液压传动试验平台（精选十篇）
液压传动试验平台 篇1
1 液压试验平台的设计
一套液压传动装置主要由以下几部分组成:动力装置、控制调节装置、执行元件、辅助装置, 液压油。该厂高炉泥炮打泥油缸额定压力24MPa, 工作压力18MPa, 额定流量工作流量1 2 0 L/m i n (单泵流量75%Qmax) , 试压平台以泥炮油缸压力为设计参数对流量不作要求。
1.1 液压试验平台工作原理
如图1所示。
1.2 试验平台液压原理
电机驱动油泵泵轮吸入液压油并加压至换向阀处, 调整溢流阀压力至25Mpa, 手动换向阀控制油缸的伸缩。泥炮打泥油缸的工作压力大 (18MPa) , 稳压时间长。为了保持稳定静压正常工作, 研究者采用双向液压互锁紧回路。锁紧回路的特点是使液压缸能在任意位置上长时停留, 且停留后不会在外力作用下移动, 完全模拟了高炉生产在线工况。
1-放油阀2-空气过滤器3-滤油器4-电机5-联轴器6-油泵7-溢流阀8-压力表9-截止阀1 0-单向阀1 1-三位四通换向阀1 2-油压锁1 3-高压球阀14-压力表15-软联接16-油箱1 7-液位计
2 液压试验平台的实现
2.1 动力装置-油泵的选定
液压缸的工作压力为18MPa, 试压压力要比工作压力高30%。试压压力为18×0.3+18=23.4MPa。由于该液压系统管路短, 控制阀少, 压力损忽约不计。查液压手册选用31.5MPa的柱塞泵, 型号为63PCY14-1B。电机功率按压力25MPa;油缸速度为0.004m/s;油缸活塞面积为0.096m2;则流量为Qh≥6.6VA=6.6×0.004×0.096=2.5×10-3m3/s;恒功率变量液压泵, ψ=0.4;柱塞泵的效率0.8计算。即:P=ψPNQN/103ηP=0.4×25×106×2.5×10-3/103×0.8=31.3 (k W)
查手册选用电机功率为3 7 k W, 型号Y225s-4/37kw。
2.2 控制元件配置
在出油管上安装溢流阀, 型号LG2V-6-G (如图件7) , 稳定液压系统的工作压力, 使荷引起的反向冲击损坏油泵, 使油液单向流动。系统选用三位四通Y型中位机能的手动换向阀 (如图件11) , 型号DMG-03-3C4-50。选用液控单向阀 (如图件12) , 型号MPW-03-50, 组成锁紧回路。
2.3 辅助元件的选定
2.3.1 油箱
泥炮打泥油缸的内径为350mm, 活塞行程1 150mm及油缸的容积为:
油箱容积长9 0 0 m m、宽7 0 0 m m、高600mm、选用8mm厚A3钢板焊接而成。油箱体积V=0.9×0.7×0.6=0.38 (m3)
2.3.2 放油阀
油箱底部安装球阀 (如图件1) , 型号Q11F-16 DN10, 便于更换油时排放废油。
2.3.3 工作介质-液压油
选用46号抗磨液压油, 与在线系统相同。
2.3.4 其他辅件
安装液位计观察油位情况。油箱顶部安装空气滤清器, 其作用是液压系统油箱必须和大气相通, 也起加油通道的作用, 泵的进口前安装滤油器 (如图件3) 型号WU-160J, 过滤混在油液中的杂质, 使进到系统中去的油液的污染度降低, 保证系统正常工作。管路上安装3个压力表, 型号YN-60, 件8检测系统压力, 件14检测试压压力情况。液压锁与油缸之间的管路上安装2个高压球阀 (如图件13) 型号YJZQ-10W, 起卸荷作用, 该系统管道全部选用φ32×4的无缝钢管, 选用O型密封圈密封管道接头。
2.4 液压泵电机电气控制
油泵电机控制采用正转单向控制线路, 控制原理图略。主要有主回路接触器、空气断路器、热继电器。付回路主要有付线空开, 启停按钮等。也可以检测液压试验平台系统的工作压力, 设置压力继电器, 分别设定上限值和下限值。超限时停泵。上限值主要保护油泵和电机, 下限保护漏油和爆管。
3 检测试压平台应用
液压试压平台安装好后, 研究者对其进行检测, 将换向阀打到中位, 启动泵, 压力调至25MPa, 观察压力变化情况, 运行情况正常, 则符合设计要求。
油压缸修复后, 联接好油路。通过试压检测, 动态负荷检测, 完全模似了高炉生产时的工况, 保证修复缸及备用缸的动态性能。满足了该厂高炉连续生产特性需求。
4 结语
泥炮是高炉炼铁的关键设备, 其工作的连续可靠性直接影响高炉的顺产、连续、高效。设计和实现了液压试验平台系统有及其重大意义。液压试验平台液压系统由五个部分组成, 即动力元件、执行元件、控制元件、辅助元件和液压油。液压试验平台解决了类似液压泥炮油缸动态性能的检测验证。保证修复缸及备用缸的动态性能。满足了高炉连续生产特性的需求。
参考文献
[1]机械设计手册编委会.机械设计手册[M].4卷.北京:机械工业出版社, 2007.
[2]成大先.机械设计手册, 单行本, 液压传动[M].北京:化学工业出版社, 2004.
[3]李玉林.液压元件与系统设计[M].北京:北京航空航天大学出版社, 1991.
液压传动试验平台 篇2
关键词：交流牵引传动；互馈试验台；双逆变器；DCT控制
中图分类号： TM921.2 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）10-195-2
0 引言
本文研究的牵引传动试验平台由交流牵引传动变流系统、计算机控制系统、计算机测试系统组成。采用“双逆变器—电机”的能量互馈技术，由两套变流器-电机联轴背靠背组成，两台电机的能量互馈。用以模拟轨道交通车辆牵引传动系统的牵引、制动等各种工作状况，完成对其系统部件如变流器、牵引电机、脉冲整流器的各种试验，以及列车牵引特性试验。
1 交流牵引传动试验台设计
1.1 交流牵引传动变流系统
牵引传动系统采用“双逆变器—电机”的能量互馈技术，其主电路如图1所示。由低压开关柜、四象限整流器、牵引变流器、负载变流器、辅助变流器、牵引电机、UPS电源等构成。
两组“逆变器—电机”机组互为牵引和负载。当牵引机组处于牵引工况运行时，负载机组为制动工况；同样，当牵引机组为制动工况时，负载机组工作在牵引工况，给牵引变流器提供恒定的制动负载，解决系统负载问题及能量利用率问题。接受并执行试验操作台模拟的地铁列车司机操纵指令；进行牵引电机转矩控制，混合电制动控制，防冲击控制，空转/滑行控制，空重车控制，牵引/制动切换控制等反转保护，进行系统控制逻辑检测和故障诊断、显示、记录。
牵引变流器采用大功率IGBT构成的电压型调压调频（VVVF）变流器，变流器采用PWM控制技术，由牵引控制单元控制IGBT的开通与关断。当地铁列车在牵引工况时，三相逆变器将直流电变为电压和频率可调的三相交流电，控制4台并联牵引电机的转矩和转速；当地铁列车再生制动时，将牵引电机输出的三相交流电整流成直流电反馈回电网。当电网吸收能力不足或不能吸收時，斩波相则提供再生制动能量释放的通道。
1.2 计算机控制系统
