液压与气压传动实验指导书（11级7个） - 图文

液压与气压传动实验指导书

主编 王廷军 黄晓宇

上海电机学院 2013年6月

前 言

《液压与气压传动》课程是机械类各专业的一门技术基础课，其特点是理论与实践密切联系。通过实验，可以使学生进一步加深对液压与气压元件的结构、工作原理、技术参数和用途的认识，深入理解液压与气压传动基本回路与系统的组成、工作原理和性能。《液压与气压传动课程实验》从对元件结构的熟悉、性能测试到基本回路的构成、系统的工作性能和特点循序渐进、逐步深入，以培养学生观察问题、分析问题和解决工程实际问题的能力，培养学生的设计能力、工程实践能力和创新思维和创新能力。

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注意事项

1. 上实验课之前，须认真预习《液压与气压传动实验指导书》，复习教材有关理论知识。

2. 做实验之前须熟悉元件的工作原理和动作的条件，掌握快速安装的方法，绝对禁止强行拆卸，不要强行旋扭各种元件的手柄，以免造成人为损坏。

3. 因实验元件结构和材料的特殊性，在实验的过程中务必注意稳拿轻放防止碰撞；在回路实验过程中确认安装稳妥无误才能进行加压实验。

4. 严禁带负载启动（要将溢流阀旋松），以免造成安全事故。 5. 做实验时，系统压力不得超过额定压力6.3MPa。

6. 做实验之前一定要了解本实验系统的操作规程，在实验老师的指导下进行，切勿盲目进行实验。

7. 实验过程中，发现回路中任何一处有问题时，应立即切断泵站电源，并向指导老师汇报情况，只有当回路释压后才能重新进行实验。

8. 实验中的行程开关为感应式，开关头部距离感应金属约4mm之内即可感应信号。

9. 实验完毕后，要清理好元件，注意做好元件的保养和实验台的清洁。经过指导老师允许后方可离开。

10. 实验报告册的项目要填写完全，书写要工整，曲线尽可能用坐标纸绘制；实验结果要进行误差分析。

12．本实验课程独立考核。

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目 录

实验一 液压系统压力形成实验······································ 1 实验二 液压泵性能实验············································ 6 实验三 液压元件拆装实验·········································· 9 实验四 液压缸循环动作控制实验····································13 实验五 实验六 实验七 节流调速回路性能实验······································15 气动元件认识和速度换接实验································24 气动回路设计实验··········································28

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实验一 液压系统压力形成实验

一、实验目的

1、分析液压系统中的负载体，分析液压系统中工作压力的形成。进而理解液压系统中工作压力的组成，理解液压缸的工作压力和系统的压力损失；

2、理解系统中工作压力与外加负载的关系，加深理解液压传动中“工作压力决定于外界负载”的含义。掌握液压系统中工作压力形成和传递的规律。

二、实验原理

本实验采用液压缸作为实验缸，液压泵从油箱吸油，经压油管供油至液压缸下腔，由于外加负载FW 的存在，将阻止液压缸下腔密封容积的扩大，从而使液压泵不断排出的油液受到压缩，因此导致油压不断上升，当压力升高到能够克服外加负载时，活塞便被推动上升。

在有杆腔输入压力油，活塞在进油压力的推动下以某一速度匀速上升时，工作腔的压力大小可由活塞的受力平衡方程得出：

p1 A ? p A ? F ? F ? F

2 2 1 f G W

可得液压缸有杆腔压力p1 式中：p1—液压缸有杆腔压力； p2—液压缸无杆腔压力； A1—液压缸无杆腔面积； A2—液压缸有杆腔面积；

Ff—摩擦阻力（包括活塞与缸筒内壁的

摩擦阻力和活塞杆与液压缸端盖处 的摩擦阻力），摩擦阻力属于无效负 载；

FG—活塞、杆件重力；

FW—砝码及托盘的重力（外界负载）

图1-1 实验加载系统 如果液压缸上腔直通油箱，则p2?0，有

p1?(Ff?FG?FW)/A2

如果外界负载为零，即FW?0，略去活塞及活塞杆自重以及其他阻力时，液压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（p1?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有三大类：外加阻力、液压阻力、密封阻力。其中，外加阻力为有效负载，液压阻力和密封阻力均为无效负载。

因此，图1-1中的液压缸下腔压力p1是由外界负载决定的，p1?p有效?p无效，这就是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，液压缸工作腔压力必需等

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于液压缸的有效负载压力和无效负载压力之和。液压泵出口压力是由液压缸下腔压力和回路压力损失决定的，即pP?p1???p，它说明要获得工作压力p1，液压泵的工作压力pP 必需等于液压缸工作腔压力和该工况下压力损失之和。

三、实验内容

1、液压缸摩擦阻力、活塞、杆件的重力等对液压缸工作压力的影响

实验在未施加砝码重力负载和液压阻力不变的情况下进行。通过多次使液压缸有杆腔进油，观察液压缸有杆腔工作压力情况及是否变化。

2、液压缸外负载变化时对液压缸工作压力的影响

外负载是指直接加在活塞杆上的有效负载（砝码和砝码托盘的重力）。在液压缸活塞杆上加不同的负载（砝码），观察其工作压力随之变化的情况。实验应在液压阻力不变的情况下进行。

四、实验设备

1、实验设备 FESTO液压实验台。 2、实验液压系统原理图

1-滤油器 2-液压泵 3-电机 4-溢流阀 5-压力表 6-调速阀 7-手动换向阀 8-单向阀 9-节流阀 10-压力表 11-液压缸 12-压力表 13-砝码 14-油箱

