动静态液压试验台液压系统设计大学毕设论文

阻尼器是一种能够吸收、衰减冲击与振动的控制装置，随着设计和制造技术的不断提高，其应用越来越广泛．鉴于阻尼器如此广泛的使用，且其对系统的安全性起着至关重要的作用，必须确保阻尼器具备合格的性能指标和制造质量。因此，研制阻尼器振动试验台对测试阻尼器性能，保证产品质量具有重要意义。

本文调研了阻尼器振动试验台的发展现状，在分析了各类振动试验台性能特点的基础上，提出使用液压振动试验台检测阻尼器的方法，并针对国内外液压振动试验台研究中存在的不足，研究开发了一套具备高精度、大载荷、宽频响等特点的百吨级液压振动试验台系统，并完成了系统具体设计。

对液压振动试验台的系统原理进行阐述，根据试验台的技术指标，对试验台 液压系统主要元件和试验台机架进行设计，并针对试验台设计中的技术难点进行 分析。

关键词：阻尼器；液压试验台；性能检测；伺服控制

Abstract

Damper as an absorption and attenuation of shock and vibration control device, as the design and manufacturing technology The continuous improvement of operation, its application is more and more widely. In view of the damper is so widely used, and the system Security plays an important role, must ensure that the damping apparatus for manufacturing quality and qualified performance indicators. Therefore, the development to test the tester damper vibration damper performance, ensure the quality of products is of great significance. In this paper, the research of vibration damper test bench development present situation, the analysis of the various characteristics of vibration table Based on the analysis of using hydraulic method to detect damper vibration test rig, and in view of the hydraulic vibration test at home and abroad Test platform of the insufficiency in research, the research developed a high precision, large load, bandwidth, etc The tonnage hydraulic vibration test system, and completed the system design. On the system principle of hydraulic vibration test bench, according to the technical index of the test bench, main components and hydraulic system on test bench test bed frame design, and in view of the technical difficulties in the design of test bed are analyzed. Based on the above research results, the tonnage hydraulic vibration damper test rig is developed, and in jiangsu electric power Run the installation for co., LTD The damper test showed that this paper developed test rig, Load control accurate, reliable test data, fully meet the needs of enterprises on the damper performance test.

Key words: damper; Hydraulic test bench; Performance testing; Servo control

绪论

阻尼器是一种对速度反应灵敏的振动控制装置，它能够吸收、冲击能量与衰减振动，减少结构的动力反应，控制冲击性的流体振动(如主汽门快速关闭、安全阀排放、水锤、破管等冲击激扰)和地震激扰的管系振动，主要适用于核电厂、火电厂、化工厂、钢铁厂等的管道及设备的减振。阻尼器是利用充满液压油的液压缸，借助液压缸内活塞上的小孔来获得阻 尼作用。其基本工作原理是，当阻尼器的活塞受到外力冲击时，通过阻尼 控制阀和阻尼节流孔，在液压缸两腔产生压力差，从而对外产生阻尼力， 该阻尼力的大小与负载速度有关。

近年来,随着阻尼器的设计和制造技术的不断改进,各种各样的测试和检验阻尼器的测试技术的改进,应用越来越广泛。不仅现在,阻尼器应用于重要军事工程,并已大量应用于土木工程。针对阻尼器的使用广泛,系统安全起着至关重要的作用。因此,为了测试和保证阻尼器的技术性能指标和产品制造质量,必须建立相应的阻尼器进行测试系统,阻尼性能测试和质量检验。

第一章 液压振动试验台的现状和发展趋势分析

液压振动台的残余,长冲程,承载能力强的优点,阻尼器测试领域获得了极其广泛的应用。随着计算机技术的发展,计算机振动台可以预先设置参数,如振幅、频率、负载测试方法和起止时间等等。这使得液体压力振动台具有更好的可操作性和较高的工作效率,成为最广泛使用的阻尼器方法。国内外对液压振动试验台进行了广泛而深入的研究,具体的研究接口绍如下：

1.1 国外液压振动试验台的发展现状

液压振动试验台在国外企业技术方面的研究和应用起步较早，到20世纪九十年代初，国外试验台行业几大公司比较知名的，如美国的MTS、英国的Iasdn、德国的Shenck、日本岛津等，已推出其代表性的数字控制试验台系统。这些公司在其原有模控技术的基础上，采用了计算机控制与电液伺服相结合的技术，提高了试验精度和增强了系统功能。目前，液压振动试验台生产主要以美国、英国和德国为主，另外日本岛津制作所也有少量的产品f。美国的MTS公司作为世界上液压振动试验台生产、销售量最大的厂商，其产品在技术和品种方面处于绝对的领先地位。MTS数字控制系统TeSt star具有灵活的多参量控制补偿功能，实现了P、I、D参数数字设定和对系统的非线性修正，配置灵活、适应面广，性能指标很高。减小摩擦力方面，MTS公司采用的方式有：静压支撑、动压支撑、特殊喷涂技术等。伺服作动器滑动配合表面采用非金属喷涂处理，实现了较小的阻尼。在标准液压振动试验台产品上，MTS公司拥有全系列的标准振动试验台产品。该公司生产的824系列液压振动试验台除有MTs通用的液压伺服系统外还有谐振系统，对试样施加平均载荷，并以其固有频率激励质量振动，以便提供和控制动载荷。英国的Insaon公司的液压振动试验台有1300系列、8000系列和8500系列等。在8000系列中，原有的全部电子控制柜被一台计算机系统取代。所有的试验程序均录于微型盒式磁带上，通过按键指令的操作，可快速自动完成整个试验过程。而8500系列可以连接计算机，使用数字信号处理器和动态响应自适应控制，具有P、I、D参数数字设定和测量系统自动调零，对材料试验全过程进行32位全数字化闭环控制和高速数据采集。由于引入了各种功能附件及计算机，其功能、可靠性、测试精度大大提高。但由于其量程小，价格昂贵，在国内应用较少嗍。

