毕业设计（论文）-插件式液压实验装置的设计（全套图纸） .pdf

1 摘 要 众所周知， “实践是检验真理的唯一标准” 。科学实验在人类认识和探索自 然规律的过程中起着至关重要的作用，可以说没有实验就没有现代科学。液压传 动技术是机械类专业的一门基础课程。液压教学实践表明，该课程只有通过理论 和实验相结合的方式教学才能取得良好的教学效果。为了满足现代化液压教学的 要求，本文提出了一种基于 plc 控制的多功能液压实验台。根据该液压实验台 的用途，设计了液压系统的总体方案，并将液压仿真软件成功用于该实验台，最 后设计出实验台控制程序。该多功能液压教学实验台在液压教学方面有着广泛的 应用前景。 本论文对传统型与现代型液压综合实验台的研究现状做了全面的综述，对液压 实验台的发展趋势做了详细的分析，并对液压教学中常用的液压元件和基本液压回 路的组成和原理进行了详尽的理论分析、总结，为多功能液压实验台的液压回路设 计奠定了可靠的理论基础，也为仿真软件的应用提供了依据。利用模块化的设计思 想对多功能液压实验台的液压回路进行分块设计。将各模块优化组合，设计出多功 能液压实验台的液压回路原理图，并对其功能进行了详尽的说明。 液压综合实验台包括电控、液控等，它的设计与制造将极大的缓解现有实验室实验 设备短缺和落后的现状，同时电液控综合实验台在整个液压教学实验中将发挥很大 的作用，是液压教学实验中不可缺少的重要组成部分。本论文重点叙述了液压综合 实验台的系统组成和元件设置。从各方面分析与其它实验台的不同点，突出它的综 合性，其最大的优点就是可以在一个实验平台上做多种实验，所做实验各元件和管 路可由实验操作者自行设计、连接。设计主要围绕实验台的实验原理 以及整体 结构而展开，然后辅以电气控制硬件部分的设计。 关键词 实验台 ；液压 ；电控 ；plc 全套图纸，加 153893706 2 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 3 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 目目 录录 摘要摘要 第一章第一章 前言前言 1 11 课题研究的背景 1 12 课题研究的内容 1 13 课题研究的目的与意义 2 131 电液控综合实验台研究的目的与意义 2 132 毕业设计的目的与意义 2 第二章第二章 液压系统实验原理液压系统实验原理 3 2.1 在实验台上可以完成的实验 3 2.2 液压系统原理 3 2.2.1 液压系统中工作压力形成原理实验 3 2.2.2 液压泵性能实验 8 2.2.3 溢流阀性能实验 11 2.2.4 节流调速回路性能实验 17 2.2.5 比例压力阀的性能实验 22 第三章第三章 元件选择元件选择 27 3.1 液压泵的选择 27 3.1.1 定量泵的选择 27 3.1.2 变量泵的选择 28 4 3.2 电动机的选择 28 3.3 液压阀的选择 28 3.3.1 溢流阀的选择 29 3.3.2 电磁换向阀的选择 29 3.3.3 调速阀的选择 30 3.3.4 节流阀的选择 30 3.3.5 单向阀的选择 30 3.3.6 电液比例溢流阀的选择 31 3.4 传感器的选择 34 第四章第四章 实验台台架设计实验台台架设计 35 4.1 实验台总体外形尺寸的确定 35 4.2 实验台上部板面设计 36 4.3 实验台附件设计 37 4.4 实验台材料的选择 38 4.5 实验台强度设计 39 4.6 实验台强度校核 40 4.7 实验台外观设计 43 结论结论 45 致致 谢谢 46 参考文献参考文献 47 附附 录录 5 第一章 前 言 液压综合实验台包括电控、液控等，它的设计与制造将极大的缓解现有实 验室实验设备短缺和落后的现状， 同时电液控综合实验台在整个液压教学实验 中将发挥很大的作用，是液压教学实验中不可缺少的重要组成部分。