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466 插件式液压实验装置的设计【任务书+毕业论文+CAD图纸】【机械全套资料】,插件,液压,实验,试验,装置,设计,任务书,毕业论文,cad,图纸,机械,全套,资料

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湘潭大学兴湘学院毕业设计任务书设计题目： 插件式液压实验装置的设计 学号： 2007964239 姓名： 杨鹏程 专业： 机械设计制造及其自动化 指导教师： 周里群 系主任： 一、主要内容及基本要求 1、电液控实验台研究的目的与意义 2、液压实验原理及相关实验装置设计图 3、液压元件选择及台架设计 4、实验台强度计算 5、总结和撰写设计说明书一份（附光盘）； 6、CAD制图，本文总和一张A0以上图纸零件图， 7、翻译相关外文资料一份； 二、重点研究的问题 1、一机多功能；所有实验元件均为独立组件，应用橡胶软管自由分派，组装实验回路。 2、实验台具有的实验原理分析； 三、进度安排序号各阶段完成的内容完成时间1熟悉课题及基础资料第一周2调研及收集资料第二周3方案设计与讨论第三四周4初步方案可行性论述第五八周5CAD软件与液压的学习第九周6CAD制图第十周7撰写说明书第十一周8英文文献翻译，答辩第十二周四、主要参考文献1杨黎明等编：机械零件设计手册，国防工业出版社，1986。2雷天觉主编：新编液压工程手册，北京理工大学出版社，1998。3叶伟昌主编：机械工程及自动化简明设计手册，机械工业出版社，2001。4杨培元、朱福元主编：液压系统设计简明手册，机械工业出版社，1999。5李壮云、葛宜远主编：液压元件与系统，机械工业出版社，2000。6王春行主编：液压控制系统，机械工业出版社，2002。7陈愈、沈关俊编著：液压阀，中国铁道出版社，1982。8何存兴：液压元件，机械工业出版社，1981，第一版。9章宏甲，黄谊，王积伟编：液压与气压传动，机械工业出版社，2000。10GR 凯勒：液压系统分析，国防工业出版社，1985，第一版。11. 夏廷栋，杜绍武：液压系统的使用与管理，机械工业出版社，1986，第一版。 湘潭大学兴湘学院 毕业设计 说明书 题 目： 插件式液压 实验 装置的设计 学 院： 兴湘学院 专 业： 机械设计制造及其自动化 学 号： 2007964239 姓 名： 杨鹏程 指导教师： 周里群 (教授 ) 完成日期： 2011 年 6 月 7 号 I 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 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 ； We is in a in be no be no is a of to In to of a of to of of in a of on to do a of of to do a of of of a a of of be a of of a in an of of of is do in a of by to to by 目 录 摘要 第一章 前言 1 1 1 课题研究的背景 1 1 2 课题研究的内容 1 1 3 课题研究的目的与意 义 2 1 3 1 电液控综合实验台 研究的目的与意义 2 1 3 2 毕业设计的目的与意义 2 第二章 液压系统实验原理 3 在实验台上可以完成的实验 3 压系统原理 3 液压系统中工作压力形成原理实验 3 液压泵性能实验 8 流阀性能实验 11 节流调速回路性能实验 17 例压力阀的性能实验 22 第三章 元件选择 27 压泵的选择 27 量泵的选择 27 量泵的选择 28 动机的选择 28 压阀的选择 28 流阀的选择 29 磁换向阀的选择 29 速阀的选择 30 流阀的选择 30 向阀的选择 30 液比例溢流阀的选择 31 感器的选择 34 第四章 实验台台架设计 35 验台总体外形尺寸的确定 35 验台上部板面设计 36 验台附件设计 37 验台材料的选择 38 验台强度设计 39 验台强度校核 40 验台外观设计 43 结论 45 致 谢 46 参考文献 47 附 录 1 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。 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。 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、 2 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。 题研究的目的与意义 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。 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。 3 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 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 量泵性能实验 量泵性能实验 流阀的静态性能实验 流阀的动态性能实验 用节流阀的进口节流调速回路实验 用节流阀的出口节流调速回路实验 用节流阀的 旁路节流调速回路实验 用调速阀的进口节流调速回路实验 5比例阀性能实验 压系统原理 液压系统中工作压力形成原理实验 一 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 4 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 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例，液压缸有杆腔活塞有效面积为 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， ，则有22 。如 果 F 不变，液压缸下腔将维持 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 ()。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液压缸上腔直通油箱，即 ，此时液压缸理论推力为22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 或 F 有效 =F 理 效 （ 2 若将式（ 2各力改用表压 (压强 )形式表示，则有 5 2效有效 ，22 ，2效无效 （ 2 式中 P 有效 液压缸有效负载压力； 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 = P 无效 （ 2 - 3 ） 或 P 2 =P 有效 +P 无效 （ 2 - 4 ） 式（ 2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 须等于液压缸有效负载压力和无效负载压力之和。 图 2力形成原理图 图 2压缸负载效率 在图 2示的实验装置系统中，液压缸回油路阻力可以忽略不计，即，此时泵 2 出口工作压力 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 P 1 = P ( 2 - 5) 式 (2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 压泵的工作压力 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 6 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 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 基本不变。液压缸工作中如果外界负载在变化，则 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 P 恒等于 当 大时，P 调减小，反之亦然。 三实验装置 图 2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 7 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 4 0 5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 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 2F 有效 P 和 F 有效 V 曲线示意图 （ 2）实验所得结论 8 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。 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 线； (2)容积效率容、总效率 与工作压力 p 之间的关系即容 线； (3)输入功率 P 入 与工作压力 P 之间的关系即 P 入 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 ，所以 A 节 加大则泵的工作压力 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 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 (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 9 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 11 （ 2 式中 q 泵在额定转速下 的实际流量，单位为 3m s； q 理 3m 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 s； Q 泵的排量，单位为 s; 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 =单位为 3m s。 