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湘潭大學興湘學院
畢業(yè)設計任務書
設計題目： 插件式液壓實驗裝置的設計
學號： 2007964239 姓名： 楊鵬程 專業(yè)： 機械設計制造及其自動化
指導教師： 周里群 系主任：
一、主要內(nèi)容及基本要求
1、電液控實驗臺研究的目的與意義
2、液壓實驗原理及相關實驗裝置設計圖
3、液壓元件選擇及臺架設計
4、實驗臺強度計算
5、總結和撰寫設計說明書一份（附光盤）；
6、CAD制圖，本文總和一張A0以上圖紙零件圖，
7、翻譯相關外文資料一份；
二、重點研究的問題
1、一機多功能；所有實驗元件均為獨立組件，應用橡膠軟管自由分派，組裝實驗回路。
2、實驗臺具有的實驗原理分析；
三、進度安排
序號
各階段完成的內(nèi)容
完成時間
1
熟悉課題及基礎資料
第一周
2
調(diào)研及收集資料
第二周
3
方案設計與討論
第三～四周
4
初步方案可行性論述
第五～八周
5
CAD軟件與液壓的學習
第九周
6
CAD制圖
第十周
7
撰寫說明書
第十一周
8
英文文獻翻譯，答辯
第十二周
四、主要參考文獻
1．楊黎明等編：《機械零件設計手冊》，國防工業(yè)出版社，1986。
2．雷天覺主編：《新編液壓工程手冊》，北京理工大學出版社，1998。
3．葉偉昌主編：《機械工程及自動化簡明設計手冊》，機械工業(yè)出版社，2001。
4．楊培元、朱福元主編：《液壓系統(tǒng)設計簡明手冊》，機械工業(yè)出版社，1999。
5．李壯云、葛宜遠主編：《液壓元件與系統(tǒng)》，機械工業(yè)出版社，2000。
6．王春行主編：《液壓控制系統(tǒng)》，機械工業(yè)出版社，2002。
7．陳愈、沈關俊編著：《液壓閥》，中國鐵道出版社，1982。
8．何存興：《液壓元件》，機械工業(yè)出版社，1981，第一版。
9．章宏甲，黃誼，王積偉編：《液壓與氣壓傳動》，機械工業(yè)出版社，2000。
10．G．R． 凱勒：《液壓系統(tǒng)分析》，國防工業(yè)出版社，1985，第一版。
11. 夏廷棟，杜紹武：《液壓系統(tǒng)的使用與管理》，機械工業(yè)出版社，1986，第一版。
湘潭大學興湘學院
畢業(yè)設計說明書
題 目：插件式液壓實驗裝置的設計
學 院：興湘學院
專 業(yè)：機械設計制造及其自動化
學 號：2007964239
姓 名：楊鵬程
指導教師：周里群 (教授)
完成日期： 2011年6月7號
摘 要
眾所周知，“實踐是檢驗真理的唯一標準”?？茖W實驗在人類認識和探索自
然規(guī)律的過程中起著至關重要的作用，可以說沒有實驗就沒有現(xiàn)代科學。液壓傳
動技術是機械類專業(yè)的一門基礎課程。液壓教學實踐表明，該課程只有通過理論
和實驗相結合的方式教學才能取得良好的教學效果。為了滿足現(xiàn)代化液壓教學的
要求，本文提出了一種基于PLC控制的多功能液壓實驗臺。根據(jù)該液壓實驗臺
的用途，設計了液壓系統(tǒng)的總體方案，并將液壓仿真軟件成功用于該實驗臺，最
后設計出實驗臺控制程序。該多功能液壓教學實驗臺在液壓教學方面有著廣泛的
應用前景。
本論文對傳統(tǒng)型與現(xiàn)代型液壓綜合實驗臺的研究現(xiàn)狀做了全面的綜述，對液壓實驗臺的發(fā)展趨勢做了詳細的分析，并對液壓教學中常用的液壓元件和基本液壓回路的組成和原理進行了詳盡的理論分析、總結，為多功能液壓實驗臺的液壓回路設計奠定了可靠的理論基礎，也為仿真軟件的應用提供了依據(jù)。利用模塊化的設計思想對多功能液壓實驗臺的液壓回路進行分塊設計。將各模塊優(yōu)化組合，設計出多功能液壓實驗臺的液壓回路原理圖，并對其功能進行了詳盡的說明。
液壓綜合實驗臺包括電控、液控等，它的設計與制造將極大的緩解現(xiàn)有實驗室實驗設備短缺和落后的現(xiàn)狀，同時電液控綜合實驗臺在整個液壓教學實驗中將發(fā)揮很大的作用，是液壓教學實驗中不可缺少的重要組成部分。本論文重點敘述了液壓綜合實驗臺的系統(tǒng)組成和元件設置。從各方面分析與其它實驗臺的不同點，突出它的綜合性，其最大的優(yōu)點就是可以在一個實驗平臺上做多種實驗，所做實驗各元件和管路可由實驗操作者自行設計、連接。設計主要圍繞實驗臺的實驗原理 以及整體結構而展開，然后輔以電氣控制硬件部分的設計。
關鍵詞 實驗臺 ；液壓 ；電控 ；PLC
ABSTRACT
????We all know, "practice is the sole criterion for testing truth." Scientific experiment in human self-awareness and exploration
the law plays a crucial role in the process, can be said that no experiment would be no modern science. Hydraulic transmission
Mechanical Engineering Technology is moving a basic course. Hydraulic practice shows that the program only through theoretical
experimental combination of teaching to achieve good teaching. In order to meet the teaching of modern hydraulic
Requirements, this paper, a PLC-based control of multi-function hydraulic test stand. According to the hydraulic test stand
Purposes, the overall design of the hydraulic system program and the success of hydraulic simulation software for the test bed, the most
After the test-bed design control procedures. The multi-function Hydraulic Experiment station in the hydraulic has a wide range of teaching
Application.
????This thesis on traditional and modern hydraulic Comprehensive Experimental Research to do a comprehensive overview of the development of hydraulic test stand to do a detailed analysis of trends, and the teaching of commonly used hydraulic components and hydraulic components and the basic hydraulic circuit principle of a detailed theoretical analysis, summarized, multi-function hydraulic test stand hydraulic circuit design has laid a reliable theoretical foundation for the application of simulation software provided. Optimization of each module will be designed multi-function hydraulic test stand hydraulic circuit diagram, and the function carried out a detailed description.
Comprehensive test-bed including electric hydraulic control, hydraulic control, etc., and its design and manufacturing will greatly ease the current shortage of laboratory equipment, and the backward status, while integrated electro-hydraulic control of the entire bench will play a very Hydraulic Experiment larger role in the hydraulic experiment teaching an important and indispensable component. Focus of this paper describes the comprehensive test-bed system of hydraulic components and component settings. All aspects of analysis and other experimental platform differences, highlight its comprehensive, its biggest advantage is that you can do in a variety of experimental platform, experimental, experiments done by the various experimental components and pipeline operators to design, Primarily designed around the principle and the experimental test bed to start the whole structure, and then supplemented by the electrical control hardware design.