德国的Schenck公司推出了谐振／非谐振液压振动试验台，这种试验台有双作动器和单作动器两种。其中750KN谐振／非谐振液压振动试验台为四立柱双作动器。该试验台有两个伺服控制通道，一是在试样上产生平均载荷，另一是以其固有频率激励弹簧／质量系统，谐振状态工作完全是自动进行的．以谐振状态工

作时，试验台在谐振曲线的峰值工作，此时只需低功率便可在高频率下获得高试验负荷。伺服控制器的每个通道都有的PID控制，具有最佳的伺服控制回路的响应特性。

国内液压振动试验台的发展现状国内液压振动试验台的研制起步较晚，技术储备与研究水平落后于国外先进企业。直至上世纪七十年代，长春试验机研究所以及甘肃天水红山试验机厂研制出液压振动试验台，才迈出我国动态试验台研制的步伐。上世纪八十年代后期，国内许多单位加强了相关方面的研究。如天津大学研制了PwS．100A液压振动试验台，开发的预拉应力横梁央紧结构、非金属支撑高速作动器、拉压对称循环的液压强迫夹头等多项技术属国内首创。现已开发出lOKN。1000l1.2阻尼器性能检测方法

为了检测阻尼器各项技术性能参数，需要进行大量的振动试验．目前，主要使用振动试验台对阻尼器进行此类试验，振动试验台的性能直接影响阻尼器性能检测结果。根据阻尼器试验要求，驱动器驱动振动台提供所要求的振动波形，振动传递至所连接的阻尼器从而实现加载和冲击试验，传感器将采集的试验数据(位移和力)传送到计算机，由计算机对试验数据进行实时显示与分析，从而完成阻尼器的相关性能检测。阻尼器振动试验框图如图1．1所示。

图1．1阻尼器振动试验框图

阻尼器振动试验台从振动台的激励方式上分为三类：机械式、电磁式和液压式，三类振动试验台具体介绍如下：

(1)机械式振动试验台

机械式振动试验台可以分为不平衡重块离心式和凸轮偏心式两类。不平衡重块离心式是在不平衡重块旋转时，所产生的离心力来激励振动台台面实现振动，激振力与不平衡力矩及转速的平方成正比。通过控制不平衡重块的旋转实现振动

波形的加载。这类振动台的优势是可以产生正弦振动，结构组成简单、成本低廉。

不足是工作频率范围仅约为5～100Hz，实现的最大振幅和加速度较小，失真度大，

且不能进行随机振动。

凸轮偏心式的运动位移取决于凸轮的偏心量和曲轴的臂长，激振力大小受运动部件的质量影响。通过凸轮和曲轴的设计实现相关振动波形的运行。这类振动台的优势是在低频、激振力大时，可以实现很大的位移。不足是其工作频率仅限于低频，上限频率约为20Hz左右，实现的最大加速度为39左右，加速度波形失真较大。

总之，机械式振动试验台的优点是：结构简单、安装容易、价格便宜、维护方便及可长时问进行试验。缺点是：工作频率范围窄、最大振幅和加速度较小、出力能力低、波形种类较少、波形失真大、不能采用反馈控制、及难以实现随机振动等。这些缺点大大了机械式振动试验台在现代科学研究与实际生产中的应用．

(2)电磁式振动试验台

电磁式振动试验台是根据电磁感应原理设计而成的，主要由驱动线圈、运动部件、励磁单元、台架、导向及支承装置等组成，其核心是驱动线圈和运动部件。

振动台的工作原理比较简单，驱动线圈处于高磁感应强度的空间内，信号发生器产生的交变电流信号通到驱动线圈上时，通电驱动线圈和所处磁场由于电磁感应原理产生电动力，从而驱动振动台面直线性往复振动，这时振动台就会产生需要的振动波形。电磁式振动台驱动线圈电流的产生方式有直接式和感应式两种。直接式是将输出的电流信号直接加到驱动线圈上，这种方式应用较为广泛。感应式是将交变电流通入一个固定线圈，通过感应方式在驱动线圈内产生电流，这种方式结构简单，但效率相对较低。

电磁式振动试验台的优点是：工作频率范围宽，约为2Hz~20Hz；可获得很大的加速度，加速度波形良好，失真度小；方便产生随机波；可实现手动或自动控制。此类振动台缺点是：体积和重量较大、价格较高；位移小、出力能力较低；承载能力低，对于大型试件需要另设支撑装置；磁场非完全均匀分布；大激振力振动台的驱动线圈需要冷却，使得试验台结构复杂等。工作频率范围宽、加速度大以及易于控制等优点，使得电磁式振动台在国防科技、航空航天技术、武器装备研制及汽车、电子等民用工业上得到了较为广泛的应用。

（3）液压式振动试验台 液压式振动试验台的工作原理是通过电信号驱动伺

（4）阎，控制液压油进入液压缸作用于活塞上，将液压能转换为运动或力，并以此作为阻尼器的激励，使阻尼器产生振动并将振动数据采集传递至上位机，完成阻尼器性能试验。振动台主要由液压动力源、液压缸、伺服阀、伺服控制器和上位机等组成。振动台核心是伺服阀与伺服控制器，伺服控制器将目标信号与反馈信号进行比较运算，输出相应电信号至伺服阀，伺服阀根据输入电信号改变进入液压缸的高压油液的方向和流量，使得活塞在两端液压油压差的作用下作往复运动，运动频率与振幅由伺服控制器输出的电信号决定嗍。 液压振动台的主要优点是：激振力大(可达到104KN)、振幅大；工作频率范围较宽，下限可以达到零赫兹，而且在较低的频率下可以得到很大的激振力和振幅；采用反馈控制、实现高精度加载；承载能力高；可实现随机振动及几个振动台的同步运行。振动台的缺点是：高频性能较差；上限工作频率低，仅可以在低频区及中频区进行振动试验；为实现高精度控制，振动台结构复杂；振动台的性能容易受液压系统温度的影响，对油液要求较高；油泵的压力脉动、油液压缩性引起的共振及液压密封件的摩擦使得波形失真度比电磁式振动台大。这类振动台因其大推力、大位移、高精度而弥补了电磁振动台的不足，在阻尼器试验领域获得了极为广泛的应用。

