液压与气压传动实验

液压与气压传动实验

实验一 油泵性能

一、实验目的

1、通过实验了解油泵的主要技术性能，测定油泵的流量特性、容积效率和总效率。 2.、掌握小功率油泵的测试方法。

3、产生对油泵工作状态的感性认识，如振动、噪声、油压脉动和油温变化等。

二、实验内容

1、油泵的流量特性

油泵运转后输出一定的流量以满足液压系统工作的需要。由于油泵的内泄漏，从而产生一定的流量损失。油泵的泄漏量是随油泵的工作压力的增高而增大的，油泵的实际流量是随压力的变化而变化的。因此需要测定油泵在不同工作压力下的实际流量，即得出油泵的流量特性曲线Q＝ f(P)．

2、油泵的容积效率

油泵的容积效率，是指它的实际流量Q与理论流量Q0之比，即：

?v?Q?100% QO式中：Q0可通过油泵的转速和油泵的结构参数计算。

对于双作用叶片泵：

R?r??Q0?2b??(R2?r2)?SZ?n

cos???R、r 分别为定子圆弧部分的长短半径

b 为叶片宽度 θ 为叶片的倾角 S 为叶片厚度 Z 为叶片数 n 油泵转速

在实验中，为便于计算，用油泵工作压力为零时的实际流量Qk（空载流量）来代替理论流量Q0，所以

?v?Q?100% Qk由于油泵的实际流量Q随工作压力变化而变化，而理论流量Q0(或空载流量Qk)不随压力产生变化，所以容积效率也是随油泵工作压力变化的一条曲线。通常所说的油泵容积效率是指油泵在额定工作压力下的容积效率。

3、油泵的总效塞

油泵的总效率?是指油泵实际输出功率Nc与输入功率NR之比即

??Nc?100% NR式中：Nc =

1·P·Q(kw)， 60P——油泵工作压力(MPa)， Q——油泵实际流量(L／min)； NR——104.7M·n(kw)，

M——电机输出扭矩(N·m)， n——电机转速(r·p·m)。

由预先测出的电机输入功率NdR与电机总效率?d的关系曲线(见图1-1)，用三相电功率表测出油泵在不同工作压力下电机的输入功率NdR，然后根据电机效率曲线查出电机总效率

?d，就可以计算出电机输出功率Ndc，这也就是油泵的输入功率NR。即

NR = Ndc = NdR·?d 所以

??电机效率曲线如图1—1

NcPQ??100% NR60NdR?d

图1—1 电机效率曲线

三、实验装置和作用

液压原理图见图1—2中油泵性能实验部分。

图1-2 节流调速性能、油泵性能与溢流阀静动态实验液压原理图 油泵18动力源，节流阀10外负载，溢流阀11调节油泵18的出口压力;

压力表12指示油泵18的出口压力;

流量计指示油泵流出流量的容积(10L／r)，秒表配合流量计测定流量。

四、实验步骤

在本实验中，可测得油泵的三个主要指标：油泵的流量特性、容积效率和总效率。 1、空载起动油泵在其运转一段时间后，当油温不再上升时，便可进行实验。

2、将节流阀10关闭，调节溢流阀11使压力表值为5MPa，此时，用锁母锁紧溢流阀11的调节旋钮。

3、调节节流阀10，使油泵出口压力从4MPa开始，每减少压力0.5MPa为一个测点，共测8个测点，第8个测点压力为0.5MP，分别记下每个测点的压力、流过一定容积油液的时间和电功率．此过程为减载过程。

4、调节节流阀10的开度为最大，测流量，此流量即为油泵的空载流量(此时压力可能不为零，为什么?)

5、调节节流阀10，使压力从0.5MPa到4MPa，方法同实验步骤3。此过程为加载过程。 6、实验完毕，溢流阀全部打开，压力表开关置“0”位，停车。 注意：实验步骤3和5的数据取平均值，即为所测得数据。

五、实验数据和曲线

1、实验数据填入表1—1。 2、特性曲线。

画出油泵的流量特性曲线，及?v～P和?～P的关系曲线。 (三条曲线可以画在同一张方格纸上)

六、分析和讨论实验结果

1、油泵的流量特性说明什么问题?

2、分析总效率曲线的变化趋势，说明总效率在什么范围内为较高，这在实际应用过程中有什么意义?

