实验1. 液压泵、液压马达结构拆装实验
学时数：1学时 实验类型：验证型
实验类别：专业实验 实验性质：必修实验
一、实验目的
液压元件是液压系统的重要组成部分，通过对液压泵的拆装可加深对泵结构及工作原理的了解。并能对液压泵的加工及装配工艺有一个初步的认识。
二、实验用工具及材料
内六角扳手、固定扳手、螺丝刀、齿轮泵、双作用叶片泵、斜盘式柱塞泵
三、实验内容及步骤
拆解各类液压泵，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。
图 1‑1 CB-B齿轮泵结构图
1、齿轮泵
型号：CB-B25
CB-B型齿轮泵是我国最基本最为典型的外啮合齿轮泵,该泵结构图见图 1‑1。
(1) 齿轮泵的工作原理
在吸油腔，轮齿随着齿轮的转动逐渐脱离啮合，密封工作腔的有效容积不断增大，完成吸油过程。在压油腔，轮齿随着齿轮转动逐渐进入啮合，密封工作腔的有效容积不断减小，实现压油过程。
关于“闭死容积”和“困油现象”：
“闭死容积”就是一个封闭的容积。“闭死容积”的存在是产生困油现象的条件，“闭死容积”的变化则是产生困油现象的原因。
2、双作用叶片泵
型号：YB1-25
YB1型叶片泵是机械部委托广州机床研究所组织联合设计的YB型泵的更新产品，在国内达到较先进的水平。 YB1型泵改进了结构，改善了回油与密封性能，选用优质钢材和采用了先进的热处理工艺，具有结构紧凑、流量均匀、运转平稳、压力脉动小，效率高、噪音低、性能稳定的优点。将定子旋转90°，转子、叶片反180°装配，就可实现油泵旋转的反向使用。该泵进、出油口相对位置可成0°、90°、180°、270°安装。 YB1型泵分为单、双联泵，双联泵结构与单泵相似，它是由二个单泵采用共同泵体，共同轴并联而成。其排量与驱动功率分别为两单泵之和，额定压力与单泵相同。 YB1型叶片泵广泛用于中低压液压系统中，如各种机床、油压机、塑料、工程机械等。 YB1型泵经改型后，在结构、工艺、性能特点等方面更加合理、优越。凡是使用YB型泵的液压系统均可用新型的YB1型叶片泵取而代之。
图 1‑3 YB1型双作用定量叶片泵结构图
(1) 叶片泵的工作原理及结构特点
当传动轴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。
关于叶片泵的困油现象及消除方法：
单作用叶片泵的配流盘的吸、排油窗口间的密封角略大于两相邻叶片间的夹角，而单作用叶片泵的定子不存在与转子同心的圆弧段。因此，当上述被封闭的容腔发生变化时，会产生与齿轮泵相类似的困油现象。通常，通过配流盘排油窗口边缘开三角卸荷槽的方法来消除困油现象。
双作用叶片泵的配流盘的吸、排油窗口间的密封角略大于两相邻叶片间的夹角，虽然形成了“闭死容积”，但是闭死容积没有发生变化(因为在封油区定子与转子是同心的圆弧段)，所以不存在困油现象。
3、轴向柱塞泵
型号：CY14－1B型轴向柱塞泵
CY14-1B型轴向柱塞泵,是采用配油盘配油、缸体旋转的轴向柱塞泵，其结构见图 1‑5所示。
图 1‑5 SCY14-1B型轴向柱塞泵结构图
1－滑靴；2－柱塞；3－泵体；4－传动轴；5－泵盖； 6－配油盘；7－缸体；8定心弹簧；
9－外套；10－内套；11－钢球；12－钢套；13－轴承；14－调节手轮；16－壳体；17－螺杆；18－柱塞；
21－刻度盘；25－斜盘；26－压盘；
(1) 轴向柱塞泵的工作原理
当油泵的输入轴9通过电机带动旋转时，缸体5随之旋转，由于装在缸体中的柱塞10的球头部分上的滑靴13被回程盘压向斜盘，因此柱塞10将随着斜盘的斜面在缸体5中作往复运动。从而实现油泵的吸油和排油。油泵的配油是由配油盘6实现的。改变斜盘的倾斜角度就可以改变油泵的流量输出。
关于轴向柱塞泵的困油现象及消除方法：
轴向阻塞泵的配油盘上吸油窗口和压油窗口之间的密封区宽度应稍大于柱塞缸体底部通油孔宽度。但不能相差太大，否则会发生困油现象。一般在两配油窗口的两端部开有小三角槽，以减小冲击和噪声。
