资源描述
III 摘摘 要要 在高压、高速、大功率的制造行业，机、电、液一体化的设备在整个机械设备中所 占的比重越来越大。液压实验台作为一种检测液压元件的必须设备，可对液压泵，液压 马达，液压阀等各种液压元件进行测量。 液压马达作为液压系统的动力元件和执行元件，是整个液压系统的心脏，其质量、 性能的好坏直接影响着液压系统的可靠性，进而影响生产设备的正常运行。因此,对液压 马达进行精确的性能测试，是辨别产品优劣、改进结构设计、提高工艺水平、保证系统 性能和促进产品升级的重要手段。 本文根据如下试验标准对液压马达试验台进行设计和研制：1.液压缸(马达)试验方 法标准 GB/T 15622-19951；2.JB/ZQ3774-86 工程机械液压缸检验规则；3.美国 SAEJ2214 MAR86 试验标准。并且结合现代传感器技术、微机技术以及计算机辅助测试 技术,对液压马达试验台进行了符合 ISO 及 GB 标准的设计。 关键词关键词：液压马达;测试;试验标准;计算机辅助测试技术 全套图纸，加全套图纸，加 153893706153893706 IV ABSTRACT In the field of the high-pressure, high-speed and great-power manufacturing, the equipment which consists of mechanic, electric and hydraulic is playing more and more important roles in the field. As a necessary device of measuring hydraulic parts, the hydraulic test-bed is able to measuring vary of parts such as pumps, motors and valve. The hydraulic motor is heart of whole hydraulic system as a part of power and executing, it results in the dependability of hydraulic system; even in the good working condition of the manufacturing equipments.Therefore, measuring accurately to the hydraulic motors is the way of promotion of construction, process and performance of products. The designing is depending on these standards:1.The Standards of Hydraulic Cylinder(Motors) Test Procedure(GB/T 15622-19951);2.The rules of Hydraulic Cylinder Test Procedure(JB/ZQ3774-86);3.The standards of SAEJ2214 MAR86.The designing is the combination of modern technology of sensors, micro-computers and Computer-aided Test (CAT) which conforms to the standards of ISO and GB. Key words: hydraulic motors; measuring; standards of test;CAT V 目录目录 摘 要.III ABSTRACTIV 目录 V 1 绪论.1 1.1 液压马达试验台结构与组成.1 1.2 液压马达试验台的发展.2 1.2.1 计算机辅助测试系统(CAT).2 1.2.2 液压马达试验台监控系统.3 2 液压马达试验台总体设计.5 2.2 液压马达试验台原理.5 2.2 液压马达试验台结构设计.6 3 液压马达试验台动力源装置设计.7 3.1 液压动力源装置组成.7 3.2 液压泵组结构设计.7 3.2.1 液压泵组结构组成.7 3.2.2 液压泵规格的确定.7 3.2.3 与液压泵匹配的电动机的选定.13 3.2.4 液压泵组布置方式的选择.14 3.2.5 液压泵组连接方式的选择.16 3.2.6 液压泵组安装方式的选择.18 3.2.7 液压泵组传动底座的设计.20 4 液压马达试验台控制装置设计.24 4.1 液压控制装置的分类.24 4.1.1 有管集成.24 4.1.2 无管集成.24 4.2 液压集成块概述.24 4.2.1 块式集成原理.24 4.2.2 块式集成的优点.25 5 液压马达测试方法及测试技术.26 VI 5.1 液压马达试验方法.26 5.1.1 型式实验和出厂实验.26 5.1.2 测量准确度.28 5.1.3 试验用油液.29 5.1.4 稳态条件.29 5.1.5 测量点的位置.29 5.2 液压马达流量的测量.30 5.2.1 流量的测量原理.30 5.2.2 流量测量装置.30 5.2.3 流量传感器的选择.31 5.3 液压马达压力的测量.32 5.3.1 压力的测量原理.32 5.3.2 压力测量装置.32 5.3.3 压力传感器的选择.32 5.4 液压马达扭矩及转速的测量.34 5.4.1 扭矩测量装置.34 5.4.2 转速的测量原理.34 5.4.3 扭矩及转速传感器的选择.34 5.5 液压马达温度的测量.35 5.5.1 温度的测量原理.35 5.5.2 温度测量装置.35 5.5.3 温度传感器的选择.35 6 结论.37 致 谢.38 参考文献.39 VII 液压马达测试系统及动力源设计 1 1 绪论绪论 1.1 液压马达试验台结构与组成液压马达试验台结构与组成 液压马达作为液压系统的动力元件和执行元件，是整个液压系统的心脏，其质量、 性能的好坏直接影响着液压系统的可靠性，进而影响生产设备的正常运行。