【正文】 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 大地震部分參數(shù) 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì) 地震 體驗(yàn)裝置液壓 系統(tǒng)主要由臺(tái)面及支撐架系統(tǒng)、激振器系統(tǒng)、控制 機(jī) 系統(tǒng)、液壓源系統(tǒng) 組成 。臺(tái)架包括上臺(tái)架 和 下臺(tái)架，下臺(tái)架 依靠 滾輪組與地面軌道 相連 ，上臺(tái)架 的 下端 從 滾輪組 和 固定于下臺(tái)架上的軌道相 連 ， 臺(tái)面 設(shè) 計(jì)了 體驗(yàn) 倉(cāng)的 地腳螺栓 結(jié)構(gòu) ，用于固定體驗(yàn) 倉(cāng) 。臺(tái)式結(jié)構(gòu)，使用操作簡(jiǎn)單，適合于 實(shí)驗(yàn)室 及有市電的現(xiàn)場(chǎng)高壓 壓力表 檢定使用。液壓動(dòng)力源采用恒壓變量泵，對(duì) 該 系統(tǒng)提供 大量的 動(dòng)力。 激振器是附加在某 些機(jī)械和設(shè)備上用以產(chǎn)生激勵(lì)力的裝置，是利用機(jī)械振動(dòng)的重要部件。激振器還可作為激勵(lì)部件組成振動(dòng)機(jī)械，用以實(shí)現(xiàn)物料或物件的輸送、篩分、密實(shí)、成型和土壤砂石的搗固等工作。激振器可產(chǎn)生單向的或多向的，簡(jiǎn)諧的或非簡(jiǎn)諧的激勵(lì)力。控制系統(tǒng)有幾種分類(lèi)方法 ： 開(kāi)閉環(huán)控制系統(tǒng)，恒值 和隨動(dòng)控制系統(tǒng)。 在設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)下可以表示 ，地震體驗(yàn)系統(tǒng)整套裝置是閉環(huán)控制的電液伺服系統(tǒng)。控制 部分 流程結(jié)構(gòu)圖 如下： 液壓系統(tǒng)的重要參數(shù) 由 以前的數(shù)據(jù) 可以 設(shè)置 油源 的 壓力 PS=15MPa， 不妨令 工作 的 壓力 PL=10MPa。 背壓在此特殊情況下可以不予考慮。 對(duì)活塞桿外徑 d 和液壓缸內(nèi)徑 D 近似處理， 可以得到 Dd ? ， 由 ? ?224 dDA ?? ? 計(jì)算得 D = ， 又由 GB /T 2348 94 在 圓整 之 后的 D =100mm , d = 50mm。 液壓油缸按照數(shù)據(jù)計(jì)算出最大輸出力為 : Fpm=PLA=10MPa ≈59kN 動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)分析 液壓 機(jī)工作 的負(fù)載 是 工作負(fù)載和摩擦負(fù)載兩 各組成部分 。 因?yàn)樗椒较蛏系能壍篮芄饣?， 并且在其使用材料為 鑄鋼 的情況下 ， 不妨設(shè)他們之間的 滾動(dòng)摩擦系數(shù) μ d = ，重力加速度 g = /s2， 機(jī)械效率 η m = ，容積 效率 η v =1。 通過(guò)上面算得數(shù)據(jù)的比較得出的結(jié)果符合設(shè)計(jì)的要求，故上述數(shù)據(jù)可以采用。 (1)在組合基本回路時(shí)，要保證不會(huì)相互干擾彼此的工作，其工作能正常進(jìn)行不會(huì)出現(xiàn)故障。對(duì)于高壓大流量的液壓系統(tǒng)，應(yīng)該用液壓換向閥替代電磁換向閥，從而減慢換向的速度 。 閥塊設(shè)計(jì)的總體思路為 ： 模型以后，按照閥的實(shí)際尺寸及位置關(guān)系，初步確定集成塊的總體尺寸。 (4)按照液壓傳動(dòng)原理和所安裝的液壓元件不同，在各個(gè)面 上加工出相應(yīng)的通油孔道以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)傳動(dòng)要求。 (5)這樣不但便于選擇，也便于維護(hù)。 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)主要通過(guò)引入系統(tǒng)功能分析的方法，并綜合考慮功能和結(jié)構(gòu)兩方面因素的作用，提出一種度角度進(jìn)行的激勵(lì)分析的功能需求所產(chǎn)生的設(shè)計(jì)方法，達(dá)到功能擴(kuò)展，功能裁剪，功能分割，功能替代的水平。包括由三位四通換向閥控制的鎖緊缸，主要實(shí)現(xiàn)減振模式和非減振模式的控制 。還有 2D換向閥被作為電液伺服閥對(duì)液壓激振缸的控制 。 