液压实验指导书(附思考题答案)

一、实验目的

通过对液压泵的拆装可加深对泵结构及其工作原理的了解，能对液压泵的加工及装配工艺有一个初步的认识，并了解如何认识液压泵的铭牌、型号等内容。

二、实验用工具及材料

内六角扳手、固定扳手、螺丝刀、各类液压泵(齿轮泵、双作用叶片泵、限压式变量叶片泵)

三、实验内容及步骤

拆解各类液压元件，观察及了解各零件在液压泵中的作用，了解各种液压泵的工作原理，按一定的步骤装配各类液压泵。

1.齿轮泵

型号：CB-B型齿轮泵，结构图见图1-1。

图1-1 齿轮泵

1-轴承外环 2-堵头 3-滚子 4-后泵盖 5-键 6-齿轮 7-泵体8-前泵盖 9-螺钉 10-压环 11-密封环 12-主动轴 13-键 14-泻油孔15-从动轴 16-泻油槽 17-定位销

工作原理：

在吸油腔，轮齿在啮合点相互从对方齿谷中退出，密封工作空间的有效容积不断增大，完成吸油过程。在排油腔，轮齿在啮合点相互进入对方齿谷中，密封工作空间的有效容积不断减小，实现排油过程。

2.双作用叶片泵

型号：YB-6型叶片泵，结构图见图1-2。 工作原理：

当轴3带动转子4转动时，装于转子叶片槽中的叶片在离心力和叶片底部压力油的作用下伸出，叶片顶部紧贴与顶子表面，沿着定子曲线滑动。叶片往

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定子的长轴方向运动时叶片伸出，使得由定子5的内表面、配流盘2、7、转子和叶片所形成的密闭容腔不断扩大，通过配流盘上的配流窗口实现吸油。往短轴方向运动时叶片缩进，密闭容腔不断缩小，通过配流盘上的配流窗口实现排油。转子旋转一周，叶片伸出和缩进两次。

图1-2 双作用叶片泵

1-滚针（动）轴承 2-吸油盘 3-传动轴 4-转子 5-定子 6-泵体

7-压油盘 8-滚针（动）轴承盖 9-叶片

3. 内反馈限压式变量叶片泵

型号：YBN型内反馈限压式变量叶片泵 结构简图见图1-3

（1）变量原理

依据弹簧弹力与油液对定子内表面的作用力的合力产生的水平分力Fsinθ相互大小关系，使定子产生水平方向的运动，改变定子与转子的偏心量的大小，进而改变泵的排量和流量。

图1-3内反馈限压式变量叶片泵结构简图

1—最大流量调节螺钉；2 —弹簧预压缩量调节螺钉；3 —叶片；4 —转子；5 —定子

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四、实验报告要求

1.根据实物，简要说明齿轮泵的结构组成，画出齿轮泵的工作原理简图并说明齿轮泵的工作原理。

2.根据实物，简要说明双作用叶片的结构组成，画出双作用叶片的工作原理简图并说明齿轮泵的工作原理。

3.根据实物画出限压式变量叶片泵工作简图，并说明内反馈限压式变量叶片泵的变量原理。

五、思考题

1.何谓困油现象？如何消除困油现象？

因为为了保证运行平稳，所以齿轮泵的齿轮重合度大于一，也就是说当一对齿开始进入啮合时，另一对齿未能脱离啮合，这也就使得在两对齿之间形成了一个封闭区间，该区间既不与高压压油区相通，也不与低压区吸油区相通，当齿轮继续旋转，在高压区啮入的齿之间油压迅速增加，形成超高压，当该队齿转过中间点，这对齿之间空间增大，形成吸空现象，出现大量气穴，在增压时，使得齿轮啮合阻力激增，对浮动侧板上的滑动轴承形成很大压力，而在低压区形成气蚀和较大噪音。这种现象叫做困油现象

解决办法通常是在浮动侧板上开卸荷槽，卸荷槽开法是在高压啮合区开槽，使得啮入时形成的高压油流入压油区，也就是压油口，而低压区开槽使得啮出时形成的真空区与吸油口相通，这样就解决困油现象 但是原理上内啮合齿轮泵没有这个问题 2.叙述单作用叶片泵和双作用叶片泵的主要区别。 单作用叶片泵和双作用叶片泵的区别 单作用叶片泵：

