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毕业设计说明书题 目：插件式液压实验装置的设计学 院： 专 业：机械设计制造及其自动化学 号： 姓 名： 指导教师： 完成日期： 20 年6月7号 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 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； PLCIII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 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 录摘要第一章 前言 111课题研究的背景 112课题研究的内容 113课题研究的目的与意义 2131电液控综合实验台研究的目的与意义 2132毕业设计的目的与意义 2第二章 液压系统实验原理 32.1 在实验台上可以完成的实验 32.2液压系统原理32.2.1 液压系统中工作压力形成原理实验 32.2.2 液压泵性能实验 82.2.3 溢流阀性能实验 112.2.4 节流调速回路性能实验 172.2.5 比例压力阀的性能实验22第三章 元件选择 273.1 液压泵的选择273.1.1 定量泵的选择273.1.2变量泵的选择283.2 电动机的选择283.3 液压阀的选择283.3.1溢流阀的选择293.3.2电磁换向阀的选择293.3.3调速阀的选择303.3.4节流阀的选择303.3.5单向阀的选择303.3.6电液比例溢流阀的选择313.4 传感器的选择34第四章 实验台台架设计 354.1实验台总体外形尺寸的确定354.2实验台上部板面设计364.3实验台附件设计374.4实验台材料的选择384.5实验台强度设计394.6实验台强度校核404.7实验台外观设计43结论 45致 谢 46参考文献 47附 录 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 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 录摘要第一章 前言 111课题研究的背景 112课题研究的内容 113课题研究的目的与意义 2131电液控综合实验台研究的目的与意义 2132毕业设计的目的与意义 2第二章 液压系统实验原理 32.1 在实验台上可以完成的实验 32.2液压系统原理32.2.1 液压系统中工作压力形成原理实验 32.2.2 液压泵性能实验 82.2.3 溢流阀性能实验 112.2.4 节流调速回路性能实验 172.2.5 比例压力阀的性能实验22第三章 元件选择 273.1 液压泵的选择273.1.1 定量泵的选择273.1.2变量泵的选择283.2 电动机的选择283.3 液压阀的选择283.3.1溢流阀的选择293.3.2电磁换向阀的选择293.3.3调速阀的选择303.3.4节流阀的选择303.3.5单向阀的选择303.3.6电液比例溢流阀的选择313.4 传感器的选择34第四章 实验台台架设计 354.1实验台总体外形尺寸的确定354.2实验台上部板面设计364.3实验台附件设计374.4实验台材料的选择384.5实验台强度设计394.6实验台强度校核404.7实验台外观设计43结论 45致 谢 46参考文献 47附 录 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、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。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。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。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，用负载效率表征它们的关系，是以F有效与F理之比来表征的，即或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， （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、总效率与工作压力 p之间的关系即-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*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。