试验台配备计算机控制系统，通过软件实现对地铁列车的牵引制动的控制，由主变流器DSP牵引控制单元、工控机、控制台电控部分构成。工控机与DSP牵引控制单元通过CAN总线连接。通过工控机对变频电源的控制，实现在允许速度、功率范围内，依据给定速度指令恒速运行；在允许转矩、功率范围内，依据给定转矩指令恒转矩运行。
主变流器DSP牵引控制单元完成对变频器的核心控制算法（DTC直接转矩控制）、上位机进行通讯获取控制指令，反馈变频器的工作状态，并通过开关量输入输出接口测取转速和控制台主令电器的控制指令，输出对主开关的控制信号。
工控机运行牵引传动试验系统各单元的控制程序，直接实现被试件的运行控制，同时实现试验系统的自检、系统初始化、通信管理等，显示各变频电源、电机、电源等主要设备的工作情况和运行参数，进行故障信息显示和记录，显示主要参数波形图、数据表。
电控部分通过操作台上的司机控制器、按钮、旋钮、仪表及指示灯进行控制调节和显示，实现电机的启动、运行和停机以达到城轨列车各种运行试验工况。
1.3 计算机测试系统
测试系统是一个网络通信系统，由测试主计算机、功率分析仪、测量转换电路、转矩转速传感器、电压测量模块、电流传感器等组成。随时监控着控制台的网络信号反馈。与控制计算机配合运行，可替代司机控制台对列车的控制。
2 交流牵引传动试验台工作原理
牵引变流系统通过一组四象限脉冲整流器为模拟列车牵引部提供直流动力电源，列车母线电源为DC 510V，母线电源分别为列车牵引变流器、模拟负载变流器及列车辅助变流器提供动力电源。负载变流器为与牵引变流器同等功率的电源，与牵引变流器可互为牵引和负载，且可以四象限运行。牵引变流器控制牵引电机处于牵引工况运行时，负载变流器控制负载电机为制动工况，给牵引变流器及电机提供负载，给定的负载既可以是恒定的，也可以随牵引力的变化而变化。同样，当牵引变流器控制牵引电机工作在制动工况时，负载变流器此时工作在牵引工况，给牵引变流器提供恒定的制动负载。无论整个牵引变流系统处于牵引工况还是处于制动工况，总有一组变流器是工作在发电工况的，且发出的电
能可以通过变流器的四象限控制，回馈到直流母线上。回馈到直流母线上的直流电源也将再供给用电工况的变流器使用，如列车辅助变流器在供电直流母线侧取动力电源，来模拟通风，空调等设备的实际电源，构成了电源的系统内部循环。
3 交流牵引传动系统控制特性研究
牵引变流器控制采用DCT直接转矩控制技术，将上位机给定值和控制指令转换成变流器用的控制信号，对整流器、变流器、牵引电机进行控制。DSP牵引控制单元每25μs将测量的电机电流值和直流回路电压值输入到一个自适应的电机模型，并精确地计算出电机的转矩和磁通。磁通和转矩比较器把实际值与磁通和转矩控制器计算的给定值进行比较。根据转矩误差，磁链误差及磁链的相位，采用优化策略，选择合适的电压矢量及电压矢量作用的时间，在较低的开关频率下，达到最小的转矩脉动和转矩的快速响应的性能，从而最好地满足牵引特性要求，实现对陪试电机的精确控制。
试验证明，控制系统具有精确的速度控制特性，速度控制器基于PID算法，静态速度误差为电机额定转速±0.1%（不带脉冲编码器），动态速度误差的典型值在100%；负载转矩阶跃下，为±0.2%… 0.5 %sec；动态速度误差取决于速度控制器的调节。
相较于电流矢量控制，DCT直接转矩控制能使逆变器的开关直接由电机的核心变量磁通和转矩控制，不需要轴的速度和位置反馈，每个逆变器的开关过程单独确定，在70%转速时，转矩阶跃时间少于3ms，不需要速度和位置编码器即可满足性能要求。
4 结语
本文对交流传动互馈试验平台的功能、原理、结构、控制特性进行了研究，系统采用双DSP技术的全数字化控制硬件系统，可快速高效地实现复杂的控制策略，采用先进直接转矩控制（DTC），其控制结构简单，控制手段直接，可实现对负载电机静动态性能的高效和高精度控制，使得电机的驱动及调速控制更加灵活、简易，控制精度更高。同时能够利用小功率等级的电源进行大功率等级的系统试验研究，具有较好的节能效果。
参 考 文 献
[1] 霍连文，郭建斌.采用双变流器——电机能量互馈的交流传动试验系统[J].机车电传动，2004（04）.
液压传动试验平台 篇3
一、教学中存在的问题
液压传动是一门较为抽象的课程,教学内容较多,但是课时安排较少,并且与其他课程知识又没有太多的连贯性,因此在实际教学过程中,教师就需要在有限的教学时间内让学生掌握较多的课程内容,并且将抽象的教学内容转化为能够让学生非常轻松就能够理解和掌握的知识,而将来学生毕业之后,遇到相关的液压系统故障时还能够正确运用基本知识解决一些基本的问题。因此,对这一课程的改革也就势在必行,要求教师能够通过对液压传动试验平台进行有效的分析和研究,并且以此来提升学生的实践能力,提高学生的动手能力。但是在传统教学过程中,一些问题却仍然存在。
1. 教学方式沿用传统的“传授式”教学。
液压传动这一课程中有很多概念,很多教师在讲授这一课程时都是照本宣科,例如对液压系统的运动速度取决于流量这一概念,学生没有工业背景,是很难理解的。但是如果不能很好地让学生理解这些基础理论知识,而直接讲一些应用如一些构成的回路等问题,就可能会让学生在遇到系统故障的时候无法解决实际问题。因此,这种传统的“传授式”教学模式无法激发学生学习这一课程的积极性和主动性,课堂气氛也无法有效调动,对于学生的实践能力和动手能力的提升没有提升。
2. 实验课程不能有效提升学生的动手能力。
液压传动这一课程具有较强的实用性,课程中也安排了较多的实验课程,但是在教学过程中并不是所有学生都能够积极参与到实验中去,而大部分学生只是在看老师或其他少数学生做实验。同时,虽然很多学生也参与了验证性实验的过程,但是并没有真正做到对这一实验的分析和研究,而只是机械地重复操作步骤,然后记录数据并且处理数据,无法真正提升自身动手能力和实践能力。
3. 教学手段仍然缺乏先进性。
虽然随着计算机和网络信息化技术的不断发展,教学手段有了较大程度的提高,但是教学资源却不能得到有序和有效的管理,教师在教学过程中无法从庞大的教学信息资源中发掘并且充分利用有效的信息,也就无法将优质信息资源转化成有效的教学,这对于液压传动这一课程的分析和研究也就达不到应有的效果,自然无助于提升学生实践能力和动手能力。
4. 考核方式不适应课程自身特点。
当前大部分学校对液压传动这一课程的考核仍然沿用传统的期末一次性考核这一方式。这就导致了大部分学生平时课上不能够积极参与教学,而只是在考试前看看书,更谈不上对教师在课上讲解的理解,对于一些重要的工程实际相关问题更是无法深入理解。对于这一课程理解能力的欠缺自然也就会影响到毕业以后不能正确解决工作中的实际问题。
二、提升学生实践动手能力的措施
1. 以应用能力培养提升学生实践动手能力。
