CAT实验台实验指导书

C A T 液压系统拼装实验台
实
验
指
导
书
冯天麟主编
华中科技大学电液所
二零零一年十一月
前言
液压传动课程是基础理论、液压元件、液压系统三部分组成,而液压系统回路设计既重要又灵活。

学生在学了液压元件有关知识后,通过液压元件的装拆实验,在加深对液压元件实物形体、内部结构及功用理解的基础上,使用《CAT液压系统拼装实验台》,根据在书本中学到的知识,参照本实验指导书选做(或由教师指定)若干个实验回路:自己拟定实验方案进行液压回路设计即元件及液压附件的选用,然后亲自动手安装元件、接油管、联导线、组成电液实际系统。

本实验台在实验方法上采用了现代的计算机电控和辅助测试,学生可根据液压系统的传动要求在实验台所配置的计算机设定的界面方法用鼠标进行电控逻辑"点接"和磁铁及行程开关线路联接,在实验的过程中可得出所测系统的工况数据。

随之进行理论分析或验证,提出完善的设想。

这样无疑是对学生综合应用流体力学基本理论和液压传动基本原理去分析和解决实际工程问题的能力检验。

与此同时,也加深了对计算机工程运用辅助测试理解和认识。

为了使液压回路拆装方便迅速,安全可靠,故实验台油路的连接采用了快速接头,电路电源及信号采用了24V驱动联接。

本实验台除了教学实验外,还可对其它工程液压系统进行验证实验。

本实验指导书的编写,考虑到实验台的灵活性和可创造性,所以没对实验内容、步骤、方法等作硬性规定,只按液压传动系统课程要求,给出了一些基本的实验内容,并通过详细举例,使操作者懂得如何使用本实验台。

学生在受到启发后, 能准确地选用元件和进行设计,能够分析和解释使用中既定的规划和出现的问题, 并进一步探索解决问题的途径。

故本实验指导书中所列实验项目及实验步骤,甚至液压回路,均仅供参考。

目录
一、液压回路实验
(I)实验准备及注意事项 (4)
(II)实验回路举例 (4)
(III)实验内容(仅供参考)
实验(一)调速回路 (6)
实验(二)增速回路 (8)
实验(三)速度换接回路 (10)
实验(四)调压回路 (12)
实验(五)保压与卸荷回路 (14)
实验(六)减压回路 (16)
实验(七)平衡回路 (18)
实验(八)多项顺序回路 (20)
实验(九)同步回路 (22)
实验(十)液流阀性能实验 (24)
二、计算机操作指南
软件安装与运行 (28)
(I)系统设置 (29)
(II)数据采样及运行 (31)
(Ⅲ)电磁铁强制输出表 (31)
(Ⅳ)数据查看 (31)
(Ⅴ)保存、打印实验数据 (32)
I 实验注意事项
1、预习是做好实验的前提。

在实验之前,应仔细阅读实验指导书,了解实验回路的目的、要求,掌握基本原理和主要实验步骤,视条件可在此实验前先做元件拆装实验。

2、必须熟悉所用液压元件的拼装方法和使用场合,随之安置在实验台面板合适位置,进行液压元件和电气线路连接,经实验指导教师审定通过,方可进行操作。

在操作过程中仔细的观察,如实而有条理地记录,并且不放过可能出现的一些反常现象。

操作要胆大心细,培养独立工作能力,克服一有问题就问教师的依赖思想。

3、实验完毕,把所用的液压元件放回原处,经指导教师同意后,方可离开实验台。

4、实验后应进行数据处理,结果分析(包括思考题),写好实验报告。

Ⅱ实验回路举例
1 差动回路示例
a.按照差动回路,取出所用的液压元件,检查型号是否正确。

b.将液压元件安装在试验台安装面合理位置,通过软管和快换接头按回路图连接。

c.把所用电磁换向阀电磁铁和行程开关任意编号(图示lCT、2CT、3CT、1XK、2XK、3XK)和(lCT、2CT、3CT、lXK、2XK、3XK)对应编上,以免搞错。

