液压与气压传动实验指导书

液压与气压传动实验指导书

中南林业科技大学

机电实验中心

前言

本实验指导书是根据机械设计制造及自动化等专业《液压传动与气压传动》教学大纲及实验教学大纲的要求编写的，共编入七个教学实验，适用于在YCS系列液压教学实验台上进行。

通过实验教学，目的是使学生掌握常用液压元件及常用液压回路的性能及测试方法，培养学生分析解决实际工程问题的能力。

由于水平所限，不妥之处在所难免，欢迎批评指正。

目录

实验一液压泵（马达）结构实验----------------------------------4 实验二液压控制阀结构实验--------------------------------------5 实验三液压泵性能实验------------------------------------------6 实验四溢流阀性能实验------------------------------------------11 实验五节流调速性能实验----------------------------------------17 实验六液压回路设计实验----------------------------------------23 实验七气压回路设计实验----------------------------------------24

实验一液压泵（马达）结构实验

一、实验目的

1.通过实验，熟悉和掌握液压系统中动力与执行元件的结构、工作原理。

2.通过实验，能熟练完成各种泵（马达）的拆卸和组装。

二、实验内容

将实验中给出的液压泵（马达）分别拆开，观察其组成零件、结构特征、工作原理，并记录拆装顺序以便于正确组装。

1.齿轮泵的拆装：将齿轮泵按顺序拆开，观察泵的密封容积由哪些零件组成，困

油区、卸荷槽在什么位置，泵内压力油的泄漏情况，如何提高容积效率。

2.叶片泵的拆装：将叶片泵按顺序拆开，观察泵的密封容积由哪些零件组成，如

何区分配油盘上的配油窗口，分析配油盘上的三角沟槽有什么作用，叶片能否反

装，泵在工作时叶片一端靠什么力始终顶住定子内圆表面而不产生脱空现象。

3. 轴向柱塞泵的拆装：将柱塞泵按顺序拆开，观察泵的密封容积由哪些零件组成，

分析三对摩擦副的特点，变量机构的变量原理及特点，柱塞上的小槽和中心弹簧

有什么作用。

4. 叶片马达的拆装：将叶片马达按顺序拆开，观察马达的密封容积由哪些零件组成，

分析叶片马达与叶片泵相比结构上的特点，起动转矩的产生。

5. 单作用连杆型径向马达的拆装：将马达按顺序拆开，观察马达的密封容积由哪些

零件组成，分析配流轴的特点，马达内部油道的布置。

三、实验报告要求

１.填写实验名称、实验目的和实验内容，

2.将自己拆解的过程、遇到的问题以及如何解决问题的过程进行详细说明。

3.回答下列问题：

①齿轮泵高压化的主要障碍是什么？可在结构上采用哪些措施减少液压径向不平

衡力和提高容积效率？

②双作用叶片泵与马达在结构上有何异同？比较双作用式与单作用式叶片泵，说明

各自的特点。

③定性地绘制限压式叶片泵的压力—流量特性曲线，并说明“调压弹簧”、“调压

弹簧刚度”、“流量调节螺钉”对压力—流量特性曲线的影响。

④CY14-1轴向柱塞泵的有哪些结构特点？

⑤总结容积泵工作的必要条件及常用的三种配流方式。这三种配流方式分别运用在

何种结构的泵（马达）上？

实验二液压控制阀结构实验

