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基于液压驱动的传动组合装置的设计

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  • 发布时间:2014-10-12
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高职汽车专业的专业定位与培养目标是具备良好的职业基本素质,娴熟、规范专业基础操作技能,清晰故障诊断思路与分析能力及可持续发展能力 。要实现这-目标必须制定科学合理的理论教学内容和实践教学体系,实践教学体系的实现,学生实践技能的提高,必须向学生提供优质的实训设备。比如,随着汽车工业的高速发展,大量电子技术、计算机技术、信息技术等在汽车上的运用 ,汽车是集机械 、液压及 电子控制系统的集成产品,但在汽车检修过程中,还是离不开汽车专业基础知识的应用 和检修基本工具使 用。目前 ,国内不少教学设备生产厂家提供的机械传动性能综合测试实验台、机构运动创新实验台和液压实验台,都不收稿 日期 :2012-03-26作者简介:黄象珊(1976-),男,浙江温州人,工学硕士,讲师,主要从事机械方面的教学和科研工作。

Te1.:13777838196;E-mail:hxshan98###163.COB 是从培养汽车类高职学生的目标来设计生产的教学设备 ,缺乏针对性,开发的设备在原理、结构和控制等方面不能很好地体现汽车专业基础类课程的实训思路,教学效果不明显。针对这-情况,我们自行开发设计,采用液压驱动,具有数据采集功能的传动组合装置来满足当前教学的需求。

1 实训装置设计1.1 设计指导思想(1)在实训装置 中,能够实现尽量多的汽车机械传动方式和传动功能。 (2)学生能动手操作装置,可实现创意组合液压传动方案或机构传动方案,有利于学生问的合作学习和动手创新能力。

(3)在设备尽量的覆盖本专业各种基础知识,有利于学生综合应用能力的培养 ]。

1.2 总体结构设计自行研发基于液压驱动的传动组合装置,主要由驱动系统、传动系统和测试系统等组成,图1所示为基248 实 验 室 研 究 与 探 索 第32卷于液压驱动的传动组合装置组成架构图。以液压系统作为动力源 ,由液压回路构成了驱动装置 ,液压回路由学生实验时设计 ,可以是方 向控制回路 、速度控制 回路等。传动系统由平面四杆机构、带传动、链传动、齿轮传动 、凸轮机构 等传动拈组成 ,学生实验时,根据不同的传动路线设计不 同的传动方案 ,并按所设计的传动方案进行装配组合 ,再测试检验其合理性 。该实训装置把基本传动装置和基本的液压回路进行有机组合,可以进行液压系统控制传动机构运动的实验,运动机构单元上有相应的传感器与外接设备相连,可以测试相应运动单元的直线位移 、角位移和摆动速度等性能参数。这样 ,既能满足基于任务驱动的汽车机械基次程教学需求,又能使学生进-步掌握典型运动机构和液压 回路的特点 ,掌握测试与分析的方法 ,培养学生创新能力和提高手脑并用能力。

直线位移角位移摆动速度图 1 基于液压驱动的传动组合装置组成架构图2 驱动系统设计液压回路构成该装置的驱动系统,液压回路是由若干液压元件组成的用来完成特定功能的典型 回路。

液压回路单元作为驱动装置带动传动机构单元运动,根据传动机构单元不同的运动要求,液压元件可在实训装置台上的滑槽快速、自由插接组合,实现新的液压回路。在液压回路中,执行元件是-种能量转换装置,将液压系统提供的液压能转变为机械能输出,从而驱动传动机构单元的工作机构运动。根据组合装置的实验需求,执行元件采用低速液压马达。低速液压马达具有排量大、体积大、转速低等特点 ,不需要减速装置,可以直接与传动机构单元的工作机构连接,传递动力 。以换向回路和定压式节流调速 回路为例进行设计 ,以适用于传动机构单元低速 、轻载等特性。

2.1 换向回路的设计换向回路 由油箱 、液压泵 、溢流阀 、换 向阀和液压马达等液压元件组成 ,如图 2所示。为了使学生在实验中,能清楚观察传动机构的正反转情况,换向阀采用手动换向阀,通过手动控制换 向回路中三位四通换 向阀,改变油液流向,实现液压马达转动方 向的改变 ,从而改变传动机构单元 中与液压马达相连接 的齿轮 、曲柄 、带轮 、链轮或槽轮等运动机构的运动方向。

r-J l I- -4f Ir × -山 L( -/II图 2 换向 回路2.2 定压式节流调速回路的设计节流调速回路由油箱、液压泵、溢流阀、节流阀和液压马达等液压元件组成,具有结构简单、工作可靠等特点 ,能获得极低 的运动速度。根据节流阀安装 的位置不同,分为进 口节流调速 回路 、出El节流调速回路和进出 口节流调速 回路 ,如图 3所示。

进口节流 出口节流 进-出口节流图 3 定压式节流调速 回路进El节流调速回路中定量泵输出的流量 q 是恒定的,-部分流量 q。经节流阀输入给液压马达,用于克服传动机构单元的负载,实现液压马达转动;另-部分泵输出的多余流量 △q经溢流阀溢流回油箱,节流第2期 黄象珊 ,等:基 于液压驱动的传动组合装置的设计 249阀和溢流阀配合使用时,输入液压马达的流量越少,从溢流阀溢回油箱 的流量就越多 ,从而调节液压马达的转速,满足传动系统运动速度的需要。流量关系式为q q △g (1)根据节流阀流量特性方程 ,通过节流阀的流量为q。KA,Ap (2)节流阀的压力差 △pP -P (3)液压马达 的输人流量等 于通过节 流阀的流量 q,及公式(2)、(3),液压马达的转速为rt KA (P。-P) / (暂不考虑液压马达 的容积效率) (4)进 口节流调速 回路 、出口节流调速回路 和进 出口节流调速回路的速度负载特性、承载能力、功率特性和效率等基本性能相似,在使用性能方面的主要区别是:出口节流式和进-出口节流式调速回路都承受负方向”的负载,出 口节流式调速 回路 中油液通过 节流 阀所产生的热量直接排回油箱消散掉 ,进 口节流式调速回路中的这部分热量随着油液进入液压马达 。