因?yàn)槲宜O(shè)計(jì)的地震體驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)置是室內(nèi)裝置，需要有很大的空間進(jìn)行拜訪，需要特別的線路進(jìn)行簡(jiǎn)化處理。 主要表現(xiàn)在 負(fù)載變化與速度沒(méi)什么相關(guān)性 。 總體比較來(lái)說(shuō)開(kāi)式容積調(diào)速回路更加有優(yōu)勢(shì)，所以選擇湖北理工學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 開(kāi)式的容積調(diào)速回路。順序閥和換向閥操縱柱塞缸對(duì)復(fù)位彈簧的控制。 。當(dāng)系統(tǒng)壓力略高于順序閥 1 的設(shè)定壓力時(shí)，打開(kāi)順序閥 1，同時(shí)使換向閥 7 換向，系統(tǒng)的壓力油進(jìn)入柱塞缸 6，變量柱塞 8 克服復(fù)位彈簧 5 的作用力，改變斜盤(pán)傾角 Y，使液壓泵實(shí)現(xiàn)變量供油。 原理 圖 的 換向閥 7 在對(duì)系統(tǒng)大量用油時(shí) ， 可以 提高變量柱塞 8 復(fù)位的響應(yīng)速度。這種控制 被稱(chēng)為 恒壓變量 的 控制。 BC 的 變量段的壓力 工作 范圍很小， 在壓力狀態(tài)下的 90%之內(nèi)提供全排量的供油狀態(tài)，并且可以十多個(gè)執(zhí)行器同時(shí)啟動(dòng)，具有很高的效率。從成本控制等各方面進(jìn)行綜合考慮，使用液壓源，其中二位四通換向閥可以實(shí)現(xiàn)油泵的空載啟動(dòng)，之后大約 10 秒左右自動(dòng)關(guān)閉，從而達(dá)到延長(zhǎng)電機(jī)的使用壽命的效果。 蓄能器在液壓系統(tǒng) 作用是將 液壓系統(tǒng) 中的壓力油儲(chǔ)存起來(lái)， 當(dāng) 需要 壓力 時(shí)又 重新放出 ，蓄能器的 作用表現(xiàn)在 如下五 個(gè)方面 ： 和保持恒壓 、降低噪聲 。 它們各自都有各自的特點(diǎn)和用途，在這里我就不一一說(shuō)明了。 它安裝在主測(cè)控模塊與其他模塊之間，產(chǎn)生軸向激振力，將震動(dòng)立場(chǎng)加入到體驗(yàn)裝置中，實(shí)湖北理工學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 現(xiàn)一系列的激振運(yùn)動(dòng)，是進(jìn)行廣義流變學(xué)研究的功能模塊。 驅(qū)動(dòng)伺服油缸的活塞 和 驅(qū)動(dòng)連接機(jī)構(gòu)剛性連接的臺(tái)架 根據(jù)地震波形和頻率進(jìn)行運(yùn)動(dòng) ，仿波形 與實(shí)際地震波形進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn) ，經(jīng)電液伺服閥修正輸出流量以保證活塞及臺(tái)架的運(yùn)動(dòng)波形與地震波形一致 , 驅(qū)動(dòng)連接機(jī)構(gòu)。 本章小結(jié) 該章節(jié) 首先設(shè)計(jì) 了 地震體驗(yàn) 裝置液壓 系統(tǒng)的振動(dòng) 最大位移 、振動(dòng)的有效質(zhì)量、最大速度、控制測(cè)量精度、溫度控制、控制方式、冷卻方式、壓力波動(dòng)等 重要的 技術(shù) 性指標(biāo)， 根據(jù) 大 地震 的 參考 數(shù)據(jù) ， 給 了設(shè)計(jì)中該液壓系統(tǒng) 運(yùn)用的加速度值和頻率 。 湖北理工學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 第三章 液壓 泵 和電機(jī)，液壓缸和閥的 選 取 液壓泵 和 電機(jī) 液壓 泵 在這個(gè)設(shè)計(jì)中的作用的重要性是不言而喻的。液壓泵的工作原理是運(yùn)動(dòng)帶來(lái)泵腔容積的變化，從而壓縮流體使流體具有壓力能。液壓泵的結(jié)構(gòu)形式一般有齒輪泵、葉片泵和柱塞泵。 底部的機(jī)械限位用來(lái)調(diào)整流量大小，緊固螺栓可以 減少流量 。 再由 系統(tǒng)的液壓泵的最大排量 和 工作壓力， 選取的液壓 泵額定功率為 100KW。 液壓缸 的選取 液壓缸三維圖 液壓缸是將液壓能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的、做直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)或擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)的液壓執(zhí)行元件。 