一、实验目的

1.通过实验，熟悉和掌握液压系统中液压控制元件的结构、工作原理。

2.通过实验，能熟练完成各种液压控制阀的拆卸和组装。

二、实验内容

使用工具将方向阀、溢流阀、减压阀、流量阀等拆开，观察其结构和工作原理，工作状态及各类阀易发生故障的部位，将其重新装配。

三、实验报告要求

１.填写实验名称、实验目的和实验内容，

2.将自己拆解的过程、遇到的问题以及如何解决问题的过程进行详细说明。

3.回答下列问题：

①现有两个压力阀，由于铭牌脱落，分不清哪个是溢流阀，哪个是减压阀，又不希望把阀拆开，如何根据其特点作出正确判断？

②若减压阀调压弹簧预调压力为5MPa，而减压阀前的一次压力为4MPa。试问经减压阀后的二次压力是多少？为什么？

③将调速阀中的定差减压阀改为定值输出减压阀，是否仍然能保证执行元件速度的稳定？为什么？

④分别说明O型、M型、P型、H型三位四通换向阀在中间位置时的性能特点。

⑤分析比较溢流阀、减压阀和顺序阀的作用及差别。

⑥画出液压对中型不可调试中位机能为M型三位四通电液动换向阀（外部控制、外部回油）的详细符号，并说明其工作原理。

实验三液压泵性能实验

一、实验目的

1.通过实验，理解并掌握液压泵的主要性能。

2.通过实验，学会小功率液压泵的测试方法。

二、实验内容

着重测试液压泵的下列特性：

1.液压泵的实际流量Q与压力P之间的关系—Q-P特性曲线；

2.液压泵的容积效率ηv与工作压力P之间的关系—ηv-P特性曲线；

3.液压泵的总效率η与工作压力P之间的关系—η-P特性曲线。

三、实验原理与方法

液压泵的工作压力由其外加负载所决定，若定量泵出口串联一节流阀，节流阀出口直通油箱，由节流阀的通流面积A T的变化就可以对泵施加不同的负载，即泵的工作压力将随之变化。这可用流量方程Q=C q A TΔPφ来分析：对定量泵来说，Q为定值，对特定的阀来说，C q一定，此时，节流阀前后的压差ΔP=P，A T增大P减小，A T减小P增大。

液压泵由原动机械输入机械能（M，n），而将液压能（P，Q）输出，送给液压系统的执行机构。由于泵内有摩擦损失（其值用机械效率表示），容积损失（泄漏）（其值用容积效率表示）和液压损失（此项损失较小，通常忽略），所以泵的输出功率必定小于输入功率，总效率η为输出功率与输入功率之比：η=N出/N入；也可表示为，要直接测定比较困难，一般测出和η，然后算出。

液压泵的主要性能包括：额定压力、额定流量、容积效率、总效率、压力脉动（振摆）值、噪声、寿命、温升和振动等项。泵的测试主要是检查流量、容积效率、总效率、这三项。

以下为单级定量叶片泵（额定压力为63kgf/cm2,公称排量q 10ml/r）的主要技术性能指标，供参考。

1) ηv≥80%

2) η≥65%

图1－1为液压泵性能的液压系统原理图。图中18为被试泵，它的进油口装有线隙式滤油器，出油口并联有溢流阀11和压力表。被试泵输出的油液经节流阀10和流量计流回油箱。用节流阀10对被试泵加载。

图3－1 液压泵特性实验液压系统原理图

1．液压泵的流量－压力特性（Q －P ）：

通过测定被试泵在不同工作压力(P i )下的实际流量，得出它的流量－压力特性曲线Q ＝f i (P)。调节节流阀10即得到被试泵的不同压力，可通过P 12-1观测。不同压力下的流量用测定对应流过流量计液体体积△V 所用的时间△t 来确定。△V 取10L ，即流量计转一圈。