1）单数叶片，一般取15片左右；叶片按旋转方向向后倾斜 2）定子、转子和轴受不平衡径向力

3）叶片底部的通油槽采取高压区通高压、低压区通低压，以使叶片底部和顶部的受力平衡，叶片靠离心力和惯性力的作用紧贴定子。 双作用叶片泵：

1）双数叶片，一般取12或16片；叶片按旋转方向向前倾斜 2）定子、转子和轴受平衡径向力

3）叶片底部的通油槽均通以压力油，叶片受离心力和叶片底部压力油的作用紧贴定子。

3.叙述限压式外反馈变量叶片泵和限压式内反馈变量叶片泵的主要区别，并说明其压力-流量特性曲线。

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实验二 行程换向开关控制的顺序动作回路

一、实验目的

在机床及其它装置中，往往要求几个工作部件按照一定顺序依次动作。如组合机床的工作台复位、夹紧，滑台移动等动作，这些动作间有一定的顺序要求。例如先夹紧后才能加工，加工完毕先退出刀具才放松。又如磨床杀功能砂轮的切入运动，一定要周期性在工作台每次换向时进行。因此，采用顺序回路，以实现顺序动作。依据控制方式不同可分为压力控制式、行程控制式和时间控制式。

二、实验仪器

YY-18型透明液压传动实验演示台、齿轮泵、油箱、溢流阀、二位四通电磁换向阀（2个）、行程开关（常开、常闭各2个，图2-1中3、4是常闭行程开关，1、2是常开行程开关）、单杆双作用油缸（2个）、压力表、调速阀。

三、实验原理

如图2-1所示液压回路。图中1、2、3、4为行程开关，其中3、2为常闭，1、4为常开。

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A31B421DT2DTCD 图2-1行程开关和电磁阀控制的顺序动作回路

四、实验内容

1. 通过亲自装拆，了解回路的组成和性能。 2. 利用现有的液压元件，拟定方案。

五、实验步骤

1. 按照实验回路图的要求，取出需用的液压元件，检查是否正确。 2. 将检查完毕性能完好的液压元件安装在实验台面板合理位置，通过管接头和液压软管按回路要求连接。

3. 据实验台的电气控制面板，进行电气线路连接。

4. 安装完之后，接通电源，启动电机，顺时针旋转调速按钮，同时按电气控制面板中换向阀C中的换向Ⅰ，使1DT得电，换向阀C处于左位，而换向阀D仍处于右位，油缸B的左腔进油，右腔回油，其活塞和活塞杆向右运动，右行到终点时，油缸B的挡块压下行程开关2，1DT断电，换向阀C处于右位，油缸A的左腔进油，右腔回油。

5. 油缸A的活塞和活塞杆右行到终点时，其挡块压下行程开关1，使2DT得电，换向阀D处于左位，油缸B的右腔进油，左腔回油，其活塞和活塞杆左行到终点时，油缸B的挡块压下行程开关4，使1DT得电，换向阀C处于左位。

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6. 油缸A的右腔进油，左腔回油，其活塞和活塞杆左行到终点时，油缸A的挡块压下行程开关3，使2DT断电，使油缸A、B重复以上动作。

六、思考题

1.常闭行程开关和常开行程开关的区别？

行程开关又称限位开关，在实际生产中，将行程开关安装在预先安排的位置，当装于生产机械运动部件上的挡块撞击行程开关时，行程开关的触点动作，实现电路的切换。行程开关是一种根据运动部件的行程位置而切换电路的电器，用于控制机械设备的行程及限位保护。被广泛用于各类机床和起重机械，用以控制其行程、进行终端限位保护。

常闭行程开关：挡块撞击常闭行程开关后，使得该行程开关的常闭触头断开，从而使该行程开关所在电路断开。常开行程开关，挡块撞击常开行程开关后，使该行程开关的常开触头闭合，从而使该行程开关所在电路接通。

2. 根据图2-1，填写下表： 信号来源 电磁铁状态 1DT 按下启动按钮 油缸B的挡块压下行程开关2 油缸A的挡块压下行程开关1 油缸B的挡块压下行程开关3 油缸A的挡块压下行程开关4 ＋ － 左位 右位 停止 右移 ＋ ＋ 左位 左位 左移 停止 － ＋ 右位 左位 停止 左移 ＋ － 2DT － － 换向阀位置 换向阀C 左位 右位 换向阀D 右位 右位 液压缸状态 油缸A 停止 右移 油缸B 右移 停止

实验三 节流调速回路

一、实验目的

1、了解节流调速回路的构成，掌握其回路的特点。

2、加深对进口节流、出口节流、支(或旁)路节流调速回路工作原理和速度负载特性的认识。

二、实验仪器

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YY-18型透明液压传动实验演示台、齿轮泵、油箱、溢流阀、节流阀、单杆双作用油缸