本论文重 点叙述了液压综合实验台的系统组成和元件设置。 从各方面分析与其它实验台 的不同点，突出它的综合性，其最大的优点就是可以在一个实验平台上做多种 实验，所做实验各元件和管路可由实验操作者自行设计、连接。 1.1 课题研究的背景 实验是液压教学必不可少的辅助环节， 学校现有的液压传动教学实验台可 用于定量叶片泵工作特性实验、 先导式溢流阀性能实验及节流调速回路性能实 验。通过实验，可使学生增强对定量叶片泵工作性能、先导式溢流阀静态性能 和动态性能以及各种节流调速回路特性的理解， 加深对液压系统各种特性参数 的感性认识。 实验数据的获得可归结为液压系统中压力、流量和速度等物理量静态、动 态值的测取， 误差很大。 如为测量液压缸活塞杆在不同负载条件下的运动速度， 实验时首先测出活塞杆的总行程， 再利用秒表测量活塞杆走完这段行程所用时 间，两者相除得到活塞杆的运动速度，这种方法很难客观准确地反映液压缸活 塞杆带负载工作时的速度特性。利用压力表测量液压系统中某一给定点的压 力，表盘指针所指示的刻度对应某一压力值，由于小幅度波动的压力振摆和随 时间而漂移的压力偏移值很难通过压力表指针反映出来， 有限的刻度格数使读 数依赖于实验操作者的目测习惯，从而使测量精度得不到保证。而且对液压系 统加载一卸荷时被控压力随时间变化所反映的动态特性参数如动态超调， 只能 作出定性分析。而且现有实验台的灵活性不高，不能充分锻炼学生的动手及思 维能力。 1.2 课题研究的内容 我的毕业设计题目是插件式电液控综合实验台。在实验台设计过程中，我 们参考了学校现有的液压传动教学实验设备，综合了它们的优点和缺点，所设 计的电液控综合实验台采用可以快速转接的方式， 使一台设备可以完成五种甚 至更多的实验回路，如压力形成、液压泵性能实验、溢流阀静动态性能实验、 6 节流调速回路性能实验、比例阀性能实验。该实验台注重学生的能力培养，并 给学生留有足够的发挥空间，该实验台备有一定数目的备用液压元件，具有很 好的开发柔性和扩展性，并且实验台具备了与计算机连接的硬件条件，通过计 算机及相关软件实现对实验的监测与仿真。使实验台实现数字控制和全自动 化。通过实验，学生不仅可以加强对液压理论的理解，而且也掌握了先进的控 制技术，达到更好的教学效果。我主要负责整个实验台设计的硬件部分，具体 内容有实验原理的分析、实验台台架的设计以及电控部分的设计。 1.3 课题研究的目的与意义 1.3.1电液控综合实验台研究的目的与意义 液压传动这门课程的任务是使学生掌握液压传动的基础知识， 掌握各种液 压元件的工作原理、结构特点、应用和选用方法，熟悉常用液压基本回路的功 用、组成和应用场合，了解国内外先进技术成果在机械设备中的应用。因为该 课程的理论性和实践性都很强，所以，为了提高教学效果，在学习理论知识的 同时，必须利用实验教学来加强实践的培养，给学生具体回路和元件的接触来 了解液压的具体应用，以培养适合社会需求的人才。电液控综合实验台，它是 为改善现有教学实验条件而产生的， 实验教学和理论教学互为依存， 互为补充， 共同组成液压传动课的重要环节， 实现了学生自由发挥， 自主连接回路的目的。 通过实验，学生不仅可以加强对液压理论的理解，而且也掌握了先进的控制技 术，达到更好的教学效果，因此实验台的研究设计具有很强的实用价值。 