液压原理、元件、液压油.ppt

船舶甲板机械,集美大学轮机工程学院 杨爱民,第二篇 船舶甲板机械 第八章 液压元件与液压油 第一节 液压控制阀 第二节 液压泵 第三节 液压马达 第四节 液压系统的辅助元件 第五节 液压油 第九章 舵机 第一节 舵的作用原理和对舵机的要求 第二节 液压舵机的工作原理和基本组成 第三节 液压舵机的转舵机构 第四节 液压舵机的遥控系统 第五节 液压舵机系统实例 第六节 液压舵机的管理 第十章 起货机 第一节 概述 第二节 起货机的液压系统 第三节 液压起货机的操纵机构 第四节 回转式起货机的液压系统实例 第十一章 锚机和绞缆机 第一节 锚机 第二节 绞缆机,第二篇 船 舶 甲 板 机 械 甲板机械：舵机、锚机、绞缆机、吊艇机、 舷梯升降机、舱盖板启闭装置等。 甲板机械按所用动力可分为：气动、蒸汽、电动、液压等（现代船舶甲板机械主要采用液压甲板机械和电动甲板机械）。 气动甲板机械特点：结构简单、无污染，但漏泄多、效率低，仅用于吊艇机、舷梯升降机等小功率甲板机械。 蒸汽甲板机械特点：散热损失大，管理不便，已基本不用。,液压传动概论 液压传动的特点： 1.力的传递靠液体压力来实现； 2.运动速度的传递靠液体的流量来实现； 3.自锁靠液压元件对液压油的“密封”来实现。 液压传动原理：以液压机械的液压系统为例。,液压系统的组成（五个主要部分）及功用 1.动力元件液压泵。 功用：将泵的机械能转换为液压油的压力能（液压能）。 2.执行元件液压缸或液压马达。 功用：将液压能转换成机械能以带动工作部件运动。 3.控制元件各种方向、流量和压力控制阀。 功用：控制液压系统中的液压油的流动方向、流量大小和压力的高低，以满足工作部件的运动方向、速度和所需力的要求。 4.辅助元件油箱、滤油器、蓄能器、压力表、热交换器、油管和管接头等。 功用：实现各种辅助功能。 5.液压油 功用：主要起动力传递作用，还有润滑、冷却、防腐防锈作用。,第八章 液压元件和液压油 81 液压控制阀 分类： 按在液压系统的用途分类； 1）方向控制阀：控制系统中的油流方向，包括单向阀、换向阀等； 2）压力控制阀：控制系统中的油压，包括溢流阀、减压阀、顺序阀等； 3）流量控制阀：控制液压系统中的流量，包括节流阀、调速阀等。 按动力控制方式分类： 1）开关定值控制阀（又称普通液压阀） 2）伺服控制阀（又称随动阀） 3）电液比例阀,按结构形式分类： 1）滑阀类；2）锥阀类。（见下图） 按连接和安装方式分类：1）管式阀；2）板式阀；3）叠加式阀； 4）插装式阀。 按动力操纵方法分类：1）手动阀；2）机动阀；3）电动阀；4）液动阀；5）电液阀等。 选用液压阀注意两参数:公称通径Dg (mm)和公称压力pg (MPa),一、方向控制阀 方向阀功能：通过控制液流方向来达到控制执行元件的运动方向。 方向阀类型：单向阀和换向阀两大类。 1. 单向阀 1）普通型单向阀 功用：使液流只能单向流过。 分类：按阀芯的形式分为钢球式和锥阀式。 按阀体的形状分为直角型（见下图）和直通型。 要求：正向导通时流动阻力要小（0.0350.05MPa），反向封闭时密封性要好。 应用：与其它元件组成单向式组合阀;回油管路中的背压阀;与冷却器、滤油器等附件并联作自动旁通阀使用。,图 单向阀实物,2）液控单向阀： 功用：既有单向止回作用又能在一定条件下允许油流反向通过，即能使阀在控制油的控制下实现阀的反向开启。见下图 应用：液控单向阀在船上常用作舵机液压系统的锁舵阀，由一对复合型液控单向阀组成。见后图,实物,图 结构原理图,3)液压锁（复合型液控单向阀,又称双向液控阀、双向液压锁、双向闭锁阀）： 作用： 对执行元件双向锁闭作用 应用： 起液压琐等作用 （见图）,2.换向阀 功能：用于将两个或两个以上的油口接通或切断改变液流方向的换向阀，是液压系统中用量最大、品种、名称最复杂的一类阀。 