60t ???=

i

i V

Q （L/min ） 2．液压泵的容积效率－压力特性（－P ）：

实际转速

空载流量空载转速

实际流量空载排量实际排量容积效率??==

由于电动机的空载转速与实际转速基本相等，则空载流量

实际流量

容积效率=

本实验中在节流阀10的通流截面积为最大的情况下测出的泵的流量即为空载流量，这样容积效率既可表示为：

Q Q i

vi =

η

3．液压泵总效率－压力特性（η－P ）：

总效率η=N 出/N 入

液压泵的输入功率等于电动机的输出功率，即N 入=N Di ·ηDi 式中：N Di ----不同压力下电动机的功率（KW ）

ηDi ----不同功率时电动机的效率，如图1-2所示。 液压泵的输出功率N 出 =P i ·Q i /612（kw ） 液压泵的总效率可用下式表示：

Di

Di i

i N Q P N ηη??==

612N 入出

图3－2 电动机效率曲线

四、实验步骤

1.全部打开节流阀10和溢流阀11，接通电源，启动液压泵18，让被试泵18空载运转几分钟，排除系统内的空气。

2.关闭节流阀10，慢慢调溢流阀11，将压力P12-1调至75 kgf/cm2，然后用锁母将溢流阀11锁紧。

3.全部打开节流阀10，使被试泵的压力为零（或接近零），测出此时的流量，即为空载流量。

4. 逐渐关小节流阀10的通流截面，作为泵的不同负载，测出对应不同压

力P

i 时流过流量计△V所用的时间Δt

i

和电动机的输入功率N Di，将所测数据填

入表1-1。注意，节流阀每次调节后，须运转一、两分钟后，再测有关数据。

6.实验完成后，将节流阀10，溢流阀11全部松开，再关闭液压泵18，关闭电源。

五、实验报告要求

１.填写实验名称、实验目的和实验内容，并简述实验原理；

2.填写实验记录表（表1－1）；

3.绘制液压泵工作特性曲线：用坐标纸绘制Q－P，－P，η－P三条曲

线。

4.回答以下问题。

1)实验系统中用什么形式加载？为什么能够对被试泵加载？

2)从液压泵的效率曲线中得到什么启发？（如何合理选择泵的功率，泵的

合理使用区间等方面考虑）。

表3-1 液压泵性能实验数据记录表

液压泵型号：；额定压力：kgf/cm2；

实验四溢流阀性能实验

一、实验目的

1.通过实验，深入理解溢流阀稳定工况时的静态特性；

2.通过实验，掌握溢流阀静态性能实验方法。

二、实验内容

通过实验，着重测试溢流阀以下静态特性：

1.调压范围及压力稳定性；

2.卸荷压力及压力损失；

3.启闭特性。

三、实验原理与方法

本实验用Y1—10B先导式溢流阀作为被试阀。

根据《JB2135—77》有关标准，Y1—10B先导式溢流阀出厂试验应达到表4-1规定的标准：

表4-1 Y1—10B先导式溢流阀出厂标准

（一）调压范围及压力稳定性

1．调压范围：应能达到被试阀规定的调压范围（5－63kgf/cm2）。关闭或打开溢流阀，在压力上升或下降过程中，满足调压平稳，不得有尖叫声这一条件时所能达到的最高及最低压力。

2．压力振摆：是表示调压稳定性的主要指标之一，应不超过规定值（±2kgf/cm2）。在调压范围内，每一点的压力在稳定状态下压力的波动最大值。

3．压力偏移：指在调到调压范围的最高压力值后，经过１－３分钟发生的偏移值，应不超过规定值（±2kgf/cm2）。

（二）卸荷压力及压力损失

1．卸荷压力：被试阀远程控制口与油箱直通，阀处于卸荷状态，此时该阀通过实验流量下的压力损失，称为卸荷压力。卸荷压力应不超过规定值（2kgf/cm2）。

2．压力损失：被试阀的调压手柄调至全开位置，在试验流量下，被试阀的进出口压力差即为压力损失，其值应不超过规定值（2kgf/cm2）。

（三）启闭特性

启闭特性是溢流阀在调压弹簧调整好之后，阀芯在开启和闭合过程中，压力和流量之间的关系，是溢流阀静态特性的又一个重要指标。

使用中要求溢流阀在不同的溢流量下，保持恒定的系统压力，希望它的溢流特性曲线如图2-1中的A曲线所示，即溢流阀进口压力P低于调定压力P T时不溢流，仅在到达P T 时才溢流，且不管溢流量多少，进口压力始终保持在P T。但实际上是做不到这一点的，在开启过程，先导式溢流阀必须首先打开导阀，并使导阀打开到一定开口量后，主阀口才开始溢流，直到全部打开（全流量溢流），如图2-1中的B曲线所示。同样，关闭过程也不是理想状态，实际曲线如图2-1中的A曲线所示。

