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电液控综合实验台------实验台设计 摘 要 液压综合实验台包含电控、液控等，它的设计与制造将极大的缓解现有实验室实验设备短缺和落后的现状，同时电液控综合实验台在整个液压实验中将发挥很大的作用，是液压教学实验中不可缺少的重要组成部分。本论文重点叙述了液压综合实验台的系统组成和元件设置。从各方面分析与其它实验台的不同点，突出它的综合性，其最大的优点就是可以在一个实验平台上做多个实验，所做实验各元件和管路可由实验操作者自行设计、连接。设计主要围绕实验台的实验原理以及整体结构而展开，然后辅以电气控制硬件部分的设计。通过分析，比较，突出了本系统的集成性、综合性以及灵活性。
关键词 ：
实验台 液压 电控 PLC。
II Electro-hydraulic control of the comprehensive experimental platform------experimental platform design Abstract Hydraulic comprehensive experimental platform include electric control, hydraulic control etc. Its design and manufacture will greatly ease the laboratory experiment equipment shortages and the backward situation. Meanwhile the electro-hydraulic control of the comprehensive experimental platform will plays a very important role in the whole hydraulic teaching experiments, And it is an important part in the hydraulic teaching experiments. This paper emphatically describe the systemic composition and components settings of the hydraulic comprehensive experimental platform. All aspects of the analysis of the differences with other experimental platform, to highlight its comprehensive. Its biggest advantage is that it can be to do one or more experiments in a experimental platform, All components and pipeline to be done by the operator. This design revolves around the experiment principle and the overall structure of the experimental platform. And then with the electrical control hardware part of the design. Through the analysis, comparison, highlighted the system integration, comprehensive and flexibility. Key Words: Experimental platform; Hydraulic; Electric control; PLC
目 录 摘要 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„I ABSTRACT „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„II 第一章 前言 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„1 1.1 课题研究的背景„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„1 1.2 液压传动实验教学的目的„„„„„„„„„„„„„„„„„„1 第二章 液压实验指导书 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„1 2.1 液压系统中工作压力形成的原理实验„„„„„„„„„„„„„1 2.1.1 实验目的„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„2 2.1.2 实验装置液压系统原理图„„„„„„„„„„„„„„„„2 2.1.3 实验内容„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„2 2.1.4 实验步骤„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„3 2.1.5 实验记录表格„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„3 2.1.6 思考题„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„4 2.2 液压泵性能实验„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„4 2.2.1 实验目的„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„4 2.2.2 实验装置液压系统原理图„„„„„„„„„„„„„„„„4 2.2.3 