图1-2 液压系统原理图

本实验的液压系统原理图如图1-2所示。压力由压力表测得，每个砝码的质量相同，实验时逐级加载。

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五、实验步骤

1、测试前的实验台调整，排除系统内的空气 （1）依据实验原理图，检查液压元件的连接。

（2）关闭调速阀6，打开节流阀9开至最大，完全放松溢流阀4的手柄。

（3）接通电源，启动液压泵。待运转正常后，慢慢关小溢流阀4，并认真观察各压力表，使泵的出口压力p1 调到2.5MPa。在不加砝码的情况下，再慢慢打开调速阀6至某一开口。

（4）通过手动阀7使活塞杆缓慢上下往复运动3~5次（到终点），以排出系统内的空气。注意，此时活塞速度要慢，使各缸活塞杆往复运动到终端时撞击声最小，并有充分时间在活塞杆单向向上运动行程中能够观察出压力表读数。

2、液压缸摩擦阻力、活塞、杆件的重力等对液压缸工作压力的影响实验

（1）通过手动阀7，使液压缸活塞杆降到下端，使活塞处于下位。注意在实验中适当调节节流阀9的开度，使液压缸具有较慢的下行速度。

（2）然后慢慢打开调速阀6，使油液进入液压缸下腔，活塞上行，先观察清楚各有关压力表指示值的变化情况，再记下活塞上行阶段压力表pP 、p1 、p2的压力值。然后，控制手动阀 7再使活塞处于下位。

（3）重复以上（1）、（2）的操作2次，分别记下各压力值，填入实验记录表1-1中。 3、液压缸的外负载变化时对液压缸工作压力的影响实验

（1）在液压缸活塞处于上位时，调节溢流阀4，使液压泵出口压力调到4.5MPa。将节流阀9调至某一开口。

（2）然后慢慢打开调速阀6，使油液进入液压缸下腔，活塞上行，先观察清楚各有关压力表指示值的变化情况，再记下活塞上行阶段压力表pP 、p1 、p2的压力值。然后，控制手动阀 7再使活塞处于下位。

（3）重复（2）的步骤，分级加载，在活塞杆下端托盘上依次挂上不同数量的砝码，每次增加1块砝码。记下活塞杆上行阶段的压力值，填入实验记录表1-2中。

（4）控制手动换向阀7使活塞处于上位，取下砝码放回原处，关闭实验用缸的节流阀、调速阀6，再慢慢全松溢流阀4。使系统压力为零后关闭电源。

六、实验数据处理

（一）要求

1、实验数据要工整地填入表格内。

2、按本实验目的和内容对实验数据和观察到的现象进行分析。 （二）测试参数与计算

1、液压缸摩擦阻力、活塞、杆件的重力等对液压缸工作压力的影响

表1-1液压缸摩擦阻力、活塞、杆件的重力等对液压缸工作压力的影响

实验条件：

液压缸有杆腔有效面积A2= m2 ； 液压缸无杆腔有效面积 A1= m2 溢流阀4的调定压力 MPa； 液压缸的行程L= m

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待测参数 次数 n 1 2 2、液压缸的外负载变化时对液压缸工作压力的影响

表1-2 液压缸的外负载变化时对液压缸工作压力的影响

实验内容：液压缸的外负载变化时，各测点的压力记录

液压泵工作压力 液压缸工作压力 液压缸回油腔压力计算结果 摩擦阻力、活塞、杆件的重力之和 pP（MPa） p1（MPa） p2（MPa） 实验条件：一块砝码的质量M= kg； 活塞全行程长度L= m

液压缸有杆腔有效面积= A2 m2； 溢流阀4的调定压力 MPa 液压缸无杆腔有效面积A1= m2

设定参数 待测参数 计算结果 表中：

序号 砝码块数n 砝码总重量（N） 1 0 2 1 3 2 4 3 5 4 pP（MPa） p1（MPa） p2（MPa） p有效（MPa） p无效（MPa）??p p有效?F有效A2?nMg A2nMg A2因托盘质量远远小于砝码质量，这里忽略了托盘重量产生的有效负载部分。

p无效?p1?p有效?p1?回路压力损失之和为

??p?p?p

P1 （三）数据处理

依据实验测得的数据，作出液压缸p—F曲线（包括p1 、p有效 、p无效），并进行分析。

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七、思考题

1、液压缸活塞在运动开始、运动中、运动停止时其压力值有无变化？为什么？ 2、当外负载为零时，为何液压缸工作腔的压力不等于零？分析其产生的原因。 3、分析液压缸工作腔压力与外负载的关系，理解“系统压力决定于外负载”的含义。

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实验二 液压泵性能实验

一、实验目的

1、了解液压泵的主要性能，学会测试小功率液压泵工作特性的原理和方法； 2、加深对液压泵的理论流量、实际流量、额定压力、工作压力、容积效率的定义及其相互关系的理解；

3、增强对液压泵的工作情况的感性认识，通过实验观察液压泵工作的振动、噪声、油压的脉动、油温的升高等。

二、实验原理

液压泵把原动机输入机械能（T，n）转化为液压能（p，q）输出，送给液压执行机构。由于泵内存在泄漏（用容积效率 ?v表示），摩擦损失（用机械效率 ?m表示）和液压损失（此项损失较小，通常忽略），所以泵的输出功率必定小于输入功率，总效率为：?＝?v?m；要直接测定?m比较困难，一般测出?v和? ，然后算出?m。

液压泵的工作压力由外负载决定，本实验在被试定量泵的出口串联一个节流阀，节流阀的出口直接通油箱，则通过节流阀的流量为q?CqAT??p?,对于定量泵，q为定值；对于特定的节流阀和油液，Cq一定。此时节流阀两端的压力差?p等于泵的出口压力，所以节流阀通流面积AT加大则泵的工作压力减小，反之，AT减小则泵的工作压力加大，即通过改变节流阀通流面积AT就可以改变被试泵的工作压力、对泵施加不同的负载。实验的液压系统原理图如图2－1所示。