教师在对液压传动这一课程进行教学时,对于一般的基础理论知识,教师可以不做推理计算,只是应用其结论和结果;对于复杂的基本概念,教师可以让学生通过类比法等方式进行理解。例如,对于压力和流量的教学中,教师就可以让学生分析和研究电路图与液压回路图的相似之处,进而为液压传动实验平台的教学提供帮助。
通过范例液压系统的讲解,让学生通过讨论归纳出液压系统的组成、液压传动系统的工作原理、液压传动系统的特点,培养学生的分析和研究能力。在讲述完范例液压传动的工作原理及组成之后,启动项目教学,让学生以小组为单位去图书馆或通过网络查找现实生活中使用液压传动的一个实际装备,如液压机床,建筑工地常见的挖掘机、起重机等。每个小组确定好对象后,首先了解该装备的作用及它的工作要求和工作过程,对该装备有一个简单的了解,最好在实际生活中拍摄该装备的工作过程或在网上查找工作过程视频,然后获取该装备的液压控制原理图。学生按照自己所选的液压系统,根据教师上课所讲内容,结合所选装备对液压系统原理图进行全面分析:系统选择哪些元器件,由哪些基本回路组成,系统如何工作达到要求。例如:讲到元件部分,学生可以分析自己所选系统里有什么元件,各个元件在系统中的作用;讲到回路部分,学生可以分析所选的设备里液压系统里有哪些基本回路,回路的性能等。最后对其所选设备整个工作过程、原理,以及设备的安装等进行整理,做好课件,再上讲台进行讲授等,锻炼其表达能力,通过这种形式可以充分发挥学生学习的主观能动性,使学生积极、认真、充分地参与课堂教学过程,这样既丰富了学生的视野,又锻炼了其实践能力和动手能力。
2. 建立培养学生的应用能力和工程技术素质的实验体系。
作为教学内容的重点,实验教学在液压传动教学中具有重要作用。为了提高学生的实践能力和动手能力,教师有必要对这一课程的实验内容进行一定的创新。例如在进行典型液压元件拆装实验教学过程中,教师就可以指导学生分组对液压元件进行拆装工艺的学习。在进行相关元件的拆装之前,教师可以让每一名同学都对实物元件进行结构描述,掌握实物元件的结构,然后按照拆装工艺进行有序拆装。教师教学创新可以增加学生对实物元件的测绘造型,例如教师可以让学生对液压阀或者液压泵的零件进行测绘,让不同的学生对不同的零件进行测绘,然后用相关软件对测绘零件进行三维造型,最后再将各个零件的三维造型进行汇总装配,并生成爆炸图。通过学生对液压元件的结构的拆装分析和研究,能够有效提高学生的动手能力和实践能力,并且能够让学生在有限的课程教学时间内掌握相关液压元件的工作原理,提高自身应用水平。
液压基本回路实验也是一个重要的教学实验。对这一实验的教学,教师可以首先将基本回路的连接实验演示给学生,然后让学生自行设计回路,设计完成之后再让学生到讲台上进行演示。在演示的过程中,学生还要对自己设计的回路进行讲解,讲解自己设计中用到了哪些元件,每个元件起到了什么样的作用等等。这样的教学过程不仅让学生对回路实验所需的每个元件的作用有了深入的了解,更让学生深入理解了每个元件的原理,同时还提高了学生的实践能力和动手能力。
3. 充分发挥信息化优势进行互动教学。
计算机技术的发展和信息化技术在教学中的不断应用,使得教学改革发生了重要变换,教学方法和教学手段也不断创新。液压传动教学也需要不断改革和创新,不断增强教学中的互动功能,让学生充分参与到液压传动的分析和研究中去。教学互动不仅仅是学生与教师之间的互动,还要有学生与学生之间的互动和交流,让学生随时参与到液压传动的分析与研究中去。教师可以将一些液压传动试验平台中常见的问题在互动平台中让学生思考,然后通过学生对这一问题的分析与研究进行解答。这就让教师能够对学生了解和掌握液压传动试验平台相关内容的程度有所认识,在实际授课中就能够有针对性地进行讲解,同时也提高了学生对液压传动试验平台中一些教学难点和重点的分析和研究的能力。
4. 创新传统学科考核方式。
液压传动是一门动手能力非常强的课程,因此,对于学生成绩的评定也不能仅仅由单一的期末考试成绩来评定学生学习掌握知识的能力。因此,教师就要改变传统的学科考核方式,创新学科考核方式,通过更加科学合理的考核方式提高学生的动手能力和实践能力。例如,可以增加学生平时课上回答问题或发表自己对这一课程分析研究的活跃程度的考核,只要学生能够积极参与课题教学,不管学生的见解是正确的还是错误的,都是学生对问题的分析和思考,都可以给学生加分。
三、结束语
学生实践能力和动手能力的提高是一项系统工程,需要在教学过程中协调各个相关部门,而这其中主要是教师教学改革的不断创新。只有通过让学生真正参与到液压传动试验平台的分析和研究过程中去,才能够不断提升学生对这一课程的积极性和主动性,也才能充分调动学生的学习兴趣,达到提升学生动手能力和实践能力的目的,也才能取得良好的教学效果。
摘要：通过对液压传动试验平台的分析与研究,将提高和培养学生的实践动手能力作为教学目标,通过调整教学内容,达到学以致用的目的。在教学过程中,创新教学模式,通过让学生参与液压传动试验平台的研究,提高学生在短短的教学课程范围内提高实践能力,接受教学内容。不断改革教学考核方式,通过让学生实际参与到液压传动试验平台的分析中来的方式,全面提升教学课程的效果,并对教学和学生学习效果进行真实有效的评估。充分发挥网络信息化教学的优势,不断创新课堂教学模式,提升学生实践能力和动手能力,最终提高教学成效。
关键词：实践能力,液压传动试验平台,课堂教学,教学改革,创新
参考文献
[1]许迎莹.试析例谈任务驱动教学法在机械基础课程中的运用[J].科技视界,2012,(6):72,74.
[2]李强,粱颖.探索液压传动课程的范例教学模式[J].昆明冶金高等专科学校学报,2012,28(3):65-68.
虚拟样机技术在液压试验台中的应用 篇4
关键词：虚拟样机技术 液压试验台
液压控制技术以机械制造、微电子及计算机、材料工程、数学、力学以及控制科学为依托，充分发挥自身优势，变得更为绿色化、模块化和智能化。在此形势下，基于虚拟仪器技术的新型液压实验台正以其功能完善、性能灵活而且造价较低等优势，广泛应用于各大院校和中职院校。
一、虚拟仪器的工作原理
液压试验台采用虚拟样机技术。这是一种基于产品的计算机仿真模型的数字化设计方法。虚拟样机技术融合了先进的建模仿真技术、设计制造技术和现代管理技术，并将这些技术应用于产品的全生命周期和全系统的设计，进行综合管理。
在液压试验台中，虚拟仪器利用I/O接口设备完成信号的采集、测量与调理，由计算机软件实现信号数据的运算、分析和处理，通过计算机显示器模拟传统仪器控制面板并输出检测结果，完成各种测试功能。计算机在虚拟仪器中处于关键地位，用户可以在现有条件下通过修改软件改变仪器的功能。
采用虚拟样机技术的新型液压试验台能自由定义。虚拟仪器基于计算机网络技术和接口技术，硬件实现模块化、系列化，软件将多种检测功能集成于一体，不仅缩短了检测时间，也提高了检测的速度、精度、可靠性。数据处理器建立的功能性数学模型，使测试数据不会随时间发生变化，保证了检测结果的稳定性和可重复性。虚拟仪器面板上的控件都是与实物相对应的图标。每个图标都对应着相应的软件程序，用户可使用鼠标进行操作，也可根据自己需要，组合相应的模块实现不同的检测功能。