泵的容积效率为 （2-6）式中 q泵在额定转速下的实际流量，单位为s；q理-泵在额定转速下的理论流量(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s。液压泵的输入功率P入和输出功率P出为 P入=M*n(kW) （2-7）P出=p*q(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： （2-9）或 P出= P入= P入 （2-10）式中：泵的机械效率。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。要直接测定比较困难，一般是测出和，然后算出。 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。 目前规定泵的各项技术指标如下： (摘自JB2146-77) 单级定量叶片泵(额定压力为63kgfcm2、公称排量Q10Ml/r)1 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。 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 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 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。是从输入电信号开始到调定压力稳定的时间。 2卸荷时间及压力回升时间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。和同样是越短越好，否则会影响系统的工作性能。是输入电信号开始到卸荷压力稳定的时间。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 (2-11)液压缸活塞速度 （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 （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 （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，活塞停止运动。当负载F为常数时，改变节流阀开度，就可得到不同的速度，此即与节流阀通流截面积A节相对应的液压缸速度v的变化特性，称为速度特性或调速回路的调节静特性。调速回路中液压缸工作速度和负载之间的关系，统称为回路的速度负载特性。若以式 (215)作图，则可得出回路的速度负载特性曲线簇。 速度因负载变化而变化的程度，表现在特性曲线上就是斜率不同。（2）回油路节流调速回路的速度负载特性 根据上述类似的理论分析可以证明，回油路节流调速回路的速度负载特性与进油路节流调速回路特性是一样的在此不再赘述。 2.采用节流阀的旁路调速回路（1）旁路节流调速回路的速度负载特性 图2-13 节流阀旁路调速示意图当不计泄漏时，各主要参数间有如下关系： 液压缸受力平衡方程为（P3A1-P4A2）机=F （2-16）若P4=0时，则节流阀压降为p= （2-17）通过节流阀的流量 = （2-18）进入液压缸的流量 q1=q泵-q2 (2-19)把2-18代入2-19，得 （2-20）回路速度-负载特性方程为 （2-21）式(2-21)表明当节流阀全部关闭时，液压缸有最大速度vmax；A节调定后，当下式成立时， F或P3 （2-22）液压缸工作速度v将等于零，此时泵的全部流量都通过节流阀流回油箱了。这说明旁路节流调速回路的最大负载是受到限至的。调整A节时， A节越大，回路能承受的最大负载就越小，A节越小，回路能承受的最大负载就越大。这说明旁路节流调速回路低速时的承载能力差。将式(4-11)作图，可得出回路的速度负载特性曲线簇。3.采用调速阀的进油路调速回路（1）调速阀的进油路调速回路的速度负载特性通过调速阀的流量 （2-23）若不考虑液压缸的泄漏，则液压缸的速度为 （2-24）图2-14 调速阀进油路调速示意图 当负载F变化时压力P3随之成比例地变化，但调速阀中的减压阀使调速阀前后的压差P基本上保持不变，这样，流量q基本上不变，活塞工作速度也基本上不变。 