资源描述：
2 0 1 5年 1 月 第 4 3 卷 第 2期 机床与液压 MACHI NE T0OL HYDRAUL I CS J a n ． 2 0 1 5 Vo 1 ． 4 3 No ． 2 D OI 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 1 3 8 8 1 ． 2 0 1 5 ． 0 2 ． 0 3 9 电液伺服研究实验平台液压系统设计 陈就 ，唐 曙光 ，涂炽强 佛山科学技术学院机 电工程 系，广东佛 山 5 2 8 0 0 0 摘要根据电液伺服研究实验平台的功能确定了液压系统的组成和主要技术参数，分析了液压系统的工作原理和设计 特点 ，对主要液压元件进行了计算和选型，论述了液压系统的设计过程并获得了设计结果，对电液伺服系统的设计具有参 考和借鉴意义。 关键 词 电液伺服 ；研究实验平 台 ；液压 系统 中图分类号 T H1 3 7 文献标志码 B 文章 编号 1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 5 2 - 1 1 8 - 3 De s i g n o f Hy d r a u l i c S y s t e m f o r El e c t r o - h y d r a u l i c S e r v o Re s e a r c h a n d Ex p e r i me n t P l a t f o r m CHE N J i u，T ANG S h u g u a n g， T U C h i q i a n g E l e c t r o m e c h a n i c a l D e p a r t m e n t ，F o s h a n U n i v e r s i t y ， F o s h a n G u a n g d o n g 5 2 8 0 0 0 ，C h i n a Ab s t r a c t T h e c o mp o s i t i o n a n d ma i n t e c h n i c a l p a r a me t e r s o f e l e c t r o h y d r a u l i c s e r v o r e s e a r c h a n d e x p e r i me n t p l a t f o r m we r e d e t e r mi n e d a c c o r d i n g t o i t s f u n c t i o n s ． T h e wo r k i n g p r i n c i p l e a n d d e s i g n f e a t u r e s o f t h e h y d r a u l i c s y s t e m w e r e a n a l y z e d，a n d t h e ma i n h y d r a u l i c c o mp o n e n t s w e r e c a l c u l a t e d an d s e l e c t e d ．Th e d e s i g n p r o c e s s o f t h e h y d r a u l i c s y s t e m w a s d i s c u s s e d a n d t h e r e s u l t s w e r e o b - t a i n e d ． I t h a s r e f e r e n c e s i g n i f i c a n c e t o h y d r a u l i c d e s i g n o f e l e c t r o h y d r a u l i c s e I T O s y s t e m． Ke y wo r d s E l e c t r o h y d r a u l i c s e r v o ；R e s e a r c h a n d e x p e r i me n t p l a tf o r m；Hy d r a u l i c s y s t e m 电液伺服技术是液压伺服和电子技术相结合的新 兴技术 ，电液伺服系统 由于具有更 快的响应速度 、很 高的控制精度，在航空航天、雷达 、舰船等军事领域 得到广泛的应用。