因此,对液压 马达进行精确的性能测试，是辨别产品优劣、改进结构设计、提高工艺水平、保证系统 性能和促进产品升级的重要手段。液压马达性能测试设计的参数多、精度要求高，并且 有些参数需要间接处理，而且工业现代化、信息化对液压马达提出了更高、更全面的性 能要求。 液压马达试验台主要由液压动力驱动系统、液压控制系统、电气控制系统、计算机 控制与测试系统等组成（图1.1） 。液压马达可采用开式和功率回收方式试验。试验参数 通过仪表（数字压力计、数字流量计、数字温度计、数字转速转矩仪） 、数据接口箱、数 据采集卡、显示器、打印机与工控计算机实现计算机数据采集、处理、图形绘制(特性曲 线、性能曲线和等效率曲线)、试验报告输出和数据管理等功能。 通常，液压马达试验台根据如下试验标准进行设计和研制：1.液压缸(马达) 试验方 法标准GB/T 15622-19951；2.JB/ZQ3774-86工程机械液压缸检验规则；3.美国 SAEJ2214 MAR86 试验标准。液压马达试验台可以采用各种压力控制技术并结合现代传 感器技术、微电子技术、虚拟仪器技术以及计算机辅助测试技术,对各类液压马达进行检 验(包括试运行、全行程、内外泄漏、启动压力特性、耐压试验以及耐久性试验等)。 图 1.1 液压马达试验台 一台合格的液压马达试验台通常有以下几个基本参数： 无锡太湖学院学士学位论文 2 表 1-1 液压马达试验台基本参数 序号基本参数常用数值 1驱动电机功率350 kW 2试验转速03000 R/min 3额定压力035Mpa 4最大试验流量 500L/min 5最大扭矩2000NM 1.2 液压马达试验台的发展液压马达试验台的发展 1.2.1 计算机辅助测试系统计算机辅助测试系统(CAT) 传统的液压实验台主要由液压泵站、主体实验台、实验电气控制器及计算机控制系 统四部分组成，其测试系统按照“传感器+二次仪表”的模式组成。在测试过程中，一般 采用模拟式记录仪记录试验曲线或由试验人员手工逐点读取数据，然后，根据试验数据 或试验曲线由试验人员手工处理出特性指标。显然，用人工方法进行试验及数据处理， 会带来人为的读数误差，试验的速度慢，精度差。随着计算机科学以及与计算机配套的 各种通用插板的发展，使人们方便地用它们构成计算机辅助测试系统(即CAT系统)。 CAT技术是计算机与常规测试系流结合的一门综合性技术。运用CAT技术可以提高系统 的测试精度及测量速度，且能增强控制与数据处理能力，使测试系统具有一定的“智能” 。 CAT系统以菜单和人机对话方式显示试验选择菜单，试验台的液压系统图，且对试 验者进行的试验内容进行考核和操作提示，试验时，试验者基本能脱离指导，在人机 界面的提示下，独立地从事试验操作、控制、测试试验曲线和数据，并可以打印试验结 果，从而提高了试验速度以及试验精度。系统的硬件一般由IBM一PC机内总线上配置用 于数据采集、过程控制、自动测试以及工业自动化等方面的高性能、高速多功能接口板 作为控制核心，另配置有用户键盘板、输入输出控制板、相立传感器、打印机等构成一 个完整的系统，如图1.2所示。 液压马达测试系统及动力源设计 3 图1.2 典型CAT系统的控制原理图 1.2.2 液压马达试验台监控系统液压马达试验台监控系统 随着计算机技术的不断发展，一种基于人机界面的液压马达试验台监控系统诞生了， 它使用ET组态软件进行监控画面的编制，实现液压马达试验台的实时监控、数据采集与 处理，具有系统结构简单。应用性强等特点。 现今大规模的工业设备生产中都会使用工业测控软件来使整个生产系统正常运作。 在几种工业测控软件中,组态软件能充分利用Windows的图形编辑功能,方便地构成监控画 面,以动画方式显示控制设备的状态,具有报警窗口,实时趋势曲线等功能。并可运用PC机 丰富的软硬件资源进行二次开发,方便地生成各种报表,为应用程序的开发提供了十分方 便的平台，因此它在工业控制中运用越来越广泛。 在液压马达综合测试系统中，利用ET组态软件构成监控画面（如图1.3）,通过串行 口与和数据采集模块进行通信,这样可实现对各个开关量的控制以及试验数据的采集和处 理。 液压马达试验台 转速扭矩仪温度传感器压力传感器流量传感器 接口卡 总线 打印机机 无锡太湖学院学士学位论文 4 图 1.3 利用 ET 组态软件构成的液压马达试验台监控系统 液压马达试验台监控系统具有以下几种功能： 1）实时数据采集与监控显示功能。对来自现场试验台的马达压力、马达流量、马达 转速、转矩、温度和操作控制开关信号等进行实时监控，通过数值或图形来实时反映生 产现场的信号变化情况，并通过相应处理可存储于数据库，利用网络开发送到其它站点。 2）系统具有数据运算、保存及打印等功能。可将结果按照制定的格式保存到ET组态 软件的内部数据库中，也可以将数据传送到外部通用数据库中。用户可利用历史曲线形 式查询数据，并打印查询结果。 使用了这种系统后，由于采用了计算机进行数据的采集和处理，提高了测试速度和 测试的自动化程度，提高了测试数据的精度。ET组态软件能方便的实现复杂友好图形界 面的编制，其本身与I/O设备通讯程序构成一个完整的系统，不需工程人员自行编制设备 的通讯程序，这种方式既保证了运行系统的高效率，也方便了工程应用，是一种简便高 效的工程应用系统。 