液压泵的 输入功率 P 入 和输出功率 P 出 为 P 入 =M*n 310 ( （ 2 P 出 =p*q 310 ( （ 2 式中 M 转矩，单位为 N m； n 转速，单位为 s； 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 (2 7)和 (2 8) 得：入出 （ 2 或 P 出 = P 入 = P 入容 机（ 2 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。 10 目前规定泵的各项技术指标如下： (摘自 1977 ) 单级定量叶片泵 (额定压力为 63称排量 Q 10Ml/r) 1 容 80%； 2 65%； 3 压力振摆 2 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量泵性能实验液压系统原理图 四 实验应得结果 11 示意图如图 2 图 2量叶片泵的静态特性曲线示意图 ： 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 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。 流阀性能实验 一 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。 12 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 13 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示 图 2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 14 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 图 2流阀压力示意图 p 及压力稳定时间 压力超调量是指瞬时升压过程中最高压力 (峰值压力 )调定压力 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 始至调定压力稳定时的时间 称为压力稳定时间。 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。 1t 是从输入电信号开始到调定压力稳定的时间。 2卸荷时间3t及压力回升时间 1t 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。3t和 1t 同样是越短越好，否则会影响系统的工作性能。3t是输入电信号开始到卸荷压力稳定的时间。 15 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 图 2流阀静动态特性实验液压系统原理图 在图 2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 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 示意图如图 216 图 2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 2流阀动态特性实验曲线示意图 节流调速回路性能实验 17 一 . 实验目的 、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 )。 析比较它们的调速性能 (速度 负载特性 )。 二 图 2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 (2液压缸活塞速度 1 （ 2 浓压缸受力平衡方程式 （ 机 =F （ 2 式中 液压缸背压腔压力，回油路直接通油箱时 ； 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%右。 当 时，液压缸主工作腔的压力机13 （ 2 由式（ 2 2 2以得到进油路速度 18 ）（）（机节机节 1211121（ 2 式 (2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 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 定后， v 随 F 的增加按指数的曲线下降，此即与负载 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= 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 (2 15)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。 （ 1）旁路节流调速回路的速度 负载特性 图 2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 （ 机 =F （ 2 19 若 时，则节流阀压降为 p=机13 （ 2 通过节流阀的流量 节2= ）机节 1( A （ 2 进入液压缸的流量 q1=q 泵 (2把 2入 2 ）（机节泵 11 （ 2 回路速度 11 ）（ 机节泵 （ 2 式 (2明当节流阀全部关闭时，液压缸有最大速度 A 节 调定后，当下式成 立时， F机节泵 ）（ 11 1）（节泵 （ 2 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图，可得出回路的速度 负载特性曲线簇。 （ 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 ）（节节 32 （ 2 若不考虑液压缸的泄漏，则液压缸的速度为 11 节 （ 2 20 图 2速阀进油路调速示意图 当负载 F 变化时压力 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 图 2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 21 路。通过压力表 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 负载特性曲线。 负载特性曲线。 其示意图如下： a b c 图 2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 流阀通流面积调定后的速度 负载特性曲线 22 (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 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。 例压力阀的性能实验 一 试控制输入信号与输出压力的关系。 试阶越响应特性和频率响应。 二 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示（见下页） 23 图 2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 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 24 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 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 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 录仪。 三 实验装置见图 2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。 25 图 2例压力阀性能实验液压系统原理图 四 示意图 图 2例溢流阀的静态特性曲线示意图 （ a） 性 （ b） 性 26 图 2例溢流阀的动态特性曲线示意图 （ c）阶越响应 （ d）频率响应 27 第三章 元件选择 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。 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 (双作用 )叶片泵。技术参数如下： 公称排量 r，额定工作压力为 速 n=1450r/量：零压力时 定压力时 积效率 80%,总效率 60%,驱动功率 量 力振摆 + 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。 为 的改进型，性能较好，少故障，少维修，以便教学计划顺利完成。 28 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 的 故选用 限压变量叶片泵，其技术参数如 下： 排量调解范围 0r， 额定压力 力调节范围 额定转速 600 驱动功率 列限压式变量叶片泵是 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） 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 ，变量泵电机选择 。 额定功率 载转速 1400r/ 定功率 3载转速 1420r/ 两个电机的转矩 T 均为 n*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。 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： 29 用可靠，工作时冲击和振动小，使用寿命长。 封性能好，内泄漏要小，无外泄漏。 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：定压力时 定压力 选择的液压泵中变量泵的流量为： 16mL/r（ 600（ 9600mL/ L/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。 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 先导溢流阀 10 通径规格 0 直动溢流阀 6 通径规格 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 30 电时 P、 A 相通，左位工作，此阀为常闭式。 三位四通阀 : 图 3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