轴向柱塞泵的变量机构的型式：手动变量机构、伺服变量机构、恒功率变量机构。
实验1. 液压阀结构拆装实验
学时数：1学时 实验类型：验证型
实验类别：专业实验 实验性质：必修实验
一、实验目的
液压控制调节元件是液压系统的重要组成部分，通过对液压阀的拆装可加深对阀结构及工作原理的了解。并能对液压阀的加工及装配工艺有一个初步的认识。
二、实验用工具及材料
内六角扳手、固定扳手、螺丝刀、溢流阀、减压阀、电磁换向阀、调速阀
三、实验内容及步骤
拆解各类阀，观察及了解各零件在液压阀中的作用，了解各种液压阀的工作原理，按一定的步骤装配各类液压阀。
1、溢流阀
型号：P-10B
P型溢流阀是直动式溢流阀，用于低压。其结构图见图 2‑1
关于溢流阀的型号：
Y/YW型阀是先导式控制的溢流阀，导阀和主阀均为锥阀式结构。Y型阀主要用于控制系统的压力；YW型阀也可以控制系统的压力并能在任意时刻使之卸荷。用于中压。
YF型溢流阀是先导式控制的溢流阀，采用平衡活塞式机构,压力调整为手轮式。用于高压
P型溢流阀是直动式溢流阀，用于低压。
(1) 工作原理
直动式溢流阀其滑阀式阀心的下端有轴向孔，压力油经阀心的径向孔、轴向阻厉孔a进入滑阀的底部，形成一个向上的油压作用力。当进口压力较低时，阀心在弹簧力的作用下被压在图视的最低位置。阀口（即进油口P和回油口O之间阀内通道）被阀心封闭，阀不溢流。当阀的进口压力升高，使阀心下端的作用力足以克服弹簧力时，阀心向上移动，使P口与O 口相通。弹簧对阀心的作用力可通过螺母调节，即调节溢流阀的入口压力。
图 2‑1 P型直动溢流阀结构图
2、减压阀
型号：J－10B
J型溢流阀是先导式溢流阀，用于中低压，其结构图见图 2‑3
(1) 工作原理
该阀由先导阀调压，主阀减压。进口压力P1经减压口减压后变为P2，出口压力油通过阀体6下部和端盖8上的通道进入主阀7下腔，再经主阀上的阻尼孔9进入主阀上腔和先导阀前腔，然后通过锥阀座4中的孔，作用在锥阀3上。当出口压力低于调定压力时，先导阀关闭，阻尼孔中没有液体流动，主阀上下两端的油压力相等，主阀在弹簧力作用下处于最下端位置，减压口全开，不起减压作用。当出口压力超过调定压力十，出油口部分液体经阻尼孔、先导阀口、阀盖5上的泄油口L流回油箱。由于阻尼孔中有液体流动，使主阀上下腔产生压差，当此压差产生的作用力大于主阀弹簧力时，主阀上移，使减压口关小，减压作用加强，直至出口压力P2稳定在先导阀所调定的压力值。如果外来干扰使P1升高（如流量突然增大），则P2也升高，使主阀上移，减压口减小，P2又降低，使阀心在新的位置上处于受力平衡，而出口压力P2基本维持不变。
当减压阀出口油路不再流动发情况下，由于先导阀泄油仍未停止，减压口仍有油液流动，阀就仍然处于工作状态，出口压力也就保持调定数值不变。
图 2‑3 J-10B溢流阀结构图
3、换向阀
型号：22D—10B电磁换向阀
22D—10B电磁换向阀为二位二通换向阀。其结构图见图 2‑5
图 2‑5 22D-25B电磁换向阀结构图
4、调速阀
型号：Q－10B
结构图见图 2‑7
图 2‑7 Q-25B调速阀结构图
1－阀体；2－后盖；3－阀座；4－减压阀阀芯；5－弹簧；8－转动手柄；11－推杆；12－节流阀阀芯；
实验1. 液压基本回路仿真实验
学时数：1学时 实验类型：验证型
实验类别：专业实验 实验性质：必修实验
一、实验目的
液压基本回路是液压系统结构的基础，通过电脑软件仿真液压基本回路，熟悉典型压力控制回路、速度控制回路及方向控制回路的运行过程，了解基本回路所使用的元件。为认识和掌握复杂液压系统打下基础。
二、实验用工具及材料
电脑一台，FluidSIM-H软件
三、实验内容
根据图示绘制液压基本回路图并根据相关参数填写实验数据。
0Z：压力 6 Mpa，流量 2 l/min
0V：压力 5 Mpa，流量 2 l/min