实验内容„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„4 2.2.4 实验步骤„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„5 2.2.5 实验记录表格„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„6 2.2.6 思考题„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„6 2.3 溢流阀静态特性实验„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„6 2.3.1 实验目的„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„6 2.3.2 实验装置液压系统原理图„„„„„„„„„„„„„„„„7 2.3.3 实验内容„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„7 2.3.4 实验步骤„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„8 2.3.5 实验记录表格„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„9 2.4 溢流阀动态特性实验„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„10
IV 2.4.1 实验目的„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„10 2.4.2 实验装置液压系统原理图„„„„„„„„„„„„„„„10 2.4.3 实验内容„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„10 2.4.4 实验步骤„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„11 2.4.5 实验记录表格„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„11 2.4.6 思考题„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„11 2.5 节流调速回路性能实验„„„„„„„„„„„„„„„„„„„11 2.5.1 实验目的„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„11 2.5.2 实验内容„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„12 2.5.3 实验步骤„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„12 2.5.4 实验记录表格„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„18 2.5.5 思考题„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„19 2.6 比例压力阀的性能实验„„„„„„„„„„„„„„„„„„„20 2.6.1 实验目的„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„20 2.6.2 实验装置液压系统原理图„„„„„„„„„„„„„„„21 2.6.3 实验内容„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„21 2.6.4 实验步骤„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„21 2.6.5 实验记录„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„22 第三章 实验台的电气控制 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„22 3.1 控制系统的组成„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„23 3.2 多台电动机的顺序控制„„„„„„„„„„„„„„„„„„24 3.2.1 电动机顺序控制电路的主回路„„„„„„„„„„„„„24 3.2.2 电动机顺序控制电路的控制回路„„„„„„„„„„„„„25 3.3 传感器的选择„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„26 3.3.1 根据测量对象与测量环境确定传感器的类型„„„„„„„„26 3.3.2 灵敏度的选择„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„26 3.3.3 响应特性（反应时间）„„„„„„„„„„„„„„„„„27 3.3.4 线性范围„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„27 3.3.5 稳定性„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„27 3.3.6 精度„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„28