二、虚拟仪器的构成
虚拟仪器由硬件系统和应用软件两大部分构成。硬件系统由计算机硬件和测控功能硬件两部分组成。计算机硬件平台就是各种类型的计算机。计算机作为虚拟仪器的硬件支撑主要用来管理硬件、软件资源。测控功能硬件主要完成被测信号的放大、A/D转换和数据采集。具体测量仪器硬件模块是指各种传感器、信号调理器、A/D转换器（ADC）、D/A转换器（DAC）、数据采集器（DAQ）。
作为虚拟仪器的核心，高性能的软件模块是虚拟仪器软件技术的重点。根据VPP系统规范的定义，虚拟仪器系统的软件结构有：仪器I/O接口软件、应用软件和仪器驱动程序。I/O接口软件是对系统进行测试的软件基础，存在于I/O接口设备与仪器驱动程序之间，主要任务是完成对寄存器的数据的直接存取操作，并为仪器和仪器驱动程序传递信息。
仪器驱动程序存在于每个仪器模块。仪器驱动程序的实质就是为用户提供函数集。这些函数集用于抽象的仪器操作。应用程序对仪器的操作是通过仪器驱动程序实现的。只要有了仪器驱动程序，应用程序设计人员即便不了解仪器内部的操作过程，也可进行虚拟仪器系统的研究和设计工作。应用软件建立在仪器驱动程序之上，直接面对用户，提供给用户一个满足用户功能要求的友好界面。图形化软件开发平台的提出使编程人员不再需要文本方式编程，可以减轻系统开发人员的工作量，使其将主要精力集中投入到系统设计中。
三、虚拟仪器的应用
传统的液压实验台功能单一，设备大多由继电器电路控制，控制技术落后，自动化程度低，不能反映液压技术与微电子及控制技术的有机结合，操作繁琐，实验抽象，测试精度低，不能满足培养具有创新思维的高科技人才的要求。
根据电液比例阀和电液伺服阀的静、动态特性测试要求，确定基于虚拟仪器的电液比例阀和电液伺服阀测试系统方案。利用虚拟样机技术，可以对电液比例溢流阀的性能测试有：稳态压力控制特性测试、稳态负载特性、输入信号阶跃响应特性测试、负载流量阶跃响应特性测试、频响特性测试。电液比例方向阀的性能测试有：稳态流量控制特性测试、稳态负载特性测试、压力增益特性测试、输出流量与阀压降特性测试、输入电信号阶跃响应特性测试、频率响应特性测试。电液比例流量阀的性能测试有：稳态流量控制特性测试、稳态负载特性测试。电液伺服阀的特性测试有：负载流量特性、空载流量特性、压力特性、频率响应测试。
虚拟仪器作为教学的新手段，正在改变传统的教学模式。在实验室建设中，如果配置常规仪器、仪表，学校财力难以支付。运用虚拟仪器技术不但能满足实验教学需要，而且还可将这批微机用作其他有关计算机课程的教学用机，提高设备利用率，降低实验室建设的成本。虚拟仪器与现有仪器配合，逐步取代传统仪器，是一个必然的发展趋势。
液压夯夯实效果试验分析 篇5
高速液压夯实机对于解决高速公路桥台、桥涵侧回填土的质量不高的问题具有非常灵活的适用性和有效性[1]。因此在国内外, 常将液压夯配置于挖掘机上, 应用于边沟, 电缆沟等采用常规压实机具难以压实处的夯实[2]。在某高速上, 对桥台锥坡, 邻近桥台台背的填方用液压夯进行了夯实。为掌握夯实效果, 我们进行了相关试验。试验包含两个部分:一是专门针对页岩填料进行的液压夯夯实影响深度和压实效果试验, 二是在试验段某原动探孔位置, 在液压振夯后再进行动探, 比较夯实效果, 其土质为含卵石粉质粘土。
2 试验结果与分析
在试验路段, 定出一块顺路线走长约5m的半幅路基, 挖出桥台背填土后, 松铺2.5m厚的页岩土, 用液压夯振夯。振动过程中, 用肉眼观侧填土表面, 当其高程不下降时, 即停止振压。对选定的试验段, 垂直路线走向方向用液压夯振压了两个循环, 每循环振压四遍;平行路线走向方向振压了一个循环, 共三遍, 至此, 填土表面高程用肉眼看不到下降。
在振压好的填土上, 分别进行了轻型动力触探试验和不同深度的密度裁定, 密度测定采用灌砂法。轻型触探试验共测了三个测点密度测定的分层厚度为加20cm。
通过试验, 得到了表1和表2所示的不同深度触探锤击数和不同深度密度测定结果, 以及根据这终结果绘出的锤击数N和压实度随深度的变化图 (图1、图2) 。
由表2数据可见, 当深度大于60cm时, 其压实度小于80%。填土厚度分别为60cm、40cm时, 压实度分别仅为85.2%和90.9%。
北段的试验安排在CQI合同段K4+877.6桥桥背填方K7+975处和CQ2合同段K12+520桥桥背填方K14+290处, 这两处在采用液压夯振压前已进行过动力触探, 在振压后进行测定时, 发现K4+875处和K13+290处分别在原路基表明加填了2.3m和0.6m的砂卵石, 两处在振压后测定的63.skg动力触探锤击试验结果如表3和表4所示, 表中仅按0.5m间隔列出了试验数据。
将原有动探结果和振压后相同层位的结果相比, 得出:
a.K4+875处, 原探孔0~0.5m范围内, 填土压缩模量有明显提高, 平均锤击数为7.25击, 压缩模量13.34MPa, 而原探孔的平均锤击数为2.69击, 压缩模量为5.31MPa;0.5m~1.0m范围内, 填土压缩模量有较大提高, 平均锤击数为4.66击, 压缩模量8.58MPa, 原探孔的平均锤击数为2.69击, 压缩模量为5.31MPa, 1.0m以下坡土无明显变化, 平均锤击数为2.85击, 压缩模量为5.58MPa, 原探孔的平均锤击数为z.69击, 压缩模盘为5.31MPa。
b.K13+290处, 原探孔0~0.4m范围内, 较振压前有较明显变化, 平均锤击数为5.73击, 压缩模受10.36MPa, 而原探孔的平均锤击数为2.40击, 压缩模量为4.83MPa:0.9m以下无明显变化, 平均锤击数为2.40击, 压缩模量为4.83MPa.原探孔的平均锤击数为2.42击, 压缩模量为4.61MPa。
3 结论
由两个路段的试验结果, 可综合得出如下的结论与建议:
a.无论是页岩还是粉质粘土, 液压夯的振压影响深度不超过100cm, 当深度超过60cm时, 振压效果明显减弱。
b.用液压夯振压路基, 当填土厚度不超过40cm时, 其压实度可望达到路基90区和93区要求;当填土厚度不超过20cm时, 则可望达到路基95区要求。
c.液压夯应用于桥台背等普通压路机不易或不便压实的小区域填土压实是可行的, 但应注意填料厚度、粒径、含水量和振压遍数的控制, 要达到90区压实要求, 填料松铺厚度不宜大于50cm;达到93区压实要求, 填料松铺厚度不宜大于30cm;达到95区压实要求, 填料松铺厚度不宜大于25cm, 振压遍数不宜小于8遍。
d.当压实范围太大时, 采用液压夯压实不经济。
参考文献
[1]陈基灿.高速液压夯实机技术在韶赣高速公路涵洞台背填料夯实补强的工程应用[J].交通世界 (建养.机械) , 2009, (8) .