如果计及缸和阀的泄漏以及液动力的变化等因素，实际上负载的变化对速度将产生一些影响，随着F的增大，活塞工作速度略有降低。三.实验装置图2-15 节流阀调速回路性能实验液压系统原理图图中虚线部分元件功能与实验一相同1左侧的液压系统，可以按不同要求分别组成进油路，回油路和旁路三种方式节流调速实验回路，其中进油路调速回路可分别采用节流阀或调速阀。当回路中只接入节流阀1时，构成节流阀进油路调速回路；当回路中只接入节流阀3时，构成节流阀旁路调速回路；当回路中只接入节流阀4时，构成节流阀回油路调速回路；当回路中只接入调速阀2时，构成调速阀进油路路调速回路。通过压力表P2，P3，P4可以分别测出阀的压差，以便于对通过阀的流量进行计算。2右侧的液压系统，作为节流调速实验回路的加载装置，通过调节溢流阀可使加载液压缸无杆腔获得不同的压力值(此时有杆腔回油压力近似为零)。本实验装置中调速回路工作液压缸与加载液压缸处于同心安装位置，采用直接对顶的加载方案。3由于采用两缸直接对顶的加载方案，工作缸进油压力(或称负载压力)，要克服加载缸的进油压力和两缸的密封摩擦阻力，因此加载缸的进油压力不等于工作缸的负载压力。四实验应得结果1.绘制出泵压调定后的速度负载特性曲线。 2.绘制出节流阀通流面积调定后的速度负载特性曲线。其示意图如下： a b c图2-16 泵压调定后的速度负载特性曲线示意图(a)节流阀进、回油路调速回路(b)节流阀旁路调速回路(c)调速阀进、回油路调速回路 a b c图2-17 节流阀通流面积调定后的速度负载特性曲线(a)节流阀进、回油路调速回路(b)节流阀旁路调速回路(c)调速阀进、回油路调速回路3.结论：节流阀调速回路有一个共同缺点，就是干扰静特性(负载特性)差。它们多用于负载变化不大的场合。对负载特性要求较高的液压系统，需采用调速阀或溢流节流阀。因为他们具有较好的负载特性。2.2.5 比例压力阀的性能实验一.实验目的1.理解电液比例溢流阀稳定工作时的静态特性，测试控制输入信号与输出压力的关系。2.深入理解电液比例溢流阀稳定工作时的动态特性，测试阶越响应特性和频率响应。二.实验原理电液比例控制阀是一种可以根据输入电气信号，按比例对工作油液的压力，流量，和方向进行控制的压力控制阀。电液比例控制阀用比例电磁铁取代了普通开关型液压阀的手动调节装置或普通电磁铁，因而可对液压参量进行远距离，高精度的控制。它的显著特点是：可以进行连续的电器遥控。比例阀可以对液压参量进行连续控制。一个比例阀可以得到连续可变的多个调定值。并可以控制各调定值之间的过渡过程。比例阀控制系统基本工作原理如图2-18所示（见下页）图2-18 比例阀系统的组成输入信号是连续变化的电气量，经比例放大器处理后，作用于比例电磁铁；比例电磁铁作为电-机转换器，输出与其感应线圈电流成比例的牵引力；此力作用于液压阀的阀芯，控制，输出液压量。电液比例阀按其使用功能一般分为比例压力阀，比例流量阀和比例方向阀。本实验主要针对比例压力阀中的比例溢流阀。其性能为稳态性能和动态性能。稳态性能包括稳态控制特性和稳态负载特性。前者是控制输入信号与输出压力的关系，后者是指在某一调定的控制输入信号下，输出量与负载干扰的信号的关系。控制输入信号是电流或电压，压力控制阀的输出为压力信号，负载干扰信号则是指除控制输入信号之外的任何一种影响输出量的输入信号。动态特性常用阶越响应特性和频率响应来反映。A稳态控制特性在稳态控制特性曲线上可以得到如下稳态控制特性指标：滞环 在稳态特性曲线上，对应各相同输出量的正反行程的控制输入电信号之差的最大值与额定输入电信号之比。重复精度 在负载和油温不变的情况下，连续三次作同方向重复所得稳态控制特性曲线之间，相同输出量所对应的控制电信号值的最大差值与额定输入信号之比。B动态特性阶越响应特性是指在系统运动参数不变的情况下，被控输出量相对于一定幅值的阶越输入电信号变化的过渡过程。频率特性是指比例阀系统对一组不同频率的等幅正弦输入信号的响应特性，常用波德图表示。当输入一组幅值不变，频率不同的正弦信号时，输出量的幅值和输入量幅值的比值，称为幅频特性。输出量相应与输入信号相位之差，称为相频特性。 比例阀的主要动态特性指标有：调整时间 输入信号发生时刻至输出量第一次达到并保持相对误差在稳态值的5%范围内所需的时间。最大超调量 输出量最大峰值与稳态值之差与稳态值之比的百分数。幅频宽 幅频特性曲线上幅值比降到0.707时的频率。本实验主要测试比例溢流阀的稳态控制特性与动态特性。在液压元件实验技术中，比例阀的实验难度较大，实验手段发展也较快。在常规元件的实验中，实验工况的变化一般是通过手调实现，工况点是有限的、离散的实验结果的记录也是通过读表手抄到试验表格中的。