第四章 PLC 控制系统的设计 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„29 4.1 PLC 控制系统的设计步骤„„„„„„„„„„„„„„„„„„29 4.2 熟悉控制对象，分析控制要求„„„„„„„„„„„„„„„„29 4.3 确定硬件配置，设计外部接线图„„„„„„„„„„„„„„„30 4.4 设计控制程序„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„32 4.5 程序调试„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„32 4.5.1 模拟调试„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„32 4.5.2 现场调试„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„32 4.6 编制技术文件„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„33 4.7 PLC 控制多台电动机顺序„„„„„„„„„„„„„„„„„„„33 4.7.1 实现电动机顺序起动的程序„„„„„„„„„„„„„„„33 4.7.2 使用步进指令，设计控制程序„„„„„„„„„„„„„„34 4.8 液动机械手的自动控制设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„35 结语 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„38 参考文献 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„39 致谢 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„39
1 第一章 前言 1.1 课题研究的背景 当今世界科技迅猛发展。激烈的国际竞争促进了工业自动化的飞速发展，而 PLC 控制技术则是实现工业自动化的重要手段。随着工业的发展，它的应用范围也日益扩大，同时其性能也就必须满足机械多样化与机械电子工业快速发展相适应的要求，处在这个变革时期，要求按不同于以前的观点去开发 PLC 控制技术。既不单纯强调进行 PLC 控制元件本身的研究而使之满足多样化的要求，而且为了达到提高系统的可靠性、降低成本，要进行节能化、小型化和轻量化、位置控制的高精度化，以及与电气相结合的综合控制技术的研究。
我的主要任务是设计 PLC 控制柜，并做出相应的电气系统，在可能的情况下搞一套对实验的监测系统。PLC 编程控制器为 FX2n 系列，因为 FX2n 系列的 PLC编程控制器可以与计算进行通信。
1.2 液压传动实验教学的目的 理论的基础是实践，实践是检验真理的唯一标准。尤其是自然科学的发展，更离不开科学实验。实验教学与理论教学相辅相成，共同担负着培养学生智能、提高人才质量的任务。
液压传动实验教学的目的在于使学生掌握基本实验方法及实验技能，学习科学研究的方法，同时实验也是帮助学生学习和运用理论处理实际问题，验证、消化和巩固基础理论知识的重要环节。
第二章 液压实验指导书 2.1 液压系统中工作压力形成的原理实验
第二章 液压实验指导书 2 2.1.1 实验目的 容积式液压传动中，工作压力的大小决定于负载，即决定于油液运动时所受阻力。
本实验要求通过各种负载时，观察液压缸的运动，以及压力表值的变化情况，观察对液压缸内液体工作压力的影响，而深入理解液压系统中工作压力和负载的关系。分析液压系统中的负载体现，影响在哪些方面，进而理解液压系统中工作压力的组成。
2.1.2 实验装置液压系统原理图 图 2-1 液压系统压力形成实验液压系统原理图 2.1.3 实验内容 液压缸的外加负载变化对液压缸工作压力的影响。
实验应使在摩擦阻力和液压阻力不变的情况下进行。
外加负载指直接加在活塞杆上的负载砝码，液压的工作压力是指工作腔的压力。实验装置中液压缸铅直布局，砝码可直接作为外载使液压缸作功，施加不同数量的砝码，即可有级的改变负载值。这样，可以通过增减砝码的数量来研究外载对液压缸工作压力的影响。同时仔细观察一下活塞
3 杆开始运动和停止瞬间表的压力变化。
2.1.4 实验步骤 1.启动液压泵 2 前，先将调速阀 4 关死，溢流阀 9 手柄放松。
2.启动液压泵 2，调节溢流阀 9，使压力表 P1 为 5MPa,再慢慢打开调阀 4，不加砝码，切换电磁换向阀 6（左位或右位），使活塞往复运动数次，排除系统内空气。
3.切换电磁换向阀 6，使活塞位于下位。在砝码托盘上挂上所需砝码，再切换电磁阀换向阀 6，使活塞上行。观察各有关压力表值的变化情况，记录活塞运动时系统压力 P1，工作压力 P2，回油路压力 P3 的值以及活塞全行程长度 L 和时间 t。
4.切换电磁换向阀 6，再使活塞处于下位，再挂上不同的砝码（在砝码不变时可通过调节节流阀 7 改变系统压力，在节流阀 7 不调节时，可改变砝码重量），重复做上述（3）的步骤。
5.实验完毕，使各缸活塞位于下位，取下砝码，调节溢流阀 9 手柄，使 P1 为“0”，停液压泵，关掉总电源。
6.根据实验数据作出液压缸 F 有效——P 曲线以及 F 有效——V 曲线。
2.1.5 实验记录表格 1.把实验数据记录在表 2-1 中 试验条件：用 号液压油； （以后实验均用此油）一块砝码的重量 10kg。
溢流阀 10 始终调节在 7Mpa （以下实验的下端溢流阀相同）。
表 2-1 砝码 数量 泵出口压力 P1（Mpa） 工 作 压 力P2（Mpa） 回 油 压 力P3（Mpa） 活塞全行程长度 L（m） 时间 t（s） 1 2 3
第二章 液压实验指导书 4 2.1.6 思考题 1.液压系统中负载体现在哪些方面？ 2. 液压系统工作时泵的输出压力与执行缸的工作压力是否相同？为什么？ 3.为什么液压缸进油路流量的调节不采用节流阀而采用调速阀？ 2.2 液压泵性能实验 2.2.1 实验目的 1.了解液压泵的工作特性。
2.通过实验增加对液压泵工作的感性认识，如液压泵工作时的震动、噪声、油压的脉动，油温的升高等。
3.掌握测试液压泵工作性能的方法。
2.2.2 实验装置液压系统原理图 图 2-2 定量泵性能实验液压系统原理图 2.2.3 实验内容