d.把电磁铁lCT、2CT、3CT插头线对应插入在面板"输入磁铁”插座内。

e.根据差动回路的系统电器控制逻辑表输入信号顺序(工况表示2XK、 3XK、lXK),把行程开关插头线对应插入面板“行程输入”插座内。

f.根据差动回路系统电器控制逻辑表的动作顺序,在计算机显示屏上按电磁铁动作表输入框方法用鼠标作以“点接”通为“on”或断为“off”(弄懂计算机操作步骤)。

g.拧开溢流阀,启动YB-6泵,调节溢流阀压力为2Mpa,调节单向调
速阀(调至较小开口)。

h.按选择好的系统动作要求用鼠标点动系统运行开始,即可实现动作。

Ⅲ实验内容〈仅供参考〉
实验〈一〉调速回路
§1 实验目的
速度调节回路是液压传动系统的重要组成部分,依靠它来控制工作机构的运动速度,例如在机床中我们经常需要调节工作台(或刀架)的移动速度,以适应加工工艺要求。

液压传动的优点之一就是能够很方便地实现无级调速。

液压传动系统速度的调节,一般有三种,即节流调速,容积调速,节流——容积调速。

通过实验要求达到以下目的:
1、通过亲自拼装实验系统,了解进口节流调速回路的组成及性能,绘制速度——负载特性曲线,并与其它节流调速进行比较。

2、通过该回路实验,加深理解Q=CAΔP m关系,式中A、ΔP m分别由什么
决定,如何保证Q=const。

3、利用现有液压元件拟定其它方案,进行比较。

§2 单向调速阀或单向节流阀进油路调速回路图(见图)。

§3 实验步骤
1、按照实验回路图的要求,取出所要用的液压元件,检查型号是否正确。

2、将检查完毕性能完好的液压元件安装在实验台面板合理位置。

通过快换
接头和液压软管按回路要求连接。

3、根据计算机显示器界面中的电磁铁动作表输入框选择要求用鼠标“点接”电器控制的逻辑联接“on”或“off”。

4、安装完毕,定出两只行程开关之间距离,拧开溢流阀(I)(II),启动YBX-16,YB-6泵，调节溢流阀（Ⅰ）压力为3Mpa,溢流阀（Ⅱ）压力为0.5Mpa,调节单向调速阀或单向节流阀开口。

5、按电磁铁动作表输入框的选定、按动“启动”按钮,即可实现动作。

在运行中读出显示器界面图表中单向调速阀或单向节流阀进出口和负载缸进口压力,以及液压缸的运行显示时间。

6、根据回路记录表,调节溢流阀门﹝I﹞压力(即调节负载压力),记录相应时间和压力,填入表中,绘制V-F曲线。

§4 思考题
1、该回路是否可使用不带单向阀的调速阀(节流阀),在出口或旁路中是否可行,为什么?
2、单向调速阀进口调速为什么能保证工作液压缸速度基本不变?
3、由实验可知,当负载压力上升到接近于系统压力时,为什么液压缸速度开始变慢?
4、列出三种节流阀的节流调速方案性能表(调速方法,V-F特性,承载能力,调速范围,功率消耗等)。

实验〈二〉增速回路
§l 实验目的
有些机构中需要二种运动速度,快速时负载小,要求流量大,压力低;慢速时负载大,要求流量小,压力高。

因此,在单泵供油系统中,如不采用差动回路,则慢速运动时,势必有大量流量从溢流阀流回油箱,造成很大功率损耗,并使油温升高。

因此,采用增速回路时,要满足快速运动要求,又要使系统在合理的功率损耗下工作。

通过实验要求达到以下目的:
1、通过亲自拼装实验系统,了解增速回路(差动回路)的组成和性能。

2、利用现有液压元件,拟定其它方案,进行比较。

§2 增速回路图(见图)。

§3 实验步骤
参阅本指导书中示例。

§4 思考题
1、在差动快速回路中,两腔是否因同时进油而造成“顶牛”现象?
2、差动连接与非差动连接,输出推力哪一个大,为什么?
3、慢进时为什么液压缸左腔压力比快进时大,根据回路进行分析。

