液压传动实验指导书.doc

液压传动实验指导书

刘体龙 编

河北工程大学
机电学院液压测控实验室
2023年10月

目　　录
实验规定 ………………………………………………………………… (2)
实验一 液压泵的性能实验 …………………………………………… (3)
实验三 差动联接快速回路 …………………………………………… (13)
实验五 节流调速实验 ……………………………………………………(20)

实验规定
1．实验前必须充足预习，完毕指定的预习任务。预习规定如下：
1) 认真阅读实验指导书，分析、掌握实验回路的工作原理，并进行必要的分析。
2) 预习思考题。
3) 了解实验目的，弄清实验现象，收集必要的资料（涉及实验理论、实验方法、实验条件等）。
4) 预习实验中所用各仪器设备的使用方法及注意事项。
5) 预习实验指导书，了解实验所需完毕的内容（带问题听课），对指导书规定的内容做到心中有数，力争在听课、实验操作、实验报告答疑过程中取得全面收获，以提高实践技能，为毕业后尽快适应实际工作，打下良好的实践基础。
2．使用实验仪器设备前必须了解其性能、操作方法及注意事项，并在使用时应严格遵守。
3．实验前将所属回路的压力控制阀的调压手柄松开，互相仔细检查，拟定无误方可接通电源，初学或没有把握应经指导教师审查批准后再接通电源。
4．按实验操作环节认真、细致完毕实验内容。
5．实验时应注意观测，若发现有破坏性异常现象(例如有元件冒烟、发烫或有异味及异常声音等情况时)应立即关断电源，保持现场，报告指导教师。 找出因素、排除故障，经指导教师批准方可继续完毕实验。
6．实验过程中，应仔细观测实验现象，要不断地对实验结果进行分析判断，认真记录实验数据。并将所记录的实验数据结果经指导教师审阅签字或认可后再结束实验。
7．认真回答指导教师提出的质疑（涉及口头回答和书面回答）。
8．实验结束后，必须关断电源、拔出电源插头，并将仪器、设备、工具等按规定整理归位。
9．实验后每个同学必须按规定整理实验数据（涉及计算依据、计算结果、曲线绘制和表达式等等），分析实验结果（涉及思考题），独立完毕实验报告，及时把实验报告上交到老师审阅。

实验一 液压泵的性能实验
§l 实验目的
了解液压泵的重要性能，学会小功率液压泵的测试方法。明确产品试制、油泵使用性能与经济效益之间的关系。
§2 实验内容及环节
液压泵的重要性能涉及：能否达成额定压力、额定压力下的流量（额定流量）、容积效率、总效率、压力脉动（振摆）值、功率等项。前三项为重要性能，泵的测试重要是测试这几项。本实验液压泵的技术指标为下表1—1
表1—1
项目
名称
额 定 压 力
kgf/cm2
公 称 排 量
mL/r
容 积 效 率
%
总 效 率
%
压 力 振 摆
Kgf/cm2
单 级
定量叶片泵
63
≤10
≥80
≥65
±2
液压泵由电动机驱动输入机械能（M 、n），输出的液压能（p 、Q)送给液压系统中的负载元件（节流阀）。
油泵的总效率涉及：由机械摩擦损失产生的机械效率η机、由泄漏现象产生的容积效率η容和由液体的压缩现象产生的液压效率η液（此项损失在中、低压中很小，可略而不计）。所以液压泵的输入必大于输出，即总效率必小于1。它表达为：

