教 案
（2013～20##学年第二学期）
课程名称 液压与气动实验
课程编号 111100109
课程性质 学科基础课
教学时数 6
教学对象 11级机械设计制造及自动化、
热能与动力工程、材料成型及控制工程
授课教师 戴正强
职 称 讲师
邵阳学院机械与能源工程系
20##年2月
实验一
实验室：动力机械实验室 教师姓名：戴正强
一、实验目的
1、通过实验，观察压力与流量、效率、容积效率、输入功率大小之间的关系。
2、利用液压实验台，记录压力表数值，根据测得的流量、功率，计算效率，找出其与压力之间的关系，掌握液压泵的静态特性；了解液压泵的动态特性。
3、了解本实验系统中各元件的性能，并掌握各元件的连接方法及测量仪表、测试软件使用方法，与测试技能，学习小功率液压泵性能测试方法及测试仪器使用。
4、通过自行设计测试回路及实验，训练学生自我设计测试回路的能力。
二、实验原理
1. 测试定量叶片泵静态性能
（1）q—p特性测试
液压泵实际流量q指液压泵在某一具体工况下,单位时间内所排出的液体体积,它等于理论流量qi减去泄漏流量Δq，即：
其中泄漏流量Δq与液压泵的负载压力p成正比，即Δq=kp，k为比例系数，即有：
(2)ηv—p特性测试
液压泵的功率损失有容积损失和机械损失两部分，容积损失是指液压泵流量上的损失,液压泵的实际输出流量总是小于其理论流量,其主要原因是由于液压泵内部高压腔的泄漏、油液的压缩以及在吸油过程中由于吸油阻力太大、油液粘度大以及液压泵转速高等原因而导致油液不能全部充满密封工作腔。液压泵的容积损失用容积效率来表示,它等于液压泵的实际输出流量q与其理论流量qi之比即：
其中q—泵额定转速下的实际流量(m3/s)
qi—泵额定转速下的理论流量(m3/s)，实验中为泵额定转速下的空载流量
(3) P—p、Pi—p特性测试
液压泵的功率有输入功率Pi和输出功率P。
①输入功率Pi 液压泵的输入功率是指作用在液压泵主轴上的机械功率,当输入转矩为T0，角速度为ω时,有：
或 Pi=mn（KW）
式中，m—电机输出转矩，n—电机转速
也可以写成 Pi=P表η电（KW）
式中，P表—三相功率表测得的电机功率，η电—为P表对应的电机效率。
②输出功率P 液压泵的输出功率是指液压泵在工作过程中的实际吸、压油口间的压差Δp和输出流量q的乘积,即：
在实际的计算中,若油箱通大气,液压泵吸、压油的压力差往往用液压泵出口压力p代入。
故输出功率写成
式中p—为泵实际工作压力（N/m2），q—泵额定转速下的输出流量（m3/s）
(4)η—p特性测试
液压泵的总效率 液压泵的总效率是指液压泵的实际输出功率与其输入功率的比值,即：
其中Δpqi／ω为理论输入转矩Ti。
液压泵总的效率
故液压泵的总效率等于其容积效率与机械效率的乘积，所以液压泵的输入功率也可写成：
液压泵的各个参数和压力之间的关系如图所示。 液压泵的特性曲线
2. 测试定量叶片泵的动态特性
(1)泵过渡过程品质测试
当泵输出流量瞬时突变时，泵工作压力会随之发生改变，故要测量压力随时间变化的过渡过程品质，画特性曲线，求压力超调量、压力稳定时间、压力回升时间。
(3)泵工作压力脉动特性测试
泵工作压力脉动的影响原因复杂，如流量脉动变化，负载变化，压力损失变化等，忽略其它因素的影响，考察不同流量下压力脉动的规律，测泵输出压力脉动特性，画特性曲线，求压力脉动频率和幅值。
实验原理如下图所示：
三、实验系统与设备
1、所需设备：SYT/SD-600L-90全功能液压性能测试系统 1套
2、测试方法和测试标准的说明
测试标准：国家标准《液压轴向柱塞泵》，标准号：JB/T7043-2006
6.2.1 排量
空载排量应在公称排量的95%~110%范围内。