因此像这类能大大改善实时监控性的测试监控系统，测试的可靠性和精度均能得到 较好的保证而测试后的数据处理、分析报告及曲线的绘制均可用计算机自动生成，便于 操作者使用。 液压马达测试系统及动力源设计 5 2 液压马达试验台总体设计液压马达试验台总体设计 2. .1 液压马达试验台系统原理液压马达试验台系统原理 图 2.1 液压马达试验台系统原理图 1动力源（电动机和供油泵） ；2试验马达；3负载(液压泵)； 4、4液控单向阀；5、5单向阀；6换向阀；7节流阀 本设计采用双向液压马达试验系统作为马达试验台的方案，如图2.1所示。具体规划 如下： 电动机及供油泵组成整个液压系统的动力源装置，为系统提供动力。两套液压动 力源用于液压马达的出厂实验，对于小排量的被试马达出厂实验，用单套动力源即可满 足要求；对于大排量被试马达，可用两套动力源共同工作以满足流量要求； 溢流阀用于实现液压系统的降压启动和测试过程中的卸载, 减少功率消耗、系统 发热； 单向阀、换向阀组成液压系统的控制装置，用以切换试验马达的进油和回油的油 路，控制被试液压马达换向及换向速度，提高换向稳定性，减小液压冲击，实现被试马 达的双向试验的目的； 换向阀采用电磁换向阀，可以清除残留在被试液压马达A、B 腔的高压,这就可以 从根本上保证更换被试液压马达试件的安全性、低污染控制； 为了达到试验马达的最大功率，提高试验的可靠性，要在试验马达处加载一定的 负载。现采用变量式液压泵来作为负载。负载前接有节流阀，控制节流阀的开口面积， 来改变测试点处的压力，当压力提高到一定值时，试验马达达到满负载工作，此时系统 的压力及流量达到最高点； 液压油路中的各种参数（压力、温度）的测定由传统的压力表及温度计测出；试 验马达处的参数由传感器来测定，并与控制柜中的微机相连接，将测出的信号输出，进 T n 1 2 3 45 6 54 DD 45 54 6 1 pr phth,r pr qr pr phth,r tL pL qL pr th,rph qr th,rph pr pr 7 无锡太湖学院学士学位论文 6 行相关数据分析（其中：马达流量的测定是采用电子式的流量计，两套控制装置的回油 管最后将合并回油箱，流量计即安装在两根回油管的连接处，图中分开表示只是为了表 达清晰） 。 试验系统的压力调节范围为025MPa，单泵供油流量达300L/min，双泵供油流量则 可达600L/min。 2.2 液压马达试验台结构设计液压马达试验台结构设计 由于液压系统的特殊工况, 本设计中液压马达试验台采用分布式结构设计，即：马 达试验台的动力源装置、控制装置、测试仪表及传感器和电气控制部分均采用分体式结 构单独设计，最后通过油管、电缆线等把各个部分联系起来。 采用分布式结构设计其优点在于：使得液压马达试验台的设计、制造、装配简单、 系统维护方便, 并且可提高试验台的可靠性。 液压马达测试系统及动力源设计 7 3 液压马达试验台动力源装置设计液压马达试验台动力源装置设计 3.1 液压动力源装置组成液压动力源装置组成 液压动力源一般由液压泵组、油箱组件、控温组件、过滤器组件和蓄能器组件等5个 相对独立的部分组成。 本设计中因为流量及功率满足系统所需，故未使用蓄能器组件。 3.2 液压泵组结构设计液压泵组结构设计 3.2.1 液压泵组结构组成液压泵组结构组成 液压泵组一般包含以下元器件，各元器件的作用见表3-1： 表 3-1 液压泵组的元件组成及作用 序号元件名称作用 1液压泵将原动机的机械能转换为液压能 2 原动机（电动机或 内燃机） 驱动液压泵工作 3联轴器连接原动机和液压泵 4传动底座安装和固定液压泵及原动机 3.2.2 液压泵规格的确定液压泵规格的确定 （1） 泵的工作压力的确定 考虑到正常工作中进油管路有一定的压力损失，所以泵的工作压力为 (3.1) pppp 1 式中 液压泵最大工作压力； p p 执行元件最大工作压力； 1 p 进油管路中的压力损失，初算时简单系统可取0.20.5MPa，复杂系统取 p 0.51.5MPa，本设计中取0.5 MPa。 MPapppp 5 . 255 . 025 1 上述计算所得的是系统的静态压力，考虑到系统在各种工况的过渡阶段出现的动 p p 无锡太湖学院学士学位论文 8 态压力往往超过静态压力；另外还要考虑到一定的压力储备量，并确保泵的寿命，因此 选泵的额定压力应满足 n p （1.251.6）(3.2) n p p p 中低压系统取小值，高压系统取大值。本设计中 MPapn875.31 5 . 2525 . 1 故取 MPapn32 （2） 泵的流量确定 液压泵的最大流量应为 (3.3) p q max )(qKL 式中 液压泵的最大流量； p q 同时动作的各执行元件所需流量之和的最大值； max )(q 系统泄漏系数，一般取=1.11.3，现取=1.2，则 L K L K L K min/3603002 . 1Lqp （3） 选择液压泵的规格 根据课题要求：液压马达试验台最大试验压力为25MPa，考虑到压力损失等因素，一 般选用25MPa，=32MPa的柱塞泵。 max p max p 柱塞泵类型分为：轴向柱塞泵、径向柱塞泵和卧式柱塞泵。其中，轴向柱塞泵有结 构紧凑、转动惯量小、压力高、效率高等优点，故应用广泛。本设计也采用轴向柱塞泵。 考虑到泵在工作中的效率，选择变量泵以提高液压系统的效率，减少能量损失。变 量泵的变量形式有很多种：有手动、伺服、液控、压力补偿、恒功率等方式，这里选用 压力补偿的方式。查阅液压传动设计手册 ，现选用CY14-1B型斜盘式（压力补偿变量） 轴向柱塞泵。其参数如下： 表 3-2 CY14-1B 型斜盘式轴向柱塞泵参数 型号 排量 1 rmL 压力 MPa 转速 1 min r CY14-1B2.540031.5 10003000 满足课题的设计要求。 