比例阀的实验与常规元件实验不同，它的工况的变化是连续的，实验结果也是连续的，一般通过特性曲线反映实验结果。 常规的比例阀调试、测试过程如下：用信号发生器根据实验要求产生斜波、三角波等控制信号并将其接入比例阀，比例阀发生工况移动。受控的压力、流量等工况参量通过相应传感器记录到X-Y记录仪上。这样就可以得到受控参量（压力，流量等）与控制信号（电流等）之间的反映比例阀性能的特性曲线。现在运用软件编程利用计算机代替X-Y记录仪。三.实验装置实验装置见图2-19（见下页），图中虚线部分元件的功能与实验一相同，比例溢流阀2作为被测阀，二位二通电磁阀换向阀 1控制油路的通断，以便于用节流阀调节系统压力。因为比例阀是较高精度的元件，对油液的纯洁度较高，故采用了精滤油器3来过滤油液。图2-19比例压力阀性能实验液压系统原理图四.实验应得结果1.作出比例溢流阀的静态特性曲线示意图2.作出比例溢流阀的动态特性曲线示意图图2-20 比例溢流阀的静态特性曲线示意图（a）p-I特性 （b）p-q特性图2-21 比例溢流阀的动态特性曲线示意图（c）阶越响应 （d）频率响应第三章 元件选择3.1 液压泵的选择动力元件起着向系统提供液压源的作用，是系统不可缺少的核心元件，液压系统是以液压泵作为向实验系统提供一定量的流量和压力的动力元件。液压泵将电动机的机械能转化为液体工作的压力能。本实验台考虑到有变量泵实验，而且变量泵也可以构成无级调速回路，以供学生做补充扩展实验，因此我们选择一个变量泵和一个定量泵。在具体选用过程中需注意以下问题：1噪声需控制在一定范围之内。2使用寿命长，故障率较低，适于教学使用。3流量较均匀，脉冲小。3.1.1.定量泵的选择根据设计任务书中的规定，泵的压力为中压以及参考学校现有液压实验设备故选YB1-6型(双作用)叶片泵。技术参数如下：公称排量6.3mL/r，额定工作压力为6.3MPa，转速 n=1450r/min,流量：零压力时9.5L/min,额定压力时7.6L/min。容积效率80%,总效率60%,驱动功率1.4Kw,重量5.5Kg，压力振摆+0.2MPa。其优点为：1、流量较均匀，旋转平稳，噪声小。2、易实现流量调节。3、工作压力较高,容积效率也较高。4、其结构紧凑，轮廓尺寸较小而流量较大。其缺点为:1、对吸油条件要求较为严格，叶片泵要实现可靠吸油，其转速必须在500-1500r/min的范围内。2、叶片容易咬死，要注意油液的过滤。3、结构复杂，零件制造精度要求较高。YB1型为YB型的改进型，性能较好，少故障，少维修，以便教学计划顺利完成。3.1.2变量泵的选择用液压阀控制液压系统的压力、流量将带来压力损失。对于大功率系统，此损失不但造成了较大的能耗，而且使系统发热，严重的会影响其正常工作而必须采用冷却措施。用变量泵进行系统的压力、流量的控制具有明显的节能效果。对变量泵的调节主要是通过调节其排量以控制泵的流量，形成流量控制泵。通常，泵的负载具有阻尼负载特性，因而通过控制泵的出口流量还能控制其出口压力。用泵的出口压力作为反馈可以组成压力控制泵。变量泵的选用应该参照定量泵的性能参数，经查表变量泵YBX型的YBX-16叶片泵的技术参数与其相似。故选用YBX型限压变量叶片泵，其技术参数如下：排量调解范围0-16mL/r，额定压力6.3Mpa，压力调节范围2.0-6.3Mpa，额定转速600-1500r/min 驱动功率2.6KW。YBX系列限压式变量叶片泵是YB型叶片泵的改进产品，具有便于装配、维修、使用寿命长等特点，主要用于机床、农机、轻工机械、皮革机械，塑料机械、锻压机械、工程机械等领域等各种机械的液压系统中。（上海神州泵业有限公司）3.2 电动机的选择这部分元件的选择，其基本参数由泵的性能决定。定量泵电动机选择Y90L-4型，变量泵电机选择Y100L2-4型。Y90L-4型额定功率1.5Kw，满载转速1400r/min。Y100L2-4额定功率3Kw，满载转速1420r/min。两个电机的转矩T均为2.2(Kn*m)在实际连接中若功率不够，带动泵时会过热，可换较大功率的泵。3.3.液压阀的选择液压阀是用来控制液压系统中油液的流动方向或调节其压力和流量的元件，可分为方向阀、压力阀和流量阀三大类。液压传动系统对液压控制阀的基本要求为：a.动作灵敏，使用可靠，工作时冲击和振动小，使用寿命长。b.油液通过液压阀时压力损失要小，密封性能好，内泄漏要小，无外泄漏。c.结构简单紧凑，安装、维护、调整方便，通用性好。本实验台系统压力为中压，所选择的液压泵中定量泵的流量为：零压力时9.5L/min,额定压力时7.6L/min，额定压力6.3Mpa。