1.3.2 毕业设计的目的与意义 设计是教学计划中一个有机组成，是培养我们综合运用所学的基础理论、 基本知识和基本技能，分析、解决实际问题的一个重要环节，它与其他教学环 节相辅相成，在某种程度上是前面各个教学环节的继续、深化和检验，它的实 践性和综合性是其他环节所不能替代的。 通过毕业设计工作，能够使学生受到工程技术人员所必需的综合训练，在 不同程度上提高了各种能力，并巩固所学知识。毕业设计工作的重要性还表现 在它促进教学计划、科研、生产三方面的结合，推动学校的科研工作和实验室 建设。 7 第二章 液压系统实验原理 理论的基础是实践， 实践是检验真理的唯一标准。 尤其是自然科学的发展， 更离不开科学实验。 实验教学与理论教学相辅相成， 共同担负着培养学生智能、 提高人才质量的任务。 液压传动实验教学的目的在于使学生掌握基本实验方法及实验技能， 学习 科学研究的方法， 同时实验也是帮助学生学习和运用理论处理实际问题， 验证、 消化和巩固基础理论知识的重要环节 2.1 在实验台上可以完成的实验 1. 液压系统中工作压力形成的原理实验 2. 液压泵性能实验 2.1 定量泵性能实验 2.2 变量泵性能实验 3.溢流阀静动态性能实验 3.1 溢流阀的静态性能实验 3.2 溢流阀的动态性能实验 4.节流调速回路性能实验 4.1 采用节流阀的进口节流调速回路实验 4.2 采用节流阀的出口节流调速回路实验 4.3 采用节流阀的旁路节流调速回路实验 4.4 采用调速阀的进口节流调速回路实验 5比例阀性能实验 2.2 液压系统原理 2.2.1 液压系统中工作压力形成原理实验 一.实验目的 本实验通过几种形式的负载变化，研究液压缸和液压泵工作压力形成的 原理，加深理解“容积式液压传动中，工作压力决定于外界负载，即决定于油 液运动时受到的阻力” 。通过实验应学会分析液压系统中某处工作压力和该处 8 负载大小的关系，掌握液压系统中压力形成和传递的规律。 二.实验原理 帕斯卡原理指出：在充满液体的密闭容器内，施加于静止液体表面的压 力将以等值同时传到液体的各点。所以在液压系统中，当忽略液体自重时液体 静止段内压力到处相等， 如实验系统中压力表的示值反映表前管道引出处的压 力值。 以一个不完全系统(图 2-1)为例，液压缸有杆腔活塞有效面积为 a2，阻力 负载为 f。液压泵从油箱吸油，经压油管供油至液压缸下腔，由于 f 的存在将 阻止液压缸下腔密封容积的增大，从而使泵不断排出的油液受到压缩，因此导 致油压不断上升，当压力升高到能克服阻力负载 f 时，活塞便被推动上升，这 时，因缸的上腔直通油箱，p3=0，则有 2 2 a f p =。如果 f 不变，液压缸下腔将 维持 p2不变，继续推动活塞上移。如果 f=0，略去活塞自重和其它阻力时，泵 排出的油液可以推动活塞上移，但不能在液压缸下腔建立起压力(p2=0)。以上 说明，在容积式液压传动中，工作压力决定于外界负载，即决定于油液运动时 受到的阻力。 液压系统中液流受到的阻力，往往有三大类：1、外加阻力。如液压缸提 升的荷重，推动机械位移的力，液压马达驱动机械回转运动的扭矩等。2、液 压阻力。沿程阻力和局部阻力统称液压阻力。3、密封阻力。如活塞杆作直线 往复运动时，它与密封件间的摩擦所产生的阻力等。 在图 2-2 中液压缸上腔直通油箱，即 p3=0，此时液压缸理论推力为 22a pf= 理 。