序号 １ ２ ３ ４ ５ ６ ７ ８ 9

m名 称 叶片泵 直动式溢流阀 节流阀 流量传感器 温度计 滤油器 油箱 压力表 转速传感器 电机 功率表 型 号 YBY1-12-7 DBDH6P10 DV12 LWGY-6 WYZ-01 0-10MPa 数 量 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 10 11 图2-1 液压泵性能实验原理图

三、实验内容

1、液压泵的流量——压力特性

测定液压泵在不同工作压力下的实际输出流量，得出流量—压力特性曲线q?fq?p?。 实验中，压力由压力表8直接读出，各种压力时的流量由智能流量积算控制仪直接读出。实验中可使溢流阀2作为安全阀使用，调节其压力值为6MPa，用节流阀3调节泵出口工作压力的大小，由流量传感器和测得液压泵在不同压力下的实际输出流量，由智能流量积算控

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制仪读出。直到节流阀调小使液压泵出口压力达到5MPa为止。给定不同的出口压力，测出对应的输出流量，即可得出该泵的q?fq?p?。

2、液压泵的容积效率——压力特性

测定液压泵在不同工作压力下，它的容积效率——压力的变化特性?V?fV?p?。

因为：?V?所以：?V?输出流量(q)输出流量(q) ?理论流量(qt)空载流量?q0?fq(p)q 由于：q?fq(p) 则：?V??fV(p) qtqt式中，理论流量qt――液压系统中，通常是以泵的空载流量来代替理论流量（或者qt?nv，n为空载转速，v为泵的排量）。

实际流量q――不同工作压力下泵的实际输出流量。 3、液压泵的输出功率——压力特性

测定液压泵在不同工作压力下，它的实际输出功率和输出压力的变化关系

PO?fN?p?。

输出功率：PO?pq?pfq?p??fN(p) ４、液压泵的总效率——压力特性

测定液压泵在不同工作压力下，它的总效率和输出压力之间的变化关系??f??p?

??Popq??f?(p) PiNi式中：Pi为泵的输入功率，实际上Pi为泵的输入扭矩?T?与角速度???的乘积，由于扭矩不易测量，这里用电动机的输入电流功率近似表示，该值可以从实验台功率表上直接读出。

四、实验设备

SQY－02液压气动综合实验台。

五、实验步骤

1、首先了解和熟悉实验台液压系统的工作原理及各元件的作用，明确注意事项，检查油路连接是否牢靠。

2、全部打开节流阀3和溢流阀2，接通电源，启动液压泵1，让被试液压泵空载运转约1分钟，排除系统内的空气。

3、关闭节流阀3，通过溢流阀2调整液压泵的压力至6MPa，再用锁紧螺母锁紧调节手柄，以便测试时将溢流阀2作为安全阀使用。

4、将节流阀3开至最大，压力表的读数将接近于零（因为有沿程损失等，不会完全为零），测出泵的空载流量，即泵的理论流量。

5、逐级关小节流阀3，对液压泵进行加载。以1MPa为加载压力级差，使压力分别为1MPa、2MPa、3MPa、4MPa、5MPa共五个测点，测出不同负载压力下的相关数据。包括液压泵的压力、输出流量、输入功率和转速。压力通过压力表8读出，输出流量通过流量计4读出，输入功率通过台面上功率表读出，转速通过台面上转速表直接读出。注意节流阀每次调节后，须待系统稳定运行后再测量有关数据。

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6、逐渐开大节流阀3，对液压泵进行卸载。以1MPa为卸载压力级差，使压力分别为5、4、3、2、1MPa，测出不同负载压力下的相关数据。

7、实验完毕后，打开节流阀3，全松溢流阀2，液压泵卸荷，然后停止电机，关闭实验台总停按钮，关闭电源。

六、实验数据处理

表2-1 液压泵性能实验记录表

实验台型号：

液压泵排量： 溢流阀调定压力： 设定参数 实验 次数 待测参数 计算结果 p (MPa) 0 1 q n Pi (L/min) (r/min) (kW) 载荷为零 加载 卸载 平均值 加载 Pi(kW) Po(kW) ηv ηm η 2 卸载 平均值 加载 3 卸载 平均值 加载 4 卸载 平均值 加载 5 卸载 平均值 表中的各平均值为加载过程和卸载过程测得数据的平均值。

对应于同一压力点，取加载和卸载两次读数的平均值作为计算的数据，用坐标纸绘制q

－p、ηv－p、η－p 、Pi－p，Po－p五条曲线，分析实验结果。

七、思考题

1、液压泵的工作压力大于额定压力时能否使用？为什么？

2、从η－p曲线中得到什么启发？（从泵的合理使用区间、合理选择泵的功率等考虑）。 3、在液压泵特性实验液压系统中，溢流阀起什么作用？节流阀起什么作用？ 4、分析造成实验误差的原因。

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实验三 液压元件拆装实验

一、实验目的

1、通过对齿轮泵、叶片泵、柱塞泵等液压元件的拆装，加深了解典型液压泵的结构、特点与工作原理。

2、对液压泵的加工及装配工艺有一个初步的认识，掌握液压元件拆装的基本要领。 3、观察和了解活塞缸、液压阀等其他常用液压元件的结构。

二、实验内容

1、拆装齿轮泵

CB-B型齿轮泵的结构如图3-1所示。在吸油腔，轮齿在啮合点相互从对方齿槽中退出，密封工作空间的容积不断增大，完成吸油过程。在排油腔，轮齿在啮合点相互进入对方齿槽中，密封工作空间的容积不断减小，实现排油过程。

