计算机自动控制液压综合实验台的研制.pdf

液 压 气 动 与 密 封／ 2 0 1 3年 第 0 7期 计算机 自动控制液压综合实验台的研制 周连俭 ， 鹿洪禹， 笪炎炎 江苏师范大学 机电工程学院， 江苏 徐州2 2 1 l l 6 摘要 该文综合 了液压传动课程的实验项 目和实验方法 ， 拟定 了实验台的总体 方案 ， 对液压系统 、 电气控制系统及计算机测控 系统进 行了设计 ， 对液压元件 、 电器元件 、 各种传感器及数据采集模块进行 了选型 。制作了一台用 于教学实验 的计算机 闩动控制液压综 合实验 台 ， 开发了用于本实验台的测控软件 。实验结 果表 明， 该实验台性能稳定 、 T作可靠 。 关键词 液压传动 ； 教学实验 ； 计算 机 自动测控 中图分类号 T D 8 9 ； T P 2 7 3 ． 5 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 8 0 8 1 3 2 0 1 3 0 7 0 0 2 2 0 4 De ve l o p me nt o f t h e Co mpu t e r Au t o ma t i c Co nt r o l Hy d r a u l i c I n t e g r a t e d Ex pe r i me n t Ta b l e Z HOU L i a n - q u a n， LU Ho n g - y u， DA Y a n - y a n S c h o o l o f Me c h a n i c a l E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g ， J i a n g s u N o r m a l U n i v e r s i t y ， X u z h o u 2 2 1 1 1 6 ， C h i n a A b s t r a c t T h i s p a p e r i n t e g r a t e s t h e e x p e ri m e n t a l p mj e c t s a n d e x p e ri m e n t me t h o d s i n t h e h y d r a u l i c t r a n s m i s s i o n c o u p e ，a n d d r a w s u p t h e o v e r a l l s c h e me o f t h e Ex p e rime n t t a b l e ，d e s i g n s h y d r a u l i c s y s t e m， e l e c t ri c c o n t r o l s y s t e m a n d c o mp u t e r me a s u r e me n t a n d c o n t r o l s y s t e m． s e l e c t s h y d r a u l i c c o mp o n e n t s ， e l e c t ri c a l c o mp o n e n t s ， a l l k i n d s o f s e n s o r a n d d a t a a c q u i s i t i o n mo d u l e s ． Ma k e s a c o mp u t e r a u t o ma t i c c o n t r o l h y d r a u l i c c o mp r e h e n s i v e e x p e ri me n t t a b l e f o r t e a c h i n g e x p e rime n t ， d e v e l o p s t h e e x p e rime n t a l me a s u r e me n t a n d c o n t r o l s o f t w a r e ．