利用它進(jìn)行 往復(fù) 的 運(yùn)動(dòng)時(shí)， 無(wú)需獨(dú)立的 減速裝置， 就可以式的設(shè)計(jì)的液壓系統(tǒng)平穩(wěn)高效的工作 。 在該地震體驗(yàn)裝置中，激振液壓缸 在 激振缸支架 之 上，利 用特殊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ， 使得連接部分隨著臺(tái)架等部位的位移而發(fā)生變化 。 不妨取 液壓缸安全系數(shù) n為 5，無(wú)縫鋼管材料采用 45 鋼，缸體端部采用焊接式，其 MPab 500?? ， MPas 400?? 。 根據(jù)當(dāng)時(shí)的測(cè)量數(shù)據(jù) ， 其 額定工作 的 壓力 為 10?LP MPa。 由于 M P apP pLL ?? PPL一缸 體 塑性變形的壓力 此外，缸 體 徑向變形 △ D 滿足 : ???????? ?????? ?221221DD DDEPDD T DDP bE ?? EP 式中 ? 一缸筒材料泊桑系數(shù)取 。 查表可得 ，工作壓力下 在 △ D 沒(méi)有 超過(guò)密封圈 的 允許范圍 內(nèi) ， 可以省去驗(yàn)算步驟。取 1? 為 15mm。 D1 一液壓缸外 直 徑 。 D2 一焊縫底 直 徑 。 傳感器 所 選 取為 伸縮式位移傳感器， 磁致伸縮位移傳感器是利用磁致伸縮原理 來(lái)進(jìn)行位移測(cè)量的新型位移 高效 傳感器 ， 型號(hào)為 MHR021 ODM611 S411010，精度。 在不同的情況下，不同的液壓缸的型號(hào)會(huì)帶來(lái)誤差，所以在選擇液壓缸時(shí)一定要考慮它的工作符合度。 最好所選取的 液壓缸為雙作用單桿活塞式液壓缸，其額定工作壓力為 16MPa，在額定工作壓力下的拉力為 95KN，足夠滿足一般的應(yīng)用及以后升級(jí)的需要。 重復(fù)精度 :重復(fù)精度 %。 響應(yīng)時(shí)間 t/ms (100%信號(hào)變化 ):20ms。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)閥芯反方向轉(zhuǎn)動(dòng) 時(shí) ， 導(dǎo)致 當(dāng)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)閥芯反方向轉(zhuǎn)動(dòng)，則閥芯左移、左敏感腔的壓力下降。 由上面簡(jiǎn)單的分析 ， 說(shuō)明 2D 數(shù)字換向閥是一個(gè)雙級(jí)流量控制閥。 由于要分析 響應(yīng)頻率 和 控制精度 的數(shù)值 ， 得到轉(zhuǎn)子的輸入角位移的實(shí)值 ， 2D 數(shù)字換向閥 運(yùn) 了電動(dòng)機(jī)輸 入 角位移 和輸出線性唯一的 控制方法。 湖北理工學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 26 2D 數(shù)字換向閥具有以下 下特點(diǎn) :精度高 抗干擾能力強(qiáng) 可以直接由脈沖信號(hào)控制 。由于一些其他原因 響應(yīng) 了它的速度 的表現(xiàn)力 ， 故 閥的響應(yīng)速 度 也受到 了 影響。 2D 數(shù)字換向 閥左右兩端 都是 敏感腔 部位 ， 它的 左右兩側(cè) 由 伺服螺旋機(jī)構(gòu)的阻力半橋控制， 受到伺服系統(tǒng)控制， 其壓力變化 的調(diào)節(jié) ，即當(dāng)閥芯順時(shí)針轉(zhuǎn)時(shí)，左敏感腔壓力升高，右敏感腔壓力降低，閥芯左移。在靜態(tài)的工作情況下 ， 伺服螺旋機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)角位移與直線位移 有如下關(guān)系 : ??tanrxv? ??? c oss i n0 vxrhh ??? 其中 β 一螺旋槽升角 θ 一閥芯的轉(zhuǎn)動(dòng)角位移 r 一閥芯臺(tái)階半徑 h0 一初始重疊面積的弓高 h一重疊面積的弓高 弓形重疊面積 公式 為 : ? ? 2220 211a r c c o s, ????????????????? ?????????? ??dddddd rhr hrhrrhrhrAd 公式必須 滿足 (0h2rd)，若 h≥2rd， 得到 弓形 的 重疊面積為 2dr? 。本系統(tǒng)采用塊式的無(wú)管集成的液壓控制裝置。 （ 3）油路直接做在輔助元件或液壓閥閥體之上，這樣就省去了大量管件。 （ 1）蓄能器 在液壓系統(tǒng)正常工作，可以選擇氣體加載式蓄能器，它是一種隔離式可撓型的蓄能器，用了金屬波紋管式。 ? ?? tqALKV VP1 其中 V 一容量 L 一液壓缸行程 (m) A 一液壓缸的有效工作面積 (m3 ) VPq 一液壓泵的流量 湖北理工學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 28 K1 一為油液損失系數(shù)，一般取 t 一動(dòng)作時(shí)間。其容量為 10L，壓力為 。 (2)過(guò)濾器 過(guò)濾器的主要功能是過(guò)濾液壓系統(tǒng)工作介質(zhì)中的雜質(zhì)，使工作介質(zhì)保持清潔，液壓系統(tǒng)中的元件更加可靠，延長(zhǎng)元器件的使用壽命。我選擇了箱外自封式吸油過(guò)濾器。要想油箱可以散熱散熱以及采用冷卻器來(lái)強(qiáng)制降低溫度， 應(yīng)該安裝一個(gè)熱交換器。選用時(shí)一般應(yīng)考慮以下幾個(gè)方面 :(1)散熱效率高 (2)有足夠的散熱面積(3)結(jié)構(gòu)力求緊湊、重量輕、堅(jiān)固、體積小 (4)油液通過(guò)時(shí)壓力損失小 考慮上述幾個(gè)方面，查表選用 ，該交換機(jī)的散熱面積為 ，預(yù)設(shè)溫度 95 ℃ ，介質(zhì)壓 力 ，冷卻時(shí)介質(zhì)的壓力 MPa。 我設(shè)計(jì)的液壓 系統(tǒng)采用閉式油箱，閉式油箱 是 指 油 箱內(nèi)液面 間接與外面相通 ， 通氣 壓力 為 。在同時(shí) 滿足系統(tǒng)供油 和 保證執(zhí)行元件全部排油 的條件時(shí) ，油箱 中的油 不能溢出， 且 油箱的油位 處于最低時(shí)不能低于最低限度 。 液壓介質(zhì) 由于本地震體驗(yàn)系統(tǒng)放置在室內(nèi)，并且在油源設(shè)計(jì)中安裝了冷卻器和加熱器等設(shè)備，這樣可以使液壓系統(tǒng)的工作溫度處于 82~10? ℃ ，在激振液壓缸工作時(shí)，其最高工作壓力可以達(dá)到 11MPa，因此可選用 LHM 型抗磨液壓油。再則，考慮 到選用的是柱塞泵，最佳工作粘度為 3515? 2mm /s。參考實(shí)際的需求，自己設(shè)計(jì)了激振液壓缸。最后介紹了油液介質(zhì)的選用與蓄能器、過(guò)濾器、熱交換機(jī)、油箱 等液壓輔件的選取。 論文根據(jù)設(shè)計(jì)的要求作出了合理的原理設(shè)計(jì)方案，地震體驗(yàn)裝置利用了以 2D 數(shù)字換向閥為控制閥的電液伺服系統(tǒng)。但我認(rèn)為基本上設(shè)計(jì)是合情合理的。 在設(shè)計(jì)制造地震體驗(yàn)裝置液壓系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)基礎(chǔ)上，并了解了功能要求，以及對(duì)元件的運(yùn)動(dòng)和受力分析，對(duì)其主要元件進(jìn)行了比較完善的設(shè)計(jì)和選擇，進(jìn)行了最重要部分一液壓系統(tǒng)原理設(shè)計(jì)。 以后此課題研究的思路和方向 本研究只設(shè)計(jì)了地震體驗(yàn)系統(tǒng)的液壓系統(tǒng)這部分內(nèi)容，而且有很多不足的地方，這些不足都是在以后研 究中重要的一部分。 (2)要對(duì)裝置的設(shè)計(jì)要能更加簡(jiǎn)便，能簡(jiǎn)則簡(jiǎn)化，盡量做到環(huán)保設(shè)計(jì)。Automation， July 2729. 20xx. AthensGreece [14] Grasty， electro 一 magic shaker technology .S V Sound and Vibration[J].March， 20xx:p6878 [15]管成 .液壓機(jī)的機(jī)械 — 液壓復(fù)合式節(jié)能液壓系統(tǒng)的研究及應(yīng)用 ,浙江大學(xué)學(xué)位論文 ,20xx [16]奚德昌 .振動(dòng)臺(tái)及 振動(dòng)試驗(yàn) [M].北京 :機(jī)械工業(yè)出版社， 1980 湖北理工學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 32 致謝 本論文是在導(dǎo)師黃磊老師的指導(dǎo)下完成的。老師 的諄諄教誨使我受益非淺，老師淵博的知識(shí)、開(kāi)闊的視野、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、敏捷的思維讓我敬佩。在此，向黃磊老師表示衷心地感