液压传动教学实验中的液压泵性能实验.pdf

2 0 1 0年 1 0月 第 3 8卷 第 l 9期 机床与液压 MACHI NE T00L HYDRAUL I CS 0c t ．2 0l 0 Vo 1 ． 3 8 No ．1 9 DOI 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 13 8 8 1 ． 2 0 1 0 ． 1 9 ． 0 1 7 液压传动教学实验中的液压泵性能实验 姜继海，于斌 ，李晨光 ，靳军 哈 尔滨工业大学机 电工程学院，哈 尔滨 1 5 0 0 8 0 摘要液压泵是液压系统中将机械能转变成压力能的装置，液压泵性能的优劣直接影响到整个液压系统性能的好坏， 因此液压泵性能测试实验是 液压传动课程中很重要的实验课。开设液压泵性能测试实验，可加深学生对液压泵相关性 能的理解，并使学生掌握通过实验解决问题的方法。对该实验的实验 目的、实验装置及原理进行详细介绍 ，讨论实验中的 主要性能参数。对 O 6级某班的同学随机调查 的结果表 明，该实验达到 了预期 的效果 。 关键词 液压泵 ；性 能 ；测试 中图分类号 T H1 3 7 ． 9 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 01 9 0 6 1 3 Hy dr a ul i c Pum p’ S Pe r f o r ma nc e Te s t i n Ex pe r i m e n t a l Te a c h i ng o f Hy dr a u l i c Tr a n s mi s s i o n J I ANG J i h a i ，YU B i n，L I C h e n g u a n g ，J I N J u n H a r b i n I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y ， Ha r b i n H e i l o n g j i a n g 1 5 0 0 8 0，C h i n a Ab s t r a c t Th e hy dr a u l i c p ump i s t h e d e v i c e t ha t c o n v e r t s me c h a n i c a l e n e r g y i n t o s t a t i c pr e s s ur e e ne r g y i n h y dr a u l i c s y s t e m．I t s pe r f o r ma n c e h a s d i r e c t i nflu e n c e o n t h e pe rfo r ma n c e o f wh o l e s y s t em． F h e t e s t o n i t s pe r f o r ma n c e i s a v e r y i mp o r t a n t p a r t i n hy dr a u l i c t r a ns mi s s i o n c o u r s e ．Th i s e x p e r i me n t ha s b e e n s e t i n o r d e r t o n l a k e t he u n de r gra d ua t e s e nh a n c e t h e i r un d e r s t a n di n g o f t h e p e r f o r ma nc e o f h y d r a u l i c p umps a n d t O l e t t h e m ma s t e r t he e x p e r i me n t wa y o f s o l v i n g p r o b l e ms ． Th e e x p e r i me n t a i m ，e x p e r i me n t d e v i c e a n d i t s p r i n c i pl e we r e i n t r o du c e d．Th e ma i n pe r f o r ma n c e pa r a me t e r s we r e di s c u s s e d． To kn o w t h e e x pe r i me nt a l e f f e c t ，a r a n do m s u r v e y wa s ma d e i n t h e un d e r g r a d ua t e s wh o e nt e r s c o l l e g e i n 2 00 6． Th e r e s u l t s i n di c a t e t h a t t h e e x pe c t i ng e f f e c t i s a c h i ev e d． Ke y wor dsHy dr a u l i c pu mp；Pe r f o r ma nc e；Te s t 液压传动是一种用液体压力能来传递动力的传动 方式 ，它具有 功率 密度大 ，工 作平稳 、便 于实现频繁 换向 ，易于实 现过载保护 、自润滑 、寿命长 ，易于实 现无级调速 ，易 于实现 自动化 和元件 的标准化及 系列 化等优点 ，因此在机 床 、飞机 、船舶 、工程机械 、军 事装备 和钢铁工业机械 中有着广泛 的应用 。 