T h e e x p e ri me n t a l r e s u l t s s h o w t h e e x p e ri me n t t a b l e c a n wo r k s t a b l y a n d r e l i a b l y ． Ke y wo r d s h y d r a u l i c t r a n s mi s s i o n ； t e a c h i n g e x p e ri me n t ； t h e c o mp u t e r a u t o ma t i c me a s u r e me n t a n d c o n t r o l 0 引言 液压传动课 程是工科 院校 机电专业 必修课 程 ． 液 压实验台是液压传动课程最主要的设备 对市场同类 液压实验台进行详细调研 ，发现现有液压实验 台技术 比较落后 ．还是多年以前的方案 ．系统 中没有减压回 路 、 顺 序动作 回路 、 液压 比例控制 回路等 ． 不 能对液压 缸和液压泵做效率实验 因为液压传 动课程大纲近年 来做了较大修订 ． 添加了比例控制元件等新 内容 ． 现有 液压实验 台已不能满足液压传动课程教学的需要 现 在 的机械类专业也不 只学 习机械方面 的专业知识 ． 同 时融入 了 自动控制 、 电气 自动化 、 电子技术 、 传感器原 理 、 计算机软件等方面的内容 ， 这些都是机 电一体技术 的组成部分 。现有液压实验台大部分只有液压系统 ． 没 有配套的测试 和控制系统 ．不能培养学生机电一体化 的思想。针对这些 问题我们开发了一台计算机 自动控 制液压综合实验 台。用于本科生的液压传动课程实验 、 课程设计 、 本科生毕业设计 ； 为学有余力的学生开设液 压传动与控制创新实验 ； 用于研究生的二次开发 ． 培养 收稿 日期 2 0 1 3 - 0 1 加 8 作者简 介 周连俭 1 9 6 6 一 ， 男 ， 河南 鹿邑人 ， 教授 ， 高级工程 师 ， 博士 ， 主 要从 事液压和气 动伺 服控制 、 智能控制 、 嵌人式实 时控制等 方面 的教 学 和科研 T作 。 22 研究生 的产品设计 、 自动控制等方面的能力。研发液压 实验台还可以锻炼师资队伍 ． 培养研发团队。 1 设计依据和技术参数 1 ． 1 设计依 据 液压传动课 程中要求 的实验项 目和实验方法 ． 同 时参 照机械行业标 准和 国家标准中与液压元件试验 和 测试相关 的内容 1 ． 2实验 项 目 设计 的液压实验台应能实验的项 目有 1 单级 调压 回路 ； 2 比例 压力 调定 回路 3 二级压力 回路 4 用减 压 阀 的减压 回路 5 比例调速 阀的调速 回路 6 顺序阀的平衡 回路 7 进油节流调速回路 节流阀、 比例调速 阀 ； 8 回油节流调速回路 节流阀 ； 9 旁路节流调速回路 节流阀 ； 1 O 比例调速阀短接速度换接回路 1 1 换 向阀的换 向回路 ； 1 2 节流缓冲回路 Hy d r a u l i c s P n e u ma t i c s S e a l s ／ No ． 0 7 ． 2 01 3 1 3 用 0型机能换向阀的闭锁回路 ； 1 4 用压力继电器的顺序动作回路 ； 1 5 用行程开关 的顺序动作 回路 1 6 油泵性能实验 油泵流量特性 、 容积效率及总 效率 ； 1 7 溢 流阀静动 态实验 启 闭特 性 、 压 力超调 特 性 ； 1 8 液压 缸性能 实验 试 运转 、 起 动压 力特性 实 验 、 泄漏实验 、 缓冲实验 、 行程检验负载效率 。 1 ． 3实验 台技术参数 根据实验项 目和功能确定实验 台的主要技术参数 如下 1 工作电源 A C 3 8 0 Vx 3 5 0 Hz ， 总功率 4 k W； 2 单 电机功率 1 ． 5 k W 电机转速 1 4 2 0 r ／ mi n ， 液压 泵最高工作压力 7 MP a ， 流量 9 L ／ mi n 3 压力传感 器量程 1 0 MP a ， 精度 0 ． 5 ％F S ； 流量传 感器量程 2 0 L ／ m i n ，精度 0 ． 5 ％F S 拉压力传感器量程 2 0 k N。 精度 0 _ 3 ％F S 4 实验 工作 介质 4 6 抗磨 液压油 ， 油箱容积为 3 5L； 5 适用环境温度 0 4 0 ℃， 湿度 1 0 ％～ 8 5 ％R H。 