5 液压泵的性能主要包括：是否能达到泵的额定压力，额定压力下的流量（额定流量），容积效率，总效率，压力脉动（振摆值），噪声，寿命，温升振动等项。前三项是主要性能，本实验主要测试这几项。
1.测试液压泵的输出流量--压力特性，计算容积效率。
液压泵的容积效率：
t vq q/ (2-1) 理论流量tq 是指额定转速下空载（零压）的流量，为了测定理论流量tq ，应将节流阀的通流截面积调至最大，此时测出的流量为tq 。
实际流量 q 为在不同的工作压力下泵输出的流量。
2.液压泵的总效率。
液压泵的输入功率：
) (9740kwn Tpii （2-2） 式中：iT --泵的输入扭矩（NM）（电机输出扭矩） n--泵的转速（r/min）（电机输出转速） 液压泵的输出功率：
) (60kwpqp o （2-3） 式中：p--泵的输出压力（Mpa） q--泵的输出流量（L/min） 使用转矩传感器和转速表可以测出电机输给液压泵的扭矩iT 和转速 n,最后可以算出液压泵的总效率，可用下式表示 n Tpqppi io33 . 162 (2-4) 3.根据实验所得数据绘制泵的静态特性曲线（pi-p、po-p、η-p、ηv-p 曲线）。
2.2.4 实验步骤
第二章 液压实验指导书 6 1.启动液压泵 2 前，先将节流阀 4 关死，溢流阀 1 打开至最大。
2.启动液压泵 2，调节溢流阀 1，使压力高于被试泵的额定压力，达到 7Mpa。
3.调节节流阀 4 的开度，开度最大时测出tq (t 代表时间)流量；调节节流阀 4 的不同开度，作为泵的不同负载，对应测出压力 p（压力表 P1 读数）、流量 q（对应测出某体积△V 时的时间 t）、转矩iT 和转速 n（数字转速表的读数）。数据可通过相关传感器传输到计算机。
4.实验完毕后，调节溢流阀 1，使 P1 为“0”停液压泵。
5.根据实验数据计算 pi、po、η、ηv，作出泵的静态特性曲线。
2.2.5 实验记录表格 1. 把实验数据记录在表 2-2 中 表 2-2 序号 测算内容 1 2 3 4 5 被测泵的压力 P (Mpa) 对应△V 所需时间 t(s) 泵的流量 q(l/s) 泵的输入转矩 T(Nm) 泵的转速 n (rad/s) 2.2.6 思考题 1.本实验中，两个溢流阀分别起什么作用？ 2.实验系统中，节流阀为什么能够对被测泵加载？ 2.3 溢流阀静态特性实验 2.3.1 实验目的 1. 深入理解溢流阀稳定工作时的静态特性，测试启闭特性、调压范
7 围、压力稳定性、卸荷压力及压力损失。重点为启闭特性的测试，对被测阀的静态特性做适当的分析。
2. 通过实验掌握溢流阀的测试方法。
2.3.2 实验装置液压系统原理图 图 2-3 溢流阀的静态特性实验液压系统原理图 2.3.3 实验内容 1. 溢流阀的调压范围及压力稳定性：
在规定的调压范围（0.5——6.3）内，压力上升与下降应平稳，不得有尖叫声。压力振摆为稳定状态下调定压力的波动值，是表示调压稳定的主要指标，此时，压力表前不能装阻尼器，压力振摆应不超过规定值（±0.2Mpa），由压力表P2 测得。
2. 卸荷压力及压力损失：
卸荷压力是指溢流阀的远程控制口接通油箱，使主阀芯上端的油腔压力为零时，溢流阀通过额定流量所产生的压力不超过 0.2(Mpa)。
压力损失是指溢流阀的手柄完全放松，即调压弹簧的预压缩量 X 为零时，溢流阀流过额定流量所产生的压力不超过(0.4Mpa)
第二章 液压实验指导书 8 3. 启闭特性：
被测阀调至额定压力，系统供油量为额定测量油量，调节系统压力逐渐升高。当通过被测阀的流量为额定流量的 1%时的系统压力值称为被测阀的开启压力。压力级为 6.3Mpa 的溢流阀，规定开启压力不得小于 5.3Mpa （即额定压力的 85%）。被测阀调至额定压力，系统供油量为额定测量油量，调节系统压力逐渐降低，当通过被测阀的流量为额定流量的 1%时的系统压力值称为被测阀的闭合压力。压力级为 6.3Mpa 的溢流阀，规定闭合压力不得小于 5.0Mpa（即额定压力的 80%）。
实验中，测试压力值的同时，测出相应的溢流量，根据所得数据绘出被测阀的启闭特性曲线。
2.3.4 实验步骤 1.溢流阀的调压范围及压力稳定性 （1）各种电磁阀处于常态时，溢流阀 1 开至最大，启动液压泵 2，调节溢流阀 1 的压力至 7Map（比被测阀 4 的额定压力高 10%左右）。
（2）接通电磁阀 6，调节被测试阀 4 从全开到全闭，再从全闭到全开，通过压力表 P2 观察压力上升与下降的情况，并测量调压范围。
（3）调节被测阀 4，使其在调压范围内取 5 个压力值（1，2，3，4，5）用压力表 P2 分别测量振摆值，振摆值是指针摆动幅度的一半。
（4）重复 2-3 至少三遍。
2. 溢流阀的卸荷压力及压力损失：
（1）被测阀 4 调至额定压力,将电磁阀 5 接通，使被测阀的远程控制口接油箱，用压力表 P2 测出卸荷压力。
（2）被测阀 4 的手柄放松，用压力表 P2 测出溢流阀的压力损失。
（3）重复 1-2 至少三遍。
3. 启闭特性 （1）溢流阀 1 关紧，观测表 P2，被测阀 4 调至 6.3Mpa，锁紧其调节手柄，此时被测阀全溢流。
（2）调节溢流阀 1，使系统压力逐渐下降（每次下降 0.１Mpa），记录被测阀 4 相应的压力和溢流量，直至被测阀由线流变滴流为止，这时压力表 P2 所测
9 数值就是闭合压力，同时记录下闭合过程中的油液体积及时间。
（3）调节溢流阀 1，使系统中 P2 为零，再使系统压力逐渐上升，当被测阀的溢流变为线流时，压力表 P2 的读数可以认为是开启压力，记录其数值及开启过程中的油液体积及时间。再继续调节阀 1，使系统压力逐渐升到 6.3Mpa，记录被测阀 4 相应的压力和溢流量。
4. 重复 2-3 至少三遍。
5. 作出溢流阀的启闭特性曲线图 2.3.5 实验记录表格 把实验数据记录在表 2-3 及 2-4 中 表 2-3 项目 序号 调压范围 （Mpa） 卸荷压力 （Mpa） 压力损失 （Mpa） 压力振摆 （Mpa） 压 力 超 调量（Mpa） 1 2 3 4 表 2-4 序 号 启 闭 特 性 闭 合 过 程 开 启 过 程 压 力 （Mpa） 油液体积（ml） 时 间 （t） 流 量 （ml/s） 压 力（Mpa） 油液体积（ml） 时 间（t） 流 量（ml/s） 1 2 3 4
