插件式液压实验装置的设计

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。

1.1课题研究的背景

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。

1.2课题研究的内容

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、

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。

1.3课题研究的目的与意义

1.3.1电液控综合实验台研究的目的与意义

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。

1.3.2毕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。

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

2.1 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

2.1定量泵性能实验

2.2变量泵性能实验

3.溢流阀静动态性能实验

3.1溢流阀的静态性能实验

3.2溢流阀的动态性能实验

4.节流调速回路性能实验

4.1采用节流阀的进口节流调速回路实验

4.2采用节流阀的出口节流调速回路实验

4.3采用节流阀的旁路节流调速回路实验

4.4采用调速阀的进口节流调速回路实验

5．比例阀性能实验

2.2液压系统原理

2.2.1 液压系统中工作压力形成原理实验

一.实验目的

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

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.实验原理

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2-1)为例，液压缸有杆腔活塞有效面积为A 2，阻力负载为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，P 3=0，则有2

2A F P =。如果F 不变，液压缸下腔将维持P 2不变，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(P 2=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，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2-2中液压缸上腔直通油箱，即P 3=0，此时液压缸理论推力为22A P F =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η表征它们的关系，负载η是以F 有效与F 理之比来表征的，即

%100理有效负载F F =η或F

有效=F 理-F 无效 （2-1） 若将式（2-1)中各力改用表压(压强)形式表示，则有