6.2.2 容积效率和总效率
在额定工况下，定量泵的容积效率和总效率应符合表2的规定。变量泵指标科比相同排量的指标低1个百分点。
表2 轴向柱塞泵的容积效率和总效率
四、实验步骤方法
1. 静态特性测试
（根据国家标准《液压轴向柱塞泵》JB/T7043-2006中7.3.2表10的规定，在最大排量（25ml/r）、额定转速（1450r/min）下，使被试泵的出口压力逐渐增加至额定压力的25%（7.88MPa），待测试状态稳定后，测试与效率有关的数据；
按上述方法，使被试泵的出口压力为额定压力的40%（12.6MPa）、55%（17.3MPa）、70%（22MPa）、80%（25.2MPa）、100%（31.5MPa）时，分别测量与效率有关的数据。
转速约为额定转速的100%（1450r/min）、85%（1233r/min）、70%（1000r/min）、55%（798r/min）、40%（580r/min）、30%（435r/min）、20%（290r/min）、10%（145r/min）时在上述各试验压力点，分别测试被试泵与效率有关的数据
测得的流量、功率、电流填入表1
表1 被试泵测试参数表（转速n、压力p2e、流量qv2e、功率VA、电流A）
⑵容积效率、总效率计算及分析
根据国家标准容积效率计算：
根据国家标准总效率计算：
其中忽略输入压力对效率的影响，上式变为
式中：
V2e—试验压力时的排量，单位是ml/r；
V2i—空载排量，单位为ml/r；
qv2e—试验压力时的输出流量，单位为L/min；
ne—试验压力时的转速，单位为r/min；
ni—空载压力时的转速，单位为r/min；
qv2i—空载压力时的输出流量，单位为L/min；
p2e—输出试验压力，单位为kPa；
p1e—输入压力大于大气压为正，小于大气压为负，单位为kPa;
T1—输入转矩，单位为Nm；
qv1e—试验压力时的输入流量，单位为L/min。
①功率、流量、效率等参数随压力变化的计算及分析
根据以上公式计算，得出最大排量、额定转速下容积效率随压力变化的值如下表。
最大排量（25ml/r）、额定转速下（1450r/min）的容积效率
绘出最大排量、额定转速下容积效率随压力变化特性曲线图
根据以上公式计算，得出最大排量、额定转速下总效率随压力变化的值如下表。
最大排量（25ml/r）、额定转速下（1450r/min）的总效率
绘出最大排量、额定转速下总效率随压力变化特性曲线图
根据表1，得出最大排量、额定转速下流量随压力变化的值如下表。
最大排量（25ml/r）、额定转速下（1450r/min）的流量
绘出最大排量、额定转速下流量随压力变化特性曲线图
根据表1，得出最大排量、额定转速下功率随压力变化的值如下表。
最大排量（25ml/r）、额定转速下（1450r/min）的功率
绘出最大排量、额定转速下功率随压力变化特性曲线图
根据国家标准，在额定工况下，定量泵的容积效率和总效率应符合表2的规定。变量泵指标科比相同排量的指标低1个百分点。
表2 轴向柱塞泵的容积效率和总效率
某 （型号）柱塞泵为斜盘式变量柱塞泵，当压力高于 （某值）MPa时，容积效率
能否达到国家标准的91%，而总效率
最高不到 %（按标准测试点最大 %），能否达到国家标准的86%。
最后得出结论
2. 动态特性测试
1）泵过渡过程品质测试
（1）调定参数
溢流阀2压力调定为7MPa，做安全阀用。
（2）设定参数
a. 节流阀6前设定压力为0.6MPa；
b. 节流阀7前设定压力为6MPa；
（3）测试参数
a. 关闭电磁阀4，打开电磁阀5，让泵在0.6MPa工作压力下，油通过节流阀6回油箱；