三、实验原理

如图3-1所示液压回路。

A1q1ATqpppp1p2ΔpTΔqA2FVA1q1p1p2ΔpTΔqA2ATFVA1q1p1p2ΔpTΔqA2ATFVqpppqppp（a）进口节流调速回路 （b）出口节流调速回路 （c）旁路节流调速回路

图3-1节流调速回路

四、实验内容

1. 通过亲自装拆，了解节流调速回路的组成和性能。 2. 利用现有的液压元件，拟定方案。

五、实验步骤

1. 按照实验回路图的要求，取出需用的液压元件，检查是否正确。 2. 将检查完毕性能完好的液压元件安装在实验台面板合理位置，通过管接头和液压软管按回路要求连接。

3. 安装完之后，接通电源，启动电机，顺时针旋转电机调速器的调速按钮至所需要的转速或油路的工作压力。

4. 调节节流阀的手柄来改变该节流阀节流口的通流面积，从而改变通过节流阀的油液流量大小（即进入油缸进油腔的油液流量），实现对活塞运动速度的调节目的。

5. 改变节流阀的安装位置（组成出油节流调速回路)，并重复步骤3、4。

六、思考题

1.溢流阀在三种节流调速回路（进口、出口和旁路）中的作用？

2.完成进口节流调速回路的详细说明，包括：绘制原理图、调速原理、并推导速度负载特性和回路功率（给出推导过程）。

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3.比较进油节流调速回路和出油调速回路的区别？

实验四 基本气动回路仿真

一、实验目的

利用德国Festo公司的F1uidSIM软件的电气－液压（气压）回路仿真功能，让每个学生都以实际操作的方式参与到4个基本气动回路设计和仿真的整个过程，使静止的气压回路动起来。同时激发学生的学习兴趣，提高学习效果。

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二、实验仪器

计算机，F1uidSIM软件

三、实验原理

在F1uidSIM－P软件环境中，先搭建基本气动回路（①双手操作回路；②快速排气阀的应用回路；③过载保护回路；④行程阀控制的连续往复动作回路），然后分别仿真每个基本气动回路的整个动作过程。

四、实验内容及步骤

1. FluidSIM软件的学习

⑴ 鼠标左键单击任务栏的“开始” 选中“程序” 选中“festo Didactic”

选中“F1uidSIM－P 3.6”并单击鼠标左键 进入气压回路的仿真环 境。如图4-1所示。

图4-1

⑵ 鼠标左键单击工具栏上的“新建”按钮（或鼠标左键单击菜单栏上的“文件”菜单命令，打开“文件”菜单命令，选中“新建”命令）即可新建一个文件，根据所搭建的气压回路，用鼠标左键单击左侧“元件库”窗口中的相应元件符号，并按住鼠标左键不放，将该元件符号拖放到右侧新建文件窗口中。同理，选择其他元件，并拖放到右侧新建文件窗口中。完成气压回路的搭建工作。如图4-2。

⑶ 仿真：鼠标左键单击工具栏上的“仿真”按钮（或鼠标左键单击菜单栏上的“执行”菜单命令，打开“执行”菜单命令，选中“启动”命令；或在新建文件窗口中，单击鼠标右键，弹出快捷菜单，选中“启动”命令并单击鼠标左键执行），F1uidSIM软件进入仿真模式。如图4-2。

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图4-2

⑷ 相关说明：

① FluidSIM软件中的物理量

物理量 压力（p） 流量（q） 速度（v） 力（F） ② 管路颜色具有下列含义：

电缆和液压管路的颜色 颜色 深蓝色 淡蓝色 淡红色 含义 气压管路：压力大于或等于最大压力的50％ 气压管路：压力小于最大压力的50％ 电 缆：有电流流动 单位 bar，MPa l/min m/s N 物理量 开口度（%） 电压（U） 电流（I） 单位 V A 2. 气压基本回路的仿真：对下列四个基本的气压回路进行仿真： ⑴ 双手操作回路，如图4-3所示。

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图4-3

该回路动作过程说明：只有同时按下两个启动用手动换向阀，气缸才动作（气缸的活塞杆伸出），对操作人员的手起到安全保护作用。应用在冲床、锻压机床上。（仿真过程中，先用左手按下shift键，然后用鼠标左键依次单击两个手动气动阀的按钮，使这两个手动气动阀依次切换到上位。） ⑵ 快速排气阀的应用回路，如图4-4所示。

