毕业设计伺服阀实验台设计

摘要
随着液压工业的进展，液压技术在各类机械中发挥着愈来愈重要的作用。

由于液压系统的组成、功能日趋复杂，因此发生故障的机率也随之增多。

液压缸的研究、设计、生产、利用与维修都离不开对其进行实验；设计一种能知足各类类型液压缸实验要求，并能以最少的资金和占用最小的场地解决实际问题的通用液压缸实验台已势在必行。

本课题在设计出的实验台液压原理图的基础上，借助先进的测量系统和经典的电气操纵系统来实现液压缸的动静态特性测试。

其要紧的测试项目的为液压缸的气密性、排量、容积效率、总效率等特性测试。

本课题所设计的液压缸动静态特性实验台最大压力达到31.5MPa，最大流量达到250L/min；能够知足缸径在200mm、行程在1500mm以下的液压缸的实验要求。

本系统的特点是：效率高、精度高、噪声小、泄露小、操作人性化等特点。

本系统还选用了一些先进的电子元件，系统稳固靠得住、利用寿命长。

关键词液压技术，液压系统，液压缸实验台
ABSTRACT
With the development of industrial hydraulic, hydraulic technology in the machinery to play an increasingly important role. As the hydraulic system of the composition, function increasingly complex and thus the failure rate also will increase. Cylinder research, design, production, use and maintenance can not be separated from its test; design a hydraulic cylinder to meet the test requirements of various types, and are able to at least the capital and occupied the smallest venue to solve practical problems Universal hydraulic cylinder test bed it is imperative.
This topic in designs in the test platform hydraulic pressure schematic diagram's foundation, realizes the hydraulic cylinder with the aid of the advanced measurement system and the classics electric control system to move the static characteristic test. What its main test item is characteristic tests and so on hydraulic cylinder's gas tightness, displacement, volumetric efficiency, overall effectiveness index. The issue of hydraulic cylinders designed by static and dynamic properties of the greatest pressure reached to 31.5 MPa, the largest flow reached 250 L/min; able to meet bore in 200 mm, in 1500 mm trip following the test requirements of hydraulic cylinders. The system is characterized by: high efficiency, high precision, noise, leaking small, operating characteristics of human nature. The system also selected a number of advanced electronic components, the system is stable and reliable, long life.
Keywords hydraulic technology，hydraulic system，hydraulic cylinder test bed
绪论（题目1）
1.1课题研究的背景（题目2）
随着工业自动化水平的不断提高，利用运算机技术对工厂多渠道的信息进行治理和对生产进程实施数据搜集和监控，愈来愈受到人们的关注。

为此，研制开发工业监控系统，对生产装置的关键回路及要紧工艺参数进行实时搜集和动态跟踪监视，将生产进程系统与治理系统紧密结合起来，实现生产进程实时信息与治理信息的集成，为治理决策层提供靠得住的决策依据，具有明显的经济效益。

最近几年来，运算机、自动操纵、测试技术、专门是网络技术的快速进展，初期以磁带、记录纸(仪)为主体的只能被动记录，供事后分析处置的监控系统进展为面向户特定要求而开发的能够实时处置、记录和操纵功能结合的专用监控系统，在国防、电力、石油、钢铁等行业发挥着愈来愈重要的作用。

数据搜集监控系统正向着高精度、高速度、稳固靠得住和集成化的方向进展。

由于运算机技术的高速进展，基于个人运算机操纵的数据搜集系统在很多场合(如野外、工业现场数据样本搜集等)也具有较强的优势。

随着液压技术、操纵理论、微型运算机、测量测试技术、数字信息处置、靠得住性技术的进展，液压运算机辅助测试(c卸也正向着高速，高效、智能化、多功能化、多样化方向进展。

与液压CAT紧密相关的是测控仪器，其进展经历了模拟仪器、数字化仪器、带GPIB接口的智能仪器到全数可编程的虚拟仪器(Virtual Instrumentation)的进展历程。

