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摘 要
眾所周知，“實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)”。科學(xué)實(shí)驗(yàn)在人類認(rèn)識(shí)和探索自
然規(guī)律的過(guò)程中起著至關(guān)重要的作用，可以說(shuō)沒(méi)有實(shí)驗(yàn)就沒(méi)有現(xiàn)代科學(xué)。液壓傳
動(dòng)技術(shù)是機(jī)械類專業(yè)的一門(mén)基礎(chǔ)課程。液壓教學(xué)實(shí)踐表明，該課程只有通過(guò)理論
和實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方式教學(xué)才能取得良好的教學(xué)效果。為了滿足現(xiàn)代化液壓教學(xué)的
要求，本文提出了一種基于PLC控制的多功能液壓實(shí)驗(yàn)臺(tái)。根據(jù)該液壓實(shí)驗(yàn)臺(tái)
的用途，設(shè)計(jì)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(shí)驗(yàn)臺(tái)，最
后設(shè)計(jì)出實(shí)驗(yàn)臺(tái)控制程序。該多功能液壓教學(xué)實(shí)驗(yàn)臺(tái)在液壓教學(xué)方面有著廣泛的
應(yīng)用前景。
本論文對(duì)傳統(tǒng)型與現(xiàn)代型液壓綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)的研究現(xiàn)狀做了全面的綜述，對(duì)液壓實(shí)驗(yàn)臺(tái)的發(fā)展趨勢(shì)做了詳細(xì)的分析，并對(duì)液壓教學(xué)中常用的液壓元件和基本液壓回路的組成和原理進(jìn)行了詳盡的理論分析、總結(jié)，為多功能液壓實(shí)驗(yàn)臺(tái)的液壓回路設(shè)計(jì)奠定了可靠的理論基礎(chǔ)，也為仿真軟件的應(yīng)用提供了依據(jù)。利用模塊化的設(shè)計(jì)思想對(duì)多功能液壓實(shí)驗(yàn)臺(tái)的液壓回路進(jìn)行分塊設(shè)計(jì)。將各模塊優(yōu)化組合，設(shè)計(jì)出多功能液壓實(shí)驗(yàn)臺(tái)的液壓回路原理圖，并對(duì)其功能進(jìn)行了詳盡的說(shuō)明。
液壓綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)包括電控、液控等，它的設(shè)計(jì)與制造將極大的緩解現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)設(shè)備短缺和落后的現(xiàn)狀，同時(shí)電液控綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)在整個(gè)液壓教學(xué)實(shí)驗(yàn)中將發(fā)揮很大的作用，是液壓教學(xué)實(shí)驗(yàn)中不可缺少的重要組成部分。本論文重點(diǎn)敘述了液壓綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)的系統(tǒng)組成和元件設(shè)置。從各方面分析與其它實(shí)驗(yàn)臺(tái)的不同點(diǎn)，突出它的綜合性，其最大的優(yōu)點(diǎn)就是可以在一個(gè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上做多種實(shí)驗(yàn)，所做實(shí)驗(yàn)各元件和管路可由實(shí)驗(yàn)操作者自行設(shè)計(jì)、連接。設(shè)計(jì)主要圍繞實(shí)驗(yàn)臺(tái)的實(shí)驗(yàn)原理 以及整體結(jié)構(gòu)而展開(kāi)，然后輔以電氣控制硬件部分的設(shè)計(jì)。
關(guān)鍵詞 實(shí)驗(yàn)臺(tái) ；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
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(shí)驗(yàn)臺(tái)研究的目的與意義 ．．．．．．．．．．．．．．．．．2
1．3．2畢業(yè)設(shè)計(jì)的目的與意義 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2
第二章 液壓系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)原理 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．3
2.1 在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上可以完成的實(shí)驗(yàn) ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．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(shí)驗(yàn) ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．3
2.2.2 液壓泵性能實(shí)驗(yàn) ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．8
2.2.3 溢流閥性能實(shí)驗(yàn) ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．11
2.2.4 節(jié)流調(diào)速回路性能實(shí)驗(yàn) ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．17
2.2.5 比例壓力閥的性能實(shí)驗(yàn)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．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(dòng)機(jī)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(shí)驗(yàn)臺(tái)臺(tái)架設(shè)計(jì) ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．35
4.1實(shí)驗(yàn)臺(tái)總體外形尺寸的確定．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．35
4.2實(shí)驗(yàn)臺(tái)上部板面設(shè)計(jì)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．36
4.3實(shí)驗(yàn)臺(tái)附件設(shè)計(jì)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．37
4.4實(shí)驗(yàn)臺(tái)材料的選擇．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．38
4.5實(shí)驗(yàn)臺(tái)強(qiáng)度設(shè)計(jì)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．39