下面介绍一下CY14-1B型斜盘式（压力补偿变量）轴向柱塞泵YCY14-1B的性能。 液压马达测试系统及动力源设计 9 图 3.1 CY14-1B 型斜盘式（压力补偿变量）轴向柱塞泵。 301 一变量活塞；302 一变量壳体；304 一上法兰；305 一弹簧套；306 一内弹簧； 307 一外弹簧；308 一弹簧芯轴；309-随动滑阀；310-随动阀套；T22 一刻度盘。 压力补偿的变量原理：高压油液通过通道a、b、c进入变量壳体302的下腔d，再经过 通道e分别进入通道f和h。当弹簧的作用力，大于作用于随动滑阀309下端环形面积的液压 推力时，则油液经通道h进入上腔9，推动变量活塞301向下移动，使泵的流量增加；当随 动滑阀下端环形面积上油压的推动力大于弹簧的作用力时，则随动滑阀向上运动，堵塞 了通道h，同时使上腔9的油通过通道a而卸压，此时变量活塞向上运动，泵的流量减少。 压力补偿泵的工作特性：即YCY14-1B泵的流量-压力特性。图3.2为其示意图；图 3.3、图3.4为其实际特性图。 （图中横坐标为泵的工作压力P，单位： ） 2 /101cmkgfMPa 无锡太湖学院学士学位论文 10 图 3.2 YCY14-1B 泵的特性曲线示意图 图 3.3 YCY14-1B 泵的实际特性曲线图 1 液压马达测试系统及动力源设计 11 图 3.4 YCY14-1B 泵的实际特性曲线图 2 图3.2的阴影部分是压力补偿泵的特性调节范围。AB的斜率由外弹簧307的刚度决定； BC的斜率由外弹簧307和内弹簧306的合成刚度决定。而CD的长短则由限位螺钉的位置 (限制倾斜角)确定。 泵的特性调节方法:如需要调节油泵的流量一压力特性，使其按折线规律变 1111 DCBA 化，首先将限位螺钉拧至上端位置，然后调节弹簧套305，同时观察压力表，指示刻度盘 T22的指针开始转动，直至调到压力表所指示的压力与点所要求的压力相符合时停止。再 调节限位螺钉，使压力时点的流量为点，的流量数值可以从刻度盘T22上读 max p 1 D 1 Q 1 D 出。刻度盘上共分10格，每格代表泵的公称流量的10%。点和的压力和流量值是预先 1 B 1 C 设计好的，不需要调整，只要和两点的流量和压力调好了，则该泵的特性就自动地 1 A 1 D 按折线变化。 1111 DCBA 根据前面算得的和，选用柱塞泵的型号为：400YCY14- MPapn32min/360Lqp 1B。具体参数如下： 无锡太湖学院学士学位论文 12 表 3-3 400YCY14-1B 型斜盘式轴向柱塞泵参数 型号 排量 1 rmL 额定压力 MPa 额定转速 1 min r 驱动功率 KW 容积效率% 400YCY14-1B 400321000250 92 图 3.5 400YCY14-1B 柱塞泵外形尺寸 400YCY14-1B 柱塞泵的外形尺寸如表 3-4 所示： 深 进口 泄油口 液压马达测试系统及动力源设计 13 表 3-4 400YCY14-1B 型斜盘式轴向柱塞泵尺寸 Bb)( 40 db 1 b 2 b 3 b 0 D() 1 D 4 dc 2 D 42548020120165130265200320 3 D)(dd 1 d 2 d 3 d H 1 h 2 h 3 h 400706591227M58818524730 Ll 0 l 1 l 2 l 3 l 4 l 5 l 6 l 8011221108125230300555729 t)( 00 深hd 75.65024M 3.2.3 与液压泵匹配的电动机的选定与液压泵匹配的电动机的选定 根据(3.4) H N pBq p 式中 所选电动机额定功率； n P 变量柱塞泵的额定压力； B P 变量柱塞泵达到额定压力时，输出的流量； p q 变量柱塞泵的机械效率，可取0.70.9（当较小时取较小值，当较大时 p q p q 取较大值） 。这里，取。 9 . 0 由YCY14-1B泵的实际特性曲线图1（图3.3） ，可以看到：当YCY14-1B泵达到额定 压力32MPa（即320）时，其流量达到额定流量的40%。此时，电动机的功率达到 2 /cmkgf 额定功率的40%。则此时变量柱塞泵输出的流量为 H N min/1601000/10004004 . 04 . 0%40LrVqq NBBp 式中 变量柱塞泵的排量（单位：） ； B V 1 rmL 变量柱塞泵的额定转速（单位：） N r 1 min r 无锡太湖学院学士学位论文 14 按（式3.4）可得 H N KW2374 . 0/ 9 . 060 16032 由表3.3查得，液压泵所需驱动功率=250KW，与估算相符，则所选电动机的额定 H N 功率=250KW，且额定转速要与液压泵转速相匹配，。 H Nmin/1000rnN 查阅机械设计手册 ，选用Y系列三相异步电动机（ZBK22007-88） 。Y系列电动机 是按照国际电工委员会(IEC)标准设计的，具有国际互换性的特点。其中Y(IP44)小型三 相异步电动机为一般用途笼型封闭自扇冷式电动机，具有防止灰尘或其它杂物侵入之特 点，B级绝缘，可采用全压或降压起动。该电动机的工作条件为:环境温度-15+40， 相对湿度不超过90%，海拔高度不超过l000m，电源额定电压380V，频率50Hz。常用于对 起动性能、调速性能及转差率均无特殊要求的机器或设备，如金属切削机床、水泵、鼓 风机、运输机械和农业机械等。 Y355L2-6电动机外形及安装尺寸如表3.5所示： 图 3.6 Y355L2-6 电动机外形及安装尺寸 表 3-5 Y355L2-6 电动机外形及安装尺寸 型号HABCDEFG Y355L2-6 0 0 . 1 355610630254 030 . 0 011 . 