Qk?60V?—?—(L/min) tkV——空载流量(L)，

tk——测定该空载流量所用的时间(sec)。

表1-1 油温t = (℃) 序 压力 P t (s) 流量 Q=号 （MPa） 1 4 2 3.5 减 载 3 3 4 2.5 5 2 6 1.5 7 1 8 0.5 1 0.5 加 载 2 1 3 1.5 4 2 5 2.5 6 3 7 3.5 8 4 60v t泵输出 功率 电机输 入功率 电机 效率 电机输出功率 Ndc(kw) 油泵容 积效率 油泵总 效率 (L/min) Nc（kw） NdR(kw) ?d ?v(%) ?（%）

七、思考题

1、溢流阀11在实验中起什么作用?

2、实验中节流阀10为什么能够给被测油泵加载?

(提示：可用流量公式Q = k·A·?p来分析，k——节流阀的流量系数， A——截流面积，?p——节流阀前后压力差。)

12

实验二 溢流阀性能

一、实验目的

1、通过实验加深理解溢流阀的启闭特性和调压偏差。 2、对溢流阀的动态特性取得感性认识，如压力超调量等。 3、测定溢流阀的压力损失和关闭泄漏量。

二、实验内容

1、溢流阀的启闭特性和调压偏差

溢流阀调定压力Pt后，在系统压力将要达到调定压力Pt时，溢流阀就已经开启，我们称溢流阀刚刚开启时的压力为溢流阀的开启压力，用Pk表示。调压偏差?P是指调定压力Pt与开启压力Pk之差，即

?P?Pt?Pk

实验时，当被测阀通过试验流量为理论流量的1％溢流量时的系统压力值为开启压力Pk，而调压偏差?P与调定压力Pt之比称为调压偏差率?，即

???PPt?Pk??100% PtPt2、溢流阀的动态特性

溢流量突然变化时，溢流阀所控的压力随时间变化的过渡过程，如图2-I。

图2-1 溢流阀的动态特性(阶跃响应)曲线

①压力回升时间?t1是从开始升压至调定压力Pt稳定时的时间。 ②卸荷时间△t2是从调定压力Pt开始卸荷至压力稳定的时间。 ③压力超调量?pc是最大峰值压力Pmax与调定压力Pt之差。即

?Pc?Pmax?Pt

而压力超调量?Pc与调定压力Pt之比为压力超调率?，即

???PcPmax?Pt??100% PtPt3、溢流阀的性能指标

压力损失：溢流阀调压旋钮在全开位置时的压力值。 卸荷压力：溢流阀远控口接油箱时的压力值。

关闭泄漏量：溢流阀调压旋钮拧紧时，在额定压力下，通过溢流阀的溢流量。 压力振摆：额定压力下，一定的持续压力波动叫压力振摆。 压力偏移：额定压力下，在一分钟内的压力变化量叫压力偏移。

三、实验原理与器材

液压原理图见图1-2中溢流阀性能实验部分． 油泵18动力源；

溢流阀11调节实验回路压力； 溢流阀14被测阀；

换向阀13换接被测阀3的油路并提供阶跃信号； 换向阀15用于流量计或量筒的选择，

换向阀16使溢流阀卸荷，并提供阶跃信号；

流量计或量筒用于测定通过流量阀的流过的容积， 秒表配合流量计或量筒测定流量。

溢流阀的动态特性测试所用仪器：见图2-2;

电源供给器 压力传感器 电桥盒 动态应变仪 通用示波器 图2-2 溢流阀动态特性实验仪器连接框图

分流及附加电阻 光线示波器 交流稳压电源 BPR-2／100型电阻式压力传感器一个；

Y6D—3A型动态电阻应变仪一台； SCl6型光线示波器一台；

SBE-20A型二踪示波器(或通用示波器)一台； 614B型电子交流稳压电源一台； FF3型分流及附加电阻箱一台； 直流稳压电源一台；

四、实验步骤

1、溢流阀的启闭特性和调压偏差

①空载起动，关闭节流阀10，使换向阀17处于中位位置。

②换向阀13的电磁铁在“I”位置，关闭溢流阀11，调节溢流阀14，使测压点12—2的压力为4MPa，此压力为调定压力Pt。

③用流量计和秒表测定流量，此流量为被测阀的额定流量Qn。

④调节溢流阀11使压力下降，同时注意流量计指针，当流量计指针走动非常慢时(几乎

看不出走动时使换向阀15的电磁铁在“I”值，再继续调节溢流阀11使压力下降，当溢流量为较小时，用量筒和秒表测定流量，当流量为额定量Qn的1％时，此时压力为溢流阀的开启压力Pk。

