《现代机械工程基础实验1》（机电）之机械工程控制基础综合实验指导书指导教师：董明晓逄波山东建筑大学机电工程学院2013.7.4一、过山车项目1、过山车（Roller coaster，或又称为云霄飞车），是一种机动游乐设施，常见于游乐园和主题乐园中。

过山车通常采用液压弹射器提速。

弹射系统由高速液压缸、活塞式蓄能器以及大流量高速开关阀等三部分组成液压系统原理图如下：2、过山车机械结构设计方案图3、该方案的应用坦克仿真驾驶平台的起伏效果、混凝土搅拌机、塔式起重机、车辆驱动传动系统，液压起升平台4过山车液压节能回收装置。

液压系统设计中的节能问题主要是降低系统的功率损失，液压系统的功率损失会使系统的总效率下降、油温升高、油液变质，导致液压设备发生故障。

因此，设计液压系统时必须多途径的考虑怎样降低系统的功率损失。

其设计如图所示。

二.坦克系统1、如何驱动庞然大物-坦克，主要依靠液压系统的驱动，导向，制动。

机械液压双工率流向机构，使得来自发动机的动力分两路，流向驱动轮的两侧。

其行走系统液压原理图2、由于军事工业的需要，为了使坦克更好的适应作战环境（沟壑，险滩等路面凹凸不平，）有时为了需要不得不从空中运输，从空中迫降，显而易见，处理好减震已经迫在眉睫。

坦克液压减震系统原理图3、液压式减震器的结构同吸入式泵基本相似，。

当履带遇到凸起的路面受到冲击时，缸筒向上移动，活塞在内缸筒里相对往下移动。

此时，活塞阀门被冲开向上，内缸筒腔内活塞下侧的油不受任何阻力地流向活塞上侧。

同时，这一部分油也通过底部阀门上的小孔流入内、外缸筒之间的油腔内。

这样就有效地衰减了凹凸路面对车辆的冲击负荷。

而当车轮越过凸起地面往下落时，缸筒也会跟着往下运动，活塞就会相对于缸筒向上移动。

当活塞向上移动时，油冲开底部的阀门流向内缸筒，同时内缸筒活塞上侧的油经活塞阀门上的小孔流向下侧。

此时当油液流过小孔过程中，会受到很大的阻力，这样就产生了较好的阻尼作用，起到了减震的目的。

液压减震系统机械结构图4、设计一个减震系统,使得生鸡蛋从5米高的地方下落能够完好三、超高压水切割系统1、超高压水切割机主要由数控平台、CNC控制器、超高压发生器、水射流切割头、数控操作系统、计算机及CAD/CAM软件等组成。

水射流加工是利用具有很高动能的高速水射流束来冲蚀材料，从而实现材料切削，属于高能束加工范畴，是一种可与激光、等离子体、电子束加工方法媲美的新型切割加工工具。

高速水射流是用高压泵将普通水介质增压至300-420MPa，然后通过一个大约0.05-0.25mm的小孔以约1000m/s喷出，从而形成高速、高能、高穿透力水束——即高速水射流。

液压系统原理图2、水刀工作原理图超高产水刀的基本技術既簡單又極為複雜。

當水被加壓至很高的壓力並且從特製的噴嘴小開孔(其直徑為0.1mm至0.5mm)通過時、可产生一道每秒達近千公尺(約音速的三倍)的水箭，此高速水箭可切割各種軟質材料包括食品、紙張、紙尿片、橡膠及泡棉，此種切割被稱為純水切割。

而當少量的砂如石榴砂被加入水射流中與其混合時、所產生之加砂水射流、實際上可切割任何硬質材料包括金屬、複合材料、石材及玻璃. 超高壓水刀也可使用於各種不同的工業表面處理應用如船身清洗及汽車噴漆設備清洗.3、机械设计系统传动系统如图所示。

5、系统的工作过程整个增压系统是以往复式增压器（高压缸）为中心的，低压水从增压器入口进入高压缸，在高压缸中低压水完成了增压过程，增压器的工作原理是根据液压原理获得的，具体工作过程是：当液压油作用在高压缸中的活塞上时，活塞杆也在作用水腔里的水，假若无摩擦损耗，当水压等于油压乘以活塞有效面积除以活塞杆的面积时，两者的压力取得平衡。

我们将活塞有效面积活塞杆面积之比称为“增压比”，在一定设备上由于其比值固定，所以通过控制油压就可以调节水压。

继而达到所需的水压。

四、盾构机系统盾构隧道掘进机，简称盾构机。

是一种隧道掘进的专用工程机械，现代盾构掘进机集光、机、电、液、传感、信息技术于一体，具有开挖切削土体、输送土碴、拼装隧道衬砌、测量导向纠偏等功能，涉及地质、土木、机械、力学、液压、电气、控制、测量等多门学科技术，而且要按照不同的地质进行“量体裁衣”式的设计制造，可靠性要求极高。

盾构掘进机已广泛用于地铁、铁路、公路、市政、水电等隧道工程。

1、盾构机液压系统工作原理图2、盾构机机械系统原理图3、盾构机混凝土灌浆技术在隧洞泥水加压平衡盾构掘进机构中，盾构机一直向前推进脱离尾盾，管片外围与土层之间就产生建筑间隙，这是必须及时均匀、定量向管片壁后的环形建筑孔隙注入浆液，充满建筑间隙。