2 设计的实验台使用操作方式 为了满足不同专业及年级学生实验的需求 ．拟定 实验台使用操作方式有 1 手动操作人工读数人工分析 ； 2 手动操作计算机采集数据 ， 弥补过去实验采集 点少 、 不能同时读取多种数据 、 读数精度不高的缺点 ； 3 全 自动控制实验和测试计算机分析 ， 自动形成 报表。 3 设计内容 1 两 台液压泵机组的设计 额定压力为 6 MP a ， 输 出流量为 9 L ／ mi n 。输 出压力用比例溢流阀调节 ， 进入油 缸 的流量用 比例调速 阀调节 。 实现对油缸 的速度控制 。 f 2 油泵的输人和输出功率测试系统设计 在一 台 电动机与油泵之 间串入转速扭矩传感器 ，用于测量油 泵 的输人功率 ．在油泵的出口设有压力传感器 和流量 传感器 ． 可 以测得 油泵 的输出功率 ， 进而计算油泵 的总 效率 。 3 油缸进油调速、 出油调速 、 旁路调速回路的设计。 4 油缸对顶加载液压 回路设计 。 f 5 减压 回路及顺序 回路设计。 6 溢流阀加载实验 回路设计 。 7 电气控制系统设计 实现两 台油压泵站 电机启 停控制 、 各电磁阀的手动控制 、 比例溢流阀和 比例调速 阀的手动调节控制 。 实现手动控制和 自动控制切换。 设 计控制 台体和显示操作面板 8 计算机测控系统硬件选型设计 包括控制计算 机 、多功能数据采集和控制模块 、继 电器端子板的选 型 。 实现压力 和力矩信号 的采集 、 比例阀输出压力和流 量 的控制 、 电磁 阀的换 向控制 、 接收油缸到位信号及操 作员命令输人信号 9 计算机测控系统软件设计 用 C 编写运行于 Wi n d o w s XP环境下 的测控软件 包括软件功能分析和 分类 、 各被试 阀的技术参数和试验参数设置界面 、 各被 试 阀 自动试验界面、各被试 阀历史试验数据管理界面 含记录浏览 、 查询 、 统计 、 删除 、 报表等功能 、 测控硬 件诊断界面等 4 总体方 案 设计 的实验台由液压传动和控制系统、电气控制 系统及计算机 自动} 贝 0 控系统组成 4 ． 1 液压传动和控制系统设计 液压传动和控制系统如 图 1 所示 ．由两套液压泵 机组 、 压力表 、 溢流阀 、 节流阀、 单 向阀、 液控单向阀、 调 速 阀、 顺序阀 、 减压 阀、 双作用 油缸 、 电磁换 向阀、 压力 继电器 、 行程开关等组成 。 图 1 实 验 台 液压 系统 原 理 图 4 ． 2 电气控制系统设计 电气控制系统 由电机启停电路 、手动 自动转换电 路 、 智能数显仪表 电路 、 直流 电源 、 比例 阀调节 电路和 放大电路 、 电磁换 向阀驱动 电路 、 开关 、 指示灯等组成 。 部分 电磁阀控制电路 、 比例 阀控制电路 、 部分数据采集 模块控制电路分别如图 2 ～ 图 4所示。 液 压 气 动 与 密 封 ／ 2 0 1 3年 第 0 7期 电磁8 a 控制 1 电磁阀8 b 控制 I 电磁8 c 控制 8 a 左 I 8 a 右 I 8 b 左I 8 b 右 I 8 c 上 8 c 1 2 4 V DC I I l蕾 E-、 l L Ef、 1 I“- I 景 E．、 Ef、 l l兽 l△ l昌 l0 I l窖 l J 麦 10 、 蒌 1 、 、 I 『 2 0 4 2 0 7 2 1 0 2 1 3 21 6 KA 1 KA4 2 0 9 KA3 21 2 KA6 KA5 2 0 3 2 0 6 2l 5 2l 8 ● _ _ 2 0 5 2 0 8 2 1 I 2 1 4 厂 2 I 7 ] r- I- [ ] 由 [ - I ] ] I亡 ] Hl 6 I t l 7 Hl 8 HL 9 I I I l 0 图 2电磁阀控制电路 左溢流阀控制 右溢流阀挖制 比 例调速阀控制 l 2 l l l 2 0棕 1 。 l灰 1 。 f l 。 I I J l I l I L _ L L 』 L 盥- L ACY 卜 l 1 2 4 -4 ACY0 1 一D2 4 4 I U- 5 01 0 比例放大器 比例放大器 比例放大器 本地 本地 9 ∞ l 、 IN l G N I l l， I1 1 2 V hv l叫0 x 州 P l 4 2 l a 5 l c 2 I a 2 J a3 2 I K I e l 0 I 31 苫 l l 406 S I 2l 411 嚣 爰 1 薹 鳖 ⋯传感器 一 U 鍪 B V 2 一 B V 】 RPl RP 2 RP 3 A GND U S B ～ 7 7 6 0 模拟地 图 3比例阀控 制电路 图 4数 据 采集 模 块 控 制 电路 4 ． 