4.6實(shí)驗(yàn)臺(tái)強(qiáng)度校核．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．40
4.7實(shí)驗(yàn)臺(tái)外觀設(shè)計(jì)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．43
結(jié)論 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．45
致 謝 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．46
參考文獻(xiàn) ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．47
附 錄
第一章 前 言
液壓綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)包括電控、液控等，它的設(shè)計(jì)與制造將極大的緩解現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)設(shè)備短缺和落后的現(xiàn)狀，同時(shí)電液控綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)在整個(gè)液壓教學(xué)實(shí)驗(yàn)中將發(fā)揮很大的作用，是液壓教學(xué)實(shí)驗(yàn)中不可缺少的重要組成部分。本論文重點(diǎn)敘述了液壓綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)的系統(tǒng)組成和元件設(shè)置。從各方面分析與其它實(shí)驗(yàn)臺(tái)的不同點(diǎn)，突出它的綜合性，其最大的優(yōu)點(diǎn)就是可以在一個(gè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上做多種實(shí)驗(yàn)，所做實(shí)驗(yàn)各元件和管路可由實(shí)驗(yàn)操作者自行設(shè)計(jì)、連接。
1.1課題研究的背景
實(shí)驗(yàn)是液壓教學(xué)必不可少的輔助環(huán)節(jié)，學(xué)?，F(xiàn)有的液壓傳動(dòng)教學(xué)實(shí)驗(yàn)臺(tái)可用于定量葉片泵工作特性實(shí)驗(yàn)、先導(dǎo)式溢流閥性能實(shí)驗(yàn)及節(jié)流調(diào)速回路性能實(shí)驗(yàn)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)，可使學(xué)生增強(qiáng)對(duì)定量葉片泵工作性能、先導(dǎo)式溢流閥靜態(tài)性能和動(dòng)態(tài)性能以及各種節(jié)流調(diào)速回路特性的理解，加深對(duì)液壓系統(tǒng)各種特性參數(shù)的感性認(rèn)識(shí)。
實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的獲得可歸結(jié)為液壓系統(tǒng)中壓力、流量和速度等物理量靜態(tài)、動(dòng)態(tài)值的測(cè)取，誤差很大。如為測(cè)量液壓缸活塞桿在不同負(fù)載條件下的運(yùn)動(dòng)速度，實(shí)驗(yàn)時(shí)首先測(cè)出活塞桿的總行程，再利用秒表測(cè)量活塞桿走完這段行程所用時(shí)間，兩者相除得到活塞桿的運(yùn)動(dòng)速度，這種方法很難客觀準(zhǔn)確地反映液壓缸活塞桿帶負(fù)載工作時(shí)的速度特性。利用壓力表測(cè)量液壓系統(tǒng)中某一給定點(diǎn)的壓力，表盤(pán)指針?biāo)甘镜目潭葘?duì)應(yīng)某一壓力值，由于小幅度波動(dòng)的壓力振擺和隨時(shí)間而漂移的壓力偏移值很難通過(guò)壓力表指針?lè)从吵鰜?lái)，有限的刻度格數(shù)使讀數(shù)依賴于實(shí)驗(yàn)操作者的目測(cè)習(xí)慣，從而使測(cè)量精度得不到保證。而且對(duì)液壓系統(tǒng)加載一卸荷時(shí)被控壓力隨時(shí)間變化所反映的動(dòng)態(tài)特性參數(shù)如動(dòng)態(tài)超調(diào)，只能作出定性分析。而且現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)臺(tái)的靈活性不高，不能充分鍛煉學(xué)生的動(dòng)手及思維能力。
1.2課題研究的內(nèi)容
我的畢業(yè)設(shè)計(jì)題目是插件式電液控綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)。在實(shí)驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)過(guò)程中，我們參考了學(xué)校現(xiàn)有的液壓傳動(dòng)教學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備，綜合了它們的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，所設(shè)計(jì)的電液控綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)采用可以快速轉(zhuǎn)接的方式，使一臺(tái)設(shè)備可以完成五種甚至更多的實(shí)驗(yàn)回路，如壓力形成、液壓泵性能實(shí)驗(yàn)、溢流閥靜動(dòng)態(tài)性能實(shí)驗(yàn)、節(jié)流調(diào)速回路性能實(shí)驗(yàn)、比例閥性能實(shí)驗(yàn)。該實(shí)驗(yàn)臺(tái)注重學(xué)生的能力培養(yǎng)，并給學(xué)生留有足夠的發(fā)揮空間，該實(shí)驗(yàn)臺(tái)備有一定數(shù)目的備用液壓元件，具有很好的開(kāi)發(fā)柔性和擴(kuò)展性，并且實(shí)驗(yàn)臺(tái)具備了與計(jì)算機(jī)連接的硬件條件，通過(guò)計(jì)算機(jī)及相關(guān)軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)的監(jiān)測(cè)與仿真。使實(shí)驗(yàn)臺(tái)實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制和全自動(dòng)化。通過(guò)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生不僅可以加強(qiáng)對(duì)液壓理論的理解，而且也掌握了先進(jìn)的控制技術(shù)，達(dá)到更好的教學(xué)效果。我主要負(fù)責(zé)整個(gè)實(shí)驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)的硬件部分，具體內(nèi)容有實(shí)驗(yàn)原理的分析、實(shí)驗(yàn)臺(tái)臺(tái)架的設(shè)計(jì)以及電控部分的設(shè)計(jì)。
1.3課題研究的目的與意義
1.3.1電液控綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)研究的目的與意義