目前 国内 的工科院校中多设有 液压传动课 ，这是一门应 用性很强 的课程 ，因此实验课在这 门课程 的教学 中起 着非常重要的作用 。 在液压传动课程 中液压泵是重点讲授 的内容 ，大 多数学生在液压传动 的课堂教学 当中对液压泵的性能 有 了初步的认识 ，他们知道液压泵是液压系统中将机 械能转变为压力能的装置 ，其性能的优劣直接影响到 液压系统的性能。但是对于机械设计制造及其 自动化 专业的本科生来讲 ，仅仅知道这些是不够的，有必要 加深对液压泵性能的理解 ，使其掌握 液压泵相关性 能 的影 响因素 和 测试 方法 。基 于此 ，某 大 学 在 液压 传动课 程 中开设 了液 压泵 性能 测试 实 验。从 学生 反馈 的信息 来看 ，此 实验 的开设 达到了开设之初 的 目 的 。 1 液压泵性能实验 1 ． 1 实验 目的 1 通过 该 实验使 学生 了解 液压 泵压 力 建立过 程 ； 2 通过该实验使学生 了解液压泵 的性能 ； 3 使学生 学 习测 量 液压 泵 的压 力 、流 量 、效 率 、功率 的方法 。 1 ． 2 实验 装置及 原理 1 实验装置 液 压泵 性 能实验 是 在 液压 泵／ 阀性 能 实 验 台 上 进行 ，其液 压 系统 原理 见 图 1 。 在 图 1 中 M 为交流 电 动机 ，作为 能源 装置 带动 液压 泵 Y B为 系 统 供 油 ； 先导式溢流阀 Y ， 用于给 液压泵加 载 ，以建立起 系 图 1 液压泵性能 实验原 图 J 1 收稿 日期 2 0 1 0 0 22 4 作者简介 姜继海 1 9 5 7 一 ，男 ，工学博士 ，教授 ，博上 生导 师。主要研究方向为液 压传动基础理论 及应用研究 ，液压流 体能量存储与转换关键技术研究 ，液压混合动力驱 动理论及应用研究 ，新型液压元件及装置研究 ．电话 0 4 5 1 8 6 4 1 5 2 7 7，Ema i l j j h l x wh i t ． e d u ． c n。 6 2 机床与液压 第 3 8卷 统的压力 ；压力表 P 用 于测量 液压 泵 Y B的出 口压 力 ；流量计 L c用于测量通过溢流 阀 Y 的流量 q ，即 液压泵 Y B的输 出流量。通过测量 电动机 的反作用力 矩 和转速 n 可求得供给液压泵 Y B的功率 。 2液 压泵性能 液压泵的性 能主要包括流量与容积效率特性 、转 矩与机械效率特性 、功率与总效率特性 。 ①流量与容积效率特性 液压泵 的实际输出流量 q随着其工作压力 P的提 高而下降 ，其原 因是泄漏量 随其压力 的提 高而增 大 ，即液压泵 的实际输 出流量为 q q 一kq q 一 j 式中 k 为液压泵的泄漏 系数 ，m ／ S N 。 液压泵的容积效率 卵 是液压泵在不同工作压力 时的实际流量 q 与理论流量 q 的比值 ②转矩与机械效率特性 液压泵的输入转矩为 T 式 中r， ． 为液压泵的理论转矩 ，N m； ，， I 为液压 泵 消耗 的摩擦 转矩 ，N I l l ；它 包括 机械摩擦 和液体黏滞摩擦两部分 。 机械效率 r ／ m r ,是 泵所需要 的理论转矩 与实际 转矩 之 比，即 叼 m 了 ③液压泵功率与总效率特性 液压泵 由电动机驱 动，电动机是 由电网供电而运 转 ，其能量转换是 电能一机械能一液压能 如果不考虑能量在转换 过程 中的损失 ，则输入功 率等于输出功率 ，即液压泵 的理论功率是 P． V ， T t 0 9 q ． P 式 中l ， 为 电动机电压 ，V； ， 为 电动机的电流，A 。 液压泵总效率 。 是液压泵输出功率 P 。 与输入功 率 P 之 比，在数值 上等 于容积效率 和机械效 率 的乘 积。即 P ， q q 卵 ‰ 卸 叼 下 一 叼 。 7 7 n p 1 ． 3实验 内容 1 测量被斌液 压泵在 不同工作压力下 的流量 、 转速和驱动力矩 。 2 绘制下列 6条液压泵的基木特性曲线 。 ① 流量 一压力特性 ， q f p ．； ； ②容积效率 一 压力特性， r l 。f P ； ③理论转矩 一 压力特性， T f P ； ④实际转矩 一压力特性 ， T_厂 P ； ⑤机械效率 一 压力特性 ， r l f P 。 ； ⑥总效率 一 压力特性 ， r l 。 f P 。 1 ． 4 实验 步骤和 方 法 1 建立液压泵 Y B的工作压力 P 。打开溢流阀 Y 的卸荷开关 K ． ，开动液压泵 Y B ，然后关闭溢流阀 的卸荷开关 K ，调节溢流阀 Y 使液压泵 Y B建立起 工作压力 P 。 实验 时 ， P 的变化 范 围为从 液压泵 能够 调节 的 最小值 到略超过液压泵的额定工作压力。其值 由压力 表 P 读出。 实验测量时 ，为尽量避免油温变化 ，最好使 系统 的压力 由高 向低变化 ，一般测量 7 8点即可 。 