Key words： test bed；hydraulic； electronic control； PLC
III
目 錄
摘要．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．Ⅰ
第一章 前言 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1
1．1課題研究的背景 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1
1．2課題研究的內(nèi)容 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1
1．3課題研究的目的與意義 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2
1．3．1電液控綜合實驗臺研究的目的與意義 ．．．．．．．．．．．．．．．．．2
1．3．2畢業(yè)設計的目的與意義 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2
第二章 液壓系統(tǒng)實驗原理 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．3
2.1 在實驗臺上可以完成的實驗 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．3
2.2液壓系統(tǒng)原理．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．3
2.2.1 液壓系統(tǒng)中工作壓力形成原理實驗 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．3
2.2.2 液壓泵性能實驗 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．8
2.2.3 溢流閥性能實驗 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．11
2.2.4 節(jié)流調(diào)速回路性能實驗 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．17
2.2.5 比例壓力閥的性能實驗．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．22
第三章 元件選擇 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．27
3.1 液壓泵的選擇．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．27
3.1.1 定量泵的選擇．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．27
3.1.2變量泵的選擇．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．28
3.2 電動機的選擇．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．28
3.3 液壓閥的選擇．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．28
3.3.1溢流閥的選擇．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．29
3.3.2電磁換向閥的選擇．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．29
3.3.3調(diào)速閥的選擇．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．30
3.3.4節(jié)流閥的選擇．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．30
3.3.5單向閥的選擇．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．30
3.3.6電液比例溢流閥的選擇．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．31
3.4 傳感器的選擇．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．34
第四章 實驗臺臺架設計 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．35
4.1實驗臺總體外形尺寸的確定．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．35
4.2實驗臺上部板面設計．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．36
4.3實驗臺附件設計．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．37
4.4實驗臺材料的選擇．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．38
4.5實驗臺強度設計．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．39
4.6實驗臺強度校核．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．40
4.7實驗臺外觀設計．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．43
結論 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．45
致 謝 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．46
參考文獻 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．47
附 錄
第一章 前 言
液壓綜合實驗臺包括電控、液控等，它的設計與制造將極大的緩解現(xiàn)有實驗室實驗設備短缺和落后的現(xiàn)狀，同時電液控綜合實驗臺在整個液壓教學實驗中將發(fā)揮很大的作用，是液壓教學實驗中不可缺少的重要組成部分。本論文重點敘述了液壓綜合實驗臺的系統(tǒng)組成和元件設置。從各方面分析與其它實驗臺的不同點，突出它的綜合性，其最大的優(yōu)點就是可以在一個實驗平臺上做多種實驗，所做實驗各元件和管路可由實驗操作者自行設計、連接。
1.1課題研究的背景
實驗是液壓教學必不可少的輔助環(huán)節(jié)，學校現(xiàn)有的液壓傳動教學實驗臺可用于定量葉片泵工作特性實驗、先導式溢流閥性能實驗及節(jié)流調(diào)速回路性能實驗。通過實驗，可使學生增強對定量葉片泵工作性能、先導式溢流閥靜態(tài)性能和動態(tài)性能以及各種節(jié)流調(diào)速回路特性的理解，加深對液壓系統(tǒng)各種特性參數(shù)的感性認識。
實驗數(shù)據(jù)的獲得可歸結為液壓系統(tǒng)中壓力、流量和速度等物理量靜態(tài)、動態(tài)值的測取，誤差很大。如為測量液壓缸活塞桿在不同負載條件下的運動速度，實驗時首先測出活塞桿的總行程，再利用秒表測量活塞桿走完這段行程所用時間，兩者相除得到活塞桿的運動速度，這種方法很難客觀準確地反映液壓缸活塞桿帶負載工作時的速度特性。利用壓力表測量液壓系統(tǒng)中某一給定點的壓力，表盤指針所指示的刻度對應某一壓力值，由于小幅度波動的壓力振擺和隨時間而漂移的壓力偏移值很難通過壓力表指針反映出來，有限的刻度格數(shù)使讀數(shù)依賴于實驗操作者的目測習慣，從而使測量精度得不到保證。而且對液壓系統(tǒng)加載一卸荷時被控壓力隨時間變化所反映的動態(tài)特性參數(shù)如動態(tài)超調(diào)，只能作出定性分析。而且現(xiàn)有實驗臺的靈活性不高，不能充分鍛煉學生的動手及思維能力。
1.2課題研究的內(nèi)容
