一種液壓與氣壓傳動(dòng)教具的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型屬于教具領(lǐng)域，尤其涉及一種液壓與氣壓傳動(dòng)教具。該液壓與氣壓傳動(dòng)教具的所述齒輪泵、溢流閥、三位四通電磁閥、二位三通電磁閥、節(jié)流閥和單向閥的外殼為透明的有機(jī)玻璃材料；連接液壓元件的管道用燈條表示；液壓泵的轉(zhuǎn)動(dòng)、液壓缸推桿的移動(dòng)、溢流閥的閥芯的開合和節(jié)流閥的閥芯的開口大小調(diào)節(jié)分別由各自相應(yīng)的步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)；燈條的點(diǎn)亮順序代表液體或氣體的流向。本實(shí)用新型通過利用燈條來模擬液體或氣體的流動(dòng)能夠清晰直觀地液壓系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)工作過程，有助于學(xué)生的理解。
【專利說明】一種液壓與氣壓傳動(dòng)教具

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型屬于教具領(lǐng)域，尤其涉及一種液壓與氣壓傳動(dòng)教具。

【背景技術(shù)】
[0002] 液壓與氣壓傳動(dòng)是機(jī)械專業(yè)學(xué)生必須掌握的專業(yè)知識之一，但是由于很多液壓元 件如液壓閥等，內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，即使是簡單易懂的工作原理、流道流動(dòng)和運(yùn)動(dòng)部件的動(dòng)作情 況，在課堂上也很難用簡短的幾句話講清楚，這給學(xué)生的學(xué)習(xí)帶來了很大不便。在實(shí)驗(yàn)教學(xué) 中發(fā)現(xiàn)，有些學(xué)生對液壓元件的工作原理模糊，很難分析出系統(tǒng)的工作過程和特性，由此而 影響到了學(xué)習(xí)興趣。
[0003] 目前，有的高校液壓教師在現(xiàn)場教學(xué)環(huán)節(jié)布置了一些典型液壓元件透明實(shí)驗(yàn)件模 擬演示過程，雖然這種方式起到了一定的教學(xué)效果，但是由于油液在管道中流動(dòng)的情況往 往難以辨認(rèn)，學(xué)生無法感知壓力、流量等信息，因此，該方法也不能完全滿足液壓教學(xué)的目 的。也有的教師充分利用現(xiàn)代虛擬軟件環(huán)境，通過一些能夠模擬元件物理結(jié)構(gòu)、工作原理模 型的商業(yè)軟件來解決學(xué)生不便觀察之處可視化的問題，但是這種方式無法讓學(xué)生體會(huì)到實(shí) 際的液壓元件，存在弊端。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本實(shí)用新型的目的在于解決教學(xué)過程中無法簡單直觀地描述液壓系統(tǒng)工作過程 的問題，提供一種液壓與氣壓傳動(dòng)教具。
[0005] 為解決上述問題，本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下：
[0006] 齒輪泵的入口與模擬油箱連接。齒輪泵的出口分為兩路：一路與溢流閥連接；一 路與三位四通電磁閥的進(jìn)油口連接。三位四通電磁閥的回油口與模擬油箱連接。三位四通 電磁閥的一個(gè)出油口分為兩路：一路與液壓缸的無桿腔相連；另一路與二位三通電磁閥的 進(jìn)油口相連。三位四通電磁閥的另一個(gè)出油口分為兩路：一路與節(jié)流閥的入口相連；另一 路與單向閥的出油口相連。節(jié)流閥的入口和單向閥的入口均與二位三通電磁閥的回油口連 接。二位三通電磁閥的出油口與液壓缸的有桿腔相連。
[0007] 以上所述連接使用燈條，燈條由若干個(gè)LED燈串接。
[0008] 所述齒輪泵的輸入軸與第四步進(jìn)電機(jī)連接，溢流閥的閥芯與第三步進(jìn)電機(jī)連接， 節(jié)流閥的閥芯與第二步進(jìn)電機(jī)連接，液壓缸的推桿通過絲杠螺母機(jī)構(gòu)與第一步進(jìn)電機(jī)連 接，滾珠絲杠將第一步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)輸出轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€移動(dòng)以帶動(dòng)液壓缸的推桿。