所选择的液压泵中变量泵的流量为：16mL/r（600-1500r）/min=（9600-24000）mL/min=(9.6-24) L/min。实验台作为教学仪器，所承受的负载较小，故在阀的规格中优先选取6通径的。由于要实现阀的互换，采用连接底板来实现，所以除单向阀外，其余的阀都选用板式连接。3.3.1溢流阀的选择溢流阀是使系统中多余流体通过该阀溢出，从而维持其进口压力近于恒定的压力控制阀。其主要作用是对液压系统定压或进行安全保护，要求灵敏度高。密封性好，溢流阀主要用于对系统进行调压保护，也可做溢流阀，比例溢流阀的性能实验。选择 DB10-1-5X 先导溢流阀 10通径规格 DBDH6P10/10 直动溢流阀 6通径规格3.3.2电磁换向阀的选择电磁换向阀是利用通电吸合与断电释放的原理来直接推动阀芯，控制液流方向，是电气系统和液压系统之间的信号转换元件。本实验台所涉及的实验中运用到二位二通电磁换向阀，三位四通电磁换向阀。二位二通阀:图3-1 二位二通阀电磁阀不得电时，初始位置状态为P、A不相通，即右位工作。电磁铁得电时P、A相通，左位工作，此阀为常闭式。三位四通阀:图3-2 三位四通阀该阀共有四个工作油口，三个工作位置，不通电时阀芯处于中位（中位机能O型），阀不工作，左电磁铁得电，P、A相通，T、B不相通。右电磁铁得电，P、B相通，T、A不相通。 选择 4WE6E6X1 三位四通电磁换向阀 6通径规格 22EO-H6B 二位二通电磁换向阀 6通径规格3.3.3调速阀的选择调速阀是由定差式减压阀和节流阀串联而成的，它可改变进入液压缸的油量，以使液压缸获得不同的速度。调定后能够很好的保持速度不变。选择 2FRM5-20/16 调速阀 5通径规格3.3.4节流阀的选择节流阀的选择应满足液压回路系统要求1）较大流量的调节范围，流量调节均匀。2）当阀前后压力发生变化时，通过阀的流量变化要小。3）液流通过阀（全开）的压力损失要小。4）当阀关闭时，泄漏要小。在本实验台涉及的实验中节流阀的数量较多，当设计回路要求同时使用的节流阀超过2个时，可拆卸其他不用的阀体，换用节流阀。选择 DVP6S-10 节流阀 6通径规格3.3.5.单向阀的选择单向阀的选用应根据单向阀应用的不同场合，确定其开启压力，例如，用作背压阀一般选用开启压力较高的单向阀，而只是控制单向流油的单向阀，可选用开启压力较低的单向阀。单向阀的主要用途如下:1. 安装在液压泵出油口，为防止液压系统压力突然升高而损坏液压泵，防止系统中的油在泵停机时倒流回油箱。2. 安装在回油路中作为背压阀。3. 与其它阀组合成单向控制阀。在安装单向阀时要特别注意单向阀的自由流动方向，以防止装反。另外，不允许阀芯锥面向上方安装。连接形式选择为插装式。插装式的特点是:内阻小，适宜于大流量工作；阀口采用锥面密封，泄漏小；结构简单、工作可靠、标准化程度高；适宜液压系统的集成化，大量减少了管道联接件及由管道引起的漏油、震动、噪声等故障。故选择由德国力士乐公司生产制造的S6K0(6通径)型号单向阀。3.3.6.电液比例溢流阀的选择电液比例阀是介于一般液压阀和电液伺服阀之间的阀类。它象电液伺服阀一样，能根据给定的电气信号连续地、按比例地对油液的压力、流量或方向进行远距离控制。比例阀一般具有压力补偿性能，所以它的输出压力和流量可以不受负载变化的影响。与手动调节的普通液压阀相比，它能提高系统参数的控制水平。与电液伺服阀相比，它虽在某些性能方面稍稍逊色，但它具有结构简单，成本低廉，抗污染能力优于电液伺服阀等优点，所以它被广泛应用于控制精度和动态特性要求不太高的液压系统中。电液比例阀是在一般液压阀的基础上，加上电-机械比例转换装置而构成的。常用的电-机械转换装置是比例电磁铁，它能把电信号按比例地转换成机械力或位移对液压阀进行控制.输入信号电压U经功率放大后，以电流的形式输给比例电磁铁。比例电磁铁将电流I按比例转换成力F施加在液压阀阀芯上，使阀芯产生一定的位移，控制液压系统中的压力P或流量Q。当输入信号变化时，比例电磁铁输出力也相应地变化，从而使P,Q也相应地变化。因此电液比例控制能根据输入信号的大小，对液压系统中的压力、流量进行连续的按比例调节。溢流阀是通过阀口的溢流，使被控制系统或回路的压力维持恒定，实现稳压、调压或限压作用。对溢流阀的主要要求是:调压范围大，调压偏差小，压力振摆小，动作灵敏，过流能力大，噪声小。