液壓傳動(dòng)這門(mén)課程的任務(wù)是使學(xué)生掌握液壓傳動(dòng)的基礎(chǔ)知識(shí)，掌握各種液壓元件的工作原理、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、應(yīng)用和選用方法，熟悉常用液壓基本回路的功用、組成和應(yīng)用場(chǎng)合，了解國(guó)內(nèi)外先進(jìn)技術(shù)成果在機(jī)械設(shè)備中的應(yīng)用。因?yàn)樵撜n程的理論性和實(shí)踐性都很強(qiáng)，所以，為了提高教學(xué)效果，在學(xué)習(xí)理論知識(shí)的同時(shí)，必須利用實(shí)驗(yàn)教學(xué)來(lái)加強(qiáng)實(shí)踐的培養(yǎng)，給學(xué)生具體回路和元件的接觸來(lái)了解液壓的具體應(yīng)用，以培養(yǎng)適合社會(huì)需求的人才。電液控綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)，它是為改善現(xiàn)有教學(xué)實(shí)驗(yàn)條件而產(chǎn)生的，實(shí)驗(yàn)教學(xué)和理論教學(xué)互為依存，互為補(bǔ)充，共同組成液壓傳動(dòng)課的重要環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)了學(xué)生自由發(fā)揮，自主連接回路的目的。通過(guò)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生不僅可以加強(qiáng)對(duì)液壓理論的理解，而且也掌握了先進(jìn)的控制技術(shù)，達(dá)到更好的教學(xué)效果，因此實(shí)驗(yàn)臺(tái)的研究設(shè)計(jì)具有很強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值。
1.3.2畢業(yè)設(shè)計(jì)的目的與意義
設(shè)計(jì)是教學(xué)計(jì)劃中一個(gè)有機(jī)組成，是培養(yǎng)我們綜合運(yùn)用所學(xué)的基礎(chǔ)理論、基本知識(shí)和基本技能，分析、解決實(shí)際問(wèn)題的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，它與其他教學(xué)環(huán)節(jié)相輔相成，在某種程度上是前面各個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)的繼續(xù)、深化和檢驗(yàn)，它的實(shí)踐性和綜合性是其他環(huán)節(jié)所不能替代的。
通過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì)工作，能夠使學(xué)生受到工程技術(shù)人員所必需的綜合訓(xùn)練，在不同程度上提高了各種能力，并鞏固所學(xué)知識(shí)。畢業(yè)設(shè)計(jì)工作的重要性還表現(xiàn)在它促進(jìn)教學(xué)計(jì)劃、科研、生產(chǎn)三方面的結(jié)合，推動(dòng)學(xué)校的科研工作和實(shí)驗(yàn)室建設(shè)。
第二章 液壓系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)原理
理論的基礎(chǔ)是實(shí)踐，實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)。尤其是自然科學(xué)的發(fā)展，更離不開(kāi)科學(xué)實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)教學(xué)與理論教學(xué)相輔相成，共同擔(dān)負(fù)著培養(yǎng)學(xué)生智能、提高人才質(zhì)量的任務(wù)。
液壓傳動(dòng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目的在于使學(xué)生掌握基本實(shí)驗(yàn)方法及實(shí)驗(yàn)技能，學(xué)習(xí)科學(xué)研究的方法，同時(shí)實(shí)驗(yàn)也是幫助學(xué)生學(xué)習(xí)和運(yùn)用理論處理實(shí)際問(wèn)題，驗(yàn)證、消化和鞏固基礎(chǔ)理論知識(shí)的重要環(huán)節(jié)
2.1 在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上可以完成的實(shí)驗(yàn)
1. 液壓系統(tǒng)中工作壓力形成的原理實(shí)驗(yàn)
2. 液壓泵性能實(shí)驗(yàn)
2.1定量泵性能實(shí)驗(yàn)
2.2變量泵性能實(shí)驗(yàn)
3.溢流閥靜動(dòng)態(tài)性能實(shí)驗(yàn)
3.1溢流閥的靜態(tài)性能實(shí)驗(yàn)
3.2溢流閥的動(dòng)態(tài)性能實(shí)驗(yàn)
4.節(jié)流調(diào)速回路性能實(shí)驗(yàn)
4.1采用節(jié)流閥的進(jìn)口節(jié)流調(diào)速回路實(shí)驗(yàn)
4.2采用節(jié)流閥的出口節(jié)流調(diào)速回路實(shí)驗(yàn)
4.3采用節(jié)流閥的旁路節(jié)流調(diào)速回路實(shí)驗(yàn)
4.4采用調(diào)速閥的進(jìn)口節(jié)流調(diào)速回路實(shí)驗(yàn)
5．比例閥性能實(shí)驗(yàn)
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(shí)驗(yàn)
一.實(shí)驗(yàn)?zāi)康?
本實(shí)驗(yàn)通過(guò)幾種形式的負(fù)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(dòng)中，工作壓力決定于外界負(fù)載，即決定于油液運(yùn)動(dòng)時(shí)受到的阻力”。通過(guò)實(shí)驗(yàn)應(yīng)學(xué)會(huì)分析液壓系統(tǒng)中某處工作壓力和該處負(fù)載大小的關(guān)系，掌握液壓系統(tǒng)中壓力形成和傳遞的規(guī)律。
二.實(shí)驗(yàn)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(shí)傳到液體的各點(diǎn)。所以在液壓系統(tǒng)中，當(dāng)忽略液體自重時(shí)液體靜止段內(nèi)壓力到處相等，如實(shí)驗(yàn)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(gè)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(fù)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(dǎo)致油壓不斷上升，當(dāng)壓力升高到能克服阻力負(fù)載F時(shí)，活塞便被推動(dòng)上升，這時(shí)，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(dòng)活塞上移。如果F=0，略去活塞自重和其它阻力時(shí)，泵排出的油液可以推動(dòng)活塞上移，但不能在液壓缸下腔建立起壓力(P2=0)。以上說(shuō)明，在容積式液壓傳動(dòng)中，工作壓力決定于外界負(fù)載，即決定于油液運(yùn)動(dòng)時(shí)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(dòng)機(jī)械位移的力，液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)機(jī)械回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)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(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，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(shí)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(dòng)的實(shí)際荷重F有效總小于理論推力F理，為此，用負(fù)載效率表征它們的關(guān)系，是以F有效與F理之比來(lái)表征的，即
