(dāng)油液不需要冷卻時(shí)打開(kāi)截止閥，使油液直接會(huì)油箱。唐 山 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)203.6 管道尺寸確定3.6.1 管路的材料根據(jù)本試驗(yàn)臺(tái)的工作條件選用無(wú)縫鋼管，其材料的機(jī)械性能為：σ b=400MPa；σ s=195MPa；ψ=45%；δ s=22%.無(wú)縫鋼管耐壓高，變形小，耐油，抗腐蝕，雖裝配時(shí)不易彎曲，但裝配后能長(zhǎng)久保持原狀，用于中高壓系統(tǒng)。無(wú)縫鋼管由冷軋和熱軋兩種。在泵站中由于主泵與電機(jī)正常工作時(shí)有震動(dòng)產(chǎn)生，為防止油液將這種震動(dòng)傳遞到系統(tǒng)或油箱從而影響系統(tǒng)正常工作，在泵的進(jìn)出油口加軟管以消除這種震動(dòng)或在電機(jī)座下安裝減震墊消除震動(dòng)。設(shè)計(jì)中選用的是橡膠補(bǔ)償接管和膠管接頭總成，安裝在泵的進(jìn)出油口。管路的安裝不合理時(shí)，不僅會(huì)給安裝檢修帶來(lái)麻煩，而且會(huì)造成大的壓力損失，以至于出現(xiàn)震動(dòng)噪聲等現(xiàn)象。3.6.2 管接頭液壓系統(tǒng)中，金屬管之間，金屬管與元件之間的連接，可采用焊接連接，法蘭連接和管接頭連接。直接焊接時(shí)，焊接工作要在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行，安裝后拆卸不方便，焊接質(zhì)量不易檢查，因此很少選用。法蘭連接工作可靠，拆卸方便，但尺寸較大，因此，只有在管道外徑較大時(shí)采用。一般情況下，多采用管接頭連接。管接頭連接的形式包括焊接管接頭，卡套式管接頭，快速接頭。焊接式管接頭，焊接式管接頭具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造簡(jiǎn)單，耐壓高，密封性能好等優(yōu)點(diǎn)，工作壓力可達(dá) 31.5MP，應(yīng)用較廣泛.在泵站裝配圖中，選用此接頭形式。此外還有卡套式管接頭，擴(kuò)口式管接頭，鉸接管接頭，快速接頭等。因此設(shè)計(jì)中沒(méi)使用，不再敘述。在泵站的裝配中，主要使用焊接時(shí)管接頭連接。因?yàn)楸谜靖鞑糠衷鹧b的情形較少，因此避免使用價(jià)格昂貴的卡套式管接頭。但缺點(diǎn)是焊接量小，要求焊縫的質(zhì)量高。注意各端直通管接頭與各元件結(jié)合時(shí)，結(jié)合面上的密封圈不能漏掉。管夾:管道應(yīng)選用管夾固定好，以防止管道的震動(dòng)。管夾有三種：一種是普通管夾，根據(jù)管子數(shù)量分為單管夾，雙管夾和多管夾，另一種是高壓管夾，用于中高壓管道，其中間木塊為增加阻尼，防止震動(dòng)，第三種是用木塊托住鋼管，用螺栓固定 ，多用于中低壓管路中。3.6.3 管路的選擇安裝 唐 山 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)21管子的內(nèi)徑按流速選取 mvQd13.?式中 Q——液體流量 m2/sv——流速 m/s。對(duì)于本系統(tǒng)取 1.2m/s。油管的內(nèi)徑 d根據(jù)式：式中：q 1——通過(guò)油管的流量(L/min)V——油管中的允許流速（m/s）其中：壓力管路流速：v=5～7m/s回油管路流速：v=2～5m/s吸油管路流速：v=0.5～3m/s代入數(shù)據(jù)：控制油管路：q 1=63L/min;v=3m/s 得 d=22mm回油管路：q 1=530L/min;v=5m/s 得 d=48mm壓力油管路：q 1=261L/min;v=5m/s 得 d=34mm?油管壁厚的確定油管壁厚按公式 ??pd??2/??式中：p——關(guān)內(nèi)最高工作壓力（MPa）d——油管內(nèi)徑（㎜）[б p]——油管材料許用應(yīng)力對(duì)于鋼管，[б p]=б b/n（б b為材料的抗拉強(qiáng)度，n 為安全系數(shù)）當(dāng) p≦17.5MPa 時(shí)，n 為 6；當(dāng) p≧17.5MPa 時(shí)，n=4代入數(shù)據(jù)得壓力油管路：p=28MPa，n=4，δ≧4.76㎜回油管路：p=3.5MPa，n=6，δ≧1.26㎜控制油管路：p=3.5MPa，n=6，δ≧1.26㎜（3）油管安裝要求由于系統(tǒng)對(duì)油液的精度要求較高，全部管路應(yīng)進(jìn)行一次安裝、一次安裝后拆下管道，清洗后干燥，涂油以及進(jìn)行壓力試驗(yàn)。