第二章 液压实验指导书 10 附：
此实验为溢流阀的静态试验，在实验中利用流量传感器与压力传感器搜集数据，传送到计算机，绘制相应图表，与被测溢流阀已有资料的性能图表对比。
2.4 溢流阀动态特性实验 2.4.1 实验目的 1. 深入理解溢流阀瞬态下的动特性，即溢流量瞬间猛增时，溢流阀压力超调量的动态性能指标。
2. 通过实验掌握溢流阀的测试方法。
2.4.2 实验装置液压系统原理图 图 2-4 溢流阀的动态特性实验液压系统原理图 2.4.3 实验内容 1. 溢流阀的动态特性，压力超调量：
溢流阀的溢流量一瞬间猛增时，立刻产生一个很高的瞬间峰值压力。峰值压力高于调定压力，这超过的部分，称为压力超调量△P。
注：实验中，被测阀的额定流量被被测阀全溢流时的实际流量所代替。
11 2.4.4 实验步骤 1.压力超调量：
通过被测试阀的远程控制口瞬间与油箱通断，使被测阀的主油路的流量得到阶跃变化信号。
（1）电磁阀 6 通电后，关闭溢流阀 1，调节被测试阀 4 的压力，看 P2 的值，然后将电磁阀 5 通电，使被测阀卸压。
（2）将电磁阀 5 断电，被测阀主油路升压，密切注意压力表 P2 记下压力表所达到的最大值，即峰值压力。
（3）实验完毕，调节 1 使 P2 为“0”，停液压泵。
2. 根据实验记录数据作出溢流阀的动态特性曲线图。
2.4.5 实验记录表格 实验数据记录在表 2-3 中 2.4.6 思考题 1.溢流阀的开启压力为什么大于闭合压力？ 2.溢流阀的启闭特性好坏对使用性能有何影响？ 2.5 节流调速回路性能实验 节流调速回路可以通过改变流量控制阀口的开度，即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。节流调速回路按照其流量控制阀安装位置的不同，有进油路，回油路，旁路三种情况。节流调速可分为节流阀调速回路和调速阀调速回路。流量控制阀采用节流阀或调速阀时，其调速性能各有自己的特点，同是节流阀，调速回路不同，它们的调速性能也有差别。
2.5.1 实验目的 1.通过对节流阀三种调速回路的实验，得出它们的调速性能曲线，并分析比较它们的调速性能（速度--负载特性）。
2.通过对节流阀和调速阀进口节流调速回路的对比实验，分析比较它们的性
第二章 液压实验指导书 12 能差别。
2.5.2 实验内容 1、采用节流阀的进油节流调速回路的调速性能。
2、采用节流阀的回油节流调速回路的调速性能。
3、采用节流阀的旁路节流调速回路的调速性能。
4、采用调速阀的进油节流调速回路的调速性能。
当节流阀的结构形式和液压缸的尺寸大小确定以后，液压缸活塞杆的速度 V与节流阀的通流面积 A，溢流阀的调定压力（泵的供油压力）及负载 F 有关。
调速回路中液压缸活塞杆的工作速度 V 与负载 F 之间的关系，称为 回路的速度负载特性。
实验中，对节流阀的通流面积 A 和溢流阀调定压力（泵的供油压力）调定之后，改变负载 F 大小，同时测出有关压力值及相应的工作缸活塞杆运动行程 L，所需的时间 t。
以速度 V 为纵坐标，以负载 F 为横坐标，按节流阀不同的通流面积 A 或不同的溢流阀调定压力，各调速回路可得各自一组速度—负载特性曲线。
本实验采用液压缸对顶加载法，加载液压缸的压力由溢流阀调定，调节加载缸工作缸的压力，即可使调速回路获得不同的负载 F。
液压缸的活塞杆的工作速度 V 通过活塞杆的工作行程 L 与运动时间 t 来计算，即 V=L/t（mm/s） （2-5） 2.5.3 实验步骤 采用节流阀的进口节流调速回路
13 图 2-5 采用节流阀的进出、口节流调速回路的液压系统原理图 1. 实验装置的调整：
（1）加载系统的调整：
使方向阀 10 保持中位，即“0” 位，放松溢流阀 7， 启动液压泵 8，调节溢流阀 7 的调节手柄，使系统处于低压 3Mpa 左右，通过三位四通电磁换向阀 10切换，加载缸活塞往复 3-5 次，排除系统内空气，然后使活塞杆处于退回位置。
（2）调速回路的调整：
使方向阀 6 保持中位，即“0” 位，将进油路节流阀 3 全闭，回油路节流阀5 全开，启动液压泵 2，调节溢流阀 1 的调节手柄，使系统处于低压 3Mpa 左右，将电磁换向阀 6 接通，慢慢调节节流阀 3 的开度，使工作缸活塞杆运动速度适中。反复切换电磁换向阀 6，使工作缸活塞往复运动，排除系统内空气，并检查系统工作是否正常。
2. 拟定负载压力：
回路的负载压力拟定为 0.6，1.0，1.4，1.4，2.2，2.6„„液压泵 2 的供油压力由溢流阀 1 调定，拟定为 3Mpa 或 2Mpa 左右，节流阀的开度可以分为大中小三种，这样有利于对比分析。
第二章 液压实验指导书 14 3. 按拟订好的实验方案，电磁阀 10 保持左位，使活塞杆伸出，与工作缸活塞杆顶靠在一起，利用溢流阀 7 按拟定方案调节加载压力，再利用溢流阀 1 按拟定方案调节供油压力。分次测出对应于负载压力的工作缸的活塞运动速度 V，记录下 P2 ，P6，进油压力 P3，回油压力 P4。
4. 调节节流阀 3 的开度，重复 3，直至方案结束。
采用节流阀的出口节流调速回路采用节流阀的进、出口节流调速回路的液压系统原理图 图 2-6 采用节流阀的进出、口节流调速回路的液压系统原理图 1. 实验装置的调整：
（1）加载系统的调整：
使方向阀 10 保持中位，即“0” 位，放松溢流阀 7， 启动液压泵 8，调节溢流阀 7 的调节手柄，使系统处于低压 3Mpa 左右，通过三位四通电磁换向阀 10切换，加载缸活塞往复 3-5 次，排除系统内空气，然后使活塞杆处于退回位置。
（2）调速回路的调整：
使方向阀 6 保持中位，即“0” 位，将进油路节流阀 3 全开，回油路节流阀5 全闭，启动液压泵 2，调节溢流阀 1 的调节手柄，使系统处于低压 3Mpa 左右，
15 将电磁换向阀 6 接通，慢慢调节节流阀 5 的开度，使工作缸活塞杆运动速度适中。反复切换电磁换向阀 6，使工作缸活塞往复运动，排除系统内空气，并检查系统工作是否正常。
2. 拟定负载压力：