注满间隙的浆液具有一定的密实性及土体保持相对稳定承压能力。

4、土方出土传送技术机械结构图（螺旋输送机）五、液压工作站系统1、画出液压工作站系统三视图2、画出阀块图六、写出下列机构的至少10种应用汽车转向舵、机床工作台、塔式升降机、自卸式机车、清扫车摆动缸、阀门开启摆动缸、轮船转向舵七、液压转台1、简单的液压转台的机械结构简图2、画出液压原理图八、 STEWart平台系统Stewart平台具有刚度大,负荷自重比高,载荷分布均匀,运动平稳的特点,在高精度、大载荷且对工作空间要求相对较小的场合得到了很广泛的应用。

1、STEWart平台的液压系统原理图2、画出Stewart平台机械原理结构简图九、简述磁流变和电流变减震器的工作原理电流变减震器与磁流变减震器主要包括电磁减震器、电磁液、传感器及控制器四大部分，这种电磁减震器内部采用的不是普通的减震油，而是使用一种粘性连续可控的新型功能材料——电流变减震器、磁流变减震器特殊减震液。

电流变减震液是由合成碳氢化合物以及3-10um大小的磁性颗粒组成，在外加电场作用下，其流变材料的性能，如剪切强度、外观粘度等都会发生显著变化。

将这种特殊减震液装入电流变减震器中，通过改变电场强度使电流液的粘度改变，从而改变减震器的阻力，使阻力大小随电场强度的改变而连续变化，实现阻力无级调节，达到舒适模式下减震液较为粘稠，吸震效果较显著；而在运动模式下减震器会直接的传递道路表面的状况。

这两种模式带给驾驶者截然不同的全新感受。

十、联想液压机构新的应用液压减震运动鞋、液压减震席梦思、液压控制门的开关、液压控制台灯升降、液压控制开关水龙头、液压控制水阀门提升、液压新型水笔、液压自动升降显示器、液压控制软件盘、液压自动找平写字台十一、机器骡子液压系统设计机器人外形介于山羊和马之间，由美国波士顿动力公司研制，它们如驮骡一般运送军事装备。

这种机器人名为“大狗”(BigDog)，又被开发者称为地球上最先进的“机器骡子”1、重量问题解决运用以镁为基加入其他元素组成的合金。

其特点是：密度小（1.8g/cm3左右），比强度高，弹性模量大，消震性好，承受冲击载荷能力比铝合金大，耐有机物和碱的腐蚀性能好。

主要合金元素有铝、锌、锰、铈、钍以及少量锆或镉等。

其加工过程及腐蚀和力学性能有许多特点：质量轻、刚性好、具有一定的耐蚀性和尺寸稳定性、抗冲击、耐磨、衰减性能好及易于回收；另外还有高的导热和导电性能、无磁性、屏蔽性好和无毒的特点。

由于镁合金的比强度也比铝合金和铁高，因此，在不减少零部件的强度下，可减轻铝或铁的零部件的重量。

2、结构配置机器骡子整体由四条机械式腿关节支撑，一边两条，相对分布，每条腿有三个关节相连，由下往上分布有减震器、扭矩动力、光电编码器、磁性编码器和姿态航向编码系统。

而且脚趾末端配有地面接触传感器，机械制动器。

在四条腿所支撑的重量中包括发动机、散热片、液压油泵、压力箱、消音器以及液压油冷却器。

十二、液力变矩器液力变矩器用英文来说fluid torque converter。

由泵轮，涡轮，导轮组成。

安装在发动机的飞轮上，以液压油（ATF）为工作介质，起传递转矩，变矩，变速及离合的作用。

1、原理。

液力变矩器的工作原理就像两个风扇相对，一个风扇工作，然后将另一个不工作的风扇吹动。

这个比喻可以很形象的解释液力变矩器中泵轮和涡轮之间的工作关系。

原理图：飞轮带动泵轮旋转,泵轮叶片搅动工作液冲击涡轮叶片,使涡轮与泵轮同向旋转。

在离心力的作用下,涡轮甩出的工作液经导轮中的叶片(此时由于导轮单向离合器锁止)折射到泵轮背面,推动泵轮叶片,促使泵轮旋转,使扭矩增大。

如此重复循环,从而传递扭矩(这被称为软连接)当涡轮的转速与泵轮转速增大时,折射到泵轮的液流起阻碍的作用,反而会降低效率.这是单向离合器打滑。

当涡轮与泵轮的转速较高且接近临界状态时,锁止离合器发生作用,这是时变矩器由软连接转换为硬连接。

2、液力变矩器的机械结构如图所示。

图为液力变矩器，它有一个密闭工作腔，液体在腔内循环流动，其中泵轮、涡轮和导轮分别与输入轴、输出轴和壳体相联。

动力机(内燃机、电动机等)带动输入轴旋转时，液体从离心式泵轮流出，顺次经过涡轮、导轮再返回泵轮，周而复始地循环流动。

泵轮将输入轴的机械能传递给液体。

高速液体推动涡轮旋转，将能量传给输出轴。

液力变矩器靠液体与叶片相互作用产生动量矩的变化来传递扭矩。

液力变矩器不同于液力耦合器的主要特征是它具有固定的导轮。

导轮对液体的导流作用使液力变矩器的输出扭矩可高于或低于输入扭矩，因而称为变矩器。