微型液压挖坑机研究与试验 篇6
山西地处黄土高原,是典型的干旱地区,旱地面积占全省总耕地面积的7成以上。山西省政府提出,全省上下必须把建设“绿色山西”作为事关山西未来发展的重要战略决策。建设“绿色山西”是山西经济社会实现可持续发展的必然要求,是山西省全面建设小康社会的重要内容。“绿色山西”追求的是绿色GDP的增长,是从人口、资源和环境总体出发,寻求山西可持续发展基础性战略。目前,山西省大多数地区为黄土高原、干旱少雨、森林覆盖率低,农业生态环境较差,严重影响了农业经济的发展。国家要求加大农林环境在边远山区、不适宜耕种的小块地实行退耕还林,荒山荒坡树造林改善生态环境。为了实现农、林业的可持续发展,在适宜地区实行退耕还林,提高土壤肥力,减少土壤水蚀风蚀,改善农业生态环境等方面取的显著效果,山西省大规模发展植树造林,种树种草,种植保水、保土和防风的灌木。
1 研究现状
微型液压挖坑机是山西省农业机械化科学研究院最新研制成的植树、绿化经济林木移栽多功能机械装备。主要部件配置采用最新研究开发的专利机构。微型液压挖坑机有如下特点。
(1)机动灵活,移动方便。本机开发的手推自行式微液压挖坑机,手推移动作业也可装配液压马达自行作业,配套3.7～5.2 kW(5～7 hp)风冷直喷高效柴油机,整机宽度0.6 m,高度1.2 m,非常适于小型地块,山地丘陵、地边、路边、林边、果园林地补栽、补种植树造林绿化等多功能作业。
(2)操作简单,自动化程度高,安全可靠。本机一般劳动力、男女均可操作,自动升降,操作人员离挖坑钻头1 m以上,安全可靠,本机质量只有180kg,推车式移动,方便可靠,使用安全。
(3)作业效率高。与国内手持式微型汽油挖坑机比较,本机使用四冲程风冷柴油机,动力配备效率高,省油,降低油耗20%～30%,维护保养简单,自动化程度高,使用安全可靠,与手持式比较提高作业效率30%。
2 研究主要内容
(1)依据农艺要求,提出挖坑机的主要技术参数,对挖坑机进行总体设计。
(2)依据机械设计理论对挖坑机的关键部件进行设计。包括钻头的设计、液压系统的集成设计与计算以及机架等部件的设计。在分析现有普通挖坑机型的通用钻头的基础上,对微型挖坑机配套直径小于500 mm、钻孔深度小于600 mm的单螺旋钻头,就提高其适应性、降低扭矩、简化结构和减小重量进行专题研究。研究与田间作业微型机具配套的液压集成系统,可配液压行走驱动装置,预留多功能液压驱动接口,为今后开发新型田间自动化作业机械提供基础部件和设计经验。
(3)对样机进行性能测试和生产实验。性能测试包括钻头主要磨损件的测试、作业性能的测试、挖坑机扭矩测定和消耗功率的测试;生产实验包括挖坑机零部件作业可靠性、适应性、耐磨性、调整保养方便性及使用经济性等。
研究的方法为:在生产现状调查的基础上,对挖坑机进行理论分析与计算,以及机构设计;制作样机并通过试验进行性能分析。
3 总体设计
3.1 适用范围
多功能液压微型植树挖坑机主要用于小块地、丘陵坡地、城市园林、居民区绿化植树、三边植树(路边、田边、林边)、果园更新及林区补栽等大型植树挖杭机难以作业的场地所在地。
3.2 主要技术性能指标
整机质量:≤180 kg,可自行或人工移动
挖坑直径:200～400 mm
深度:400～500 mm
作业效率:>60个/h
外形尺寸:1 600 mm×600 mm×(800～900)mm
机组形式:手扶移动式
多功能用途:可用于修剪草坪、树木、割草、收割灌木(如拧条)及干鲜果品的收获等。
3.3 农艺技术要求
苗坑尺寸:直径300～400 mm,深400～500 mm
适于土壤:中土壤、生黄和黏土,直径<50 mm碎石混土地面(配特殊钻头)
绝对含水率:15%～25%
地面压实度:0.5～1.5 kg/cm2
3.4 技术经济参数
生产率:60～120个/h
生产操作:2人
燃油油耗:1.1～2.0 kg/h(柴油)
3.5 工作原理
该挖坑机的动力来源于油泵,液压油通过各控制元件来驱动液压马达,由液压马达驱动钻头作旋转运动,用液压系统来控制其钻头的进给速度。臂架的升降由液压缸伸缩控制,装在液压缸上的一只平衡阀是防止臂架由于自重而下落的安全装置,臂架的伸缩动作由连接在主臂和伸缩臂间的液压缸控制。由油泵输出高压油通过管路驱动马达,在挖坑作业过程中,以手柄微调速度,以便控制钻头作垂直进给。实际挖坑机挖穴过程是切土、升土和抛土过程的连续进行,控制要求的深度时,在升降机构的作用下,将钻头提起,同时把已切下而尚没输送出来的部分土壤随钻头上升抛至穴的周围,然后转移到另一个位置重新开始挖穴过程。
3.6 工作过程
启动动力,移动挖坑机,操作升降手柄,将钻头贴近地面,使钻头对准坑孔中心位置,即用钻头尖进行定位,结合动力输出,开始低转速使钻头平稳入土后,随即加大油门提高转速,当钻头达到要求深度时,降低钻头转速,同时提起钻头,当钻头上升到坑高约2/3处,停止钻头旋转,这样可减轻钻头的摆动,防止传动轴损坏,将钻头继续提升到运输状态向前移动挖坑机,到下一个挖坑机的标记,按上述步骤继续作业,根据预定行,株距由前向后顺序作业。作业之前,必须将土地做好标记。作业方向如图1所示。
注意:①(在压下钻臂控制手柄钻臂下降,上抬手柄钻臂上升,中立位置钻臂静止)缓慢下降钻,开始打孔,观察动力负荷,转速变化不大可适当加快下降速度,转速下降过快停止钻臂下降,发动机转速恢复后继续挖坑,一般10～20 s可挖1个坑。达到钻孔深度后升起钻臂,减小油门、向后移动挖坑机到下一挖坑地点,继续作业。②对于硬土层,应更换硬地钻头,沙石土层用沙石钻头,作业速度适当降低,开始钻孔一定要缓慢下降钻头,以防钻头卡死。
根据上述设计依据及工作原理,总体方案定为:短距离人工移动作业的微型液压自动挖坑机(自动钻臂升降、小车轻便移动、钻头液压驱动、内燃机动力)。
3.7 钻头的设计
钻头是挖坑机的主要工作部件,在设计中对生硬土层、山区卵石土层、冻土层及果树施肥钻头等特种钻头进行了初步研究开发。钻头的设计是在作业技术要求的坑直径、坑深、土壤类型和挖坑前的立地情况等条件下进行,参照现有普通挖坑机机型的通用钻头,对微型挖坑机配套直径<500 m m,钻孔深度<600 mm的单螺旋钻头,就提高其适应性、降低扭矩、简化结构和减少质量等进行了研究。
该机采用螺旋型钻头,可挖范围0.5～16.0 m,特别对冻土型切削刀具,钻头采用了整体结构,由刀体及焊在其上的硬质合金刀片组成,刀体厚度根据钻孔直径不同而定,材料采用面磨性和耐冲击性较好的钨钴硬质合金。由于土层之间的摩擦力与被输送的内层土壤的离心力成正比,这个离心力越靠近钻轴的地方,则越小,同时螺旋升角越大,如果钻头速度不够大,则在某一半径r范围内的土粒将不能随着外层土壤上升,当钻头达到某一速度时,在螺旋中部形成一个没有土壤的空间。
(1)刀片的选取与参数的确定。
刀片:选用梯形刀片,入土性较好,阻力小
安装角度:根据实验资料分析,安装角度<45°为宜,本机经验取30°
刀片的厚度:8～10 mm。
刀刃的厚度:0.5～1.0 mm。
刀片的材料:65 SiMnRe钢或65 Mn钢
刀片硬度:HRC46～60
(2)螺旋外直径的确定。
螺旋外直径是根据坑直径确定的,钻头螺旋的外直径应取略小于坑直径,它随着挖坑的土壤类型不同而有所差异。
(3)螺旋长度的确定
一般钻头螺旋长度H0应不小于坑深H,即
该机根据挖坑深度<600 mm,取H0=570 mm。
3.8 样机性能测试
试验样机在山西省文水、晋中和太原小店北畔村林场进行了性能及生产考核,如图2所示。单机试验1 000个坑,单机累计作业量超过3 000个坑,所以该机具的稳定性和操作性满足要求。
在正常作业相同的条件下进行,采用BLHA-2扭矩传感器(容量226 N·m)。配套压力传感器8.9 kN测力环。本项目测定委托国家法定农机计量检测部门山西省农机鉴定站进行,按其拟定检测方案进行仪器自备。分别记录,最大扭矩、转速和功率消耗。经验测,扭矩及功率消耗均符合设计要求。
4 结论
经过对多功能液压微型挖坑机的研究与试制,该机主要解决了小型地块、缓坡、丘陵、地头、渠道、路边绿化和园林苗圃的植树造林挖坑。同时更换工作部件还可以兼顾林、果、草业(割草、修剪灌木、割灌和果树施肥等项目)等多功能作业。适于一般中壤土、生荒土层的植树打孔挖坑。该机具通过省级科技成果鉴定达到国内同类产品领先水平,具有较好的推广应用前景。
参考文献
[1]于建国,屈锦卫.国内外挖坑机的研究现状及发展趋势[J].农机化研究,2006(12):38-41.