0 95 1702586 GDKAAACABADBBHAHDL 2830150710760600900608201445 液压马达测试系统及动力源设计 15 3.2.4 液压泵组布置方式的选择液压泵组布置方式的选择 按液压泵组布置方式的分类，可分为上置式液压动力源、非上置式液压动力源及柜 式液压动力源。柜式液压动力源功率较小，本课题的液压马达试验台功率较大，故不考 虑柜式液压动力源。下面分别对上置式和非上置式两种液压动力源布置方式作一个比较。 （1） 上置式液压动力源 上置式液压动力源分为卧式液压动力源和立式液压动力源。 1）卧式液压动力源：泵组布置在油箱之上的上置式液压动力源，当电动机卧式安装， 液压泵置于油箱之上。 特点：由于液压泵置于油箱之上，必须注意各类液压泵的吸油高度，以防液压泵进 油口处产生过大的真空度，造成吸空或气穴现象。 2）立式液压动力源：电动机立式安装，液压泵置于油箱内。 特点：上置式液压动力源占地面积小，结构紧凑，液压泵置于油箱内的立式安装动 力源，噪声低且便于收集漏油。这种结构在中、小功率液压站中被广泛采用。 （2） 非上置式液压动力源 非上置式液压动力源一般将泵组布置在底座或地基上（图3.7） 。 特点：非上置式液压动力源由于液压泵置于油箱液面以下，故能有效改善液压泵的 吸入性能。这种动力源装置高度低，便于维护，但占地面积大。因此，适用于泵的吸入 允许高度受限制，传动功率较大，而使用空间不受限制以及开机率低，使用时又要求很 快投入运行的场所。 图 3.7 非上置式液压动力源 无锡太湖学院学士学位论文 16 （3） 液压动力源装置的比较 上置式及非上置式液压动力源装置各有特点，现做一比较，列表如下： 表 3-6 上置式与非上置式液压动力源装置的综合比较 项项 目目上置立式上置立式上置卧式上置卧式非上置式非上置式 震 动较大较大小 占地面积小小较大 清洗油箱较麻烦较麻烦容易 漏油收集方便需另设滴油盘需另设滴油盘 液压泵工作条件 泵浸在油中，工作 条件好 一般好 液压泵安装要求 泵与电动机有同轴 度要求 泵与电动机有同轴 度要求; 需考虑液压泵的吸 油高度; 吸油管与泵的连接 处密封要求严格 泵与电动机有同轴 度要求; 吸油管与泵的连接 处密封要求严格 应用中小型液压站中小型液压站较大型液压站 从表中不难看出，虽然非上置式与上置式动力源相比占地的面积较大，但液压泵工 作条件较好，清洗油箱也较方便；又考虑到所要设计的液压马达试验台功率较大，故采 用：非上置式液压动力源。 3.2.5 液压泵组连接方式的选择液压泵组连接方式的选择 确定液压泵组连接方式，实际上是要考虑液压泵与原动机的轴间连接和安装方式， 其首先要考虑的问题是：液压泵轴的径向和轴向负载的消除或防止。按液压泵组连接方 式的分类，可分为直接驱动型连接和间接驱动连接。 液压泵经联轴器或采用花键连接由原动机直接驱动，称为直接驱动型连接。 如果液压泵不能经联轴器由原动机直接驱动，而需要通过齿轮传动、链传动或皮带 传动间接驱动，则称为间接驱动连接。 本课题设计中液压泵组采用的是电动型的驱动方式，即以电动机作为原动机直接驱 动。故考虑直接驱动型连接。下面对直接驱动型连接中两种连接方式的特点作一个比较： （1） 联轴器连接 适用场合：泵组在结构上一般不能承受额外的径向和轴向载荷，并且使泵轴与驱动 液压马达测试系统及动力源设计 17 轴之间严格对中，轴线的同轴度误差不大于0.08mm。 （2） 花键连接 原动机与液压泵之间采用特殊的轴端带花键连接孔的原动机，将泵的花键轴直接插 入原动机轴端。此种连接方式在省去联轴器的同时，还可以保证两轴间的同轴度。 （3） 连轴器的选择 本课题设计中，液压泵的泵轴与电动机的驱动轴之间需要严格对中，同轴度要求较 高，故采用：联轴器连接。 原动机与液压泵之间的联轴器宜采用带非金属弹性元件的挠性联轴器，例如 GB527285中规定的梅花形弹性联轴器以及GB 1061489中规定的芯型弹性联轴器和 GB584486中规定的轮胎式联轴器。其中梅花形弹性联轴器具有弹性、耐磨性、缓冲性 及耐油性较高，制造容易、维护方便等优点，应用较多。 查阅液压传动设计手册 ，选用型号为ML9的梅花形弹性联轴器（图3.8） ，标记如 下： ML9型联轴器 MT3b GB5272-85 10770 14295 YA ZA 主动端（电动机）：Z型轴孔，A型键槽，轴孔直径95mm，轴孔长度 1 d 142mm； 1 L 从动端（柱塞泵）：Y型轴孔，A型键槽，轴孔直径70mm，轴孔长度 2 d 107mm； 2 L MT9型弹性件硬度为b（适用于公称扭矩为4500） 。 mN 无锡太湖学院学士学位论文 18 图 3.8 梅花形弹性联轴器 1、3半联轴器，材料为 ZG45、ZG35、HT200 2梅花形弹性体，材料为聚脂型聚氨酯 表 3-7 梅花形弹性联轴器尺寸 型号 弹性件 硬度 公称扭矩（ n T ）mN 许用转速n （ ）min/r 轴孔直径 （mm） 轴孔长度 （mm） d1d2LL1 ML9b45002500 9570142107 L0（mm ） D（m m） 弹性件型号 转动惯量（ ） 2 mkg 许用补偿量（mm） 轴向径向 角向 （）394230MT9-b18.95 4.51.51 3.2.6 液压泵组安装方式的选择液压泵组安装方式的选择 按液压泵组安装方式的分类，可分为角形支架卧式安装、钟形罩立式安装、脚架钟 形罩卧式安装和支架钟形罩卧式安装。下面分别对四种安装方式作一个比较。 （1） 角形支架卧式安装（图3.9） 液压泵（YBX-16）直接装在角形支架3的止口里，依靠角形支架的底座与基座8相连 接，再通过挠性联轴器7与带底座的卧式电动机（Y90L-4-1）相连。液压泵与电动机的同 轴度需通过在电动机底座下和角形支架上加装的调整垫片来实现。 