上述三类振动台的工作性能和使用范围比较如表1．1所示。

表1.1 三类振动台的工作性能和适用范围比较

综上所述，液压式振动试验台以其激振力大、行程长、承载能力强的特点，较机械式振动台或电磁式振动台具有很明显的优势。采用液压式振动台检测阻尼器，可以针对性地安排试验方案，极大缩短新型阻尼器开发设计周期。因此本文对液压振动试验台进行研究，对于液压振动台在阻尼器检测领域的应用具有一定的理论指导及工程实际意义。

第二章 液压振动试验台的功能分析

2.1 液压振动试验台研制方案的提出

对于越来越多的阻尼测试要求,以及考虑到液压振动台存在于国内外各种各样的缺陷和不足,如昂贵、复杂,维修费用高,软件安装的专业化程度低问题,本研究提出了一个吨位液压减振器试验台设计方案,设计液压振动试验台对阻尼器产品应用交替)替代行动(拉伸和压缩负荷测试阻尼动态性能的单元循环荷载的作用下,阻尼器位移时间、力矩和位移-力动态性能曲线,实现阻尼性能测试的要求。针对每个未被测量的阻尼性能参数同样的试验台,可以装载100吨的最大动载荷,33赫兹最大工作频率。后一年多的设计、制造、安装、调试和试验台已顺利通过技术验收,投入的阻尼性能测试工作。

本研制方案通过伺服阀向液压缸供油来实现活塞杆运动，活塞杆运动传递至相连接的阻尼器上。伺服控制器利用其内部的闭环控制回路，将采集到的反馈信号与目标信号作比较，对偏差信号进行控制运算并驱动伺服阀改变进入液压缸的液压油流向与流量，从而实现阻尼器的振动加载。

该液压振动试验台的实现方案如图1．2所示。

图1.2液压振动试验台表

此液压振动试验台与上述国内、外其他液压试验台相比具备以下几个优点：

1)性能优良、技术先进，与国内同类产品相比，由于采用国外著名品牌的电机、液压泵、伺服阀等部件，使部件及其整机性能得到很大的提升，完全满足试验台工作频率最大达到33Hz，试验载荷最大为1000KN的要求。在借鉴国内、外液压振动试验台研究技术的基础上，结合在机械、电气、液压、软件控制等方面的研发实力，设计出的百吨级液压振动试验台技术水平先进。

2)产品精度高、可靠性好，此试验台采用数字式伺服控制器，充分发挥了数字控制系统的抗干扰能力强、闭环控制以及人工智能等特点，实现了P、I、D参数设定和对系统的非线性修正，大大提高了试验台试验精度。本液压振动试验台采用高刚度的主机框架和横梁全行程液压控制，使得试验过程平稳、可靠。

3）软件专业化程度高，基于LabvIEW 2009平台开发的试验台系统软件，

4）充分结合了电液伺服与计算机控制技术，实现了数据采集与分析处理等功能，其结构合理、层次分明，完全可以满足用户的个性化需求，从而实现试验的自动化、智能化，提高试验效率，增强系统功能。 4)操作方便、简单，整套液压振动试验台系统的设计都是国内完成，相关

技术文件、使用手册、操作界面都是中文描述，方便工程师进行试验操作。试验台按照用户要求设计，满足用户的个性化需求，使阻尼器的试验更加简便。 5)维护费用低，因为液压振动试验台系统的大量元件都是国内产品，性价比较高，设备故障失效后更换费用较低，为用户节约成本开支。

2.2 本文的主要研究内容

根据本文提出的百吨级阻尼器液压振动试验台研制方案，对试验台硬件系统和控制系统进行设计。其中，液压振动试验台的硬件系统设计，包括液压部分(液 压源、液压缸、伺服阀、蓄能器组、连接管路等)、机械部分(主要是试验台架)、 电气部分(电气控制柜、显示仪表等)，本文主要完成液压系统关键元件选型和 试验台机架设计。

2.3 论文组织架构

根据百吨级阻尼器液压振动试验台的技术方案，并且结合试验台的生产、安装、调试情况来开展本文的编写工作。本文以液压振动试验台控制系统的设计为核心，实现上位机系统软件对试验台的操作控制，设置伺服控制的PID参数，测试液压阻尼器在交变载荷作用下的动态性能，完成液压阻尼器检测工作。

2.4液压振动试验台的设计

根据本文提出的液压振动试验台研制方案，本章介绍试验台的系统原理和技术指标，对试验台液压系统的关键元件和试验台机架进行设计，并对设计过程中存在的技术难点提出解决方法。

第三章 拟定动静态液压试验台的液压原理图

3.1 试验台架功能和组成

液压阻尼器在静态时 ,不会对正常的膨胀进行阻止 , 当遇到超出限定速度的突然运动时 ,震动吸收器立刻锁住 ,形成刚性连结件。所以其性能包括静态和动 态特性 ,相应地 ,试验台也需要完成这两种功能。 其中: 动态试验包括正弦波振动试验、半正弦波冲击试验等。 静态试验包括低速阻力试验、锁死试验和释放试 验等。试验台的主要性能指标如下: 冲击振动方向 为水平双向;最大静态负载为± 1 100 kN; 最大动态 负载是当 2 Hz时为± 1 000 kN, 15 Hz时为± 700 kN; 振幅为f = 1 Hz, X 0= 100 m m; f = 15 Hz, X 0 = 6 mm; 工作频率范围为 0. 01～ 33 Hz; 试验台的静态精度小于 1% 。