近年来，在冶金 、机床 、仿真测试 系统等 民用领域迅速得到推广运用 ，呈现越来越 重要 的应用价值 。 在高等教育机电类液压和电气控制相关课程的实 践教学环节和教师的科研中．实验平台发挥着非常重 要的作用，尤其是地方高校在培养学生知识能力的同 时 ，还应将科研为地方经济发展服务 。因此某校拨 出 专项经 费用于 电液伺服研究实验平 台建设 ，组织技术 人员进行研究设计 ，与企业合作制造 出实物硬件 ，可 用于研究电液伺服技术和电液伺服阀的性能，进行位 置和运动轨迹的控制等研究 ，作为教师和本科生、研 究 生的研究试 验平 台。文 中针对该试验平 台液压 系统 的设计进行分 析 、论述 。 1 实验平台的功能组成和设计参数 电液伺服研究实验平 台由液压系统、机械装置、 电子检测、电气控制系统组成 ，可进行电液伺服系统 动静态特性实验研究、位置和运动轨迹的控制 如 仿形刀架的运动轨迹 ，也可以进行机械手运动、汽 车车轮负载模拟、材料疲劳实验机加载等课题研究。 液压系统主要包括液压泵站、阀组件、电液伺 服 阀、伺服油缸和其他液压元件。机械装 置作 为机械 运动的执行机构 ．以 3 个伺 服油缸作 为驱动元件 。可 进行三维移动，完成所需的机械动作和运动轨迹 。电 子检测、电气控制系统利用各种传感器、触摸一体计 算机和可编程控制 P L C 系统 ，完成对系统 的检 测 和反馈控制 。 液压泵站是液压系统 的关键组成部分 ，也是整个 系统的动力源 ，由液压泵、油箱组件、过滤器、温控 器 、冷却器和各种仪表等组成，主要功能是输出一 定压力 和流量 的液压油 ，保证油液 的洁净度 ，工作温 度以及 油的黏度在最佳工作 范围。 液压 系 统 的主 要 技 术 参 数 系 统 最 高 压 力 2 0 M P a ，工作 压力 1 6 M P a ，主泵 电机功 率 7 ． 5 k W，循 环泵电机功率 2 ． 5 k W．油液 污染 度 等级 N A S 6 ，采 用三级 过 滤 1 0 、5 、3 Ix m；工 作 高 压 流 量 2 5 l ／ m i n，油箱容量 3 0 0 L 。 2液压系统的工作原理 液压系统的油路按工作原理分为主油路和辅油 路，如图 1 所示 ，主油路中电动机 4通过联轴器驱动 柱塞泵 3 ．输 出的液压油 经过滤器 5 ，单 向阀 6 、高压 过滤器 l 3 进入 伺服 阀 P口，从 A、B油 口进 入伺 服 油缸 ，回油经伺服 阀 T口流回油箱 。 压力继电器 1 0对系统起过压保护作用、蓄能器 收稿 日期 2 0 1 3 - 1 2 - 1 6 作者简介陈就 1 9 6 3 一 ，男，硕士，高级工程师、副教授，研究方向为机械设计制造及 自动化 、液压传动及控制。E ma i l 1 1 0 5 9 01 1 9 0 q q ． c o m。 第 2期 陈就 等电液伺服研究实验平台液压系统设计 1 1 9 1 0及时补充 流量 并稳 定 系统 压力 。通 过 溢流 阀 7设 定系统工作压力 。电磁换 向阀 8 控制卸荷 回路 。单 向 阀 6阻止油 液 回流起 着对 泵 的保护 作用 ．伺 服 阀 l 5 实现电液信号的转换与放大和对伺服油缸的驱动和控 制 。伺服油缸安装在如 图 2 所 示 的机械装 置上 ，2个 伺服油缸 驱动工作 台作 水平 、垂直移 动 ，可形成平 面 轨迹运动 ，在第 3 个伺服油缸驱动下 ，机械手下可作 抓紧、松开运动。蓄能器 1 6起减小冲击和液压脉动 的作用 。 伺服 油缸 1 伺服 油缸 2 伺服 油缸 3 l 6 一 1 6 七 r - 厂 、 厂 、 I A I v I 1 v I I 5 A I ⋯ 业 ．