η机的测定比较困难，一般采用测出η总和η容的方法求出机械效率η机。
一、液压泵的流量──压力特性(p－Q)
用节流阀的开度（节流加载）来给定液压泵出口的不同压力，并相应测出各压力下的实际流量，进而得到流量——压力特性Q = f (p)
本实验的压力由压力表直接读出，流量由流量计（或：量筒配秒表）测出。
注意：本实验应尽也许地在同温下测出，因油温对压力油粘度的敏感性较强，粘度越小，压力越高，其内泄漏损失就越大，实验精度就越低。
1．空载 (零压) Q空流量的测定
液压系统中的绝对空载流量是不也许测得的，大家知道，油液经泵将之输送到执行机构，即便外加负载为零，但总要通过管路和控制阀。由流体力学知：油液的流动有沿程阻力损失和局部阻力损失，但这部分损失一般很小，对外加较大负载来说可略而不计。
在实际生产中，泵的理论流量Q理常用Q空近似代替，Q理也不用液压泵的几何参数和运动参数计算，而是用当外加负载为零时，各路元件的开口量均为最大时的（液流只克服沿程阻力和局部阻力）测定流量Q空作近似代替。即Q空≈Q理。
2．额定（满载）流量的测定
用节流加载阀10使油泵出口端工作在额定压力（63 kgf/cm2）下，并测其所排出的额定流量Q额。
3．在不同工作压力下的流量测定
用节流加载阀10调节油泵出口端的工作压力（无极或有级），并相应测出油泵在不同工作压力下的实际流量Q。
二、液压泵的容积效率η容：

由于电机转速在液压泵处在额定工作压力及零压时基本上相同（n额≈n空）
则： （令Qm = Q额）
三、液压泵的总效率：
或　
式中：
Ｎ出──油泵的输出功率： （Ｋw）
Ｐ──油泵的输出压力（由节流阀调节）（kgf/cm2）
Ｑ──油泵在输出压力ｐ值下所相应的流量（L/min）
N入──液压泵的输入功率：N入= N表·η电 （Kw）
式中：
N表──为电动机的输入功率（Ｋw）
η电──为电动机在不同负载下所相应的效率。
所以：液压泵的总效率可表达为：

§3 实验装置及液压系统原理图
实验设备：液压教学实验台
型号：QCSOO3B
实验原理图见（图1）
§4 实验环节（参考）
1．将溢流阀9的手柄放松，用电磁阀13 、17将1＂油路切断（图中未画出），关闭节流阀10 ，启动油泵18，调节溢流阀9的手柄使油泵出口压力调至70kgf/cm2。
2．将节流阀10松开，反向再逐级旋紧节流阀10的调节手轮，使油泵出口端承受不同的负载，并相应测出油泵工作压力P和流量Q；电机输入功率N表和电机效率η电 。
压力p：由压力表P6读出。
流量Q：由流量计或（量筒）测出，并计入单位时间内油泵容积的变化量△V / t
则： （L/min）
式中：t──相应于容积变化量△V(L)所需的时间( S )；
电机输入功率N表，由功率表读出；电机效率η电，由功率表读出（通过实验室改装）；
上述各项参数的测试数据，最佳进行两次，其结果填写在表1—2中的a和b栏内。
§5 实验报告
根据Q = f(p) 、N入 = g 1 (p) 、N出 = g 2 (p)、η容=(p) 、η机=(p)和η总=(p)，用直角坐标纸绘制特性曲线，并分析被试泵（YB-6）的性能。

§6 思考题
1．实验油路中溢流阀起什么作用？
2．实验系统中节流阀为什么能对被试泵进行加载（可用流量式Q=C·AT·△P进行分析）式中：
C──流量系数；AT──节流面积；
△P──节流阀进出口压差；──压力指数（近似为0.5）。
3．从液压泵的效率曲线中可得到什么启示（如合理选择泵的功率、泵的合理使用区间等方面）。
提醒：液压泵最高效率的80%～85%为合理使用区间。

实验一、液压泵性能测定实验登记表1—2
环境条件：油温： ℃。

序
号
测
试
数
据
测算内容

1
2
3
4
5
6
7
8
备 注
a
b
a
b
a
b
a
b
a
b
a
b
a
b
a
b
1
被试泵的压力P(Kgf/cm)

2
泵输出油液容积的变化量△V(L)