图3-1 CB-B型齿轮泵

2、拆装叶片泵

YB型叶片泵的结构如图3-2所示。

图3-2 YB型叶片泵

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3、拆装柱塞泵

斜盘式轴向柱塞泵是一种常见的轴向柱塞泵，这种柱塞泵的变量方式通常有手动变量、压力补偿变量、伺服变量等多种方式。图3-3是SCY14型斜盘式手动变量轴向柱塞泵的结构简图。其主体部分由传动轴带动缸体旋转，使均匀分布在缸体上的七个柱塞绕传动轴中心线转动，通过中心弹簧将柱滑组件中的滑靴压在变量头（或斜盘）上。这样，柱塞随着缸体的旋转而作往复运动，完成吸油和压油动作。

图3-3 SCY14型斜盘式手动变量轴向柱塞泵结构简图

手动变量泵改变流量靠外力转动调节手轮，旋转调节螺杆，带动变量活塞沿轴向移动，同时带动变量头绕中心转动，改变倾斜角，达到变量目的。当达到所需流量时可使用锁紧螺母紧固。

调节手轮顺时针转动时，流量减小。调节手轮逆时针转动时，流量增加。其百分值可粗略从刻度盘上读出。工作时改变流量须卸荷操作。

4、观察活塞缸、液压阀等其他常用液压元件的结构。

三、实验用工具及材料

内六角扳手、固定扳手、螺丝刀、铜棒、塑料棒、各种液压泵，活塞缸、液压阀等其他常用液压元件。

四、实验要求

1、通过拆装，理解液压泵内每个零部件的构造与作用，了解其加工工艺要求。 2、了解如何认识液压泵的铭牌、型号。

3、掌握液压泵的职能符号（定量、变量、单向、双向）及选型要求等。 4、通过实物分析液压泵的工作三要素（三个必须的条件）。

5、分析影响液压泵正常工作及容积效率的因素，了解易产生故障的部件并分析其原因。

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8、掌握拆装液压泵的方法和拆装要点。拆装时注意不要拆下轴承，不得用金属棒猛砸液压泵的零件。

9、观察活塞缸、液压阀等其他常用液压元件的结构及特点。

四、实验步骤

1、拆装齿轮泵，记录拆装步骤。注意以下几个方面：

（1）观察及了解各零件在齿轮泵中的作用，了解齿轮泵的工作原理，按一定的步骤拆开并装配齿轮泵。

（2）根据实物，简要说明齿轮泵的结构组成？ （3）齿轮泵的密封工作腔是由哪些零件围成的？ （4）齿轮泵为什么能够吸油和压油？

（5）如何解决齿轮泵的困油问题，从结构上加以分析。 （6）齿轮泵有几个泄漏途径？

（7）齿轮泵的吸、压油口有什么区别？为什么？ 拆完后，将齿轮泵装好，注意不要遗漏零件。

表2-1 齿轮泵的拆装

所拆装的齿轮泵的型号： 额定参数：

拆装顺序 1 2 3 4 5

拆装零件或单元 所用工具 2、拆装叶片泵，记录拆装步骤。注意以下几个方面： （1）叶片泵由哪些零件组成？ （2）叶片泵为什么能够吸油和压油？ （3）叶片泵的配油盘在结构上有那些特点？ （4）转子上的叶片槽为什么朝前倾个角度？

（5）叶片泵工作时，如何保证其叶片始终顶住定子内圈面上而不产生松脱现象？ 拆完后，将泵装好，注意不要遗漏零件。

表2-2 叶片泵的拆装

所拆装的叶片泵的型号： 额定参数：

拆装顺序 1 2 3 4 5

拆装零件或单元 11

所用工具

3、拆装柱塞泵，记录拆装步骤。注意以下几个方面： （1）所拆装的柱塞泵由哪些主要零件组成？ （2）解释柱塞泵的吸油和压油原理？

（3）在所拆装的柱塞泵结构中，是如何解决工作时柱塞与斜盘间的摩擦磨损问题的？ （4）柱塞泵的配油盘结构特点？如何解决工作时缸体与配油盘间的摩擦磨损问题的？ （5）与其他泵相比，柱塞泵为什么能够获得更高的工作压力？ 拆完后，将泵装好，注意不要遗漏零件。

表2-3 柱塞泵的拆装

所拆装的柱塞泵的型号： 额定参数：

拆装顺序 1 2 3 4 5 拆装零件或单元 所用工具 4、活塞缸、液压阀等其他常用液压元件的结构

对于已经拆开的活塞缸、液压阀等其他常用液压元件，观察活塞缸、液压阀等其他常用液压元件的结构，理解活塞缸、液压阀的结构特点。

五、回答思考题

1、齿轮泵有几个泄漏途径？

2、齿轮泵的吸、压油口有什么区别？为什么？ 3、叶片泵的配油盘在结构上有那些特点？ 4、转子上的叶片槽为什么朝前倾个角度？ 5、所拆装的柱塞泵是如何调节变量的？

6、在所拆装的柱塞泵结构中，是如何解决工作时柱塞与斜盘间、缸体与配油盘的摩擦磨损问题的？

7、与其他泵相比，柱塞泵为什么能够获得更高的工作压力？

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实验四 液压缸循环动作控制实验

一、实验目的

1、熟悉液压缸的典型工作循环；

2、掌握液压缸典型工作循环的控制和调整；

3、对单液压缸系统工作情况的感性认识，对此类系统的工况能完成一些具体分析。

二、实验原理

常见液压缸的典型工作循环为“快进—工进—快退—原位停止”。本实验通过建立能使一个单杆活塞缸完成“差动快进—工进—快退—原位停止”工作循环的系统，正确连接控制线路，进行必要的工况调节，完成该系统的控制和调整，实现液压缸循环动作的正确控制。对该回路不同工作阶段的参数进行测量，以判断各工作阶段的回路效率。