回路的负载压力拟定为 1.0，1.4，1.4，„„液压泵 2 的供油压力由溢流阀1 调定，拟定为 3Mpa 或 2Mpa 左右，节流阀的开度可以分为大中小三种，这样有利于对比分析。
3. 按拟订好的实验方案，电磁阀 10 保持左位，使活塞杆伸出，与工作缸活塞杆顶靠在一起，利用溢流阀 7 按拟定方案调节加载压力，再利用溢流阀 1 按拟定方案调节供油压力。分次测出对应于负载压力的工作缸的活塞运动速度 V，记录下 P2 ，P6，进油压力 P3，回油压力 P4。
4. 调节节流阀 5 的开度，重复 3，直至方案结束。
采用节流阀的旁路节流调速回路 图 2-7 采用节流阀的旁路节流调速回路的液压系统原理图 1.实验装置的调整：
（1）加载系统的调整：
第二章 液压实验指导书 16 使方向阀 9 保持中位，即“0” 位，放松溢流阀 6， 启动液压泵 7，调节溢流阀 6 的调节手柄，使系统处于低压 3Mpa 左右，通过三位四通电磁换向阀 9 切换，加载缸活塞往复 3-5 次，排除系统内空气，然后使活塞杆处于退回位置。
（2）调速回路的调整：
使方向阀 5 保持中位，即“0” 位，将旁路节流阀 3 全闭，启动液压泵 2，调节溢流阀 1 的调节手柄，使系统处于低压 3Mpa 左右，将电磁换向阀 5 接通，慢慢调节节流阀 3 开度，使工作缸活塞杆运动速度适中。反复切换电磁换向阀 6，使工作缸活塞往复运动，排除系统内空气，并检查系统工作是否正常。
2. 拟定负载压力：
回路的负载压力拟定为 0.6，1.0，1.4，1.4，2.2，2.6„„液压泵 2 的供油压力由溢流阀 1 调定，拟定为 3Mpa 或 2Mpa 左右，节流阀的开度可以分为大中小三种，这样有利于对比分析。
3.按拟订好的实验方案，电磁阀 9 保持左位，使活塞杆伸出，与工作缸活塞杆顶靠在一起，利用溢流阀 6 按拟定方案调节加载压力，再利用溢流阀 1 按拟定方案调节供油压力。分次测出对应于负载压力的工作缸的活塞运动速度 V，记录下 P6，进油压力 P3，回油压力 P4。
4.调节节流阀 3 的开度，重复 3，直至方案结束。
采用调速阀的进口节流调速回路
17 图 2-8 采用调速阀的进口节流调速回路的液压系统原理图 1.实验装置的调整：
（1）加载系统的调整：
使方向阀 9 保持中位，即“0” 位，放松溢流阀 6， 启动液压泵 7，调节溢流阀 6 的调节手柄，使系统处于低压 3Mpa 左右，通过三位四通电磁换向阀 9 切换，加载缸活塞往复 3-5 次，排除系统内空气，然后使活塞杆处于退回位置。
（2）调速回路的调整：
使方向阀 5 保持中位，即“0” 位，将进油路调速阀 3 全闭，启动液压泵 2，调节溢流阀 1 的调节手柄，使系统处于低压 3Mpa 左右，将电磁换向阀 5 接通，慢慢调节调速阀 3 的开度，使工作缸活塞杆运动速度适中。反复切换电磁换向阀 5，使工作缸活塞往复运动，排除系统内空气，并检查系统工作是否正常。
2. 拟定负载压力：
回路的负载压力拟定为 0.6，1.0，1.4，1.4，2.2，2.6„„液压泵 2 的供油压力由溢流阀 1 调定，拟定为 3Mpa 或 2Mpa 左右，节流阀的开度可以分为大中小三种，这样有利于对比分析。
3.按拟订好的实验方案，电磁阀 9 保持左位，使活塞杆伸出，与工作缸活塞杆顶靠在一起，利用溢流阀 6 按拟定方案调节加载压力，再利用溢流阀 1 按拟定
第二章 液压实验指导书 18 方案调节供油压力。分次测出对应于负载压力的工作缸的活塞运动速度 V，记录下 P2 ，P6，进油压力 P3，回油压力 P4。
4.调节调速阀 3 的开度，重复 3，直至方案结束。
5.作出各个回路的速度-负载曲线图。
2.5.4 实验记录表格 实验数据分别记录在表 2-5、2-6、2-7、2-8 中 表 2-5 节流阀进油路调速 调节参数 负载系统压力P5 负载压力P6 行程L(mm) 时间t(s) 速度 v (mm/s) 节流阀前压力P2 进油压力P3 回油压力P4 负载P6XA 负载 系统压力P1 节流阀口 大 中 小 表 2-6 节流阀回油路调速 调节参数 负载系统压力P5 负载压力P6 行程L(mm) 时间t(s) 速度 v (mm/s) 节流阀前压力P4 进油压力P3 负载 P6XA 负载 系统压力P1 节流阀口 大 中 小
19 表 2-7 节流阀旁路调速 调节参数 负载系统压力P5 负载压力P6 行程L(mm) 时间t(s) 速度 v (mm/s) 进油压力P3 回油压力P4 负载 P6XA 负载 系统压力P1 节流阀口 大 中 小 表 2-8 调速阀进油路调速 调节参数 负载系统压力P5 负载压力P6 行程L(mm) 时间t(s) 速度 v (mm/s) 调速阀前压力P2 进油压力P3 回油压力P4 负载P6XA 负载 系统压力P1 节流阀口 大 中 小 2.5.5 思考题 1. 节流阀调速与调速阀调速有何区别？ 2. 除了以上调速方法外，还有其他调速方法法吗？
第二章 液压实验指导书 20 2.6 比例压力阀的性能实验 电液比例压力阀的性能分为稳态性能和动态性能。稳态性能包括稳态控制特性和稳态负载特性。前者是控制输入信号与输出压力的关系，后者是指在某一调定的控制输入信号下，输出量与负载干扰的信号的关系。控制输入信号是电流或电压，压力控制阀的输出为压力信号，负载干扰信号则是指除控制输入信号之外的任何一种影响输出量的输入信号。动态特性常用阶越响应特性和频率响应来反映。
1. 稳态控制特性 在稳态控制特性曲线上可以得到如下稳态控制特性指标：
滞环 在稳态特性曲线上，对应各相同输出量的正反行程的控制输入电信号之差的最大值与额定输入电信号之比。
重复精度 在负载和油温不变的情况下，连续三次做同方向重复所得稳态控制特性曲线之间，相同输出量所对应的控制电信号值的最大差值与额定输入信号之比。
2. 动态特性 阶越响应特性是指在系统运动参数不变的情况下，被控输出量相对于一定幅值的阶越输入电信号变化的过渡过程。
频率特性是指比例阀系统对一组不同频率的等幅正弦输入信号的响应特性，常用波德图表示。当输入一组幅值不变，频率不同的正弦信号时，输出量的幅值和输入量幅值的比值，称为幅频特性。输出量相应与输入信号相位之差，称为相频特性。
比例阀的主要动态特性指标有：