课题要紧研究内容
咱们可将整个伺服阀静动态实验台设计分成两大块别离设计；即：液压泵站、操纵操作台、伺服阀检测板的设计。

1液压泵站的设计
依照本实验台的具体情形，液压系统的设计由油泵电机、油箱、电机泵底座、操纵阀、传感器、过滤器、管路等组成。

被测伺服阀完成静动态性能测试以后,将测试伺服阀阀件从测试阀位取下后，可继续检测其他型号的伺服阀或对阀件的调整再进行其他性能的检测。

操纵操作台的设计
操纵操作台部份的设计确实是将一些操作按钮、仪表、数据显示设备等，如压力表、流量计、温度计等布置在操纵操作台上面，如此就能够够很方便检测、
操纵和数据的获取。

课题的研究意义及可行性分析
随着现今世界液压技术的进展，液压技术在各类机械行业中发挥着愈来愈重要的作用。

由于液压系统的组成、功能等也日趋复杂，因此发生故障的机率也随之增多。

由于液压系统的故障具有隐蔽性、变换性和诱发因素的多元性，因此在故障诊断和排除时，咱们不但需要有熟练的技术人员，而且还必需拥有一系列的先进的检测设备。

就当前的科技形式来看，伺服阀静动态特性实验台的创新改造设计是完全能够达到的。

为了适应我国液压行业的进展现状同时和当前人们对液压行业新的要求，伺服阀静动态特性实验台的创新改造设计也是必要的。

伺服阀静动态特性实验台的创新改造设计，是在原老式阀件实验台的基础上进行创新改造设计的，保留了老式阀件实验台的大部份机械部件，只对其检测操纵部份融入了现代化的检测设备等操纵与测试的技术。

另外再新配置了一些相应的最新的压力和流量检测仪表和传感器和数字仪表等。

目前这些液压辅件在市场上都已经存在，而且都已经成熟，并达到了先进水平，当咱们对伺服阀测试实验台进行设计时能够直接购买，因此能够降低设计本钱。

通过改造设计，使伺服阀件检测的的精度取得提高，功能加倍全面，检测操作加倍人性化，数据搜集等加倍方便和直接。

依照当前社会的市场前景来看，伺服阀实验台在市场上的应用前景专门大，能够在专门大的程度地知足用户的需求。

达到一个新的技术水平，从而为我国液压测试技术作出新的奉献。

2液压系统的设计
液压系统的设计要求及方案分析
设计要求是进行每项工程设计的依据。

在制定大体方案并进行进一步着手液压系统各部份设计之前，必需把设计要求和与该设计内容有关的其他方面的知识了解清楚。

①主机的概况：
本次设计的伺服阀静动态特性实验台，它的用途主若是对各类伺服阀在必然的检测要求下确信其静动态特性的检测方式，包括：静态特性的排量、内泄漏、压力和流量的测量；动态特性的加载方式。

从而确信伺服阀的各项性能是不是达标，从而判定出伺服阀是不是合格。

本伺服阀实验台要紧由液压泵站、操作操纵台和实验阀位测试板部份组成。

液压泵站也确实是液压动力源。

它主若是用来提供液压油，将液压油供应到液压实验台。

实验阀位测试台部份要安装被试阀件并向被试伺服阀供油，并通过对阀件的参数的调剂变换给被试阀件加载使的地方于测试规定的状态。

各类测试仪表或传感器也装在实验台上。

对系统的开启和调剂的部份要紧包括实验用的电控设备及操纵装置，如液压泵的启动、停止、油温操纵及操纵装置、电表和各类操作按钮（液压源驱动电动机起动和停止、事故急停等）。

该实验台的整体布局方面采取将液压泵站、操纵台、测试实验台三部份依如实际安装环境合理配置、安装布局，用最优的连接途径铺设液压管道、电线及操纵线路。

②液压系统要紧完成的动作：该液压系统要紧完成伺服阀的静态测试和动态测试。

因此咱们很顺利地将液压系统分为静态测试回路和动态测试回路两大部份，系统进行静态测试时，动态测试回路将被关闭，不动作任何；当系统做动态测试时由动态测试回路给测试系统加载。