客观上由于活塞杆与端盖在 a 处和活塞与缸筒在 b 处存在密封阻 力，a 处存在外泄漏和 b 处存在内泄漏(由高压腔向低压腔的泄漏)，加之制造 和安装误差，偏载引起活塞和活塞杆倾斜而产生的附加阻力等因素，使液压缸 能推动的实际荷重 f有效总小于理论推力 f理，为此，用负载效率 负载 表征它们 的关系， 负载 是以 f有效与 f理之比来表征的，即 %100 理 有效 负载 f f =或 f有 效=f理-f无 效 （2-1） 若将式（2-1)中各力改用表压(压强)形式表示，则有 9 2 a f p 有效 有效 =， 2 2 a f p 理 =， 2 a f p 无效 无效 = （ 2 - 2 ） 式中 p有效 液压缸有效负载压力； p2液压缸工作腔压力； p无效液压缸无效负载压力。 所 以 p有 效= p2- p无 效 （ 2 - 3 ） 或 p2= p有 效+ p无 效 （ 2 - 4 ） 式（2-4）为液压缸工作压力决定于外界负载的表达式，它说明要使活塞运动， 工作腔的压力 p2必须等于液压缸有效负载压力和无效负载压力之和。 图 2-1 压力形成原理图 图 2-2 液压缸负载效率 在图 2-3 所示的实验装置系统中，液压缸回油路阻力可以忽略不计，即 p3=0，此时泵 2 出口工作压力 p1由两部分组成，一部分是从泵出口至液压缸进 口的油路上各种阻力(如调速阀 4，换向阀 6，节流阀 7，管道等)产生的压力 损失之和p，另一部分就是液压缸工作腔的压力 p2， p1= p2+ p ( 2 - 5 ) 式(2-5)为液压泵出口工作压力决定于外界负载的表达式，它说明液压缸要获 得工作压力 p2，液压泵的工作压力 p1必须等于液压缸工作腔压力和该工况下 油路压刀损失p 之和。当调速阀 4 关闭时，泵排出的全部油液仅通过溢流 10 阀 9，10 溢回油箱，泵的工作压力由溢流阀 9，10 的局部阻力决定，溢流阀调 定后，液阻基本不变，因此 p1也基本不变。当调速阀 4 打开到某一开度，泵 排出的油一部分供液压缸工作，多余的油仍通过阀溢回油箱，但通过阀口溢流 的油必须克服调定的液阻，因此可知此时泵的出口压力 p1仍基本不变。液压 缸工作中如果外界负载在变化，则 p2一定随之变化，这时调速阀 4 将自动调 节液阻即过阀的压力损失p 调 ，使 p2+p 恒等于 p1，即当 p2增大时， p 调减小，反之亦然。 三实验装置 图 2-3 液压系统中工作压力形成原理实验液压系统原理图 液压系统装置原理图如图 2-3。 图中吸油滤油器 1 的作用是保护液压泵 2， 防止吸油时将较大颗粒污染物吸入泵内。 单向阀 3 用来防止当系统不稳定时液 体倒流回液压 泵而损坏液压泵。蓄能器 5 可以作为辅助能源，在供油量较大 时与泵一起供油，且可以补偿泄漏，稳定压力，吸收液压冲击，消除液压泵的 脉动。考虑到学生做实验时没有经验，为防止系统压力过大而造成压力表等元 件的损坏，系统运用了两个并联的直动溢流阀 9，10，一个作为溢流阀来调定 系统压力，将多余油液溢流回油箱，一个用来作为安全阀，将其调到一适当的 固定值，系统压力将不会超过此固定值，从而起到保护元件的作用（下面的实 11 验同） 。在液压缸进油路上安装调速阀，如果负载即阀的出口压力变化时，要 求活塞的运动速度即过阀流量稳定，采用节流阀将达不到目的，但采用调速阀 就可以满足要求。 由图 2-3 可知， 调速阀 4 的进油压力就是液压泵供油压力(略 去管道损失)，它由溢流阀 9 调定后基本不变。可以看出，调速阀的作用实质 上是利用一个能自动进行调整的可变液阻(减压阀)来保证另一个固定液阻 （节 流阀）前后的压差基本上恒定不变。调速阀正常工作时，一般最小应保证压力 差p min=0405mpa。三位四通电磁换向阀 6 用来切换液压缸进，回油 路，左位得电，液压缸上腔为工作腔，下腔为回油腔；右位得电，液压缸下腔 为工作腔，上腔为回油腔。