我的畢業(yè)設計題目是插件式電液控綜合實驗臺。在實驗臺設計過程中，我們參考了學校現(xiàn)有的液壓傳動教學實驗設備，綜合了它們的優(yōu)點和缺點，所設計的電液控綜合實驗臺采用可以快速轉(zhuǎn)接的方式，使一臺設備可以完成五種甚至更多的實驗回路，如壓力形成、液壓泵性能實驗、溢流閥靜動態(tài)性能實驗、節(jié)流調(diào)速回路性能實驗、比例閥性能實驗。該實驗臺注重學生的能力培養(yǎng)，并給學生留有足夠的發(fā)揮空間，該實驗臺備有一定數(shù)目的備用液壓元件，具有很好的開發(fā)柔性和擴展性，并且實驗臺具備了與計算機連接的硬件條件，通過計算機及相關軟件實現(xiàn)對實驗的監(jiān)測與仿真。使實驗臺實現(xiàn)數(shù)字控制和全自動化。通過實驗，學生不僅可以加強對液壓理論的理解，而且也掌握了先進的控制技術，達到更好的教學效果。我主要負責整個實驗臺設計的硬件部分，具體內(nèi)容有實驗原理的分析、實驗臺臺架的設計以及電控部分的設計。
1.3課題研究的目的與意義
1.3.1電液控綜合實驗臺研究的目的與意義
液壓傳動這門課程的任務是使學生掌握液壓傳動的基礎知識，掌握各種液壓元件的工作原理、結構特點、應用和選用方法，熟悉常用液壓基本回路的功用、組成和應用場合，了解國內(nèi)外先進技術成果在機械設備中的應用。因為該課程的理論性和實踐性都很強，所以，為了提高教學效果，在學習理論知識的同時，必須利用實驗教學來加強實踐的培養(yǎng)，給學生具體回路和元件的接觸來了解液壓的具體應用，以培養(yǎng)適合社會需求的人才。電液控綜合實驗臺，它是為改善現(xiàn)有教學實驗條件而產(chǎn)生的，實驗教學和理論教學互為依存，互為補充，共同組成液壓傳動課的重要環(huán)節(jié)，實現(xiàn)了學生自由發(fā)揮，自主連接回路的目的。通過實驗，學生不僅可以加強對液壓理論的理解，而且也掌握了先進的控制技術，達到更好的教學效果，因此實驗臺的研究設計具有很強的實用價值。
1.3.2畢業(yè)設計的目的與意義
設計是教學計劃中一個有機組成，是培養(yǎng)我們綜合運用所學的基礎理論、基本知識和基本技能，分析、解決實際問題的一個重要環(huán)節(jié)，它與其他教學環(huán)節(jié)相輔相成，在某種程度上是前面各個教學環(huán)節(jié)的繼續(xù)、深化和檢驗，它的實踐性和綜合性是其他環(huán)節(jié)所不能替代的。
通過畢業(yè)設計工作，能夠使學生受到工程技術人員所必需的綜合訓練，在不同程度上提高了各種能力，并鞏固所學知識。畢業(yè)設計工作的重要性還表現(xiàn)在它促進教學計劃、科研、生產(chǎn)三方面的結合，推動學校的科研工作和實驗室建設。
第二章 液壓系統(tǒng)實驗原理
理論的基礎是實踐，實踐是檢驗真理的唯一標準。尤其是自然科學的發(fā)展，更離不開科學實驗。實驗教學與理論教學相輔相成，共同擔負著培養(yǎng)學生智能、提高人才質(zhì)量的任務。
液壓傳動實驗教學的目的在于使學生掌握基本實驗方法及實驗技能，學習科學研究的方法，同時實驗也是幫助學生學習和運用理論處理實際問題，驗證、消化和鞏固基礎理論知識的重要環(huán)節(jié)
2.1 在實驗臺上可以完成的實驗
1. 液壓系統(tǒng)中工作壓力形成的原理實驗
2. 液壓泵性能實驗
2.1定量泵性能實驗
2.2變量泵性能實驗
3.溢流閥靜動態(tài)性能實驗
3.1溢流閥的靜態(tài)性能實驗
3.2溢流閥的動態(tài)性能實驗
4.節(jié)流調(diào)速回路性能實驗
4.1采用節(jié)流閥的進口節(jié)流調(diào)速回路實驗
4.2采用節(jié)流閥的出口節(jié)流調(diào)速回路實驗
4.3采用節(jié)流閥的旁路節(jié)流調(diào)速回路實驗
4.4采用調(diào)速閥的進口節(jié)流調(diào)速回路實驗
5．比例閥性能實驗
2.2液壓系統(tǒng)原理
2.2.1 液壓系統(tǒng)中工作壓力形成原理實驗
一.實驗目的
本實驗通過幾種形式的負載變化，研究液壓缸和液壓泵工作壓力形成的原理，加深理解“容積式液壓傳動中，工作壓力決定于外界負載，即決定于油液運動時受到的阻力”。通過實驗應學會分析液壓系統(tǒng)中某處工作壓力和該處負載大小的關系，掌握液壓系統(tǒng)中壓力形成和傳遞的規(guī)律。
二.實驗原理
帕斯卡原理指出：在充滿液體的密閉容器內(nèi)，施加于靜止液體表面的壓力將以等值同時傳到液體的各點。所以在液壓系統(tǒng)中，當忽略液體自重時液體靜止段內(nèi)壓力到處相等，如實驗系統(tǒng)中壓力表的示值反映表前管道引出處的壓力值。
以一個不完全系統(tǒng)(圖2-1)為例，液壓缸有桿腔活塞有效面積為A2，阻力負載為F。液壓泵從油箱吸油，經(jīng)壓油管供油至液壓缸下腔，由于F的存在將阻止液壓缸下腔密封容積的增大，從而使泵不斷排出的油液受到壓縮，因此導致油壓不斷上升，當壓力升高到能克服阻力負載F時，活塞便被推動上升，這時，因缸的上腔直通油箱，P3=0，則有。如果F不變，液壓缸下腔將維持P2不變，繼續(xù)推動活塞上移。如果F=0，略去活塞自重和其它阻力時，泵排出的油液可以推動活塞上移，但不能在液壓缸下腔建立起壓力(P2=0)。以上說明，在容積式液壓傳動中，工作壓力決定于外界負載，即決定于油液運動時受到的阻力。
液壓系統(tǒng)中液流受到的阻力，往往有三大類：1、外加阻力。如液壓缸提升的荷重，推動機械位移的力，液壓馬達驅(qū)動機械回轉(zhuǎn)運動的扭矩等。2、液壓阻力。沿程阻力和局部阻力統(tǒng)稱液壓阻力。3、密封阻力。如活塞桿作直線往復運動時，它與密封件間的摩擦所產(chǎn)生的阻力等。
在圖2-2中液壓缸上腔直通油箱，即P3=0，此時液壓缸理論推力為?？陀^上由于活塞桿與端蓋在a處和活塞與缸筒在b處存在密封阻力，a處存在外泄漏和b處存在內(nèi)泄漏(由高壓腔向低壓腔的泄漏)，加之制造和安裝誤差，偏載引起活塞和活塞桿傾斜而產(chǎn)生的附加阻力等因素，使液壓缸能推動的實際荷重F有效總小于理論推力F理，為此，用負載效率表征它們的關系，是以F有效與F理之比來表征的，即
或F有效=F理-F無效 （2-1）
若將式（2-1)中各力改用表壓(壓強)形式表示，則有
，， （2-2）
式中 P有效 ——液壓缸有效負載壓力；
P2——液壓缸工作腔壓力；
P無效——液壓缸無效負載壓力。
所以 P有效=P2-P無效 （2-3）
或 P2=P有效+P無效 （2-4）
式（2-4）為液壓缸工作壓力決定于外界負載的表達式，它說明要使活塞運動，工作腔的壓力P2必須等于液壓缸有效負載壓力和無效負載壓力之和。
圖2-1 壓力形成原理圖 圖2-2 液壓缸負載效率
在圖2-3所示的實驗裝置系統(tǒng)中，液壓缸回油路阻力可以忽略不計，即P3=0，此時泵2出口工作壓力P1由兩部分組成，一部分是從泵出口至液壓缸進口的油路上各種阻力(如調(diào)速閥4，換向閥6，節(jié)流閥7，管道等)產(chǎn)生的壓力損失之和∑△P，另一部分就是液壓缸工作腔的壓力P2，
P1=P2+∑△P (2-5)
式(2-5)為液壓泵出口工作壓力決定于外界負載的表達式，它說明液壓缸要獲得工作壓力P2，液壓泵的工作壓力P1必須等于液壓缸工作腔壓力和該工況下油路壓刀損失∑△P之和。當調(diào)速閥4關閉時，泵排出的全部油液僅通過溢流閥9，10溢回油箱，泵的工作壓力由溢流閥9，10的局部阻力決定，溢流閥調(diào)定后，液阻基本不變，因此P1也基本不變。當調(diào)速閥4打開到某一開度，泵排出的油一部分供液壓缸工作，多余的油仍通過閥溢回油箱，但通過閥口溢流的油必須克服調(diào)定的液阻，因此可知此時泵的出口壓力P1仍基本不變。液壓缸工作中如果外界負載在變化，則P2一定隨之變化，這時調(diào)速閥4將自動調(diào)節(jié)液阻即過閥的壓力損失△P調(diào) ，使P2+∑△P恒等于P1，即當P2增大時，△P調(diào)減小，反之亦然。
三．實驗裝置
圖2-3 液壓系統(tǒng)中工作壓力形成原理實驗液壓系統(tǒng)原理圖