1A：输出力 300N，最大行程 200mm，活塞位置：0mm，活塞面积 201qmm，活塞环面积 123qmm
1A伸出V=__________ ，缩回V=____________
修改参数，并填写结果
0Z：压力 __________ Mpa，流量 _________ l/min
0V：压力 __________ Mpa，流量 _________ l/min
1A：输出力 ________N，最大行程 __________mm，活塞面积 __________qmm，活塞环面积 __________qmm
1A伸出V=__________ ，缩回V=____________
0Z1：压力 6 Mpa，流量 2 l/min
0V2：压力 5 Mpa，流量 2 l/min
0V1：控制压力 0.1 Mpa
1A：输出力 180N，最大行程 200mm，活塞位置：0mm，活塞面积 201qmm，活塞环面积 123qmm
1A伸出V=_______ ，缩回V=______
0Z2：伸出_____，缩回_____静止____
修改参数并填写数据
0Z1：压力 ____ Mpa，流量 ___ l/min
0V2：压力 ____ Mpa，流量 ___ l/min
1A：输出力 ____N，最大行程 _____mm，活塞位置：0mm，活塞面积 ______qmm，活塞环面积 _______qmm
1A伸出V=_______ ，缩回V=______
0Z2：伸出_____，缩回_____静止____
0V1的作用_____________________
0Z1：压力 6 Mpa，流量 2 l/min
0V：压力 5 Mpa，流量 2 l/min
1V2：压力 5 Mpa，流量 0 l/min
1A：输出力 -500N，最大行程 200mm，活塞位置：0mm，活塞面积 201qmm，活塞环面积 123qmm
1A伸出V=_______ ，缩回V=______
0Z2：伸出_____，缩回_____静止____
修改参数并填写数据
0Z1：压力 ______ Mpa，流量 _____ l/min
0V：压力 ______ Mpa，流量 _____ l/min
1A：输出力 _____N，最大行程 ____mm，活塞面积 _____qmm，活塞环面积 _____qmm
1A伸出V=_______ ，缩回V=______
0Z2：伸出_____，缩回_____静止____
选做：根据图示绘制电器控制液压基本回路图，并进行仿真运行。
实验4. 液压回路PLC控制实验
学时数：1学时 实验类型：验证型
实验类别：专业实验 实验性质：必修实验
一、实验目的
液压基本回路是液压系统结构的基础，通过结合机械电气控制，液压传动课程所学的内容完成液压机械所实现的典型运动轨迹。从中熟悉可编程控制器的性能、编程技巧，常用液压元件的性能和使用方法，油缸的速度控制、定位控制的基本方式。通过实验把电气控制和液压传动知识有机结合起来。进行一次小型工程设计、制作训练，从而提高学生综合运用知识能力，锻炼学生的动手能力，故障分析、排除的实践能力。
二、实验要求
通过实验熟练掌握液压元器件，电器元件和可编程控制器的性能、结构原理；
能根据提供的元件、控制器设计一个油缸的速度控制和往复位移控制；
掌握OMRON公司的CP1H型PLC的编程软件CX—Programmer，并能够利用该软件编写程序，在线调试程序；
完成一个从方案设计、编程设计、油路设计到电路、油路的组装连接和调试、改进的工程设计实施的全过程的培训和锻炼。
三、实验原理
液压原理图参看图四。
四、实验用工具及材料
1、机电液综合实验台 一台；
2、液压泵站（含油箱、液压泵、电动机、三位四通阀、溢流阀、液压表） 一部；
3、液压元件一套（含油缸、各液压阀、管路等）；
4、电源板（含空气开关、保险、AC220V电源），PLC主机板（含DC24V电源、CP1H-CPU主机单元），可编程控制器输入板（含按钮开关、热继电器、继电器）；