[0009] 二位三通電磁閥和三位四通電磁閥的電磁鐵均與電源連接。
[0010] 節(jié)流旋鈕與節(jié)流閥的閥芯連接，溢流按鈕與溢流閥的閥芯連接。節(jié)流旋鈕、溢流按 鈕安裝在操作面板上，操作面板上設(shè)有顯示屏。顯示屏顯示油壓和流速。
[0011] 所述齒輪泵、溢流閥、三位四通電磁閥、二位三通電磁閥、節(jié)流閥和單向閥的外殼 為透明的有機(jī)玻璃材料。
[0012] 所述LED燈為單色LED燈。
[0013] 本教具可以采用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)演示，此時(shí)第一步進(jìn)電機(jī)、第二步進(jìn)電機(jī)、第三步進(jìn)電 機(jī)和第四步進(jìn)電機(jī)通過驅(qū)動(dòng)電路與單片機(jī)連接。節(jié)流旋鈕通過單片機(jī)與節(jié)流閥的閥芯連 接；溢流按鈕通過單片機(jī)與溢流閥的閥芯連接。單片機(jī)通過驅(qū)動(dòng)電路給第一步進(jìn)電機(jī)的繞 組施加有序的脈沖電流信號來控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，液壓缸的推桿的位移大小與施加的脈 沖數(shù)成正比，運(yùn)動(dòng)速度與脈沖頻率成正比，運(yùn)動(dòng)方向與脈沖順序有關(guān)。單片機(jī)根據(jù)節(jié)流旋鈕 的轉(zhuǎn)角產(chǎn)生脈沖信號，第二步進(jìn)電機(jī)將脈沖信號轉(zhuǎn)變成角位移，節(jié)流閥的閥芯隨第二步進(jìn) 電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)，從而改變閥芯的開口大小，單片機(jī)根據(jù)與閥芯連接的第二步進(jìn)電機(jī)的線 圈的位置判斷閥芯的開口大小從而得到當(dāng)前液壓系統(tǒng)的壓力大小。單片機(jī)根據(jù)溢流按鈕的 狀態(tài)輸出脈沖信號驅(qū)動(dòng)第三步進(jìn)電機(jī)動(dòng)作。齒輪泵的轉(zhuǎn)動(dòng)速度由單片機(jī)通過驅(qū)動(dòng)電路向第 四步進(jìn)電機(jī)輸出的脈沖信號的頻率決定。燈條與單片機(jī)連接，單片機(jī)控制LED燈的亮滅和 閃爍速度，用LED燈的閃爍速度的大小表示液體的流量大小。二位三通電磁閥和三位四通 電磁閥的電磁鐵均通過單片機(jī)與電源連接。單片機(jī)通過控制電磁鐵的加放電實(shí)現(xiàn)二位三通 電磁閥和三位四通電磁閥的閥芯位置的變化。該演示不是真實(shí)液壓回路，而是通過模擬各 元件的工作過程來達(dá)到演示原理的效果，所以電磁鐵工作時(shí)使二位三通電磁閥和三位四通 電磁閥的閥芯小距離移動(dòng)即代表二位三通電磁閥和三位四通電磁閥完成了換向工作。
[0014] 所述LED燈為三原色LED燈，每個(gè)三原色LED燈的三條控制線路與對應(yīng)的 74HC5%D芯片連接，若干個(gè)74HC5%D芯片與單片機(jī)連接。單片機(jī)通過74HC5%D芯片控制 三原色LED燈的閃爍速度和發(fā)光顏色。三原色LED燈的閃爍速度越快代表流量越大，三原 色LED燈的不同發(fā)光顏色代表不同的壓力等級。
[0015] 所述的單片機(jī)的型號可以為MC9S12XS128MAL。
[0016] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn)：通過利用LED燈構(gòu)成的燈條來模擬 液體或氣體的流動(dòng)能夠清晰直觀地液壓系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)工作原理，工作過程，LED燈的使工作中 的液體或氣體的流向更加形象，有助于學(xué)生的理解，并減輕了老師的負(fù)擔(dān)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017] 圖1 :液壓與氣壓傳動(dòng)教具的不意圖；
