结构疲劳试验机液压动力站设计.doc

结构疲劳试验机液压动力站设计

1.概述
1.1研究目标
结构疲劳试验机可以对构件运行动态，静态及寿命进行模拟实验，也可以对构件进行单点受力状态的模拟。由于液压系统有响应快，功率大，体积小，重量轻，传动平稳，抗干扰能力强等特点，使施力系统具有较高的精度，同有速度快，功率大，结构紧凑和使用方便等优点。
本课题重点放在结构疲劳试验机液压的动力站设计
通过设计，掌握机械装置液压系统的设计原理和方法，熟练掌握相关液压产品、设计软件的使用方法和设计手册、相关设计资料的运用及收集。
1.2 液压传动的发展概况
液压传动和气压传动称为流体传动，是根据17 世纪帕斯卡提出的液体静压力传动原理而发展起来的一门新兴技术，是工农业生产中广为应用的一门技术。
如今，流体传动技术水平的高低已成为一个国家工业发展水平的重要标志。第一个使用液压原理的是1795 年英国约瑟夫·布拉曼(JosephBraman,1749-1814)，在伦敦用水作为工作介质,以水压机的形式将其应用于工业上,诞生了世界上第一台水压机。1905 年他又将工作介质水改为油,进一步得到改善。
第一次世界大战(1914-1918)后液压传动广泛应用,特别是1920 年以后,发展
更为迅速。液压元件大约在19 世纪末20 世纪初的20 年间,才开始进入正规的工业生产阶段。1925 年维克斯(F.Vikers)发明了压力平衡式叶片泵,为近代液压元件工业或液压传动的逐步建立奠定了基础。20 世纪初康斯坦丁·尼斯克(G·Constantimsco)对能量波动传递所进行的理论及实际研究;1910 年对液力传动(液力联轴节、液力变矩器等)方面的贡献，使这两方面领域得到了发展。
我国的液压工业开始于20 世纪50 年代，液压元件最初应用于机床和锻压设备。60 年代获得较大发展，已渗透到各个工业部门，在机床、工程机械、冶金、农业机械、汽车、船舶、航空、石油以及军工等工业中都得到了普遍的应 用。当前液压术正向高压、高速、大功率、高效率、低噪声、低能耗、长寿命、高度集成化等方向发展。同时，新元件的应用、系统计算机辅助设计、计算机仿真和优化、微机控制等工作，也取得了显著成果。
目前，我国的液压件已从低压到高压形成系列，并生产出许多新型元件，如插装式锥阀、电液比例阀、电液伺服阀、电业数字控制阀等。我国机械工业在认真消化、推广国外引进的先进液压技术的同时，大力研制、开发国产液压件新产品，加强产品质量可靠性和新技术应用的研究，积极采用国际标准，合理调整产品结构，对一些性能差而且不符合国家标准的液压件产品，采用逐步淘汰的措施。由此可见，随着科学技术的迅速发展，液压技术将获得进一步发展，在各种机械设备上的应用将更加广泛。
1.3 液压站的基本构成

液压站又称液压泵站，是独立的液压装置，它按驱动装置(主机)要求供油，并控制油流的方向、压力和流量，它适用于主机与液压装置可分离的各种液压机械下。使用者只需将液压站与主机上的执行机构(油缸和油马达)用油管相连，液压机械即可实现各种规定的动作、工作循环。液压站是由泵装置、集成块或阀组合、油箱、电气盒组合而成。各部件功用如下：
1）能源装置——液压泵。它将动力部分（电动机或其它远动机）所输出的机械能转换成液压能，给系统提供压力油液。
2）执行装置——液压机（液压缸、液压马达）。通过它将液压能转换成机械能，推动负载做功。
3）控制装置——液压阀。通过它们的控制和调节，使液流的压力、流速和方向得以改变从而改变执行元件的力（或力矩）、速度和方向，根据控制功能的不同，液压阀可分为村力控制阀、流量控制阀和方向控制阀。压力控制阀又分为益流阀(安全阀)、减压阀、顺序阀、压力继电器等；流量控制阀包括节流阀、调整阀、分流集流阀等；方向控制阀包括单向阀、液控单向阀、梭阀、换向阀等。根据控制方式不同，液压阀可分为开关式控制阀、定值控制阀和比例控制阀。
4）辅助装置——油箱、管路、蓄能器、滤油器、管接头、压力表开关等。通过这些元件把系统联接起来，以实现各种工作循环。
5）工作介质——液压油。绝大多数液压油采用矿物油，系统用它来传递能
量或信息。

