一种液压与气压传动教具的制作方法
【专利摘要】本实用新型属于教具领域，尤其涉及一种液压与气压传动教具。该液压与气压传动教具的所述齿轮泵、溢流阀、三位四通电磁阀、二位三通电磁阀、节流阀和单向阀的外壳为透明的有机玻璃材料；连接液压元件的管道用灯条表示；液压泵的转动、液压缸推杆的移动、溢流阀的阀芯的开合和节流阀的阀芯的开口大小调节分别由各自相应的步进电机带动；灯条的点亮顺序代表液体或气体的流向。本实用新型通过利用灯条来模拟液体或气体的流动能够清晰直观地液压系统的动态工作过程，有助于学生的理解。
【专利说明】一种液压与气压传动教具
【技术领域】
[0001] 本实用新型属于教具领域，尤其涉及一种液压与气压传动教具。
【背景技术】
[0002] 液压与气压传动是机械专业学生必须掌握的专业知识之一，但是由于很多液压元 件如液压阀等，内部结构复杂，即使是简单易懂的工作原理、流道流动和运动部件的动作情 况，在课堂上也很难用简短的几句话讲清楚，这给学生的学习带来了很大不便。在实验教学 中发现，有些学生对液压元件的工作原理模糊，很难分析出系统的工作过程和特性，由此而 影响到了学习兴趣。
[0003] 目前，有的高校液压教师在现场教学环节布置了一些典型液压元件透明实验件模 拟演示过程，虽然这种方式起到了一定的教学效果，但是由于油液在管道中流动的情况往 往难以辨认，学生无法感知压力、流量等信息，因此，该方法也不能完全满足液压教学的目 的。也有的教师充分利用现代虚拟软件环境，通过一些能够模拟元件物理结构、工作原理模 型的商业软件来解决学生不便观察之处可视化的问题，但是这种方式无法让学生体会到实 际的液压元件，存在弊端。
【发明内容】
[0004] 本实用新型的目的在于解决教学过程中无法简单直观地描述液压系统工作过程 的问题，提供一种液压与气压传动教具。
[0005] 为解决上述问题，本实用新型的技术方案如下：
[0006] 齿轮泵的入口与模拟油箱连接。齿轮泵的出口分为两路：一路与溢流阀连接；一 路与三位四通电磁阀的进油口连接。三位四通电磁阀的回油口与模拟油箱连接。三位四通 电磁阀的一个出油口分为两路：一路与液压缸的无杆腔相连；另一路与二位三通电磁阀的 进油口相连。三位四通电磁阀的另一个出油口分为两路：一路与节流阀的入口相连；另一 路与单向阀的出油口相连。节流阀的入口和单向阀的入口均与二位三通电磁阀的回油口连 接。二位三通电磁阀的出油口与液压缸的有杆腔相连。
[0007] 以上所述连接使用灯条，灯条由若干个LED灯串接。
[0008] 所述齿轮泵的输入轴与第四步进电机连接，溢流阀的阀芯与第三步进电机连接， 节流阀的阀芯与第二步进电机连接，液压缸的推杆通过丝杠螺母机构与第一步进电机连 接，滚珠丝杠将第一步进电机的转动输出转变为直线移动以带动液压缸的推杆。
[0009] 二位三通电磁阀和三位四通电磁阀的电磁铁均与电源连接。
[0010] 节流旋钮与节流阀的阀芯连接，溢流按钮与溢流阀的阀芯连接。节流旋钮、溢流按 钮安装在操作面板上，操作面板上设有显示屏。显示屏显示油压和流速。
[0011] 所述齿轮泵、溢流阀、三位四通电磁阀、二位三通电磁阀、节流阀和单向阀的外壳 为透明的有机玻璃材料。
[0012] 所述LED灯为单色LED灯。