4、如该回路中液压缸,改为双杆液压缸,在回路不变情况下,是否能实现增速,为什么?
5、该回路中,如把二位三通阀两个出口对换,是否能实现上述工况,可能会出现什么问题〈由实验现象进行分析〉?
6、该回路如要求记录工进时间,工况表如何编排?
实验〈三〉速度换接回路
§l 实验目的
机床工作部件在实现自动工作循环过程中,往往需要不同速度(快进一→第一工进一→第二工进一→快退一→卸荷),如自动刀架先带刀具快速接近工件,后以I工进速度(有时慢速有二档速度)对工件进行加工,加工完迅速返回原处,在泵不停转情况下,要求泵处于卸荷状态。

这种工作循环,是机床中最重要的基本循环。

因此在液压系统中,需用速度换接回路来实现这些要求,通过实验达到以下目的:
1、通过亲自拼装实验系统,了解速度换接回路组成和性能。

2、利用现有液压元件,拟定其他方案进行比较。

§2 速度换接回路图(见图)。

§3 实验步骤
步骤l～３与实验(一)中实验步骤1～3相同
1、安装完毕,拧开溢流阀,启动YBX-6泵,调节溢流阀压力为3Mpa,分别调节单向调速阀的开口(QI(I)开口大于QI（II）开口)。

2、按系统电器控制逻辑表在计算机显示屏的电磁铁动作输入框选定的要求进行操作,即可实现动作。

§4 思考题
1、在该回路中,为什么选用带有单向阀的调速阀,如用不带单向阀的调速阀,该回路是否能工作,为什么?
2、如使用单向节流阀和调速阀串联,在实际工况中与使用二只单向调速阀串联, 哪一种方案好,为什么?
3、单向调速阀(I)开口是否可以小于单向调速阀(Ⅱ)开口,为什么?
4、该回路如要求记录I工进或II工进时间,如何编排系统电器控制逻辑表,计算机显示器介面中电磁铁和行程开关动作框与面板是否与该回路在不计时的排列相同?
实验〈四〉调压回路
§l 实验目的
采用液压传动的装置,液压系统必须提供与负载相适应的油压,这样可以节约动力消耗,减少油液发热,增加运动平稳性,因此必须采用调压回路。

调压回路是由定量泵、压力控制阀、方向控制阀和测压元件等组成,通过压力控制阀调节或限制系统或其局部的压力,使之保持恒定,或限制其最高峰值。

通过实验达到以下目的:
1、通过亲自拼装,了解调压回路组成和性能。

2、通过三个不同调定压力的溢流阀,加深对溢流阀遥控口的作用理解。

3、利用现有液压元件,拟定其它调压回路。

§2 调压回路图(见图)。

§3 实验步骤
步骤l～3与实验(一)中实验步骤l～3相同。

1、拧开溢流阀(Ⅰ) (II) (III)，启动YB-6泵，调节溢流阀(Ⅰ)压力为4Mpa。

2、用鼠标点动电磁铁动作表输入框的动作“on”使电磁铁lCT处于通电状
态,调节溢流阀(II),压力为3Mpa,调整完毕点动lCT“off”至断的状态。

3、按在显示屏所选定的电磁换动作要求启动系统,使电磁铁2CT处于通电状态,调节溢流阀(III),压力为2Mpa,调整完毕2CT至断的状态。

4、调节完毕,回路就能达到三种不同压力,重复上述循环,观察各压力表数值。

§4 思考题
1、多溢流阀调压回路中,如果三位四通换向阀的中位改变、为“M”型,则泵
启动后回路压力为多大?是否能实现原来的三种压力值。

2、该回路中,如溢流阀(II) (III)调整压力都大于溢流阀(I)压力值,将会出
现什么问题?
3、该回路中,如不采用遥控式溢流阀,三只溢流阀并联于回路中,情况如何?
实验〈五〉保压、泵卸荷回路
§l 实验目的
有些装置要求工作过程中保压,即液压缸在工作循环某一阶段,须保持规定的压力值,例如在夹紧装置的液压系统中,当工件夹紧后,活塞就不动,如果液压泵还处于高压状态工作,则全部压力油通过溢流阀流回油箱,使系统发热,降低液压泵使用寿命和效率。

