裝配圖插件式液壓實驗裝置的設計

裝配圖插件式液壓實驗裝置的設計,裝配,插件,液壓,實驗,試驗,裝置,設計 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)型與現代型液壓綜合實驗臺的研究現狀做了全面的綜述，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。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有實驗室實驗設備短缺和落后的現狀，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目 錄摘要第一章 前言 111課題研究的背景 112課題研究的內容 113課題研究的目的與意義 2131電液控綜合實驗臺研究的目的與意義 2132畢業(yè)設計的目的與意義 2第二章 液壓系統(tǒng)實驗原理 32.1 在實驗臺上可以完成的實驗 32.2液壓系統(tǒng)原理32.2.1 液壓系統(tǒng)中工作壓力形成原理實驗 32.2.2 液壓泵性能實驗 82.2.3 溢流閥性能實驗 112.2.4 節(jié)流調速回路性能實驗 172.2.5 比例壓力閥的性能實驗22第三章 元件選擇 273.1 液壓泵的選擇273.1.1 定量泵的選擇273.1.2變量泵的選擇283.2 電動機的選擇283.3 液壓閥的選擇283.3.1溢流閥的選擇293.3.2電磁換向閥的選擇293.3.3調速閥的選擇303.3.4節(jié)流閥的選擇303.3.5單向閥的選擇303.3.6電液比例溢流閥的選擇313.4 傳感器的選擇34第四章 實驗臺臺架設計 354.1實驗臺總體外形尺寸的確定354.2實驗臺上部板面設計364.3實驗臺附件設計374.4實驗臺材料的選擇384.5實驗臺強度設計394.6實驗臺強度校核404.7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有實驗室實驗設備短缺和落后的現狀，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?，F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)流調速回路特性的理解，加深對液壓系統(tǒng)各種特性參數的感性認識。實驗數據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，有限的刻度格數使讀數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)特性參數如動態(tài)超調，只能作出定性分析。而且現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?，F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對實驗的監(jiān)測與仿真。使實驗臺實現數字控制和全自動化。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，它是為改善現有教學實驗條件而產生的，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在它促進教學計劃、科研、生產三方面的結合，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)流調速回路性能實驗 4.1采用節(jié)流閥的進口節(jié)流調速回路實驗 4.2采用節(jié)流閥的出口節(jié)流調速回路實驗 4.3采用節(jié)流閥的旁路節(jié)流調速回路實驗 4.4采用調速閥的進口節(jié)流調速回路實驗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，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，液壓馬達驅動機械回轉運動的扭矩等。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(如調速閥4，換向閥6，節(jié)流閥7，管道等)產生的壓力損失之和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，溢流閥調定后，液阻基本不變，因此P1也基本不變。當調速閥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，這時調速閥4將自動調節(jié)液阻即過閥的壓力損失P調 ，使P2+P恒等于P1，即當P2增大時，P調減小，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。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)運用了兩個并聯的直動溢流閥9，10，一個作為溢流閥來調定系統(tǒng)壓力，將多余油液溢流回油箱，一個用來作為安全閥，將其調到一適當的固定值，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，但采用調速閥就可以滿足要求。由圖2-3可知，調速閥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調定后基本不變?？梢钥闯觯{速閥的作用實質上是利用一個能自動進行調整的可變液阻(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。調速閥正常工作時，一般最小應保證壓力差P min=0405MPa。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調節(jié)的較大，則出現抽空現象。抽空現象在液壓系統(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，與液體性質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矩M和轉速n，輸出量是油液的壓力p和流量q。泵在能量轉換的程中，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泵在額定轉速下的實際流量，單位為s；q理-泵在額定轉速下的理論流量(s)。它在實際生產中通常以額定轉速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 泵的額定轉速，單位為rads； Q泵的排量，單位為rads; q瀉泄漏流量,等于泄漏系數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轉矩，單位為Nm； n轉速，單位為rads； 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(27)和(28) 得： （2-9）或 P出= P入= P入 （2-10）式中：泵的機械效率。反映油液在泵內流動時液體粘性引起的摩擦轉矩損失和泵內機件相對運動時機械摩擦引起的摩擦損失之和。若摩擦轉矩損失越大，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63kgfcm2、公稱排量Q10Ml/r)1 80%；2 65%；3 壓力振擺2kgfcm2。 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泄漏不均勻，加之壓油腔內油液壓縮性的影響，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)定將經歷一個自動調節(jié)的過程，衡量此調節(jié)過程的主要指標是最大壓力超調量和過渡過程時間。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.根據實驗數據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增高而減小；各工作壓力點對應的實際流量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，泄漏系數愈大(油液的粘度愈低)、或泵的排量愈小，轉速愈低，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矩上的損失。液壓泵的實際輸入轉矩總是大于理論需要的轉矩。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。根據實驗成果對被試閥的靜態(tài)特性適當的分析。 