相应于△V所需时间t（S）

3
泵的流量Q = （1/min）

4
泵的输出功率N出（Kw）

5
电动机的输入功率N电入（Kw）

相应于N表下的电动机效率η电（%）

6
油泵的输入功率N（Kw）

7
油泵的总效率η总（%）

8
油泵的容积效率η容（%）

9
油泵的机械效率η机（%）

说明：被试阀的压力可在0～70 Kgf/cm范围内间隔10 Kgf/cm取一点。建议每点逐项内容测两次，分a、b计入本表中。然后根据记录和计算参数绘制特性曲线。
实验三 差动联接快速回路
§l 实验目的
1．掌握缸Ⅰ实现非差动联接与差动联接的工进、快进以及快退回路的组成及工作特点。
2．了解液压差动联接回路在工业生产中的应用。
3．知道增速原理以及设计和控制方法。
§2 实验内容与具体理论
1．非差动联接工进回路
实验油路：（见实验原理图3）
溢流阀3液流计26油箱
泵1单向阀6三位四通阀21左位二位二通电磁换向阀19左位缸1大腔…… 缸1小腔二位三通电磁换向阀18右位二位二通电磁换向阀17下位三位四通电磁换向阀21左位油箱。
2．差动联接快进回路
实验油路：（见实验原理图3）
溢流阀3液流计26油箱
泵1单向阀6三位四通电磁换向阀21左位二位二通电磁换向阀19左位缸1大腔…… 缸1小腔二位三通电磁换向阀18左位
3．按理论公式求出缸Ⅰ的运动速度：
1）非差动联接工进速度：
V1 (m/min)
2）差动联接快进速度：
V3 (m/min)

3）快退速度：
V2 (m/min)
式中：
Q──进入油缸Ⅰ中的流量（按定量泵的流量9.2 L/min取值）；
A1──缸Ⅰ大腔面积 （cm2 ）；
A2──缸Ⅰ小腔面积 （cm2 ）；
A3=A1—A2—活塞杆横截面积 （cm2 ）

4．按实测结果求出运动速度：

V1 (m/min)

V2 (m/min)

V3 (m/min)
式中：
S──活塞工作行程（实验取值40cm）
t 1、t 2、t3分别为缸Ⅰ非差动联接实现工进、快退和差动联接实现快进的时间（SeC）。将上述3、4结果整理在实验报告中的表3—1中。
§3 实验装置及液压系统原理图
实验设备：液压教学实验台
型号：QCSOO8
液压系统实验原理图见 (图3）
§4 实验方法及环节
实验时将实验台面板上的转换开关ZK旋至VⅠ位，缸Ⅰ差动联接快速回路示教板灯光亮。将压力表开关35、36、37分别旋至P1、P6、P7位。
1．非差动联接工进：
旋紧2＂油路的溢流阀5，关闭3＂油路上的转阀29，旋紧1＂、4＂油路上的节流阀30、10，控制5＂油路上的换向阀16使其位于上位，松开溢流阀3的调压手柄。
启动油泵1，将选择开关9×A旋至Ⅱ位，10×A旋至Ⅰ位， 4ZT得电，5ZT、6ZT、8ZT、10ZT失电。逐渐旋紧溢流阀3的调压手柄，直至无溢流。此时油缸工进，待油缸工进终了时，再继续调压使P1压力升高8~10 kgf/cm2。
将10×A旋至Ⅱ位， 6ZT得电，4ZT、5ZT、8ZT、10ZT失电，油缸快速退回。
反复上述环节（连续两次），并相应测出油缸工进、快退的运动速度及动作压力。
2．差动联接快进：
非差动联接回路实验后，将选择开关9×A旋至Ⅰ位，11×A旋至Ⅰ位， 4ZT、5ZT得电，6ZT、8ZT、10ZT失电，此时油缸差动快进。
将11×A旋至Ⅱ位， 6ZT得电，4ZT、5ZT、8ZT、10ZT失电，油缸快速退回。
反复上述环节（连续两次），并相应测出油缸快进、快退的运动速度及动作压力。
注：系统采用差动联接后，油缸得到增速，本系统油缸两腔的有效面积比接近2∶1（缸径为65mm，活塞杆直径为45mm）故差动快进速度约为非差动工进速度的二倍。
§5 实验报告
在认真完毕实验的基础上分析实验结果的对的性（理论与实验进行比较）并结合下式进行讨论：
实测 V3 ：V1= 理论 V3 ：V1=
结果 V2 ：V1= 结果 V2 ：V1=
§6 思考题
1． 非差动联接时，为什么快退工作压力比工进工作压力大得多？
2． 拟定非差动、差动联接时的实验油路。
3． 举例说明液压差动联接回路在机械工业中的应用。
4． 指出单向节流阀5和节流阀11在系统中的作用。

