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液压实验报告


西安交通大学
液压与气压传动实验报告

实验一 油泵性能实验
一、实验目的:
1、了解定量叶片泵性能实验所用的实验设备及实验方法。 2、分析定量叶片泵的性能曲线,以了解叶片泵的工作特性。

二、实验项目
1、测定叶片泵的流量与压力关系。 2、测定叶片泵的容积效率及总效率与压力的关系; 3、测定叶片泵

的功率与压力的关系; 4、绘制叶片泵的综合曲线。

三、实验台原理图:

油泵性能实验液压系统原理图 1—空气滤清器,2—泵,3、6—溢流阀,5—二位二通电磁换向阀,9、13—压力 表,12—调速阀,14—节流阀,18—电动机,19—流量计,21—液位温度计,22— 过滤器,23—油箱

四、实验步骤
1、实验步骤:

1) 了解和熟悉实验台液压系统工作原理和元件的作用; 2) 检查实验中各旋钮必须在 “停” 位置上, 溢流阀压力调到最小值 (开度最大) ,
然后进行实验。

3) 启动运转油泵:按“泵启动”按钮,使油泵运转工作一定时间,方可进行
实验工作。

4) 调整溢流阀作为安全压力阀,节流阀 14 关死,调溢流阀 6,使压力表指针指
到安全压力 4 MPa 。此时溢流阀 6 作安全阀用,然后开始实验。 2、实验方法: 1)测定油泵的流量与压力的关系。将节流阀 14 调到最大开口,旋转一分钟后使 压力表 9 的读数达到最小值(认定大于额定压力 30%)为空载压力,测定空载压 力时流量 Q (用流量计和秒表测定) 。然后逐步关小节流阀 14 的开口,使压力增 大,测定不同压力下(分别为额定压力的 25%、40%、55%、70%、85%、100%)的 流量,即得 Q ? f ( P) 曲线,额定压力为 4 MPa 。 2)测定功率与压力的关系: 泵的有效功率为: N 有效 ? PQ 根据测得数据压力 P 及 Q 值,可直接计算出各种压力下的有效功率。 3)容积效率?容 容积效率?容 是油泵在额定工作压力下的实际流量 Q实 和理论流量 Q理 的比值,即

?容 ?

Q实 Q理

100%

式中: Q实 —液压泵的实际流量(当压力 P ? P 。 1 时的流量) 在实际生产实验中,一般用油泵空载压力下的空载流量 Q0 代替 Q理 ,则:

?容 ? ?

? Q实 ? ? q ? ? ? 100% ? ?1 ? ? ? 100% ? Q0 ? ? Q理 ?

式中: q —液压泵的漏油量 q ? Q0 ? Q实 。 由上式知,各种压力下的容积效率可根据第一项实验的数据计算之。 4)总效率?总

?总 ?

N 有效 N 泵输入

? 100%

式中, N 有效 ? PQ 从油泵的输入功率 N 有效 可由实验台控制箱上的功率表读得。

五.实验数据处理
1、实验数据
流量 Q ? 8.9 测量值 泵出口压力 流量 泵输入功 率W 2.02k 1.91k 1.76k 1.63k 1.51k 油温 泵有效 功率 W 0.51k 0.43k 0.348k 0.264k 0.178k

L / min

额定压力 P ?

4

MPa
计算值

容积效 率% 95 97 98 99 100

总效率 % 25.2 22.5 19.8 16.2 11.8

MPa
3.6 3.0 2.4 1.8 1.2

L / min
8.5 8.6 8.7 8.8 8.9

?C
23 23 24 23 23

2、数据处理

泵的有效功率单位为 KW 1——总效率,2——流量,3——泵的有效功率

实验二 节流阀和调速阀性能实验
节流阀及调速阀是用来调节流量,以达到液压执行机构工作速度的目的。为了使 执行机构满足一定的工作性能要求。我们必须对这两种阀的性能有所了解。

一、实验目的:
1、了解影响节流阀流量的主要因素。特别是前后压力差对流量的影响。 2、了解调速阀的性能。

二、实验项目:
1、节流阀开口不变时,测定节流阀两端压力差与流量的关系。 2、节流阀的最大调节范围。 3、调速阀开口不变时,测定调速阀两端压力差与流量关系。

三、实验台原理图:

节流阀调速阀性能实验液压系统原理图 1—空气滤清器,2—泵,3、6—溢流阀,4、9、13—压力表,5—二位二通电磁换 向阀,12—调速阀,14—节流阀,17—二位三通电换向阀,18—电动机,19—流 量计,20—量杯,21—液位温度计,22—过滤器,23—油箱

1、 首先了解及熟悉实验台各元件的作用和工作原理,其次明确实验中注意事项, 然后进行实验。 2、节流阀开口不变时,测定节流阀两端压力差与流量的关系。 节流阀的流量为: Q ? Kf (?P) m
K —由阀形状及液体性质决定的系数;

f —阀孔的流通面积 (cm 2 ) ;
?P —节流阀两端的压力表差值;

m —节流孔形状决定的指数。 上式两端取对数,得: lg Q ? lg( Kf ) ? m lg(?P)

通过节流阀的流量和压力差的关系,在对数坐标上为一直线(如图) 。

将测得的不同压力差下的流量在对数坐标上可以画出一直线, 此直线的斜率就是 m。 将节流阀 14 固定在某一开口不变。 通过调节溢流阀 6 来改变节流阀的前后压差,可在 0.3 ~ 3.0 MPa 范围内调节。用 压力表 9 和 13 测定。测量出各压力差下的流量大小。即得 Q ? f (?P ) 特性曲线。

四、实验步骤
1.将溢流阀开到最大,启动泵,工作一段时间,然后开始试验 2.将节流阀开到一定程度大小,调整溢流阀的压力值,记录节流阀前后压差及流 量。 3.将调速阀换上,调速阀开到一定程度大小,调整溢流阀的压力值,记录节流阀 前后压差及流量。 4.画出特性曲线,比较节流阀与调速阀的性能。

五、实验数据处理
1、实验数据记录
节流阀 调速阀

阀前 阀后 压 力 差 流量 油 温 阀前 阀后 压 力 差 流量 油 温 Q Q ?C ?C 端压 端压 端压 端压 ?P ? P ?P ? P 1?P 2 1?P 2 力 P1 力 P2 力 P1 力 P2 3.2 2.8 2.4 2.0 1.6 1.2 0.8 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 3.0 2.6 2.2 1.8 1.4 1.0 0.6 8.7 8.1 7.4 6.6 5.9 5.2 4.2 25 25 25 25 25 25 25

2.节流阀的特性曲线

3、节流阀特性曲线在对数坐标图

实验数据分析:由于试验数据测量少,且有不准确数据,故图像不是 一条直线 节流阀的流量公式: lgQ=0.72+0.45lg△p

实验三 节流调速性能实验
一、实验目的:
1、了解各种节流调速性能,并做出其速度负载特性曲线。 2、分析比较三种节流调速的性能。 3、通过实验比较分析节流阀和调速阀调速性能。

二、实验项目:
1、进油节流调速试验。 2、回油节流调速试验。 3、旁路节流调速试验。 4、调速阀进油调速试验。

三、液压系统原理图和实验内容说明
图 a:节流调速性能实验台液压系统原理图(总图) 图 c:回油路节流调速液压系统原理图 图 d:旁油路节流调速液压系统原理图

图 a 节流调速性能液压系统原理 其中,左边为实验液压系统原理图,右边为负载原理图。

1、 进油节流调速(图 b)

负载油缸 11(右端原理图上 11) ,改变负载缸 11 内的压力 P负 即改变负载。
m 节流阀的流量为: Q ? Kf (?P)m ? Kf ( P 1?P 2)

式中: P1 —节流阀前的压力即溢流阀的调整压力,为常数。
P2 —液压缸左腔的压力。

活塞的移动速度:
v?
m Q Kf ( P 1?P 2) ? A1 A1

(1)

式中: A1 —液压缸左腔的有效面积、

v —活塞移动速度
活塞受力平衡方程为: P2 A1 ? P3 A3 ? R 式中: R —活塞克服的负载,包括摩擦力,切削力。
P3 —液压缸右腔的压力。 A3 —液压缸右腔的面积。

(2)

因为液压缸右腔直接与油箱相通,故 P3 =0,则式(2)可写成:
P2 ? R A1

(3)

将(3)代入(1)式可得:
v? Kf R m Kf m (P ) ? m?1 ( P 1? 1A 1 ? R) A1 A1 A1

(4)

式中: K 、 A1 、 P1 、 m 均为常数,若节流阀的通流截面积 f 确定之后, 通过改变负载缸 11 内的压力即变负载 R ,负载若发生变化造成节流阀两端压差 的变化,从而使活塞速度发生变化,因此,可测出进油节流调速的速度负载特性 即 v ? f ( R) 。如图 4—1.

