一种重物加载液压传动实验教学系统及其实验方法.pdf

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1、(10)申请公布号 CN 104299503 A (43)申请公布日 2015.01.21 C N 1 0 4 2 9 9 5 0 3 A (21)申请号 201410397117.8 (22)申请日 2014.08.12 G09B 25/02(2006.01) (71)申请人北京理工大学 地址 100081 北京市海淀区中关村南大街5 号 (72)发明人彭熙伟 郑戍华 王向周 张百海 (74)专利代理机构北京理工大学专利中心 11120 代理人高燕燕 仇蕾安 (54) 发明名称 一种重物加载液压传动实验教学系统及其实 验方法 (57) 摘要 本发明公开了一种重物加载液压传动实验教 学系统及其。

2、实验方法。系统的结构为：导向杆15 一端垂直连接托盘17的中心，另一端连接钢丝绳 14，14通过滑轮组件13由垂直方向改变为水平方 向后连接力传感器12，液压缸11水平安装，12另 一端连接11的活塞杆；液压换向阀7的A口连11 的无杆腔，单向节流阀9的进口连接11的有杆腔， 9的出口连接内控顺序阀8的进口，8的出口连7 的B口，7的P口连过滤器4-1的出口，4-1的进口 连液压泵2的出口，2的进口连油箱20，电机1输 出轴连2，7的T口连接冷却器19的进口，19的出 口连接过滤器4-2的进口，4-2的出口连接20。使 用本发明能够节省液压传动系统的功率损耗，提 高加载效率。 (51)Int.。

3、Cl. 权利要求书2页 说明书5页 附图1页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书2页 说明书5页 附图1页 (10)申请公布号 CN 104299503 A CN 104299503 A 1/2页 2 1.一种重物加载液压传动实验教学系统，其特征在于，包括加载结构和液压传动机 构； 所述加载机构包括托盘(17)、导向杆(15)、钢丝绳(14)、力传感器(12)和液压缸 (11)；连接关系为：所述导向杆(15)一端垂直连接于托盘(17)的中心，另一端与钢丝绳 (14)连接，所述钢丝绳(14)通过滑轮组件(13)由垂直方向改变为水平方向后与力传感器 (12)的一。

4、端连接，所述液压缸(11)水平安装，所述力传感器(12)的另一端与液压缸(11) 的活塞杆连接； 所述液压传动机构包括液压换向阀(7)、单向节流阀(9)、单向内控顺序阀(8)、第一过 滤器(4-1)、液压泵(2)、油箱(20)、电机(1)、冷却器(19)以及第二过滤器(4-2)的进口； 其连接关系为：所述液压换向阀(7)的A口与液压缸(11)的无杆腔相连接，所述单向节流 阀(9)的进口连接液压缸(11)的有杆腔，单向节流阀(9)的出口连接所述单向内控顺序 阀(8)的进口，单向内控顺序阀(8)的出口连接液压换向阀(7)的B口，液压换向阀(7)的 P口连接所述第一过滤器(4-1)的出口，第一过滤器。

5、(4-1)的进口连接液压泵(2)的出口， 液压泵(2)的进口连接油箱(20)，电机(1)的输出轴连接液压泵(2)，液压换向阀(7)的T 口连接冷却器(19)的进口，冷却器(19)的出口连接第二过滤器(4-2)的进口，第二过滤器 (4-2)的出口连接油箱(20)。 2.如权利要求1所述的一种重物加载液压传动系统，其特征在于，该系统还包括码盘、 第一压力传感器(10-1)和第二压力传感器(10-2)和第三压力传感器(10-3)；所述码盘通 过联轴节与滑轮组件(13)相连，用于测量获得滑轮组件(13)的角位移，从而计算获得液压 缸(11)的活塞杆的运动速度； 在所述液压缸(11)的无杆腔和液压换向阀。