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。 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。溢流閥常見用途為：(1) 在定量泵節(jié)流調速系統(tǒng)中，對液壓系統(tǒng)實行調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調壓范圍及壓力穩(wěn)定性 調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壓力振擺(在穩(wěn)定工況下，調定壓力的波動值)和壓力偏移(在規(guī)定時間內調定壓力值的偏移量)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：先導式溢流閥調壓手柄完全放松時，通過額定流量所產生的壓力降，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所經曲路較長，阻力略大，另外有的閥在調壓手柄全放松時，調壓彈簧的預壓縮量不為零，也會引起壓力損失值的增加。 3內泄漏量(關閉泄漏量) 內泄漏量是指調壓手柄至全閉位置，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壓彈簧調整好之后，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定壓力。把溢流閥在開啟過程中溢流量達到額定流量(或實驗流量)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)調壓偏差。開啟壓力與全流壓力之比稱為開啟比，靜態(tài)調壓偏差與全流壓力之比稱為調壓偏差率。溢流閥調壓偏差越小，即開啟比越大，則開啟壓力越接近調定壓力，它所控制的系統(tǒng)壓力便越準確，限制靜態(tài)調壓偏差值就成為一項重要性能指標。對中低壓溢流閥，在最高調定壓力時的開啟壓力不得低于額定壓力的85%。閥在最高調定壓力下，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，一般是指壓力超調量，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.壓力超調量p及壓力穩(wěn)定時間t2 壓力超調量是指瞬時升壓過程中最高壓力(峰值壓力)PS和調定壓力P2的差值。壓力超調量往往是由于執(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)壓力的超調量會小一些，否則就會很大。從使用角度來說，壓力超調量越小越好，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定壓力P2開始至調定壓力穩(wěn)定時的時間t2 稱為壓力穩(wěn)定時間。t2 越短越好，它說明振蕩次數少，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、流量等參數有關，也同系統(tǒng)中的液體性質、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) 溢流閥在最大調定壓力時開啟比最大，隨著調定壓力的降低，開啟比不斷減小，開啟特性變差，但此時往往調壓穩(wěn)定性比最大調定壓力時要好。 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、旁三種調速回路的實驗，得出它們的調速回路特性曲線，并分析比較它們的調速性能(速度負載特性)。2.通過對節(jié)流閥和調速閥進油路調速回路的對比實驗，分析比較它們的調速性能(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速回路 圖2-12 節(jié)流閥進油路與回油路調速示意圖（1）進油路節(jié)流調速回路的速度負載特性當不計泄漏時，各主要參數間有如下關系：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）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； 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)，溢流閥的調定壓力P1，負載F，液壓缸的機械效率機，等和液壓缸的工作速度v有關。 當A節(jié)和P1調定后，v隨F的增加按指數的曲線下降，此即與負載F相對應的液壓缸速度v的變化特性，稱為負載特性或調速回路的干擾靜特性。當負載F增加到F=P2A1機時，速度v就降為零，活塞停止運動。當負載F為常數時，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，稱為速度特性或調速回路的調節(jié)靜特性。調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 (215)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，表現在特性曲線上就是斜率不同。（2）回油路節(jié)流調速回路的速度負載特性 根據上述類似的理論分析可以證明，回油路節(jié)流調速回路的速度負載特性與進油路節(jié)流調速回路特性是一樣的在此不再贅述。 2.采用節(jié)流閥的旁路調速回路（1）旁路節(jié)流調速回路的速度負載特性 圖2-13 節(jié)流閥旁路調速示意圖當不計泄漏時，各主要參數間有如下關系： 液壓缸受力平衡方程為（P3A1-P4A2）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)流調速回路的最大負載是受到限至的。調整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.采用調速閥的進油路調速回路（1）調速閥的進油路調速回路的速度負載特性通過調速閥的流量 （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 調速閥進油路調速示意圖 當負載F變化時壓力P3隨之成比例地變化，但調速閥中的減壓閥使調速閥前后的壓差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)流調速實驗回路，其中進油路調速回路可分別采用節(jié)流閥或調速閥。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)流閥回油路調速回路；當回路中只接入調速閥2時，構成調速閥進油路路調速回路。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右側的液壓系統(tǒng)，作為節(jié)流調速實驗回路的加載裝置，通過調節(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，采用直接對頂的加載方案。3由于采用兩缸直接對頂的加載方案，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.繪制出泵壓調定后的速度負載特性曲線。 2.繪制出節(jié)流閥通流面積調定后的速度負載特性曲線。其示意圖如下： a b c圖2-16 泵壓調定后的速度負載特性曲線示意圖(a)節(jié)流閥進、回油路調速回路(b)節(jié)流閥旁路調速回路(c)調速閥進、回油路調速回路 a b c圖2-17 節(jié)流閥通流面積調定后的速度負載特性曲線(a)節(jié)流閥進、回油路調速回路(b)節(jié)流閥旁路調速回路(c)調速閥進、回油路調速回路3.結論：節(jié)流閥調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)可變的多個調定值。并可以控制各調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%范圍內所需的時間。最大超調量 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。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實現，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)的比例閥調試、測試過程如下：用信號發(fā)生器根據實驗要求產生斜波、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)流閥調節(jié)