3计算机测控系统设计 计算机测控系统见图 5 ， 由控制计算机 、 显示器 、 打 印机 、 模拟量采集模块及继电器端子板组成 信号调理 和接线端子板将压力 、 流量 、 拉压力和位移传感器输 出 的 4 2 0 mA的电流信号转化为 2 ～ I O V的电压信 号 ． 经 低通滤波处理后由 U S B数据采集模块转化为数字信号 送入计算机。 限位开关信号经电平转换后触发 D I中断 计算机输 出的 D O信号经中间继电器驱动电磁阀换 向 24 比例溢流阀 1一 比 例 调 速 阀 H 比 例 放 大 器 卜 _ 卫 压力传感器 h 恒 卫塞 拉 压 力 传 感 器 l l 兰竺 J f R S 一 2 3 位 移 传 感 器 卜 j 卫薹 [ 面 预 』 一 l电 磁f Ij{I 组卜 雠电 器 j 瓣 ． _ 图 5计 算 机 测控 系统 框 图 计算 机测控系统用 V i s u a l C 样 ． N E T 2 0 1 0编写 ， 具 有标准 Wi n d o W s 界面． 拥有多线程、 多任务的操作环境 ， 模块化设计方式 A I 和 A D的响应和采集使用线程 中断 方式 设计的计算机测控系统软件主菜单如图 6 。主菜 单 中的液压基本 回路实验和液压元件实验都包含了多 项子菜单 可让学生掌握液压回路和液压元件的功能和 性能 ， 了解各种流量 、 压力和方向控制和调节的机理 。 液 雎 实 验 台 测 控 系 统 ，单级调压网路 f 比例压力调定网路 l 用减压阀的减压回路 I 比例调速阀的调速回路 l 进油节流凋速回路 l 网油节流凋速阐路 液 堆 基 本 回 路 实 验 墨 鬟 换 接 回 路 l 换向阀的换向回路 l 节流缓冲回路 I 用O 型机能换向阀的闭锁回路 j 用压力继电器的顺序动作嘲路 用行程开关的顺序动作 回路 ，叶片泵试验 I液压缸试验 1溢流阀试验 液压元件实验 蒂流阀试验 1顺序阀试验 I减压阀试验 换向阀试验 r硬件诊断 辅 助 功 能 {版 本 信 息 帮助 退 出系统 图 6计 算 机 测 控 系 统 软 件 主 粟 单 图 7是叶片泵实验界面 ． 调节 比例溢流阀 4 b分别 在空载和额定载荷下采集运行数据 ．计算机根据相关 公式计算得到容积效率 、总效率 、排量及输入机械功 率、 输入液压功率、 输 出液压功率等参数 。 5 结论 该实验 台综合 了液压传动课程 中要求 的各种实验 项 目．可进行近二十项液压 回路和液压元件 的实验和 测试 ； 将液压 、 电气 、 电子 、 自动控制及计算机编程等技 术应用于实验 台的设计和制造 实验 台采用 电液 比例 控制技术连续调节油源压力和控制油缸的速度 压力 、 Hy d r a u l i c s P n e u ma t i c s S e a l s ／ No ． 0 7 ． 2 0 1 3 一 例运梁车冷却系统的优化设计 许利君 郑州新大方重工科技有 限公司， 河南 郑州4 5 0 0 6 4 摘要 运梁车采用静液压 闭式驱 动系统 ， 变量泵将 高压 油传输 到液压 马达 ， 液压马达将驱动力传输到减速箱 ， 驱动车辆按预定模式行 驶 。该文就运梁车散热系统原理进行介绍 ， 并就应用 中散热系统 现的问题提 改进意见。 