6、(7)的A口间的管路上连接第一压力传感 器(10-1)，第一压力传感器(10-1)用于测量所述液压(11)的无杆腔压力；在所述液压缸 (11)的有杆腔和单向节流阀(9)的进口间的管路上连接第二压力传感器(10-2)，第二压力 传感器(10-2)用于测量所述液压缸(11)有杆腔压力；在所述第一过滤器(4-1)的出口和 液压换向阀(7)的P口间的管路上连接第三压力传感器(10-3)，第三压力传感器(10-3)用 于在系统卸荷时，测量系统卸荷压力。 3.如权利要求1所述一种重物加载液压传动系统，其特征在于，该系统还包括电磁溢 流阀(5)；在所述第二过滤器(4-2)的出口及所述液压换向阀(7)的P口间。

7、的管路上连接 电磁溢流阀(5)的进口，电磁溢流阀(5)的出口与液压换向阀(7)的T口共同连接冷却器 (19)的进口。 4.如权利要求1所述一种重物加载液压传动系统，其特征在于，该系统还包括节流阀 (6)和液压马达(18)；在所述第二过滤器(4-2)的出口及所述液压换向阀(7)的P口间的管 路上连接节流阀(6)的进口，节流阀(6)的出口连接液压马达(18)的进口，液压马达(18) 的出口与接冷却器(19)的出口共同与第二过滤器(4-2)的进口连接，液压马达(18)的输 出轴连接冷却器(19)的风扇。 5.如权利要求1所述的一种重物加载液压传动系统，其特征在于，所述液压传动结构 中还包括安全阀(3。

8、)，在液压泵(2)的出口及所述第一过滤器(4-1)的进口间连接所述安全 阀(3)进口，安全阀(3)的出口连接油箱(20)。 6.一种如权利要求1所述的重物加载液压传动实验教学系统的控制方法，其特征在 权 利 要 求 书CN 104299503 A 2/2页 3 于，该方法包括如下步骤： 步骤一、采用在托盘(17)上放置重物砝码(16)的方式为所述托实验教学系统加载，以 托盘(17)上无重物砝码(16)时作为初始状态，执行步骤二步骤七，获得空载时的实验数 据；在托盘(17)上放置重物砝码(16)并改变重物砝码(16)的重量，重复执行步骤二步 骤七，获得加载重量不同时的实验数据； 步骤二、控制电磁。

9、溢流阀(5)处于卸荷状态，控制液压换向阀(7)处于中位，起动液压 泵(2)，控制电磁溢流阀(5)处于调压状态，调节液压泵(2)的压力至设定值； 步骤三、交替控制电磁溢流阀(5)处于卸荷状态和调压状态，进行系统卸荷实验，当电 磁溢流阀(5)处于卸荷状态时，通过第三压力传感器(10-3)获得系统卸荷压力； 当电磁溢流阀(5)处于调压状态时，调节单向内控顺序阀(8)的调压装置，使单向内控 顺序阀(8)的开启压力大于重物砝码(16)的加载作用在液压缸(11)有杆腔产生的压力； 则液压缸(11)活塞被锁紧、承载静止；通过第二压力传感器(10-2)获得液压缸(11)有杆 腔产生的平衡压力；通过力传感器(1。

10、2)获得重物砝码(16)所产生的加载力； 步骤四、控制液压换向阀(7)处于左位，液压缸(11)无杆腔进油，液压缸(11)活塞伸 出，单向内控顺序阀(8)开启后在活塞有杆腔建立的背压与重物砝码(16)加载的重力平 衡，液压缸(11)活塞以供给液压缸无杆腔的流量所提供的速度平稳伸出； 液压缸(11)活塞杆伸出运动，通过调节单向节流阀(9)的开口来调节液压缸(11)活 塞杆伸出速度； 在液压缸(11)活塞杆伸出运动中使用码盘获得液压缸(11)的活塞杆的运动速度，使 用第一压力传感器(10-1)获得液压缸(11)无杆腔压力，第二压力传感器(10-2)获得液压 缸(11)有杆腔压力； 步骤五、控制液压换。

11、向阀(7)处于右位，液压换向阀(7)P口的供油经单向内控顺序阀 (8)中的单向阀，在经单向节流阀(9)中的单向阀后，进入液压缸(11)有杆腔，液压缸(11) 活塞杆缩回运动，实现液压缸(11)工作的换向控制； 在液压缸(11)活塞杆缩回运动中，使用码盘测量液压缸(11)的活塞杆的运动速度， 第一压力传感器(10-1)测量液压缸(11)无杆腔压力，第二压力传感器(10-2)测量液压缸 (11)有杆腔压力； 步骤六、通过调节节流阀(6)的开口来控制液压马达(18)的转速，从而控制冷却器 (19)的风扇转速，控制系统油液温度进行冷却。 权 利 要 求 书CN 104299503 A 1/5页 4 一。