1）换向阀分类 按阀心结构分： 滑阀式、球阀式和锥阀式。 按阀心在阀体内的工作位置分：二位、三位、四位等。 按阀体上与外部连通的油路数分：二通、三通、四通、五通等 按操纵阀心运动的方式分：手动、机动、气动、液动、电磁动、电液动等。 按阀心在阀体内定位方式分： 钢球定位、弹簧复位、弹簧对中等。 按阀的安装方式分：管式、板式、法兰式。 按阀的中位机能方式分： H、P、O、J、K、X、M、Y、C、N 型等。,2）换向阀阀芯结构（按阀芯动作方式分类） （1）转阀 工作原理：（见图）,实物,解释： 1.换向阀的“位”和“通”： “位”是指改变阀芯与阀体的相对位置时，所能得到的通油口切断和相通形式的种类数。有几种就叫做几位阀。 “通”是指阀体上的通油口数目，即有几个通油口就叫几通阀。 2.换向阀的职能符号： （规定和含义） 1)用方框表示换向阀的“位”，有几个方框就是几位阀； 2)方框内的箭头表示处在这一位上的油口接通情况，并基本表示油流的实际流向； 3)方框内的符号“”或“”表示此有油口被阀芯封闭； 4)方框上与外部连接的接口即表示通油口，接口数即通油口数； 5)通常，阀与液压泵或供油路相连的油口用字母 P 表示；阀与系统的回油路（油箱）相连的回油口用字母 T（以前用 O）表示；阀与执行部件相连的油口，称为工作油口，用字母A、B表示。,（2）滑阀式换向阀 常用换向阀的结构及职能符号： 二位二通阀 作用：控制油路的通与断 二位三通阀 作用：控制液流方向,二位四通阀 作用：控制执行元件换向 三位四通阀 作用：换向、停止,二位五通阀 作用：换向、两种回油方式 三位五通阀 作用：换向、停止、回油不同,3）换向阀结构及工作原理（按移动阀芯动力形式分类） （1）电磁换向阀（也称电动换向阀，简称为电磁阀） 见下图及后图实物 交、直流电磁阀性能比较： 交流电磁阀：电压过高，线圈容易发热和烧坏；而过低因吸力不够，难于保证正常工作。初吸力大，换向冲击大，操作频率不宜超过30次/min,使用寿命较短，吸合数在十万 一百万次就会损坏，但价格便宜。 直流电磁阀：不会因铁芯不能吸合而烧坏，工作频率可达120次/min以上。工作可靠，换向平稳，寿命较长，吸合数可达千万次以上，但需要直流电源。,图 典型结构,图 实物,三位四通电磁阀工作原理： 1.当左、右电磁线圈都断电时，阀芯处于中间位置，P、T、A、B互不相通； 2.当右边电磁线圈通电而左边电磁线圈断电时，阀芯被推到左端位置，P与B通，A与T通。 3.当左边电磁线圈通电而右边电磁线圈断电时，阀芯被推到左端位置，P与A通，B与T通。,电磁换向阀中的密封：靠阀芯的圆柱形台肩与阀体内侧的配合间隙来保证，配合间隙通常约为0.010.03mm。 电磁阀芯的移动阻力：摩擦阻力和液动力的合力。 为了减小阀芯的移动阻力，防止阀芯卡死，通常在阀芯的凸肩上开设数圈环形的均压槽，以使阀芯四周所受的液动力大致相等。开一条均压槽，摩擦阻力可下降到不开槽时的40%左右，开三条可降到6%左右。 电磁换向阀的常见故障： 换向阀阀芯不能离开中位或不能回中。 换向阀换向冲击大。 油液流经换向阀时流动阻力过大。,.电磁换向阀阀芯不能离开中位的根本原因是：电磁力不足或移动阻力过大。 具体原因是： 电路不通或电压不足； 激磁线圈脱焊或烧毁； 阀芯和阀孔加工精度较差，配合间隙太小； 阀芯或阀孔碰伤变形； 有脏物进入间隙； 油温过高，阀芯因膨胀卡死； 电磁铁推杆密封处的油压过高，摩擦阻力过大。 阀芯不能回中的可能原因除移动阻力过大外，还可能是弹簧断裂、漏装或弹力不足。,.电磁换向阀换向冲击大的原因有： 对于大流量的换向阀没采用液压操纵或电液操纵；控制油路中单向节流阀开度过大造成的。 .