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实验教学是高等学校理工科教学中的重要组成部分,因为实验教学不仅仅是学生获得知识的重要途径,而且对培养学生的综合素质、实际工作能力、科学研究能力和创新能力都具有十分重要的作用。液压与气压传动是机械类专业必修的专业基础课,是一门实践性很强的课程,所以现代液压教学不只是单纯教授学生理论知识,更应加强学生实际动手能力的锻炼。
现有液压实验台控制系统由PLC、计算机控制、手动控制等方式组成。液压实验台的自动化程度比较高。但随着液压技术和计算机技术的高速发展,现有的液压实验台也有一定的局限性,主要表现在下面两个方面:
(1)液压实验台测试压力较低、输出流量比较小。从成本和学生使用安全角度考虑,目前实验室的YCS-DII综合液压实验台,定量泵液压系统最高工作压力为8MPa,变量泵系统压力变化范围为10.5MPa。变量泵液压系统的最大输出流量为32L/min,定量泵液压系统的额定流量为12L/min。
2)现有液压实验台可以做通用液压元件的实验,却不能满足特殊液压元件(如插装阀和多路换向阀)的测试。
综合上面两个原因,如果想使液压实验技术和液压技术的发展同步,可以采取优化现有液压实验台的方法来实现。本文中,在参考YCS-DII综合液压实验台的基础上,完成实验台优化中增设液压回路的设计,完成优化液压实验台电气系统设计并绘制出相应的控制图。通过仿真软件AMESim的应用,为增设液压回路建立仿真模型并设置参数,从而得到比较合理的液压系统和比较理想的元件参数。
本文共分为六章,第一章介绍了国内外液压实验台的研究现状和发展趋势,指出了YCS-DII型综合液压实验台的优势和缺陷,引出了本文研究的课题、内容及其意义。第二章介绍了液压实验台现有的基本液压回路(速度控制回路、压力控制回路、方向控制回路和比例控制回路),并在此基础上完成了实验台优化设计中增设液压回路(二通插装阀回路、螺纹插装阀回路、Z系列多路换向回路、带压力补偿的负载敏感多路换向回路)的设计和原理图的绘制。简单介绍了YCS—DII型综合液压实验台的结构组成。完成了实验台优化设计中液压元件的选型。第三章中测绘出YCS—DII型综合液压实验台的电气原理图,并在此基础上完成了实验台控制系统的改进,完成了实验台手动控制方式、PLC控制方式、计算机控制方式电气系统图的优化设计和绘制。在原有电气系统图的基础上,还绘制了电器元件端子排接线布置图。完成了实验台电气控制系统优化中主要元件的选型。第四章介绍了了法国的优秀仿真软件AMESim。介绍了液压实验台仿真中主要元件的数学模型。建立了速度控制回路、压力控制回路、方向控制回路和比例控制回路等基本液压回路的AMESim仿真模型,也建立了Z系列多路换向回路、带压力补偿的负载敏感多路换向回路、螺纹插装阀控制回路、二通插装阀控制回路等回路的AMESim仿真模型。其中多路换向阀系统回路和插装阀系统回路的建模,是本文的重点和难点。在完成基本液压回路和增设液压回路的建模的基础上,完成了对这些回路中主要元件参数的设置。为后面仿真分析及实验分析做好准备。第五章进行换向回路的实验并用数据采集卡完成流量和压力数据的采集。通过仿真结果和实验结果的对比分析,优化仿真模型,并得到换向回路仿真建模的一些原则。完成了二通插装阀控制回路仿真结果及分析,负载敏感多路换向回路的仿真结果分析。通过实验研究结果和仿真结果的对比分析,优化仿真模型,并验证液压系统仿真中仿真模型、仿真参数、管路长度、温度等参数对液压系统动态特性的影响。第六章是本文的结论及展望部分。总结了本文中研究所取得的成绩和不足,并对今后的工作指明了方向。
在液压实验台的优化设计中,应用仿真软件AMESim对增设回路进行仿真分析。通过液压实验台实验和AMESim仿真结果的对比分析,优化仿真模型,得到液压回路仿真建模的一些原则。验证了仿真模型、PID控制、管路长度等对液压仿真建模和分析的影响。所有这些仿真模型和建模的影响因素,都为液压实验台的改进中参数选取和回路选取提供了理论支持。