序号 1 名称 液压泵 型号 YBY1-12-7 数量 1 2 3 4 5 6 7 溢流阀 三位四通换向阀 单向调速阀 二位三通换向阀 单杆活塞缸 接近开关 1 1 1 1 1 3

图4-1 实验液压系统原理图

三、实验内容

1、液压系统的识别和连接

根据实验原理图识别并判断所选用的元器件是否正确、液压回路连接是否正确；在上面的表格中填入各阀的型号；按动作要求正确连接控制线路。

2、液压缸循环动作的正确实现

按照“差动快进—工进—快退—原位停止”的工作循环要求分别以手动控制和半自动控制的形式完成该工作循环。

3、各工作阶段的参数测量

在工作循环的不同阶段，测试回路的输入和输出数据，计算各阶段的液压回路的效率。

四、实验设备

SQY－02液压气动综合实验台。

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五、实验步骤

1、读懂实验原理图，找出节流调速回路、差动连接快速运动回路、速度换接回路等。 2、按照实验原理图判断液压回路连接的正确性，检查液压元件的型号并加以记录。 3、按手动控制的要求，正确连接控制线路。

4、确定连接无误后，旋松溢流阀手轮，开启系统电源，启动泵站电机，合适调节系统压力（4MPa左右）。手动控制使Y1电磁铁得电，三位四通电磁换向阀在左位工作；手动控制使Y3电磁铁失电，二位三通电磁换向阀也在左位工作；让液压缸构成差动回路（即工况为差动快进）。保持或重复此工况，测量该工况下的压力和速度。

5、手动控制使Y1电磁铁仍然得电，三位四通电磁换向阀仍在左位工作；Y3电磁铁失电，二位三通电磁换向阀在右位工作；液压缸处在回油节流调速状态（即工况为工进）。此时可以调节调速阀4调节工进的速度。保持或重复此工况，测量该工况下的压力和速度。

6、手动控制使Y2电磁铁得电（Y1电磁铁失电），三位四通电磁换向阀换在右位工作；Y3电磁铁失电，二位三通电磁换向阀在右位工作；液压缸处在快退的工况。保持或重复此工况，测量该工况下的压力和速度。

7、改变控制线路的连接，从手动控制改为自动控制（半自动控制）。适当布置位置传感器（左、中、右三个接近开关），分别控制电磁铁Y1、Y3、Y2。实现动作为：手动启动使液压缸进入差动快进的工况，当活塞杆运动到中间的接近开关时，使Y3电磁铁得电，液压缸进入工进工况；当活塞向右走到终了时，活塞杆运动到右边的接近开关，该接近开关使电磁铁Y2得电，液压缸进入快退工况；当活塞向左走到终了时，活塞杆运动到左边的接近开关，该接近开关使电磁铁Y1得电，液压缸开始新的一轮工作循环。循环两次后手动停止液压缸的工作循环。

六、实验数据处理

有关参数：液压缸直径D=40mm 活塞直径d=20mm 行程s=200mm 实验台型号及编号：

待测参数 工况 压力动作时间 输入功率转速速度 计算结果 输出功率回路效率 MPa 差动快进 工进 快退 原位停止 s kW r/min m/s kW 绘制液压缸的工况图。（横坐标为工况中循环动作的四个阶段，纵坐标分别为压力、速度、功率和效率），参见教材P341。

七、思考题

1、本实验的液压系统由哪些基本回路组成？ 2、工作循环的如此划分有什么特点？

3、动作循环的手动控制、半自动控制有什么特点？ 4、从工况图上可以得出什么结果？

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实验五 节流调速回路性能实验

一、实验目的

1、了解节流调速回路的组成，掌握回路的特点；

2、分析、比较采用节流阀的进油节流调速回路中，节流阀具有不同通流面积时的速度负载特性；

3、分析、比较采用节流阀的进、回、旁三种调速回路的速度负载特性； 4、分析、比较节流阀、调速阀的进口节流调速回路性能。

二、实验原理

在各种机械设备的液压系统中，调速回路占有重要的地位，尤其对于运动速度要求较高的机械设备，调速回路往往起着决定性的作用。在调速回路中节流调速回路结构简单，成本低廉，使用维护方便，是液压传动中一种主要的调速方法。

节流调速回路是由定量泵、流量控制阀、溢流阀和执行元件等组成，它通过改变流量控制阀阀口的开度，即通流截面积来调节和控制流入或流出执行元件的流量，以调节其运动速度。节流调速回路按照其流量控制阀类型或安放位置的不同，有进口节流调速、出口节流调速和旁路节流调速三种。流量控制阀采用节流阀或调速阀时，其调速性能各有自己的特点，同时，三种调速回路的调速性能也有差别。

1、采用节流阀的进口节流调速回路

下图是节流阀安装在液压缸进口路上的节流调速系统。定量泵输出的流量一定，一部分经节流阀进入液压缸，另一部分经溢流阀流回油箱。调节节流阀的通流面积AT的大小，可以改变进入液压缸的流量，从而改变活塞的工作速度。

图5-1 节流阀进口节流调速回路

当不计摩擦力时，这种回路的主要参数存在如下关系： 活塞上的力平衡方程为：

p1A1?p2A2?F

由于回油进入油箱，所以p2?0,

p1?式中

F?pL A1pL ——称为负载压力，即活塞单位面积上承受的负载力。

q1?CdAT?pm?CdAT(pP?p1)m

进入液压缸的流量即是通过节流阀的流量：

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活塞运动速度为

v?q1?CdAT(pPA1?F)m A1运动平稳性即速度受负载力变化的影响，一般情况用速度—负载特性来表示。调速回路中液压缸工作速度和负载之间的关系称为速度——负载特性。以工作速度v为纵坐标，负载F为横坐标，在节流阀在不同开口时，就可得一束速度—负载特性曲线。