调节节流阀 7 的阀口大小，液压阻力随之改变，利 用它，可以作为液压缸的液压负载。托盘上砝码重量较大时，如果节流阀 a 调节的较大，则出现抽空现象。抽空现象在液压系统中是不允许的，改善的措 施通常采用增加回油路的阻力，即增加“背压” ，本装置采用了节流阀 7。 四实验应得结果 （1） 作出液压缸 f有效p 曲线； 作出液压缸 f有效v 曲线；见图 2-4 图 2-4 f有效p 和 f有效v 曲线示意图 （2）实验所得结论 12 液压缸工作压力 p 决定于有效负载与无效负载之和，负载增加，p 随之加 大。当有效负载为零时 p 示值即为缸的无效负载。 2.2.2 液压泵性能实验 一实验目的 1深入理解定量叶片泵的静态特性。着重测试液压泵静态特性中： (1)实际流量 q 与工作压力 p 之间的关系即 q-p 曲线； (2)容积效率 容 、 总效率 与工作压力 p 之间的关系即 容 -p 和-p 曲线； (3)输入功率 p入与工作压力 p 之间的关系即 p入-p 曲线。 2了解定量叶片泵的动态特性。液压泵输出流量的瞬时变化会引起其输出压 力的瞬时变化，动态特性就是表示这两种瞬时变化之间的关系。 二 实验原理 液压泵的工作压力由其外加负载所决定。若定量泵出口串联一节流阀作 为泵的外加负载，节流阀出口直通油箱，则泵的工作压力就由这一串联油路各 项负载压力之和所决定。如果管道沿程及局部压力损失很小，可以忽略不计的 话，那么调节节流阀通流截面积 a节就可对泵造成不同的负载，使泵的工作压 力将随之变化，这一情况可用流量方程 q=c*a节* p进行分析；对定量泵来 说，q 为定值，对特定的阀来说 c（系数，与液体性质和液组的结构形状有关） 一定，此时，节流阀前后压差p 为 p-0=p，所以 a节加大则泵的工作压力 p 减少，a节减小则 p 加大。 液压泵的额定压力 p额是指可长期连续使用的最大工作压力， 它反映了泵 的运行能力。超过此值就是过载。但如不超过规定的最高压力 p max(泵能力 的极限)，还可短期运行。 液压泵的排量 q 是不考虑泄漏时， 泵轴转 1 弧度(rad)所排出的油液体积， 它只决定于泵中密封工作腔的几何尺寸，与转速无关。泵的理论流量 q理是不 考虑泄漏时，单位时间输出油液的体积，它等于泵的排量与其转速的乘积。额 定流量 q额指泵在额定压力和额定速下输出的实际流量，它总是小于泵的理论 流量。 液压泵的输入量是转矩 m 和转速 n，输出量是油液的压力 p 和流量 q。泵 在能量转换的程中，由于存在各种损失，如容积损失和机械损失等，使其输出 13 功率总是小于输入功率。 容积损失一般指泵内通过缝隙由高压区向低压区泄漏所造成的损失，油 液粘度越低、压力越高，其泄漏就越大。泵的容积效率 容 为 额 泻 理 泻 理 泻理 理 容 qn k q q q qq q q = =11 （2-6） 式中 q泵在额定转速下的实际流量，单位为 3 m s； q理-泵在额定转速下的理论流量( 3 m s)。它在实际生产中通常以额 定转速n额下空载流量代替，因空载时泵的泄漏量可以忽略(零压时泄漏量为 零)。 n额 泵的额定转速，单位为 rads； q泵的排量，单位为 rads; q泻泄漏流量,等于泄漏系数 k泻与工作压力 p 的乘积(q泻=kp)， 单位为 3 m s。 液压泵的输入功率 p入和输出功率 p出为 p入=m*n 3 10(kw) （2-7） p出=p*q 3 10(kw) （2-8） 式中 m转矩，单位为 nm； n转速，单位为 rads； 液压泵的总效率为输出功率 p出与输入功率 p入之比，由式(27)和(28) 得： mn pq p p = 入 出 （2-9） 或 p出= p入 = p入 容 机 （2-10） 式中： 机 泵的机械效率。 