液壓系統(tǒng)裝置原理圖如圖2-3。圖中吸油濾油器1的作用是保護液壓泵2，防止吸油時將較大顆粒污染物吸入泵內(nèi)。單向閥3用來防止當系統(tǒng)不穩(wěn)定時液體倒流回液壓 泵而損壞液壓泵。蓄能器5可以作為輔助能源，在供油量較大時與泵一起供油，且可以補償泄漏，穩(wěn)定壓力，吸收液壓沖擊，消除液壓泵的脈動?？紤]到學生做實驗時沒有經(jīng)驗，為防止系統(tǒng)壓力過大而造成壓力表等元件的損壞，系統(tǒng)運用了兩個并聯(lián)的直動溢流閥9，10，一個作為溢流閥來調(diào)定系統(tǒng)壓力，將多余油液溢流回油箱，一個用來作為安全閥，將其調(diào)到一適當?shù)墓潭ㄖ?，系統(tǒng)壓力將不會超過此固定值，從而起到保護元件的作用（下面的實驗同）。在液壓缸進油路上安裝調(diào)速閥，如果負載即閥的出口壓力變化時，要求活塞的運動速度即過閥流量穩(wěn)定，采用節(jié)流閥將達不到目的，但采用調(diào)速閥就可以滿足要求。由圖2-3可知，調(diào)速閥4的進油壓力就是液壓泵供油壓力(略去管道損失)，它由溢流閥9調(diào)定后基本不變?？梢钥闯觯{(diào)速閥的作用實質(zhì)上是利用一個能自動進行調(diào)整的可變液阻(減壓閥)來保證另一個固定液阻（節(jié)流閥）前后的壓差基本上恒定不變。調(diào)速閥正常工作時，一般最小應保證壓力差△P min=0．4～0．5MPa。三位四通電磁換向閥6用來切換液壓缸進，回油路，左位得電，液壓缸上腔為工作腔，下腔為回油腔；右位得電，液壓缸下腔為工作腔，上腔為回油腔。調(diào)節(jié)節(jié)流閥7的閥口大小，液壓阻力隨之改變，利用它，可以作為液壓缸的液壓負載。托盤上砝碼重量較大時，如果節(jié)流閥A調(diào)節(jié)的較大，則出現(xiàn)抽空現(xiàn)象。抽空現(xiàn)象在液壓系統(tǒng)中是不允許的，改善的措施通常采用增加回油路的阻力，即增加“背壓”，本裝置采用了節(jié)流閥7。
四．實驗應得結果
（1） 作出液壓缸F有效——P曲線；
作出液壓缸F有效——V曲線；見圖2-4
圖2-4 F有效——P和F有效——V曲線示意圖
（2）實驗所得結論
液壓缸工作壓力P決定于有效負載與無效負載之和，負載增加，P隨之加大。當有效負載為零時P示值即為缸的無效負載。
2.2.2 液壓泵性能實驗
一．實驗目的
1．深入理解定量葉片泵的靜態(tài)特性。著重測試液壓泵靜態(tài)特性中：
(1)實際流量q與工作壓力p之間的關系即q-p曲線；
(2)容積效率、總效率與工作壓力 p之間的關系即-P和-P曲線；
(3)輸入功率P入與工作壓力P之間的關系即P入-P曲線。
2．了解定量葉片泵的動態(tài)特性。液壓泵輸出流量的瞬時變化會引起其輸出壓力的瞬時變化，動態(tài)特性就是表示這兩種瞬時變化之間的關系。
二． 實驗原理
液壓泵的工作壓力由其外加負載所決定。若定量泵出口串聯(lián)一節(jié)流閥作為泵的外加負載，節(jié)流閥出口直通油箱，則泵的工作壓力就由這一串聯(lián)油路各項負載壓力之和所決定。如果管道沿程及局部壓力損失很小，可以忽略不計的話，那么調(diào)節(jié)節(jié)流閥通流截面積A節(jié)就可對泵造成不同的負載，使泵的工作壓力將隨之變化，這一情況可用流量方程q=C*A節(jié)*進行分析；對定量泵來說，q為定值，對特定的閥來說C（系數(shù)，與液體性質(zhì)和液組的結構形狀有關）一定，此時，節(jié)流閥前后壓差△P為P-0=P，所以A節(jié)加大則泵的工作壓力P減少，A節(jié)減小則P加大。
液壓泵的額定壓力P額是指可長期連續(xù)使用的最大工作壓力，它反映了泵的運行能力。超過此值就是過載。但如不超過規(guī)定的最高壓力P max(泵能力的極限)，還可短期運行。
液壓泵的排量Q是不考慮泄漏時，泵軸轉(zhuǎn)1弧度(rad)所排出的油液體積，它只決定于泵中密封工作腔的幾何尺寸，與轉(zhuǎn)速無關。泵的理論流量Q理是不考慮泄漏時，單位時間輸出油液的體積，它等于泵的排量與其轉(zhuǎn)速的乘積。額定流量Q額指泵在額定壓力和額定速下輸出的實際流量，它總是小于泵的理論流量。
液壓泵的輸入量是轉(zhuǎn)矩M和轉(zhuǎn)速n，輸出量是油液的壓力p和流量q。泵在能量轉(zhuǎn)換的程中，由于存在各種損失，如容積損失和機械損失等，使其輸出功率總是小于輸入功率。
容積損失一般指泵內(nèi)通過縫隙由高壓區(qū)向低壓區(qū)泄漏所造成的損失，油液粘度越低、壓力越高，其泄漏就越大。泵的容積效率為
（2-6）
式中 q——泵在額定轉(zhuǎn)速下的實際流量，單位為／s；
q理--泵在額定轉(zhuǎn)速下的理論流量(／s)。它在實際生產(chǎn)中通常以額定轉(zhuǎn)速n額下空載流量代替，因空載時泵的泄漏量可以忽略(零壓時泄漏量為零)。
n額 ——泵的額定轉(zhuǎn)速，單位為rad／s；
Q——泵的排量，單位為rad／s;
q瀉——泄漏流量,等于泄漏系數(shù)k瀉與工作壓力 p的乘積(q瀉=kp)，單位為／s。
液壓泵的輸入功率P入和輸出功率P出為
P入=M*n(kW) （2-7）
P出=p*q(kW) （2-8）
式中 M——轉(zhuǎn)矩，單位為N·m；
n——轉(zhuǎn)速，單位為rad／s；
液壓泵的總效率為輸出功率P出與輸入功率 P入之比，由式(2—7)和(2—8) 得： （2-9）
或 P出= P入= P入 （2-10）
式中：——泵的機械效率。
反映油液在泵內(nèi)流動時液體粘性引起的摩擦轉(zhuǎn)矩損失和泵內(nèi)機件相對運動時機械摩擦引起的摩擦損失之和。若摩擦轉(zhuǎn)矩損失越大，則泵的機械效率越低。要直接測定比較困難，一般是測出和，然后算出。
液壓泵的主要性能指；額定壓力，額定流量，容積效率，總效率，壓力脈動，噪聲，溫升、振動和壽命等。
目前規(guī)定泵的各項技術指標如下： (摘自JB2146-77)
單級定量葉片泵(額定壓力為63kgf／cm2、公稱排量Q≤10Ml/r)
1． ≥80%；
2． ≥65%；
3． 壓力振擺≤±2kgf／cm2。
液壓泵除考慮壓力，流量、噪聲等項目外，還應考察泵的壓力脈動(壓力振擺)，因為壓力脈動對系統(tǒng)的振動有很大的影響，特別對運動要求平穩(wěn)，移動精度高的機械來說，更是如此。壓力脈動主要來源于流量脈動，雙作用式定量葉片泵雖然理論上流量脈動甚小，但由于制造上的誤差往往使泵的內(nèi)泄漏不均勻，加之壓油腔內(nèi)油液壓縮性的影響，流量脈動在不同程度上依然存在。
泵從一個穩(wěn)態(tài)工作條件轉(zhuǎn)為另一個穩(wěn)態(tài)工作條件時，輸出流量的瞬時變化，會引起輸出壓力的瞬時變化，欲到達穩(wěn)定將經(jīng)歷一個自動調(diào)節(jié)的過程，衡量此調(diào)節(jié)過程的主要指標是最大壓力超調(diào)量和過渡過程時間。
三．實驗裝置
在圖2-5中虛線部分元件功能與實驗一相同，實驗時油液通過節(jié)流閥與流量計流回油箱，節(jié)流閥改變節(jié)流面積使液壓泵的負載隨之改變，流量計用來測量泵排出的油液體積，以便間接測量出泵的流量與排量。
圖2-5 定量泵性能實驗液壓系統(tǒng)原理圖
四．實驗應得結果
1.根據(jù)實驗數(shù)據(jù)作出定量葉片泵的靜態(tài)特性曲線，其示意圖如圖2-6。
圖2-6 定量葉片泵的靜態(tài)特性曲線示意圖
2.實驗所得結論 ：
1) 實際流量q隨泵工作壓力p增高而減?。桓鞴ぷ鲏毫c對應的實際流量q值與零壓流量q理值的差，就是泵在該壓力點工作時的內(nèi)泄漏量。
2) 容積效率隨泵工作壓力增高而減小，容積效率是衡量泵靜態(tài)工作特性的重要指標之一。泵的輸出壓力愈高，泄漏系數(shù)愈大(油液的粘度愈低)、或泵的排量愈小，轉(zhuǎn)速愈低，則容積效率愈低。所以排量愈小的泵其容積效率愈低。
3) 泵的機械損失是指泵在轉(zhuǎn)矩上的損失。液壓泵的實際輸入轉(zhuǎn)矩總是大于理論需要的轉(zhuǎn)矩。液壓泵的輸入功率隨泵工作壓力的增大而增大。
4)—般泵約在接近其額定壓力的三分之二區(qū)間工作，可以保持較高的總效率。
2.2.3 溢流閥性能實驗
一.實驗目的
1．通過實驗，深入理解溢流閥穩(wěn)定工況時的靜態(tài)特性，靜態(tài)特性中著重測試：（1）調(diào)壓范圍及壓力穩(wěn)定性；（2）卸荷壓力及壓力損失；（3）啟閉特性。根據(jù)實驗成果對被試閥的靜態(tài)特性適當?shù)姆治觥?