b. 突然关闭电磁阀5，泵油经节流阀7流出，由压力传感器3测出泵工作压力。
2）泵工作压力脉动特性测试
（1）调定参数
溢流阀2工作压力调定在7MPa，做安全阀。
（2）设定参数
节流阀前压力设定为1MPa和5MPa。
（3）测试参数
在每一设定压力下，由压力传感器3，测出泵压力脉动。
五、注意事项
1、一人负责调节溢流阀，开关机；一人负责调节节流阀，开关电磁阀；一人负责观察压力表、传感器数据，记录数据。三人即要明确分工，又要密切配合，严格按要求正确操作，决不鲁莽从事。
2、无论是压力调大还是调小，注意缓慢平稳，不能过大。不能在高速下关掉电源，转速下降过快，对电机不利。
3、各设备、仪器要有良好的接地，一是为了防止外界干扰，二是预防触电。
4、正式测试前，注意检查系统连接是否正确，测试结束时，切勿忘记溢流阀打开。
5、实验过程中，若设备、仪器有异常现象及时向指导教师报告，便于妥善处理。
6、严格控制实验时间，各组在规定时间内抓紧完成实验，实验结束，待指导教师验收完毕方能关机离开实验室。
六、实验报告要求
1、实验前必须认真预习实验指导书，明确实验任务，初步了解实验方法，为正式测试作好准确。
2、画出测试液压泵静态动态特性回路的液压系统图，将记录数据简单列表，根据采集的实验数据及计算处理结果，并于实验报告纸上画出液压泵的q—p特性曲线、ηv —p特性曲线、η —p特性曲线、Pi —p特性曲线、P0 —p特性曲线图，分析液压泵的静态特性曲线。
3、根据采集的实验数据得到的动态特性实验结果，画过渡过程曲线，求压力超调量、压力稳定时间、压力回升时间；画泵压力脉动曲线，求压力脉动频率、压力脉动幅值。并分析液压泵的动态特性。
4、根据参数表与特性曲线分析比较液压泵不同压力下静态特性及不同流量下动态特性，并回答影响静态动态特性的主要因素。
5、画出自我设计的测试液压泵静态动态特性回路的液压系统图，根据实验结果分析说明回路的不同特点。
液压泵的静态特性曲线
七、思考题
（1）实验油路中溢流阀起什么作用？
（2）在实验系统中调节节流阀为什么能对被试泵进行加载？
（3）从液压泵的效率曲线中可得到什么启发？
实验二
实验室：动力机械实验室 教师姓名：戴正强
一、实验目的
1、观察载荷力大小与所调压力之间的关系及过载现象。
2、记录压力表数值，找出其与载荷力之间的关系。
3、了解本实验系统中各元件的性能，并掌握各元件的连接方法及测量仪表、测试软件使用方法，与测试技能。
4、自行设计压力控制回路及实验，训练学生自我设计压力控制回路的能力。
二、实验原理
液压泵工作在系统的调定压力时，要通过溢流阀调节并稳定液压泵的工作压力。在变量泵系统中或旁路节流调速系统中用溢流阀(当安全阀用)限制系统的最高安全压力。当系统在不同的工作时间内需要有不同的工作压力，可采用二级或多级调压回路。
图81-1调压回路原理图
1.单级调压回路 如上图81-1(a)所示。通过调节溢流阀的压力，可以改变泵的输出压力。当溢流阀的调定压力确定后，液压泵就在溢流阀的调定压力下工作。从而实现了对液压系统进行调压和稳压控制。
2.二级调压回路 如上图81-1(b)所示为二级调压回路。由先导型溢流阀2和直动式溢流阀4各调一级，当二位二通电磁阀3处于图示位置时系统压力由阀2调定，当阀3得电后处于右位时，系统压力由阀4调定，但要注意：阀4的调定压力一定要小于阀2的调定压力，否则不能实现；当系统压力由阀4调定时，先导型溢流阀2的先导阀口关闭，但主阀开启，液压泵的溢流流量经主阀回油箱，这时阀4亦处于工作状态，并有油液通过。