或F有效=F理-F無(wú)效 （2-1）
若將式（2-1)中各力改用表壓(壓強(qiáng))形式表示，則有
，， （2-2）
式中 P有效 ——液壓缸有效負(fù)載壓力；
P2——液壓缸工作腔壓力；
P無(wú)效——液壓缸無(wú)效負(fù)載壓力。
所以 P有效=P2-P無(wú)效 （2-3）
或 P2=P有效+P無(wú)效 （2-4）
式（2-4）為液壓缸工作壓力決定于外界負(fù)載的表達(dá)式，它說(shuō)明要使活塞運(yùn)動(dòng)，工作腔的壓力P2必須等于液壓缸有效負(fù)載壓力和無(wú)效負(fù)載壓力之和。
圖2-1 壓力形成原理圖 圖2-2 液壓缸負(fù)載效率
在圖2-3所示的實(shí)驗(yàn)裝置系統(tǒng)中，液壓缸回油路阻力可以忽略不計(jì)，即P3=0，此時(shí)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(jìn)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(fù)載的表達(dá)式，它說(shuō)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(dāng)調(diào)速閥4關(guān)閉時(shí)，泵排出的全部油液僅通過(guò)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(dāng)調(diào)速閥4打開(kāi)到某一開(kāi)度，泵排出的油一部分供液壓缸工作，多余的油仍通過(guò)閥溢回油箱，但通過(guò)閥口溢流的油必須克服調(diào)定的液阻，因此可知此時(shí)泵的出口壓力P1仍基本不變。液壓缸工作中如果外界負(fù)載在變化，則P2一定隨之變化，這時(shí)調(diào)速閥4將自動(dòng)調(diào)節(jié)液阻即過(guò)閥的壓力損失△P調(diào) ，使P2+∑△P恒等于P1，即當(dāng)P2增大時(shí)，△P調(diào)減小，反之亦然。
三．實(shí)驗(yàn)裝置
圖2-3 液壓系統(tǒng)中工作壓力形成原理實(shí)驗(yàn)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(hù)液壓泵2，防止吸油時(shí)將較大顆粒污染物吸入泵內(nèi)。單向閥3用來(lái)防止當(dāng)系統(tǒng)不穩(wěn)定時(shí)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(shí)與泵一起供油，且可以補(bǔ)償泄漏，穩(wěn)定壓力，吸收液壓沖擊，消除液壓泵的脈動(dòng)?？紤]到學(xué)生做實(shí)驗(yàn)時(shí)沒(méi)有經(jīng)驗(yàn)，為防止系統(tǒng)壓力過(guò)大而造成壓力表等元件的損壞，系統(tǒng)運(yùn)用了兩個(gè)并聯(lián)的直動(dòng)溢流閥9，10，一個(gè)作為溢流閥來(lái)調(diào)定系統(tǒng)壓力，將多余油液溢流回油箱，一個(gè)用來(lái)作為安全閥，將其調(diào)到一適當(dāng)?shù)墓潭ㄖ?，系統(tǒng)壓力將不會(huì)超過(guò)此固定值，從而起到保護(hù)元件的作用（下面的實(shí)驗(yàn)同）。在液壓缸進(jìn)油路上安裝調(diào)速閥，如果負(fù)載即閥的出口壓力變化時(shí)，要求活塞的運(yùn)動(dòng)速度即過(guò)閥流量穩(wěn)定，采用節(jié)流閥將達(dá)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(jìn)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(shí)質(zhì)上是利用一個(gè)能自動(dòng)進(jìn)行調(diào)整的可變液阻(減壓閥)來(lái)保證另一個(gè)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(shí)，一般最小應(yīng)保證壓力差△P min=0．4～0．5MPa。三位四通電磁換向閥6用來(lái)切換液壓缸進(jìn)，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(fù)載。托盤(pán)上砝碼重量較大時(shí)，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(shí)驗(yàn)應(yīng)得結(jié)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(jiàn)圖2-4
圖2-4 F有效——P和F有效——V曲線示意圖
（2）實(shí)驗(yàn)所得結(jié)論
液壓缸工作壓力P決定于有效負(fù)載與無(wú)效負(fù)載之和，負(fù)載增加，P隨之加大。當(dāng)有效負(fù)載為零時(shí)P示值即為缸的無(wú)效負(fù)載。
2.2.2 液壓泵性能實(shí)驗(yàn)
一．實(shí)驗(yàn)?zāi)康?
1．深入理解定量葉片泵的靜態(tài)特性。著重測(cè)試液壓泵靜態(tài)特性中：
(1)實(shí)際流量q與工作壓力p之間的關(guān)系即q-p曲線；
(2)容積效率、總效率與工作壓力 p之間的關(guān)系即-P和-P曲線；
(3)輸入功率P入與工作壓力P之間的關(guān)系即P入-P曲線。
2．了解定量葉片泵的動(dòng)態(tài)特性。液壓泵輸出流量的瞬時(shí)變化會(huì)引起其輸出壓力的瞬時(shí)變化，動(dòng)態(tài)特性就是表示這兩種瞬時(shí)變化之間的關(guān)系。
二． 實(shí)驗(yàn)原理
液壓泵的工作壓力由其外加負(fù)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(fù)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(xiàng)負(fù)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(jì)的話，那么調(diào)節(jié)節(jié)流閥通流截面積A節(jié)就可對(duì)泵造成不同的負(fù)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(jìn)行分析；對(duì)定量泵來(lái)說(shuō)，q為定值，對(duì)特定的閥來(lái)說(shuō)C（系數(shù)，與液體性質(zhì)和液組的結(jié)構(gòu)形狀有關(guān)）一定，此時(shí)，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(zhǎng)期連續(xù)使用的最大工作壓力，它反映了泵的運(yùn)行能力。超過(guò)此值就是過(guò)載。但如不超過(guò)規(guī)定的最高壓力P max(泵能力的極限)，還可短期運(yùn)行。