最后安裝時(shí)不準(zhǔn)有污物如砂子，v63.4?唐 山 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)22氧化物鐵屑等進(jìn)入管道和閥內(nèi)。全部安裝后，必須對(duì)油路，油箱進(jìn)行清洗，使之能正常工作。在設(shè)計(jì)中，考慮到泵站部分占用空間盡量小，因此整個(gè)泵站各個(gè)元件（濾油器，油泵電機(jī)，油箱等）在位置布置上顯得緊湊，輔助泵，吸油濾油器及回油濾油器都裝在油箱蓋板側(cè)壁上。3.7 系統(tǒng)閥塊設(shè)計(jì)閥塊作為液壓系統(tǒng)中各種閥的安裝載體，有著很重要的作用。閥塊可以減小各閥之間壓力損失，提高系統(tǒng)的運(yùn)行精度。系統(tǒng)中各閥集成到一起也便于安裝、調(diào)試和操作。通常閥塊的結(jié)構(gòu)都很復(fù)雜，內(nèi)部有很多通孔、盲孔和安裝液壓閥的安裝孔。在盡量小的閥塊上通過(guò)打最少的孔達(dá)到最優(yōu)的結(jié)構(gòu)，這是閥塊的設(shè)計(jì)的指導(dǎo)思想。在振動(dòng)臺(tái)系統(tǒng)中，共設(shè)計(jì)有三個(gè)閥塊。系統(tǒng)中所有的液壓閥全部安裝在三個(gè)閥塊上。閥塊分別為：閥塊 A，閥塊 B，閥塊 C。閥塊 A 位于油源的出口，安裝在油箱頂部，其上有三個(gè)單向閥、一個(gè)比例溢流閥、一個(gè)電液換向閥和一個(gè)先導(dǎo)式溢流閥，共六個(gè)液壓閥。高壓油流經(jīng)閥塊 A進(jìn)入主油路，并經(jīng)過(guò)閥塊 A 返回油箱。閥塊 B 安裝在油箱頂部，其上有兩個(gè)電磁換向閥和一個(gè)減壓閥。做小流量試驗(yàn)時(shí)，主油路流經(jīng)閥塊 B。閥塊上的兩個(gè)電磁換向閥控制著激振器前的液控單向閥。閥塊 C 安裝在激振器上，其上有大、小流量的電液伺服閥各一個(gè)，液控單向閥四個(gè)，壓力傳感器兩個(gè)。兩個(gè)壓力傳感器用于測(cè)量激振器中兩個(gè)油腔內(nèi)的油壓。唐 山 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)234 液壓阻尼器試驗(yàn)臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)4.1 試驗(yàn)臺(tái)架設(shè)計(jì)試驗(yàn)臺(tái)架是系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn)的平臺(tái)。系統(tǒng)產(chǎn)生的拉壓力能達(dá)到 100T 之巨，所以設(shè)計(jì)采用了大剛度封閉式承力框架結(jié)構(gòu)來(lái)承受 1000KN 的力。在封閉式承力框架結(jié)構(gòu)的一端裝有“液壓激振器” ，在另一端安裝不同長(zhǎng)度加長(zhǎng)桿來(lái)完成位置調(diào)整，以適應(yīng)不同規(guī)格液壓阻尼器的長(zhǎng)度變化。如下圖 4.1 所示：試驗(yàn)臺(tái)架主要由安裝平臺(tái)、左右支撐立板、左右滑動(dòng)板、兩根導(dǎo)向軸、液壓激振器、位移傳感器、拉壓（力）傳感器、長(zhǎng)度調(diào)節(jié)桿、液壓閥塊 C 等組成。圖 4.1 液壓阻尼器試驗(yàn)臺(tái)架唐 山 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)244.1.1 計(jì)算設(shè)計(jì)左、右支撐立板由于試驗(yàn)臺(tái)要對(duì)液壓阻尼器 1-33Hz 范圍內(nèi)進(jìn)行不同載荷的試驗(yàn)，故其承受的為交變應(yīng)力，為便于設(shè)計(jì),首先假設(shè)計(jì)其靜態(tài)數(shù)值來(lái)估取其值。