油流流经电磁换向阀时流动阻力过大的主要原因是： 经过阀的流量超过额定值，或是阀的开度不足，一般要求在额定流量下压力损失不大于0.30.5MPa。,解释： 1.换向阀的中位机能：阀芯处于中位时的油路沟通形式叫中位机能。有: H、P、O、J、K、X、M、Y 等型式。 2.阀在中位时系统常有如下的各种要求：保压、卸荷、浮动、锁闭 3.把阀设计成特殊机能的可用两个字母表示，如： OP型、MP型,4.换向阀的滑阀液压卡紧现象 换向阀在停止使用一段时间后(一般约五分钟以后)从新起动时，为使阀芯移动，理论上只需要很小的力来克服粘性摩擦阻力就可以。而实际上，特别在中、高压系统中却十分费力，需要克服很大的阻力（摩擦力，也称卡紧力）才能使芯移动。把这种现象称为滑阀的液压卡紧现象。 液压卡紧现象是由于阀芯和阀体的几何形状误差和中心线的不重合而造成的。 5.换向阀的滑阀上的液动力 1）滑阀上的稳态液动力 稳态液动力是指阀芯移动完毕，开口固定后，由于流出、流入阀腔的液流的动量变化而产生的作用于阀芯上的轴向力。 2）滑阀上的瞬态液动力 瞬态液动力是指由于阀门开度(阀口大小)的变化，使阀腔中的液流加速或减速而产生的作用于阀芯上的轴向力。,（2）液动换向阀 功用：液压操纵可给予阀芯很大的推力，因此液动换向阀适用于压力高、流量大、阀芯移动行程长的场合。 设单向节流阀目的：如果在液动换向阀的控制油路装有单向节流阀(称阻尼器)，用于控制主阀的换向速度，以免换向太快引起冲击和噪声，改善换向性能。,符号,（3）电液换向阀 结构：由电磁换向阀（导阀）和液动换向阀（主阀）组合而成。 电磁换向阀（导阀）作用：用来改换控制油液的方向。 液动换向阀（主阀）作用：用控制油推动以控制主油路。 导阀形式：弹簧对中型电液换向阀的电磁导阀常采用Y型或H型，能在中位时使控制油路卸荷。,图 电液换向阀结构原理图,电液换向阀的图形符号和简化符号（外供控制油和外部泄油）。,(4)梭阀（选择阀）： 具有两个进口和一个公共出口，在进口压力的作用下，出口自动地与其中一个进口接通的阀。 功用：自动地进行油路压力的选择。 1）或门型梭阀（三通式液控单向阀）： 结构和符号：如下图所示。这种阀有两个压力油入口和一个出口，当右边进口压力大于左边进口压力时，阀芯被两者的差力值推向左边关闭左端压力油口，从而右端压力油通向出口。,2）与门型梭阀图型符号：,二、压 力 控 制 阀 压力控制阀分类： 按用途： 溢流阀、减压阀、顺序阀、平衡阀、卸荷阀 按阀芯结构：滑阀、球阀、锥阀 按工作原理：直动式、先导式 1.溢流阀 溢流阀分类（ 按结构分）： 直动型和先导型溢流阀。 溢流阀作用：控制阀的进口压力的压力阀。 当用于防止液压系统压力过载，在紧急情况下起保护作用时，又称为安全阀； 当用于维持液压系统压力基本恒定并将定量泵液压系统多余的油液溢流回油箱时，又称为定压阀。,1)直动式溢流阀 结构： （见图） 工作原理： F = p A ps ,溢流。 阻尼孔1 的作用：防止油压脉动时阀芯动作过快而产生振动，使阀工作平稳。,符号,图 实物,2)先导式溢流阀 结构： （见图） 职能符号：,实物,先导式溢流阀工作原理：,远程控制口K作用 : 实现远程调压。 K口打开，p 由控制油压决定； K口堵上，p 由先导阀ps 决定。,先导式溢流阀特性： 先导式溢流阀稳态压力变化量pT较小，一般不超出整定压力pT的510%。可使用于高压系统。 先导式溢流阀的动态超调量通常不超过整定压力的1015，过渡过程时间在0.1 0.3 s。但都比直动式大。 转动手轮，改变导阀弹簧的初张力，即可改变溢流阀的整定压力。, 先导式溢流阀可作为远控卸荷阀使用,卸荷压力一般为0.150.35MPa；也可作为远控调压阀使用。,溢流阀的性能指标: （1）溢流阀的稳态特性：溢流阀的开启压力po恒小于整定压力pT（即溢流阀达到额定流量QH时的油压力）。 