12、种重物加载液压传动实验教学系统及其实验方法 技术领域 0001 本发明属于流体传动与控制领域。 背景技术 0002 液压传动具有理论与实践结合紧密、实践性强、工程性强、应用面广的突出特点， 是机械工程、机械电子工程、车辆工程等工科专业的专业技术基础课程。液压传动实验教学 是液压传动课程理论与实践相结合的重要实践性教学环节，是学习、理解、掌握液压传动理 论知识的重要教学手段，也是培养学生实践能力、动手操作能力的重要技术手段。液压传动 实验教学通常在液压传动实验教学装置上进行，包括实验台架、液压泵站、液压控制元件、 液压执行元件和液压辅助元件等。目前，在液压传动实验教学系统中，通常采用液压缸作为 。

13、执行元件，采用加载缸加载或在没有加载的空载条件下进行实验教学。 0003 在液压传动实验教学系统中，采用在加载液压缸加载的条件下进行实验教学，可 以模拟实验液压缸的工作负载，但是将增加一套液压加载回路装置，使液压传动实验教学 的回路变得复杂，实验教学效率降低，而且液压加载回路将使系统的能耗增加，系统总的功 率增大。 0004 在液压传动实验教学系统中，采用在没有加载的空载条件下进行实验教学，可以 进行一些在空载条件下的验证性实验教学内容，但是不能完成带负载的实验教学内容，这 将使实验教学装置可进行的实验教学内容受到限制。 0005 在液压传动实验教学系统中，通常是通过测量流量来间接测量液压缸的。

14、速度或者 是不测量液压缸的速度，但是在液压缸速度低的情况下，受流量计量程下限的限制而往往 测不出流量。 发明内容 0006 有鉴于此，本发明提供了一种重物加载液压传动实验教学系统，该系统加载回路 简单，能够节省液压传动系统的功率损耗，提高加载效率。 0007 为达到上述目的，本发明的技术方案为：该实验教学系统包括加载结构和液压传 动机构。 0008 加载机构包括托盘、导向杆、钢丝绳、力传感器和液压缸；连接关系为：导向杆一 端垂直连接于托盘的中心，另一端与钢丝绳连接，钢丝绳通过滑轮组件由垂直方向改变为 水平方向后与力传感器的一端连接，液压缸水平安装，力传感器的另一端与液压缸的活塞 杆连接。 00。

15、09 液压传动机构包括液压换向阀、单向节流阀、单向内控顺序阀、第一过滤器、液压 泵、油箱、电机、冷却器以及第二过滤器的进口；其连接关系为：液压换向阀的A口与液压缸 的无杆腔相连接，单向节流阀的进口连接液压缸的有杆腔，单向节流阀的出口连接单向内 控顺序阀的进口，单向内控顺序阀的出口连接液压换向阀的B口，液压换向阀的P口连接第 一过滤器的出口，第一过滤器的进口连接液压泵的出口，液压泵的进口连接油箱，电机的输 说 明 书CN 104299503 A 2/5页 5 出轴连接液压泵，液压换向阀的T口连接冷却器的进口，冷却器的出口连接第二过滤器的 进口，第二过滤器的出口连接油箱。 0010 进一步地，该系。

16、统还包括码盘、第一压力传感器和第二压力传感器和第三压力传 感器；码盘通过联轴节与滑轮组件相连，用于测量获得滑轮组件的角位移，从而计算获得液 压缸的活塞杆的运动速度； 0011 在液压缸的无杆腔和液压换向阀的A口间的管路上连接第一压力传感器，第一压 力传感器用于测量液压的无杆腔压力；在液压缸的有杆腔和单向节流阀的进口间的管路 上连接第二压力传感器，第二压力传感器用于测量液压缸有杆腔压力；在第一过滤器的出 口和液压换向阀的P口间的管路上连接第三压力传感器，第三压力传感器用于在系统卸荷 时，测量系统卸荷压力。 0012 进一步地，该系统还包括电磁溢流阀；在第二过滤器的出口及液压换向阀的P口 间的管路。