⑤Pk为第一测点，每升高压力0.2MPa为一个测点，升到4MPa，记下每个测点的压力和流量 (大流量时用流量计，小流量时用量筒)此过程为开启过程。

⑥压力从4MPa降到Pk用⑤的方法，记下每个测点的压力和流量，此过程为关闭过程。 2、溢流阀的动态特性

①按图2—2所示，连接好测试仪器的电气线路，选择振子型号，(选择方法参见《光线示波器使用说明书》等有关书籍)。

②用BPR压力传感器组成半桥，平衡动态应变仪的一个通道。

③启动光线示波器，预热后起辉，调节光点位置，用压力校验泵和压力传感器给出标准应变信号，在感光纸上记下零压基准线和3、4、5、6MPa的准线。

④换向阀13在“I”位，关闭溢流阀11，调节被测阀14使压力为4MPa，将换向阀16在“I”位(通电)使主油路卸荷，准备好记录仪器，进行拍摄动态特性曲线，按下光线示波器拍摄按钮，将换向阀16置“0”位(断电)，主油路升压，接着迅速将阀16置“I”位，主油路卸荷拍摄完毕，取下记录纸，进行二次曝光，即得溢流阀的动态特性曲线。

⑤溢流阀11调至5MPa，压力表开关置“I”位，换向阀13置“I”位调节被测阀14压力为4MPa，换向阀13置“0”位，准备好记录仪器，进行拍摄动态特性曲线。将换向阀13置“I”位，主油路升压，再速使阀13置“0”位，主油路卸压，拍摄完毕，取下记录纸，进行二次曝光，即得溢流阀的动态特性曲线。

④和⑤是在两种实验情况下的特性曲线。 3、溢流阀的其它性能指标

①旋开被测溢流阀14的调压旋钮的开度为最大，记下测点12—2的力值，即压力损失。 ②调节溢流阀14，使测压点12—2压力大于0.5MPa，换向阀16置“I”位，记下测压点12—2的压力值，即卸荷压力。

③调节溢流阀11使测压点12—1的压力为5Mpa，拧紧溢流阀14的调压旋钮，使换向13、15都置“I”位，用量筒和秒表测得流量，即关闭卸漏量。

④换向阀13置“I”位，溢流阀14全部打开，关闭溢流阀11，调节溢流阀14，使测压点12—1的压力值为5MPa，记下压力振动幅值的一半，即压力振摆。

⑤实验方法同上，记下一分钟压力变化量，即压力偏移，

五、实验数据和曲线

调压偏差?P?Pt?Pk? (MPa) 调压偏差率?? ％ 表2-1 阀口 动向 序 号 1 开 启 过 程 2 3 4 5 6 压力 P（MPa） 溢 流 量 v(mL) t(s) 油温 60V(L/min) Q=1000t ?(?C) 1 关 闭 过 程

2 3 4 5 6 特性曲线：画出溢流阀的启闭特性曲线在方格纸上。计算出调压偏差和调压偏差率（注意：开启与关闭两条特性曲线通常不重合）。

2溢流阀的动态特性 表2—2 压力超调率 压力回升方 压力超调量调定压力 最大峰值压力 时间 ?Pc ??Pt(MPa) Pmax(MPa) ?Pc?Pmax?Pt Pt?t1(s) 法 1 5 2 卸荷时间 ?t2(s)

3、溢流阀的其它性能指标 表2—3 压力损失 （MPa） 卸荷压力 （MPa） 关闭泄漏量 (mL/min) 调定压力 （MPa） 5 压力振摆 （MPa） ± 压力偏移 （MPa） ± 六、分析和讨论实验结果

