摘 要

本文主要设计一个能够安装各种形状管路的航天液压系统管路振动试验台，先根据任务书所给出的参数要求在液压基本回路中选择合适的液压回路加以修改使之成为满足试验台要求的系统回路，然后就系统回路里的每个液压元件和液压辅件进行选型和三维建模，再通过SolidWorks软件对试验台各个元件进行装配形成一个完整的航天液压系统振动试验台。最后通过机械激励锤击法测量管道固有频率实验与不同流速下测量管道的振动实验对比来找出管道内液体流速和管道固有频率的关系。

关键词：试验台；管路；振动；固有频率

Abstract

In this paper, we design a space can install various shapes pipeline hydraulic system pipeline vibration test bench, according to the requirements of the specification given parameters of the first to choose the appropriate hydraulic loop in the hydraulic basic loop modified make it meet the testing requirements of the system circuit, then the system circuits of the selection of hydraulic components and hydraulic auxiliary parts and 3 d modeling, again through the SolidWorks software to test the various components are assembled to form a complete hydraulic system of space pipeline vibration table. Finally through mechanical excitation hammering method measuring tube natural frequency experiment, and the vibration of the measuring pipeline under different flow experiment comparison to find out the pipe fluid flow velocity and natural frequency of the pipeline.

Key Words：Test bench；line；vibration；Natural frequency

目 录

第1章 绪论 1

1.1课题研究的背景、目的和意义 1

1.2国内外研究现状 1

1.3本文的主要研究内容 2

第2章 液压回路 2

2.1液压基本回路 2

2.2系统回路 3

第3章 液压元件 4

3.1泵 4

3.2电动机 5

3.3液压控制阀 6

3.3.1溢流阀 7

3.3.2调速阀 8

3.3.3单向阀 9

第4章 液压辅件 10

4.1管道和管接头 10

4.1.1管道 10

4.1.2管接头 11

4.1.3T型槽平台 11

4.2压力表 12

4.3流量计 12

4.4联轴器 13

4.5油箱 14

4.5.1空气过滤器 14

4.5.2液位计 15

第5章 试验台模型的建立 15

第6章 管路振动实验 16

6.1实验目的及实验设备 16

6.2实验内容 17

6.3实验后处理 18

6.4实验结论 21

第7章 结论 21

参考文献 22

致谢 24

附 录 25

第1章 绪论

1.1课题研究的背景、目的和意义

流体管路广泛应用于液压系统、机械工程、能源工程、船舶工艺和日常生活中,用于传输流体动量流和流体质量流。由于管道系统有泵和阀门和其他内部来源及基础振动和外在激励,所以会产生管路结构振动和内部流体压力脉动,也会在管道和流体中产生振动噪声传播。管路振动和流体脉动会破坏管道系统和设备配件,产生不可估量的经济损失。液压系统管路振动噪声问题在船舶液压系统中特别严重，不仅可以摧毁精密仪器配件,严重影响管道系统和电力系统的正常工作;而且管道系统的振动声波将通过船体及内部和外部流体交换造成其隐形声辐射的影响,对船舶安全构成直接威胁。

液压系统管道振动是一个非常典型的流固耦合振动,流固耦合振动也称为流体诱导振动。流体管道振动诱导因素很多,例如涡旋脱落,湍流激励,流体脉动，流体不稳定和阀损坏引起卡门涡街等等。管道系统的基础振动、机械振动或液压管路中的液体突然变化如速度、压力，都能引起流体脉动和管道的振动。而且流体脉动和管道的振动之间会相互影响,也就是说,流体的脉动会引起管道的振动,并且管道的振动也会导致流体的脉动, 它们之间的相互影响称为流固耦合。

1.2国内外研究现状

目前国内外研究学者在研究液压系统管道上,主要包括摩擦耦合、泊松耦合、连接耦合和结合部耦合。泊松耦合是由于当流体压力和管壁压力之间沿管道轴线的交互耦合,耦合程度和泊松比息息相关。摩擦耦合是由于流体和管壁的相对运动有很大的粘性摩擦引起的边界耦合。摩擦耦合效应相对于其他三个耦合特别小,通常可以忽略不计。此外, 管接头流体脉动的地方,导致不平衡的压力耦合称为结合部耦合。

流体流动引起的流体管道振动的研究是从阿拉伯石油管道振动分析开始的。自上个世纪60年代以后,研究人员致力于流固耦合系统管道振动和流体压力脉动的研究探索, 并得出了各种各样的理论模型,其中比较经典的有4方程模型, 6方程模型，8方程模型和14方程模型。到目前为止,流体管道的流固耦合计算的常用的五种方法,即模态综合方法,有限元法,阻抗分析法,传递矩阵法和特征线方法。

1.3本文的主要研究内容

对大多数人来说，液压系统管路振动试验台是一个非常冷门的专业词汇，也许很多人不知其为何物。实际上，液压系统管路振动试验台应用范围极其广泛，大到航天火箭制造方面，小到饼干零食生产方面，都必须要做振动试验。这样一种被广泛使用的关键设备，在过去非常长的一段时间里，由于受到多种关键技术的限制，我们国家所使用的液压系统振动试验台一直依靠外国进口。本文即以设计能够安装各种形状管路的管路振动试验台开始，进而通过机械激励得出管道的频率响应函数，再与流体通过管道引起的振动相比较，最后得出结论。具体内容如下：

（1）查找相关资料，选择合适的液压基本回路再根据参数要求对其修改，最终成为液压系统管路振动试验台的系统回路 。

（2）依据系统回路和参数要求，对其中的液压元件和液压辅件进行选型。