[2]武广涛,前国胜,李美华.国内造林机械及发展前景[J].林业机械与木工设备,2003(11):4-5.
[3]林益民.论我国营林机械化现状及发展对策[J].林业科技情报,2002(1):81.
[4]郭贵生,高梦祥,郭康权,等.基于MATLAB挖坑机螺旋钻头参数的研究[J].西北农林科技大学学报:自然科学版,2003,31(3):79-82.
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[6]刘少刚.挖坑机钻头转速及进给量的优化选择[J].林业机械,1989(3):27-31.
液压测力传感器性能试验分析 篇7
传感器体由储液缸、承载液体、液压变送器和荷载分散板四个部分组成, 为保护液压传感器, 通常配有变送器的保护盖。嵌入式轴承储层流体, 用于承受负载, 将负载信号转换成液体压力。为减少温度的影响, 液体腔室体积尽可能地小。该发射器具有将液压信号与负载信息转换成电信号的作用。负载分散板有将光缆锚固螺母应力均匀地传递到弹性贮液筒的作用。
二、传感器性能试验研究
1. 力值传感试验。
该传感器的预加载满量程三次, 进行至少6级的荷载试验, 每次加载的载荷保持时间为30秒?1分钟。卸载后每次被加载, 等待返回到零的时间至少为30秒。4000k N液压传感器进行反复荷载试验, 标准传感器采用0.3级5000k N标准力仪设备EHB-5000, 数据采集仪具有2000标准负载表。三次加载显示传感器的灵敏度是333.4k N/m A, 线性度为1.7%时, 最大可重复性误差为0.04%, 电流的最大偏差为0.012, 力值最大不确定度为1.0%。
2. 温度影响试验。
为研究传感器在受荷条件下受温度影响的情况, 在锚静载试验台上安装2000k N液压传感器。用热绝缘筒密封罩住, 并用自动恒温装置 (见图1) 连接, 包含传感器, 隔热桶放置可实现温度传感器的反馈控制。室温从31℃的温度加热至50℃, 温度每5℃为一个级别, 进行载荷试验。恒定的温度负荷由50k N加载到200KN, 然后每个阶段荷载为200KN, 逐步加载到2000k N, 每个阶段都装载5分钟, 连续加载3次, 试验结果表明, 从31?50℃, 根据不同的温度变化最大负载是0.052毫安, 有0.68%FS的偏差。
3. 疲劳性能试验。
为检验液压传感器的疲劳性能试验, 在电缆的实体做测试的过程中在300T疲劳试验机上进行液压传感器的安装和测试, 2×106次加载疲劳试验是在2170?2581k N范围内进行波动, 是通过CLY300-224H液压传感器来进行的。测试结果显示在2×106次疲劳试验后, 测量误差小于3%FS。
4. 长期性能试验。
为检验长期传感器的性能, 在测试室的具体基座上安装CLY200-215H传感器和M15-27锚具, 并加载约1 500KN的作用力, 长期承受, 在同一绳索的两端, 分别安装一个液压传感器, 并对其进行为期一年的传感器测试实验, 实验结果表明:二个传感器在近1年后电流最大负载效应发生了0.447毫安的变化, 相对偏差为1.3%FS。
5. 偏心受载试验。
为了研究偏心受载对传感器的偏心负载效应, 在5000KN液压万能试验机上对CLY200-125H型液压传感器进行分级反复加载和卸载试验时, 试验载荷每级为200KN, 逐级加载至2000k N。液压传感器在5000k N液压万能试验机上做测试, 每个阶段装载200KN的力量, 装载的每个阶段连续加载三次。标准的传感器采用0.3级标准测力仪, 最大偏心量分另取2毫米和5毫米。试验结果表明, 偏心负载有对测量精度的影响很小。
三、结语
液压传感器的高度较小、传载较均匀。对传感器进行荷载传感、温度影响、疲劳试验、长期静载、偏心受载等方面试验研究, 结果表明液压传感器测试性能良好。
摘要：针对液压测力传感器在力值传感、温度影响、长效性能、疲劳性能和偏心受载进行实验研究, 通过实验可知液压测力传感器有广泛的应用前景。
关键词：张力测量,液压测力传感器,传感性能
参考文献
[1]张川.液压传感器及监测系统研究[D].柳州, 广西工学院, 2010:16-37.
全液压底板锚杆钻机的研制和试验 篇8
随着煤矿开采深度的增大, 地应力显著增大, 巷道周围应力增高, 导致巷道变形速度快、变形量大, 底鼓严重[1,2]。同时, 底板的稳定性显著影响两帮及顶板的变形和破坏, 因此, 控制底鼓是深部软岩巷道支护中的一项关键技术。在底鼓的治理中, 底板锚固是较为常用的方法[3,4]。针对该现状, 研究一种适用于底板锚固施工的履带式液压锚杆钻机, 以提高底鼓治理工作效率。
1 结构组成及工作原理
根据实际工况要求, 所研制的底板锚杆钻机主要垂直向下钻孔, 且应该能在一定角度 (10°) 范围内调节;所钻孔主要为注浆锚杆孔;液压驱动各执行部件动作;具备独立的履带行走机构便于移位。根据功能设计要求, 设计整机的结构构成如图1所示。
由图1可知, 底盘行走部位于整机的下部, 不仅提供整机的行走功能, 也是其它部分的安装基础。机架主体为碳钢焊接结构, 强度高。液压马达减速机带动履带的驱动轮, 实现整机的移位功能。底盘行走部的后部设置有后撑机构, 以维持钻进过程中整机的稳定。
钻进部是整机的核心功能部件, 提供钻孔所需的扭矩和推进力, 其结构如图2所示。
钻进部采用柱塞马达作为钻进马达, 提供钻进所需的旋转扭矩。翻转油缸用于调节钻架在竖直平面内的摆动, 以实现与地面成一定角度的钻孔。钻孔前, 撑顶油缸接顶, 防止由于钻进的反作用力导致的钻架及整机摆动。调整油缸带动钻架上下运动, 使得钻架可靠接地。推进油缸提供钻进时的推进力。滑移油缸可以带动整个钻架在水平方向移动, 用以实现钻孔位置的小范围内调整。
电气控制系统主要由电磁起动器、隔爆电机、隔爆控制按钮、急停按钮、矿用隔爆电铃等组成。井下动力电接入电磁起动器, 电磁起动器再与电机以及其它元件连接。电机起动前, 通过声光电铃发出声光信号, 警示周围人员。通过隔爆控制按钮控制电机的起停, 设备运行过程中发生紧急情况时通过急停按钮断电。
电机带动排量为50/10的双联齿轮泵为液压系统供油, 50泵为行走及钻进马达提供压力油, 10泵为各油缸提供压力油。设置有旁路分流调速回路, 用以控制钻进马达的转速。除推进油缸外, 其余油缸设置有液压锁, 防止不供油时由于负载导致的油缸动作。所设计的底板锚杆钻机主要技术参数如表1所示。
2 试验情况
2011年9月, 底板锚杆钻机成套设备开始在淮北矿业集团下属某矿进行工业性试验。巷道施工层位岩性以砂岩为主, 局部为泥岩和粉砂岩, 所钻孔为底板注浆用孔。
2.1 钻孔的工艺流程
每班工作前, 按照要求对设备进行检查, 保证各机构无变形、破坏, 各液压油管、结构连接牢固。单孔钻进时, 其钻孔工艺流程如图3所示。
2.2 钻孔效率情况
试验钻孔共分两个阶段, 第一个阶段主要为测试设备钻进性能, 共打孔194个, 钻进深度1~5 m不等, 累计钻孔深487 m;第二个阶段为钻进底板注浆孔, 共计钻孔141个, 钻进深度1~5 m不等, 累计钻孔深533 m。