1、溢流阀的启闭特性对系统工作性能有何影响？

2、在同一溢流量下，为何开启过程的压力大于关闭过程的压力？（或者说为什么开启过程的特性曲线与关闭过程的特性曲线不重合？提示：从阀芯摩擦力方面分析。）

3、溢流阀的动态特性指标对液压系统工作有何意义？

4、与要求的技术指标（见下表2—4）相比较，说明该溢流阀的性能如何？ 表2—4 溢流阀的技术指标要求： 压力损失 卸荷压力 （MPa） （MPa） 0.4

0.2 关闭泄漏量 (mL/min) 40 调定压力 （MPa） 5 压力振摆 压力偏移 调压偏（MPa） （MPa） 差率% ±0.2 ±0.2 15-20

实验三 节流调速回路性能

一、实验目的

1、通过实验深入了解三种节流阀节流调速回路的性能差别。 2、加深理解节流阀与调速阀的节流调速回路的性能差别。

P5·A1

二、实验内容和原理

1、 进油路节流阀调速回路

如图3—1在进油路节流阀调速回路中 工作油缸的活塞受力平衡方程式：

P3A1?P5A1?R

式中：

P3——工作油缸无杆腔压力（MPa）；

3—1进油路节流阀调速回路

P5——加载油缸有杆腔压力（MPa）；

A1——工作油缸（或加载油缸）无杆腔有效面积（cm2）; (注：工作油缸与加载油缸结构尺寸相同)；

R——工作油缸和加载油缸的摩擦力之和（N） 进油路节流阀的前后压差?P

?P?PA?P3?PA?P5?R A1式中：PA——油泵出口压力（或溢流阀调定压力）。 通过节流阀进入油缸的流量Q

Q?K·A·?Pm?K·A(PA?P5?Rm) A1式中：K——流量系数；

A——节流阀的有效节流面积（cm2）；

m——压力指数，节流口为薄壁口时m=0.5。 所以工作油缸活塞运动的速度v：

v?QK·AR?(PA?P5?)m A1A1A1式中：K、A1、R、m都为定常值。A在节流阀调定后也不变化。所以只要P5变化即负

载变化时，工作油缸活塞运动的速度就随之变化，即此速度是负载压力的单值函数。因此，通过改变负载压力，即可得到进油路节流阀调速回路的速度负载特性。

v?f(P5)

2、回油路节流阀调速回路

如图3—2在回油路节流阀调速回路中，工作油缸的活塞受力平衡方程式：

P3·A1?P4·A2?P5·A1?R

P4

式中：P4——工作油缸有杆腔压力（MPa）；

A2——工作油缸有杆腔有效面积（cm2）； 其余同前。

回油路节流阀前后压差?P：

?P?P4?0?通过节流阀的流量Q：

(P3?P5)A1?R

A2(p3?p5)A1?Rm]

A2Q?K·A·?Pm?K·A[所以，工作缸活塞运动速度v：

v?QKA(P3?P5)A1?Rm?[] A2A2A2与实验1相同

v?f(P5)

3、旁油路节流阀调速回路

如图3—3在旁油路节流阀速回路中，工作油缸活塞受力平衡方程式：

P3·A1=Ps·A1+R

油路节流阀前后压差?P：

?P?P3?O?(P5?通过节流阀流回油箱的流量?Q：

R)?0 A1?Q?K·A·?Pm?K·A(P5?进入工作油缸的流量Q ：

Rm) A1Q?QB??Q?QB?K·A(P5?式中：QB——油泵额定流量。 所以工作缸活塞运动速度v：

Rm) A1v?QQBK·AR??(P5?)m A1A1A1A1式中的QB当采用定量泵时为常量，所以可以得到与实验1相同的结论：

v?f(P5)

4、进油路调速阀调速回路

如图3—4在负载变化时，虽然加在调速阀两端的压差变化，但由于调速阀中减压阀的作用，使通过的流量不变，所以活塞的运动速度不随负载的变化而产生变化。所以

v?Q?f(P5)?常数 A1三、实验装置和作用

液压原理图见图1—2中节流调速回路性能部分。 1、系统工作部分： 油泵1：动力源；

溢流阀2：调定油泵出口压力； 换向阀3：给工作缸换接油路；

节流阀7、8、9进油路、回油路、旁油路三种调速回路的节流阀； 调速阀6：进油路调速回路的调速阀；

压力表4、5指示油泵出口压力，节流阀前后压力和调速阀前后压力值； 秒表：记录工作油缸在一定行程的时间； 油缸；19执行机构。 2．加载部分： 油泵18：动力源；

溢流阀11：调定油泵18出口压力； 换向阀17：换接加载缸油路；

油缸20：油缸19的外负载(模拟负载)； 压力表12：指示油泵18的出口压力。

四、实验步骤

1、进油路节流阀调速回路

①空载起动，待油温不再上升时开始实验。

②关闭调速阀6，节流阀9，全部打开节流阀8，组成进油路节流阀调速回路。

③调节溢流阀2使测压点4-1的压力值为3MPa，换向阀17置右位，调节溢流阀11使测压点12—1的压力值为0.5MPa。

④转动压力表开关使压力表的测压点为4—3、5—2、12—3，调节节流阀7为小开度。 ⑤换向阀3置左位，用秒表记下工作缸活塞运动一定行程L所需时间t，同时记下活塞运动过程中压力表4、5、12的压力值，换向阀3置右位，回程。