因此功率较大,工作部件"停歇"时间较长的液压系统,一般采用保压、泵卸荷回路,以节省功率消耗。

所谓液压泵卸荷指的是泵以很小功率运转(N=P·Q≈O)。

通过实验达到以下目的:
1、通过亲自拼装实验系统,了解其工作性能。

2、利用现有元件,拟定其它方案,进行比较。

§2 保压、泵卸荷回路图(见图)。

§3 实验步骤
步骤l～3与实验(一)中步骤1～3相同。

1、拧开溢流阀,启动YB-6泵,调节溢流阀压力为3Mpa。

2、按系统电器控制逻辑表在显示屏上依电磁铁动作表选定工作关系后,点动lCT至“on”系统开始动作。

3、当液压缸前进到底时,按动里面的卸荷按钮,使电磁铁2CT处于通电状态,泵在很低压力下工作,并观察液压缸进口压力在一定时间里基本不变。

4、每一次循环,按上述的步骤重新操作。

§4 思考题
1、分析蓄能器、压力继电器和行程开关等液压元件组成的保压、卸荷回路,当泵从卸荷转换成溢流状态时,为什么液压缸的动作会出现滞后现象?
2、假设用二位三通换向阀代替二位四通换向阀,是否能实现工况表右序动作的要求,为什么?
实验〈六〉减压回路
§1 实验目的
液压系统中,某些支路的压力不宜太高,即要小于系统的工作压力。

例如夹紧油路中,当系统压力较高时,会使工件变形。

为了降低夹紧油路中的压力,必须使用减压回路(在单泵系统中),减压回路的功能是降低系统中某些支路的压力,使该油路获得一种低于液压泵供油压力的稳定压力,以减少由于主系统动作切换对支路压力的影响。

通过实验达到以下目的:
1、通过亲自拼装系统,了解减压回路组成和调压方法。

2、利用现有液压元件,拟定其他方案。

3、加深理解减压阀工作原理及在系统中的应用。

§2 减压回路图(见图)。

§3 实验步骤
步骤l～3与实验(一)中步骤l～3相同
1、拧开溢流阀,启动YB-6泵,调节溢流阀压力为4Mpa。

2、点动电磁换动作表输入框中lCT至“on”使电磁铁lCT处于通电状态,调节减压阀(I)压力为2Mpa。

3、lCT仍通电,用上面方法至1CT为“on”使3CT通电,调节溢流阀(II)压力为3Mpa。

4、点动lCT、3CT为“off”切断lCT、3CT,点动2CT为“on”使2CT通电,液压缸退回。

5、切断2CT、3CT,使lCT通电,液压缸至终点,观察液压缸无杆腔处压力是否为2Mpa,当接通3CT,压力是否为3Mpa。

§4 思考题
1、调压回路与减压回路的重要区别是什么?
2、二级减压回路中,用单向减压阀代替减压阀行吗?为什么?
3、所用减压阀与调速阀中的减压阀有何区别?
4、如果减压阀(Ⅱ)调定压力小于减压阀(I)压力,是否能保证上述要
求,为什么?
实验〈七〉平衡回路
§1 实验目的
为防止立式液压缸或垂直运动工作部件由于自重下落,或在下行运动中速度超过液压泵供油所能达到的速度,而使工作腔形成真空,因而必须设置平衡回路,即在下行时,在回油路中设置能产生一定背压的液压元件,防止活塞快速下落。

通过实验达到以下目的:
1、通过亲自拼装平衡回路,了解该回路组成和性能。

2、利用现有液压元件,拟定其他方案,进行比较。

3、加深理解顺序阀的工作原理及在系统中的应用。

§2 平衡回路图(见图)。

§3 实验步骤
步骤1～3与实验(一)中步骤1～3相同。

1、拧开溢流阀,启动YB-6,调节溢流阀压力为4Mpa,调小节流阀开口。

2、点动电磁铁动作输入表框中lCT至“on”使lCT通电,在液压缸活塞杆下行
时调节单向顺序阀压为1-2Mpa。

3、用上述方法点动lCT至“off”,点动2CT至“on”气使2CT通电,活塞杆上升。

4、每次循环结束之后加法码(负载增加),重复上述循环,观察液压缸活塞杆下行速度是否变化。

§4 思考题
1、平衡回路中增设单向顺序阀目的是什么?
2、平衡回路中是否能使用其它压力元件?
3、平衡回路中如不加负载(法码),单向顺序阀调定压力与溢流阀压力相同或大于溢流阀压力0.5-lMpa,工作液压缸是否能运动,为什么?
4、该回路使用不带单向阀的顺序阀是否能正常工作,为什么?
实验〈八〉多缸顺序控制回路
§1 实验目的
在机床及其他装置中,往往要求几个工作部件按照一定严格顺序依次动作。