2．通過實驗，深入理解溢流閥瞬時突變工況下的動態(tài)特性，即溢流量突然變化，溢流閥所控制的壓力隨時間變化的過渡過程品質(zhì)。
二. 實驗原理
先導式溢流閥是液壓系統(tǒng)中最常用的壓力控制元件之一，其性能的優(yōu)劣直接影響系統(tǒng)的品質(zhì)。溢流閥常見用途為：(1) 在定量泵節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)中，對液壓系統(tǒng)實行調(diào)壓并保持泵的工作壓力基本恒定；（2）防止液壓系統(tǒng)過載，起安全保護作用；（3）使系統(tǒng)卸荷，泵的全部流量可在極低的壓力下通過溢流閥流回油箱，以降低系統(tǒng)的功率損耗和發(fā)熱量。
（一）靜態(tài)特性
1．調(diào)壓范圍及壓力穩(wěn)定性
調(diào)壓范圍給定了溢流閥使用的壓力范圍。在使用的壓力范圍內(nèi)壓力振擺(在穩(wěn)定工況下，調(diào)定壓力的波動值)和壓力偏移(在規(guī)定時間內(nèi)調(diào)定壓力值的偏移量)的大小，是衡量壓力穩(wěn)定性的主要指標。通常，希望溢流閥使用的壓力范圍大，而壓力振擺和壓力偏移越小越好。
2．卸荷壓力及壓力損失
卸荷壓力：當先導式溢流閥在遠程控制下卸荷(即遠程控制口k通油箱)，通過額定流量時閥所引起的壓力損失。這個壓力損失將使油液流回油箱時發(fā)熱，因此它反映了溢流閥在卸荷時液壓泵的功率損失，顯然，卸荷壓力越低越妤。卸荷壓力的高低，主要與主閥芯閥口通流面積有關(和主閥彈簧剛度有關)。
壓力損失：先導式溢流閥調(diào)壓手柄完全放松時，通過額定流量所產(chǎn)生的壓力降，稱為壓力損失。先導式溢流閥的壓力損失往往略大于它的卸荷壓力，因為此時部分回油在閥內(nèi)所經(jīng)曲路較長，阻力略大，另外有的閥在調(diào)壓手柄全放松時，調(diào)壓彈簧的預壓縮量不為零，也會引起壓力損失值的增加。
3．內(nèi)泄漏量(關閉泄漏量)
內(nèi)泄漏量是指調(diào)壓手柄至全閉位置，溢流閥進口壓力為額定壓力時，通過閥口的泄漏量。溢流閥作安全閥使用時，內(nèi)泄漏量是一個重要指標。
4．啟閉特性
啟閉特性是溢流閥在調(diào)壓彈簧調(diào)整好之后，閥芯開啟和閉合過程中壓力和流量之間的關系，它是溢流閥靜態(tài)特性中的又一個主要指標。
溢流特性曲線如圖2-7所示
圖2-7 先導式溢流閥啟閉特性示意圖
從溢流閥的工作原理可知，溢流過程中總是導閥先開，且導閥開到一定開口量后主閥口才開始溢流，直到全流量溢流。在溢流量變化過程中，主閥和導閥開口量的變化將影響彈簧壓緊力和穩(wěn)態(tài)液動力，所以實際的壓力—流量特性曲線為B，C。溢流閥在未達到調(diào)定壓力，主閥芯未動作前就開始有溢流量了(導閥的溢流量)，開始溢流時的壓力顯然小于通過額定流量時的調(diào)定壓力。把溢流閥在開啟過程中溢流量達到額定流量(或?qū)嶒灹髁?的%1時的進口壓力稱為開啟壓力。全流壓力與開啟壓力之差稱為靜態(tài)調(diào)壓偏差。開啟壓力與全流壓力之比稱為開啟比，靜態(tài)調(diào)壓偏差與全流壓力之比稱為調(diào)壓偏差率。溢流閥調(diào)壓偏差越小，即開啟比越大，則開啟壓力越接近調(diào)定壓力，它所控制的系統(tǒng)壓力便越準確，限制靜態(tài)調(diào)壓偏差值就成為一項重要性能指標。對中低壓溢流閥，在最高調(diào)定壓力時的開啟壓力不得低于額定壓力的85%。閥在最高調(diào)定壓力下，當溢流量從額定流量降低到它的1%時的進口壓力稱為閉合壓力，溢流閥的閉合壓力不得低于額定壓力的80%。
（二）動態(tài)特性
溢流量突然變化時，溢流閥所控制的壓力隨時間變化的過渡過程品質(zhì)，一般是指壓力超調(diào)量，壓力穩(wěn)定時間，卸荷時間及壓力回升時間(見圖2-8)。
圖2-8 溢流閥壓力示意圖
1.壓力超調(diào)量△p及壓力穩(wěn)定時間△t2
壓力超調(diào)量是指瞬時升壓過程中最高壓力(峰值壓力)PS和調(diào)定壓力P2的差值。壓力超調(diào)量往往是由于執(zhí)行元件的流量突然發(fā)生變化或者由于執(zhí)行元件需要換向或停止運動，造成通過溢流閥的流量發(fā)生突變而引起的壓力升高和振蕩。如果溢流閥能跟上引起壓力突變的擾動信號而及時將主閥開大，則系統(tǒng)壓力的超調(diào)量會小一些，否則就會很大。從使用角度來說，壓力超調(diào)量越小越好，否則將會使機械設備、系統(tǒng)管路、液壓元件及儀表發(fā)生故障甚至遭受破壞，這就要求溢流閥在系統(tǒng)壓力發(fā)生突變時迅速地作出反應。
在上述發(fā)生壓力突變的過渡過程中，從溢流閥第一次到達調(diào)定壓力P2開始至調(diào)定壓力穩(wěn)定時的時間△t2 稱為壓力穩(wěn)定時間?！鱰2 越短越好，它說明振蕩次數(shù)少，衰減快，也就說明動態(tài)過程時間短暫，可以提高系統(tǒng)的快速性。
是從輸入電信號開始到調(diào)定壓力穩(wěn)定的時間。
2．卸荷時間及壓力回升時間
當溢流閥作為卸荷閥使用時，對卸荷時間及壓力回升時間有所要求。卸荷時間是從調(diào)定壓力開始卸荷到卸荷壓力穩(wěn)定的時間。壓力回升時間是從初始壓力(或卸荷壓力)開始升壓到調(diào)定壓力穩(wěn)定的時間。和同樣是越短越好，否則會影響系統(tǒng)的工作性能。是輸入電信號開始到卸荷壓力穩(wěn)定的時間。
溢流閥的動態(tài)性能與閥的結構尺寸、彈簧、阻尼孔以及壓力、流量等參數(shù)有關，也同系統(tǒng)中的液體性質(zhì)、流動狀態(tài)，管路特性、元件泄漏等有關。
附： 靜態(tài)特性和動態(tài)特性之間有時是相互矛盾的，要求靜態(tài)性能好些，往往動態(tài)性能就會差些，反之，要求動態(tài)性能好些，往往靜態(tài)性能就會差些。
三.實驗裝置
圖2-9溢流閥靜動態(tài)特性實驗液壓系統(tǒng)原理圖
在圖2-9中虛線部分元件功能與實驗一相同。該實驗系統(tǒng)提供了測量被試閥4的流量和壓力的條件。流量可通過流量計測量。閥的進口靜態(tài)壓力由壓力表P2示出。由于閥5和流量計3的阻力很小，如認為可以忽略不計，則閥4出口壓力為零，所以此處未設測壓點。測量卸荷壓力時，通過二位二通電磁換向閥5，控制閥的遠程控制口K來進行。動態(tài)壓力信號由壓力傳感器輸出，閥前流量的階躍信號通過二位二通閥6切換給出。
四．實驗應得結果
1.得出啟閉特性曲線圖，其示意圖如圖2-10
圖2-10 先導式溢流閥啟閉特性示意圖
2. 得出溢流閥的調(diào)壓范圍及壓力穩(wěn)定性。
3. 得出卸荷壓力及壓力損失。
4. 結論：
1) 溢流閥靜態(tài)主要性能指標中，壓力穩(wěn)定性是十分重要的，其次是啟閉特性。它們對中壓系統(tǒng)性能的影響很大。
2) 溢流閥在最大調(diào)定壓力時開啟比最大，隨著調(diào)定壓力的降低，開啟比不斷減小，開啟特性變差，但此時往往調(diào)壓穩(wěn)定性比最大調(diào)定壓力時要好。
3）得出溢流閥動態(tài)特性曲線圖，其示意圖如圖2-11
圖2-11 溢流閥動態(tài)特性實驗曲線示意圖
2.2.4 節(jié)流調(diào)速回路性能實驗
一. 實驗目的
1.通過對節(jié)流閥進、回、旁三種調(diào)速回路的實驗，得出它們的調(diào)速回路特性曲線，并分析比較它們的調(diào)速性能(速度—負載特性)。
2.通過對節(jié)流閥和調(diào)速閥進油路調(diào)速回路的對比實驗，分析比較它們的調(diào)速性能(速度—負載特性)。
二.實驗原理
1.采用節(jié)流閥的進油路與回油路調(diào)速回路
圖2-12 節(jié)流閥進油路與回油路調(diào)速示意圖
（1）進油路節(jié)流調(diào)速回路的速度—負載特性
當不計泄漏時，各主要參數(shù)間有如下關系：
通過節(jié)流閥的流量 (2-11)
液壓缸活塞速度 （2-12）
濃壓缸受力平衡方程式
（P3A1-P4A2）η機=F （2-13）
式中 P4——液壓缸背壓腔壓力，回油路直接通油箱時P4=0；
η機——液壓缸機械效率，它與液壓缸的密封形式和工作壓力有關，活塞桿輸出的力實際上是理論推力的90%-95%左右。