pT与po的差值称为稳态压力变化量，即 pT = pT po 稳态特性反映的是溢流阀的精度。稳态压力变化量大，则精度差。,直动式溢流阀稳态压力变化量大，精度差，仅适用于低压场合，最大整定压力为2.5MPa。稳态压力变化量pT可达pT 的20%或更高。 先导式溢流阀稳态压力变化量pT较小，一般不超出整定压力pT的5%10%。可使用于高压系统。,（2）溢流阀的动态特性 动态特性的两个指标： p 动态压力超调量 t 动态稳定时间 p和t 反映的是溢流阀灵敏度（快速性）。 p和t 值大，则灵敏度差。,直动型溢流阀的动态压力超调量和动态稳定时间要小，灵敏度比先导型溢流阀高。 先导式溢流阀的动态超调量通常不超过整定压力的1015，过渡过程时间在0.1 0.3 s。但都比直动式大。,直动式与先导式溢流阀的性能比较: 1）定压精度：先导式优于直动式。 2）适用场合：直动式适用于小流量、低压场合。 3）快速性和稳定性：直动式溢流阀反映灵敏、动作快。但 稳定性不如先导式溢流阀。 4）粘滞特性： 溢流阀开启时流量 压力的特性曲线与闭合时流量压力的特性曲线不重合，称为溢流的粘滞特性(亦称启闭特性)。粘滞特性的产生是由于阀芯在工作过程中受到摩擦力的作用。阀口开大和关小时的摩擦力相差越大，粘滞特性越明显。先导式溢流阀的粘滞特性（不灵敏区）比直动式溢流阀的小。 5）卸荷压力（即当卸荷阀使用）： 先导式有卸荷能力，直动式没有。 6）价格：直动式价格低。,溢流阀的应用于液压系统的情况: 1）做溢流阀用：稳压和溢流起定压作用。 （见左图） 2）做安全阀用：防超压起安全保护作用。 （见中图） 3）做背压阀用：使回油有一定的阻力即背压，提高执行元件运动的平稳性。 4）用于远程调压： （见右图）,（5）实现系统的双级调压： （见左图） （6）使系统卸压： （见右图） 溢流阀的常见故障：阻尼孔堵塞、主阀卡阻、导阀关闭不严或弹簧失效等造成的。,2.减压阀 功用：使流经阀的油液节流降压，以便从系统中分出油压较低的支路。 分类（按结构形式和工作原理分）： 1）先导式减压阀：有定值减压阀和单向减压阀； 2）直动式减压阀：有定差减压阀和定比减压阀。 定值减压阀：保证阀的出口压力为定值的阀为定值减压阀（简称减压阀）； 定差减压阀：保证阀的出口压力与进口压力之差为定值的称为定差减压阀， 它控式定差减压阀：若用于控制另一阀（如节流阀）的进出口压力差为定值，又称为它控式定差减压阀； 定比减压阀：保证阀的出口压力与进日压力之比为定值的称为定比减压阀。,减压阀的泄油口需直通油箱（外泄），与溢流阀（可内、外泄）不同。 直动式减压阀结构：见图 工作原理： 减压原理：节流口产生压降p p2 = p1 -p p1一定，p ， p2。 p2 p1 减压。 调节主弹簧予紧力，可以改变出口压力p2。 稳压原理： p2阀芯上移阀口减小 p ， p2= p1 -p ， p1一定，p ， p2； p2 阀芯下移阀口开大 p ， p， p2= ps 。,符号,先导式减压阀结构及工作原理： 减压、稳压原理： （见图） 符号：,减压阀的特性： 减压阀的 P2 = f（P1）特性曲线（即流量不变， 二次压力P2随一次压力P1变化的特性曲线） ： P2随P1的变化越小，减压阀定压精度越高。,减压阀的 P2 = f（Q）特性曲线： （即一次压力P1不变，二次压力P2随流量Q的变化特性曲线） P2随Q 的变化越小，减压阀的稳定性越好。,减压阀应用例子：使夹紧缸获得稳定低压的液压夹紧系统。,工作缸,夹紧缸,3. 顺序阀 功用：是一种用油压信号控制油路接通或隔断的阀，常用来以油压信号自动控制液压缸或液压马达的动作顺序。 分类： 按工作原理可分为：直动式和先导式两种型式，直动式较为常见。 按控制油可分为：直控型和外控型。 按泄油方式可分为：内泄式和外泄式。 