， ． 四 l 1 r T T ， _＼ 一 幸 l2 17 I 参13 12 if] 171 13 l2 【9 Y l I L KPF5 l 1 l 司 【 【KPF4I 『 『 。 『 阀 块 A B l。 6 -23 l I I P I 7 - 2 2 ⋯ s 26 l 8 一 ／” 、 日 _ 2 7 I L 丁r F e ／ 2 8 油 箱气 ≤ _ 七 I 图 液压 系统原理图 图 液压系统实物外形 图 辅油路 中电动 机 2 1 通过联 轴器 驱动 双联 叶片泵 2 0 ，输 出的液压油 经过 溢流 阀 2 4 、冷却 器 2 5 、滤 油 器 2 7 流回油箱。其主要作用是对液压油进行过滤 、 冷却循环．通过溢流阀 2 4设定辅油路的工作压力 ． 形 成伺服 阀和伺服油缸 的背压 。 3液压 系统的设计特点 电液伺服系统对油液的洁净度要求非常高，为保 证电液伺服阀的工作条件 ，避免昂贵的伺服阀发生堵 塞现象 ，油箱和伺服 阀前液 压管 均采用 不锈 钢材质 ． 避免生锈。主油路中为确保工作油液的洁净度．设置 、、 、 一 滤油 器 2一 空 滤计 一 柱 塞泵 一 电动机 、 、 一 单向阀 7 、l 2 、2 4 一 溢 流 阀 一 电磁换 向阀 一 电接 点压 力表 及 开 关 l 0 一压力继电器 l 1 一蓄能器 6 ． l 5一 伺 服 阀 l 6 一 蓄 能器． 1 7 一 高 压球 阀 l 8 一 温 度 数显 表 1 9 一 液 位 计 2 0 一双联叶片泵 2 l 一 电动 机 2 3 一 压 力 表 及 开关 2 5 一 冷 却 器 2 6一水 阀 2 8一球 阀 了三级过滤 ，柱塞泵前 的过滤器为第一级过滤 。过 滤器 5为第 二级 过滤 ，进 入伺 服 阀前 高压过 滤器 1 3 为第三级过滤，阀前过滤精度达到 3 m。辅油路中 设置有泵前 滤 油器和 回油滤 油器 2 7 ，循环 过 滤精 度达 l 0 m。 伺服 阀人 口处 的油压可 通过溢 流 阀 1 2调节 ．入 口处接有压力变送器 ，压力值可 以在上位机 的操作界 面上显示 。主油泵采用恒压变量柱塞泵 ，安装在油箱 下方 ，避免柱塞泵得 不到 润滑油 而烧坏 的情 况产生 。 为 了降低环境 噪声 ，泵 和电机 的连接 、机架设计还采 用低 噪声技术 。 系统设置 超压 、油 温报警 等保 护环节 ．电磁 阀、 溢流 阀与柱塞泵采 用连 锁控 制 ，实现泵 的空 载启动 。 此外还装有液位计 、压力显示仪表 、温度仪表等对液 压系统的工作状态进行监控。 采用液 压 集成 块 结 构 ，原 理 图 中．元 件 l 0 ～l 4 和元件 1 6 、1 7安装在一个阀块上，组成一个 阀组件 ， 最大程度减少管路接 头从 而减少 了泄漏 ，保证油液洁 净度 ， ， 并且使结构紧凑 ，便于安装维护。根据设计结 果制造 出了如图 2 所示硬件平 台 ．使用效果达到 了设 计要求 。 1 2 0 机床与液压 第 4 3 卷 4 液压系统主要元件的选择及参数计算 主要元件的计算和选型是根据液压系统所需工作 压力和流量 ，计算 液压泵 的压力 和流量 、电动机 的功 率和油箱的容量。 4 ． 1 系统流量的计算 该平台选用 3个伺服油缸 ，内径 D8 0 m m．行 程 s 2 0 0 m m，伺服油缸工作时所需流量根据活塞移 动速度可按下式计算 q 6 01 0 A 1 式中A为伺服油缸的有效面积 m ； 为油缸 活塞 杆 的移动速度 m ／ s 。 伺服油缸 的有效面积为 A 半 2 4 、 式 中D为伺服油缸 内径 m 。 将各参数代入 以上公式计算单个伺服油缸 的最大 工作流量为q ； 5 ． 9 2 L ／ m i n 。 根据液压缸所需的流量估算出液压系统的工作流 量 。计算液压系统工作流量 的公式为 Q3 k Q i 3 式中P为液压系统的工作流量 L ／ m i n ； k取 1 ． 2 。 将各参数代入公式 3 计算 出液压 系统 的工作 流量为 P 2 1 ． 