1．开启压力：被试阀调至调压范围最高值，此时的流量为试验流量Q n。降低系统压力在50 kgf/cm

2以下，然后

再调节系统压力，逐渐升高，被试阀逐

步打开，在被试阀的溢流量为试验流量

1%时的系统压力值称为被试阀的开启

压力，即P k。额定压力P n为63 kgf/cm2

的溢流阀，规定开启压力不得小于53

kgf/cm2。

2．闭合压力：被试阀调至调压范

围最高值，此时的流量为试验流量Q n。

调节系统压力，使压力逐渐降低，被试

阀逐步关闭，当通过被试阀的溢流量为试验流量1%时的系统压力值称为被试阀的闭合压力，即P b。额定压力P n为63 kgf/ cm2的溢流阀，规定闭合压力不得小于50kgf/ cm2。

图2－2为溢流阀性能测试的液压系统原理图。

图4-2溢流阀性能实验液压系统原理图

四、实验步骤

1．首先检查并使三位四通电磁换向阀17处于中位，溢流阀11全部打开。启动液压泵18，使二位三通电磁换向阀13处于常态位置，将溢流阀11调至比被试阀14的最高调节压力高10%，即70kgf/ cm2（观察压力表p12—1）。然后使电磁换向阀13通电，将被试阀14的压力调至63kgf/ cm2（观察压力表P12-2）。

2．压力稳定性的测试

1）调压范围：逐步打开溢流阀14的调压手柄，通过压力表p12—2，观察压力下降的情况，看是否均匀，是否有突变或滞后等现象，并读出调压范围最小值。再逐步拧紧调压手柄，观察压力的上升情况，读出调压范围最大值。反复实验不是少于3次，记录于表2-2。

2）压力振摆：调节被压阀14，在调压范围内取5个压力值，（其中包括调压范围最高值63kgf/ cm2），每次用压力表p12—2测量各压力下的最大压力振摆值，记录于表2-1。

3）压力偏移：调节被试阀14至调压范围最高值63kgf/ cm2，压力表p12—2，测量1－３分钟，观察压力偏移值，记录于表2-2。

3．卸荷压力和压力损失

1）卸荷压力：将被试阀14的压力调至调压范围的最高值（63kgf/ cm2），此时流过阀的溢流量为试验流量。然后将二位二通电磁换向阀16通电，被试阀的卸荷口（远程控制口）即直通油箱。用压力表p12—2测量压力值，即为卸荷压力，记录于表2-2。

注意：当被试阀的压力调好之后应将p12—2压力表开关转至O位，待16通电后，再将压力表开关转至压力接点读出卸荷压力值，这样可以保护压力表不被打坏。

2）压力损失：在试验流量下，调节被压阀14的调压手轮至全开位置，测出被试阀的进出口压力差，（因为出口接油箱，出口压力为0，所以压力表p12—2压力值即为压力损

失），记录于表2-2。

4．启闭特性

关闭溢流阀11，调节被试阀14至调压范围的最高值63kgf/ cm2，并锁紧其调节手柄，使通过被试阀14的流量为试验流量。

1）闭合特性:慢慢松开溢流阀11的手柄，使系统压力逐渐降低，测量对应不同压力时通过被试阀14的流量（测量流过△V油液所用时间△t，记录于表2-3），直到被试阀14的溢流量减少到额定流量的1%（小流量时用量杯测量）。此时的压力为闭合压力（由压力表p12—2读出）。继续松开溢流阀11的手柄，直到全部流量从溢流阀11流走。