调整时间 输入信号发生时刻至输出量第一次达到并保持相对误差在稳态值±5%范围内所需的时间。
最大超调量 输出量最大峰值与稳态值之差与稳态值之比的百分数。
幅频宽 幅频特性曲线上幅值比降到 0.707 时的频率。
本实验主要测试比例溢流阀的稳态控制特性与动态特性。
2.6.1 实验目的
21 1.深入理解电液比例溢流阀稳定工作时的静态特性，测试控制输入信号与输出压力的关系。
2.深入理解电液比例溢流阀稳定工作时的动态特性，测试阶越响应特性和频率响应。
3.通过实验掌握比例控制阀的测试方法。
2.6.2 实验装置液压系统原理图 图 2-9 比例溢流阀的性能实验液压系统原理图 2.6.3 实验内容 1. 测试比例溢流阀的稳态控制特性，绘出电流-压力曲线（I-P 曲线）及流量-压力曲线（q-P 曲线）。并在稳态控制特性曲线上，直观理解滞环、重复精度的概念。
2．测试比例溢流阀的动态特性，绘出阶越响应曲线及频率响应曲线。测试出其调整时间、最大超调量、幅频宽。
2.6.4 实验步骤 1.稳态控制特
第三章 实验台的电气控制 22 （1）各种电磁阀处于常态时，溢流阀 1 开至最大，启动液压泵 2，调节溢流阀 1 的压力至适当值。
（2）接通电磁阀 3，将被试阀 4 调定在所需的试验流量和出口压力下，调节比例放大器使输入电流 I 由零至额定电流 Imax，再由 Imax 调节至零。记录压力 p 及流量 q 的变化，重复至少 3 次。画出 I-P 特性曲线，p-q 曲线。观察其滞环及重复精度。
2.动态特 （1）用信号发生器产生阶越信号并将其接入比例阀，比例阀发生工况移动。记录压力随时间变化的变化情况，以时间为横坐标，压力为纵坐标，画出其阶越响应特性图。
（2） 用信号发生器产生正弦信号并将其接入比例阀，比例阀发生工况移动。观察压力表，记录从输入信号发生时刻至输出量第一次达到稳态值的时间。
2.6.5 实验记录 实验数据记录在表 2-9 中 表 2-9 输入电流 I（A） 溢流阀输出 压力P2 （Mpa） 油液体积 （ml） 时 间 （t） 流 量 （ml/s） 第三章 实验台的电气控制 液压传动相对于机械传动来说是一门新技术，随着流体力学、自动控制、计算机等技术的不断发展，液压传动技术也发展为包括传动、控制、
23 检测技术在内的机电一体化的一门完整的自动化技术，并且在工业生产、身背控制等各个方面都得到了应用。因此，使用液压传动的程度现在已成为衡量一个国家工业化水平的重要标志之一。
在传统上，液压传动的控制系统主要是由继电器等构成的。随着计算机技术的发展，计算机及自动控制技术在液压传动控制方面得到了广泛的应用，PLC 在液压传动自动控制方面也有越来越多的应用。
在液压产品检测、系统试验与教学实验中，液压实验台有着广泛的用途。在液压元件性能及液压基本回路实验中，常采用的是可拆装式液压实验台，如QCS014 液压实验台以及此次毕业设计本人所做的课题 DYK-2 型电液控综合液压实验台，该实验台在液压元件及管路上采用装拆式结构，可任意组合成多种液压回路，完成各类试验工作，并可在教学中培养学生的动手能力。但是，传统的液压实验台控制系统采用的是在阀电磁铁、行程开关和继电器上用“矩阵排版程序”的步进器控制方式。这种方式灵活性差，难以完成复杂的控制关系，因此有必要对传统的液压回路进行技术改造，或在新型实验台设计中采用新型的 PLC 控制系统，以取代老式的控制方式，提高系统的整体性能。
3.1 控制系统的组成 在实验台控制系统设计中，以操作人员的指令信号和检测液压缸运动的反馈信号为 PLC 的输入，PLC 输出的控制信号控制实验台中各个电磁阀的电磁铁，进而控制液压油路的流动方向，控制液压缸进行伸出与缩回运动，此次设计的 DYK-2 型电液控综合液压实验台的控制器选用三菱公司的FX 系列 PLC，FX 系列 PLC 适用于各行各业，各种场合中的检测、监测及控制的自动化，其强大功能使其无论在独立运行中，或相连成网络皆能实现复杂控制功能。因此 FX 系列具有极高的性能/价格比。其控制系统框图如下所示：
第三章 实验台的电气控制 24 图 3-1 PLC 控制系统框图 在实验台控制面板上设置控制各个电磁阀状态的控制按钮，控制按钮、各处的限位开关及压力继电器等开关量信号直接与 PLC 的输入端子相连接。PLC 的开关量输出端子直接控制各个电磁阀，用 PLC 上所带的 24V电源或外接 24V 电源驱动，采用微机进行编程和运行监控。
3.2 多台电动机的顺序控制 3.2.1 电动机顺序控制电路的主回路 在现实生活中电的应用相当广泛，常常会遇到多台电动机同时控制。在电气系统接线图中，设有 Y90S-4 电动机和 Y100L2-4 电动机，它的电气控制线路就是一种顺序控制方式，Y90S-4 电动机先起动，然后 Y100L2-4电动机再起动。
如图 3-2 电路分别为两台电动机顺序控制电路的主回路。
25 图 3-2 两台电动机顺序控制电路的主回路 3.2.2 电动机顺序控制电路的控制回路 在主回路中使用两台三相交流电动机,其动作次序是:当按下 SB1 时,电动机 Y90S-4 开始转动,经过时间继电器延时(将时间常数整定在 5S-10S之间),KM1 断电释放,电动机 Y90S-4 停止工作,同时 KM3 吸合,电动机Y100L2-4 开始转动。按下 SB2 电动机 Y100L2-4 停止工作。KM2 起到中间继电器作用，给电路提供了一个通电回路。
如图 3-3 所示电路为两台电动机顺序控制电路的控制回路。
第三章 实验台的电气控制 26 图 3-3 两台电动机顺序控制电路的控制回路 3.3 传感器的选择 现代传感器在原理与结构上千差万别，如何根据具体的测量目的、测量对象以及测量环境合理地选用传感器，是在进行某个量的测量时首先要解决的问题。当传感器确定之后，与之相配套的测量方法和测量设备也就可以确定了。测量结果的成败，在很大程度上取决于传感器的选用是否合理。