1.4 液压传动的工作原理
液压传动是用液体作为工作介质来传递能量和进行控制的传动方式。液压系统利用液压泵将原动机的机械能转换为液体的压力能，通过液体压力能的变化来传递能量，经过各种控制阀和管路的传递，借助于液压执行元件(缸或马达)把液体压力能转换为机械能，从而驱动工作机构，实现直线往复运动和回转运动。驱动机床工作台的液压系统是由油箱、过滤器、液压泵、溢流阀、开停阀、节流阀、换向阀、液压缸以及连接这些元件的油管、接头等组成。
具体来说，工作原理如下：
1)电动机驱动液压泵经滤油器从油箱中吸油，油液被加压后,从泵的输出口
输入管路。油液经开停阀、节流阀、换向阀进入液压缸，推动活塞而使工作台
左右移动。液压缸里的油液经换向阀和回油管排回油箱。
2)工作台的移动速度是通过节流阀来调节的。当节流阀开大时，进入液压
缸的油量增多，工作台的移动速度增大；当节流阀关小时，进入液压缸的油量
减少，工作台的移动速度减少。由此可见，速度是由油量决定的。
1.5 液压传动的优缺点
1.5.1 液压传动的优点
1）在相同的体积下，液压执行装置能比电气装置产生出更大的动力。在同
等功率的情况下，液压执行装置的体积小、重量轻、结构紧凑。液压马达的体
积重量只有同等功率电动机的12%左右。
2）液压执行装置的工作比较平稳。由于液压执行装置重量轻、惯性小、反
应快，所以易于实现快速起动、制动和频繁地换向。液压装置的换向频率，在实现往复回转运动时可达到每分钟500 次，实现往复直线运动时可达每分钟1000 次。
3）液压传动可在大范围内实现无级调速（调速比可达1：2000），并可在液压装置运行的过程中进行调速。
4）液压传动容易实现自动化，因为它是对液体的压力、流量和流动方向进行控制或调节，操纵很方便。当液压控制和电气控制或气动控制结合使用时，能实现较复杂的顺序动作和远程控制。
5）液压装置易于实现过载保护且液压件能自行润滑，因此使用寿命长。
6）由于液压元件已实现了标准化、系列化和通用化，所以液压系统的设计、制造和使用都比较方便。
1.5.2 液压传动的缺点
1)液压传动是以液体为工作介质，在相对运动表面间不可避免地要有泄漏，同时，液体又不是绝对不可压缩的，因此不宜在传动比要求严格的场合采用，例如螺纹和齿轮加工机床的内传动链系统。
2）液压传动在工作过程中有较多的能量损失，如摩擦损失、泄漏损失等，故不宜于远距离传动。
3）液压传动对油温的变化比较敏感，油温变化会影响运动的稳定性。因此，在低温和高温条件下，采用液压传动有一定的困难。
4）为了减少泄露，液压元件的制造精度要求高，因此，液压元件的制造成本高，而且对油液的污染比较敏感。
5）液压系统故障的诊断比较困难，因此对维修人员提出了更高的要求，既要系统地掌握液压传动的理论知识，又要有一定的实践经验。
6）随着高压、高速、高效率和大流量化，液压元件和系统的噪声日益增大，这也是要解决的问题。
总而言之，液压传动的优点是突出的，随着科学技术的进步，液压传动的缺点将得到克服，液压传动将日益完善，液压技术与电子技术及其它传动方式的结合更是前途无量。