回路中流量关系为

qP?q1??q

式中?q为溢流阀的溢流量。

进口节流调速的特点是油泵工作在恒压下，有溢流损失和节流损失，损失较大，故油液容易发热，特别在小开度低速工作时液压效率很低。其效率为

??p1q1 pPqP从特性图上可以看出，当负载压力变化时，尽管节流阀的开度保持不变，但负载流量还是要变化的。这是因为负载变化时，加在节流阀上的压差要相应变化，通过节流阀的流量就要发生变化，这就意味着活塞的运动速度不能保持稳定，这是我们所不希望的。要消除这种现象比较困难，但我们可以设法减小这个流量变化的程度。这个变化的程度可用系统速度刚性来表示。系统速度刚性的定义为：

dpL(pP?p1)1?m G???dqLCdATm式中 qL ——称为负载流量，即推动活塞运动的流量。从上式可以看出，为了提高系统的速度刚性，应采用薄壁缝隙节流口形式的节流阀，使m为最小值(m=0.5)。

系统刚性不是一个常数，它和系统工况有关。负载压力小时，系统刚性要大一些；节流阀开度小时，系统刚性也要大一些。进口节流调速回路，活塞只有一侧有油压的作用，即所谓的一面刚性，当负载方向变化时或具有振动时，活塞容易颤振，它不如出口节流调速平稳。

2、采用节流阀的出口节流调速回路

图5-2 节流阀出口节流调速回路

这种回路通过控制液压缸的回油腔流出的流量q2，从而间接控制了进入液压缸的流量

q1，达到调节液压缸运动速度的目的。调节节流阀的通流面积AT的大小，可以改变流出

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液压缸的流量，从而改变活塞的工作速度。回路的各个主要参数存在如下关系：

p1A1?p2A2?F

p1?pP

qP?q1??q

q2?CdAT?pm

?p?p2

因此，有

v?q1q2??CdAT(pPA1?F)m/A2 A1A2从上式可以看出：节流阀出口节流调速回路的速度负载特性方程与节流阀进口节流调速回路性质相同，故其调速性能基本相同。

节流阀出口节流调速液压缸的两面都有油压，即具有两面刚性，当负载方向变化时或具有振动时，活塞能较好地保持平稳运动。因此，节流阀回流节流调速比较胜任于负载波动较大，平稳性要求较高的工作情况，特别是适合于低速工作情况。

3、采用节流阀的旁路节流调速系统

这种回路的活塞的运动速度的调节是借助节流阀的分流来实现的，调节节流阀的通流面积AT的大小，控制节流阀的流量qT，从而间接控制了进入液压缸的流量q1，达到调节液压缸运动速度的目的。

图5-3 节流阀的旁路节流调速回路

回路中溢流阀只起安全阀的作用，不溢流。液压泵的工作压力等于液压缸的工作压力

p1，亦即负载压力pL，液压缸的力平衡方程为：

p2?0

p1A1?p2A2?F

p1?pP

qP?q1?qT

qT?CdAT?pm ?p?p2

因此，有

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q1qP?CdAT(F/A1)m v??A1A1

回路只有节流损失而无溢流损失，故其效率比进口节流和出口节流调速要高，一般适用于功率较大的传动系统。

旁路节流调速液压缸的背压为零，故也只有一面刚性。 4、采用调速阀的进口调速节流调速回路

图5-4 调速阀的进口调速节流调速回路

它的工作情况与节流阀进口调速基本一致，定量泵输出的流量一定，一部分经调速阀进入液压缸，另一部分经溢流阀流回油箱。工作压力随负载的变化而变化，但调速阀中的减压阀使节流阀前后的压差基本不变。 因此活塞的运动速度不随负载变化而变化，运动的平稳性好。减压阀有个最小工作压力，对于中低压调速阀，最小的压差为0.5MPa，负载变化时，其减压阀自动调节使节流阀两端的压差?p节流保持不变。

q1?CdAT?p节流m?p节流?pm?p1

这里调速阀中的节流阀两端的压差是恒定的，但调速阀两端的压差是随负载变化而变化的，为

?p?pP?p1

由于这种调速回路既有溢流损失、节流损失，又有减压损失，所以功率损失更大。 根据各种节流调速的速度—负载特性方程可知，当节流阀的结构形式和液压缸的尺寸确定以后，液压缸活塞杆的工作速度与节流阀的通流截面积、溢流阀的调定压力（液压泵的供油压力）及负载有关。所以，

（1）在各种调速回路中，固定一个可调节流口的开度，改变负载的大小。同时测出相应的工作缸活塞杆的运动速度及有关测点的压力值，即可作出一条以工作速度v为纵坐标，负载F为横坐标的速度—负载特性曲线。改变节流阀的不同开度，即可得到一组速度—负载特性曲线族。

（2）液压缸活塞杆工作速度的测定

用钢皮尺测量活塞杆行程L，用秒表测出行程时间t，则活塞杆的工作速度为

v?L/t （m/s）

（3）加载方式

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采用加载液压缸与工作缸的活塞杆同轴对顶的加载方法，调节加载缸工作腔的不同负载压力，即可获得不同的负载值。

（4）各处压力值由压力表测出。 5、实验液压系统原理图

图5-5 采用节流阀的节流调速实验系统原理图

三、实验内容

1、测试采用节流阀的进口节流调速回路的速度-负载特性； 2、测试采用节流阀的出口节流调速回路的速度-负载特性； 3、测试采用节流阀的旁路节流调速回路的速度-负载特性； 4、测试采用调速阀的进口节流调速回路的速度-负载特性。