[0013] 本教具可以采用单片机实现演示，此时第一步进电机、第二步进电机、第三步进电 机和第四步进电机通过驱动电路与单片机连接。节流旋钮通过单片机与节流阀的阀芯连 接；溢流按钮通过单片机与溢流阀的阀芯连接。单片机通过驱动电路给第一步进电机的绕 组施加有序的脉冲电流信号来控制步进电机的转动，液压缸的推杆的位移大小与施加的脉 冲数成正比，运动速度与脉冲频率成正比，运动方向与脉冲顺序有关。单片机根据节流旋钮 的转角产生脉冲信号，第二步进电机将脉冲信号转变成角位移，节流阀的阀芯随第二步进 电机转动而转动，从而改变阀芯的开口大小，单片机根据与阀芯连接的第二步进电机的线 圈的位置判断阀芯的开口大小从而得到当前液压系统的压力大小。单片机根据溢流按钮的 状态输出脉冲信号驱动第三步进电机动作。齿轮泵的转动速度由单片机通过驱动电路向第 四步进电机输出的脉冲信号的频率决定。灯条与单片机连接，单片机控制LED灯的亮灭和 闪烁速度，用LED灯的闪烁速度的大小表示液体的流量大小。二位三通电磁阀和三位四通 电磁阀的电磁铁均通过单片机与电源连接。单片机通过控制电磁铁的加放电实现二位三通 电磁阀和三位四通电磁阀的阀芯位置的变化。该演示不是真实液压回路，而是通过模拟各 元件的工作过程来达到演示原理的效果，所以电磁铁工作时使二位三通电磁阀和三位四通 电磁阀的阀芯小距离移动即代表二位三通电磁阀和三位四通电磁阀完成了换向工作。
[0014] 所述LED灯为三原色LED灯，每个三原色LED灯的三条控制线路与对应的 74HC5%D芯片连接，若干个74HC5%D芯片与单片机连接。单片机通过74HC5%D芯片控制 三原色LED灯的闪烁速度和发光颜色。三原色LED灯的闪烁速度越快代表流量越大，三原 色LED灯的不同发光颜色代表不同的压力等级。
[0015] 所述的单片机的型号可以为MC9S12XS128MAL。
[0016] 与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：通过利用LED灯构成的灯条来模拟 液体或气体的流动能够清晰直观地液压系统的动态工作原理，工作过程，LED灯的使工作中 的液体或气体的流向更加形象，有助于学生的理解，并减轻了老师的负担。
【专利附图】
【附图说明】
[0017] 图1 :液压与气压传动教具的不意图；
[0018] 图2 :液压与气压传动教具的系统原理框图；
[0019] 1一液压缸，2-第二步进电机，3-节流阀，4一灯条，5-二位四通电磁阀，6-齿轮 栗，7-溢流阀，8-模拟油箱，9一单向阀，10-二位二通电磁阀，11 一第一步进电机，12-液 压缸行程开关，13-第二步进电机，14 一第四步进电机。
【具体实施方式】
[0020] 下面将结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步说明。
[0021] 如图1示，齿轮泵6的入口与模拟油箱8连接。齿轮泵6的出口分为两路：一路与 溢流阀7连接；一路与三位四通电磁阀5的进油口连接。三位四通电磁阀5的回油口与模 拟油箱8连接。三位四通电磁阀5的一个出油口分为两路：一路与液压缸1的无杆腔相连； 另一路与二位三通电磁阀10的进油口相连。三位四通电磁阀5的另一个出油口分为两路： 一路与节流阀3的入口相连；另一路与单向阀9的出油口相连。节流阀3的入口和单向阀 9的入口均与二位三通电磁阀10的回油口连接。二位三通电磁阀10的出油口与液压缸1 的有杆腔相连。
[0022] 所述齿轮泵6、溢流阀7、三位四通电磁阀5、二位三通电磁阀10、节流阀3和单向 阀9的外壳为透明的有机玻璃材料。
[0023] 实施例1 :
[0024] 以上所述连接使用灯条4,灯条4由若干个LED灯串接。
[0025] 所述齿轮泵6的输入轴与第四步进电机14连接，溢流阀7的阀芯与第三步进电机 13连接，节流阀3的阀芯与第二步进电机2连接，液压缸1的推杆通过丝杠螺母机构与第一 步进电机11连接。
[0026] 节流旋钮与节流阀3的阀芯连接，溢流按钮与溢流阀7的阀芯连接。节流旋钮、溢 流按钮安装在操作面板上，操作面板上设有显示屏。
[0027] 二位三通电磁阀1和三位四通电磁阀5的电磁铁均与电源连接。
[0028] 这种液压与气压传动教具由演示员手动操作，具体工作过程为：