由于插装式阀不仅能实现液压阀的各种功能，而且与普通液压阀相比，当流过流量较大与在同等功率的情况下，具有重量轻、体积小、通流能力大、密封性能和动态性能好以及易于集成等优点，再考虑到性价比，最后选用DBE10-30/10Y 比例溢流阀 10通径3.4 传感器的选择现代传感器在原理与结构上千差万别，如何根据具体的测量目的、测量对象以及测量环境合理地选用传感器，是在进行某个量的测量时首先要解决的问题。当传感器确定之后，与之相配套的测量方法和测量设备也就可以确定了。测量结果的成败，在很大程度上取决于传感器的选用是否合理。 1、根据测量对象与测量环境确定传感器的类型 要进行个具体的测量工作，首先要考虑采用何种原理的传感器，这需要分析多方面的因素之后才能确定。因为，即使是测量同一物理量，也有多种原理的传感器可供选用，哪一种原理的传感器更为合适，则需要根据被测量的特点和传感器的使用条件考虑以下一些具体问题：量程的大小；被测位置对传感器体积的要求；测量方式为接触式还是非接触式；信号的引出方法，有线或是非接触测量；传感器的来源，国产还是进口，价格能否承受，还是自行研制。在考虑上述问题之后就能确定选用何种类型的传感器，然后再考虑传感器的具体性能指标。 2、灵敏度的选择 通常，在传感器的线性范围内，希望传感器的灵敏度越高越好。因为只有灵敏度高时，与被测量变化对应的输出信号的值才比较大，有利于信号处理。但要注意的是，传感器的灵敏度高，与被测量无关的外界噪声也容易混入，也会被放大系统放大，影响测量精度。因此，要求传感器本身应具有较高的信噪比，尽量减少从外界引入的于扰信号。传感器的灵敏度是有方向性的。当被测量是单向量，而且对其方向性要求较高，则应选择其它方向灵敏度小的传感器；如果被测量是多维向量，则要求传感器的交叉灵敏度越小越好。 3、响应特性 （反应时间）传感器的频率响应特性决定了被测量的频率范围，必须在允许频率范围内保持不失真的测量条件，实际上传感器的响应总有定延迟，希望延迟时间越短越好。传感器的频率响应高，可测的信号频率范围就宽，而由于受到结构特性的影响，机械系统的惯性较大，因有频率低的传感器可测信号的频率较低。在动态测量中，应根据信号的特点(稳态、瞬态、随机等)响应特性，以免产生过火的误差。 4、线性范围 传感器的线形范围是指输出与输入成正比的范围。以理论上讲，在此范围内，灵敏度保持定值。传感器的线性范围越宽，则其量程越大，并且能保证一定的测量精度。在选择传感器时，当传感器的种类确定以后首先要看其量程是否满足要求。但实际上，任何传感器都不能保证绝对的线性，其线性度也是相对的。当所要求测量精度比较低时，在一定的范围内，可将非线性误差较小的传感器近似看作线性的，这会给测量带来极大的方便。5、稳定性 传感器使用一段时间后，其性能保持不变化的能力称为稳定性。影响传感器长期稳定性的因素除传感器本身结构外，主要是传感器的使用环境。因此，要使传感器具有良好的稳定性，传感器必须要有较强的环境适应能力。 在选择传感器之前，应对其使用环境进行调查，并根据具体的使用环境选择合适的传感器，或采取适当的措施，减小环境的影响。传感器的稳定性有定量指标，在超过使用期后，在使用前应重新进行标定，以确定传感器的性能是否发生变化。 在某些要求传感器能长期使用而又不能轻易更换或标定的场合，所选用的传感器稳定性要求更严格，要能够经受住长时间的考验。 6、精度 精度是传感器的一个重要的性能指标，它是关系到整个测量系统测量精度的一个重要环节。传感器的精度越高，其价格越昂贵，因此，传感器的精度只要满足整个测量系统的精度要求就可以，不必选得过高。这样就可以在满足同一测量目的的诸多传感器中选择比较便宜和简单的传感器。如果测量目的是定性分析的，选用重复精度高的传感器即可，不宜选用绝对量值精度高的；如果是为了定量分析，必须获得精确的测量值，就需选用精度等级能满足要求的传感器。 对某些特殊使用场合，无法选到合适的传感器，则需自行设计制造传感器。自制传感器的性能应满足使用要求。本实验系统涉及到压力、流量、温度和位移传感器的选择，根据麦克传感器有限公司压力、液位变送器产品选型样本以及相关厂家传感器介绍选择传感器如下：1 压力传感器：MPM480 该种型号传感器采用24V供电，在1530VDC内可以可靠工作，输出信号有两线制420mADC或三线制0/15/10VDC、010/20mADC等标准输出形式。该传感器壳体全部采用不锈钢制造，保证了传感器长期可靠的工作和对环境的极好适应能力。2 流量传感器：LWGY(A)-10 该种型号传感器采用10通径螺纹连接,420mA两线制电流输出，非防爆型；供电电源：12VDC10%。该产品具有以下特点：第一，高品质涡轮，超出常规的量程范围。第二，配送多套变送器，适应不同工作要求。第三，智能化处理，独具特色的仪表系数三点非线性修正。