2）开启特性：反向拧紧溢流阀11的手柄，从被试阀14不溢流开始，使系统压力逐渐升高，当被试阀14的溢流量达到实验流量的1%时，此时的压力为开启压力，再继续拧紧溢流阀11的手柄，逐渐升压，测量对应不同压力时通过被试阀14的流量（测量流过△V油液所用时间△t，记录于表2-3），一直升到被试阀14的调压范围最高值63kgf/ cm2。

注意：为了减少测量误差，启闭特性实验中溢流阀11的调压手柄应始终向响应的方向旋转。

５．实验结束，放松溢流阀11及14的调压手柄，并使二位三通电磁换向阀13置0位。最后关闭液压泵18。

表4-2 压力稳定性、卸荷压力及压力损失记录表

表4－3 启闭特性记录表

五、实验报告要求

1．填写实验名称、实验目的和实验内容，并简述实验原理；

2．填写实验记录表；

3．绘制溢流阀启闭特性特性曲线；

4．回答以下问题。

1）溢流阀的启闭特性有何意义？启闭特性好坏对使用性能有何影响？

2）在中高压大流量工况时，几乎不采用直动式溢流阀，而均采用先导式溢流阀，为什么？

实验五节流调速回路性能实验

一、实验目的

1．通过实验，掌握节流调速回路的不同形式；

2．通过实验，掌握常用节流调速回路的速度负载特性；

3．通过实验，掌握常用节流调速回路速度负载特性的测试方法。

二、实验内容

1．测试采用节流阀进油路调速回路的速度负载特性；

2．测试采用节流阀旁油路调速回路的速度负载特性；

3．测试采用调速阀进油路调速回路的速度负载特性。

三、实验原理与方法

节流调速回路是由定量泵、流量控制阀、溢流阀和执行元件等组成，它通过改变流量控制阀阀口的开度，即改变通流截面积来调节和控制流入或流出执行元件的流量，以调节其运动速度。流量控制阀可采用节流阀或调速阀，其调速性能各有自己的特点。即使采用同种流量控制阀，由于其安放的不同（分进口、出口及旁路三种），其调速性能也各有不同。

对某一种调速回路，当流量阀及液压缸的结构和尺寸确定后，系统的调定压力P、流量阀的通流面积A T及负载F是影响液压缸运动速度V的三个因素。

当系统压力P和通流面积A T确定后，则液压缸运动速度V只受负载F的影响，则速度V随负载F的变化关系即速度负载特性。

图5－1为节流调速回路性能实验的液压系统原理图。该液压系统由两个回路组成。图5－1的左半部是调速回路，右半部则是加载回路。

图5－1节流调速回路性能实验的液压系统原理图

在加载回路中，当压力油进入加载液压缸20右腔时，由于加载液压缸活塞杆与调速

回路液压缸19（以后简称工作液压缸）的活塞杆将处于同心位置直接对顶，而且它们的缸筒都固定在工作台上，因此工作液压缸的活塞杆受到一个向左的作用力（负载F ），调节溢流阀11可以改变F 的大小。

在调速回路中，工作液压缸19的活塞杆的工作速度V 与节流阀的通流面积A T 、溢流阀调定压力P 4-1（泵1的供油压力）及负载F 有关。而在一次工作过程中，A T 和P 4-1都预先调定不再变化，此时活塞杆运动速度V 只与负载F 有关。V 与F 之间的关系，称为节流调速回路的速度负载特性。A T 和P 4-1确定之后，改变负载F 的大小，同时测出相应的工作液压缸活塞杆速度V ，就可测得一条速度负载特性曲线。

t

L

V ?=

，V 为活塞杆长度，△t 为运动时间。 四、实验步骤

1．测试前的调整

1）加载回路的调整: 全部打开溢流阀11，启动液压泵18，慢慢拧紧溢流阀11的旋

钮，使回路中压力P 12-1=10kgf/cm 2

。转换电磁阀17的控制按钮，使电磁阀17左、右切换，加载液压缸20的活塞往复动作两、三次，以排除回路中的空气。然后使活塞杆处于退回位置。

2）调速回路的调整: 全部关闭节流阀7、9和调速阀6，并全部打开节流阀8和溢流

阀2，启动液压泵1，慢慢扭紧溢流阀2，使回路中压力P 4-1=10kgf/cm 2

。将电磁阀3的控制按钮置于“左”位，使电磁阀3处于左位工作。再慢慢调节进油节流阀7的通流面积，使工作液压缸19的活塞运动速度适中。左右转换电磁阀3的控制按钮，使活塞往复运动几次，检查回路工作是否正常，并排除空气。