3.3.1 根据测量对象与测量环境确定传感器的类型 要进行—个具体的测量工作，首先要考虑采用何种原理的传感器，这需要分析多方面的因素之后才能确定。因为，即使是测量同一物理量，也有多种原理的传感器可供选用，哪一种原理的传感器更为合适，则需要根据被测量的特点和传感器的使用条件考虑以下一些具体问题：量程的大小；被测位置对传感器体积的要求；测量方式为接触式还是非接触式；信号的引出方法，有线或是非接触测量；传感器的来源，国产还是进口，价格能否承受，还是自行研制。在考虑上述问题之后就能确定选用何种类型的传感器，然后再考虑传感器的具体性能指标。
3.3.2 灵敏度的选择 通常，在传感器的线性范围内，希望传感器的灵敏度越高越好。因为只有灵敏度高时，与被测量变化对应的输出信号的值才比较大，有利于信号处理。但要
27 注意的是，传感器的灵敏度高，与被测量无关的外界噪声也容易混入，也会被放大系统放大，影响测量精度。因此，要求传感器本身应具有较高的信噪比，尽量减少从外界引入的于扰信号。传感器的灵敏度是有方向性的。当被测量是单向量，而且对其方向性要求较高，则应选择其它方向灵敏度小的传感器；如果被测量是多维向量，则要求传感器的交叉灵敏度越小越好。
3.3.3 响应特性（反应时间） 传感器的频率响应特性决定了被测量的频率范围，必须在允许频率范围内保持不失真的测量条件，实际上传感器的响应总有—定延迟，希望延迟时间越短越好。传感器的频率响应高，可测的信号频率范围就宽，而由于受到结构特性的影响，机械系统的惯性较大，因有频率低的传感器可测信号的频率较低。在动态测量中，应根据信号的特点(稳态、瞬态、随机等)响应特性，以免产生过火的误差。
3.3.4 线性范围 传感器的线形范围是指输出与输入成正比的范围。以理论上讲，在此范围内，灵敏度保持定值。传感器的线性范围越宽，则其量程越大，并且能保证一定的测量精度。在选择传感器时，当传感器的种类确定以后首先要看其量程是否满足要求。但实际上，任何传感器都不能保证绝对的线性，其线性度也是相对的。当所要求测量精度比较低时，在一定的范围内，可将非线性误差较小的传感器近似看作线性的，这会给测量带来极大的方便。
3.3.5 稳定性 传感器使用一段时间后，其性能保持不变化的能力称为稳定性。影响传感器长期稳定性的因素除传感器本身结构外，主要是传感器的使用环境。因此，要使传感器具有良好的稳定性，传感器必须要有较强的环境适应能力。
在选择传感器之前，应对其使用环境进行调查，并根据具体的使用环境选择合适的传感器，或采取适当的措施，减小环境的影响。传感器的稳定性有定量指标，在超过使用期后，在使用前应重新进行标定，以确定传感器的性能是否发生变化。
第三章 实验台的电气控制 28 在某些要求传感器能长期使用而又不能轻易更换或标定的场合，所选用的传感器稳定性要求更严格，要能够经受住长时间的考验。
3.3.6 精度 精度是传感器的一个重要的性能指标，它是关系到整个测量系统测量精度的一个重要环节。传感器的精度越高，其价格越昂贵，因此，传感器的精度只要满足整个测量系统的精度要求就可以，不必选得过高。这样就可以在满足同一测量目的的诸多传感器中选择比较便宜和简单的传感器。如果测量目的是定性分析的，选用重复精度高的传感器即可，不宜选用绝对量值精度高的；如果是为了定量分析，必须获得精确的测量值，就需选用精度等级能满足要求的传感器。
对某些特殊使用场合，无法选到合适的传感器，则需自行设计制造传感器。自制传感器的性能应满足使用要求。本实验系统涉及到压力、流量、温度和位移传感器的选择，根据麦克传感器有限公司压力、液位变送器产品选型样本以及相关厂家传感器介绍选择传感器如下：
1．压力传感器：MPM480 该种型号传感器采用24V供电，在15~30VDC内可以可靠工作，输出信号有两线制4～20mADC或三线制0/1～5/10VDC、0～10/20mADC等标准输出形式。该传感器壳体全部采用不锈钢制造，保证了传感器长期可靠的工作和对环境的极好适应能力。
2．流量传感器：LWGY(A)-10 该种型号传感器采用10通径螺纹连接,4～20mA两线制电流输出，非防爆型；供电电源：12VDC±10%。该产品具有以下特点：第一，高品质涡轮，超出常规的量程范围。第二，配送多套变送器，适应不同工作要求。第三，智能化处理，独具特色的仪表系数三点非线性修正。
3．温度传感器：WRC-83 该种型号的传感器采用T型螺纹连接，接线盒形式：M20x1.5，d=8;L=345。
4．位移传感器：JGX-3系列密封式光栅线位移传感器 该种传感器为北京莱格超精光电研究所产品，可用5V或12V 电源。[5V供电,输出TTL信号] 5．转矩\转速传感器：JN338A型动态传感器(规格:30NM) 该传感器选于三晶集团(±15V电源)((用航空插头,使只需要一个传感器的两个通道))。
29 第四章 PLC 控制系统的设计 4.1 C PLC 控制系统的设计步骤 1. 熟悉控制对象，分析控制要求。
2. 确定硬件配置，设计外部接线图。
3. 设计控制程序。
4. 程序调适。
5. 编制技术文件。
在此毕业设计中，我主要负责 PLC 控制系统的硬件配置，故现对控制 系统设计的前两个步骤做详细介绍，并给出本液压台实验系统的输入输出地址分配表以及接线端子图。对于其它几个步骤只做简单介绍。
4.2 熟悉控制对象，分析控制要求 这一步是系统设计的基础。首先应详细了解被控对象的全部功能和它对控制系统的要求，例如机械的动作，机械、液压、气动、仪表、电气系统之间的关系等。在这一阶段，还需要选择用户输入设备（按钮、操作开关、限位开关、传感器等）、输出设备（继电器、接触期、信号指示灯等执行元件），以及由输出设备驱动的控制对象（电动机、电磁阀等）。
此时，还应确定哪些信号需要输入给 PLC，哪些负载由 PLC 驱动，并分类统计出各输入量和输出量的性质，是开关量还是模拟量 ，是直流量还是交流量，以及电压的大小等级，为 PLC 的选型和硬件配置提供依据。
由于本次设计的电液控综合实验台是利用 PLC 对整个液压实验系统进行控制，通过操作人员的指令信号和检测液压缸运动的反馈信号来控制电磁换向阀的通断，以达到实现固定液压回路和完成实验的目的。此液压实验台共有电磁阀五个，其中三位四通电磁换向阀两个，两位两通电磁换向阀两个，比例电磁阀一个，电机两台且均对其实行过载保护。
第四章 PLC 控制系统的设计 30 4.3 确定硬件配置，设计外部接线图 正确选择 PLC 对于保证整个控制系统的技术与经济性能指标起着重要的作用。...