17、上连接电磁溢流阀的进口，电磁溢流阀的出口与液压换向阀的T口共同连接冷却 器的进口。 0013 进一步地，该系统还包括节流阀和液压马达；在第二过滤器的出口及液压换向阀 的P口间的管路上连接节流阀的进口，节流阀的出口连接液压马达的进口，液压马达的出 口与接冷却器的出口共同与第二过滤器的进口连接，液压马达的输出轴连接冷却器的风 扇。 0014 进一步地，液压传动结构中还包括安全阀，在液压泵的出口及第一过滤器的进口 间连接安全阀进口，安全阀的出口连接油箱。 0015 本发明同时提供了一种基于上述实验教学系统的实验方法，能够实现对液压缸 的重物加载、速度控制以及换向控制，且方法简单易于操作，具备较好的实。

18、践性和可靠性。 0016 为达到上述目的，该方法包括如下步骤： 0017 步骤一、采用在托盘上放置重物砝码的方式为托实验教学系统加载，以托盘上无 重物砝码时作为初始状态，执行步骤二步骤七，获得空载时的实验数据；在托盘上放置重 物砝码并改变重物砝码的重量，重复执行步骤二步骤七，获得加载重量不同时的实验数 据。 0018 步骤二、控制电磁溢流阀处于卸荷状态，控制液压换向阀处于中位，起动液压泵， 控制电磁溢流阀处于调压状态，调节液压泵的压力至设定值。 0019 步骤三、交替控制电磁溢流阀处于卸荷状态和调压状态，进行系统卸荷实验，当电 磁溢流阀处于卸荷状态时，通过第三压力传感器获得系统卸荷压力。 00。

19、20 当电磁溢流阀处于调压状态时，调节单向内控顺序阀的调压装置，使单向内控顺 序阀的开启压力大于重物砝码的加载作用在液压缸有杆腔产生的压力；则液压缸活塞被锁 紧、承载静止；通过第二压力传感器获得液压缸有杆腔产生的平衡压力。 0021 步骤四、控制液压换向阀处于左位，液压缸无杆腔进油，液压缸活塞伸出，单向内 控顺序阀开启后在活塞有杆腔建立的背压与重物砝码加载的重力平衡，液压缸活塞以供给 液压缸无杆腔的流量所提供的速度平稳伸出。 0022 液压缸活塞杆伸出运动，通过调节单向节流阀的开口来调节液压缸活塞伸出速 度。 0023 在液压缸活塞杆伸出运动中使用码盘获得液压缸的活塞杆的运动速度，使用第一 说。

20、 明 书CN 104299503 A 3/5页 6 压力传感器获得液压缸无杆腔压力，第二压力传感器获得液压缸有杆腔压力。 0024 步骤五、控制液压换向阀处于右位，液压换向阀P口的供油经单向单向内控顺序 阀中的单向阀，在经单向节流阀中的单向阀后，进入液压缸有杆腔，液压缸活塞杆缩回运 动，实现液压缸工作的换向控制。 0025 在液压缸活塞杆缩回运动中，使用码盘测量液压缸的活塞杆的运动速度，第一压 力传感器测量液压缸无杆腔压力，第二压力传感器测量液压缸有杆腔压力。 0026 步骤六、通过调节节流阀的开口来控制液压马达的转速，从而控制冷却器的风扇 转速，控制系统油液温度进行冷却。 0027 有益效果。

21、： 0028 1、本发明中托盘上可以放置重物砝码，从而为系统加载，根据不同的情况可以在 空载、加载条件下进行液压传动实验，简化了并且加载回路简单，节省液压传动系统的功率 损耗，提高了加载效率。 0029 2、本发明液压传动系统采用码盘通过测量滑轮的转速来监测测出液压缸的运动 速度，避免了流量测量的弊端，不受量程控制，可以测量液压缸的运动速度，包括非常低的 运动速度。 0030 3、本发明的液压传动系统基于工程性和安全性考虑，采用安全阀限定液压系统的 最高压力，并采用电磁溢流阀进行压力的调节控制和卸荷控制，同时采用节流阀和液压马 达来控制液压系统的油液温度，实现了工程性、实践性和安全性的统一。 。

