本科畢業設計說明書（論文）第1頁共29頁1引言1.1液壓實驗臺簡介液壓實驗臺是液壓實驗室上世紀80年代初期生產的實驗設備，類似早期的液壓設備試驗系統大部分按照“傳感器+模擬二次儀表”的模式組成。在試驗過程中，一般由模擬記錄儀器在紙上記錄試驗曲線或由試驗人員讀取并記錄試驗數據，然后試驗人員根據試驗曲線和數據手工處理，得到設備的性能。教學實驗臺利用壓力表測量液壓系統中某一給定點的壓力，表盤指針所指示的刻度對應某一壓力值，由于小幅度波動的壓力振擺和隨時間而漂移的壓力偏移值很難通過壓力表指針反映出來，有限的刻度格數使讀數依賴于實驗操作者的目測習慣，從而使測量精度得不到保證：原實驗使用動態應變儀、光線示波器、感光紙記錄閥從一種穩定工作狀態到另一穩定工作狀態的過渡過程曲線，操作過程復雜繁瑣，對液壓系統加載一卸荷時的被控壓力隨時間變化所反映的動態特性參數如動態超調，只能做出定性分析；實驗臺利用橢圓齒輪流量計測量流量，由于指針指示的刻度值是通過流量計的流體體積總量，因此實驗時需利用秒表觀測流量計指針每分鐘走過的格數來計算此時的流量值，當流量較小時，如測量溢流閥的溢流量時，齒輪的轉速很低，泄漏量較大，致使誤差很大；為測量液壓缸活塞桿在不同負載條件下的運動速度，實驗時首先測出活塞桿的總行程，再利用秒表測量活塞桿走完這段行程所用時間，兩者相除得到活塞桿的運動速度，這種方法很難客觀準確地反映液壓缸活塞桿帶負載工作時的速度特性。對于像閥門快開、快關這樣的快速性試驗，往往是通過人的經驗來判斷設備是否工作正常。顯然用這種試驗方法得到的結果帶有嚴重的人為誤差，效率低、精度差，而且試驗過程操作繁瑣、分析不方便。因此，對現有的教學實驗臺進行必須進行更新換代才能滿足實際需求1。1.2液壓實驗臺的國內外研究現狀隨著液壓技術、控制理論、微型計算機、測量測試技術、數字信息處理、可靠性技術的發展，新的液壓實驗臺已朝著高速、高效、智能化、多功能化、多樣化的液壓計算機輔助測試(CAT)方向發展，早期按照“傳感器+模擬二次儀表”的模式組成液壓設備試驗系統己停產或停止使用，基于虛擬儀器技術的液壓CAT系統廣泛應用于新的液壓實驗臺制造及應用。采用的計算方法有平均值濾波法、中值濾波算法、自適應濾波算法、新型PID算法等。采用有vB6等應用軟件開發液壓CAT實驗軟件2。由于原本科畢業設計說明書（論文）第2頁共29頁有設備的陳舊或故障面積太大，僅發現用MCS-51單片機技術對舊式液壓實驗臺重新開發與利用，因此，很少發現采用液壓計算機輔助測試(CAT)對舊式液壓實驗臺重新開發與利用，對舊式液壓實驗臺重新開發與利用有一定的推廣應用價值。1.3液壓實驗臺的特點3（1）采用透明有機玻璃外殼，可以觀察到液壓傳動裝置的內部構造和工作流程。（2）防漏快插結構使得實驗回路的組裝簡便、快捷，清潔、干凈。紅色的液壓油和銀白色底版使得元件的內部結構鮮明直觀。（3）通過透明的油管和紅色液壓油可以清晰的觀察到液壓油在液壓元件中的整個流動過程。（4）獨立的元件模塊，方便的安裝方式，可以隨意的組合各實驗模塊，搭建各種不同的實驗回路。（5）液壓元件的最大承受壓力為1Mpa,，額定工作壓力為0.8Mpa,是安全的低壓實驗系統。（6）采用PLC編程控制模塊，實現可編程程序控制器（PLC）智能控制。使得機、電、液控制有機結合起來，優化控制方案。（7）配有虛擬仿真軟件。1.4本課題主要研究的內容4（1）在了解液壓實驗臺結構的基礎上，根據液壓實驗臺的功能要求，給出液壓實驗臺的整體設計方案，及各部分功能劃分。（2）根據用戶的主要功能需求，對各功能的實現方法作了詳細的研究。（3）詳細分析系統的輸入輸出，完成液壓實驗臺的硬件的選取。此外，完成了液壓實驗臺的電氣控制圖及PLC控制電氣圖。（4）對液壓實驗臺的液壓控制回路進行設計，可以使用戶更加方便的了解實驗臺的運行狀況，并且設計液壓傳動實驗臺控制面板及整體結構。本科畢業設計說明書（論文）第3頁共29頁2液壓實驗臺系統原理與CAT系統總體設計方案2.1液壓實驗臺系統原理改進前的液壓實驗臺系統(局部)原理如圖2-1所示。圖2-1教學實驗臺(局部)液壓系統原理圖實驗時需要根據實驗步驟分別測量不同壓力接點處的壓力，通過流量計的流量以及負載變化時液壓缸活塞桿的運動速度。如測定定量葉片泵工作特性時，通過調節節流閥(3)的開口度，控制系統壓力達到某一設定值，然后分別測量某一開口穩定后的流量，作為泵的不同負載時對應的輸出流量；又如在測試先導式溢流閥(5)的啟閉特性時，需按給定的壓力值調節溢流閥(2)的調壓手輪使系統逐漸升壓，然后分別測出不同壓力下被試溢流閥的溢流量。由于實驗過程中幾個壓力接點處的壓力、流量需要分別通過觀察壓力表和流量計所指格數讀出，液壓缸活塞桿的速度通過人工測量位移和時間后間接測取，獲取實驗數據的方法不夠便捷直接，實驗數據的隨機誤差較大，測量精度受限，特別是動態數據，如壓力振擺和壓力偏移、過渡過程中的動態超調、上升時間的測量存在一定困難5。本科畢業設計說明書（論文）第4頁共29頁2.2液壓實驗臺CAT系統總體設計方案在實現液壓實驗臺CAT系統時，采用一臺個人計算機作為主體構成整個數據采集測量系統：分別用壓力傳感器、流量傳感器取代原來的壓力表和流量計：同時為實現液壓缸活塞桿速度的測取，在活塞桿上加裝位移傳感器；選擇合適的數據采集接口卡，用在數據采集接口卡上集裝的模擬多路開關、程控