图4-4

该回路动作过程说明：快速排气阀使气缸的排气不用通过换向阀而快速排出，从而加速了气缸往复的运动速度，缩短了工作周期。

⑶ 过载保护回路，如图4-5所示。

该回路动作过程说明：手动阀切换到下位，电磁阀切换到上位，液压阀切换到上位，气缸的无杆腔进气，有杆腔排气，气缸左行，运动到左侧终端时，负载增大，气缸过载，气缸的无杆腔进气压力升高，顺序阀（实验中搭接回路时选用压力顺序阀元件符号）动作，手动阀切换到上位，气动阀的控制气体经

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过电磁阀的上位、手动阀的上位的排气口排出，气动阀换向到下位（在弹簧力作用下换至图示位置），使气缸的活塞杆缩回。

图4-5

⑷ 行程阀控制的连续往复动作回路，如图4-6所示。

图4-6

该回路动作过程：按下手动换向阀的手柄，气动阀切换到右位，气缸右

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行，气动阀保持右位，直到气缸活塞杆上的挡块触压行程阀B时，气动阀切换到左位，气缸左行。在没有断开手动换向阀时，重复上述过程。

说明：使用标尺元件，可以实现行程阀对气缸行程的控制（实质用标尺上的位置代替行程阀）。具体过程：⑴ 将左侧“元件库”窗口中“标尺”元件符号，拖放到右侧新建文件窗口中气缸附近（右上侧），双击标尺符号，弹出标尺对

话框，

输入标签符号和对应的位置数值，鼠标左键“确定”。见图4-7；⑵ 双击行程阀A的机控部分，弹出元件关联对话框，输入标签符号1ST，鼠标左键“确定”。同理设置行程阀B。见图4-8。

图4-7

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图4-8

五、实验报告要求

1．完成相应的气压基本回路的搭接，对每一个气压基本回路的整个动作过程中的主要动作进行截图（使用键盘的Print Screen SysyRq 键实现，即要对当前窗口进行截图，只需按下Print Screen SysyRq 键即可。）。

⑴ 对双手操作回路，对气缸的活塞杆伸出动作（下行）进行截图； ⑵ 对快速排气阀的应用回路，对气缸的活塞杆右行和左行（并实时显示通过快速排气阀A口的压缩空气流量数值和通过电磁阀排气口的压缩空气流量数值。实现方式：通过双击阀的接口，然后选中需要显示的物理量即可）进行截图。

⑶ 对过载保护回路，对气缸的活塞杆左行和右行进行截图。

⑷ 对行程阀控制的连续往复动作回路，对气缸活塞杆右行开始、右行中、右行到终端、换向和左行中，左行到终端进行截图。

2．为了学习好该门课程，谈谈你对使用仿真软件F1uidSIM进行气压回路仿真实验的感想、建议或意见、改进措施或方法等。

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实验五 组合机床动力滑台液压系统及其电气控制电路仿真

一、实验目的

利用德国Festo公司的F1uidSIM软件的电气－液压（气压）回路仿真功能，对组合机床动力滑台液压系统及其电气控制电路进行仿真，将“传动”和“控制”结合起来，使静止的液压系统动起来。同时激发学生的学习兴趣，提高学习效果。

二、实验仪器

计算机，F1uidSIM软件

三、实验原理

在F1uidSIM－H软件环境中，搭建组合机床动力滑台液压系统及其电气控制电路，然后仿真组合机床动力滑台液压系统的整个动作过程（用继电器控制电路实现液压缸动作过程的自动控制）。

四、实验内容及步骤

⑴ 鼠标左键单击任务栏的“开始” 选中“程序” 选中“festo Didactic”

选中“F1uidSIM－H 3.6”并单击鼠标左键 进入液压回路的仿真环 境。如图5-1所示。

图5-1

⑵ 同实验四。如图5-2。 ⑶ 同实验四。如图5-2。 ⑷ 相关说明：

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① FluidSIM软件中的物理量

物理量 压力（p） 流量（q） 速度（v） 力（F） ② 管路颜色具有下列含义：

电缆和液压管路的颜色 颜色 暗红色 黄褐色 淡红色 含义 液压管路：压力大于或等于最大压力的50％ 液压管路：压力小于最大压力的50％ 电 缆：有电流流动 单位 bar，MPa l/min m/s N 物理量 开口度（%） 电压（U） 电流（I） 单位 V A

图5-2

2. 对组合机床动力滑台液压系统及其电气控制电路进行仿真：如图5-3所示。

该回路动作过程：

① 快进：按下启动按钮SB1，电磁铁lYA通电，电磁换向阀4左位接入系统，顺序阀13因系统压力低而处于关闭状态，液压源1则输出较大流量，这时液压缸5两腔连通，实现差动快进；