图 4— 1

3、回油节流调速:
回油节流调速液压系统原理图如下:

图 c 回油节流调速液压系统原理图 1—空气滤清器,2—泵,3、6—溢流阀,4、13—压力表,5—二位二通电磁换向 阀,10—三位四通电磁换向阀,11—液压缸,14—节流阀,18—电动机,21—液 位温度计,22—过滤器,23—油箱 因为节流阀出口直接通油箱压力为零,节流阀的流量为:
Q ? Kf (?P)m ? Kf ( P2 ) m

式中; P2 —液压缸右腔的压力。 活塞的移动速度 v 为:
v? Q Kf ? ( P2 ) m A2 A2

(5)

活塞受力平衡方程式为:
P 1A 1 ? P 2 A2 ? R

(6)

式中: P 1 ? P 0 为油泵压力,即,溢流阀的调整压力,为常数。
P2 ? P0 A1 ? R A2

(7)

将(7)式代入(5)式可得:
v? Kf P0 A1 ? R m Kf ( ) ? m?1 ( P0 A1 ? R) m A2 A2 A2

(8)

由式(8)可知,若节流阀的通流截面 f 调定后改变负载缸 11 的压力 P 即改变 R 就造成节流阀两端压差的变化,从而使活塞的移动速度 v 发生变化,可测出回油 节流调速的速度负载特性,即: v ? f ( R) ,如图 4—2

图 4— 2

4、旁路节流调速
原理图如下:

图 d 旁路节流调速回路液压系统图 泵的输出流量为常数,它输出的油分两路,一路经节流阀 14 流回油箱,另一路 进入液压缸 11(图左) ,改变节流阀 14 的流通截面,以改变了进入油缸流量的 大小,当通流截面调定后,改变节流阀的压力差,就改变了流回油箱的流量,即 改变进入油缸 11(图左)的流量大小,以达到调速的目的。 活塞受力平衡方程式:
P 1A 1 ? P 2 A2 ? R

因换向阀出口直接接通回油箱, P2 ? 0 故, P 1 ?
R A1

R A1

节流阀两端的压差: ?P ? P 1 ? 通过节流阀流回油箱流量:

m Q2 ? Kf ( P 1 ) ? Kf (

R m ) A1

代入油缸的流量:
Q1 ? Q泵 ? Q2 ? Q泵 ? Kf ( R m ) A1

所以,活塞的速度:
Q泵 ? Kf ( v? A1 R m ) A1 Q泵 Kf ( R ) m ? A1 Am ?11

?

(9)

由(9)式可知,若节流阀的流通截面调定以后,改变负载油缸 11(右)内的压

力 P ,即改变负载 R ,就可以改变节流阀两端的压力差,从而改变进入油缸的流 量,改变了活塞的移动速度,可测出旁路节流调速的速度负载特性。 v ? f ( R) , 如图 4—3

图 4— 3

四、试验步骤及方法
1)步骤:首先了解和熟悉试验台的液压系统和各元件的作用,熟悉各试验 回路的操作,其次明确实验中注意事项,然后经进行试验。 2)方法

1、进油节流调速:
(1)将旁路节流阀 14 和调速阀 12 关闭。将进油节流阀 14 调到一定开度。 使系统变成如图 b 所示油路。 (2)启动开车。调溢流阀 6(左) ,使油泵 2(左)工作压力 P0=4MPa。 (3)电磁阀 10 的电气旋钮放在右边,活塞开始移动。 (4)启动负载端油泵 2,电磁阀 10 的电气旋钮放在左边,调节溢流阀 6, 以改变负载端 P负 从小到大每隔 0.5MPa 做一次直到 P0 = 3MPa 。 (5)每调一次加戴缸的压力 P负 ,用秒表记下活塞运动行程 L(L=40mm)时 的时间 t,并换算成速度 v 。 (6)将节流阀 14 调到另一开度,重复上述步骤 4、5。

3、回油节流调速试验:
(1) 将图 a 中的调速阀和节流阀块按照图 c 连接, 使系统变成图 c 所示油路 图。 (2)启动开车,调溢流阀 6,使油泵工作压力 P0 ? 4MPa 。 (3)电磁阀 10(左)的电气旋钮放在右边,活塞开始运动。