试验台的组成包括冲击试验台架、液压动力源、电气控制系统和计算机测控制系统等。

3.2 液压系统

油源主要是满脚3要求:a .夹紧缸,夹紧束;b .气缸推和拉,把梁运动;c的伺服缸完成。根据静力测试的要求,选择25 M Pa系统工作压力,致动器活塞杆d = 180毫米,活塞d = 300毫米,有效面积= 452。16平方厘米。根据测试的动态性能指标可以计算时的最大流量704 L / min,低速时阻力测试,0—6 mm / s的速度,负载所需的流量16.3 L / min。在此条件下,以下问题需要解决。

3.3 效率问题

阻尼器的振动冲击试验和疲劳试验不同 ,在试验过程中的冲击振动时间一般都很短 ,一般在 5 s之 内。 根据动态试验时所需要的最大流量来配制流量 显然是没有必要。基于这样的考虑 ,油源配置两个排 量为 80 m L /r ,额定转速为 1 500 r /min的恒压轴向 柱塞变量泵 ,其余流量则由蓄能器来供给。按照 f = 25 Hz, X 0 = 4 mm 时的流量要求来选择蓄能器 ,此时所需要的最大流量 qm = 1 704 L /min( 28. 4 L /s) ,采用蓄能器后的平均流量 qe= ( 2 /π) , qm 为 1 091 L / min( 18. 2 L /s)。 考虑到容积效率 ,泵源能供给的流 量 VP 为 216 L /min( 3. 6 L /s) ,则单位时间内需要补 充的流量体积为 VA = Vm - VP = 18. 2- 3. 6= 14. 6 L,选用气囊式折合型蓄能器。维持 5 s时间 , 经计 算可得蓄能器的容积为 1 183 L。选择 12个蓄能器 , 每个蓄能器的容积为 100 L。泵和蓄能器一起供油 , 可以满足峰值流量要求。

3.4 动静态试验问题

试验台在动态和静态流量所需的两个条件很差不要很大。根据需求的动态测试,选择1 000升/分钟(阀压降7 M Pa)喷嘴挡板式三级流量伺服阀的动态测试伺服阀。但是静态测试,阀门太大,所以也占30 L / mi n(阀压降至20伺服阀的动态测试。静态测试,阀门显然太大了,所以也使得30 L / mi n(阀压降7 m Pa)流量伺服阀作为伺服阀的静态测试,辅助喷嘴挡板式伺服阀的阀。两个阀在不同工作情况时通过球阀间断。

图 3.1 试验台液压系统原理图

1.吸油过滤器; 2. 液压泵; 3. 电机; 4. 回油过滤器; 5. 冷却器; 6. 空气滤清器; 7. 液位计; 8. 温度计; 9. 油箱 ; 10. 单向阀; 11. 高压过滤器; 12. 电磁卸荷阀; 13. 压力继电器; 14. 高压蓄能器 ;15.高压截止阀; 16. 低压截止阀; 17. 低压蓄能器; 18, 19, 22,23.高压截止阀; 20. 大伺服阀; 21. 小伺服阀; 24. 伺服缸; 25.三位四通电磁换向阀; 26. 两位四通电磁换向阀; 27. 液压锁; 28. 推位缸; 29. 夹紧缸

第四章 选择液压元件

伺服液压缸:闭环伺服控制,控制精度0.01毫米,精确控制的推力,提高压力传感器,控制精度可以达到1%;轻松连接到PLC控制系统,比如高精度运动控制的实现。低噪音、节能、清洁、高硬度、抗冲击、寿命长、操作简单和维护。伺服油缸可以无故障糟糕的环境下,可以达到IP66保护等级。工作很长一段时间,实现高强度、高速度、高精度定位,运动平稳,噪音低。所以它可以广泛应用于造纸工业、化学工业、汽车工业、电子工业、机械自动化行业、焊接等行业。

低成本维护:伺服油缸工作复杂环境下只需要普通润滑脂注入,没有需要维护部分,比液压系统、气动系统更换,减少大量的售后服务成本。

最好的选择:液压缸缸伺服油缸液压缸和气缸完全可以替代,更环保,更节能,并实现环境清洁,容易连接到PLC控制系统的优点,比如高精密运动控制。

配置的灵活性：可以提供灵活的安装配置,全方位的安装组件:安装前法兰,法兰,法兰,后方的耳轴安装、指导模块,等等,可以安装与线性伺服电机,或平行安装,可以添加各种各样的配饰:限位开关,行星减速器,坚果,等等,司机可以选择交流制动电机,直流电机,步进电机,伺服电机。

2.比例溢流阀:普通溢流阀和比例溢流阀,阀芯,阀芯的液压油的压力,另一方面是机械力。普通的溢流阀通过调整弹簧力,调整液压。和比例溢流阀电磁铁直接产生推力,影响阀芯,电磁铁的输入电压可以改变0至24 v,推力产生的变化,连续变化的液压。

因为比例电磁铁推力不大,所以直接代理比例溢流阀流量很小,是70兆帕的压力,流量只有1升/分钟。需要大流量比例阀导向阀,比例阀做以下的内径溢流阀。

3.电磁换向阀,电磁阀的选择应该首先,反过来,遵循安全性、可靠性、适用性和经济的四个原则,第二种是基于现场的六个方面(即条件。、管道参数和流体参数、压力参数、电气参数、动作方式、特殊要求选择)。选型依据：

1、根据管道参数选择电磁阀的：通径规格（即DN）、接口方式

1)按照要求管道直径或流(DN)来确定尺寸大小;

2)接口,一般>(选择法兰接口,根据用户的需求自由选择。

根据流体参数选择电磁阀:材料、温度组

1)腐蚀性液体:宜选用耐腐蚀电磁阀,不锈钢;超级清洁液:宜选用食品级不锈钢材料电磁阀;

2)高温液体,应选择使用耐高温的电气电磁阀材料和密封材料,和选择活塞结构类型;

3)流体状态:气体,液体或混合状态,尤其是当直径大于DN25必须区分;