22、0031 4、本发明提供了基于上述系统的实验方法，能够实现对液压缸的重物加载、速度 控制以及换向控制，且方法简单基于操作，具备较好的实践性和可靠性。 附图说明 0032 图1为本发明所提供的重物加载液压传动系统的一种具体实施方式的结构原理 图和液压系统油路原理图。 具体实施方式 0033 下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。 0034 本发明提供了一种重物加载液压传动系统，其具体结构参照附图1所示： 0035 该系统具有加载结构和液压传动机构，其中加载机构包括多个重物砝码16、托盘 17、导向杆15、钢丝绳14、力传感器12和液压缸11；连接关系为：重物砝码16串联垂直吊挂 在托盘1。

23、7上，实现重物砝码16对液压缸11的加载，托盘17与导向杆15的一端连接，导向 杆15穿过多个重物砝码16的中心，导向杆15的另一端与钢丝绳14连接，钢丝绳14经滑 轮组件13的导向由垂直改变为水平方向后，钢丝绳14另一端与力传感器12的一端连接， 力传感器12的另一端与液压缸11的活塞杆连接，力传感器12可以检测重物砝码16加载 力的大小。 0036 滑轮组件13的一端与联轴节相连，联轴节的另一端与码盘轴相连，液压缸运动导 致钢丝绳14移动，钢丝绳14移动带动滑轮的转动，滑轮的转动带动码盘旋转，码盘旋转间 接测出液压缸运动速度。 0037 液压传动机构中具有节流阀6、液压换向阀7、单向节流阀。

24、9、单向内控顺序阀8、第 说 明 书CN 104299503 A 4/5页 7 一过滤器4-1、液压泵2、油箱20、电机1、冷却器19以及第二过滤器4-2的进口；其连接关 系为：液压缸11水平放置，液压缸11的无杆腔与液压换向阀7的A口相连接，液压缸11的 有杆腔连接单向节流阀9的进口，单向节流阀9可以调节液压缸11的伸出速度，单向节流 阀9的出口连接单向内控顺序阀8的进口，单向内控顺序阀8起平衡阀的作用，可防止在重 物砝码加载作用下液压缸11伸出运动的超速失控，单向内控顺序阀8的出口连接液压换向 阀7的B口，液压换向阀7可以对液压缸11进行换向控制，液压换向阀7的P口连接第一 过滤器4-1的。

25、出口，第一过滤器4-1的进口连接液压泵2的出口，液压泵2的进口连接油箱 20，电机1的输出轴连接液压泵2，液压换向阀7的T口连接冷却器19的进口，冷却器19的 出口连接第二过滤器4-2的进口，第二过滤器4-2的出口连接油箱20，使得液压换向阀7和 电磁溢流阀5的回油可以经过冷却器19的冷却控制后流回油箱。 0038 液压缸11的无杆腔和液压换向阀7的A口间管路上连接第一压力传感器10-1，液 压缸11的有杆腔和单向节流阀9的进口间管路上连接第二压力传感器10-2，在第一过滤器 4-1的出口和液压换向阀7的P口间的管路上连接第三压力传感器10-3。 0039 第一压力传感器10-1可以检测液压缸。

26、无杆腔的压力，第二压力传感器10-2可以 检测液压缸有杆腔的压力，第三压力传感器10-3用于在系统卸荷时，测量系统卸荷压力。 0040 在液压泵2的出口及第一过滤器4-1的进口间连接安全阀3，安全阀3的出口连接 油箱20，安全阀3限定液压系统的最高压力，起安全保护作用。 0041 在第二过滤器4-2的出口及液压换向阀7的P口间连接电磁溢流阀5的进口，电 磁溢流阀5的出口与液压换向阀7的T口共同与接冷却器19的进口连接，电磁溢流阀5可 以对系统的压力进行调节控制和卸荷控制。 0042 在第二过滤器4-2的出口及液压换向阀7的P口间连接节流阀6的进口，节流阀 6的出口连接液压马达18的进口，液压马。