3 温度传感器：WRC-83 该种型号的传感器采用T型螺纹连接，接线盒形式：M20x1.5，d=8;L=345。4 位移传感器：JGX-3系列密封式光栅线位移传感器 该种传感器为北京莱格超精光电研究所产品，可用5V或12V 电源。5V供电,输出TTL信号5 转矩转速传感器：JN338A型动态传感器(规格:30NM) 该传感器选于三晶集团(15V电源)(用航空插头,使只需要一个传感器的两个通道)。第四章 实验台台架设计台架是整个实验台的筋骨，起着支撑、保护和安装的作用。4.1实验台总体外形尺寸的确定（1）实验台总高的确定在机械设备发展的早期，往往都是由人去适应机器。随着时代的前进，再由人机械地去适应机械设备不仅容易造成人的疲劳，甚至会发生人身和机器事故。因而，研究和解决工程设计中机器如何适应人的问题，使人和机器所构成的人机系统的工作效率达到最高，就成为人们迫切需要解决的问题了。 实验台高度的设计要考虑人体高度、肢体各部长度、动作所及范围，其操作部位应设置在操作最方便、反应最灵活的空间范围内，监视部分应在最有效、最方便的范围内等。这些都涉及到人体的基本数据。这里对有关的人体基本参数作一简要介绍。中国人体的基本尺度：中等成年男性人体身高平均在1700-1800mm，女性身高一般在1600-1700mm。中等成年男性上臂长平均在280-350mm,女性上臂长平均在250-320mm。 根据以上数据，并且考虑到人体的舒适，初步确定整个实验台的总高为1900mm。（2）实验台下部尺寸的确定根据初步确定的液压站的大小，液压站的长为1026mm,宽为600mm,高为866mm。实验台下部的作用除了支撑实验台上部及面板外，中空部位放置液压站，因此，实验台下部应保证有足够的空间放置液压站，便于液压站的搬进与搬出，且有利于散热通风。综上考虑，初步确定实验台的长为1300mm,宽为800mm,高为930mm。（3） 实验台上部总面板尺寸的确定确定好实验台的总高与实验台下部的尺寸后，实验台上部面板高度亦可以确定，实验台上部高度=实验台总高-实验台下部高度=1900930=970。考虑到安装的稳定与美观，面板宽度应略小于实验台下部宽度，取1256mm。（4）实验台其他面板的尺寸设计实验台侧面板、前门等的尺寸应与设计的上下实验台尺寸配合。前后工作台应该可以放下一对对顶缸和集成块。4.2实验台上部板面设计（1）板厚的确定参照学校实验室已有的实验台，初步确定实验台工作面板的厚度为30mm 。 （2）阀连接底板的设计通常使用的液压元件有板式和管式两种结构。管式元件通过油管来实现相互之间的连接，液压元件的数量越多，连接的管件越多，结构越复杂，系统压力损失越大，占用空间也越大，维修、保养和拆装越困难。因此，管式元件一般用于结构简单的系统。把一个液压回路中各元件合理地布置在一块面板上，这与管式连接比较，除了进出液压油通过管道上。各液压元件的液压系统安装、调试和维修方便，压力损失小，外形美观。但是，其结构标准化程度差，互换性不好，结构不够紧凑，制造加工困难。本实验台主要用于学生实验，故应该尽量设计成占地面积小的，设计的现有实验最多用到8个阀，6个压力表，属于较复杂的系统，且对回路压力精度要求较高，故所选择的元件大多应为板式连接，阀底座的连接板根据所选的阀直接由液压元件产品手册提供。为了锻炼学生主动思考，自主动手的能力，实验台设计成可以做扩展实验，充分体现其灵活与多功能性，这就要求各个阀之间有互换性，但是板式连接互换性不好，固定之后，各个阀之间不能交换。为了避免这一点，在阀自身提供的连接板上再设计安装一块具有互换性的连接板，这样各个阀之间就能够灵活互换。连接板的尺寸根据所有液压阀固有连接板的尺寸确定，保证连接板能够安装上用到的所有阀，确定其尺寸为长200mm,宽100mm。（3）放置液压阀的板面布局设计（A）液压阀的布置液压阀连接底板在面板上的定位尺寸为70mm,170mm。由于实验台上部工作面板长1196mm，高945mm。估计能够安装的阀的数目,横向n1=1196/7017,纵向n2=945/1705，考虑到两个最长的阀不可以冲突，且阀工作时应该留有一定的空间，所以在面板上布置12个阀，横向4个，纵向3个。均匀分布在面板上。根据阀连接板的大小初步估计确定阀之间的横向距离为260mm,纵向间距为268mm。现有实验最多用到8个阀，6个压力表，多余的四个阀可以用于学生自主设计实验或实验的扩充。（B）压力表的布置根据人体工程学原理，成年人的平均眼高男1500-1670mm，女1390-1500mm,把压力表放置在面板的最上端是比较合理的，这样有利于学生实验时方便的观察实验数据。