理论与实测结果登记表3—1
实
测
项
目
实测
理
论
计
算
快
进
速
度
m/min
实测
理
论
计
算
快
退
速
度
m/min
快进压力
快退压力
快
进
时
间
SeC
快
进
速
度
m/min
快
退
时
间
SeC
快
退
速
度
m/min
P7
kgf/cm2
P6
kgf/cm2
P6
kgf/cm2
P7
kgf/cm2
非
差
动
1

2

差
动
1

2

实验五 节流调速实验
§l 实验目的
通过对节流阀和调速阀的进口节流调速实验，得出它们的调速特性曲线，并比较分析它们的调速性能和各自的应用场合。
§2 实验内容
一、采用节流阀的进口节流调速回路的调速性能
二、采用调速阀的进口节流调速回路的调速性能
当节流阀的结构形式和油缸的尺寸大小拟定后，油缸活塞杆的工作速度V与节流阀的过流面积AT、系统的调定压力P及负载F有关。
调速回路中油缸活塞杆的工作速度V和负载F之间的关系，称为回路的速度—负载特性。
给定适当的节流开度（过流面积AT）和系统压力P值后，改变负载F的大小，并相应测出工作油缸活塞杆的运动速度V和测点的压力值。以不同调速方式所得的测试数据（或计算数据）V（速度）和N（功率）为纵坐标，以负载F为横坐标绘制V—F特性曲线和N—F特性曲线。具体规定如下：
⑴ 油泵输出功率—压力（负载）特性曲线；
⑵ 油缸有效功率—压力（负载）特性曲线；
⑶ 流量（或速度）—压力（负载）特性曲线。
实验方案：
1．工作油缸活塞杆的运动速度V：用定程长度（L）和电子秒表测出（L=240mm）；
其中：V=L/t（mm/s）
2．负载F：采用油缸加载，本实验采用加载油缸与工作油缸的活塞杆处在同心位置直接对顶加载的加载方案。调节加载油缸工作腔的油压值，即可使调速回路获得不同的负载值；
3．各处的压力值：均由相应的压力表读出；
4．机械油温：由温度计指示（注意不得超过400C）。
§3 实验装置及液压系统原理图
实验设备：液压教学实验台
型号：QCSOO3B
液压系统实验原理图见 （图5）
§4 实验方法及环节
一、采用节流阀的进口节流调速回路
1．实验装置的调整
⑴ 加载系统的调整：
关闭节流阀10,电磁阀13处在常态。松开溢流阀9的调压手柄，启动油泵18。调整溢流阀9使系统压力处在低压5 kgf/cm2左右，通过切换电磁阀17使加载油缸活塞杆往复运动3—5次，排除系统内空气，然后使加载油缸处在退回位置。
⑵ 调速回路的调整:
将调速阀6、旁路阀4和节流阀7全闭，节流阀8全开，松开溢流阀2的调压手柄，启动油泵1。调整溢流阀2使系统压力处在低压5 kgf/cm2左右，将电磁阀3的P、A和B、O口接通，然后慢慢调节节流阀7的开度，并使工作油缸的活塞杆运动速度适中，反复切换电磁阀3使工作油缸的活塞杆往复运动3—5次，排除系统内空气，检查系统工作是否正常。
2．按拟定好的实验方案，调定油泵1的供油压力P1和流量控制阀（节流阀7）的开度AT，并使工作油缸的活塞杆退回，加载油缸的活塞杆靠切换电磁阀17使之向前伸出，并于工作油缸的活塞杆紧靠在一起。
3．用溢流阀9逐级调节加载油缸的工作压力P7，并相应测出工作油缸19的活塞杆运动速度V。（注：负载应加到工作油缸19的活塞杆不运动为止）
4．反复2和3环节至实验方案结束，并将数据记录在表5—1中。
二、采用调速阀的进口节流调速回路
1．实验装置的调整
⑴ 加载系统的调整（同上述一）
⑵ 调速回路的调整:
将调速阀6、旁路阀4和节流阀7全闭，节流阀8全开，松开溢流阀2的调压手柄，启动油泵1。调整溢流阀2使系统压力处在低压5 kgf/cm2左右，将电磁阀3的P、A和B、O口接通，然后慢慢调节调速阀6的开度，并使工作油缸的活塞杆运动速度适中，反复切换电磁阀3使工作油缸的活塞杆往复运动3—5次，排除系统内空气，检查系统工作是否正常。
2．按拟定好的实验方案，调定油泵1的供油压力P1和流量控制阀（调速阀6）的开度AT，并使工作油缸的活塞杆退回，加载油缸的活塞杆靠切换电磁阀17使之向前伸出，并于工作油缸的活塞杆紧靠在一起。
3．用溢流阀9逐级调节加载油缸的工作压力P7，并相应测出工作油缸19的活塞杆运动速度V。（注：负载应加到工作油缸19的活塞杆不运动为止）
4．反复2和3环节至实验方案结束，并将数据记录在表5—2中。
说明：为使调速阀调速与节流阀调速的性能进行比较，建议互相所调节的各个参数都相应一致。