③液压驱动机构及系统压力操纵：由于该系统是最大压力为31.5MPa的高压系统，且流量也超级大；为了提供系统所需高压和大流量，咱们应考虑系统经济性和有效性，利用单泵或双供油。

由于系统测试对压力有要求，因此咱们还必需在液压回路中设置调压回路；调剂系统流量，操纵系统压力。

④其他要求：由于该系统为高压系统，咱们还必需考虑系统的液压冲击，在拟定液压系统和选者系统元件时设法使系统运动平稳；另外，咱们还必需明确该系统的调压和调速的范围及转换精度以保证实验台的测试精度及测试质量。

为了提高实验台工作效率，咱们还应考虑系统的自动化操纵，采纳一些先进靠得住的测试与操纵元件。

最后，咱们还应考虑系统的噪声、防尘、靠得住性、防爆及本钱问题。

液压系统设计参数
液压缸动静态特性实验台液压系统设计参数如下：
系统最大压力 3
系统最大流量250L/min
检测温度及误差502C
±︒（B级）
动态缸的最大行程250mm
活塞运动最大速度100mm/s
制定系统方案和拟定液压系统图
制定系统方案
①执行元件形式的分析与选择
液压系统采纳的执行元件的形式，视系统所要实现的测试种类和性质而定。

对本系统而言，在静态测试的时候无需动态缸的设置，只需设置一个单向阀组为测试伺服阀的静态特性提供压力的调剂，并加载一个蓄能器，其作用是为了减少在静态测试中为系统提供辅助动力。

而在动态测试实验系统中需要提供一个加载动力，由液压泵直接提供。

动态缸因为其运动形式为直线往复运动，并最终回到中间位置，因此采纳双杆活塞缸。

②油路循环方式的分析与选择
对测试进行分析得，本系统能够分为两个油路：静态测试回路和动态测试回路。

静态测试回路要紧测试被试伺服阀的一些静态特性，包括排量、内泄漏、压力和流量的测量等，其中测试负载流量测试时负载压力从零压力依照必然比例增加慢慢加压到伺服阀的额定压力，测量每一增量下的流量输入到运算机中。

③油源类型是分析和选择
该液压系统在整个工作循环中需油量转变较小，且没有什么复杂的液压系统，阀件也不是很多，其间的压力降也不大，属于简单的液压系统，且整个系统为高压系统，并考虑经济性原那么，综合考虑我选用单泵供油系统。

系统原理的拟定
综上，咱们能够依照液压缸动静态特性实验台的设计要求，并考虑相关问题确信出以下系统原理图：
图1 电液伺服阀动静态测试液压系统
液压系统原理图
1.
系统原理分析：
该液压系统最大压力为31.5MPa,系统为高压系统，所提供的液压油流量大，需要一个较大的液压泵为其提供动力，在进行静态特性测试的时候需要关闭开关阀8，即关闭动态测试阀位。

从而对伺服阀的静态特性进行一一测试，在测试中要对排量、内泄漏、压力和流量的测量等进行测试。

在对负载流量测试时除对系统中的压力要维持一个额定的值之外，要通过对单向阀组中比例溢流阀的比例调剂进行测试，这就要求系统有良好的保压和变压的能力，对溢流阀件和系统中的密封性能都有很高的要求，因此在设计和选择液压元件的时候要求其周密性。

测试中的各类显示仪器也是很重要的，流量传感器、压力传感器的周密性测试也是对结果有专门大的阻碍。

在动态测试中，静态测试系统处于关闭状态，关闭开关阀6，安装好伺服阀后，对动态缸进行加载油液，通过溢流阀3对压力进行操纵，调剂测试系统压力到伺服阀的额定压力。

从而进行伺服阀的动态性能进行测试。

动态特性测试时先将开关阀6关闭，将阀8打开，由独立的信号发生器产生扫频正弦信号，经放大以后，输入到伺服阀放大器，使动态缸产生运动，依照安装在动态缸上的速度传感器，能够求出被试伺服阀的输出流量。