液壓泵的排量Q是不考慮泄漏時(shí)，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(wú)關(guān)。泵的理論流量Q理是不考慮泄漏時(shí)，單位時(shí)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(shí)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(jī)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(guò)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(shí)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(shí)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(shí)泵的泄漏量可以忽略(零壓時(shí)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(jī)械效率。
反映油液在泵內(nèi)流動(dòng)時(shí)液體粘性引起的摩擦轉(zhuǎn)矩?fù)p失和泵內(nèi)機(jī)件相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)機(jī)械摩擦引起的摩擦損失之和。若摩擦轉(zhuǎn)矩?fù)p失越大，則泵的機(jī)械效率越低。要直接測(cè)定比較困難，一般是測(cè)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(dòng)，噪聲，溫升、振動(dòng)和壽命等。
目前規(guī)定泵的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)如下： (摘自JB2146-77)
單級(jí)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(xiàng)目外，還應(yīng)考察泵的壓力脈動(dòng)(壓力振擺)，因?yàn)閴毫γ}動(dòng)對(duì)系統(tǒng)的振動(dòng)有很大的影響，特別對(duì)運(yùn)動(dòng)要求平穩(wěn)，移動(dòng)精度高的機(jī)械來(lái)說(shuō)，更是如此。壓力脈動(dòng)主要來(lái)源于流量脈動(dòng)，雙作用式定量葉片泵雖然理論上流量脈動(dòng)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(dòng)在不同程度上依然存在。
泵從一個(gè)穩(wěn)態(tài)工作條件轉(zhuǎn)為另一個(gè)穩(wěn)態(tài)工作條件時(shí)，輸出流量的瞬時(shí)變化，會(huì)引起輸出壓力的瞬時(shí)變化，欲到達(dá)穩(wěn)定將經(jīng)歷一個(gè)自動(dòng)調(diào)節(jié)的過(guò)程，衡量此調(diào)節(jié)過(guò)程的主要指標(biāo)是最大壓力超調(diào)量和過(guò)渡過(guò)程時(shí)間。
三．實(shí)驗(yàn)裝置
在圖2-5中虛線部分元件功能與實(shí)驗(yàn)一相同，實(shí)驗(yàn)時(shí)油液通過(guò)節(jié)流閥與流量計(jì)流回油箱，節(jié)流閥改變節(jié)流面積使液壓泵的負(fù)載隨之改變，流量計(jì)用來(lái)測(cè)量泵排出的油液體積，以便間接測(cè)量出泵的流量與排量。
圖2-5 定量泵性能實(shí)驗(yàn)液壓系統(tǒng)原理圖
四．實(shí)驗(yàn)應(yīng)得結(jié)果
1.根據(jù)實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)所得結(jié)論 ：
1) 實(shí)際流量q隨泵工作壓力p增高而減??；各工作壓力點(diǎn)對(duì)應(yīng)的實(shí)際流量q值與零壓流量q理值的差，就是泵在該壓力點(diǎn)工作時(shí)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(biāo)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(jī)械損失是指泵在轉(zhuǎn)矩上的損失。液壓泵的實(shí)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(shí)驗(yàn)
一.實(shí)驗(yàn)?zāi)康?
1．通過(guò)實(shí)驗(yàn)，深入理解溢流閥穩(wěn)定工況時(shí)的靜態(tài)特性，靜態(tài)特性中著重測(cè)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(shí)驗(yàn)成果對(duì)被試閥的靜態(tài)特性適當(dāng)?shù)姆治觥?
2．通過(guò)實(shí)驗(yàn)，深入理解溢流閥瞬時(shí)突變工況下的動(dòng)態(tài)特性，即溢流量突然變化，溢流閥所控制的壓力隨時(shí)間變化的過(guò)渡過(guò)程品質(zhì)。
二. 實(shí)驗(yàn)原理
先導(dǎo)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(jiàn)用途為：(1) 在定量泵節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)中，對(duì)液壓系統(tǒng)實(shí)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(guò)載，起安全保護(hù)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(guò)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(dòng)值)和壓力偏移(在規(guī)定時(shí)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(biāo)。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(dāng)先導(dǎo)式溢流閥在遠(yuǎn)程控制下卸荷(即遠(yuǎn)程控制口k通油箱)，通過(guò)額定流量時(shí)閥所引起的壓力損失。這個(gè)壓力損失將使油液流回油箱時(shí)發(fā)熱，因此它反映了溢流閥在卸荷時(shí)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(guān)(和主閥彈簧剛度有關(guān))。
壓力損失：先導(dǎo)式溢流閥調(diào)壓手柄完全放松時(shí)，通過(guò)額定流量所產(chǎn)生的壓力降，稱為壓力損失。先導(dǎo)式溢流閥的壓力損失往往略大于它的卸荷壓力，因?yàn)榇藭r(shí)部分回油在閥內(nèi)所經(jīng)曲路較長(zhǎng)，阻力略大，另外有的閥在調(diào)壓手柄全放松時(shí)，調(diào)壓彈簧的預(yù)壓縮量不為零，也會(huì)引起壓力損失值的增加。