5、计算机（附带RS232数据线一根） 一台；
6、行程限位开关（或霍尔传感器）；
7、导线（强电、弱电）若干。
五、实验内容及步骤
（一）实验预备知识：
1、PLC
PLC（Programmable Logic Controller）可编程控制器，实际上是一种工业控制微机，其组成可见右图（图一）。
PLC的工作很像一个继电器系统，其工作等效继电器系统见右图（图二）：
PLC的工作方式为周期扫描各端口，再逐条执行，从而实现周期自动控制。其每个周期包括输入采样、程序执行、输出采样三个阶段。
第一步为输入采样阶段，控制器首先以扫描的方式顺序读入所有的输入端的信号状态（1或0），并逐一存入状态寄存器，其位数与输入端子的数目相对应，而且即使程序执行期间，输入状态发生变化，输入状态寄存器的状态也不会发生变化。
输入采样结束后转入程序执行阶段。PLC的用户程序决定了其输入信号与输出信号之间的具体关系。组成程序的每条指令都有顺序号，在PLC中称为步序号，指令按步序号依次存入存储单元。程序执行期间，在无跳转指令时，地址记数器顺序寻址，依次指向每个存储单元，控制器顺序执行这些指令。
最后为输出刷新阶段。在所有的指令执行完毕后，输出状态寄存器中的状态在输出刷新阶段转存到输出锁存器，驱动输出线圈，形成PLC实际输出。
日本立石的OMRON CP1H可编程控制器是一种紧凑的、高速的、扩展性好的PLC。本实验中用到的PLC主机板由一个OMRON CP1H40X-D 40个I/O点的独立CPU单元组成。
在本实验室中用到一个模块：OMRON CP1H40XDT-D的CPU主机模块，其性能指标可参看相关资料。综合考虑实验的需求可用OMRON CP1H40DT-D的CPU主机模块输入各开关量，对输出采用OMRON CP1H40DT-D的CPU主机模块控制计时器的计时与复位以及控制各电磁铁和继电器的线圈。
2、霍尔传感器
霍尔传感器是由霍尔元件和磁钢片盘组成，它是利用霍尔效应实现磁电转换的一种传感器。近年来，已经研制出应用霍尔效应对电量（如高电压、大电流）及非电量（如转速、位置）检测的集成传感器，并获得了理想的效果。本系统应用霍尔传感器完成油缸定位检测控制，将磁钢片固定在油缸活塞杆上，当磁钢片移动到与霍尔元件较近时（距离主要由磁钢片的磁场强度和霍尔元件的感知能力决定），霍尔元件可以探到霍尔电势，霍尔电势经放大、整形后，触发晶体管导通，由开路集电极输出PLC控制信号。随着油缸的移动，霍尔传感器就输出不同的控制信号，完成油缸位置控制。
本实验中用到的霍尔传感器接法如图（图三）。
（二）检查、熟悉元器件
对应实验器材和实验台上各元器件一一对应，找出各个元器件的对应位置，了解、熟悉其功能、用法。
（1）液压泵站：采用的液压泵站包含油箱、液压泵、电动机、三位四通阀、溢流阀、液压表。该泵站中的三位四通阀有两个电磁铁（1YA，2YA），在实验中只需要用其中一个（1YA）。由于电动机的转向因输入的三相电的相序不同可能正转、反转，但是液压泵不允许电机反转，故在实验室中接通强电时一定要确认电机是正转的。液压泵站的输出油压是可以通过溢流阀调节的，在实验中油压一般限制在2MP-3MP之间。
（2）油管、三通接头、油缸、三位四通阀，两位两通阀，节流阀等都是用快换接头连接的，操作十分方便、连接可靠。
（3）电源板：实验中的电源板是多功能输出电源板，它包含空气开关、保险、计时器（ZN48-FX）、AC380V、AC220V、AC36V、DC5V、DC12V、DC36V电源输出、电压显示，电流显示等多种功能。其中计时器（ZN48-FX）的AC220输入已经连好，不需再连。由于实验有强电连接，为保证人身安全和实验器材的完好，实验之前详细阅读实验指导书，在指导老师检查、允许之前切不可私自通电。