机 反映油液在泵内流动时液体粘性引起的摩擦转矩损失和泵内机件相 对运动时机械摩擦引起的摩擦损失之和。若摩擦转矩损失越大，则泵的机械效 率越低。要直接测定 机 比较困难，一般是测出 和 容 ，然后算出 机 。 液压泵的主要性能指；额定压力，额定流量，容积效率，总效率，压力 脉动，噪声，温升、振动和寿命等。 14 目前规定泵的各项技术指标如下： (摘自 jb2146-77 19 77) 单级定量叶片泵(额定压力为 63kgfcm2、公称排量 q10ml/r) 1 容 80%； 2 65%； 3 压力振摆2kgfcm2。 液压泵除考虑压力，流量、噪声等项目外，还应考察泵的压力脉动(压力 振摆)，因为压力脉动对系统的振动有很大的影响，特别对运动要求平稳，移 动精度高的机械来说，更是如此。压力脉动主要来源于流量脉动，双作用式定 量叶片泵虽然理论上流量脉动甚小， 但由于制造上的误差往往使泵的内泄漏不 均匀，加之压油腔内油液压缩性的影响，流量脉动在不同程度上依然存在。 泵从一个稳态工作条件转为另一个稳态工作条件时，输出流量的瞬时变 化，会引起输出压力的瞬时变化，欲到达稳定将经历一个自动调节的过程，衡 量此调节过程的主要指标是最大压力超调量和过渡过程时间。 三实验装置 在图 2-5 中虚线部分元件功能与实验一相同， 实验时油液通过节流阀与流 量计流回油箱，节流阀改变节流面积使液压泵的负载随之改变，流量计用来测 量泵排出的油液体积，以便间接测量出泵的流量与排量。 图 2-5 定量泵性能实验液压系统原理图 四实验应得结果 15 1.根据实验数据作出定量叶片泵的静态特性曲线，其示意图如图 2-6。 图 2-6 定量叶片泵的静态特性曲线示意图 2.实验所得结论 ： 1) 实际流量 q 随泵工作压力 p 增高而减小；各工作压力点对应的实际流量 q 值与零压流量 q理值的差，就是泵在该压力点工作时的内泄漏量。 2) 容积效率 容 随泵工作压力增高而减小，容积效率是衡量泵静态工作特性 的重要指标之一。泵的输出压力愈高，泄漏系数愈大(油液的粘度愈低)、或泵 的排量愈小， 转速愈低， 则容积效率愈低。 所以排量愈小的泵其容积效率愈低。 3) 泵的机械损失是指泵在转矩上的损失。 液压泵的实际输入转矩总是大于理 论需要的转矩。液压泵的输入功率随泵工作压力的增大而增大。 4)般泵约在接近其额定压力的三分之二区间工作，可以保持较高的总效率。 2.2.3 溢流阀性能实验 一.实验目的 1通过实验，深入理解溢流阀稳定工况时的静态特性，静态特性中着重测试： （1）调压范围及压力稳定性； （2）卸荷压力及压力损失； （3）启闭特性。根 据实验成果对被试阀的静态特性适当的分析。 16 2通过实验，深入理解溢流阀瞬时突变工况下的动态特性，即溢流量突然变 化，溢流阀所控制的压力随时间变化的过渡过程品质。 二. 实验原理 先导式溢流阀是液压系统中最常用的压力控制元件之一， 其性能的优劣直 接影响系统的品质。溢流阀常见用途为：(1) 在定量泵节流调速系统中，对液 压系统实行调压并保持泵的工作压力基本恒定； （2）防止液压系统过载，起安 全保护作用； （3）使系统卸荷，泵的全部流量可在极低的压力下通过溢流阀流 回油箱，以降低系统的功率损耗和发热量。 （一）静态特性 1调压范围及压力稳定性 调压范围给定了溢流阀使用的压力范围。 