如组合机床的工作台复位、夹紧,滑台移动等动作,这些动作间有一定顺序要求。

例先夹紧后才能加工,加工完毕先退出刀具才能松开。

又例磨床上砂轮的切入运动,一定要周期性在工作台每次换向时进行,因此,采用顺序回路,以实现顺序动作。

依控制方式不同可分为压力控制式、行程控制式和时间控制式。

通过本实验达到以下目的:
1、通过亲自拼装,了解回路组成和性能。

2、利用现有的液压元件,拟定其它方案,并与之比较。

§2 多缸顺序控制回路图(见图)。

§3实验步骤
步骤l～3与实验(一)中步骤l～3相同。

1、拧开溢流阀,启动YBX-16,调节溢流阀压力为2Mpa。

2、参照系统的电器控制逻辑表在显示器的电磁铁动作输入框“点接”控制选择。

3、启动油源、依选择的电磁铁动作要求实现顺序动作。

§4 思考题
1、为什么行程控制顺序回路中,要完成工况表顺序,使用四只行程开关?
2、如果在该回路中要求记录缸1的第一顺序工作时间,如何编排工况表?
实验〈九〉同步回路
§1 实验目的
在液压设备中,如冲剪机床、大型压机中、经常会遇到这样问题,即如何保证在压力油同时进入几个工作部件的缸时,让它们以相同速度或相同的位置进行动作,即实现同步运动,但实际上,由于每个液压缸受外负载不同,漏损不一样,以及缸内径加工误差等,都会使得液压缸速度或位置的不同步。

为了使液压缸尽可能同步动作,除提高液压缸加工精度外,还可以调速阀回路的组合来保证输油量不随外负载的变化而变化。

同步回路根据选择元件不同,分为调节调速阀同步回路,分流阀(集流阀)同步回路,双出杆串联缸同步回路等。

通过本实验达到以了解同步性能要素的目的:
1、通过亲自拼装,了解同步回路组成和性能。

2、利用现有液压元件(如有同步阀)拟定其他方案,进行比较。

§2 同步回路图(见图)。

实验 <十> 溢流阀性能实验
§1、.实验目的：
溢流阀是液压传动中必不可少的功能元件。

它的性能的优劣直接影响着液压系统的压力调节、压力稳定、功率耗损等性能。

通过对阀的性能实验，增强对溢流阀工作原理的了解，达到如下学习目的：
1. 了解溢流阀所应具备的性能参数。

2. 通过拼装实验系统增强对溢流阀工作原理的理解。

3.认知溢流阀性能参数测试获取方法。

§2、溢流阀实验系统图（见图）
§3、实验步骤
a．参照实验系统液压元件功能符号取出液压元件。

b．将液压元件及过渡板安装在台面合理位置，并把软管和快速接头拼装成实验系统。

c．将换向阀电磁铁编号，并把电磁铁插头线插入输入电磁铁插座内。

d．全松开系统溢流阀（Y-25B）和被试阀（Y-10B）的手柄（反时针），启动定量泵（YB-6），然后拧紧（Y-25B）、调节被试阀压力，同时观察压力表或压力感器显示的压力波形值是否稳定，直至压力值为5Mpa，随即将（Y-25B）压力降到最低值（或为0）。

e．静态实验：将电磁换向阀（23E-10B）转换到下位（在控制界面上用强制执行方法）
随后从低到高调节（Y-25B）压力，并观察（Y-10B）出口至量杯刚出油液的压力值，此时为开启压力。

进而将（Y-25B）压力调到被试阀的调定压力为止（注：在量杯承装不及时换为流量计测量），并观测流量计的显示流量。

反之，将(Y-25B)压力从高到低调节，观测被试阀的出口流量为0时闭合压力。

f．动态实验：将被试阀（Y-10B）压力调至5Mpa，用强制执行方法启动电磁换向阀（22E-10B），观测从卸荷到升压到达到压力调定值的过程，及压力峰值和过渡过程。