3 L ／ m i n 。 4 ． 2主油 泵的 选择 设定液压 系统 的工作压 力 P1 6 M P a 。液压泵 的 工作压力可按以下公式估算 P 1 ． 2 5 1 ． 6 P 4 将各参数代人公式 4 计算出液压泵的工作压 力为 P b 1 ． 2 5 1 ． 6 X 1 6 2 02 5 ． 6 M P a 主油泵选用恒压变量柱塞泵 公称压力 2 t M P a 、 理论排量 6 3 m L ／ r 。 4 ． 3 主油泵电动机功率的计算 根据液压系统的工作 流量 ．计算 主油泵 的输入功 率 的计算公式为 P p Ⅳ 5 U U 将各参数代入公式 5 计算主油泵的输入功率 为 P 7 ． 4 5 k W，选用 Y 1 6 0 M． 6 B 3 5型 电动 机 ，输 出功率 7 ． 5 k W。 5 结束语 1 将液压泵站、伺服阀、伺服油缸和其他液 压元件组成液压系统 ，加上电气 控制系统就能很好地 组成电液伺服研究系统 。成为教学和科研的实验平 台。 2 实验平 台可进 行 电液伺 服 系统动 静 态特性 实验研究 ，配上各种执行机构和传感器 。可以进行位 置和运动轨迹 的控制 。实现如机械手运动 、液压仿形 刀架等 的运动轨迹 ．也 可 以进行 汽 车车轮 负载模 拟 、 材料疲劳 实验 机加 载等 课题 研究 ，作 为教 师 和本科 生 、研究生 的研究试验平台 。 参考文献 [ 1 ]陈彬 ， 易孟林． 电液伺服阀的研究现状和发展趋势[ J ] ． 液压与气动， 2 0 0 5 6 5 - 8 ． [ 2 ]蒋学华， 陈国华， 韩虎． 电液伺服阀动态性能测试系统设 计[ J ] ． 液压与气动， 2 0 0 8 8 9 2 9 6 ． [ 3 ]李福义． 液压技术与液压伺服系统[ M] ． 哈尔滨 哈尔滨 工程 大学 出版社 ， 1 9 9 2 ． [ 4 ]章宏甲， 黄谊， 王积伟． 液压与气压传动[ M] ． 北京 机械 工业 出版社 ， 2 0 0 0 ． [ 5 ]杨培元 ， 朱福元． 液压系统设计简明手册[ M] ． 北京 机 械工业 出版社 ， 1 9 9 3 ． 上接 第 1 l 2页 3结论 系统在对纸张放卷运行时，稳定可靠 ，张力易调 试设定 ，动 态性能好 ，张力稳定 ，克服 了纸张放卷过 程中的断裂 、跑偏等现象 ，尤其是气刹能适时跟踪浮 辊位置偏移量信号，灵敏度高，控制性能好 ，浮辊的 位置偏移量只在较小的范围内波动 ，大大提高 了生产 效益 ．该系统的成 功运行 对 放卷 张力 控制具 有重 要的借鉴意义。 参考文献 [ 1 ]吴乘波， 徐志农， 周晓军， 等． 智能 P I D控制在超精密抛 光机气动 系统中的应用[ J ] ． 机床与液压， 2 0 0 5 1 0 1 01 1 0 3 『 2 ]岑耀东 ． 陈林． 热镀锌 张力辊 电机气 动抱 闸系 统的改 造 [ J ] ． 轧钢， 2 0 1 2 ， 2 9 1 5 0 - 5 2 ． [ 3 ]刘剑 ， 刘苗生． 瓦楞纸板生产线原纸恒张力运行的实现 [ J ] ． 电气传动， 2 0 0 5 ， 3 5 3 4 3 - 4 4 ． [ 4 ]张建成． 气动比例阀[ J ] ． 机床与液压， 1 9 9 4 6 3 2 5 3 2 7． 『 5 ]李志． 消除气 动比例阀不灵 敏区的方 法探讨及 软件补偿 方法的应用[ J ] ． 机床与液压， 2 0 0 5 1 2 1 2 - 2 1 4 ． [ 6 ]李建国． 基于 P L C的气动分拣装置控制系统设计[ J ] ． 液 压与气动， 2 0 1 l 6 8 3 - 8 5 ． [ 7 ]李建国． 基于 P L C的气动机械手的改装设计[ J ] ． 液压与 气动 。 2 0 1 1 8 2 1 - 2 3 ． [ 8 1孟飞， 潘雪涛， 张亚锋． 基于 P L C和组态软件的橡胶硫化 设备控制系统开发[ J ] ． 电气应用， 2 0 1 1 ， 3 0 4 2 8 - 3 0 ．
展开阅读全文