§5 实验报告
根据整理好的实验数据，用直角坐标纸绘制流量（或速度）—压力（负载）特性曲线以及工作油缸有效功率—压力（负载）特性曲线，并比较分析两种调速方案的差异与不同。

§6 思考题
1．用调速阀节流调速时，为什么速度—负载特性变硬（从调速阀的结构特点以及结构关系参数方面分析）？而在最后速度却下降的不久？指出在实验条件下，调速阀所适应的负载范围（可与节流阀调速时的速度—负载特性进行比较）。
2．分析并观测两种调速回路中，油泵出口压力的变化规律，并能指出那种速度情况下的功率大，那种经济。
3．通过两种情况的调速性能比较，指出它们在机械工业液压设备中的应用场合。

实验五、采用节流阀的进口节流调速回路实验登记表5—1
实验条件：油温 ： ℃。 液压缸无杆腔有效面积A1=12.56cm2、杆腔有效面积A2=5.495cm2
调定的参数
序号
测 试 内 容 与 计 算 数 据
备 注
P1（Kg/cm2）
开度
P7（Kg/cm2）
F（Kg）
L（mm）
t（s）
V（mm/s）
Q（L/min）
P4（Kg/cm2）
P5（Kg/cm2）
N1（Kw）

P7—负载缸工作腔压力

F—负载 F= P7×A1

L—工作缸活塞行程

t—L行程所需的时间

V—工作缸活塞速度

Q1—进入工作缸的流量

Q1= V×A1

N1—工作缸的有效功率

1

2

3

4

5

6

7

8

1

2

3

4

5

6

7

8

1

2

3

4

5

6

7

8

实验五、采用调速阀的进口节流调速回路实验登记表5—2
实验条件：油温 ： ℃。 液压缸无杆腔有效面积A1=12.56cm2、杆腔有效面积A2=5.495cm2
调定的参数
序号
测 试 内 容 与 计 算 数 据
备 注
P1（Kg/cm2）
开度
P7（Kg/cm2）
F（Kg）
L（mm）
t（s）
V（mm/s）
Q（L/min）
P4（Kg/cm2）
P5（Kg/cm2）
N1（Kw）

P7—负载缸工作腔压力

F—负载 F= P7×A1

L—工作缸活塞行程

t—L行程所需的时间

V—工作缸活塞速度

Q1—进入工作缸的流量

Q1= V×A1

N1—工作缸的有效功率

1

2

3

4

5

6

7

8

1

2

3

4

5

6

7

8

1

2

3

4

5

6

7

8