當P4=0時，液壓缸主工作腔的壓力 （2 -14）
由式（2-11）（2-12）（2-14）可以得到進油路速度-負載特性方程
（2-15）
式(2-15)表明當節(jié)流閥的結構形式和液壓缸的尺寸大小決定之后，節(jié)流閥的通流截面積A節(jié)，溢流閥的調(diào)定壓力P1，負載F，液壓缸的機械效率η機，等和液壓缸的工作速度v有關。
當A節(jié)和P1調(diào)定后，v隨F的增加按指數(shù)φ的曲線下降，此即與負載F相對應的液壓缸速度v的變化特性，稱為負載特性或調(diào)速回路的干擾靜特性。當負載F增加到F=P2A1η機時，速度v就降為零，活塞停止運動。
當負載F為常數(shù)時，改變節(jié)流閥開度，就可得到不同的速度，此即與節(jié)流閥通流截面積A節(jié)相對應的液壓缸速度v的變化特性，稱為速度特性或調(diào)速回路的調(diào)節(jié)靜特性。
調(diào)速回路中液壓缸工作速度和負載之間的關系，統(tǒng)稱為回路的速度—負載特性。若以式 (2—15)作圖，則可得出回路的速度—負載特性曲線簇。 速度因負載變化而變化的程度，表現(xiàn)在特性曲線上就是斜率不同。
（2）回油路節(jié)流調(diào)速回路的速度—負載特性
根據(jù)上述類似的理論分析可以證明，回油路節(jié)流調(diào)速回路的速度—負載特性與進油路節(jié)流調(diào)速回路特性是一樣的在此不再贅述。
2.采用節(jié)流閥的旁路調(diào)速回路
（1）旁路節(jié)流調(diào)速回路的速度—負載特性
圖2-13 節(jié)流閥旁路調(diào)速示意圖
當不計泄漏時，各主要參數(shù)間有如下關系：
液壓缸受力平衡方程為
（P3A1-P4A2）η機=F （2-16）
若P4=0時，則節(jié)流閥壓降為△p= （2-17）
通過節(jié)流閥的流量 = （2-18）
進入液壓缸的流量 q1=q泵-q2 (2-19)
把2-18代入2-19，得
（2-20）
回路速度-負載特性方程為
（2-21）
式(2-21)表明當節(jié)流閥全部關閉時，液壓缸有最大速度vmax；A節(jié)調(diào)定后，當下式成立時，
F≥或P3≥ （2-22）
液壓缸工作速度v將等于零，此時泵的全部流量都通過節(jié)流閥流回油箱了。這說明旁路節(jié)流調(diào)速回路的最大負載是受到限至的。調(diào)整A節(jié)時， A節(jié)越大，回路能承受的最大負載就越小，A節(jié)越小，回路能承受的最大負載就越大。這說明旁路節(jié)流調(diào)速回路低速時的承載能力差。
將式(4-11)作圖，可得出回路的速度—負載特性曲線簇。
3.采用調(diào)速閥的進油路調(diào)速回路
（1）調(diào)速閥的進油路調(diào)速回路的速度—負載特性
通過調(diào)速閥的流量
（2-23）
若不考慮液壓缸的泄漏，則液壓缸的速度為
（2-24）
圖2-14 調(diào)速閥進油路調(diào)速示意圖
當負載F變化時壓力P3隨之成比例地變化，但調(diào)速閥中的減壓閥使調(diào)速閥前后的壓差△P基本上保持不變，這樣，流量q基本上不變，活塞工作速度也基本上不變。
如果計及缸和閥的泄漏以及液動力的變化等因素，實際上負載的變化對速度將產(chǎn)生一些影響，隨著F的增大，活塞工作速度略有降低。
三.實驗裝置
圖2-15 節(jié)流閥調(diào)速回路性能實驗液壓系統(tǒng)原理圖
圖中虛線部分元件功能與實驗一相同
1．左側(cè)的液壓系統(tǒng)，可以按不同要求分別組成進油路，回油路和旁路三種方式節(jié)流調(diào)速實驗回路，其中進油路調(diào)速回路可分別采用節(jié)流閥或調(diào)速閥。當回路中只接入節(jié)流閥1時，構成節(jié)流閥進油路調(diào)速回路；當回路中只接入節(jié)流閥3時，構成節(jié)流閥旁路調(diào)速回路；當回路中只接入節(jié)流閥4時，構成節(jié)流閥回油路調(diào)速回路；當回路中只接入調(diào)速閥2時，構成調(diào)速閥進油路路調(diào)速回路。通過壓力表P2，P3，P4可以分別測出閥的壓差，以便于對通過閥的流量進行計算。
2．右側(cè)的液壓系統(tǒng)，作為節(jié)流調(diào)速實驗回路的加載裝置，通過調(diào)節(jié)溢流閥可使加載液壓缸無桿腔獲得不同的壓力值(此時有桿腔回油壓力近似為零)。本實驗裝置中調(diào)速回路工作液壓缸與加載液壓缸處于同心安裝
位置，采用直接對頂?shù)募虞d方案。
3．由于采用兩缸直接對頂?shù)募虞d方案，工作缸進油壓力(或稱負載壓力)，要克服加載缸的進油壓力和兩缸的密封摩擦阻力，因此加載缸的進油壓力不等于工作缸的負載壓力。
四．實驗應得結果
1.繪制出泵壓調(diào)定后的速度—負載特性曲線。
2.繪制出節(jié)流閥通流面積調(diào)定后的速度—負載特性曲線。
其示意圖如下：
a b c
圖2-16 泵壓調(diào)定后的速度—負載特性曲線示意圖
(a)節(jié)流閥進、回油路調(diào)速回路
(b)節(jié)流閥旁路調(diào)速回路
(c)調(diào)速閥進、回油路調(diào)速回路
a b c
圖2-17 節(jié)流閥通流面積調(diào)定后的速度—負載特性曲線
(a)節(jié)流閥進、回油路調(diào)速回路
(b)節(jié)流閥旁路調(diào)速回路
(c)調(diào)速閥進、回油路調(diào)速回路
3.結論：
節(jié)流閥調(diào)速回路有一個共同缺點，就是干擾靜特性(負載特性)差。它們多用于負載變化不大的場合。對負載特性要求較高的液壓系統(tǒng)，需采用調(diào)速閥或溢流節(jié)流閥。因為他們具有較好的負載特性。
2.2.5 比例壓力閥的性能實驗
一.實驗目的
1.理解電液比例溢流閥穩(wěn)定工作時的靜態(tài)特性，測試控制輸入信號與輸出壓力的關系。
2.深入理解電液比例溢流閥穩(wěn)定工作時的動態(tài)特性，測試階越響應特性和頻率響應。
二.實驗原理
電液比例控制閥是一種可以根據(jù)輸入電氣信號，按比例對工作油液的壓力，流量，和方向進行控制的壓力控制閥。
電液比例控制閥用比例電磁鐵取代了普通開關型液壓閥的手動調(diào)節(jié)裝置或普通電磁鐵，因而可對液壓參量進行遠距離，高精度的控制。它的顯著特點是：
可以進行連續(xù)的電器遙控。
比例閥可以對液壓參量進行連續(xù)控制。一個比例閥可以得到連續(xù)可變的多個調(diào)定值。并可以控制各調(diào)定值之間的過渡過程。
比例閥控制系統(tǒng)基本工作原理如圖2-18所示（見下頁）
圖2-18 比例閥系統(tǒng)的組成
輸入信號是連續(xù)變化的電氣量，經(jīng)比例放大器處理后，作用于比例電磁鐵；比例電磁鐵作為電-機轉(zhuǎn)換器，輸出與其感應線圈電流成比例的牽引力；此力作用于液壓閥的閥芯，控制，輸出液壓量。
電液比例閥按其使用功能一般分為比例壓力閥，比例流量閥和比例方向閥。本實驗主要針對比例壓力閥中的比例溢流閥。其性能為穩(wěn)態(tài)性能和動態(tài)性能。穩(wěn)態(tài)性能包括穩(wěn)態(tài)控制特性和穩(wěn)態(tài)負載特性。前者是控制輸入信號與輸出壓力的關系，后者是指在某一調(diào)定的控制輸入信號下，輸出量與負載干擾的信號的關系。控制輸入信號是電流或電壓，壓力控制閥的輸出為壓力信號，負載干擾信號則是指除控制輸入信號之外的任何一種影響輸出量的輸入信號。動態(tài)特性常用階越響應特性和頻率響應來反映。
A．穩(wěn)態(tài)控制特性
在穩(wěn)態(tài)控制特性曲線上可以得到如下穩(wěn)態(tài)控制特性指標：
滯環(huán) 在穩(wěn)態(tài)特性曲線上，對應各相同輸出量的正反行程的控制輸入電信號之差的最大值與額定輸入電信號之比。
重復精度 在負載和油溫不變的情況下，連續(xù)三次作同方向重復所得穩(wěn)態(tài)控制特性曲線之間，相同輸出量所對應的控制電信號值的最大差值與額定輸入信號之比。
B．動態(tài)特性
階越響應特性是指在系統(tǒng)運動參數(shù)不變的情況下，被控輸出量相對于一定幅值的階越輸入電信號變化的過渡過程。