3. 三级调压回路 如上图81-1(c)所示为三级调压回路，三级压力分别由溢流阀1、2、3调定，当电磁铁1YA、2YA失电时，系统压力由主溢流阀调定。当1YA得电时，系统压力由阀2调定。当2YA得电时，系统压力由阀3调定。在这种调压回路中，阀2和阀3的调定压力要低于主溢流阀的调定压力，而阀2和阀3的调定压力之间没有什么一定的关系。当阀2或阀3工作时，阀2或阀3相当于阀1上的另一个先导阀。
三、实验系统与设备
所需设备：
液压传动综合实验台
所需元件：
压力表3块；溢流阀3个，其中带遥控口的1 个；3位4通O型电磁换向阀1个（或手动阀）；2位2通电磁换向阀1个；2位4通电磁换向阀2个；2位3通电磁换向阀2个；节流阀1个；单向阀1个；液压缸1个。
系统连接：（如下图）
（1）两级调压回路实验
液压原理图见下图81-4，是单泵双向调压，溢流阀2和3调定两种不同压力，分别满足液压缸双向运动所需不同压力。工作过程见电磁铁动作表。
系统连接图及电磁铁动作表
（2）两级远程调压回路实验
用先导式溢流阀1及两个直动式溢流阀2和3，二位四通电磁阀4，可组成两级远程调压回路。液压原理图见下图81-5， 阀1的调整压力，大于阀2及阀3的调整压力。工作过程见电磁铁动作表。
系统连接图及电磁铁动作表
（3）三级远程调压回路实验
系统连接图及电磁铁动作表
用先导式溢流阀1，两个直动式溢流阀2和3，及三位四通电磁换向阀4可组成三级远程调压回路，其液压原理图见上图81-6，阀1调定压力大于阀2和阀3调定压力。工作过程见电磁铁动作表。
四、实验内容及操作步骤
1、按照实验回路图的要求，取出所要用的液压元件并检查型号是否正确。
2、将检查完毕性能完好的液压元件安装到插件板的适当位置上，每个阀的联结底板的两侧都有各油口的标号，通过快速接头和软管按回路要求联结。
3、电磁铁编号，如图所示，把电磁铁插头插到相应的输出孔内。
4、放松溢流阀，启动泵，调节先导式溢流阀的压力为4MPa。
5、远程调压回路实验中把电磁铁控制板的电源打开，将电磁铁开关接通，调节溢流阀（远程调压阀）的压力低于4MPa，调整完毕，将电磁铁开关断开。
6、三级远程调压回路实验调节另一溢流阀（远程调压阀）的压力低于4MPa，调整完毕，将电磁铁开关断开。
7、调整完毕回路就能达到三种不同压力，重复上述循环，按电磁铁动作表运行回路，观察各压力表数值。
8、根据老师的要求，选择不同的液压元件，设计、连接成多级压力控制回路，画出其实验原理图及联接图，经指导老师检查无误后，重复上述实验步骤。
9、实验完毕后，首先要旋松回路中的溢流阀手柄，然后将电机关闭。当确认回路中压力将为零后，方可将胶管和元件取下放入规定的抽屉内，以备后用。
五、实验结论
1、画出各调压回路的液压系统图，于实验报告纸上复制负载压力图，并将打印记录数据简单列表。
2、指出回路所控制的压力是多少及执行元件最大负载，说明达最大负载时执行元件动作变化。
3、说明压力控制回路出现故障时的现象，说明过载时，执行元件动作有何变化，为什么？
4、画出自我设计的多级压力控制回路的液压系统图，根据实验结果分析说明回路的不同特点。
六、注意事项
实验中连接好回路后，一定要经指导老师检查无误后，方可开机运行。实验时一人负责调节溢流阀，开关机；一人负责观察压力表数据变化，边操作边分析现象与原因。参与者即要明确分工，又要密切配合，严格要求正确操作。
实验三
实验室：动力机械实验室 教师姓名：戴正强
一、实验目的
1、通过实验，观察负载大小与所调速度大小及相互之间的关系。
2、利用液压实验台，记录压力表数值，找出其与速度之间的关系，即节流调速回路的速度—负载特性。
3、了解本实验系统中各元件的性能，并掌握各元件的连接方法及测量仪表、测试软件使用方法，与测试技能。
4、通过对节流阀进油节流调速回路实验，分析回路的速度—负载特性。
5、比较节流阀的节流调速回路与调速阀的节流调速回路的速度—负载特性。