关键词 运梁车 冷却系统 中图分类 号 T H1 3 7 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 8 0 8 1 3 2 0 1 3 0 7 0 0 2 5 0 2 Op t i mi z a t i o n De s i g n o f t h e Be a m Ca r r y i n g Ve h i c l e Co o l i n g S y s t e m XU L i J u n Z h e n g z h o u N e w D a f a n g H e a v y I n d u s t r y S c i e n c e T e c h n o l o g y C o ． ， L t d ． ，Z h e n g z h o u 4 5 0 0 6 4 ， C h i n a Ab s t r a c t Be a m c a r r y i n g v e h i c l e a d o p t s h y d r a u l i c c l o s e d d ri v e s y s t e m， t h e v a r i a b l e p u mp h i g h - p r e s s u r e o i l t r a n s mi s s i o n t o t h e h y d r a u l i c mo t o r ， h y d r a u l i c mo t o r a n d t h e d riv i n g f o r c e i s t r a n s mi t t e d t o t h e g e a r b o x ， d ri v e t h e v e h i c l e a c c o r d i n g t o a p r e d e t e r mi n e d p a t t e rn d ri v i n g ． T h i s p a p e r i n t r o d u c e d t h e p rin c i p l e o f b e a m v e h i c l e c o o l i n g s y s t e m w o r k s ， a n d s u g g e s t i o n s f o r i mp r o v i n g h e a t d i s s i p a t i o n s y s t e m a p p l i c a t i o n p rob l e ms ． K e y wo r d s b e a m c a r r y i n g v e h i c l e； c o o l i n g s y s t e m 0 引言 运梁车在行驶过程 中．泵和马达均不可避免地存 收稿 日期 2 0 1 3 0 2 2 0 作者简介 许利君 1 9 8 2 一 ， 女， 河南济源人， 工程师 ， 学士 ， 研究方向为液压 系统设计 。 在泄漏 ．而且闭式系统 中的油液连续高压工作极易发 热 ， 造成工作油路油温高 而且针对大排量泵和马达构 成 的闭式系统 ．需要额外增加冲洗阀加大冲洗流量用 以加 速热交 换 ．这样 就产生大量 的热油需 要冷 却 为保证液压系统的 良好工作 ．运梁车液压散热系统包 括两部分 ①主动散热系统， 为泵和马达泄漏及冲洗油 图 7叶 片 泵 实 验 界 面 流量 、 拉压力 、 位移等信号在传输和采集过程 中的干扰 得到了有效抑制和处理 实现 了实验过程 的手动控制 和 自动控制切换 采用 C ． N E T中的 A D和 D I中断技 术 ， 实时同步采集实验数据和控制油缸的换 向； 并实现 了 Wi n d o w s X P操作系统下实验测试曲线的绘制 、 实验 报表的生成和打印输 出。长期使用表明， 实验台工作可 靠 、 性能稳定 ， 各项指标达到了设计要求。 参 考 文 献 【 1 】 姜继海， 于斌， 李晨 光， 靳军． 用 于液压传动课 程教学实验 的液 压泵／ 阀性能实验 台[ J 】 ． 液压与气动， 2 0 1 0 ， 7 8 3 8 5 ． [ 2 】 曾亿 山， 夏永胜， 杨海 东， 段培永． 液压传动 C A T综合实 验台的 研 究开发[ J 】 ． 煤矿机械， 2 0 1 0 ， 7 3 0 3 1 ． [ 3 ] 姜继海， 于斌， 李晨光， 靳军． 液压 传动教学实 验中的液压泵 性 能实验[ J ] ． 机床与液压， 2 0 1 0 ， 1 0 6 1 6 3 ． [ 4 ] 吴 晓莲 ． 液压 与气压传动 实验 教学探索[ J ] ． 实验 室科 学， 2 0 1 1 ， 4 1 8 - 2 0 ． [ 5 ] 王积伟． 液压与气压 传动 第 2版 [ M] ． 北京 机械工业 出版社， 2 O08 ．