2．加载：将电磁阀17处于右位加载液压缸活塞杆向前伸出，两活塞杆对顶。 3．节流阀进油路节流调速回路的速度负载特性

1）调节溢流阀2，使调速回路的系统压力P 4-1=25 kgf/cm 2

。

2）关闭旁油路节流阀9和进油路调速阀6，调节进油路节流阀7的通流面积，使工作液压缸19的活塞以较慢的速度运动，作为小的通流面积A T 。

3）调节加载回路溢流阀11，使工作压力P 12-3从小到大，测出对应压力下活塞运动时间△t ，记录于表3-1。负载应加到工作液压缸活塞不运动为止。

4)调节节流阀7的通流面积，使工作液压缸19的活塞以较快的速度运动，作为大的通流面积A T 。重复步骤3)，将所测时间记入表3-1。

5）调节溢流阀2，使调速回路的系统压力P 4-1=35 kgf/cm 2

。节流阀7的通流面积保持不变，重复步骤3)，将所测时间记入表3-1。 4．调速阀进油路节流调速回路的速度负载特性

1)调节溢流阀2，使调速回路的系统压力P 4-1=25 kgf/cm 2

。

2）关闭旁油路节流阀9和进油路节流阀7，调节进油路调速阀6的通流面积，使工作液压缸19的活塞以较慢的速度运动，作为小的通流面积A T 。

3）调节加载回路溢流阀11，使工作压力P 12-3从小到大，测出对应压力下活塞运动时间△t ，记录于表3-2。负载应加到工作液压缸活塞不运动为止。

4）调节进油调速阀6的通流面积，使工作液压缸19的活塞以较快的速度运动，作为大的通流面积A T。重复步骤3），将所测时间记录于表3-2。

5）调节溢流阀2，使调速回路的系统压力P4-1=35 kgf/cm2。调速阀6的通流面积保持不变。重复步骤3），将所测时间记录于表3-2。

5．节流阀旁油路节流调速回路的速度负载特性

1）调节溢流阀2，使调速回路的系统压力P4-1=25 kgf/cm2。

2）全部打开进油路节流阀7和进油路调速阀6，调节旁油路节流阀9的通流面积，使工作液压缸19的活塞以较慢的速度运动，作为小的通流面积A T。

3）调节加载回路溢流阀11，使工作压力P12-3从小到大，测出对应压力下活塞运动时间△t，记录于表3-3。负载应加到工作液压缸活塞不运动为止。

4）调节旁油节流阀9的通流面积，使工作液压缸19的活塞以较快的速度运动，作为大的通流面积A T。重复步骤3），将所测时间记录于表3-3。

5）调节溢流阀2，使调速回路的系统压力P4-1=35 kgf/cm2。旁油节流阀9的通流面积保持不变。重复步骤3），将所测时间记录于表3-3。

6．使各回路液压缸退回，电磁阀置中位，溢流阀卸荷，关泵。

注：液压缸参数如下

液压缸无杆腔直径D=40mm；

活塞杆直径d=30mm；

活塞杆有效行程L=240mm。

五、实验报告要求

1．填写实验名称、实验目的和实验内容，并简述实验原理；

2．填写实验记录表；

3．绘制三种节流调速回路的特性曲线；

4．回答以下问题。

1）以上3种调速回路的最大承载能力各取决于什么参数？

2）使用调速阀为什么能改善调速回路性能？

表5－1 节流阀进油路节流调速回路