[0029] 工作初始状态：溢流阀7、节流阀3均关闭。
[0030] (1)调试压力：
[0031] 启动第四步进电机14,齿轮泵6下方的灯条变亮，代表齿轮泵6开始工作，2秒钟 后打开齿轮泵6上方的灯条，齿轮泵6的上方的灯条变亮，亮至溢流阀7然后亮至模拟油箱 8。启动第三步进电机13,使溢流阀7的阀芯开口变大，压力调至安全范围之内。
[0032] (2)快进过程（负载较小）：
[0033] 调试压力3秒钟后，齿轮泵6上方的灯条变亮。三位四通电磁阀5的右侧电磁铁 上电，三位四通电磁阀5换向。二位三通电磁阀的右侧电磁铁上电，二位三通电磁阀10换 向。2秒钟后灯条亮至液压缸1处，第一步进电机11开始运转，通过丝杠螺母将圆周运动转 变成直线运动，使液压缸1的推杆运动到指定位置，实现差动连接，完成快进过程。
[0034] (3)工进过程（负载较大）：
[0035] 完成快进过程1秒钟后，液压缸1的推杆运动到指定位置，二位三通电磁阀的左侧 电磁铁上电，二位三通电磁阀10换向。降低第一步进电机11转动速度，活塞向右缓慢运动。 与此同时，回路上的灯条按照工进回路依次亮起，并经节流阀3回到模拟油箱8,实现工进 过程。改变第二步进电机2的转角，可改变液压回路流量大小。
[0036] (4)快退过程（无负载）：
[0037] 工进过程结束2秒后，三位四通电磁阀5的左侧电磁铁上电，三位四通电磁阀5换 向。单向阀9导通，然后使灯条按照换向后的路线依次亮起。当灯条亮至液压缸1的有杆 腔时，启动第一步进电机11，使液压缸1的推杆快速向左运动，实现快退过程。同时使与液 压缸1的无杆腔连接的灯条亮起，依次按回路亮至模拟油箱8。
[0038] 实施例2 :
[0039] 所述第一步进电机11、第二步进电机2、第三步进电机13和第四步进电机14通过 驱动电路与单片机连接。所述液压行程开关12与第一步进电机11连接，作为液压缸1的 推杆的限位装置。
[0040] 所述连接使用灯条4,灯条4由若干个单色LED灯串接，灯条4与单片机连接。
[0041] 二位三通电磁阀10和三位四通电磁阀5的电磁铁均通过单片机与电源连接。
[0042] 节流旋钮通过单片机与节流阀3的阀芯连接。溢流按钮通过单片机与溢流阀7的 阀芯连接。
[0043] 所述单片机的型号为MC9S12XS128MAL。
[0044] 这种液压与气压传动教具的工作过程为：
[0045] 工作初始状态：溢流阀7、节流阀3均关闭。
[0046] (1)调试压力：
[0047] 单片机控制第四步进电机14启动，单片机控制齿轮泵6下方的LED灯循环闪亮， 代表齿轮泵6在工作，2秒钟后齿轮泵上方的灯条开始亮起，亮至溢流阀7然后亮至模拟油 箱8。单片机控制第三步进电机13,使溢流阀7的阀芯开口变大，压力调至安全范围之内。
[0048] (2)快进过程（负载较小）：
[0049] 调试压力3秒钟后，齿轮泵6上方的灯条中速闪烁。单片机控制三位四通电磁阀5 的右侧电磁铁上电，三位四通电磁阀5换向。单片机控制二位三通电磁阀的右侧电磁铁上 电，二位三通电磁阀10换向。当灯条亮至液压缸1处时（单片机用时间判断灯条已经亮至 液压缸1)，单片机发出控制指令使第一步进电机11开始运转，通过丝杠螺母将圆周运动转 变成直线运动，使液压缸1的推杆运动到指定位置，实现差动连接，完成快进过程。灯条在 齿轮泵6的泵出的流量和液压缸的有杆腔排出的流量交汇处至液压缸1的无杆腔处快速闪 烁。
[0050] (3)工进过程（负载较大）：
[0051] 实现快进过程后1秒钟后，液压缸1的推杆运动到指定位置，单片机控制二位三通 电磁阀的左侧电磁铁上电，二位三通电磁阀10换向。降低第一步进电机11转动速度，活塞 向右缓慢运动。与此同时，回路上的灯条按照工进回路依次亮起，中速闪烁，并经节流阀3 回到模拟油箱8,实现工进过程。改变第二步进电机2的转角，可改变液压回路流量大小。