(1)計(jì)算左右支撐立板尺寸由所選激振器液壓缸的尺寸以及考慮到試驗(yàn)臺(tái)所測(cè)試的液壓阻尼器的尺寸初步擬定立板的側(cè)面為 A＝l×h＝1400×840＝1.19×10 6mm2。選立板的材料為 45 鋼調(diào)質(zhì)，其材料性能為：； ； 。630?b?4s%1?s?查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得 45 鋼的基本許用應(yīng)力［ σ ］＝329MPa 。由公式其中 W 為抗彎截面系數(shù)。當(dāng)高為 h 寬為 b 的矩形，則 62123hIWz??代入數(shù)據(jù)得支撐板厚度為 b≥0.011m，取 b=60mm。其底部凸緣部分寬度b1=40mm，其厚 h0=50。(2)支撐板與座連接設(shè)計(jì)支撐板與底座采用雙頭螺柱連接，由受載分布情況，采用 8 個(gè)雙頭螺柱沿中心線對(duì)稱布置，以保證連接接合而受力比較均勻。由于螺柱主要承受軸向載荷，故按其靜強(qiáng)度設(shè)計(jì)，再對(duì)其疲勞強(qiáng)度和擠壓及剪切強(qiáng)度條件做精確校核。由于螺柱材料是塑性的，可根據(jù)第四強(qiáng)度理論，求出螺栓預(yù)緊狀態(tài)下的計(jì)算應(yīng)力為： ????3.1)5.0(33222 ???ca故螺栓危險(xiǎn)截面的拉伸強(qiáng)度條件為： ?????2104.dFca式中，F(xiàn) 0—為螺栓所受的預(yù)緊力，單位為 N；d 1—螺栓危險(xiǎn)截面的直徑，mm；［ σ ］— 螺栓材料許用應(yīng)力，MPa。代入數(shù)據(jù)得螺栓最小直徑 d1=17.5mm,取 d1=20mm.查手冊(cè)選其型號(hào)為?????Mmaxax唐 山 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)25GB/T897-19884.1.2 左右滑動(dòng)板設(shè)計(jì)滑動(dòng)板主要承受壓力，對(duì)其他力學(xué)性能要求不高，故按抗壓強(qiáng)度計(jì)算，初選端面?zhèn)让?A=l×h=1000×400＝8×10 5mm2。立板材料 45 鋼正火回火，其力學(xué)性能為： ； ； 。630?b?4s%1?s?由于該系統(tǒng)中載荷隨時(shí)間變化，滑動(dòng)板承受為交變應(yīng)力。故查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得 45 鋼的基本許用應(yīng)力 σ ca=230MPa,由 caAF??maxa其中 A=l×b，代人上式得 MPaN6.80.1230F6camx????取整得 b=50mm。中央凸臺(tái)半徑取 R=120mm。左側(cè)滑板固定兩個(gè)位移傳感器，右側(cè)滑板凸臺(tái)放置力傳感器。右滑板前固定帶凹槽墊板用的來(lái)放置加長(zhǎng)桿用以調(diào)節(jié)左右滑板位置，以適應(yīng)不同液壓阻尼器的試驗(yàn)要求。加長(zhǎng)桿做成一系列的不同的長(zhǎng)度，然后根據(jù)試驗(yàn)要求通過(guò)增加或減少各種加長(zhǎng)桿來(lái)達(dá)到試驗(yàn)所需的長(zhǎng)度。墊板厚取100mm，A＝中間凹槽深 30mm,半徑 Ｒ ＝100mm。4.1.3 導(dǎo)向軸的設(shè)計(jì)計(jì)算導(dǎo)向軸主要承受水平方向（軸向）的拉、壓應(yīng)力，以及滑板，阻尼器的自重對(duì)其產(chǎn)生的彎曲變形。由于導(dǎo)向軸是主要承受水平方向的拉力，其值相對(duì)較大，而滑板，阻尼器的自重產(chǎn)生的彎曲變形較小，故按其承受拉伸應(yīng)力要求計(jì)算，再進(jìn)行彎曲強(qiáng)度校核。選軸的材料為 45 鋼正火，表面高頻淬火，以增強(qiáng)其耐磨性。45 鋼材料性能為：； ； 。630?b?4s%1?s?由于本實(shí)驗(yàn)為動(dòng)態(tài)脈沖應(yīng)力，故不能按常規(guī)計(jì)算，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得其基本許用應(yīng)力為 。2?ca取軸的長(zhǎng)度為 4000mm，其截面直徑為 d 由材料力學(xué)基本公式cadFA????2max4