頻率特性是指比例閥系統(tǒng)對一組不同頻率的等幅正弦輸入信號的響應特性，常用波德圖表示。當輸入一組幅值不變，頻率不同的正弦信號時，輸出量的幅值和輸入量幅值的比值，稱為幅頻特性。輸出量相應與輸入信號相位之差，稱為相頻特性。
比例閥的主要動態(tài)特性指標有：
調(diào)整時間 輸入信號發(fā)生時刻至輸出量第一次達到并保持相對誤差在穩(wěn)態(tài)值的±5%范圍內(nèi)所需的時間。
最大超調(diào)量 輸出量最大峰值與穩(wěn)態(tài)值之差與穩(wěn)態(tài)值之比的百分數(shù)。
幅頻寬 幅頻特性曲線上幅值比降到0.707時的頻率。
本實驗主要測試比例溢流閥的穩(wěn)態(tài)控制特性與動態(tài)特性。
在液壓元件實驗技術中，比例閥的實驗難度較大，實驗手段發(fā)展也較快。在常規(guī)元件的實驗中，實驗工況的變化一般是通過手調(diào)實現(xiàn)，工況點是有限的、離散的實驗結果的記錄也是通過讀表手抄到試驗表格中的。比例閥的實驗與常規(guī)元件實驗不同，它的工況的變化是連續(xù)的，實驗結果也是連續(xù)的，一般通過特性曲線反映實驗結果。
常規(guī)的比例閥調(diào)試、測試過程如下：用信號發(fā)生器根據(jù)實驗要求產(chǎn)生斜波、三角波等控制信號并將其接入比例閥，比例閥發(fā)生工況移動。受控的壓力、流量等工況參量通過相應傳感器記錄到X-Y記錄儀上。這樣就可以得到受控參量（壓力，流量等）與控制信號（電流等）之間的反映比例閥性能的特性曲線?，F(xiàn)在運用軟件編程利用計算機代替X-Y記錄儀。
三.實驗裝置
實驗裝置見圖2-19（見下頁），圖中虛線部分元件的功能與實驗一相同，比例溢流閥2作為被測閥，二位二通電磁閥換向閥 1控制油路的通斷，以便于用節(jié)流閥調(diào)節(jié)系統(tǒng)壓力。因為比例閥是較高精度的元件，對油液的純潔度較高，故采用了精濾油器3來過濾油液。
圖2-19比例壓力閥性能實驗液壓系統(tǒng)原理圖
四.實驗應得結果
1.作出比例溢流閥的靜態(tài)特性曲線示意圖
2.作出比例溢流閥的動態(tài)特性曲線示意圖
圖2-20 比例溢流閥的靜態(tài)特性曲線示意圖
（a）p-I特性 （b）p-q特性
圖2-21 比例溢流閥的動態(tài)特性曲線示意圖
（c）階越響應 （d）頻率響應
第三章 元件選擇
3.1 液壓泵的選擇
動力元件起著向系統(tǒng)提供液壓源的作用，是系統(tǒng)不可缺少的核心元件，液壓系統(tǒng)是以液壓泵作為向?qū)嶒炏到y(tǒng)提供一定量的流量和壓力的動力元件。液壓泵將電動機的機械能轉(zhuǎn)化為液體工作的壓力能。
本實驗臺考慮到有變量泵實驗，而且變量泵也可以構成無級調(diào)速回路，以供學生做補充擴展實驗，因此我們選擇一個變量泵和一個定量泵。在具體選用過程中需注意以下問題：
1．噪聲需控制在一定范圍之內(nèi)。
2．使用壽命長，故障率較低，適于教學使用。
3．流量較均勻，脈沖小。
3.1.1.定量泵的選擇
根據(jù)設計任務書中的規(guī)定，泵的壓力為中壓以及參考學?，F(xiàn)有液壓實驗設備故選YB1-6型(雙作用)葉片泵。技術參數(shù)如下：
公稱排量6.3mL/r，額定工作壓力為6.3MPa，轉(zhuǎn)速 n=1450r/min,流量：零壓力時9.5L/min,額定壓力時7.6L/min。容積效率≥80%,總效率≥60%,驅(qū)動功率1.4Kw,重量5.5Kg，壓力振擺+0.2MPa。
其優(yōu)點為：
1、流量較均勻，旋轉(zhuǎn)平穩(wěn)，噪聲小。
2、易實現(xiàn)流量調(diào)節(jié)。
3、工作壓力較高,容積效率也較高。
4、其結構緊湊，輪廓尺寸較小而流量較大。
其缺點為:
1、對吸油條件要求較為嚴格，葉片泵要實現(xiàn)可靠吸油，其轉(zhuǎn)速必須在500-1500r/min的范圍內(nèi)。
2、葉片容易咬死，要注意油液的過濾。
3、結構復雜，零件制造精度要求較高。
YB1型為YB型的改進型，性能較好，少故障，少維修，以便教學計劃順利完成。
3.1.2變量泵的選擇
用液壓閥控制液壓系統(tǒng)的壓力、流量將帶來壓力損失。對于大功率系統(tǒng)，此損失不但造成了較大的能耗，而且使系統(tǒng)發(fā)熱，嚴重的會影響其正常工作而必須采用冷卻措施。用變量泵進行系統(tǒng)的壓力、流量的控制具有明顯的節(jié)能效果。
對變量泵的調(diào)節(jié)主要是通過調(diào)節(jié)其排量以控制泵的流量，形成流量控制泵。通常，泵的負載具有阻尼負載特性，因而通過控制泵的出口流量還能控制其出口壓力。用泵的出口壓力作為反饋可以組成壓力控制泵。
變量泵的選用應該參照定量泵的性能參數(shù)，經(jīng)查表變量泵YBX型的YBX-16葉片泵的技術參數(shù)與其相似。
故選用YBX型限壓變量葉片泵，其技術參數(shù)如下：
排量調(diào)解范圍0-16mL/r，
額定壓力6.3Mpa，壓力調(diào)節(jié)范圍2.0-6.3Mpa，
額定轉(zhuǎn)速600-1500r/min 驅(qū)動功率2.6KW。
YBX系列限壓式變量葉片泵是YB型葉片泵的改進產(chǎn)品，具有便于裝配、維修、使用壽命長等特點，主要用于機床、農(nóng)機、輕工機械、皮革機械，塑料機械、鍛壓機械、工程機械等領域等各種機械的液壓系統(tǒng)中。（上海神州泵業(yè)有限公司）
3.2 電動機的選擇
這部分元件的選擇，其基本參數(shù)由泵的性能決定。
定量泵電動機選擇Y90L-4型，變量泵電機選擇Y100L2-4型。
Y90L-4型額定功率1.5Kw，滿載轉(zhuǎn)速1400r/min。
Y100L2-4額定功率3Kw，滿載轉(zhuǎn)速1420r/min。
兩個電機的轉(zhuǎn)矩T均為2.2(Kn*m)
在實際連接中若功率不夠，帶動泵時會過熱，可換較大功率的泵。
3.3.液壓閥的選擇
液壓閥是用來控制液壓系統(tǒng)中油液的流動方向或調(diào)節(jié)其壓力和流量的元件，可分為方向閥、壓力閥和流量閥三大類。液壓傳動系統(tǒng)對液壓控制閥的基本要求為：
a.動作靈敏，使用可靠，工作時沖擊和振動小，使用壽命長。
b.油液通過液壓閥時壓力損失要小，密封性能好，內(nèi)泄漏要小，無外泄漏。
c.結構簡單緊湊，安裝、維護、調(diào)整方便，通用性好。
本實驗臺系統(tǒng)壓力為中壓，所選擇的液壓泵中定量泵的流量為：零壓力時9.5L/min,額定壓力時7.6L/min，額定壓力6.3Mpa。所選擇的液壓泵中變量泵的流量為：16mL/r×（600-1500r）/min=（9600-24000）mL/min=(9.6-24) L/min。實驗臺作為教學儀器，所承受的負載較小，故在閥的規(guī)格中優(yōu)先選取6通徑的。由于要實現(xiàn)閥的互換，采用連接底板來實現(xiàn)，所以除單向閥外，其余的閥都選用板式連接。
3.3.1．溢流閥的選擇
溢流閥是使系統(tǒng)中多余流體通過該閥溢出，從而維持其進口壓力近于恒定的壓力控制閥。其主要作用是對液壓系統(tǒng)定壓或進行安全保護，要求靈敏度高。密封性好，溢流閥主要用于對系統(tǒng)進行調(diào)壓保護，也可做溢流閥，比例溢流閥的性能實驗。
選擇 DB10-1-5X 先導溢流閥 10通徑規(guī)格
DBDH6P10/10 直動溢流閥 6通徑規(guī)格
3.3.2．電磁換向閥的選擇
電磁換向閥是利用通電吸合與斷電釋放的原理來直接推動閥芯，控制液流方向，是電氣系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)之間的信號轉(zhuǎn)換元件。
本實驗臺所涉及的實驗中運用到二位二通電磁換向閥，三位四通電磁換向閥。
二位二通閥:
圖3-1 二位二通閥
電磁閥不得電時，初始位置狀態(tài)為P、A不相通，即右位工作。電磁鐵得電時P、A相通，左位工作，此閥為常閉式。
三位四通閥:
圖3-2 三位四通閥
該閥共有四個工作油口，三個工作位置，不通電時閥芯處于中位（中
位機能O型），閥不工作，左電磁鐵得電，P、A相通，T、B不相通。右電磁鐵得電，P、B相通，T、A不相通。
選擇 4WE6E6X1 三位四通電磁換向閥 6通徑規(guī)格
22EO-H6B 二位二通電磁換向閥 6通徑規(guī)格
3.3.3．調(diào)速閥的選擇