[0018] 圖2 :液壓與氣壓傳動(dòng)教具的系統(tǒng)原理框圖；
[0019] 1一液壓缸，2-第二步進(jìn)電機(jī)，3-節(jié)流閥，4一燈條，5-二位四通電磁閥，6-齒輪 栗，7-溢流閥，8-模擬油箱，9一單向閥，10-二位二通電磁閥，11 一第一步進(jìn)電機(jī)，12-液 壓缸行程開關(guān)，13-第二步進(jìn)電機(jī)，14 一第四步進(jìn)電機(jī)。

【具體實(shí)施方式】
[0020] 下面將結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本實(shí)用新型做進(jìn)一步說明。
[0021] 如圖1示，齒輪泵6的入口與模擬油箱8連接。齒輪泵6的出口分為兩路：一路與 溢流閥7連接；一路與三位四通電磁閥5的進(jìn)油口連接。三位四通電磁閥5的回油口與模 擬油箱8連接。三位四通電磁閥5的一個(gè)出油口分為兩路：一路與液壓缸1的無桿腔相連； 另一路與二位三通電磁閥10的進(jìn)油口相連。三位四通電磁閥5的另一個(gè)出油口分為兩路： 一路與節(jié)流閥3的入口相連；另一路與單向閥9的出油口相連。節(jié)流閥3的入口和單向閥 9的入口均與二位三通電磁閥10的回油口連接。二位三通電磁閥10的出油口與液壓缸1 的有桿腔相連。
[0022] 所述齒輪泵6、溢流閥7、三位四通電磁閥5、二位三通電磁閥10、節(jié)流閥3和單向 閥9的外殼為透明的有機(jī)玻璃材料。
[0023] 實(shí)施例1 :
[0024] 以上所述連接使用燈條4,燈條4由若干個(gè)LED燈串接。
[0025] 所述齒輪泵6的輸入軸與第四步進(jìn)電機(jī)14連接，溢流閥7的閥芯與第三步進(jìn)電機(jī) 13連接，節(jié)流閥3的閥芯與第二步進(jìn)電機(jī)2連接，液壓缸1的推桿通過絲杠螺母機(jī)構(gòu)與第一 步進(jìn)電機(jī)11連接。
[0026] 節(jié)流旋鈕與節(jié)流閥3的閥芯連接，溢流按鈕與溢流閥7的閥芯連接。節(jié)流旋鈕、溢 流按鈕安裝在操作面板上，操作面板上設(shè)有顯示屏。
[0027] 二位三通電磁閥1和三位四通電磁閥5的電磁鐵均與電源連接。
[0028] 這種液壓與氣壓傳動(dòng)教具由演示員手動(dòng)操作，具體工作過程為：
[0029] 工作初始狀態(tài)：溢流閥7、節(jié)流閥3均關(guān)閉。
[0030] (1)調(diào)試壓力：
[0031] 啟動(dòng)第四步進(jìn)電機(jī)14,齒輪泵6下方的燈條變亮，代表齒輪泵6開始工作，2秒鐘 后打開齒輪泵6上方的燈條，齒輪泵6的上方的燈條變亮，亮至溢流閥7然后亮至模擬油箱 8。啟動(dòng)第三步進(jìn)電機(jī)13,使溢流閥7的閥芯開口變大，壓力調(diào)至安全范圍之內(nèi)。
[0032] (2)快進(jìn)過程（負(fù)載較?。?br> [0033] 調(diào)試壓力3秒鐘后，齒輪泵6上方的燈條變亮。三位四通電磁閥5的右側(cè)電磁鐵 上電，三位四通電磁閥5換向。二位三通電磁閥的右側(cè)電磁鐵上電，二位三通電磁閥10換 向。2秒鐘后燈條亮至液壓缸1處，第一步進(jìn)電機(jī)11開始運(yùn)轉(zhuǎn)，通過絲杠螺母將圓周運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn) 變成直線運(yùn)動(dòng)，使液壓缸1的推桿運(yùn)動(dòng)到指定位置，實(shí)現(xiàn)差動(dòng)連接，完成快進(jìn)過程。
[0034] (3)工進(jìn)過程（負(fù)載較大）：
[0035] 完成快進(jìn)過程1秒鐘后，液壓缸1的推桿運(yùn)動(dòng)到指定位置，二位三通電磁閥的左側(cè) 電磁鐵上電，二位三通電磁閥10換向。降低第一步進(jìn)電機(jī)11轉(zhuǎn)動(dòng)速度，活塞向右緩慢運(yùn)動(dòng)。 與此同時(shí)，回路上的燈條按照工進(jìn)回路依次亮起，并經(jīng)節(jié)流閥3回到模擬油箱8,實(shí)現(xiàn)工進(jìn) 過程。改變第二步進(jìn)電機(jī)2的轉(zhuǎn)角，可改變液壓回路流量大小。