（4）PLC主机板：该主机板包含AV220V输入、DC24V电源输出、CP1H-CPU主机单元、MPT可编程控制终端。对PLC的具体接线参看系统电路原理图及输入输出接线说明表。由于PLC是精密仪器，在连线时一定要准确，输入、输出的接线最好用不同的颜色区分开来。接线完成后一定要在指导老师检查、允许之后才可通电。
（5）可编程控制器输入板：实验中使用的输入板是针对PLC的开关控制量设计的一共16个按钮开关。还包括了对油泵电机保护和控制的热继电器、继电器。
（6）限位开关：也即霍尔传感器，接近开关，它是依靠其内部的元件产生磁场，当外部有磁场接近干扰时发出开关信号而对PLC进行输入控制。其接法参考上面的图示。
（三）组装油路：
（1）读图：读懂图四所示的换向液压系统原理图，找齐所需元器件。
（2）参看原理图一一连接，注意连接头一定要连接到位，否则在实验中漏油。对三位四通阀要找准其P、T、A、B口。
（3）调试泵站：经检查确认无误后，接通电机。让油泵电机正转，若电机反转则交换三相输入电源线中的任意两相。调节泵站的溢流阀，使油压保持在2MP-3MP之间。
（4）初试油路：接通电机后，手动接通两个三位四通电磁阀1YA或2YA，此时如果油路没有错误油缸应该动作（前进或后退）。注意：不可同时接通1YA和2YA。
（四）组接电路：
（1）强电主电路连接：对应实验电路原理图一一连接，电机的三相一定要接正确，以保证油泵电机正转输入的三相电在多功能电源板上，看碟带保险和空气开关，继电器和热继电器可编程控制器输入板上（本身内部已串接）。
（2）控制电路连接：控制电路的电源电压是不相同的，在接线之前一定要区分开来，切不可混接。
注：PLC内部的电压是DC24V，在PLC主机板上已经接好。
PLC的输入控制电源都是DC24V，所有输入端的COM都应接至DC24V的+极，控制开关应串在DC24的—极与PLC的输入端子之间。
注意霍尔传感器的接法，具体可参看图三的接线图。
PLC的输出接线比较复杂，在调试油路成功、读懂系统电路图之前切不可接线。
（五）PLC编程
PLC编程是一项复杂的工作，在编程之前应熟读OMRON CP1H的操作手册和编程手册，熟悉OMRON CP1H机的编程软件CX-Programmer的编程界面和操作步骤、方法，理解几种重要的编程指令和梯形图的表示意义。
本实验采用的日本立石OMRON CP1H可编程控制器，编程指令十分丰富，本实验用到的指令不多，大致有以下几条：
触点指令：常开LD；常闭LD NOT；与AND；与非AND NOT；或OR；与常开AND LD；或常开OR LD。
位控制指令：输出OUT；取反输出OUT NOT；移位寄存器SFT；置位SET；复位RSET；保持KEEP。
顺序控制指令：空操作NOP；终止END；跳转JMP；跳转终止JME。
定时器/计数器指令：定时器TIM；计数器CNT；可逆计数器CNTR；高速定时器TIMH。
其他指令同学可参考相关资料。
（六）编写、初调程序
根据系统要求编写自己的程序，编排完毕后通过计算机传到PLC中。在新建PLC程序时注意选择设备型号为CP1H、网络类型为SYSMAC WAY、驱动器端口名称为COM1，波特率为9600，其余设置为缺省。传送完毕后可以在线监视PLC的工作状态。如下图所示：
参考程序如下：
调试步骤：
A、检查接线，打开总电源，接通AC220V电源；
B、 连接RS232数据线，打开PLC通信开关，准备传送程序。使PLC在线工作，传送编好的程序。编程软件CX—Programmer会自动转换PLC的状态，由运行状态到程序状态，程序传送完毕又转换到运行状态，最后可以切换到监视状态；
C、 初调：此时油泵电机强电应关闭，通过按钮输入观察101.03、101.04输出端口灯的亮灭状态，当1.00（或1.05）输入时101.03输出灯亮，1.06输入时101.04灯亮，如果输入输出状态正确，表明PLC接线正确；
D、总调：仔细检查液压回路是否正解，检查完毕后开启油泵启动按钮，察看油缸是否正常运转。
（七）组态控制
选做