3．內(nèi)泄漏量(關(guān)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(jìn)口壓力為額定壓力時(shí)，通過(guò)閥口的泄漏量。溢流閥作安全閥使用時(shí)，內(nèi)泄漏量是一個(gè)重要指標(biāo)。
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(kāi)啟和閉合過(guò)程中壓力和流量之間的關(guān)系，它是溢流閥靜態(tài)特性中的又一個(gè)主要指標(biāo)。
溢流特性曲線如圖2-7所示
圖2-7 先導(dǎo)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(guò)程中總是導(dǎo)閥先開(kāi)，且導(dǎo)閥開(kāi)到一定開(kāi)口量后主閥口才開(kāi)始溢流，直到全流量溢流。在溢流量變化過(guò)程中，主閥和導(dǎo)閥開(kāi)口量的變化將影響彈簧壓緊力和穩(wěn)態(tài)液動(dòng)力，所以實(shí)際的壓力—流量特性曲線為B，C。溢流閥在未達(dá)到調(diào)定壓力，主閥芯未動(dòng)作前就開(kāi)始有溢流量了(導(dǎo)閥的溢流量)，開(kāi)始溢流時(shí)的壓力顯然小于通過(guò)額定流量時(shí)的調(diào)定壓力。把溢流閥在開(kāi)啟過(guò)程中溢流量達(dá)到額定流量(或?qū)嶒?yàn)流量)的%1時(shí)的進(jìn)口壓力稱為開(kāi)啟壓力。全流壓力與開(kāi)啟壓力之差稱為靜態(tài)調(diào)壓偏差。開(kāi)啟壓力與全流壓力之比稱為開(kāi)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(kāi)啟比越大，則開(kāi)啟壓力越接近調(diào)定壓力，它所控制的系統(tǒng)壓力便越準(zhǔn)確，限制靜態(tài)調(diào)壓偏差值就成為一項(xiàng)重要性能指標(biāo)。對(duì)中低壓溢流閥，在最高調(diào)定壓力時(shí)的開(kāi)啟壓力不得低于額定壓力的85%。閥在最高調(diào)定壓力下，當(dāng)溢流量從額定流量降低到它的1%時(shí)的進(jìn)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(dòng)態(tài)特性
溢流量突然變化時(shí)，溢流閥所控制的壓力隨時(shí)間變化的過(guò)渡過(guò)程品質(zhì)，一般是指壓力超調(diào)量，壓力穩(wěn)定時(shí)間，卸荷時(shí)間及壓力回升時(shí)間(見(jiàn)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(shí)間△t2
壓力超調(diào)量是指瞬時(shí)升壓過(guò)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(yùn)動(dòng)，造成通過(guò)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(dòng)信號(hào)而及時(shí)將主閥開(kāi)大，則系統(tǒng)壓力的超調(diào)量會(huì)小一些，否則就會(huì)很大。從使用角度來(lái)說(shuō)，壓力超調(diào)量越小越好，否則將會(huì)使機(jī)械設(shè)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(shí)迅速地作出反應(yīng)。
在上述發(fā)生壓力突變的過(guò)渡過(guò)程中，從溢流閥第一次到達(dá)調(diào)定壓力P2開(kāi)始至調(diào)定壓力穩(wěn)定時(shí)的時(shí)間△t2 稱為壓力穩(wěn)定時(shí)間?！鱰2 越短越好，它說(shuō)明振蕩次數(shù)少，衰減快，也就說(shuō)明動(dòng)態(tài)過(guò)程時(shí)間短暫，可以提高系統(tǒng)的快速性。
是從輸入電信號(hào)開(kāi)始到調(diào)定壓力穩(wěn)定的時(shí)間。
2．卸荷時(shí)間及壓力回升時(shí)間
當(dāng)溢流閥作為卸荷閥使用時(shí)，對(duì)卸荷時(shí)間及壓力回升時(shí)間有所要求。卸荷時(shí)間是從調(diào)定壓力開(kāi)始卸荷到卸荷壓力穩(wěn)定的時(shí)間。壓力回升時(shí)間是從初始?jí)毫?或卸荷壓力)開(kāi)始升壓到調(diào)定壓力穩(wěn)定的時(shí)間。和同樣是越短越好，否則會(huì)影響系統(tǒng)的工作性能。是輸入電信號(hào)開(kāi)始到卸荷壓力穩(wěn)定的時(shí)間。
溢流閥的動(dòng)態(tài)性能與閥的結(jié)構(gòu)尺寸、彈簧、阻尼孔以及壓力、流量等參數(shù)有關(guān)，也同系統(tǒng)中的液體性質(zhì)、流動(dòng)狀態(tài)，管路特性、元件泄漏等有關(guān)。
附： 靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性之間有時(shí)是相互矛盾的，要求靜態(tài)性能好些，往往動(dòng)態(tài)性能就會(huì)差些，反之，要求動(dòng)態(tài)性能好些，往往靜態(tài)性能就會(huì)差些。
三.實(shí)驗(yàn)裝置
圖2-9溢流閥靜動(dòng)態(tài)特性實(shí)驗(yàn)液壓系統(tǒng)原理圖
在圖2-9中虛線部分元件功能與實(shí)驗(yàn)一相同。該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)提供了測(cè)量被試閥4的流量和壓力的條件。流量可通過(guò)流量計(jì)測(cè)量。閥的進(jìn)口靜態(tài)壓力由壓力表P2示出。由于閥5和流量計(jì)3的阻力很小，如認(rèn)為可以忽略不計(jì)，則閥4出口壓力為零，所以此處未設(shè)測(cè)壓點(diǎn)。測(cè)量卸荷壓力時(shí)，通過(guò)二位二通電磁換向閥5，控制閥的遠(yuǎn)程控制口K來(lái)進(jìn)行。動(dòng)態(tài)壓力信號(hào)由壓力傳感器輸出，閥前流量的階躍信號(hào)通過(guò)二位二通閥6切換給出。
四．實(shí)驗(yàn)應(yīng)得結(jié)果
1.得出啟閉特性曲線圖，其示意圖如圖2-10
圖2-10 先導(dǎo)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(jié)論：
1) 溢流閥靜態(tài)主要性能指標(biāo)中，壓力穩(wěn)定性是十分重要的，其次是啟閉特性。它們對(duì)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(shí)開(kāi)啟比最大，隨著調(diào)定壓力的降低，開(kāi)啟比不斷減小，開(kāi)啟特性變差，但此時(shí)往往調(diào)壓穩(wěn)定性比最大調(diào)定壓力時(shí)要好。
3）得出溢流閥動(dòng)態(tài)特性曲線圖，其示意圖如圖2-11
圖2-11 溢流閥動(dòng)態(tài)特性實(shí)驗(yàn)曲線示意圖
2.2.4 節(jié)流調(diào)速回路性能實(shí)驗(yàn)
一. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?
