液压与气动技术实验指导书

《液压与气动技术》

实 验 指 导 书

XXX 编写

适用专业： 机械设计制造及其自动化

XXXXXXX机械与电气工程系机械实验室

二OO七年八月

前 言

液压与气动实验是学习掌握《液压与气动技术》课程的一个重要环节，将帮助加深理解本课程中的理论概念和原理，加强感性认识，掌握基本的实验方法、实验技能及测试仪表的使用方法，熟悉实验数据的处理过程。同时，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，为了使实验取得预期的效果，实验前要求每个同学都能认真阅读以下几点说明： 一、实验方式：

·本课程实验的宗旨是要充分培养、发挥学生的分析问题、解决问题和动手的能力，因此，每个实验只提出实验内容、要求，给定实验设备，仪器，由学生根据实验内容和要求，自行设计或选用液压回路，拟定相应的实验步骤。

·学生须接受老师的提问，所拟定的实验方案须经实验指导老师审阅后方能开始实验。 ·学生在实验中要认真观察各种现象，记录有关参数，实验结果，写出实验报告，并对思考题进行讨论（实验报告格式参见附录1） 二、实验中的注意事项：

·必须服从教师的安排，严格遵守实验室条例。

·实验中的所有仪器装置在没有弄清楚前不得任意启动或拨动，出现异常情况，要及时报告指导老师。

·实验以小组进行，各人按分工完成自己的工作。

·实验前不做准备或实验中违反条例者，指导教师有权停止其实验。

·实验结束后须切断电源，使实验台各装置恢复原状，归还所借实验仪器、工具，做好有关的清理工作。

·实验成绩作为本科最终成绩之一。

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实验一 液压元件的拆装实验

（液压泵和液压马达拆装实验）

液压元件是液压系统的重要组成部分，通过元件的拆装实验，不但可以搞清楚结构图上难以表达的复杂结构和空间油路，还可以感性地认识各个元件的外形尺寸及有关零件的安装部位，并对一些重要零件的材料、工艺及配合要求获得初步的了解，以便在将来的实践中能正确选用元件，设计出较合理、较理想的液压系统。

拆装实验主要分为：泵、缸和阀门三大类，由于液压元件的各类型号很多，这里仅挑选一些常用的元件进行拆装，液压系统的其他装置，如辅助元件等，可在实验中加以认识。

一．实验目的

液压元件是液压系统的重要组成部分，通过对液压泵和液压马达的拆装，可加深对泵和马达结构及工作原理的了解。

二．实验内容

拆装：齿轮泵、单作用变量叶片泵、叶片马达。

三．实验用工具及材料

内六角扳手、固定扳手、螺丝刀、相关液压泵、液压马达。

四．实验要求

1. 通过拆装，掌握液压泵和马达内每个零部件构造，了解其加工工艺要求。 2. 分析影响液压泵和马达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。