而安装在另一端的位
移传感器可用于避免动态缸偏离中心位置。

液压能源装置设计
设计分析
液压能源装置是液压系统的重要组成部份。

通常有两种形式：一种是液压装置与主机分离的液压泵站；一种是液压装置与主机合为一体的液压泵组。

①液压泵站的类型及组件的选择
液压泵站一样分为上置式、非上置式，非上置式又分为旁置式和下置式。

上置式液压泵站结构紧凑，占地小，被普遍应用于中、小功率液压系统中。

非上置式的液压泵组置于油箱液面以下，有效地改善了液压泵的吸入性能，且装置高度低，便于维修，适用于功率较大的液压系统。

依照上述分析，本系统选用非上置式的旁置式。

②液压泵站组件的选择
液压泵站一样由液压泵组、油箱组件、过滤器组件、蓄能器组件和温控组件等组成。

下面别离论述这些组件及选历时要注意的事项。

液压泵组由液压泵、原动机、联轴器、底座及管路附件等组成。

输出所需的压力和流量的工作介质。

油箱组件由油箱、面板、空气滤清器、液位显示器等组成，用以贮存系统所需的工作介质，散发系统工作时产生的一部份热量，分离介质中的气体并沉淀污物。

过滤器组件是维持工作介质清洁度必备的辅件，可依照系统对介质清洁度的不同要求，设置不同品级的粗过滤器、精过滤器。

蓄能器组件通常由蓄能器、操纵装置、支承台架等部件组成。

能够用它贮存能量、吸收流量脉动、缓和压力冲击。

温控组件由传感器和温控仪器组成。

当系统自身热平稳不能使工作介质处于适合的温度范围内时，应设置温控组件，以操纵加热器和冷却器，使介质温度始终工作在设定的范围内。

依照主机的要求、工作条件和环境条件，设计出与工况相适应的液压泵站方案后，就能够够计算液压泵中要紧元件的工作参数。

液压泵的计算与选择
①液压泵的要紧技术参数
1）泵的排量（mL/r）泵每旋转一周、所能排出的液体体积。

2）泵的理论流量（L/min）在额定转数时、用计算方式取得的单位时刻内泵能排出的最大流量。

3）泵的额定流量（L/min）在正常工作条件下；保证不泵长时刻运转所能输出的
最大流量。

4）泵的额定压力（MPa）在正常工作条件下，能保证泵能长时刻运转的最高压力。

5）泵的最高压力（MPa）许诺泵在短时刻内超过额定压力运转时的最高压力。

6）泵的额定转数（r/min）在额定压力下，能保证长时刻正常运转的最高转数。

7）泵的最高转数（r/min）在额定压力下，许诺泵在短时刻内超过额定转速运转时的最高转数。

8）泵的容积效率（%）泵的实际输出流量与理论流量的比值。

9）泵的总效率（%）泵输出的液压功率与输入的机械功率的比值。

10）泵的驱动功率（kW）在正常工作条件下能驱动液压泵的机械功率。

②液压泵的经常使用计算公式（见表）
表（2.1）
③液压泵的选择
泵的大体参数是压力、流量、转速效率。

一样应依照系统的实际工况来选择。

为了提高系统的靠得住性，延长泵的利用寿命，一样在固定设备中液压系统的正
常工作压力的利用寿命，一样在固定设备中液压系统的正常工作压力可选择为泵额定压力的70%~80%。

选择泵的第二个最重要的因素是泵的流量或排量、泵的流量与工况有关。

选择的泵的流量须大于液压系统工作的最大流量。

泵的效率值是泵质量好坏的表现，一样来讲，应使主机的经常使用工作参数处在泵效率曲线的高效区域。

另外泵的最高压力与最高转速不宜同时利用，以延长泵的利用寿命。

产品说明书中往往提供了较详细的泵的技术参数图表。

在选择时，应严格遵循产品说明书中的规定。

转速的选择应严格依照产品技术规格表中规定的数据，不得超过最高转速值。

至于其最低转速，在正常利用条件下，并无严格的限制。

本实验台可检测伺服阀的最大压力为31.5MPa ，
1;p p p p p p ≥+∆∑1）确定液压泵的最大工作压力 ：
ΣΔp 的准确计算要取得元件选定并绘制管路图，初算时可按体会数据选取：管路简单、流速不快的，取ΣΔp=(0.2～0.5）MPa ；管路复杂、入口有调速阀的，取ΣΔp=(0.5~1.5）MPa 。