(4)回油节流阀 14 调到一定开度。 (5)起动负载油泵 2,电磁阀 10 的电气旋钮放在左边,调节压力阀 6,改 变 P负 从小到大每隔 0.5MPa 作一次,直到 P0 = 3MPa 。 (6)每调一次压力 P负 ,用秒表记下活塞移动行程 L 时的时间 t ,换算成速度

v。 (7)将回流节流阀 14 调到另一开度,重复上述步骤 5、6。

4、旁油路节流调速试验:
(1)将图 a 中的调速阀和节流阀块按图 d 连接,使系统成为图 d 所示油路。 (2)启动开车,溢流阀 6 作安全阀用,将压力调到 P0 ? 4MPa 左右。 (3)电磁阀 10(左)的电气旋钮放在右边,使活塞运动。 (4)节流阀 14 调到一定开度。 (5)起动负载油泵 2,电磁阀 10 的电气旋钮放在左边,调节负载端的压力 阀 6,改变 P负 从小到大每隔 0.5MPa 作一次,直到 P0 ? 3MPa 。 (6)每调一次压力 P负 ,用秒表记下活塞移动行程 L 时的时间 t ,换算成速度

v。 (7)将节流阀 14 调到另一开度,重复上述步骤 5、6。

五、实验数据分析
(1)进油节流调速实验数据: (加载缸右腔活塞直径 D=50mm,活塞 杆直径 d=32mm)
单位 序号 1 2 3 4 5 6
P1
P2
P负

R

L

t

v
cm / sec
1.73 1.55 1.35 1.12 0.84 0.73

MPa
4 4 4 4 4 4

MPa
0.95 1.58 2.0 2.5 3.1 3.3

MPa
0.4 1.05 1.6 2.02 2.5 2.6

N
1862 3096.8 3920 4900 6076 8580

cm
45 45 45 45 45 45

sec
26 29 33.52 40.13 53.59 61.40

(3)回油节流调速实验数据:
单位 序号 1 2 3 4 5 6 7
P1
P2
P负

R

L

t

v
cm / sec 10.47
9 8.18 7.38 5.84 4.29 2.33

MPa 4
4 4 4 4 4 4

MPa 1.8
1.75 1.4 1.1 0.7 0.4 0.2

MPa 0.95
0.98 1.4 1.81 2.22 2.7 3.1

N 5752
5810 6216 6564 7028 7376 7608

cm 45
45 45 45 45 45 45

sec 4..3
5.0 5.5 6.1 7.7 10.5 19.3

(4)旁油路节流调速实验数据:
单位 序号 1 2 3 4 5 6
P1
P2
P负

R

L

t

v
cm / sec
10 8.65 7.14 6.0 3.95 3.41

MPa
4 4 4 4 4 4

MPa
2.6 2.8 3.0 3.2 3.4 3.4

MPa
0.9 1.4 1.8 2.25 2.7 2.8

N

cm
45 45 45 45 45 45

sec
4.5 5.2 6.3 7.5 11.4 13.2

(1)进油节流调速实验速度负载特性曲线

(3)回油节流调速实验速度负载特性曲线

(4)旁油路节流调速实验速度负载特性曲线

分析: 1.进油节流调速回路:液压缸动作后,活塞杆缓慢动作,逐渐调大通 流面积可以观察到活塞杆运动速度增大;在运行过程中,可以看到活 塞杆动作时快时慢,这个是由于进油口有节流阀限制流量,而在回油 口又没有背压阀的原因,所以运动平稳性差;通常在刚启动时由于有 节流阀串联在进油口,所以启动冲击小;另外多余的油液被溢出,所 以工作效率低。在本回路中,工作部件的运动速度随外负载的增减而 忽快忽慢,难以得到准确的速度,故适用于轻负载或负载变化不大, 以及速度不高的场合。 2.回油节流调速回路:节流阀在回油路中, 所以这种回路多用在功率不 大,但载荷变化较大,运动平稳性要求较高的液压系统中,如磨削和 精镗的组合机床等。

3.旁路节流调速回路:与前两种回路的调速方法不同,它的节流阀和 执行元件是并联关系,节流阀开的越大,活塞杆运行越慢。这种回路 适用于负载变化小,对运动平稳性要求不高的高速大功率的场合,例 如牛头刨床的主传动系统,有时候也可用在随着负载增大,要求进给 速度自动减小的场合。


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