6、通过自行设计节流调速回路及实验，训练学生自我设计节流调速回路的能力；学习节流调速回路性能实验方法。
二、实验原理
节流调速回路由定量泵、流量阀、溢流阀、执行元件组成。按流量阀不同可分为用节流阀的节流调速回路和用调速阀的节流调速回路。节流调速回路中，流量阀的通流面积调定后，油缸负载变化对油缸速度的影响程度可用回路的速度—负载特性表征。
节流阀进油节流调速回路的速度——负载特性
回路的速度—负载特性方程
式中，v—油缸速度
A1—油缸有效工作面积
A节—节流阀通流面积
p泵—油泵供油压力
F —油缸负载 图82-1进油节流调速回路速度—负载特性曲线图
h机—油缸机械效率
按不同的节流阀通流面积作图，可得一组速度—负载特性曲线，如上图82-1。由特性方程和特性曲线看出，油缸运动速度与节流阀通流面积成正比，当泵供油压力p泵调定后，节流阀通流面积A节调好后，活塞速度v随负载F增大按以j为指数的曲线下降。当F=A1p泵时，油缸速度为零，但无论负载如何变化，油泵工作压力不变，回路的承载能力不受节流阀通流面积变化的影响，图中各曲线在速度为零时都交汇于同一负载点。
三、实验系统与设备
所需设备：
液压传动综合实验台
所需元件：
压力表3块；2位2通电磁换向阀1个；3位4通O型中位机能电磁换向阀1个；先导式溢流阀2个；节流阀1个；单向阀2个；液压缸1个。
系统连接：（如下图）
节流阀进油节流调速回路系统连接图
A-被试油缸 1-定量泵 2-先导式溢流阀Y-10B 3-电磁阀（二位二通，常断） 4-压力表 5-电磁阀（三位四通，O型） 6-节流阀 7、11-单向阀 8-压力表 9-压力表 10-先导式溢流阀Y-25B
四、实验内容及操作步骤
1. 实验内容
节流阀进油节流调速回路，测试节流阀在三种通流面积下的速度—负载特性。
2. 实验方法
节流阀进油节流调速回路速度—负载特性实验
（1）用溢流阀2，调定油泵1工作压力为6MPa，由压力表4观测；
（2）调节流阀6为小通流面积，同时保持溢流阀2调定压力不变；
（3）用溢流阀10，通过调节不同压力大小（观察压力表9）对工作油缸A加载，溢流阀10调定压力设定点为6个，其中包括加载力为零（全开）和工作缸A不动时的加载力点，由压力表9观测；
（4）测量油缸位移L，用秒表测油缸运行L位移的时间t；
（5）计算工作缸A的负载F和工作缸A运动速度
（N）
（m/s）
式中，F：油缸A的负载
p：加载溢流阀10的调定压力（N/m2）
A：被试缸有杆腔有效工作面积（m2）
，D：被试缸内径（m）；d：被试缸活塞杆直径（m）
L：油缸A行程（m）
t：油缸A行L所用时间（s）
根据上式，由于被试缸有杆腔有效工作面积A为固定值，则负载F与加载溢流阀10的调定压力p成正比，故实验数据可用压力p代替油缸A的负载F。
（8）调大节流阀6的通流面积，重复（1）~（7）项实验内容。
（9）调节流阀6为更大通流面积，重复（1）~（7）项实验内容。
五、实验结论
1、画出进油节流调速回路的液压系统图，于实验报告纸上画出三种通流面积下的速度—负载特性曲线图，并记录数据简单列表。
2、根据实验结果分析进油节流调速回路的速度—负载特性，分析进油节流调速回路适用于何种场合，为什么？
3、说明速度控制回路出现故障时的现象，说明过载时，执行元件动作有何变化，为什么？
4、画出自我设计的节流调速回路的液压系统图，根据实验结果分析说明回路的不同特点。
六、注意事项
实验中连接好回路后，一定要经指导老师检查无误后，方可开机运行。实验时一人负责调节溢流阀，开关机；一人负责观察压力表数据变化，边操作边分析现象与原因。参与者即要明确分工，又要密切配合，严格要求正确操作。