结构与工作原理及图形符号：见图示,直动式顺序阀与溢流阀的区别： 顺序阀的出口油路是通往执行结构，阀一旦动作就会全开，进出口压差一般小于0.5MPa,泄油口采用外泄；而溢流阀则总是使出口直通油箱，可采用内部泄油，正常溢流时进油压力与回油压力相差很大。 顺序阀的应用： （1）直动式顺序阀多应用于低压系统；先导式则多应用于中、高压系统。 （2）用以实现多缸的顺序动作（见图）。 （3）做卸压阀用。,（4）顺序阀与单向阀组合，称为平衡阀，用以实现，限制重物下落速度（平衡重物）。（见图）,（5）顺序阀作为卸荷阀使用： 卸荷阀作用：使油泵卸荷，减小功率消耗。 （见图）,卸荷阀符号,提示： 先导式溢流阀、先导式减压阀、先导式顺序阀的结构、职能符号和工作原理的比较：,（四）压力继电器 作用：利用系统中压力变化，控制电路的通断。 结构： （见图） 工作原理： p ps ,微动开关闭合，发出电信号。 p ps ,微动开关断开，电信号撤销。 应用场合： 1.控制电磁阀动作。 2.控制系统压力，出故障时，自动停车。,符号,应用：,控制电磁阀，实现油缸顺序动作,压力阀小结: 作用：控制液压系统中的压力。 共性：利用液压力和弹簧力比较，控制阀口的 开与关； 或控制开口大小。 溢流阀：控制进口压力 减压阀：控制出口压力 顺序阀：控制阀口通与不通，进而控制执行元件的动作顺序。 平衡阀：装在执行元件的回油路上，平衡重物。 卸荷阀：使油泵卸荷。 要求：掌握各种阀的工作原理及应用场合。,三、流 量 控 制 阀 作用：靠改变阀的开度来改变通流面积，从而控制流量，通常用于定量泵系统，借以控制执行机构（油缸、油马达）的运动速度。 分类：节流阀、 调速阀 （一）流量控制原理和节流口的流口形式 1. 流量控制原理： 流量控制阀(简称流量阀)在液体流经阀门时，通过改变节流口过流断面积的大小或液流通道的长短改变液阻(压力降、压力损失)，进而控制通过阀门的流量，以达到调节执行元件(液压缸或液压马达)运动速度的目的。 流量阀节流口的结构形式有近似薄壁孔和近似细长孔的两种类型。,解释：薄壁小孔和细长孔。 薄壁小孔：孔长小于孔径的一半。 细长孔：孔长远大于孔径。 m 压差指数（与节流口形状有关）， 薄壁小孔 m = 0.5 细长孔m = 1 多数节流孔介于薄壁孔和细长孔之间，即：0.5 m 1,2. 节流口的流量特性：,节流口一般非绝对的细长孔或薄壁小孔，节流口的流量用下式计算：,C 流量系数（与节流口形状、液体流态、油液性质有关）； A 节流口通流截面积； p 节流口前后压差； m 压差指数（与节流口形状有关）， 0.5 m 1,3. 影响节流口流量稳定的因素： (1) 压差对流量稳定性的影响:,当pA一定时，F 变，pB变， p变。 因为细长孔 m = 1； 薄壁小孔m = 0.5 根据： 在p变化下，对于薄壁孔，流量Q 影响要小。,(2) 温度（粘度）对流量稳定性的影响: 结论：温度（粘度）变化时，细长孔的流量系数C有变化，而薄壁孔基本不受温度变化的影响，所以：细长孔的流量Q受温度的影响较大。 (3) 节流口堵塞对流量稳定性的影响: 堵塞现象：当p 一定，A 较小时，流量时大时小甚至断流。 堵塞与水力半径关系：水力半径（过流面积/湿周）大，不易堵塞。 防止堵塞措施：加大水力半径、选择稳定性好的油液、精心过滤。 结论：薄壁孔不易附着、阻塞。所以薄壁小孔式比细长孔式的节流口流量特性好。,（二）普通节流阀 结构：（上、下图） 工作原理: 借移动或转动阀芯的方法直接改变阀口的通流面积，从而改变流阻的阀。,对节流阀的主要要求： （1）流量调节范围宽，调速比一般要在50以上； （2）调定后流量受负载（出口压力）和油温的影响要尽可能小，小流量时也不易堵塞； （3）阀口的通流面积最好与阀的升程成正比，以便调节,节流阀最小稳定流量：指在不发生节流口堵塞现象条件下的最小流量。 