4)流体的粘滞性:通常在50个春秋国旅可以任意选择,如果超过这个值,应该选择高粘度电磁阀。

根据参数选择压力电磁阀:品种的原理和结构

1)公称压力:这个参数的意义与其他通用阀是一样的,是根据管道公称压力;

2)工作压力:如果低工作压力必须选择或一步一步的直接代理原则;最低工作压力差连续超过0.04 Mpa,一步一步直接表演,指导类型都可以选择。

电气选择：电压规格应尽量优先选用AC220V、DC24较为方便。

根据持续工作时间长短来选择：常闭、常开、或可持续通电

1）当电磁阀需要长时间开启，并且持续的时间多于关闭的时间应选 用常开型；

2）要是开启的时间短或开和关的时间不多时，则选常闭型；

3）但是有些用于安全保护的工况，如炉、窑火焰监测，则不能选常开的，应选可长期通电型。

根据环境要求选择辅助功能：防爆、止回、手动、防水雾、水淋、潜水。

工作原理:电磁阀封闭空腔,打开一个孔在不同的位置,每个孔连接不同的,腔中间是活塞,两边是两个电磁铁,将吸引磁铁线圈电身体哪边,通过控制阀体的移动来打开或关闭不同放电的油孔、油孔永远是敞开的,液压油就会进入不同4.的排,然后通过油的压力来推动油缸的活塞,活塞推动活塞杆,活塞杆驱动机制。这个流的电力通过控制电磁铁断层控制了机械运动。

电磁单向阀：只有一个方向气流,不能反向流动的方向控制阀门。它的工作原理和液压单向阀。压缩空气从入口,克服弹簧力和摩擦力使单向阀口打开,单向阀应用于不允许空气流通,如空气压缩机,膨胀水箱,水箱和安装一个止回阀之间的空气压缩机,压缩机停止工作时,可以防止压缩空气罐回空气压缩机。止回阀通常是结合节流阀,顺序阀用单向节流阀,单向顺序阀更换。

蓄能器：

工作原理:液压油是不可压缩液体,因此它是不可能积累的压力可以使用液压油,必须依靠其他媒体来变换,储层压力。例如,利用气体(氮气)开发的可压缩特性包式空气蓄电池设备的液压油箱。皮囊式蓄能器由石油和天然气中的组件与气体密封部分,位于石油和周围的皮肤油循环。压力油进入蓄电池时,气体被压缩,系统管路压力不再上升;当压缩空气管路压力降低通货膨胀,液压油会进入电路,以减缓线路压降。

4.1分类

弹簧式

这取决于压缩弹簧液压系统压力过剩可以转化为弹簧势能存储,在必要的时候。其结构简单,成本低。但是因为弹簧伸缩的数量有限和规模扩张压力的变化不敏感,消振功能差,所以只适合小容量和低压系统(1.0 ~ 1.2 MPa P≦),或用作缓冲装置。

活塞式

它通过提高密封活塞上的负载质量块的液压系统的压力能转化为重力势能积蓄。其结构简单、稳定的压力。缺陷设置,只有垂直安装,不容易密封,惯性大,质量不敏感。这种类型的蓄能器仅供临时使用。

图4.1活塞式蓄能器

这两个蓄电池因为其局限性是很少使用。但值得注意的是,一些研究从经济的观点在两个蓄电池的结构做新的东西,在某种程度上,克服其缺点。如国内工厂改进的弹簧式蓄能器的结构。(如图2所示,增加弹簧直径大于液压室直径),合格的春天之旅(将弹簧最大负载在容许极限载荷)方法提高了工作压力,和蓄电池的容量,降低成本。

图4.2外弹簧式蓄能器

气体式

它以波义尔定律（PVn=K=常数）为基础，通过压缩气体完成能量转化，使用时首先向蓄能器充入预定压力的气体。当系统压力超过蓄能器内部压力时，油液压缩气体，将油液中的压力转化为气体内能；当系统压力低于蓄能器内部压力时，蓄能器中的油在高压气体的作用下流向外部系统，释放能量。选择适当的充气压力是这种蓄能器的关键。这类蓄能器按结构可分为管路消振器、气液直接接触式、活塞式、隔膜式、气囊式等。

4.2 用途

有两种类型的蓄电池。(1)当低速运动负载流量小于液压泵流量、液压泵冗余流量累加器,当负载流量大于液压泵流量的需求,从蓄电池集流体,以弥补短缺的液压泵的流量。(2)当停机,但仍需要保持一定的压力,能阻止泄漏的液压泵和蓄电池的补偿系统,为了保证系统的压力。

蓄电池也可以用来吸收压力脉动的液压泵或吸收液压冲击压力系统。蓄电池可以使用压缩气体的压力,重锤或弹簧生产,因此蓄电池分为气体类型、锤式和弹簧。气体和液体气体蓄电池直接接触,称为接触,其结构简单,容量大,但容易在气液混合,通常用于液压机。气体和液体接触不叫隔离类型,常用的皮和隔膜隔离,皮的大量的体积变化,隔膜体积变化量很小,通常用于吸收压力脉动。重锤式容量较大,常用于轧机等系统,能源存储。

4.3分类功能

蓄能器的种类主要分为：弹簧式和充气式。

蓄能器的功用

（1）短期大量供油

（2）系统保压

（3）应急能源

（4）缓和冲击压力

（5）吸收脉动压力

蓄能器的功能主要分为存储能量、吸收液压冲击、消除脉动和回收能量四大类。

第一类:储存能量。这种功能在实际使用,可以分为:1)作为辅助电源,减少装机容量;(2)补偿泄漏;(3)热膨胀补偿;(4)对应急电源;(5)恒压油源。

第二类:吸收液压冲击。换向阀换向突然突然停止,执行机构运动将在液压系统冲击压力,系统压力在短时间内迅速增加,造成仪器的损坏,组件和密封装置,并产生振动和噪声。为了确保吸收的影响,蓄电池应设置在碰撞点附近,所以蓄电池通常是安装在控制阀和液压缸的影响源之前,是一个很好的方式来吸收和缓冲液压冲击。