四、实验设备

液压实验台；秒表一块；300mm钢皮尺一把。

五、实验步骤

（一）节流阀的进油节流调速回路 1、实验前的准备 （1）加载系统的调整

a、电源控制板上的电磁阀处于中位。

b、全松溢流阀2、9，关闭节流阀10，接通实验台电源。

c、启动液压泵8，待运转正常后（约半分钟），逐渐旋紧溢流阀9，使系统压力p6达0.3～0.5MPa。通过三位四通电磁阀12的切换，使加载缸18往复运动3～5次，排出系统内的空气，检查系统工作是否正常，然后，使活塞杆退入缸内，电磁阀12回中位。

（2）调速回路的调整

a、将旁路节流阀7关闭、出口节流阀6全开，将进口节流阀5全开，启动液压泵1，调节溢流阀2，使系统压力p1处于低压0.3～0.5Mpa。

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b、通过电磁换向阀3，慢慢调节节流阀5的开度，使工作缸的运动速度适中，反复切换电磁阀3，使工作缸活塞往复运动，检查系统是否正常工作。然后使活塞杆退入缸内，电磁阀3处于中位。

c、通过电磁阀12使加载缸18的活塞杆伸出。 2、实验操作

分别取节流阀5的两个不同的节流口开度进行实验。

a、旋转节流阀5的手柄，先得到一个较大的节流口开度AT1。旋转溢流阀2的手柄，使液压泵1的供油压力p1为4MPa。（建议加载缸最大负载压力不超过4MPa）。

b、旋转溢流阀9旋钮，用溢流阀9调节加载缸的工作压力p6，使工作缸得到若干加载压力。采用逐级加载方法，在每级载荷下，操纵电磁阀3，使工作缸活塞杆伸出，测出工作缸顶出行程时所用的时间，并在其运动过程中分别按实验数据记录表5-1中的各项要求测定数据，填入表中。

c、然后计算出工作油缸的运动速度，负载应加到工作缸停止运动为止。

d、旋转节流阀5的手柄，再选择一个较小的节流口开度AT2进行实验，。分别重复步骤b和c，并将测定的各项实验数据填入5-1中。

e、测试完毕，应使工作缸的活塞杆退入缸内，加载缸的活塞杆伸出并将前者顶住。然后使电磁阀3和12均处于中位，全松溢流阀2和9的旋钮。

（二）节流阀的出口节流调速回路 1、实验装置调整 （1）加载系统调整同上； （2）调速回路调整

在电磁换向阀3处于中位情况下，将节流阀7全关，进油节流阀5全开，调节出口节流阀6的开度，通过电磁换向阀3，使工作缸的运动速度适中，其余做法同上。

2、实验操作

调节节流阀6的节流口开度，取一个较为适中的发口开度大小进行实验，其它操作均同进口节流调速回路实验，按表5-2的各项要求分别记录有关实验数据。

（三）节流阀的旁路节流调速回路 1、实验装置调整 （1）加载系统调整同上； （2）调速回路调整

在电磁换向阀3处于中位情况下，将进油节流阀5、回油节流阀6全开，调节旁路节流阀7的开度大小，通过电磁换向阀3，使工作缸的运动速度适中，其余做法同上。

2、实验操作

调节节流阀7的节流口开度，取一个较为适中的发口开度大小进行实验，其它操作均同进口节流调速回路实验，按表5-４的各项要求分别记录有关实验数据。

（四）调速阀的进口节流调速回路 1、实验装置调整

（1）加载系统调整，同上； （2）调速回路调整

将溢流阀2松开，关闭液压泵1，用调速阀代替节流阀5，连接好油路后再启动液压泵

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1。在电磁换向阀3处于中位情况下，将节流阀７关闭、回油节流阀6全开，调节调速阀的开度，通过电磁换向阀3，使工作缸的运动速度适中，其余做法同上。

2、实验操作

实验操作时，调速阀4的取两个不同节流口开度，为了与节流阀的进口节流调速回路性能比较，实验时调定负载压力数值最好相同。其它操作均与前相同。并按表5-4中各项要求分别记录有关实验数据。

实验结束后，全开调速阀4、节流阀5、6、7和10。全松溢流阀2、9和14。待系统完全卸荷后，关闭液压泵和实验台电源。

六、实验数据处理

液压缸无杆腔有效面积A1= cm 有杆腔有效面积A2 = cm活塞行程L= mm 1、节流阀的进油节流调速回路

待测参数 系统调力 (MPa) 开度 液压泵节流阀工作缸力p1 压力p2 力p4 (MPa) (MPa) (MPa) 定的压节流阀的工作压入口处进油压活塞运加载缸进动时间 油压力p7 t(s) (MPa) 计算结果 2

2

负载 F（N） 活塞运动速度 v(mm/s) AT1 （稍大） AT2 （稍小） 绘制速度负载特性曲线。

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2、节流阀的出口节流调速回路

待测参数 系统调力 (MPa) 开度 液压泵工作缸工作缸力p1 力p4 力p5 定的压节流阀的工作压进油压回油压(MPa) (MPa) (MPa) 活塞运加载缸进动时间 油压力p7 t(s) (MPa) 计算结果 负载 F（N） 活塞运动速度 v(mm/s) AT1 （稍大） AT2 （稍小）

绘制速度负载特性曲线。 3、节流阀的旁路节流调速回路

待测参数 系统调力 (MPa) 开度 液压泵工作缸工作缸力p1 力p4 力p5 定的压节流阀的工作压进油压回油压(MPa) (MPa) (MPa) 活塞运加载缸进动时间 油压力p7 t(s) (MPa) 计算结果 负载 F（N） 活塞运动速度 v(mm/s) 适中 绘制速度负载特性曲线