在使用的压力范围内压力振摆(在 稳定工况下， 调定压力的波动值)和压力偏移(在规定时间内调定压力值的偏移 量)的大小，是衡量压力稳定性的主要指标。通常，希望溢流阀使用的压力范 围大，而压力振摆和压力偏移越小越好。 2卸荷压力及压力损失 卸荷压力：当先导式溢流阀在远程控制下卸荷(即远程控制口 k 通油箱)， 通过额定流量时阀所引起的压力损失。这个压力损失将使油液流回油箱时发 热，因此它反映了溢流阀在卸荷时液压泵的功率损失，显然，卸荷压力越低越 妤。 卸荷压力的高低， 主要与主阀芯阀口通流面积有关(和主阀弹簧刚度有关)。 压力损失：先导式溢流阀调压手柄完全放松时，通过额定流量所产生的 压力降，称为压力损失。先导式溢流阀的压力损失往往略大于它的卸荷压力， 因为此时部分回油在阀内所经曲路较长，阻力略大，另外有的阀在调压手柄 全放松时，调压弹簧的预压缩量不为零，也会引起压力损失值的增加。 3内泄漏量(关闭泄漏量) 内泄漏量是指调压手柄至全闭位置，溢流阀进口压力为额定压力时，通过 阀口的泄漏量。溢流阀作安全阀使用时，内泄漏量是一个重要指标。 4启闭特性 17 启闭特性是溢流阀在调压弹簧调整好之后， 阀芯开启和闭合过程中压力和 流量之间的关系，它是溢流阀静态特性中的又一个主要指标。 溢流特性曲线如图 2-7 所示 图 2-7 先导式溢流阀启闭特性示意图 从溢流阀的工作原理可知，溢流过程中总是导阀先开，且导阀开到一定开 口量后主阀口才开始溢流，直到全流量溢流。在溢流量变化过程中，主阀和导 阀开口量的变化将影响弹簧压紧力和稳态液动力， 所以实际的压力流量特性 曲线为 b， c。 溢流阀在未达到调定压力， 主阀芯未动作前就开始有溢流量了(导 阀的溢流量)，开始溢流时的压力显然小于通过额定流量时的调定压力。把溢 流阀在开启过程中溢流量达到额定流量(或实验流量)的%1 时的进口压力称为 开启压力。全流压力与开启压力之差称为静态调压偏差。开启压力与全流压力 之比称为开启比，静态调压偏差与全流压力之比称为调压偏差率。溢流阀调压 偏差越小，即开启比越大，则开启压力越接近调定压力，它所控制的系统压力 便越准确，限制静态调压偏差值就成为一项重要性能指标。对中低压溢流阀， 在最高调定压力时的开启压力不得低于额定压力的 85%。阀在最高调定压力 下，当溢流量从额定流量降低到它的 1%时的进口压力称为闭合压力，溢流阀 的闭合压力不得低于额定压力的 80%。 （二）动态特性 18 溢流量突然变化时，溢流阀所控制的压力随时间变化的过渡过程品质，一 般是指压力超调量，压力稳定时间，卸荷时间及压力回升时间(见图 2-8)。 图 2-8 溢流阀压力示意图 1.压力超调量p 及压力稳定时间t2 压力超调量是指瞬时升压过程中最高压力(峰值压力)ps和调定压力 p2的 差值。 压力超调量往往是由于执行元件的流量突然发生变化或者由于执行元件 需要换向或停止运动， 造成通过溢流阀的流量发生突变而引起的压力升高和振 荡。如果溢流阀能跟上引起压力突变的扰动信号而及时将主阀开大，则系统压 力的超调量会小一些， 否则就会很大。 从使用角度来说， 压力超调量越小越好， 否则将会使机械设备、系统管路、液压元件及仪表发生故障甚至遭受破坏，这 就要求溢流阀在系统压力发生突变时迅速地作出反应。 在上述发生压力突变的过渡过程中，从溢流阀第一次到达调定压力 p2开 始至调定压力稳定时的时间t2 称为压力稳定时间。t2 越短越好，它说 明振荡次数少， 衰减快， 也就说明动态过程时间短暂， 可以提高系统的快速性。 1 t 是从输入电信号开始到调定压力稳定的时间。 2卸荷时间 3 t 及压力回升时间 1 t 当溢流阀作为卸荷阀使用时，对卸荷时间及压力回升时间有所要求。