1）确信液压泵的流量qv ，多液压缸或液压马达同时工作时，液压泵的输出流量应为：
max q ()vp v k q ≥∑
式中k ——系统泄漏系数，一样取k=1.1~1.3；max v q ——同时动作的液压缸或液压马达的最大总流量，能够从（qv-t ）图上查得。

关于在工作进程顶用节流
阀调速的系统，还须加上溢流阀的最小溢流量，一样取-430.510m /min ⨯。

2）选择液压泵的规格：依照以上求得所需值，并按系统中拟定的液压泵的形式从产品样本当选择相应的液压泵。

为使液压泵有必然的压力储蓄，所选泵的额定压力一样要比最大工作压力大25%～60%。

可检测伺服阀的最大排量是250L/min ，最高压力是31.5MPa,本系统为简单系统不复杂，即取p=0.2MPa 。

那么泵的最大工作压力应为：
(31.50.2)a=31.7MPa p p MP =+
因为伺服阀的最大排量250L/min,由于本系统回路简单周密泄漏量少，按最大排量的5%估量，那么泵的流量为262.5L/min 。

依照以上压力和流量的数值查阅产品样本，最后确信选取NB 内啮合齿轮泵。

排量200ml/r,最高压力32MPa 。

额定转速为1500~2000r/min 。

最高为3000r/min 。

容积效率为η>=83。

假设取泵的容积效率为η=0.9，
那么液压泵的实际输出流量为：
20015000.91000=270L/min
p q =⨯⨯÷
对照液压泵产品样本选取A2F80型柱塞泵；尺寸参数：M18×1.5。

确信液压泵驱动电机的驱动功率
由于系统在对伺服阀进行空载流量特性测试的时候的输入功率最大，这时液压泵工作压力小于其它测试系统的压力。

由于已经得知伺服阀的压力为31.5MPa 。

流量为250L/min 。

取泵的总效率为0.95。

那么液压泵的驱动电机的所需功率为：P=138.15kw 。

依照此数值按JB/T8680.1-1998。

查阅电动机产品样本选取。

所选泵的流量为： q 0=270L/min 。

假设取液压泵的容积效率为0.95，那么液压泵的实际流量为： p q =270⨯
由于系统功率最大时，液压泵的工作压力为31.5MPa ，流量为256.5L/min 。

依照下表取柱塞泵的总效率为0.85p η=，液压泵驱动电机所需功率为：
p p
p
p q P η=
式（2.4）
那么： P 31.5256.5
158.43600.85
KW ⨯=
=⨯
依照此数值查阅电动机产品样本，并考虑本系统不是长时刻处于最大功率工况 选取能够知足液压泵的驱动需要。

油管的设计
各元件间连接管道的规格按液压元件接口处的尺寸决定，现只计算主系统管道；管道的规格尺寸指的是它的内径和壁厚，能够依以下公式计算后查阅有关标准选定：
式（2.5） 2b
pdn
δσ= 式（2.6） 公式中 d ——管道内径；
q ——管内流量；
v ——~~5m/s （压力高的取大值，低的取小值，如压力在6MPa 以上的
取5m/s ，在3~~3m/s ）
δ——管道壁厚； p ——管内工作压力；
n ——平安系数，对钢来讲，p<7MPa 时取n=8,7MPa<p<17.5MPa 时取n=6,p>17.5MPa 时取n=4；
b σ——管道材料的抗拉强度。

本系统最大工作压力为31.5MPa ，取v=5m/s ，已知管内流量q=250/min L ,那么：
32.58=mm 按标准规格选取管子为内径40mm,外径为50mm ，管接头联接螺纹为M48⨯2，材料为20钢冷拔无缝钢管，b σ=410MPa ，n=4；
66
31.510404 6.142241010
b pdn δσ⨯⨯⨯===⨯⨯mm 所选管道的壁厚为：
50-40
52
=mm>， 即选取壁厚值大于验算值，所选管道合格。