本实验有6个压力表，面板总长1256mm,所选压力表的表径为32mm，设计成各压力表间距200mm，均匀分布在面板的上端，两端各空的距离为（1256-1200）/2=128mm 。（C）油液软管孔的布置在液压实验台的前工作面板上放置的是两个对顶缸，每个对顶缸分别有一个进油口与一个出油口，共四个口，在数验台上工作面板上设计相对应的四个油液软管孔，使接在前面对顶缸的软管可以通过此孔接到后面阀的进、出油口，孔的大小应该保证软管上的管接头能够通过此孔。软管的弯曲度有一定的范围，不能弯曲过度，再考虑到软管的行程尽量的短，一方面节约材料，另一方面，使实验时系统压力损失减少。综上考虑，在横向上，把软管孔放置在最上排阀的下方，在纵向上，孔与液压缸进、出油口正对。（D）走线孔的布置在工作面板上由于阀的安装是随意的，每个连接板定位处都可能安装上电磁阀，故最上排阀的上端与最下排阀的下端各安排四个走线孔，便于电线接到电磁阀。这种设计避免了电线的杂乱无章，整齐美观。4.3实验台附件设计（1）液压缸的放置实验中用到了一对对顶缸及一个竖直缸，将对顶缸安置在前工作台上，这样对顶缸工作平稳，并且便于观察。竖直缸安装在实验台的左侧，根据人体工程学原理，为了便于学生在实验时向与竖直缸活塞杆相连的砝码托盘中放取砝码，将缸下部定位在大约离地1600mm。（2）量筒的放置将量筒放置在实验台的右侧，这样与竖直缸对称，既美观又更加保证了实验台的平稳。4.4实验台材料的选择（1）常用结构钢简介结构钢是品种最多、用途最广、使用量最大的一类钢，按其主要用途一般分为工程结构用钢和机械制造用钢两大类。 工程用钢主要用于各种工程结构(如建筑、桥梁、船舶、石油化工、压力容器等)和机械产品中要求不高的结构零件，它们大多是普通质量钢，适合于工程结构用钢量大的特点。此类钢多数情况下不进行热处理而直接在热轧空冷（正火）状态下使用。 机械制造用钢主要用于制造各种机械零件(如轴、齿轮、弹簧、轴承等)，它们通常是优质钢或特殊质量钢(高级优质钢)，性能要求一般比工程结构用钢高，故通常须经热处理后使用。此类钢按其主要用途、热处理和性能特点不同，可分为表面硬化钢、调质钢、弹簧钢、滚动轴承钢和超高强度钢等。 普通碳素结构钢，约占钢总产量的70%左右，其碳含量较低(碳的平均质量分数为（006%一038%)，对性能要求及硫、磷和其它残余元素含量的限制较宽。大多用作工程结构钢，一般是热轧成钢板或各种型材(如圆钢、方钢、工字钢、钢筋等)供应；少部分也用于要求不高的机械结构。该类钢通常在供应状态下使用，必要时根据需要可进行锻造、焊接成形和热处理调整性能。其牌号首先体现了力学性能，如Q235表示其屈服强度(Q字母)为235MPa；若其后标注了A、B、C、D(如Q235A)，则表示钢材质量等级的不同，含S、P量依次降低、质量依次提高；若需表明脱氧方法，则应在牌号后标出F(沸腾钢)、b(半镇静钢)，不标F、b便是镇静钢(如Q235一AF、Q255A等)。（2）实验台各零件材料的选择根据表4.4.1可知Q235的性能比Q195的性能好，它们均是常见的结构钢，故初步确定承受较大载荷的工作台、加强杆、脚板、上下总体实验台采用Q235，而受力较小的侧面板、前后台边板、前门采用Q195。面板与阀的连接板由于会经常拆卸互换，容易磨损，故采用渡锌技术，电镀覆盖层耐腐蚀、耐磨。表4-1 力学性能参照牌号等级脱氧方法力学性能应用举例s/(Mpa)b/(Mpa)5(%)Q195-F、b、Z195315-39033承受载荷不大的金属结构件Q235AF、b、Z235375-46026金属结构件、钢板、钢筋、型钢、螺栓、螺母、短轴、心轴BCZDTZ4.5实验台强度设计1.加强筋的设计由于实验台上部面板上安装了较多的液压元件，为了保证面板的强度，防止面板不被压弯，在面板背后设置了加强筋，分别安装在面板的两侧。在竖直缸安装面板的两侧也安装了加强尽，保证竖直缸面板不会被竖直缸压弯或压断。2.角钢与钢板折弯对焊的设计本实验台台架多采用等边角钢结构，其中主要起支撑作用的部件采用角钢，而对强度要求不是很高的次要部件采用钢板折弯对焊的方法，这样既保证的实验台的强度由经济实惠。3.实验台连接方式设计结构件常用的紧固与连接方式有铆接与焊接。将铆钉穿过被连接件（通常为板材或型材）的预制孔中铆合而成的连接方式称为铆接。铆接具有工艺设备简单、抗震、耐冲击和牢固可靠等优点。但结构笨重，被连接件上由于制有钉孔，使强度受到较大的削弱，而且铆接时噪声大。因此应用已渐减少，被焊接所代替。焊接是利用局部加热（有时需要局部加压）的方法，使两个金属元件在接头处的材料溶合联接成一体的一种连接方法