液压回路单元中,学生可以进行压力回路、快速回路、速度换接回路或锁紧回路等基本回路的连接练习。

3 传动系统设计3.1 功能与传动方案设计分析汽车机械领域基础类知识 ,以职业工作过程为导向,针对机械传动的特点,在传动系统单元上开发、设计机械传动机构的创意组合、标准件和维修工具如何选取等,满足不同标准件和机械传动机构之间的差异 ,只需改变相应的标准件 和传动件位置与形式即可实现新的组合,完成对传动系统单元不同传动机构功能的设计与实现。根据各种传动零部件运动方式不同,在传动零部件上有相应的直线位移传感器、角位移传感器或摆动传感器等,对线位移、角位移、角加速度等性能参数进行测试与数字化分析。

传动方案有:① 皮带传动-锥齿轮传动-变速箱齿轮传动-链轮传动-联轴器-槽轮传动;② 齿轮传动-锥齿轮传动-槽轮传动-链轮传动;③ 皮带传动-链轮传动-槽轮传动;④ 齿轮传动-弹性连轴器-皮带传动-槽轮传动;⑤ 皮带传动-锥齿轮传动-槽轮传动;⑥ 皮带传动-刚性连轴器-链轮传动-槽轮传动;⑦ 皮带传动-弹性连轴器-链轮传动-槽轮传动;⑧ 齿轮传动-凸轮传动;⑨ 曲柄滑块机构;⑩ 曲柄摇杆机构等。

3.2 结构设计为能实现对不同传动机构进行正常拆装和传动系统的控制,达到创意创新组合的目的,分析了传动机构单元的系统功能,扩展传动机构单元的适用性,该传动系统主要由立柱、基板、轴承座、传动机构单元和立板组成;其中,基板固定在立柱上,轴承座和L”型立板固定在基板上,传动机构单元由轴承座和L型立板支承,传动机构单元的相应零部件与驱动系统中的液压马达相连,作为驱动装置,带动整个传动系统运动。

传动系统单元的底座由立柱、基板和立板构成,基板上有相应圆孔 ,供轴承座与立板固定用 ,学生进行拆装练习时,由于动作 不当,使螺纹乱牙后 ,更换螺栓 和螺母即可 ,不用更换整块基板。立板用螺栓与螺母 固定在基板上 ,两立板 间距根据不同的传动方案需要进行调整。传动机构单元采用拈化结构 ,可以随意更换硬件拈,有带传动机构、链传动机构、槽轮传动机构、凸轮传动机构、锥齿轮传动机构、齿轮传动机构、曲柄滑块机构或曲柄摇杆机构等。学生可根据设计的实验传动方案,进行传动系统搭接、装配和调试,可充分展示多种传动形式的组合 。

3 测试系统设计测试系统 由 PC机 、数据 采集 卡和测试与数字化分析软件组成的。

3.1 硬件系统测试 系统硬件包括数据采集卡 、直线位移传感器 、角位移传感器、摆动传感器和 Pc机。

83l0,12位 PCI总线的多功能模人接 口卡,主要 由模拟多路开关选通电路 、差分放大器电路、模数转换电路、开关量输入输出电路和接口控制逻辑电路组成,允许采用 32路单端输入方式或 16路双端输入方式,可根据实际需要选择测量单极性信号或双极性信号,其输入的模拟信号由卡前端的37芯 D型插头直接接入 。

(2)直线位移传感器。直线位移传感器输出电压是 0-5 V,量程是 80 L。

(3)角位移传感器∏位移传感器输出电压是 0- 5 V,脉冲数是 200 P。

(4)摆动传感器。摆动传感器输出电压是 0-5V ,量程是 0-90。

(5)PC机 。PC机 由测试与数字化分析软件控制上位机和硬件测控下位机组成 。测试系统利用下位机将采集到的数据经串口传送至上位机处理,并显示在测试分析计算机界面上 ,上位机软件主要 实现对测试系统功能的要求。

3.2 软件系统测试与数字化分析软件是在 WindowsXP系统下,采用编译型图形化编程语言LabVIEW编写应用程序。

数据采集卡采集直线位移、角位移和角加速度等信号进 Pc机,由LabVIEW完成平滑、数字滤波、频域转换等分析处理。系统软件总体上包括数据采集、分析处250 实 验 室 研 究 与 探 索 第32卷理、数据存储、数据回放四大功能拈,其结构组成如图4所示 。

4 结 语图4 测试系统架构图基于液压驱动的传动组合装置.,不仅能实现机械与液压传动功能和数据采集功能,而且考虑到汽车专业后续课程和职业岗位 的实 际需求 ,在组合装置 中采用不 同的传动系统 ,有很 大的空间让学生亲 自动手设计实验 ,使学生更好地掌握液压传动的基本 回路、机械传动创意组合及计算机测试系统的运用,提升了学生的实践能力 ,同时锻炼了教师的业务能力,满足当前汽车机械基础类课程基于工作过程的现程学需要 ,取得较好 的教学效果。

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