3. 如何解决液压泵的困油问题，从结构上加以分析。 4. 通过实物分析液压泵的工作三要素（三个必须的条件）。 5. 了解如何认识液压泵和马达的铭牌、型号等内容。

6. 掌握液压泵和马达的职能符号（定量、动量、单向、双向）及选型要求等。

7. 掌握拆装油泵和马达的方法和拆装要点。

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五．液压泵和马达结构

1．定量泵型号：CB-B型齿轮泵，结构图见图1—1

图2－1

拆卸步骤：

1）松开6个紧固螺钉，分开端盖1和4；从泵体3中取出主动齿轮及轴、从动齿轮及轴；

2）分解端盖与轴承、齿轮与轴、端盖与油封。此步可不做。 装配顺序与拆卸相反。 主要零件分析：

1）泵体3 泵体的两端面开有封油槽，此槽与吸油口相通，用来防止泵内油液从泵体与泵盖接合面外泄，泵体与齿顶圆的径向间隙为0.13～0.16mm。

2）端盖1与4 前后端盖内侧开有卸荷槽（见图中虚线所示），用来消除困油。端盖1上吸油口大，压油口小，用来减小作用在轴和轴承上的径向不平衡力。

3）齿轮2 两个齿轮的齿数和模数都相等，齿轮与端盖间轴向间隙为0.03～0.04mm，轴向间隙不可以调节。

2．变量泵型号：YBN型单作用变量叶片泵，结构图见图1—2

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图1-2 图2－2

拆卸步骤：

1）松开固定螺钉，拆下弹簧压盖，取出弹簧4及弹簧座5； 2）松开固定螺钉，拆下滑块压盖，取出支撑滑块等；

3）松开固定螺钉，拆下传动轴左右端盖，取出定子、转子传动轴组件和配流盘；

4）分解以上各部件。

拆卸后清洗、检验、分析，装配与拆卸顺序相反。 主要零件分析：

1）定子和转子 定子的内表面和转子的外表面是圆柱面。转子中心固定，定子中心可以左右移动。定子径向开有13条槽可以安置叶片。

2）叶片 该泵共有13个叶片，流量脉动较偶数小。叶片后倾角为240，有利于叶片在惯性力的作用下向外伸出。

3）配流盘 图所示，配流盘上有四个圆弧槽，其中一个为压油窗口a，另为吸油窗口c，其他两个b、d是通叶片底部的油槽。a与b接通，c与d接通。这样可以保证，压油腔一侧的叶片底部油槽和压油腔相通，吸油腔一侧的叶片底部油槽与吸油腔相通，保持叶片的底部和顶部所受的液压力是平衡的。

4）滑块 支撑滑块3用来支持定子，并承受压力油对定子的作用力。 5）压力调节装置 压力调节装置由调压弹簧5、调压螺钉6和弹簧座组成。

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调节弹簧的预压缩量，可以改变泵的限定压力。

6）最大流量调节装置 调节左侧螺钉可以改变定子4的原始位置，也改变了定子与转子的原始偏心量，从而改变泵的最大流量。

7）压力反馈装置 泵的出口压力作用在活塞上，活塞对定子产生反馈力。

3．液压马达型号：YM型叶片式液压马达，结构图见图1—3

1一壳体；2一定子；3一后盖；4一转子、叶片；5一压力侧板(配流盘)；6－摇摆弹簧；

7－轴承；8一轴封；9一轴承；10一轴；11一销子

图 2－3

图2－4

六．实验报告内容

1．在齿轮油泵、单作用叶片泵（变量）、叶片马达中选一种，画出工作原理简图，说明其主要结构组成及工作原理； 2．叙述拆装的步骤； 3．拆装中主要使用的工具；

4．拆装过程的感受。

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试验二、液压泵的性能测试

一、实验目的：

1.1 了解液压泵主要特性(功率特性、效率特性)和测试装置； 1.2 掌握液压泵主要特性测试原理和测试方法

二、 测试装置及实验原理

2.1 测试装置液压原理图

1－电机 2－被试液压泵 3－电磁溢流阀 4－节流阀 5－截止阀

6－压力表 7－压力传感器 8－流量传感器 9－温度计

10－功率变换器和转速传感器

2.2 实验原理

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2.2.1 液压泵的空载性能测试

液压泵的空载性能测试主要是测试泵的空载排量。

液压泵的排量是指在不考虑泄漏情况下，泵轴每转排出油液的体积。理论上，排量应按泵密封工作腔容积的几何尺寸精确计算出来；工业上，以空载排量取而代之。空载排量是指泵在空载压力（不超过5％额定压力或0.5MPa的输出压力）下泵轴每转排出油液的体积。

测试时，将节流阀4全关和截止阀5全开，溢流阀3调至高于泵的额定工作压力，启动被试液压泵2，待稳定运转后，压力传感器6显示数值满足空载压力要求，测试记录泵流量q（L/min）和泵轴转速n(r/min)，则泵的空载排量V0可由下式计算：

V0q （m3/r）

1000n2.2.2 液压泵的流量特性和功率特性测试

液压泵的流量特性是指泵的实际流量q随出口工作压力p变化特性。 液压泵的功率特性是指泵轴输入功率随出口工作压力p变化特性。 测试时，将截止阀5全关，溢流阀3调至高于泵的额定工作压力，用节流阀4给被试液压泵2由低至高逐点加载。测试时，记录各点泵出口压力p、泵流量q（L/min）、电机功率(KW) 和泵轴转速n（r/min），将测试数据绘制泵的效率特性曲线和功率特性曲线。

2.2.3 液压泵的效率特性(机械效率、容积效率、总效率) 测试

液压泵的效率特性是指泵的容积效率、机械效率和总效率随出口工作压力p变化特性。

测试时，将截止阀5全关，溢流阀3调至高于泵的额定工作压力，用节流阀4给被试液压泵2由低至高逐点加载。测试时，记录各点泵出口压力p（MPa）、泵流量q（L/min）、电机输入功率P(KW)和泵轴转速n(r/min)。实测的电机效率（motor）特性数据已存入文件，供计算时调用。