⑥加载压力每隔0.5MPa为一个测点，到2.5MPa共五个测点，重复上述步骤。 ⑦改变节流阀7为中开度和大开度，各重复上述步骤一次。 2、回油路节流阀调速回路：

①关闭调速阀6、节流阀9、全部打开节流阀7，组成回油路节流阀调速回路。 ②改变节流阀8的开度为小开度、中开度和大开度三种。 ③各压力表测压点为4—3，5—3,12—3，其余同实验1。 3、旁油路节流阀调速回路

①关闭调速阀6，全部打开节流阀7和8，组成旁油路节流阀调速回路： ②改变节流阀9的开度为小开度、中开度和大开度三种。 ③各压力表测压点为5—2(5—3)、12—3，其余同实验1。 4、进油路调速阀调速回路

①关闭节流阀7、9，全部打开节流阀8，组成进油路调速阀调速回路： ②改变调速阀6的开度为小开度、中开度和大开度三种。

③各压力表测压点为4—3(4—2)，5—2，12—3，其余同实验1。

五、实验数据和曲线

1、 进油路节流阀调速回路

①将实验数据填入表3—1 ②特性曲线：

在方格纸上画出速度负载特性曲线v = f(P5)。 系统压力PA = 4Mpa； 活塞行程L = 200mm。

表3—1 油温?= （C） 节流阀 开度 A0 加载调定 压 力 P（MPa） 0.5 1 小 1.5 2 2.5 0.5 中 1 1.5 活塞运动 活塞运动 时 间 T(s) 速 度 V(mm/s) 加载缸无 杆腔压力 P5(MPa) 节流阀 前压力 P1(MPa) 节流阀 后压力 P3(MPa) 02 2.5 0.5 1 大 1.5 2 2.5

2、回油路节流阀调速回路

①将实验数据填入表3—2中。 ②特性曲线：

画出速度负载特性曲线V=f(P5)在方格纸上。 系统压力PA=4MPa，活塞行程L=200mm。

表3—2 油温?= （C）

?节流阀 开 度 A0 加载调定 压 力 P（MPa） 0.5 1 活塞运动 时 间 t(s) 活塞运动 速 度 V(mm/s) 加载缸无 杆腔压力 P5(MPa) 节流阀 前压力 P4(MPa) 节流阀 后压力 P6(MPa) 小 1.5 2 2.5 0.5 1 中 1.5 2 2.5

0.5 1 大 1.5 2 2.5 3、旁油路节流阀调速回路

①将实验数据填入表3—3中 ②特性曲线：

在方格纸画出速度负载曲线v=f（P5）。 系统压力PA=4MPa，活塞行程L=200mm。

表3—3 油温?= （C） 节流阀 开 度 A0 加载调定 压 力 P（MPa） 0.5 1 小 1.5 2 2.5 0.5 1 中 1.5 2 2.5 0.5 1 大 1.5 2 2.5 活塞运动 活塞运动 时 间 t(s) 速 度 V(mm/s) 加载缸无 杆腔压力 P5(MPa) 节流阀 前压力 P3(MPa) 节流阀 后压力 P7(MPa) 0

4、进油路调速阀调速回路

①将实验数据填入表3—4中。 ②特性曲线

在方格纸上画出速度负载曲线。

系统压力PA=4MPa，活塞行程L=200mm。 表3—4 油温?= （C）

节流阀 加载调定 活塞运动 活塞运动 加载缸无 开 度 A0 压 力 P（MPa） 0.5 1 小 1.5 2 2.5 0.5 1 中 1.5 2 2.5 0.5 1 大 1.5 2 2.5 时 间 t (s) 速 度 V(mm/s) 杆腔压力 P5(MPa) 调速阀 前压力 减压阀 后压力 调速阀 后压力 0P1(MPa) P2(MPa) P3(MPa)

六、分析和讨论实验结果

1、分析三种节流阀调速回路的性能

(提示：从不同开度和不同负载情况下分析系统运动平稳性。)

2、比较节流阀和调速阀的调速性能的差别，说明两种阀性能差别的原因，并说明在负载压力接近系统工作压力时，速度迅速下降的原因。

七、思考题

1、在本实验中要获得同样的运动速度，进回油节流阀调速回路中节流阀的开度谁大谁小?为什么?

2、能否通过实验曲线说明：旁油路节流阀调速回路的调速范围小?(提示：曲线斜度较大时，运动平稳性较差)。

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/ex9p.html