第三类:消除脉动,降低噪音。柱塞泵和液压系统,少量的柱塞泵流量周期变化使系统产生振动。可以提供蓄电池,大量吸收脉动压力和流量的能量,在流量脉动的一个周期。瞬时流量高于平均的一部分石油被蓄能器吸收,低于平均流量的一部分蓄电池,它吸收的能量脉冲,降低纹波,减少损伤敏感的仪器和设备常规精液。

第四类:回收能量。与回收能源蓄电池是目前更多的研究领域。能量回收可以提高能源的利用率是节能的重要途径。蓄电池可以储存能量,因为它已经结束,所以可以用来回收多种功能,位置势能。该领域的主要研究有:(1)回收车辆制动能量;(2)回收工程机械动臂机构的人;(3)复苏的液压挖掘机转台制动能量;(4)回收石油修井机和钻机的下落的重力势能;(5)回收电梯向下的重力势能。

第五章 液压系统性能的验算

5.1 系统冲击问题

系统在动态试验的过程中 ,从蓄能器和泵源获 得的峰值流量为 1 704 L /min,如果按此指标来设计 整个系统 ,显然不经济也没有必要。但如果仅仅按照 油泵的流量来选择管道、过滤器和冷却器等 ,则峰值 流量将会对系统产生冲击和破坏。为此 ,在系统的回 油路增设了蓄能器组。 蓄能器组的最高工作压力为 回油路管道和元件能耐受的最高压力。

设冷却器进通径为 50 mm ,油流速度按 2 m /s计算 ,则 5 s内通过的流量为 19. 6 L,作动器在 5 s内排出的最大流量为

V =1704× 0.  /60× 5 =90. 88                           （5-1）

需要蓄能器的有效容积为

V =  90. 88 -  19. 6=71. 28                               （5-2）

选用气囊式折合型蓄能器。 出口的压力不超过0. 63 M Pa,即蓄能器的最高工作压力为 P1 = 0. 63 M Pa,最低工作压力为油液回油过程中克服管道、冷 却器、过滤器等需要的压力 ,其中过滤器的阻力为最 主要的部分 ,取 P3= 0. 35 M Pa,则蓄能器充气压力为：

P1=（0.8—0.85）P3=0.28*106                                                                  （5-3）

则蓄能器的总容积为：

    =                    （5-4）

选取 3个容积为 100 L的蓄能器可以满足要求。 这样可以避免回路中流量过大而造成的对低压 元器件的破坏。

5.2 主机设计

主机安装阻尼器和测试样本,结构原理如图2所示。主机为卧式结构,主要部件包括前轴承、轴承、移动横梁后,指导的帖子,和夹紧缸体执行机构,等。试验过程中,阻尼器安装在连接法兰之间。在前轴承、轴承、横梁、导柱,形成一个刚性的盒子。阻尼力等于框架的内力,两个指南列和横梁前后轴承,轴承是主要的承载部件,因此,变形很容易控制,低要求的平台和基础。阻尼器的自尊的执行机构承担。通过磁位移传感器位移测量,内置的致动器的活塞。轮辐式负荷传感器,安装阻尼器和梁之间。执行机构由伺服阀控制。伺服阀和阀块安装在传动装置上,以减少连接的阀门和执行机构之间的距离,提高频率响应。

图5.1试验台主机结构原理图

主机的设计,以确保足够的刚度,有利于提高测试精度。同时,主机系统的固有频率,以避免工作频率,以免引起共鸣。这些是主机的总体设计需要注意的问题。在主人面前,轴承,轴承将固定的驱动器,梁可以沿导柱滑动,并根据需要调整测试空间。调整位置后,依靠液压夹紧装置将梁和柱是固定的。与普通螺母固定方式相比,液压夹紧空间调整更方便,导柱两光束同时,消除预应力安装时无需添加线程间隙。液压夹紧可靠,不是由于选择高工作压力和过度的夹紧缸和浪费资源,液压夹紧装置的合理设计是至关重要的。

横梁与导向柱的夹紧过程如图 3所示 ,图 3( a) 为初始状态 ,假设导向柱正好在孔的中心。

当横梁受到夹紧力 P 的作用后 ,横梁产生悬臂 梁变形 ,最先变形的是横梁最薄弱的位置 ,即沿孔的 中心纵向截面处。 夹紧的第一步是横梁和导向柱两 点接触 ,如图 3( b)所示。

由于导向柱的一端基本处于自由状态 ,在夹紧 力的进一步作用下 ,立柱被推向右端 ,最终近似为图 3( c)所示的 3点夹持状态。 此时导向柱的受力状况 如图 3( d)所示。横梁受到的力与图 3( d)所示的力方 向相反。

选取夹紧缸的直径为 D,活塞杆的直径为 d ,则夹紧缸产生的夹紧力为

    F =   ( D2  - d2 )                                              （5-5）

选择横梁与导向柱之间的最大配合间隙为 y。 在横梁与导向柱处于夹紧状态 (如图 3( c) )时 ,沿作 用力 P 的方向横梁的变形量约为 2y ,此变形量需要消耗一部分夹紧力 Ft ,根据 2y= 可计算得到 Ft ,