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4、调速阀的进油节流调速回路

待测参数 系统调力 (MPa) 开度 液压泵节流阀工作缸力p1 压力p2 力p4 (MPa) (MPa) (MPa) 定的压节流阀的工作压入口处进油压活塞运加载缸进动时间 油压力p7 t(s) (MPa) 计算结果 负载 F（N） 活塞运动速度 v(mm/s) AT1 （稍大） AT2 （稍小）

绘制速度负载特性曲线

七、思考题

1、比较节流阀的进口节流和出口节流调速回路中

（1）如果工作缸的活塞杆要获得同样的速度，节流阀的三种回路中节流阀开度有何不

同？

（2）如果要克服同样的负载，工作缸的压力有何不同？ （3）空载时，工作缸中两腔压力如何？ （4）活塞杆碰到死挡铁时，压力变化情况如何？ 2、各种调速回路中，液压缸的最大承载能力取决于什么？ 3、分析这几种调速回路，指出哪种能量损失小，即效率高？

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实验六 气动元件认识和速度换接实验

一、实验目的

1、认识气压元件，熟悉其在气动控制回路中的应用；

2、通过装拆气动基本回路，加深理解调速回路的组成和性能，掌握回路速度换接的一般方法。

二、实验内容

1、认识实验台气动元件库中的各个气动元件，了解其特点和性能；

2、按照给出的气动系统原理图，从气动元件库中选出所需要的元件，并在实验台上连接这些元件，搭接气动回路，实现系统功能；

3、对所搭接的气动回路进行调试。

三、实验装置

SQY-02液压气动综合实验台。

四、实验原理

系统具有以下速度回路：快速运动、工作进给、快速退回，使用电磁阀（或机械阀）可以实现各种速度的手动换接，利用接近开关控制电磁阀5，可以实现两种不同速度的自动换接。

1、气源 2、气动三联件 3、两位五通单电磁换向阀 4、单向节流阀 5、两位三通单电磁换向阀 （常开） 6、双作用气缸 7、接近开关

图6-1 速度换接回路实验原理图

1、减压阀

在气动系统中，一般来说由空气压缩机先将空气压缩，储存在储气罐内，然后经管路输送给各个气动装置使用。储气罐的空气压力往往比设备实际所需要的压力高些，因此需要减压阀进行减压，并使减压后的压力稳定在所需压力值上。图7-4为减压阀的工作原理、职能

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符号和实物图。气动系统的二联件或者三联件中就有减压阀，因而减压阀很少单独使用，系统压力由二联件或者三联件调节控制。

图7-4 直动式减压阀

2、快速排气阀

快速排气阀是为了使气缸快速排气，加快气缸的运动速度而设置的。一般安装在换向阀和气缸之间，属于方向控制阀中的派生阀。图7-5为快速排气阀的工作原理图，当进气口1进入压缩空气，使密封活塞上移，封住排气口3，这时工作口2有压缩空气输出；当工作口2有压缩空气输入时，密封活塞下移，封住进气口1，而使工作口与排气口相连，气体快速排出。

图7-5 快速排气阀

3、双压阀

在折弯机气动系统中，要求工件到达预定位置后，按下按钮气缸才能动作。转运站的产品拾取气动回路也有这样的要求，像这种有一定的“与”逻辑含义的控制，在实际中经常用双压阀来完成。图7-6为双压阀的工作原理图，双压阀有两个进气口1和一个工作口2，当仅有一个进气口（图7-6.a和图7-6.b）进气时，压缩空气推动阀心，封住压缩空气的通道，使工作口2没有压缩空气输出。若两个进气口同时有压缩空气输入，且气压相同时，阀心封住一个通道而总有另一个进气口与工作口相通，使工作口2有压缩空气输出（图7-6.c）。若两个进气口的输入压力不同，那么压力高的那一端推动阀心移动，使压力低的一端进气口与工作口相连，工作口就输出低压力的压缩空气。双压阀的控制功能也可以用两个换向阀串联

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来实现。

图7-6 双压阀

4、梭阀

梭阀相当于两个单向阀的组合阀，如图7-7所示。梭阀有两个输入口，一个输出口。不管压缩空气从哪一个进气口进入时，阀心将另一面的进气口封闭，使工作口2有压缩空气输出。若两端进气口的压力不等，则高压口的通道打开，低压口被封闭，高压进气口与工作口相连，工作口2输出高压的压缩空气。梭阀具有一定的“或”逻辑功能，即任何一端有信号输入，就有信号输出，所以它常用于一个执行元件或控制阀需要从两个或更多的位置来驱动的场合。像料仓工件传送气动系统中，操作人员按下按钮，气缸可伸出；或者操作人员踏下一个踏板开关时，则送料气缸也能伸出。

图7-7 梭阀

5、方向控制阀

方向控制阀种类繁多，操纵方式多样，与液压阀类似，气控换向阀应用较多。 6、气动元件的连接方法

连接气动回路时，都是使用即插即用的方法把各个气动元件连接起来的，只要按照气动回路元件的顺序连接即可。拆卸管子时，先将管接头的卡口轻轻按下，然后拔出管子。

五、实验步骤

１、认识气动元件，然后根据实验的需要选择元件，包括单杆双作用气缸、单向节流阀、二位三通单电磁换向阀、二位五通单电磁换向阀、三联件、接近开关、连接软管等。并检验元件的实用性能是否正常。

２、看懂原理图，根据原理图动手搭建实验回路。

３、连接二位五通单电磁换向阀和二位三通单电磁换向阀（或机械阀）以及接近开关的电源。

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