調(diào)速閥是由定差式減壓閥和節(jié)流閥串聯(lián)而成的，它可改變進入液壓缸的油量，以使液壓缸獲得不同的速度。調(diào)定后能夠很好的保持速度不變。
選擇 2FRM5-20/16 調(diào)速閥 5通徑規(guī)格
3.3.4．節(jié)流閥的選擇
節(jié)流閥的選擇應滿足液壓回路系統(tǒng)要求
1）較大流量的調(diào)節(jié)范圍，流量調(diào)節(jié)均勻。
2）當閥前后壓力發(fā)生變化時，通過閥的流量變化要小。
3）液流通過閥（全開）的壓力損失要小。
4）當閥關閉時，泄漏要小。
在本實驗臺涉及的實驗中節(jié)流閥的數(shù)量較多，當設計回路要求同時使用的節(jié)流閥超過2個時，可拆卸其他不用的閥體，換用節(jié)流閥。
選擇 DVP6S-10 節(jié)流閥 6通徑規(guī)格
3.3.5.單向閥的選擇
單向閥的選用應根據(jù)單向閥應用的不同場合，確定其開啟壓力，例如，用作背壓閥一般選用開啟壓力較高的單向閥，而只是控制單向流油的單向閥，可選用開啟壓力較低的單向閥。單向閥的主要用途如下:
1. 安裝在液壓泵出油口，為防止液壓系統(tǒng)壓力突然升高而損壞液壓泵，防止系統(tǒng)中的油在泵停機時倒流回油箱。
2. 安裝在回油路中作為背壓閥。
3. 與其它閥組合成單向控制閥。
在安裝單向閥時要特別注意單向閥的自由流動方向，以防止裝反。另外，不允許閥芯錐面向上方安裝。連接形式選擇為插裝式。插裝式的特點是:內(nèi)阻小，適宜于大流量工作；閥口采用錐面密封，泄漏小；結構簡單、工作可靠、標準化程度高；適宜液壓系統(tǒng)的集成化，大量減少了管道聯(lián)接件及由管道引起的漏油、震動、噪聲等故障。
故選擇由德國力士樂公司生產(chǎn)制造的S6K0(6通徑)型號單向閥。
3.3.6.電液比例溢流閥的選擇
電液比例閥是介于一般液壓閥和電液伺服閥之間的閥類。它象電液伺服閥一樣，能根據(jù)給定的電氣信號連續(xù)地、按比例地對油液的壓力、流量或方向進行遠距離控制。比例閥一般具有壓力補償性能，所以它的輸出壓力和流量可以不受負載變化的影響。與手動調(diào)節(jié)的普通液壓閥相比，它能提高系統(tǒng)參數(shù)的控制水平。與電液伺服閥相比，它雖在某些性能方面稍稍遜色，但它具有結構簡單，成本低廉，抗污染能力優(yōu)于電液伺服閥等優(yōu)點，所以它被廣泛應用于控制精度和動態(tài)特性要求不太高的液壓系統(tǒng)中。電液比例閥是在一般液壓閥的基礎上，加上電-機械比例轉(zhuǎn)換裝置而構成的。常用的電-機械轉(zhuǎn)換裝置是比例電磁鐵，它能把電信號按比例地轉(zhuǎn)換成機械力或位移對液壓閥進行控制.輸入信號電壓U經(jīng)功率放大后，以電流的形式輸給比例電磁鐵。比例電磁鐵將電流I按比例轉(zhuǎn)換成力F施加在液壓閥閥芯上，使閥芯產(chǎn)生一定的位移，控制液壓系統(tǒng)中的壓力P或流量Q。當輸入信號變化時，比例電磁鐵輸出力也相應地變化，從而使P,Q也相應地變化。因此電液比例控制能根據(jù)輸入信號的大小，對液壓系統(tǒng)中的壓力、流量進行連續(xù)的按比例調(diào)節(jié)。
溢流閥是通過閥口的溢流，使被控制系統(tǒng)或回路的壓力維持恒定，實現(xiàn)穩(wěn)壓、調(diào)壓或限壓作用。對溢流閥的主要要求是:調(diào)壓范圍大，調(diào)壓偏差小，壓力振擺小，動作靈敏，過流能力大，噪聲小。由于插裝式閥不僅能實現(xiàn)液壓閥的各種功能，而且與普通液壓閥相比，當流過流量較大與在同等功率的情況下，具有重量輕、體積小、通流能力大、密封性能和動態(tài)性能好以及易于集成等優(yōu)點，再考慮到性價比，最后選用
DBE10-30/10Y 比例溢流閥 10通徑
3.4 傳感器的選擇
現(xiàn)代傳感器在原理與結構上千差萬別，如何根據(jù)具體的測量目的、測量對象以及測量環(huán)境合理地選用傳感器，是在進行某個量的測量時首先要解決的問題。當傳感器確定之后，與之相配套的測量方法和測量設備也就可以確定了。測量結果的成敗，在很大程度上取決于傳感器的選用是否合理。
?1、根據(jù)測量對象與測量環(huán)境確定傳感器的類型
要進行—個具體的測量工作，首先要考慮采用何種原理的傳感器，這需要分析多方面的因素之后才能確定。因為，即使是測量同一物理量，也有多種原理的傳感器可供選用，哪一種原理的傳感器更為合適，則需要根據(jù)被測量的特點和傳感器的使用條件考慮以下一些具體問題：量程的大小；被測位置對傳感器體積的要求；測量方式為接觸式還是非接觸式；信號的引出方法，有線或是非接觸測量；傳感器的來源，國產(chǎn)還是進口，價格能否承受，還是自行研制。在考慮上述問題之后就能確定選用何種類型的傳感器，然后再考慮傳感器的具體性能指標。
2、靈敏度的選擇
通常，在傳感器的線性范圍內(nèi)，希望傳感器的靈敏度越高越好。因為只有靈敏度高時，與被測量變化對應的輸出信號的值才比較大，有利于信號處理。但要注意的是，傳感器的靈敏度高，與被測量無關的外界噪聲也容易混入，也會被放大系統(tǒng)放大，影響測量精度。因此，要求傳感器本身應具有較高的信噪比，盡量減少從外界引入的于擾信號。傳感器的靈敏度是有方向性的。當被測量是單向量，而且對其方向性要求較高，則應選擇其它方向靈敏度小的傳感器；如果被測量是多維向量，則要求傳感器的交叉靈敏度越小越好。
3、響應特性 （反應時間）
傳感器的頻率響應特性決定了被測量的頻率范圍，必須在允許頻率范圍內(nèi)保持不失真的測量條件，實際上傳感器的響應總有—定延遲，希望延遲時間越短越好。傳感器的頻率響應高，可測的信號頻率范圍就寬，而由于受到結構特性的影響，機械系統(tǒng)的慣性較大，因有頻率低的傳感器可測信號的頻率較低。在動態(tài)測量中，應根據(jù)信號的特點(穩(wěn)態(tài)、瞬態(tài)、隨機等)響應特性，以免產(chǎn)生過火的誤差。
4、線性范圍
傳感器的線形范圍是指輸出與輸入成正比的范圍。以理論上講，在此范圍內(nèi)，靈敏度保持定值。傳感器的線性范圍越寬，則其量程越大，并且能保證一定的測量精度。在選擇傳感器時，當傳感器的種類確定以后首先要看其量程是否滿足要求。但實際上，任何傳感器都不能保證絕對的線性，其線性度也是相對的。當所要求測量精度比較低時，在一定的范圍內(nèi)，可將非線性誤差較小的傳感器近似看作線性的，這會給測量帶來極大的方便。
5、穩(wěn)定性
? 傳感器使用一段時間后，其性能保持不變化的能力稱為穩(wěn)定性。影響傳感器長期穩(wěn)定性的因素除傳感器本身結構外，主要是傳感器的使用環(huán)境。因此，要使傳感器具有良好的穩(wěn)定性，傳感器必須要有較強的環(huán)境適應能力。
在選擇傳感器之前，應對其使用環(huán)境進行調(diào)查，并根據(jù)具體的使用環(huán)境選擇合適的傳感器，或采取適當?shù)拇胧?，減小環(huán)境的影響。傳感器的穩(wěn)定性有定量指標，在超過使用期后，在使用前應重新進行標定，以確定傳感器的性能是否發(fā)生變化。
在某些要求傳感器能長期使用而又不能輕易更換或標定的場合，所選用的傳感器穩(wěn)定性要求更嚴格，要能夠經(jīng)受住長時間的考驗。
6、精度
精度是傳感器的一個重要的性能指標，它是關系到整個測量系統(tǒng)測量精度的一個重要環(huán)節(jié)。傳感器的精度越高，其價格越昂貴，因此，傳感器的精度只要滿足整個測量系統(tǒng)的精度要求就可以，不必選得過高。這樣就可以在滿足同一測量目的的諸多傳感器中選擇比較便宜和簡單的傳感器。如果測量目的是定性分析的，選用重復精度高的傳感器即可，不宜選用絕對量值精度高的；如果是為了定量分析，必須獲得精確的測量值，就需選用精度等級能滿足要求的傳感器。
對某些特殊使用場合，無法選到合適的傳感器，則需自行設計制造傳感器。自制傳感器的性能應滿足使用要求。
本實驗系統(tǒng)涉及到壓力、流量、溫度和位移傳感器的選擇，根據(jù)麥克傳感器有限公司壓力、液位變送器產(chǎn)品選型樣本以及相關廠家傳感器介紹選擇傳感器如下：
1． 壓力傳感器：MPM480 該種型號傳感器采用24V供電，在15~30VDC內(nèi)可以可靠工作，輸出信號有兩線制4～20mADC或三線制0/1～5/10VDC、0～10/20mADC等標準輸出形式。該傳感器殼體全部采