其中: I 为横梁的极惯性矩 ,则作用在导向柱上的力 为 P= F- Ft。

对横梁的最先变形点 B 取力矩 ,可得

    ∑ MB =0

    Pl =                                                       （5-6）

则每个立柱每侧的正压力                        

    N =p                                                      （5-7）

夹紧力为横梁与导向柱产生的摩擦力为

    ∑ Ff  =  2Ff=  2_ N                                          （5-8）

其中: _ 为横梁与导向柱间的摩擦系数。 　

根据此计算方法 ,液压夹紧装置选择每侧 3个 夹紧缸 ,每个夹紧缸产生的夹紧力为 0. 46× 106 N , 则两根导向柱产生的夹紧力为

    F =  6∑ Ff  =2. 22× 106 =2 220 kN                             （5-9）

取摩擦系数为 0. 1,则横梁与导向柱之间的摩擦 力为 2 220 kN ,可以满足 1 000 kN 试验力的要求 (安 全系数为 2. 22)。

图5.2夹紧过程示意图

第六章 伺服液压缸机械部分设计

6.1 试验台的技术指标

为了在一定频率的交变载荷作用下，进行液压阻尼器的动态性能试验，测试液压阻尼器在振动状态下的动态响应特性，本试验台须达到以下技术指标： 

1)振动方向：水平双向；

2)最大动态载荷：1000KN；

3)工作频率范围：0．1～33Hz；

4)最大振幅：33Hz时，3mm；

5)液压缸有效行程：±25mm(活塞中位固定)；

6)试验波形：正弦波、三角波和方波；

7)被测阻尼器最大质量：750Kg；

8)系统具有数据采集、存储、查询和打印等功能。

6.2 供油压力的选择

供油的选择是非常重要的,石油供应的压力,静态和动态参数的液压动力元件和液压设备的大小,还与功率组件和负载匹配是否合理。选择高石油供应的压力,输出功率相同的情况下,可以减少液压设备和管道的大小和质量,使液压削弱了系统结构紧凑,与空气中的油混合体积弹性模量的影响,有利于改善系统速度,选择低油压,可以降低设备成本,有利于延长液压系统和元件的寿命,泄漏的生活,低温度、低噪音和易于维护。

液压系统的供油压力与液压设备的工作环境、精度要求等有关，常用的液压系统供油压力推荐如表6.1所示

表6.1各类液压常用的供油压力

根据本液压振动试验台的具体工作情况，参考现有同类试验台的供油压力，选择供油压力B=3lMPa。

液压缸主要参数的确定 液压缸是试验台的执行元件，负责输出位移、力、速度等运动参量。液压缸的设计在满足动态出力、位移行程要求的基础上，还要考虑液压动力源的设计、伺服阀的匹配等系统因素，以及解决液压缸的安装、连接、密封等具体问题。

液压缸按基本结构可分为活塞缸(单杆活塞缸和双杆活塞缸)、柱塞缸和摆动缸(单叶片式和双叶片式)。按作用方式可分为单作用和双作用两种，单作用缸是一个方向的运动靠液压油驱动，反向运动必须靠外力(如弹簧或重力)来实现；双作用缸是两个方向的运动均靠液压油驱动．由于本试验台提供水平双向振动，水平两方向须靠液压油驱动，因而本试验台采用双活塞杆双作用式液压缸。

接着对试验台液压缸进行设计。

伺服阀输出功率为最大值时的负载压力最与供油压力只的关系为：

式(2-1)可以计算此时的负载压力PL=21MPa．

上式中，F为最大动态负载力。根据试验台的技术指标可得，F=1000KN。经由式(2-2)计算得 A=47619mm2。考虑到本试验台振动方向为水平双向，正负方向

输出的特性要求一致，因而采用双作用双杆液压缸。按GB/T2348-1993《液压缸缸内内径和活塞杆直径系列》的标准，对液压缸内径D、活塞杆直径d进行圆整，确定液压缸内径D=320mm，活塞杆直径d=200mm。这样液压缸的实际作用面积为：

    A=π（D2-d2）/4

（2.经计算得液压缸实际作用面积A=484mm。

由上可得，液压缸主要参数为：

    液压缸内径D：320mm；

    活塞杆直径d：200mm；

    活塞行程三：50mm。

结合考虑试验台液压缸的安装、连接、密封等情况，完成试验台液压缸的设计，其结构示意如下图所示：

图6.2 伺服液压缸装配图

电液伺服阀选择液压振动试验台的核心组件,既是电液转换元素和功率放大器,试验台的设计是很重要的。电液伺服阀的输入微小电信号的大功率液压压力和流量的输出。伺服阀试验台的电气与液压系统可以连接的一部分,实现电动和液压信号转换和液压执行机构(活塞杆)控制。

首先，根据试验台的技术指标计算活塞的最大速度Vmax“，其计算公式为：

    Vmax=APωP=2πAP=fP                                                                                         （6-1）

式中，AP为频率最大时的最大振幅，国P为频率最大时的角速度，‘为试验最大频率。本试验台中，AP=3mm，fP=33Hz式(2-4)可得Vmax=622mm/s。

其次，计算试验台系统的最大负载流量Qmax，由此确定伺服阀的选型。最大负载流量级的计算如下:

    Qmax=Avmax                                                                                                          （6-2）

其中，液压缸实际作用面积A=484mm2，最大速度Vmax=622mm/s，计算得Qmax=1826L/min

最后，根据最大负载流量Qmax。及系统供油压力Ps，并参考美国MOOG公司的伺服阀技术资料，最终选定MOOG公司的D792-S99JR06VSA0-P型伺服阀。

该阀的额定流量为1000L／min、额定压力为35MPa，结构图如图2．3所示

MOOG公司 D792 - S99JR06vSA0- P是一个两级伺服阀,阀芯。阎套结构,主阀芯提供了一个线性位置闭环反馈控制。主要的燕在关闭位置四通阀的产出水平。导阀是机械反馈式两级伺服阀,双喷嘴挡板阀的流量控制。伺服阀将放大器和相关路集成到身体,使设计简单,耐用,可以提供可靠和长期运行顺利。考虑到最大负载流Qmax = 1828升/分钟,为了满足交通系统的需求,测试台上2台 D792 S99JR06VSA0 - P型伺服燕并行操作。提供线性的主阀阀芯闭环控制,通过伺服控制器的信号设置函数修正阶段两个伺服阀操作，确保两个阀高频率的同步操作条件。