[0036] (4)快退過程（無負(fù)載）：
[0037] 工進(jìn)過程結(jié)束2秒后，三位四通電磁閥5的左側(cè)電磁鐵上電，三位四通電磁閥5換 向。單向閥9導(dǎo)通，然后使燈條按照換向后的路線依次亮起。當(dāng)燈條亮至液壓缸1的有桿 腔時(shí)，啟動(dòng)第一步進(jìn)電機(jī)11，使液壓缸1的推桿快速向左運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)快退過程。同時(shí)使與液 壓缸1的無桿腔連接的燈條亮起，依次按回路亮至模擬油箱8。
[0038] 實(shí)施例2 :
[0039] 所述第一步進(jìn)電機(jī)11、第二步進(jìn)電機(jī)2、第三步進(jìn)電機(jī)13和第四步進(jìn)電機(jī)14通過 驅(qū)動(dòng)電路與單片機(jī)連接。所述液壓行程開關(guān)12與第一步進(jìn)電機(jī)11連接，作為液壓缸1的 推桿的限位裝置。
[0040] 所述連接使用燈條4,燈條4由若干個(gè)單色LED燈串接，燈條4與單片機(jī)連接。
[0041] 二位三通電磁閥10和三位四通電磁閥5的電磁鐵均通過單片機(jī)與電源連接。
[0042] 節(jié)流旋鈕通過單片機(jī)與節(jié)流閥3的閥芯連接。溢流按鈕通過單片機(jī)與溢流閥7的 閥芯連接。
[0043] 所述單片機(jī)的型號為MC9S12XS128MAL。
[0044] 這種液壓與氣壓傳動(dòng)教具的工作過程為：
[0045] 工作初始狀態(tài)：溢流閥7、節(jié)流閥3均關(guān)閉。
[0046] (1)調(diào)試壓力：
[0047] 單片機(jī)控制第四步進(jìn)電機(jī)14啟動(dòng)，單片機(jī)控制齒輪泵6下方的LED燈循環(huán)閃亮， 代表齒輪泵6在工作，2秒鐘后齒輪泵上方的燈條開始亮起，亮至溢流閥7然后亮至模擬油 箱8。單片機(jī)控制第三步進(jìn)電機(jī)13,使溢流閥7的閥芯開口變大，壓力調(diào)至安全范圍之內(nèi)。
[0048] (2)快進(jìn)過程（負(fù)載較小）：
[0049] 調(diào)試壓力3秒鐘后，齒輪泵6上方的燈條中速閃爍。單片機(jī)控制三位四通電磁閥5 的右側(cè)電磁鐵上電，三位四通電磁閥5換向。單片機(jī)控制二位三通電磁閥的右側(cè)電磁鐵上 電，二位三通電磁閥10換向。當(dāng)燈條亮至液壓缸1處時(shí)（單片機(jī)用時(shí)間判斷燈條已經(jīng)亮至 液壓缸1)，單片機(jī)發(fā)出控制指令使第一步進(jìn)電機(jī)11開始運(yùn)轉(zhuǎn)，通過絲杠螺母將圓周運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn) 變成直線運(yùn)動(dòng)，使液壓缸1的推桿運(yùn)動(dòng)到指定位置，實(shí)現(xiàn)差動(dòng)連接，完成快進(jìn)過程。燈條在 齒輪泵6的泵出的流量和液壓缸的有桿腔排出的流量交匯處至液壓缸1的無桿腔處快速閃 爍。
[0050] (3)工進(jìn)過程（負(fù)載較大）：
[0051] 實(shí)現(xiàn)快進(jìn)過程后1秒鐘后，液壓缸1的推桿運(yùn)動(dòng)到指定位置，單片機(jī)控制二位三通 電磁閥的左側(cè)電磁鐵上電，二位三通電磁閥10換向。降低第一步進(jìn)電機(jī)11轉(zhuǎn)動(dòng)速度，活塞 向右緩慢運(yùn)動(dòng)。與此同時(shí)，回路上的燈條按照工進(jìn)回路依次亮起，中速閃爍，并經(jīng)節(jié)流閥3 回到模擬油箱8,實(shí)現(xiàn)工進(jìn)過程。改變第二步進(jìn)電機(jī)2的轉(zhuǎn)角，可改變液壓回路流量大小。
[0052] (4)快退過程（無負(fù)載）：
[0053] 工進(jìn)過程結(jié)束2秒后，單片機(jī)控制三位四通電磁閥5的左側(cè)電磁鐵上電，三位四通 電磁閥5換向。單向閥9導(dǎo)通，然后使燈條按照換向后的路線依次亮起，中速閃爍。當(dāng)燈條 亮至液壓缸1的有桿腔時(shí)，單片機(jī)控制第一步進(jìn)電機(jī)11啟動(dòng)，使液壓缸1的推桿快速向左 運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)快退過程。同時(shí)使與液壓缸1的無桿腔連接的燈條亮起，依次按回路亮至模擬油 箱8。