液压马达测试系统及动力源设计 19 图 3.9 角形支架卧式安装 （2） 钟形罩立式安装（图3.10） 通过液压泵（YB1-32）上的轴端法兰实现泵与钟形罩（也称钟形法兰）1的连接，钟 形罩再与带法兰的立式电动机（Y112M-685）连接，依靠钟形罩上的止口保证液压泵与 电动机的同轴度。此种方式安装和拆卸均较方便1。 图 3.10 钟形罩立式安装 无锡太湖学院学士学位论文 20 （3） 脚架钟形罩卧式安装（图3.11） 此种安装方式与图3.10钟形罩立式安装类同，不同之处在与这里的钟形罩自带脚架， 并卧式安装。 图 3.11 脚架钟形置卧式安装 1电动机 2脚架 3液压泵 （4） 支架钟形罩卧式安装（图3.12） 这种安装方式中，电动机（Y132M-4）与液压泵4通过钟形罩1连接起来，钟形罩再 与支架5连接，最后通过支架将液压泵与电动机一并安装再基座上。液压泵与电动机的同 轴度由钟形罩上的止口保证。此种方式加工和安装都比较方便。 图 3.12 支架钟形罩卧式安装 液压马达测试系统及动力源设计 21 钟形罩立式安装和支架钟形罩卧式安装加工和安装都比较方便，但先前液压泵组已 采用的是非上置式液压动力源的方案，故采用：支架钟形罩卧式安装。 3.2.7 液压泵组传动底座的设计液压泵组传动底座的设计 液压泵组的传动底座在结构上应具有足够的强度和刚度，还应考虑检修的方便性。 要在合适的部位设置滴油盘，以防油液污染工作场地。 图 3.13 T 形槽安装底板 本设计采用T形槽安装底板（图3.13） ，液压泵组及各类液压元部件都可安装固定在 上面，并用T形槽用螺栓加以固定。T型槽的周边有油槽，液压元件滴落的油液可以流至 槽内，防止了油液污染试验场地。试验完毕后，可以擦除油槽内收集的油液，保持了场 地的清洁。 本设计中T形槽安装底板的尺寸：长6.8米，宽5.5米。T形槽间距为250mm。 （图 3.14） 图 3.13 T 形槽安装底板尺寸 T形槽用螺栓头部朝下，放进T形槽的孔内（直径为D） ，然后在移至槽内。液压泵组 的支架放在底板上面，支架上的安装用的孔和T型槽移至重合后，用螺栓和螺母固定。T 形槽和T形槽用螺栓都有标准的尺寸，查阅机械设计手册后，选择公称直径为36的T 形槽（GB158-84）和T形槽用螺栓B级（GB37-88） ，具体尺寸如下： 无锡太湖学院学士学位论文 22 图 3.14 T 形槽尺寸 表 3-8 T 形槽尺寸（单位：mm） ABCHEFGKDe 极限偏差 基本 尺寸 基准槽 H8 固定槽 H12 基本 尺寸 极限 偏差 36 039 . 0 0 25 . 0 0 602871 2.5 267376 2 0 2 图 3.15 T 形槽用螺栓B 级尺寸 T形槽用螺栓标记：螺纹规格、工程长度，性能等级为8.8级，表 36Md mml190 面氧化的T形槽用螺栓：螺栓 GB37 19036M 表 3-9 T 形槽用螺栓尺寸（单位：mm） 螺纹规格Dlbhkrs M36851901101215220 液压马达测试系统及动力源设计 23 4 液压马达试验台控制装置设计液压马达试验台控制装置设计 4.1 液压控制装置的分类液压控制装置的分类 液压控制装置是液压系统中各类控制阀及其连接体的统称。一个液压系统中有很多 控制阀，这些控制阀可用不同方式来连接或集成。液压控制装置可分为有管集成和无管 无锡太湖学院学士学位论文 24 集成。 4.1.1 有管集成有管集成 有管集成是液压技术中最早采用的一种集成方式。它用管子（管子和管接头）将各 管式连接液压控制阀集成在一起。 优点：连接方式简单，不需要设计和制造油路板或油路块。 缺点：当组成系统的控制元件较多时，要求有较多的管子和管接头，上下交叉，纵 横交错。占用空间加大，从而使整个系统布置相当不便，安装维护和故障诊断困难系统 运行时，压力损失大，且容易产生泄漏，混入空气及振动噪声等不良现象。 4.1.2 无管集成无管集成 无管集成是将液压控制元件固定在某种专用或通用的辅助连接件上，辅助连接件内 开有一系列通油孔道，液压控制元件之间的油路联系通过这些通油孔道来实现。 优点：油路直接做在辅助件或液压阀体上，省去了大量管件（无管集成因此而得名） ； 结构紧凑，组装方便，外形整齐美观；安装位置灵活；油路通道短，压力损失较小，不 易泄漏。 本设计中液压马达试验台的控制装置采用无管集成。 4.2 液压集成块概述液压集成块概述 无管集成的液压控制装置按辅助连接形式的不同，可分为板式，块式、链式、叠加 阀式和插装式等五种主要形式。本设计中液压控制装置选用的是块式集成的形式。 4.2.1 块式集成原理块式集成原理 块式集成是按典型液压系统的各种基本回路，做成通用化的6面体油路块(称为：集 成块)，通常其四周除1面安装通向液压执行器(液压缸或液压马达)的管接头外，其余3面 安装标准的板式液压阀及少量叠加阀或插装阀，这些液压阀之间的油路联系由油路块内 部的通道孔实现，块的上下两面为块间叠积结合面，布有由下向上贯穿通道体的公用压 力油孔P、回油孔O (T)、泄漏油孔I.及块间连接螺栓孔，多个回路块叠积在一起，通过4 只长螺栓固紧后，各块之间的油路联系通过公用油孔来实现，如图4.1 所示。 液压马达测试系统及动力源设计 25 图 4.1 块式集成液压控制装置的结构 1单泵或双泵供油进口 2集成块前面 3集成块左侧面 4二位五通电磁换向阀 5背压阀 6通液压缸小腔的管接头 7通液压缸大腔的管接头 8测压管 9顶块 10压力表 11压力表开关 12二位二通电磁换向阀 13调速阀 14过渡扳 15顺序阀 16集成块后面 17集成块 18集成块侧面 19、20双、单泵供油进油口 21基块 4.2.2 块式集成的优点块式集成的优点 块式集成有如下优点： （1）可简化设计 可用标准元件按典型动作组成单元回路块，选取适当的回路块叠积于一体，即可构 成所需液压控制装置，故可简化设计工作。 （2）设计灵活、更改方便 因整个液压系统由不同功能的单元回路块组成，当需要更改系统、增减元件时， 只需更换或增减单元回路块即可实现，所以设计时灵活性大、更改方便。 （3）易于加工、专业化程度高 集成块(也称通道体)主要是6个平面及各种孔的加工。与前述油路板相比，集成块尺 无锡太湖学院学士学位论文 26 寸要小得多，因此平面和孔道的加工比较容易，便于组织专业化生产和降低成本。 （4）结构紧凑、装配维护方便 由于液压系统的多数油路等效成了集成块内的通油孔道，所以大大减少了整个液压 装置的管路和管接头数量，使得整个液压控制装置结构紧凑，占地面积小，外形整齐美 观，便于装配维护，系统运行时泄漏少，稳定性好。 （5）系统运行效率较高 由于实现各控制阀之间油路联系的孔道的直径较大且长度短.所以系统运行时，压力 损失小，发热少，效率较高。 块式集成的主要缺点：集成块的孔系设计和加工容易出错，需要一定的设计和制造 经验。 块式集成设计灵活、更改方便；易于加工、专业化程度高；结构紧凑、装配维护方 便；系统运行效率较高，但块式集成的集成块的孔系设计较难，需要一定的设计和制造 经验，故设计时需小心谨慎。 液压马达测试系统及动力源设计 27 5 液压马达测试方法及测试技术液压马达测试方法及测试技术 5.1 液压马达试验方法液压马达试验方法 5.1.1 型式实验和出厂实验型式实验和出厂实验 液压马达实验的主要实验内容包括型式实验和出厂实验两种。在这两大类的实验中， 各有许多不同的实验的内容。这些都是这次液压马达实验台在工作中所必须要完成的。 在查阅了液压工程手册中后，列举液压马达的出厂实验和型式实验的内容如下： （1）液压马达型式试验:排量验证试验，效率试验，启动效率试验，低速性能试验， 噪声试验，低温试验，高温试验，超速试验，超载试验，连续换向试验，连续超载试验， 连续满载试验，背压试验，效率检查试验，外泄漏检查； （2）液压马达出厂试验：气密性试验，排量验证试验，容积效率试验，超载试验， 总效率试验，外渗漏检验； 液压马达的型式试验和出厂试验详情见表5-1和表5-2。 表 5-1 液压马达型式试验 序号试验项目测试内容及测试方法 1排量验证试验 在最大排量、空载压力下，分别测量额定转速的 20%50%中任 意设定转速的排量和额定转速的排量 2效率试验 1.最大排量工况下： （1）在额定转速、额定压力的 25%下，测量流量第一组数据。 然后逐渐加载，分别测量从额定压力的 25%至额定压力之间 6 个 以上等分的试验压力点的各组数据； （2）在最高转速和 85%、70%、55%、40%、25%额定转速时，分 别测量上述各试验压力点的各组数据； （3）反向试验方法与正向相同。 2.双速或多速变量电动机，除低速（最大排量）外，其余几级 速度仅测量 100%、50%额定压力下的容积效率和输出扭矩。 3.在进口油温为 2035和 7080条件下，分别测量在额定 转速、最大排量时，从空载压力至额定压力范围内 7 个以上等 无锡太湖学院学士学位论文 28 分压力点的容积效率 3启动效率试验 采用恒扭矩启动方法或恒压力启动方法，在最大排量工况下， 一不同的恒定扭矩或恒定压力值，分别测量电动机输出轴不同 角位置以及正、反方向在额定压力的 25%、75%、100%和规定背 压下的启动压力或扭矩 4低速性能试验 在最大排量、额定转速和规定背压下，一逐渐降速和升速的方 法分别重复测量正、反向不爬行的最低转速 按上述方法分别测量从额定压力的 50%至额定压力之间的 4 个 等分压力点的最低转速 5噪声试验 在最大排量、额定转速和规定背压下，分别测量 3 个常用压力 （包括额定压力）的噪声值 按上述方法分别测量最高转速、70%额定转速下各试验压力点的 噪声值 6低温试验 被试电动机温度和进口油温低于-20%之后，在空载压力下， 从低速至额定转速分别进行启动试验 注：油液粘度根据设计要求 7高温试验 额定工况下，一进口温度为 90以上的油液做连续运转试验 1h 以上，试毕后检测额定工况下的容积效率。 注：油液粘度根据设计要求 8超速试验 最大排量、最高转速或 125%额定转速（选择其中高者）工况下， 分别以空载压力和额定压力做连续运转试验各 15min 以上 9超载试验 最大排量、额定转速工况下，以最高压力或 125%额定压力（选 择其中高者）做连续运转试验 10h 以上。试验时的进口油温为 3060 10连续换向试验 额定工况下，以 5 次/min（1 个往复为 1 次）以上的额率做正、 反向换向试验： 单向电动机允许以频率为 1030 次/min 的冲击试验代替，冲击 过程中额定压力的保证时间应大于 1/3T 试验时的油温为 3060 试毕 后检测额定工况下的容积效率 液压马达测试系统及动力源设计 29 11连续超载试验 在最大排量、额定转速工况下，一最高压力或 125%额定压力 （选择其中高者）做连续运转试验： 在连续运转过程中，定期测量容积效率（或者外泄漏） 、进口油 温及电动机外壳最高温度等：试毕后检测额定工况下的容积效 率 试验时的进口油温为 3060 12连续满载试验 在额定工况下做连续运转试验： 在连续运转过程中，定期测量容积效率（或者外泄漏） 、进口油 温及电动机外壳最高温度等；试毕后检测额定工况下的容积效 率； 试验时的进口油温为 3060 13背压试验 在最大排量、空载压力下，分别在 6 个以上转速（包括最高转 速、额定转速和 25%额定转速）下测出不发生振动、冲击时的 背压。 