卸荷 时间是从调定压力开始卸荷到卸荷压力稳定的时间。 压力回升时间是从初始压 力(或卸荷压力)开始升压到调定压力稳定的时间。 3 t 和 1 t 同样是越短越好， 否则会影响系统的工作性能。 3 t 是输入电信号开始到卸荷压力稳定的时间。 19 溢流阀的动态性能与阀的结构尺寸、弹簧、阻尼孔以及压力、流量等参数 有关，也同系统中的液体性质、流动状态，管路特性、元件泄漏等有关。 附： 静态特性和动态特性之间有时是相互矛盾的，要求静态性能好些， 往往动态性能就会差些，反之，要求动态性能好些，往往静态性能就会差些。 三.实验装置 图 2-9 溢流阀静动态特性实验液压系统原理图 在图 2-9 中虚线部分元件功能与实验一相同。 该实验系统提供了测量被试 阀 4 的流量和压力的条件。流量可通过流量计测量。阀的进口静态压力由压力 表 p2 示出。由于阀 5 和流量计 3 的阻力很小，如认为可以忽略不计，则阀 4 出口压力为零，所以此处未设测压点。测量卸荷压力时，通过二位二通电磁换 向阀 5，控制阀的远程控制口 k 来进行。动态压力信号由压力传感器输出，阀 前流量的阶跃信号通过二位二通阀 6 切换给出。 四实验应得结果 1.得出启闭特性曲线图，其示意图如图 2-10 20 图 2-10 先导式溢流阀启闭特性示意图 2. 得出溢流阀的调压范围及压力稳定性。 3. 得出卸荷压力及压力损失。 4. 结论： 1) 溢流阀静态主要性能指标中， 压力稳定性是十分重要的， 其次是启闭特性。 它们对中压系统性能的影响很大。 2) 溢流阀在最大调定压力时开启比最大，随着调定压力的降低，开启比不断 减小，开启特性变差，但此时往往调压稳定性比最大调定压力时要好。 3）得出溢流阀动态特性曲线图，其示意图如图 2-11 图 2-11 溢流阀动态特性实验曲线示意图 2.2.4 节流调速回路性能实验 21 一. 实验目的 1.通过对节流阀进、回、旁三种调速回路的实验，得出它们的调速回路特 性曲线，并分析比较它们的调速性能(速度负载特性)。 2.通过对节流阀和调速阀进油路调速回路的对比实验， 分析比较它们的调 速性能(速度负载特性)。 二.实验原理 1.采用节流阀的进油路与回油路调速回路 图 2-12 节流阀进油路与回油路调速示意图 （1）进油路节流调速回路的速度负载特性 当不计泄漏时，各主要参数间有如下关系： 通过节流阀的流量 ）（ 节32 ppcaq= (2-11) 液压缸活塞速度 1 a q v = （2-12） 浓压缸受力平衡方程式 （p3a1-p4a2）机=f （2-13） 式中 p4液压缸背压腔压力，回油路直接通油箱时 p4=0； 机液压缸机械效率，它与液压缸的密封形式和工作压力有关，活 塞杆输出的力实际上是理论推力的 90%-95%左右。 当 p4=0 时，液压缸主工作腔的压力 机 1 3 a f p = （2 -14） 由式（2-11） （2-12） （2-14）可以得到进油路速度-负载特性方程 22 ）（）（ 机 节 机 节 f ap a ca a f p a ca v= + 12 1 1 1 2 1 （2-15） 式(2-15)表明当节流阀的结构形式和液压缸的尺寸大小决定之后， 节流阀的通 流截面积 a节，溢流阀的调定压力 p1，负载 f，液压缸的机械效率机，等和 液压缸的工作速度 v 有关。 当 a节和 p1调定后，v 随 f 的增加按指数的曲线下降，此即与负载 f 相对应的液压缸速度 v 的变化特性，称为负载特性或调速回路的干扰静特性。 当负载 f 增加到 f=p2a1机时，速度 v 就降为零，活塞