以2.5 m深注浆孔钻进情况为例, 共计需要接入3根钻杆才可达到所需深度。以2011-12-22钻2.5 m深孔为例, 该班7 h共计钻孔24个。各孔的钻进时间、设备移位选位的耗时情况如图4所示。
对各孔钻进过程的耗时情况进行分析汇总, 钻杆的接入、钻进等各步骤的平均时间如表2所示。
通过表2分析可知, 第1根钻进所占总用时比例约为12%, 第2根钻进比例约为14%, 第3根则达到18%的比例。
可见, 随着钻深的增加, 单根钻杆推进所耗费的时间也在增加。其原因是一般随着钻深的增加, 所遇到的岩石较硬, 或在第3根时可能遇到粘泥导致。综合起来, 单孔3根钻杆钻进所用时间占的总比重为44%, 辅助时间占比为56%。
2.3 与其它底板钻孔设备的对比情况
该矿原有的底板钻孔设备主要有风锤和气动架柱式钻机, 现以深度为2 m的钻孔为例, 与全液压底板锚杆钻机进行比较, 结果如表3所示。
由于架柱式钻机在实际使用过程中的效率、安全等方面的不足, 工人倾向于风锤钻孔。采用风锤钻孔时, 工人选孔较为方便, 可在任意所需位置钻孔。同时, 在压水、压风的条件下, 风锤钻孔的速度也较快。然而风锤作业时噪音大, 劳动环境不好;开孔较麻烦且安全性差;钻孔过程中需要两名工人同时协助, 来回将其回拉数次, 以使得钻杆容易拆出, 机械化程度低、劳动强度大;钻杆有时会出现堵塞的情况, 清理起来不方便。
通过比较发现, 所研制的全液压钻机的施工效率明显高于已有的钻机。该钻机液压驱动, 噪音低, 劳动环境好。同时, 由于钻机整机较重且设置有稳定机构, 钻进时安全性较高。所研制的全液压底板锚杆钻机在各方面具有较大的优势。
3 结语
为提高底鼓治理中底板钻孔的效率和机械化程度, 研制了全液压履带行走式底板锚杆钻机, 并在淮北矿业集团下属某矿进行了试验。通过试验发现, 该钻机机械化程度高, 劳动噪音小, 劳动强度低, 劳动效率较高, 达到了预先的设计目标。
参考文献
[1]钱鸣高, 刘听成.矿山压力及其控制[M].北京:煤炭工业出版社, 1991.
[2]中国煤炭工业协会, 山东能源新汶矿业集团.全国煤矿千米深井开采技术[M].徐州:中国矿业大学出版社, 2013.
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液压传动试验平台 篇9
【关键词】组态软件；液压支架通用技术条件标准；自动加载
组态软件是指一些数据采集与过程控制的专用软件。它们处在自动控制系统监控层一级的软件平台和开发环境，使用灵活的组态方式，为用户提供快速构建工业自动控制系统监控功能的、通用层次的软件工具。液压支架试验台测试系统利用中泰力控6.1开发设计，主要功能是按照国家标准对液压支架进行各项试验，记录试验数据，生成试验报表并打印；辅助功能是控制试验台上工作面的平衡上升、下降及插销退销。
一、液压支架试验台电液控制系统的设计
电液控制系统是液压支架试验台的监视和控制中心，它的核心部分是工控机和组态软件开发的系统控制软件。其工作原理是各种外部传感器将现场信号通过输入板卡送给工控机，工控机通过系统软件编写的程序对数据进行处理，将处理结果通过输出板卡控制电磁阀的动作，最终完成液压支架试验台的各项性能试验。系统设计主要分为以下几部分：（1）液压系统设
计。液压系统分为油泵系统和乳化液泵系统。油泵系统负责试验台上工作台的上升、下降，插销油缸插销、退销等动作；乳化液系统负责液压支架密封、适应、强度、寿命等各项加载试验。液压系统采用结构紧凑的板式连接，电磁控制各种阀的动作，在关键管路位置安装压力变送器为自动化控制做准备。（2）控制柜的设计。控制柜采用数控开孔一次成型柜体，主要由工控机、显示器、中间继电器、空气开关、智能数显表等元器件组成，具有信号采集、变换、输出、显示、保护、报警和工控机通讯等多种功能。（3）试验台各种传感器的安装和调试。传感器是外部信号采集的主要途径，安装位置十分重要，压力变送器、温度变送器、激光传感器，以及光电限位开关的合理安装，便于对现场信号的精确采集。（4）基于组态软件的系统控制软件设计。
Forcecontrol6.1组态软件建立的控制系统主要由用户组态窗口、数据库组态、脚本动作组态三部分组成。一是用户窗口组态。窗口组态画面是人机交往的主要场所，根据实际需要，设计各种的静态和动态画面，如数据显示画面，现场摸拟画面，参数设置画面和数据打印等画面，来控制现场各种动作。二是数据库组态。实时数据库负责和IO设备调度程序的通信，获取设备的控制数据，给其它程序和其它数据库提供实时和历史数据，数据库之间可以互相通信。按照液压支架试验台的测试要求，定义和设置了模拟I/O点、数字I/O点共53个点。三是脚本动作组态。脚本动作是一种基于VB的编程语言，它是系统软件的核心，通过各种脚本的编写可实现自动访问和控制实时数据，如液压支架上工作台的平衡上升，自动定位脚本；插销、退销自动保护脚本；强度试验充液，增压，保压，卸荷各步骤自动变换循环脚本等。
二、液压支架试验台电液控制系统主要功能的实现
（1）试验台上工作台的平衡上升，自动定位。在液压支架试验台上工作台的平衡上升的设计上，采用了目前非常先进的激光测距技术，测量上工作台四个角的上升高度，测量数据通过输入板卡送给系统控制软件，经过系统控制软件中的脚本运算处理，输出信号给输出板卡，控制液压系统电磁阀的动作，最终实现上工作台的平衡上升。激光测距仪的采用，不仅解决了上工作台的平衡上升问题，而且代替了过去的试验台插销孔中心位上大量使用的限位开关，通过设定上工作台的目标高度，可靠准确的实现了上工作台的精确定位。（2）液压支架各项试验的自动循环加载。液压支架试验台的主要功能是对液压支架进行密封、适应、强度、寿命等加载试验。在这些功能的设计上采用组态画面将各功能整合在不同的画面上，通过调用相关画面，实现各型号支架参数的选定，加载压力和加载时间的设定，在各项性能加载中，试验数据时实采集，通过趋势出线显示各项试验的曲线变化，并具有保存，打印，自动生成报表等功能。循环加载采用脚本组态自动控制，节省了大量的时间继电器、压力继电器和接触器，极大的提高了系统的可靠性，为长时间，频繁试验做好了准备。
三、数据库组态及PCI板卡的选择
（1）数据库组态是将测试系统与外围设备进行数据交换的模拟量和数字量输入输出按照组态软件协议进行格式化的过程，设定好的组态点是测试系统与外部数据交换的通道。点组态过程中重点要注意的是模拟量输入点的量程变化，PCI8360I板卡采集的模拟量信号是0-20mA的电流信号，组态软件初测值为0-4095的PV.RAW裸数数值，需要对传感器进行相应的量程变化。（2）PCI板卡的选择根据组态点的情况选用PCI-8360I输入板卡和PCI8407光电隔离输出板卡进行数据采集和输出。PCI-8360I有16路双通道模拟量输出通道和16TTL开关量输入通道；PCI-8407数据输出板卡有2组共32路开关量输出通道，开关量最大输出电流可达200mA，可以直接驱动中间继电器，提高系统的执行效率。
四、组态画面及应用程序的设计