邮箱的设计与计算
①油箱容积的计算
油箱的容量，即油面高度为油箱高度80%时的油箱有效容积，应依照液压系统的发烧、散热平稳的原那么来计算。

关于一样情形而言，油箱的容量能够依照液压泵的额定流量估算出来。

初步设计时，油箱的有效容积能够按以下体会公式确信：
V=q p ξ 式(2.7) 式中 q p ——液压泵的额定流量，单位为L/min ；
ξ——与压力有关的体会数据；低压系统ξ=2 ~4，中压系统ξ=5 ~7，高
压系统ξ=10 ~12。

本液压系统为高压系统取ξ=10，液压泵的实际流量q p =L/min ，因为是单泵供油那么：
V=q p ξ=10⨯=2565L 那么油箱容量至少为：2565L 。

因此，依照液压泵站的油箱公称容量系列（JB/T7938-1999）见表 23.9-1。

表 23.9-1 油箱容量 JB/T7938-1999 (L)
按JB/T 7938—1999规定，取符合要求的最近标准油箱容量值V=3150L。

油箱由钢板焊接而成，油箱的容积为3150÷0.99=3316L=m3。

预选油箱的长宽高比例为：1:1:1,即m⨯m⨯8m=m3。

②油箱设计注意事项
1）吸油管和回油管的距离应尽可能远，两管之间应设置隔板，以增加油液循环的距离，使油液有足够的时刻分离气泡，消散热量。

隔板的高度约为油箱内最低油面的2/3。

吸油管离油箱底距离大于吸油管直径的2倍，距离油箱壁不小于吸油管直径的3倍。

回油管的管端切成45度，且面向箱壁。

2）为避免油液被污染，油箱上各盖板、管口处都要妥帖密封。

注油器上要加过滤网。

通气孔上必需装空气滤清器，其容量至少为液压泵额定容量的2倍。

3）为了易于散热和便于对油箱进行搬运和保护保养，箱底离地至少150mm 以上。

箱底应适当倾斜，在最低部位设置堵塞或放油阀，以便排放污染油。

箱体上注油口应设置在便于操作的地址，在其近旁设置液位计。

过滤器的安装位置应便于装卸，油箱应便于清洗。

4）油箱中应安装热互换器，必需考虑好其安装位置，和测温、操纵等方法。

5）分离式油箱由钢板焊接而成。

钢板的厚度视油箱容积而定，建议100L 容量的油箱取1.5mm，400L以下的取3mm，400L以上的取6mm。

箱底厚度应大于箱壁，箱盖厚度应为箱壁的4倍。

大容量的油箱要加焊角板、肋条，以增加刚性。

6）油箱内壁应涂耐油防锈涂料。

外壁如涂上一层极薄的黑漆，会有专门好的辐射散热成效。

3液压阀件与辅件的选用
液压系统密封装置选用与设计
在液压传动中，液压元件和液压系统的密封装置用来避免工作介质的泄露及外界尘埃和异物的侵入。

工作介质的泄露会给液压系统带来调压不高、效率下降及污染环境等诸多问题。

外界尘埃和异物的侵入那么造成对液压系统的污染，是致使系统工作故障的要紧缘故。

因此，在液压系统的设计进程中，必需正确设计和合理选择密封装置和密封原件，以提高液压系统的工作性能和利用寿命。

如何正确设计和合理选用液压密封装置及密封元件，咱们必需明白以下几点：
①阻碍密封性能的因素
1）密封装置的结构与形式。

2）密封部位的表面加工质量与密封间隙的大小。

3）密封件与接合面的装配质量与偏心程度。

4）工作介质的种类、特性和粘度。

5）工作温度与工作压力。

6）密封结合面的相对运动速度。

②密封装置的设计要点
1)大体要求
密封装置设计的大体要求是：
a.密封性能良好，并能随着工作压力的增大自动提高其密封性能。

b.所选的密封件应特性稳固，利用寿命长。

c.动密封装置的动、静摩擦因素要小而稳固，且耐磨。

d.工艺性好，维修方便，价钱低廉。

2)设计要点
密封装置的设计要点是：。