27、达18的出口与接冷却器19的出口共同与第二过 滤器4-2的进口连接，液压马达18的输出轴连接冷却器19的风扇，调节节流阀6的开口可 以调节流过节流阀6的流量，即可调节液压马达18的转速，也即调节冷却器19风扇的转 速，可以对经过冷却器19流回油箱的油液进行冷却控制，以控制液压系统的油液温度在合 适的温度范围内。 0043 上述单向节流阀9由节流阀和单向阀并联组合而成；单向内控顺序阀8是一种复 合阀，该复合阀即为在内控顺序阀中装有单向阀，能通过反向液流。 0044 本发明具体的液压传动系统的工作流程如下： 0045 步骤一、采用在托盘17上放置重物砝码16的方式为托实验教学系统加载，以托盘 17。

28、上无重物砝码16时作为初始状态，执行步骤二步骤七，获得空载时的实验数据；在托 盘17上放置重物砝码16并改变重物砝码16的重量，重复执行步骤二步骤七，获得加载 重量不同时的实验数据。 0046 实验包括系统卸荷实验、调速实验和换向实验。其中系统卸荷实验中主要获取系 统在卸荷状态下的卸荷压力；调速实验主要获得液压缸11活塞杆的伸出速度、液压缸无杆 腔压力和有杆腔压力；换向实验主要是通过简单的操作实现液压缸11活塞杆的换向，即由 伸出运动转为缩回运动并获得液压缸11活塞杆的缩回速度、液压缸无杆腔压力和有杆腔 压力。 0047 步骤二、控制电磁溢流阀5处于卸荷状态，控制液压换向阀7处于中位，起动液压。

29、 说 明 书CN 104299503 A 5/5页 8 泵2，控制电磁溢流阀5处于调压状态，调节液压泵2的压力至设定值； 0048 步骤三、交替控制电磁溢流阀5处于卸荷状态或调压状态，进行系统卸荷实验，电 磁溢流阀5处于卸荷状态时，通过第三压力传感器10-3获得系统卸荷压力。 0049 步骤四、控制电磁溢流阀5处于调压状态，调节单向内控顺序阀8的调压装置，使 单向内控顺序阀8的开启压力大于重物砝码16的加载作用在液压缸11有杆腔产生的压 力；则液压缸11活塞被锁紧、承载静止；通过第二压力传感器10-2获得液压缸11有杆腔产 生的平衡压力。 0050 步骤五、控制液压换向阀7处于左位，液压缸11。

30、无杆腔进油，液压缸11活塞伸出， 单向内控顺序阀8开启后在活塞有杆腔建立的背压与重物砝码16加载的重力平衡，液压缸 11活塞以供给液压缸无杆腔的流量所提供的速度平稳伸出。 0051 液压缸11活塞杆伸出运动，通过调节单向节流阀9的开口来调节液压缸11活塞 杆伸出速度。在实验过程中，对单向节流阀9的开口程度以及11的活塞杆的伸出速度进行 对应记录，可获得二者之间对应关系 0052 在液压缸11活塞杆伸出运动中使用码盘获得液压缸11的活塞杆的运动速度，使 用第一压力传感器10-1获得液压缸11无杆腔压力，第二压力传感器10-2获得液压缸11 有杆腔压力。 0053 步骤六、控制液压换向阀7处于右位。

31、，液压换向阀7的P口的供油经单向内控顺序 阀8中的单向阀，在经单向节流阀9中的单向阀后，进入液压缸11有杆腔，液压缸11活塞 杆缩回运动，实现液压缸11工作的换向控制。 0054 在液压缸11活塞杆缩回运动中，使用码盘测量液压缸11的活塞杆的运动速度，第 一压力传感器10-1测量液压缸11无杆腔压力，第二压力传感器10-2测量液压缸11有杆 腔压力。 0055 步骤七、通过调节节流阀6的开口来控制液压马达18的转速，从而控制冷却器19 的风扇转速，控制系统油液温度进行冷却。 0056 综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。 凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的 保护范围之内。 说 明 书CN 104299503 A 1/1页 9 图1 说 明 书 附 图CN 104299503 A 。