注：无背压要求的电动机不做此项试验 14效率检查试验 在完成上述规定项目试验后，测量额定工况下的容积效率和总 效率 15外泄漏检查 在上述规定项目试验过程中，检查固定密封和回转密封部位的 渗漏情况 表 5-2 液压马达出厂试验 序号试验项目内容和方法 1气密性试验 在被试电动机内腔充满 0.16Mpa 的干净气体，然后浸没在防锈 液中停留 3min；电动机在防锈液中稍加摇动 2排量验证试验在最大排量、额定转速、空载压力下，测量空载排量 3容积效率试验在额定工况下测量容积效率 4超载试验 在最大排量、额定转速下，以最高压力或 125%额定压力（选择 其中高者）运转 1min 以上 5总效率试验在额定工况下测量总效率 无锡太湖学院学士学位论文 30 6外渗漏检查 上述试验全过程中，检查固定密封部位和回转密封部位的渗漏 情况 5.1.2 测量准确度测量准确度 查阅GB/T 15622-1995 液压缸试验方法后，得知测量准确度等级分B、C两级。 测量系统允许系统误差见表5.3。 表 5-3 测量系统允许系统误差 测量准确度等级 测量系统允许系统误差 B 级C 级 在 0.2MPa 表压以下时，kPa 3.05.0 压力 在等于或大于 0.2MPa 表压以下时，% 1.52.5 温 度， 1.02.0 测 力，% 1.01.5 流 量，% 1.52.5 本设计要求：液压马达试验台设计达到B级标准的试验台，即试验台测量系统的准确 度要符合B级的标准，所测量的各项技术指标要在测量系统允许系统误差的范围内。 5.1.3 试验用油液试验用油液 粘度：40时油液的运动粘度为2974，本设计所选用的液压油牌号为： smm / 2 L-HM32，在40时该液压油的运动粘度为32（） ，符合试验要求； cstsmm / 2 温度：除特殊规定外，型式试验应在502下进行，出厂试验在504下进行； 清洁度等级：试验系统油液的固体污染度等级代号不得高于19/16。 5.1.4 稳态条件稳态条件 被控参数平均指示值在表5.4的范围内变化时，方允许记录试验参数的测量值。 表 5-4 被控参数平均指示值允许变化范围 测量准确度等级 被 控 参 数 B 级C 级 在 0.2MPa 表压以下时，kPa 3.05.0 压力 在等于或大于 0.2MPa 表压以下时，% 1.52.5 温 度， 2.04.0 液压马达测试系统及动力源设计 31 流 量，% 1.52.5 5.1.5 测量点的位置测量点的位置 试验台对于各种被控量的测量要有一定位置要求，比如测量仪器设备放置的位置离 开试验马达的距离等。测量点的具体位置如下表所示： 表 5-5 试验台测量点的位置 测量点测量要求 测压点 离泵口 24 倍管径 离阀进口 5 倍管径以上，扰动源下游 10 倍管径以上，阀出口 10 倍管径以上 测温点 离泵测压点 24 倍 离阀进口 15 倍管径以内 测流量点 应在泵的出口和马达进口测量流量。如在其他点测量流量， 应同时测出该点的压力和温度并进行修正 测噪声点 离泵外壳 1m 处的半球面不同截面上 10 个以上均匀分布的位 置上 5.2 液压马达流量的测量液压马达流量的测量 5.2.1 流量的测量原理流量的测量原理 流量是指单位时间内流过管道某一横截面的流体的数量。用单位时间内流过的 流体容积表示的流量称为容积流量；用质量表示的流量称为质量流量；这两种单位时间 内的流量称为瞬时流量。把流量对任意时间进行积分出的累计体积或累计质量的总和称 为累积流量，也叫总量。在测量方法上，把测量瞬时流量用的仪表称为瞬时流量计，把 测量累积流量的仪表称为累积流量计，也叫总量计。 5.2.2 流量测量装置流量测量装置 涡轮流量计是使用最广泛的一种间接测量型累积流量计，是利用被测流体中自由旋 转的叶轮的转速与流体的流速成比例这一原理进行测量的。被测流体推动涡轮旋转，其 转速随流量的变化面变化，涡轮将流量 9 二转换成涡轮的转数 n，经磁电转换成电脉冲， 再经放大后传送给显示仪表进行计数和显示，由于单位时间脉冲数和累计脉冲数指示出 瞬时流量和累计流量，图 7.1 为涡轮流量计的测量系统图。涡轮流量计具有结构轻巧、 体积小、重量轻、检测元件不接触流体、精度高(显示精度可达0.5%0.2%)，量程 范围宽、对流量变化反应迅速(150ms)等特点，因而用途广泛。 无锡太湖学院学士学位论文 32 图 5.1 涡轮流量计测量系统框图 5.2.3 流量传感器的选择流量传感器的选择 本设计选用上海一诺仪表有限公司的 LTD-通用电子流量计（图 7.2） ，该电子 流量计非常适用于各种液体的计量，结构简单、适应性强。 工作原理：该产品属于涡轮流量计。当被测介质流过流量计时，冲击叶轮旋转，在 一定的流量范围内，叶轮转速与流量成正比，而当叶轮转动时，叶轮由导磁的不锈钢的 叶片，依次接近处于壳体的传感器，周期性地改变传感器磁电回路的磁阻，使通过传感 器的磁通量发生变化而产生与流量成比例的脉冲电信号，此信号经过数据处理后分别显 示出累计流量值和瞬时流量值。 选择流量计的型号为：LTD-80-Z-32-SS304A2-F1.5，公称压力为 32MPa，公称通 径为 80mm。具体技术指标如下： 1）流量范围、准确度 表 5-6 LTD-流量计流量范围及准确度 公称通径正常流量范围 m3/h可测量范围 m3/h (mm) 1 级 1.5 级 2 级 801080101006100 2）介质温度：-40+80；0+150；0+300； 3）工作压力：16；25；40；63；25；32；42(MPa)； 4）压力损失：0.03MPa； 5）防爆等级：ExdBTD； 6）信号输出：脉冲输出；420mA 电流输出 液压马达测试系统及动力源设计 33 图 5.2 LTD-通用电子流量计 5.3 液压马达压力的测量液压马达压力的测量 5.3.1 压力的测量原理压力的测量原理 压力是流体技术领域中的一个重要参量。压力是指流体介质作用于单位面积上 的力，它与应力有着相同的量纲，两者仅在物理意义上有所不同。衡量压力的单位是 Pa，。 ba
展开阅读全文