§4、思考题
1.溢流阀的开启与闭合压力曲线（作图）拐点是如何形成的？
2.为什么开启压力大于闭合压力？
3.试分析溢流阀作用于系统为定压阀和安全阀的工作状态？
液流阀实验系统参考图
HF CAT的安装与运行
HF CAT是华中科大液压实验室专为液压系统拼装实验台开发制作的软件包，如同其他软件包一样，要运行该程序必须具备两个基本条件：第一必须有相应的硬件支持；第二必须把软件包安装在硬件上。

在购买实验台时，该软件包已被安装在实验台系统上，和其他WINDOWS应用软件一样，只要双击安装过程生成的图标（如图1-1），便可启动HF CAT。

图1.1 运行HFCAT
用户如需重新安装HF CAT软件可按以下操作步骤执行：
1.将随机所带HFCAT光盘放入光驱。

2.双击WIN98或2000桌面上“我的电脑”图标，显示系统中所有的驱动器。

3.双击光驱图标，显示光盘内容。

4.找到题为setup的图标，双击它启动安装过程，之后，计算机屏幕上将会出现一组
安装画面（图1-2）（图1-3）所示。

5.根据提示，选择Next键，即可顺利安装。

图1-2 自动安装过程 图1-3 系统提示安装 安装结束后，返回WINDOWS 界面，点击左下角“开始”按键，如（图1.1）找到“实验台控制程序”，双击鼠标即可进入HFCAT 。

二 计算机操作指南
I. 系统设置
1. 进入程序：
打开实验台上计算机，进入WINDOWS 界面，点击左下角“开始”按键，在程序中找到“实验台控制程序”，点击鼠标进入（图一）HFCAT 界面
图一 HFCAT 界面
2．电磁铁动作表输入框设置：图标 用鼠标点击工具栏中图标(或先按Alt+S 再按 Ctrl+F)，进入（图二）“电磁铁动作表输入框”。

表格左边第一列的数字编号为“步号”。

表格的第一排为电磁铁（DT ）、行程开关（K ）及时间T 等系统参量。

在表格的下方开设了一个“工作模式”选择框，有“步进”“定时”“分支”三种模式供用户选择，具体选择什么模式可视系统要求而定。

选定“工作模式”后，在各参量下面对应的空格中，用鼠标点击空格设置其动作。

“ON ”为接通，“OFF ”断开，空白为随机状态。

“步进模式”为用行程开关“KT ”来控制电磁铁动。

“定时模式”为用时间继电器“T ”来控制电磁铁动作。

当回路设为“定时模式”时，点击“T ”对应空格后会出现（图三）对话框，按需要在定时设置框中输入时间后，点确认回到（图二），再点关闭返回到（图
一）。

标题栏 菜单栏
工具栏
示波器
标题栏
系统参量动作设置浏览表
采样参数实时显示区 系统状态显示区
电磁铁强制设置区
系统参量状态监控区
状态行和提示栏
(图二) (图三)
2. 记录步号设置： 图标（快捷键：先按Alt+S 再按 Ctrl+N ）设置完系统“电
磁铁动作表”后,接着需指定“记录步号”。

4．点击工具栏：即图标，弹出（图四）
所示对话。

在白色方框里输入相应数字。

然后确认
即可。

需要说明的是：“记录步号”也就是电磁铁动作表中的“步号”。

例如：我们在电磁铁动作表中设置
（图五）所示几个动作。

如 “记录步号” 设定为“2”。

计算机记录的数据即为系统在电磁铁DT1、DT4失电，TDT2、DT3得电状态下，系统各参数（压力、流量、油缸速度）的值。

5．实时显示设置：图标
为对系统重要参量进行监视，我们在主界面
的左上角开设了一个“系统参数实时显示”框，
可实时观察系统参数表中任一参数的波形。

“实
时显示设置”需在系统采样开始后进行。

点击工
具框中的图标，界面会弹出“实时显示设置”
对话框，如（图六）所示。

点击对话框下方的滚
动条，选择所要监视的信号。

在“Y 轴数值初值”
及“Y 轴数值终值”的对话框中根据实验系统信
号大小范围分别输入Y 轴初值和终值。

最后点击
确认,回到主界面完成设置。

（图五）
（图四） （图六）。