1.通過(guò)對(duì)節(jié)流閥進(jìn)、回、旁三種調(diào)速回路的實(shí)驗(yàn)，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(fù)載特性)。
2.通過(guò)對(duì)節(jié)流閥和調(diào)速閥進(jìn)油路調(diào)速回路的對(duì)比實(shí)驗(yàn)，分析比較它們的調(diào)速性能(速度—負(fù)載特性)。
二.實(shí)驗(yàn)原理
1.采用節(jié)流閥的進(jìn)油路與回油路調(diào)速回路
圖2-12 節(jié)流閥進(jìn)油路與回油路調(diào)速示意圖
（1）進(jìn)油路節(jié)流調(diào)速回路的速度—負(fù)載特性
當(dāng)不計(jì)泄漏時(shí)，各主要參數(shù)間有如下關(guān)系：
通過(guò)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(jī)=F （2-13）
式中 P4——液壓缸背壓腔壓力，回油路直接通油箱時(shí)P4=0；
η機(jī)——液壓缸機(jī)械效率，它與液壓缸的密封形式和工作壓力有關(guān)，活塞桿輸出的力實(shí)際上是理論推力的90%-95%左右。
當(dāng)P4=0時(shí)，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(jìn)油路速度-負(fù)載特性方程
（2-15）
式(2-15)表明當(dāng)節(jié)流閥的結(jié)構(gòu)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(fù)載F，液壓缸的機(jī)械效率η機(jī)，等和液壓缸的工作速度v有關(guān)。
當(dāng)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(fù)載F相對(duì)應(yīng)的液壓缸速度v的變化特性，稱為負(fù)載特性或調(diào)速回路的干擾靜特性。當(dāng)負(fù)載F增加到F=P2A1η機(jī)時(shí)，速度v就降為零，活塞停止運(yùn)動(dòng)。
當(dāng)負(fù)載F為常數(shù)時(shí)，改變節(jié)流閥開(kāi)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(duì)應(yīng)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(fù)載之間的關(guān)系，統(tǒng)稱為回路的速度—負(fù)載特性。若以式 (2—15)作圖，則可得出回路的速度—負(fù)載特性曲線簇。 速度因負(fù)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(fù)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(fù)載特性與進(jìn)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(fù)載特性
圖2-13 節(jié)流閥旁路調(diào)速示意圖
當(dāng)不計(jì)泄漏時(shí)，各主要參數(shù)間有如下關(guān)系：
液壓缸受力平衡方程為
（P3A1-P4A2）η機(jī)=F （2-16）
若P4=0時(shí)，則節(jié)流閥壓降為△p= （2-17）
通過(guò)節(jié)流閥的流量 = （2-18）
進(jìn)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(fù)載特性方程為
（2-21）
式(2-21)表明當(dāng)節(jié)流閥全部關(guān)閉時(shí)，液壓缸有最大速度vmax；A節(jié)調(diào)定后，當(dāng)下式成立時(shí)，
F≥或P3≥ （2-22）
液壓缸工作速度v將等于零，此時(shí)泵的全部流量都通過(guò)節(jié)流閥流回油箱了。這說(shuō)明旁路節(jié)流調(diào)速回路的最大負(fù)載是受到限至的。調(diào)整A節(jié)時(shí)， A節(jié)越大，回路能承受的最大負(fù)載就越小，A節(jié)越小，回路能承受的最大負(fù)載就越大。這說(shuō)明旁路節(jié)流調(diào)速回路低速時(shí)的承載能力差。
將式(4-11)作圖，可得出回路的速度—負(fù)載特性曲線簇。
3.采用調(diào)速閥的進(jìn)油路調(diào)速回路
（1）調(diào)速閥的進(jìn)油路調(diào)速回路的速度—負(fù)載特性
通過(guò)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(jìn)油路調(diào)速示意圖
當(dāng)負(fù)載F變化時(shí)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(jì)及缸和閥的泄漏以及液動(dòng)力的變化等因素，實(shí)際上負(fù)載的變化對(duì)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(shí)驗(yàn)裝置
圖2-15 節(jié)流閥調(diào)速回路性能實(shí)驗(yàn)液壓系統(tǒng)原理圖
圖中虛線部分元件功能與實(shí)驗(yàn)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(jìn)油路，回油路和旁路三種方式節(jié)流調(diào)速實(shí)驗(yàn)回路，其中進(jìn)油路調(diào)速回路可分別采用節(jié)流閥或調(diào)速閥。當(dāng)回路中只接入節(jié)流閥1時(shí)，構(gòu)成節(jié)流閥進(jìn)油路調(diào)速回路；當(dāng)回路中只接入節(jié)流閥3時(shí)，構(gòu)成節(jié)流閥旁路調(diào)速回路；當(dāng)回路中只接入節(jié)流閥4時(shí)，構(gòu)成節(jié)流閥回油路調(diào)速回路；當(dāng)回路中只接入調(diào)速閥2時(shí)，構(gòu)成調(diào)速閥進(jìn)油路路調(diào)速回路。通過(guò)壓力表P2，P3，P4可以分別測(cè)出閥的壓差，以便于對(duì)通過(guò)閥的流量進(jìn)行計(jì)算。
2．右側(cè)的液壓系統(tǒng)，作為節(jié)流調(diào)速實(shí)驗(yàn)回路的加載裝置，通過(guò)調(diào)節(jié)溢流閥可使加載液壓缸無(wú)桿腔獲得不同的壓力值(此時(shí)有桿腔回油壓力近似為零)。本實(shí)驗(yàn)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(duì)頂?shù)募虞d方案。
3．由于采用兩缸直接對(duì)頂?shù)募虞d方案，工作缸進(jìn)油壓力(或稱負(fù)載壓力)，要克服加載缸的進(jìn)油壓力和兩缸的密封摩擦阻力，因此加載缸的進(jìn)油壓力不等于工作缸的負(fù)載壓力。
四．實(shí)驗(yàn)應(yīng)得結(jié)果
1.繪制出泵壓調(diào)定后的速度—負(fù)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(fù)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(fù)載特性曲線示意圖
(a)節(jié)流閥進(jìn)、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(jìn)、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(fù)載特性曲線
(a)節(jié)流閥進(jìn)、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(jìn)、回油路調(diào)速回路
3.結(jié)論：
節(jié)流閥調(diào)速回路有一個(gè)共同缺點(diǎn)，就是干擾靜特性(負(fù)載特性)差。它們多用于負(fù)載變化不大的場(chǎng)合。對(duì)負(fù)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?yàn)樗麄兙哂休^好的負(fù)載特性。
2.2.5 比例壓力閥的性能實(shí)驗(yàn)
一.實(shí)驗(yàn)?zāi)康?