[0054] 表1不同流量對應(yīng)的LED燈狀態(tài)
[0055]

【權(quán)利要求】
1. 一種液壓與氣壓傳動(dòng)教具，其特征在于，齒輪泵￠)的入口與模擬油箱（8)連接；齒 輪泵（6)的出口分為兩路：一路與溢流閥（7)連接，一路與三位四通電磁閥（5)的進(jìn)油口連 接；三位四通電磁閥（5)的回油口與模擬油箱（8)連接；三位四通電磁閥（5)的一個(gè)出油 口分為兩路：一路與液壓缸（1)的無桿腔相連，另一路與二位三通電磁閥（10)的進(jìn)油口相 連；三位四通電磁閥（5)的另一個(gè)出油口分為兩路：一路與節(jié)流閥（3)的入口相連，另一路 與單向閥（9)的出油口相連；節(jié)流閥（3)的入口和單向閥（9)的入口均與二位三通電磁閥 (10) 的回油口連接，二位三通電磁閥（10)的出油口與液壓缸（1)的有桿腔相連； 所述連接使用燈條（4)，燈條（4)由若干個(gè)LED燈串接； 所述齒輪泵（6)、溢流閥（7)、三位四通電磁閥（5)、二位三通電磁閥（10)、節(jié)流閥（3) 和單向閥（9)的外殼為透明的有機(jī)玻璃材料； 齒輪泵（6)的輸入軸與第四步進(jìn)電機(jī)（14)連接，溢流閥（7)的閥芯與第三步進(jìn)電機(jī) (13)連接，節(jié)流閥（3)的閥芯與第二步進(jìn)電機(jī)（2)連接，液壓缸（1)的推桿通過絲杠螺母機(jī) 構(gòu)與第一步進(jìn)電機(jī)（11)連接； 節(jié)流旋鈕與節(jié)流閥（3)的閥芯連接，溢流按鈕與溢流閥（7)的閥芯連接，節(jié)流旋鈕、溢 流按鈕安裝在操作面板上，操作面板上設(shè)有顯示屏； 二位三通電磁閥（10)和三位四通電磁閥（5)的電磁鐵均與電源連接。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種液壓與氣壓傳動(dòng)教具，其特征在于，所述LED燈為單色LED 燈。
3. 如權(quán)利要求2所述的一種液壓與氣壓傳動(dòng)教具，其特征在于，所述第一步進(jìn)電機(jī) (11) 、第二步進(jìn)電機(jī)（2)、第三步進(jìn)電機(jī)（13)和第四步進(jìn)電機(jī)（14)通過驅(qū)動(dòng)電路與單片機(jī) 連接；燈條（4)與單片機(jī)連接；二位三通電磁閥（10)和三位四通電磁閥（5)的電磁鐵均通 過單片機(jī)與電源連接；節(jié)流旋鈕通過單片機(jī)與節(jié)流閥（3)的閥芯連接；溢流按鈕通過單片 機(jī)與溢流閥（7)的閥芯連接。
4. 如權(quán)利要求1所述的一種液壓與氣壓傳動(dòng)教具，其特征在于，所述LED燈為三原色 LED 燈。
5. 如權(quán)利要求4所述的一種液壓與氣壓傳動(dòng)教具，其特征在于，所述第一步進(jìn)電機(jī) (11)、第二步進(jìn)電機(jī)（2)、第三步進(jìn)電機(jī)（13)和第四步進(jìn)電機(jī)（14)通過驅(qū)動(dòng)電路與單片機(jī) 連接；二位三通電磁閥（10)和三位四通電磁閥（5)的電磁鐵均通過單片機(jī)與電源連接；節(jié) 流旋鈕通過單片機(jī)與節(jié)流閥（3)的閥芯連接；溢流按鈕通過單片機(jī)與溢流閥（7)的閥芯連 接； 每個(gè)三原色LED燈的三條控制線路與對應(yīng)的74HC5%D芯片連接，若干個(gè)74HC5%D芯 片與單片機(jī)連接。
6. 如權(quán)利要求3或5所述的一種液壓與氣壓傳動(dòng)教具，其特征在于，所述單片機(jī)的型號 為 MC9S12XS128MAL。
【文檔編號】G09B25/02GK204102459SQ201420556978
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2014年9月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月25日
【發(fā)明者】謝斌, 張超, 毛恩榮, 朱正清, 陸鋒, 陳科捷 申請人:中國農(nóng)業(yè)大學(xué)