液压泵的实际排量：Vq （m3/r）

1000nV V0液压泵的容积效率：V 8

液压泵轴输入功率：PpumpPmotor 液压泵的总效率：pq

60Pmotor 液压泵的机械效率：mV

将测试数据绘制泵的效率特性曲线。

三、实验软件操作功能

软件的操作功能：显示液压原理图、测试泵的空载排量、测试泵的基本性能、实验数据表显示、实验曲线显示、实验报告输出（HTML格式）、删除实验记录、实验结果查询、电机效率查询等。

实验软件界面如下图所示。

四、实验步骤

4.1空载排量 4.1.1在[测试项目选择]选择[测试泵的空载排量]；

4.1.2将截止阀5全松，关闭节流阀4，使液压泵处于空载状态； 4.1.3启动液压系统,液压泵转动;液压泵出口压力p应小于5MPa； 4.1.4按[测试项目选择]中[项目运行]键,空载排量的测试值记录在[空载排量测试结果显示]栏内；

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4.1.5一般测试5次,计算其平均值,并填写在[性能测试操作]的编辑框[空载排量设定值内；

4.1.6关闭截止阀。 4.2液压泵性能测试:

4.2.1在[测试项目选择]选择[测试泵的基本性能];根据泵的工作压力测试区间,由小至大设置若干个测压点；

4.2.2将节流阀4全松,使液压泵处于压力最小状态；

4.2.3在[性能测试操作]栏控件编辑框中,填写[测试次数]、[测试数据文件]、[扭矩零点]和[空载排量设定值]；

4.2.4按[测试项目选择]中[项目运行]键,[AD卡]指示灯变为绿色,表明测试系统工作正常；

4.2.5按[性能测试操作]中[数据记录]键,第一个测试数据记录在[实验数据表]的第一行内；

4.2.6小心将节流阀2旋紧一点,使液压泵工作压力升至下一个测压点； 4.2.7按[性能测试操作]中[数据记录]键,下一个测试数据记录在[实验数据表]的下一行内；

4.2.8重复(4.2.6-4.2.7)的操作,直至预设的全部测压点完成测试； *测试操作必须按预设的测压点由小到大进行操作；

**若想在已设的数据文件名下增加测试数据,可重复上面操作；

***若想在已设的数据文件名下删除某一记录数据,可在[实验数据修改]栏中进行操作；

****数据采集接线说明

1.本实验使用AD通道4个,DO通道0个； 2. AD起始通道--压力传感器；

AD起始通道+1--流量传感器（空载用固定的传感器）； AD起始通道+2—功率传感器； AD起始通道+3—转速传感器；

3.AD卡共有16个通道可供使用，即0～15，默认AD起始通道--0通道； 4.DO通道共有8个通道可供使用，设置必须按2进制格式输入，如1001；默认

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DO设置—0；

5.转速传感器和功率传感器按说明书连接好。

五、实验报告

1、本次试验目的是什么，试验所用到的设备，元件有哪些？ 2、搭建出换向回路，写出搭建步骤和实验过程。

3、记录泵的空载排量测试数据，绘制其测试曲线。

4、泵的流量特性、功率特性及效率特性测试.绘制表格及曲线。

试验项目 试验次数 泵出口压力 泵轴输入功率 泵实际流量 泵轴转速 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

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试验三 节流调速回路性能（功率特性）实验

一 实验目的

一 以进口节流调速回路为例了解节流调速回路的组成及调速原理； 二 掌握变负载工况下，速度－负载特性和功率特性曲线特点和测试方法； 三 掌握恒负载工况下，功率特性曲线特点和测试方法； 四 分析比较变负载和恒负载节流调速性能特点。

二 测试装置及实验原理

2.1测试装置液压原理图

1.调速回路电磁溢流阀 2.加载回路电磁溢流阀

2.2实验原理

2.2.1 变负载速度－负载特性和功率特性的测试

测试装置液压原理图中,工作缸和节流阀J1构成进口节流调速回路,负载缸用于给工作缸施加负载，它们分别由两个泵驱动。

变负载速度－负载特性和功率特性是指当工作缸的负载变化时，工作缸的速度v随负载F的变化特性及回路功率参数（有用功率、节流损失、溢流损失、泵

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输入功率）随工作缸工作压力p2变化特性。

测试时，调节溢流阀1为一个系统设定压力，锁紧手柄；调节节流阀J1为一个设定开度，锁紧手柄；设定若干个压力测量点,由小至大调节溢流阀2(即调节负载缸的工作压力,调节工作缸的负载),测量记录各测量点的压力值（MPa）p1, p2, p3, p4, p5、流量q(L/min)及位移L(mm)，并由下面公式计算相关参数：