2 测量液压泵 的流量 q 。使液压泵 Y B排 出 的 油液全部经过椭 圆齿轮流量计 L C后再进 入油箱。用 秒表测量达到一定容积 时所需要 的时间 ， 与 t 之 比就是液压泵实际输出的流量 q 。 实验时 ，由于负载变化而引起的电动机转速变化 会造成实验误差，为消除其影响，流量 q 均换算成电 动机在额定转速 n 时的数值 ，计算公式 T， ’ 1 口 X 1 0一 m ／s t ／1 式中 为通 过流量 计的 液体容积 ，m ；取 1 0 L或 3 0 L n为液压泵在该工作压力下的实际转速 ，r ／ ra i n 。 第 1 9期 姜继海 等 液压传动教学实验中的液压泵性能实验 6 3 1 ． 5 实验 数据 处理 1 求液 压泵容积效率 式中 g 为液压泵在调定压力下的实际流量 ，m ／ s ， q L／ t； q ． 为理论流量 。将流量特性 曲线延 长到 P 0时 所求得 的流量 ，n l ／ s 。 2 求液压泵的机械效率 叩 m 了 式 中 为液压泵在该压力下的实际转矩 ，N I l l ， T 9 ． 8 1 F L ； 为液压泵的理论转矩 ， N． m， ； 1 T P 为液压泵 出 口压力 ，P a ； P 为液压泵吸 油 口压力 ，P a 。没有 真 空表 时 ， 可近似取 P 一 1 1 0一 MPa 一 1 1 0 Pa； V ． 为液压 泵 每转 理 论 排量 ，m ／ r ， 生 儿 6 0， r a d ／ s 。 3 求液 压泵输入功率 P 。 k w 4 求液 压泵输 出功率 P 。p B q丽 P B q k w 5 求液压泵总效率 P0 叩 r Lp r ／ m p 1 ． 6 实验注意事项 1 开动液压泵 Y B之前 ①搞清液压实验 台上各元件 的功能 ，特别 注意各 阀开关 的使用方法 ； ②先拧松溢流阀 Y ， 的调节旋钮，并打开该阀的 卸荷 开关 K ． 。 2 在实验过程 中 ①做液压泵性能实验时 ，输出压力是 自变量 ，因 此 ，当调定某一压力值且稳定后 ，方可测取与之对应 的 V 、t 、F和 n 。当 V 、t 、F和 n测定完且 作好记 录 后 ，方可进行下一个压力值的测定 ，否则 ，可能造成 对应关 系混乱而得 出错误 的实验结果 。 ②使用溢流阀Y 升压或降压时，要缓慢地调节 溢流 阀 Y， 的调节旋 钮 ，否则 易使压 力表在 突然 的超 程压力下损坏 。 ③ 当做其他实验要在 电控箱上按相应按钮时 ，先 将溢流 阀 Y 的卸荷 开关 K 打开。 ④为 了提高实验 的准确度 ，实验应在油温基本稳 定后进行 。所 以，应先使液压泵在较高的工作压力下 运转一段时间 ，使油箱 内的油温稍有升高 。 ⑤实验完毕后 ，应将溢 流 阀 Y 的旋钮调 到全 开 位置 ，并打开 溢流 阀 Y． 的卸 荷 开关 K 。 。关 闭 电源 ， 拉下电闸 ，将实验场所清理干净。 为了使学生能够深 刻理解实验 内容 和液压泵 的相 关学 习内容在实验报告里还安排有思考题 供学生思考 1 容积效率曲线 、 。 ．厂 P 与流量特性曲线 q ．厂 P 有什么关系 2 由效率 曲线 r ／ ． 厂 P 求得额定压 力时 的 总效率 叼 ，比较它与 叩 叩 的关系。 3 效率 曲线产生拐点 的原 因是什 么 2学生信息反馈 为了了解液 压泵性 能实 验 的效果 ，在 0 6级本 科 生 中随机抽取 了 1 个班 的同学进行 了调查 ，凋查结果 如 图 3所示 。其 中 8 7 ％ 的学生认 为 通过 该实 验对 液 压泵 的性能有 了更深入 的理解 ，9 0 ％的学生认为通过 液压泵性能实验能更好地把课堂学 习到 的理论知识与 实践联 系起来 ， 6 7 ％的学生认为通过该实验得 到了一 种通过实验来解决 问题 的新思路 ，8 0 ％的学生认 为该 实验是学习液压传动课程必不可少的。 l O 0％ 8 0％， 6O％ 40％ 2 0 ． 0％ 对 液 压泵 的 更 好地 将 理 得 到 了一 认 为 该实验 性 能 有 了更 论 知识 与 实 种 新 思路 必 不可 少 深 入 的 了解 践 相 结合 图3 学生反馈信息 3结束语 液压泵 性能实验的教学 目的不仅是让学生学会做 一 个实验 ，同时体 现了利用实验 解决问题 、深化理解 的一 种方法 ，这才 是更 重要的和更高层 次的 目的 ，也 是开设 这堂实验课 的初衷 。而在 实验教 学中 ，有相 当 一 部 分学生 领会 到了这一点 ，因此该实验 达到了开设 之初 的 目的。 参考文献 【 1 】 姜继海． 液压传动[ M] ． 4 版． 哈尔滨 哈尔滨工业大学 出版社 ， 2 0 0 9 1 5 ． 【 2 】李勇军 ， 李立明， 尹新． 构建创新型实践教学体系的几点 思考[ J ] ． 实验技术与管理 ， 2 0 0 7 9 2 1 2 3 ． 【 3 】韩海军， 陈立新． 液压传动实验教学改革实践 与探索 [ J ． 实验室科学， 2 0 0 8 6 3 2 3 4 ． 【 4 】李晨光 ， 靳军． 液压传动实验指导书 3 [ M] ． 2 0 0 8 l一 1 0