液压泵的选择 液压泵作为液压系统的动力元件，将原动机(电动机、柴油机等)输入的机械能(转矩和角速度)转换为液压能(压力和流量)输出，为系统的执行元件提 供液压油。因而液压泵性能的好坏直接影响到液压系统的工作性能，在液压系统 设计中占有极其重要的地位。液压泵的工作原理是依靠液压泵密封工作腔容积大小交替变化来实现吸油和压油的。液压泵按主要运动构件的形状和运动方式分为齿轮泵、叶片泵、柱塞泵、螺杆泵等。液压泵的分类及性能比较见表所示。

表6.3液压泵分类及性能比较                                

确定液压泵的类型之后，即可开展液压泵性能参数的计算，包括最大工作压力p，和最大流量g

Pp>P1+∑△p                                                   （6-3）

式(2．6)中，p1为执行元件的最高工作压力，∑△p是执行元件进油路上的压力损失。qp>K    

上式中，∑qmax一表示同时动作的各执行元件所需流量之和的最大值，K是泄漏系数，一般取K=1．1～1．3，大流量时取小值，反之取大值。

液压泵的规格型号按g值在产品目录中选取，并使液压泵有一定的压力储备，额定流量与泵的最大流量相符。

考虑到本试验台液压系统结构、压力、流量、效率以及原动机种类和特性等因素，选定P破er品牌的轴向柱塞泵，型号是PV270R1K1T1N001。该液压泵的额定压力为35MPa，排量为270ml/r。

6.3 机架的设计说明

根据阻尼器液压振动试验台的设计要求与技术指标，将该试验台机架设计成卧式结构。机架的主要组成部分包括首支座、液压缸、前支座、导向柱、直线导轨、尾支座、夹紧液压缸和调整液压缸等，如图2．4机架模型图所示。首支座、前支座将液压缸固定，与导向柱等一起固定在平台上。通过调整液压缸作用，尾支座可沿导向柱滑动，根据阻尼器大小调整试验空间与安装位置。调整好尾支座位置后，依靠夹紧液压缸夹紧力作用，将尾支座与导向柱固定，使得首支座、前支座、导向柱和尾支座组成一个刚性框架，以便对液压阻尼器进行加载试验。

1.首支座 2.液压缸 3.前支座 4.液压阻尼器 5.力传感器 6.尾支座 7.夹紧液压缸 8.直线导轨

9.导向柱 10.调整液压缸 11.位移传感器 12.平台

图6.4 试验台机架模型图

在试验台工作过程中，机架的执行动作主要如下：

1)用天车吊装阻尼器，并将阻尼器一端与前支座旁液压缸的耳座连接固定；

2)通过调整液压缸的推拉作用，将尾支座移动至适当位置，并将阻尼器的另一端与尾支座的的耳座连接固定；

3)依靠夹紧液压缸的夹紧力作用，使尾支座横梁发生变形，使得尾支座紧紧抱住导向柱，尾支座不再相当于导向柱移动；

4)试验台开始阻尼器试验工作，液压缸活塞杆将位移或力加载至阻尼器，传感器采集相应的信号数据，并在上位机进行显示，通过上位机控制完成阻尼器试验工作。

总结

液压阻尼器动静态性能试验台涉及到机电液等多学科的知识 ,结构比较复杂 ，造价也很昂贵。 本文对试验台的液压动力源、主机及伺服液压缸中的一系列问题进行了探讨 ,这些问题的解决为试验台的研制成功提供了保证 ,同时对其他类似试验台的设计具有一定的参考价值。试验表明 ,该试验台较好地满足了设计要求 ,完全满足阻尼器的试验需求。

本文以阻尼器性能检测需求为背景，调研了阻尼器振动试验台的发展现状，在分析了各类振动试验台的性能特点和阻尼器检测要求的基础上，提出使用液压振动试验台检测阻尼器的方法，并针对国内外液压振动试验台研究中存在的不足，以计算机辅助测试和伺服控制理论为基础，研究开发了集加载控制、数据采集、曲线显示和报表生成于一体的百吨级液压振动试验台，阐述了液压振动试验台的系统原理，并根据试验台的技术指标，对试验台液压系统主要元件(液压缸、伺服阀、液压泵等)和试验台机架进行设计，提出试验台技术难点的解决方法。根据阻尼器的性能特点及检测需求，并结合试验台现场运行情况制定试验加载方案，通过对阻尼器试验数据和曲线的分析，验证了本文所设计的阻尼器液压振动

试验台的可行性和可靠性。

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致谢

时光飞逝，四年的大学学习生活转眼即将结束，回顾本人在沈阳化工大学科亚学院的求学之路，点点滴滴铭记于心。在此，谨向所有关心和帮助我的良师益友和亲人们表示衷心感谢。

首先感谢我的导师王志成老师。自从选了王老师的课题以来，王老师始终关心我的成长，在学习上给予我孜孜不倦的教诲，在生活上给予我亲切的关怀。王老师渊博的学术知识、丰富的实践经验、求实的治学态度和坦诚的待人之道，都在学习生活中激励着我，使我不仅获得了宝贵的学术知识，更学到了做人处事的道理。在此谨向尊敬的导师致以深深的谢意，并送去学生的诚挚祝福。

从开始写作至论文最终定稿，总共花费了我几个月以来所有的业余时间，虽说在繁忙的工作之余要完成毕业设计的确不是一件很轻松的事情，但我内心深处却满含深深的感激之情。感谢机械教研组所有的任课老师，是你们让我能够静静地坐下来，在知识的海洋里吸取更多的营养，从而能够为自己进一步的加油充电。通过论文的撰写，使我能够系统、全面的学习机械先进的前沿理论知识，并得以借鉴众多专家学者的宝贵经验，这对于我今后的工作和我为之服务的企业，无疑是不可多得的宝贵财富。由于本理论水平比较有限，论文中的有些观点以及对企业实力的归纳和阐述难免有疏漏和不足的地方，欢迎老师和专家们指正。

最后，对百忙之中抽出时间评审本文的专家致以诚挚的谢意!