液压缸线速度：vL （mm/s） t液压缸的摩擦力：Ff(p2A1p3A2p4A1p5A2)106/2 （N） 液压缸的机械效率：m1Ff106/(p2A1p3A2) 液压缸的负载： F(p4A1p5A2)m106 (N) 液压缸的有用功率：P1Fv/1000 (W) 节流损失功率：P2(p1p2)q103/60 (W) 调速回路输入功率：Pp1qp103/60 (W) 式中，A1：液压缸无杆腔有效面积

A2：液压缸有杆腔有效面积

由上述测试计算数据，绘制变负载工况下速度v－负载F曲线和功率－p2曲线。

2.2.2 恒负载功率特性的测试

恒负载功率特性是指当工作缸的负载不变时，回路功率参数（有用功率、节流损失、溢流损失、泵输入功率）随工作缸输入流量q（或工作缸速度v）变化特性。

测试时，调节溢流阀1为一个系统设定压力，锁紧手柄；调节溢流阀2为一个设定压力(即调节工作缸负载恒定)，锁紧手柄；设定若干个流量测量点，由小至大调节节流阀J1的开度，测量记录各测量点的压力值（MPa）p1, p2, p3, p4, p5、流量q(L/min)及位移L(mm)，并由和变负载工况相同公式计算出相关参数，由测试计算数据，绘制恒负载工况下功率参数－p2曲线。

三 实验软件功能

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软件的操作功能：显示液压原理图、变负载速度－负载特性和功率特性的测试、恒负载功率特性的测试、实验结果表显示、变负载实验曲线显示、恒负载实验曲线显示、变负载输出实验报告（HTML格式）、恒负载输出实验报告（HTML格式）、删除实验记录、实验结果图查询、实验结果表查询等。 实验软件界面如下图所示。

四 实验操作步骤

4.1.变负载功率特性(速度负载特性)测试

4.1.1按液压原理图连接好回路,电磁铁1YA和2YA由计算机自动控制,电磁铁3YA和4YA由手动控制;

4.1.2启动两个液压泵,调节Py1为系统最高压力(7MPa),Py2系统最低压力,按最高工作压力,由小到大预设若干个加载点(加压点); 4.1.3手动调整节流阀J1的开度,使工作缸的速度合适; 4.1.4手动开启电磁铁3YA,使负载缸左行至终点;

4.1.5在[变负载速度-负载/功率特性测试]栏填写[测试次数]、[测试数据文件]等; 4.1.6在[实验项目选择]栏选中[变负载速度负载/功率特性测试],按[项目运行]键,[AD卡]指示变为绿色,说明测试系统工作正常;

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同时弹出一个[开始下次测试]的对话框;

4.1.7鼠标按对话框上的[OK]键,工作缸右行;当速度平稳时,按[变负载速度-负载/功率特性]栏的[数据记录]键,

测试数据显示在[实验数据表(BF)]一行内,工作缸左行返回;此时弹出一个[工作缸停止返回]的对话框;

4.1.8当工作缸左行至末端,鼠标按对话框上的[OK]键,该测压点测试结束;同时又弹出一个[开始下次测试]的对话框;

4.1.9调整Py2至下一个加压点,重复1.7-1.8操作,直至测试全部完成 4.2.恒负载功率特性测试

4.2.1按液压原理图连接好回路,电磁铁1YA和2YA由计算机自动控制,电磁铁3YA和4YA由手动控制;

4.2.2启动两个液压泵,调节Py1为系统最高压力(7MPa),Py2为期望的加载压力; 4.2.3手动调整节流阀J1的开度最小,使工作缸有最小但不爬行的速度;并按泵的最大流量,由小到大预设若干个流量测量点(测速点); 4.2.4手动开启电磁铁3YA,使负载缸左行至终点;

4.2.5在[恒负载功率特性测试]栏填写[测试次数]、[测试数据文件]等;

4.2.6在[实验项目选择]栏选中[恒负载速度功率特性测试],按[项目运行]键,[AD卡]指示变为绿色,说明测试系统工作正常; 同时弹出一个[开始下次测试]的对话框;