1.理解電液比例溢流閥穩(wěn)定工作時(shí)的靜態(tài)特性，測(cè)試控制輸入信號(hào)與輸出壓力的關(guān)系。
2.深入理解電液比例溢流閥穩(wěn)定工作時(shí)的動(dòng)態(tài)特性，測(cè)試階越響應(yīng)特性和頻率響應(yīng)。
二.實(shí)驗(yàn)原理
電液比例控制閥是一種可以根據(jù)輸入電氣信號(hào)，按比例對(duì)工作油液的壓力，流量，和方向進(jìn)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(kāi)關(guān)型液壓閥的手動(dòng)調(diào)節(jié)裝置或普通電磁鐵，因而可對(duì)液壓參量進(jìn)行遠(yuǎn)距離，高精度的控制。它的顯著特點(diǎn)是：
可以進(jìn)行連續(xù)的電器遙控。
比例閥可以對(duì)液壓參量進(jìn)行連續(xù)控制。一個(gè)比例閥可以得到連續(xù)可變的多個(gè)調(diào)定值。并可以控制各調(diào)定值之間的過(guò)渡過(guò)程。
比例閥控制系統(tǒng)基本工作原理如圖2-18所示（見(jiàn)下頁(yè)）
圖2-18 比例閥系統(tǒng)的組成
輸入信號(hào)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(jī)轉(zhuǎn)換器，輸出與其感應(yīng)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(shí)驗(yàn)主要針對(duì)比例壓力閥中的比例溢流閥。其性能為穩(wěn)態(tài)性能和動(dòng)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(fù)載特性。前者是控制輸入信號(hào)與輸出壓力的關(guān)系，后者是指在某一調(diào)定的控制輸入信號(hào)下，輸出量與負(fù)載干擾的信號(hào)的關(guān)系?？刂戚斎胄盘?hào)是電流或電壓，壓力控制閥的輸出為壓力信號(hào)，負(fù)載干擾信號(hào)則是指除控制輸入信號(hào)之外的任何一種影響輸出量的輸入信號(hào)。動(dòng)態(tài)特性常用階越響應(yīng)特性和頻率響應(yīng)來(lái)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(biāo)：
滯環(huán) 在穩(wěn)態(tài)特性曲線上，對(duì)應(yīng)各相同輸出量的正反行程的控制輸入電信號(hào)之差的最大值與額定輸入電信號(hào)之比。
重復(fù)精度 在負(fù)載和油溫不變的情況下，連續(xù)三次作同方向重復(fù)所得穩(wěn)態(tài)控制特性曲線之間，相同輸出量所對(duì)應(yīng)的控制電信號(hào)值的最大差值與額定輸入信號(hào)之比。
B．動(dòng)態(tài)特性
階越響應(yīng)特性是指在系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)參數(shù)不變的情況下，被控輸出量相對(duì)于一定幅值的階越輸入電信號(hào)變化的過(guò)渡過(guò)程。
頻率特性是指比例閥系統(tǒng)對(duì)一組不同頻率的等幅正弦輸入信號(hào)的響應(yīng)特性，常用波德圖表示。當(dāng)輸入一組幅值不變，頻率不同的正弦信號(hào)時(shí)，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(yīng)與輸入信號(hào)相位之差，稱為相頻特性。
比例閥的主要?jiǎng)討B(tài)特性指標(biāo)有：
調(diào)整時(shí)間 輸入信號(hào)發(fā)生時(shí)刻至輸出量第一次達(dá)到并保持相對(duì)誤差在穩(wěn)態(tài)值的±5%范圍內(nèi)所需的時(shí)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?jǐn)?shù)。
幅頻寬 幅頻特性曲線上幅值比降到0.707時(shí)的頻率。
本實(shí)驗(yàn)主要測(cè)試比例溢流閥的穩(wěn)態(tài)控制特性與動(dòng)態(tài)特性。
在液壓元件實(shí)驗(yàn)技術(shù)中，比例閥的實(shí)驗(yàn)難度較大，實(shí)驗(yàn)手段發(fā)展也較快。在常規(guī)元件的實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)工況的變化一般是通過(guò)手調(diào)實(shí)現(xiàn)，工況點(diǎn)是有限的、離散的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的記錄也是通過(guò)讀表手抄到試驗(yàn)表格中的。比例閥的實(shí)驗(yàn)與常規(guī)元件實(shí)驗(yàn)不同，它的工況的變化是連續(xù)的，實(shí)驗(yàn)結(jié)果也是連續(xù)的，一般通過(guò)特性曲線反映實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
常規(guī)的比例閥調(diào)試、測(cè)試過(guò)程如下：用信號(hào)發(fā)生器根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求產(chǎn)生斜波、三角波等控制信號(hào)并將其接入比例閥，比例閥發(fā)生工況移動(dòng)。受控的壓力、流量等工況參量通過(guò)相應(yīng)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(hào)（電流等）之間的反映比例閥性能的特性曲線?，F(xiàn)在運(yùn)用軟件編程利用計(jì)算機(jī)代替X-Y記錄儀。
三.實(shí)驗(yàn)裝置
實(shí)驗(yàn)裝置見(jiàn)圖2-19（見(jiàn)下頁(yè)），圖中虛線部分元件的功能與實(shí)驗(yàn)一相同，比例溢流閥2作為被測(cè)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)