[0052] (4)快退过程（无负载）：
[0053] 工进过程结束2秒后，单片机控制三位四通电磁阀5的左侧电磁铁上电，三位四通 电磁阀5换向。单向阀9导通，然后使灯条按照换向后的路线依次亮起，中速闪烁。当灯条 亮至液压缸1的有杆腔时，单片机控制第一步进电机11启动，使液压缸1的推杆快速向左 运动，实现快退过程。同时使与液压缸1的无杆腔连接的灯条亮起，依次按回路亮至模拟油 箱8。
[0054] 表1不同流量对应的LED灯状态
[0055]
【权利要求】
1. 一种液压与气压传动教具，其特征在于，齿轮泵￠)的入口与模拟油箱（8)连接；齿 轮泵（6)的出口分为两路：一路与溢流阀（7)连接，一路与三位四通电磁阀（5)的进油口连 接；三位四通电磁阀（5)的回油口与模拟油箱（8)连接；三位四通电磁阀（5)的一个出油 口分为两路：一路与液压缸（1)的无杆腔相连，另一路与二位三通电磁阀（10)的进油口相 连；三位四通电磁阀（5)的另一个出油口分为两路：一路与节流阀（3)的入口相连，另一路 与单向阀（9)的出油口相连；节流阀（3)的入口和单向阀（9)的入口均与二位三通电磁阀 (10) 的回油口连接，二位三通电磁阀（10)的出油口与液压缸（1)的有杆腔相连； 所述连接使用灯条（4)，灯条（4)由若干个LED灯串接； 所述齿轮泵（6)、溢流阀（7)、三位四通电磁阀（5)、二位三通电磁阀（10)、节流阀（3) 和单向阀（9)的外壳为透明的有机玻璃材料； 齿轮泵（6)的输入轴与第四步进电机（14)连接，溢流阀（7)的阀芯与第三步进电机 (13)连接，节流阀（3)的阀芯与第二步进电机（2)连接，液压缸（1)的推杆通过丝杠螺母机 构与第一步进电机（11)连接； 节流旋钮与节流阀（3)的阀芯连接，溢流按钮与溢流阀（7)的阀芯连接，节流旋钮、溢 流按钮安装在操作面板上，操作面板上设有显示屏； 二位三通电磁阀（10)和三位四通电磁阀（5)的电磁铁均与电源连接。
2. 如权利要求1所述的一种液压与气压传动教具，其特征在于，所述LED灯为单色LED 灯。
3. 如权利要求2所述的一种液压与气压传动教具，其特征在于，所述第一步进电机 (11) 、第二步进电机（2)、第三步进电机（13)和第四步进电机（14)通过驱动电路与单片机 连接；灯条（4)与单片机连接；二位三通电磁阀（10)和三位四通电磁阀（5)的电磁铁均通 过单片机与电源连接；节流旋钮通过单片机与节流阀（3)的阀芯连接；溢流按钮通过单片 机与溢流阀（7)的阀芯连接。
4. 如权利要求1所述的一种液压与气压传动教具，其特征在于，所述LED灯为三原色 LED 灯。
5. 如权利要求4所述的一种液压与气压传动教具，其特征在于，所述第一步进电机 (11)、第二步进电机（2)、第三步进电机（13)和第四步进电机（14)通过驱动电路与单片机 连接；二位三通电磁阀（10)和三位四通电磁阀（5)的电磁铁均通过单片机与电源连接；节 流旋钮通过单片机与节流阀（3)的阀芯连接；溢流按钮通过单片机与溢流阀（7)的阀芯连 接； 每个三原色LED灯的三条控制线路与对应的74HC5%D芯片连接，若干个74HC5%D芯 片与单片机连接。
6. 如权利要求3或5所述的一种液压与气压传动教具，其特征在于，所述单片机的型号 为 MC9S12XS128MAL。
【文档编号】G09B25/02GK204102459SQ201420556978
【公开日】2015年1月14日 申请日期:2014年9月25日 优先权日:2014年9月25日
【发明者】谢斌, 张超, 毛恩荣, 朱正清, 陆锋, 陈科捷 申请人:中国农业大学