4.2.7鼠标按对话框上的[OK]键,工作缸右行;当速度平稳时,按[恒负载功率特性]栏的[数据记录]键,测试数据显示在[实验数据表(HF)]一行内,工作缸左行返回;此时弹出一个[工作缸停止返回]的对话框;

4.2.8当工作缸左行至末端,鼠标按对话框上的[OK]键,该测压点测试结束;同时又

弹出一个[开始下次测试]的对话框;

4.2.9小心调整节流阀J1,观察[流量(L/min)]显示值,使至下一个测速点,重复

10.4.2.7-2.8操作,直至测试全部完成

*测试操作必须按预设的加载点(或测速点)由小到大进行操作; **若想在已设的数据文件名下增加测试数据,可重复上面操作;

***若想在已设的数据文件名下删除某一记录数据,可在[实验数据修改]栏中进行

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操作;

****数据采集接线说明

1.本实验使用AD通道7个,DO通道2个; 2.AD起始通道-- 节流阀入口压力传感器p1

AD起始通道+1--节流阀出口压力传感器p2(工作缸无杆腔) AD起始通道+2--工作缸有杆腔压力传感器p3 AD起始通道+3--负载缸有杆腔压力传感器p4 AD起始通道+4--负载缸无杆腔压力传感器p5 AD起始通道+5--流量传感器q AD起始通道+6--位移传感器L 3.DO通道默认设置:

工况 2YA(DO1) 1YA(DO0) 工作缸右行 0 1 工作缸左行 1 0

3.AD卡共有16个通道可供使用，即0～15，默认AD起始通道--0通道 4.DO通道共有8个通道可供使用，设置必须按2进制格式输入，如1001； 5.电磁铁3YA和4YA用手动控制，以驱动负载缸动作。

五、实验报告

1、本次试验目的是什么，试验所用到的设备，元件有哪些？ 2、搭建出换向回路，写出搭建步骤和实验过程。

3、变负载速度－负载特性测试，记录测试数据并做出相应曲线。

测点压力 试验次数 P1 P2 P3 P4 P5 1 2 16

3 4 5 6 7 8 9 10

4、恒负载速度－负载特性测试，记录测试数据并做出相应曲线

测点压力 试验次数 P1 P2 P3 P4 P5 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 17

实验四 双作用气缸换向回路

一、 实验目的

理解气动系统中换向阀的作用及气动换向阀、电磁换向阀的动作条件，掌握双作用气缸伸出与返回的条件。

二、 实验设备

1、模块化创意气动实验台（配相应空压机一台）； 2、PC机或编程器一台； 3、通讯电缆一根

三、 实验内容

1、参考气动原理

1.1单作用气缸换向回路原理图

1.2系统所用元件 空压机 1台； 二联件 1个；

三位五通电磁换向阀 1个；

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单向节流阀 2个； 双作用气缸 1个； 连接管道 5根 2、控制要求

2.1按下S2按钮，气缸向前伸出； 2.2按下S4按钮，气缸向后退回； 2.3按下S6按钮，气缸任意位置停止；

2.4气缸在前进和后退过程中有相应指示灯显示。 3、I/O口分配及电磁铁动作顺序表

输入 按钮 状态 X000 S2 前进 X002 S4 后退 X004 S6 停止

输出 状态 Y002 前进灯亮 Y002 前进1YA+ Y003 后退2YA+ Y003 后退灯亮 Y004 停止灯亮 其中1YA、2YA互锁

四、 PLC参考程序

梯形图：

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语句表：

00 LD X000 08 ANI X004 01 OR Y002 09 OUT Y003 02 ANI X002 10 LD X004 03 ANI X004 04 OUT Y002 11 OR Y004 12 ANI X000 05 LD X002 13 ANI X002 06 OR Y003 14 OUT Y004 07 ANI X000 15 END

五、调试并运行程序，检查运行结果。 六、实验报告

1、本次试验目的是什么，试验所用到的设备，元件有哪些？ 2、搭建出换向回路，写出搭建步骤和实验过程。

3、记录节流阀工作调节前后压力值；并测试当时气缸的运动速度。

思考与练习

1、设计全气控双作用气缸换向回路或改用继电器控制单元，并比较气动换向阀的特点、PLC控制单元与继电器控制单元的特点。

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2、节流阀在系统中起什么作用，调节后气缸速度有何变化？

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