组态软件工程画面是测试系统主界面，测试系统的各种功能都通过这些组态画面上实现。液压支架试验台测试系统主要画面有流程示意、平台控制、强度试验、耐久试验、试验记录、报表打印、参数设定七个画面。其中平台控制、强度试验、耐久试验三个画面为系统主要功能实现的画面，其它四个画面为主要功能的辅助画面，本文就前两个主要画面做详细说明：（1）试验平台组态画面及其应用程序流程。试验台是液压支架试验的硬件场所，总高8米。试验台上平台可活动，四立柱上共有10层插销孔，各层相距0.45米，最低层插销孔距试验台下平台2.8米。平台控制的组态画面中模拟了现场平台上升，显示了平台四角高度，各层选择，上升、下降、插销、退销等功能键。具体功能由动作中编写应用程序实现，由于应用程序变量名及程序流程因个人编程习惯所不同，这里不做程序代码分析，只做文字性的流程介绍：实验台上工作台在上升过程中，激光传感器监测四角的高度，自动调整四角各液压缸的启停，实现上工作台的平衡上升；当上工作台到达指定层的中心位置，偏差在允许范围内时，启动插销，光电限位开关检测插销到位与否，实现自动插销，完成对实验台上工作台的完全智能控制。（2）強度试验组态画面及应用程序设计。强度试验是液压支架检测中很重要的项目，强度试验下又分两大类共十几个小项，组态画面采用导航栏的方式，选择每一个小项，其他试验流程相似都用共同的画面显示，每一次试验都是进行三次，自动循环加载，试验结果在趋势图中显示，试验结果保存在硬盘指定的文件夹下。应用程序主要实验三次强度加载的自动循环，循环加载流程：打开低压阀对液压支架进行初充液，当压力达到指定值时，关闭充液开始增压，增压值到达指定压力后开始保压，用后台组件时间控件进行2秒的保压，最所卸荷，进行第二次加载。每次的数据保存在数据库变量中，每次的试验结果都在屏幕中显示，并可以通过历史报表随时调取。
在开发传统的工业控制软件时，当工业被控对象一旦有变动，就必须修改其控制系统的源程序，导致其开发周期长；已开发成功的工控软件又由于每个控制项目的不同而使其重复使用率很低，导致它的价格非常昂贵；通用工业自动化组态软件的出现能够很好地解决传统工业控制软件存在的种种问题，使用户能根据自己的控制对象和控制目的的任意组态，完成最终的自动化控制工程。
参 考 文 献
[1]MT 312-2000液压支架通用技术条件.2000-12.国家煤炭工业局
[2]力控ForceControl 6.0快速指南
[3]力控ForceControl 6.0参考手册
液压传动试验平台 篇10
1 发动机预热和油耗对比试验
试验时间为2008年11月20日, 环境温度为5℃。改装前的上海-50型拖拉机采用原冷却系统, 通过V带由发动机以固定传动比带动。改装后, 将发动机冷却风扇和水泵同轴安装, 采用液压马达驱动, 并且减小冷却风扇和散热器之间的安装距离。试验目的:测试预热阶段发动机冷却系统在改装前、后同一转速下的冷却液温度变化, 测试原冷却系统与液压驱动冷却系统在同一转速下的发动机油耗。试验仪器设备:上海-50型拖拉机1台, 数字温度仪1支, 全自动数字转速表1块, 油耗测试仪1台, 秒表1块。
(1) 原散热方式下的发动机水温和油耗测试。启动发动机, 调整发动机油门至最小, 此时发动机保持怠速运转, 测量发动机转速并记录为750 r/min。使用数字温度仪每5 min测量冷却水温度1次, 使用油耗仪测量并计算发动机每5 min内油耗, 测量结果见表1。
(2) 冷却系统改装后的发动机水温和油耗测试。多次更换冷却水并停机一段时间, 使发动机完全冷却, 以便尽量恢复上次测量时的状态。更换为改进后的冷却系统, 保持发动机怠速, 测试发动机转速、油耗及水温, 测量结果见表2。
从表2可以看出, 改造后的系统仅用20 min, 冷却水温度即可达61℃, 比原冷却系统达61℃用时的30 min减少了10 min, 也可以说发动机预热时间缩短了33%。随后, 原冷却系统保持在63℃不再升高, 改造后的冷却系统温度上升至83℃左右。从油耗数据看, 冷却系统改造前后的发动机在试验前一阶段随温度的上升耗油量也上升, 之后逐渐减少并趋于稳定。工作中, 冷却系统改装前平均耗油为0.438 kg/h, 冷却系统改装后平均耗油为0.228 kg/h, 平均节约燃油0.21 kg/h, 节油率达52.1%。这主要是由于改造后的冷却系统在低温预热阶段 (此时不需要散热) 可以控制风扇和水泵停止运转, 减少了传热损失, 所以降低了油耗, 缩短了预热时间。
两种方式下相同转速时的水温对比曲线如图1所示。两种方式下相同转速时的油耗对比曲线如图2所示。
2 发动机过热性能对比试验
试验时间:2008年6月6日, 环境温度29℃。试验时, 分别采用原冷却系统和液压驱动冷却系统的上海-50型拖拉机各1台, 分别加入等量的润滑油、燃油和冷却水后, 都悬挂上海ⅡB-A型小麦联合收割机, 在一块面积较大、地势平坦、种植品种相同以及长势和成熟度均匀一致的小麦田以同一转速收割作业, 分别测出2台发动机冷却水温度进行对比。试验目的:测试发动机冷却系统改装前后在同一转速下的冷却液温度变化。试验仪器设备:上海-50型拖拉机2台, 上海-ⅡB-A型小麦联合收割机2台, 数字温度仪2支, 全自动数字转速表2部, 电子表2块。
(1) 试验步骤。 (1) 在预先人工割出地头的地块同一端, 同时启动2台发动机并慢慢加大油门提高转速。 (2) 使2台联合收割机组同时进地收获作业, 并尽量保持相同的发动机转速和相同的机组前进速度 (低速Ⅱ挡) 。 (3) 用数字温度仪每隔0.5 h同时测量2台发动机冷却水温度1次, 并将测量数据记录、整理后分别填入表中, 见表3、表4。
注:发动机转速2 000 r/min
注:发动机转速2 000 r/min
(2) 试验结果分析。采用原冷却方式的联合收割机组作业1.5 h散热器出现了水箱“开锅”。冷却装置采用液压驱动的联合收获机组连续作业5 h, 始终未出现水箱“开锅”, 后阶段水温基本保持在87～93℃的理想温度。传统冷却系统在发动机标定转速2 000 r/min时, 风扇只能保持1 600 r/min的转速。改装后的冷却系统在水温超过93℃时, 高速液压马达 (1 900～2 400 r/min) 将驱动风扇和水泵以高速运转, 按2 200 r/min计, 比原冷却系统风扇超出600 r/min, 所以改装后的冷却系统能够解决谷物联合收割机低速大负荷工作时冷却能力不足的问题, 有效防止了发动机过热的发生。两种方式下相同转速、负荷时的水温对比曲线如图3所示。
3 结论
(1) 可有效解决谷物联合收割机运行过程中出现的低速大负荷作业时冷却不足, 启动和高速小负荷运行时冷却过度等问题。
(2) 该系统通过温度控制器将温度信号转变成开关信号, 结构简单, 系统安全可靠。
(3) 采用液压油作为传动介质, 传递运转均匀平稳, 降低了噪声。
(4) 设计中, 选用功能强、价格低、技术成熟的电磁继电器和已标准化的液压元件, 便于推广, 而且本设计还可应用在许多其他机械上, 具有广阔的应用前景。
参考文献
[1]郭新民等.大型收获机电液混合驱动智能冷却系统[J].农业机械学报, 2006 (4) :60-63.
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