② 第一次工作进给：当滑台快进终了时，挡块压下行程阀6，切断快速运

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动进油路，电磁铁lYA继续通电，阀3仍以左位接入系统。这时液压油只能经调速阀11和二位二通换向阀9进入液压缸5左腔。由于工进时系统压力升高，液压源1便自动减小其输出流量，顺序阀13此时打开，单向阀12关闭，液压缸5右腔的回油最终经背压阀14流回汕箱，这样就使滑台转为第一次工作进给运动。进油量的大小由调速阀11调节，运行速度放慢。

③ 第二次工作进给：第二次工作进给油路和第一次工作进给油路基木上是相同，所不同之处是当第一次工进终了时，滑台上挡块压下行程开关3ST，发出电信号使阀9电磁铁3YA通电，使其油路关闭，这时液压油须通过阀11和10进入液压缸左腔。回油路和第一次工作进给完全相同。因调速阀10的通流面积比调速阀11通流面积小，故第二次工作进给的进油量由调速阀10来决定 ④ 死挡块停留：滑台完成第二次工作进给后，碰上死挡块即停止不动，这时液压缸5左腔的压力升高，当压力达到压力继电器8的设定压力时，继电器8发出电信号给时间继电器KT1，停留时间由时间继电器设定。

⑤ 快速退回：滑台停留时间结束后，时间继电器发出信号，使电磁铁lYA、3YA断电，2YA通电，这时阀3右位接入系统。因滑台返回时负载小，系统压力低，液压源1输出流量又自动恢复到最大，使滑台快速退回。

⑥ 原位停止：滑台快速退回到原位，挡块压下原位行程开关1ST，发出信号使电磁铁2YA断电，至此全部电磁铁都断电，阀3处于中位，液压缸两腔油路均被切断，滑台原位停止。若按钮SB1一直闭合，系统将不断循环，直至SB1断开。

图5-3

说明：

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⑴ 使用标尺元件，可以实现限位开关和行程阀对液压缸行程的控制（实质用标尺上的位置代替限位开关或行程阀）。具体过程：① 关于行程阀的参考实验四；② 限位开关控制液压缸行程设置如下：将左侧“元件库”窗口中“标尺”元件符号，拖放到右侧新建文件窗口中气缸附近（右上侧），双击标尺符号，弹出标尺对话框，输入标签符号和对应的位置数值，鼠标左键“确定”。见图5-4；⑵ 在对应的电气控制图中，双击限位开关对应的触点符号，弹出常闭（或开）触点对话框，输入标签符号1ST，鼠标左键“确定”。同理设置限位开关对应的其他触点符号。见图5-4。③压力的设置：液压泵的工作压力＞压力继电器的切换压力＞顺序阀的公称压力≥溢流阀的公称压力（设置方法：鼠标左键双击相应的元件，在弹出的对话框中输入相应的压力数值即可）。

图5-4

⑵ 电气控制回路的搭接：鼠标左键单击“插入”菜单命令，选中“电气元件”命令，鼠标左键单击选中的电气符号，移动鼠标到“新建文件”窗口中，单击鼠标左键确定放置电气符号的位置。按这种方法选择所有需要的电气符号，完成电气控制回路的搭建。（也可按搭建液压回路的方法进行。即从左侧元件库中选择所需要的元件拖放到新建文件窗口中完成回路的搭接。）

五、实验报告要求

1．完成组合机床动力滑台液压系统及其电气控制气压基本回路的搭接，仿真过程中，注意观察下列主要动作：①液压缸活塞杆右行（没有触压行程

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阀）、②右行（触压行程阀，但没有触压限位开关3ST）、③右行（触压3ST，但没有触压限位开关4ST）、④右行（触压4ST，但液压缸无杆腔压力没有达到压力继电器的调定压力）、⑤右行（液压缸无杆腔压力达到压力继电器的调定压力，但定时器KT 5s的定时时间未到）、⑥定时器KT 5s的定时时间刚到、⑦液压缸活塞杆左行（没有触压限位开关2ST）、⑧左行（触压限位开关2ST，但没有触压限位开关1ST）、⑨左行（触压限位开关1ST）。对以上过程实时显示进入液压缸的流量数值和液压缸活塞杆运动速度的数值。并对②、③、④、⑦、⑧进行截图（使用键盘的Print Screen SysyRq 键实现，即要对当前窗口进行截图，只需按下Print Screen SysyRq 键即可。）。

2．为了学习好该门课程，谈谈你对使用仿真软件F1uidSIM进行液压回路及其电气控制回路仿真实验的感想、建议或意见、改进措施或方法等。

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