这个值越小，说明节流阀节流口的通流性越好，允许系统的最低速度越低。 一般要求：最小稳定流量 qmin= 0.05 L/min 流量调节范围： 节流阀的特性曲线：,节流阀最常见的故障是在小流量时阀易堵塞。 预防阀堵塞措施有： 使用不易极化的油液； 防止油温过高； 对油进行过滤，定期换用新油； 减少每级节流口的压降； 选用合适的阀芯和阀口材料； 尽可能选用薄壁型节流口，以提高抗堵塞性能。 节流阀的应用：运动平稳性要求不高的调速系统。节流阀也可以做背压阀用。,（三）调速阀（也称普通型调速阀、串联调速阀） 结构：由定差减压阀和节流阀串联而成。,作用：提供稳定的流量使执行元件运动速度稳定。 工作原理：来自定压液压源，压力为 p1的油液，先经减压阀节流降压至 p2。如使减压阀的阀芯开度依节流阀前后压差（p1-p2）的变动而自动进行调节，以使p1-p2之差基本保持不变，则节流阀的流量也可大体保持稳定。,图 叠加式调速阀实物,调速阀的特性曲线： （右图） 调速阀要求： 调速阀正常工作p 0.40.5MPa （ p 0.4MPa时减压阀不起作用，只和普通节流阀一样）,溢流节流阀与调速阀比较：溢流节流阀的流量稳定性不如普通型调速阀，但与定量油源配合使用，功率损耗较小，油液发热程度较轻，更适合对流量稳定性要求并不很高的场合。,（四）溢流节流阀（也称并联调速阀、旁通型调速阀） 结构：由定差溢流阀和节流阀并联而成，亦称溢流节流阀。 工作原理及符号：（右图）,四、逻辑阀（简称插装阀或CV阀） 特点：这种阀的主要元件大都采用插入的连接方法，不仅能实现常规液压控制阀的各种功能，而且结构简单，通用性强，在功率相同时重量轻，体积小，流阻小，密封性好，抗污染能力强，动作灵敏并易于组合。 结构：插装阀是基本组件插入特定设计加工的阀体内，配以盖板、先导阀组成的一种多功能的复合阀。因插装阀基本组件只有两个主油口，因此被称为二通插装阀。（见图） 分类： 插装式方向控制阀； 插装式压力控制阀； 插装式流量控制阀。,锥阀式插装阀的工作原理： 阀芯两端作用力的平衡方程式为： FS + FY + pkAk = pAAA+ pBAB 式中： FS 弹簧力； FY 液动力； pA、pB、pk 分别代表A、B、K口的液压力； AA 、Ak 分别代表A口和阀芯的横截面积； AB = Ak- AA 当A为进油口，B为出油口，且pA pB时,如使控制腔与油箱相通,即pk = 0,则pAAA+pBAB FS+FY,于是阀芯抬起,A口的压力油得以自由地流向B口.,当B为进油口, A为出油口,而且pB pA时,如使K腔与油箱相通,则阀芯同样也将开启,这样B口的压力油将流向A口. 但如果将控制油液引入K腔,且pk pA或pk pB,则pkAk pAAA +pBAB,在加上弹簧力FS的帮助(阀在开启状态还有液动力FY的作用),即可使阀关闭.,二通插件实物,（一） 插装式方向控制阀 （1）插装式单向阀（右图） （2）插装式换向阀（下图）,图 插装式二位三通和三位四通式电液换向阀,插装式电液换向阀与滑阀式电液换向阀比较： 1）插装阀为锥阀结构，阀口关闭时为线密封，密封性能比滑阀的间隙密封好，而且阀口开启时无死区，阀动作灵敏，阀口开启后压力损失小，通流能力好。 2）因滑阀式换向阀的阀口的启闭由滑阀阀心的位移完成，因此各阀口只能同步增大或减小，不能实现单独控制，变换中位机能需变换液动主阀芯。二通插装阀组成回路时，一个插装阀组件控制一个阀口，插装阀组件可以单个动作，也可成组动作，只需改变先导电磁换向阀即可实现不同机能。 3）二通插装阀组成回路完全可以按各组件实际通过的流量选取通径值，而电液换向滑阀理论上应按两倍额定流量选取阀的通径。 4）在先导阀部分加缓冲器后，可保证插装阀启闭时无冲击。因阀口为锥阀，抗污染能力强，特别适用于各种难燃介质。,5）电液换向阀仅具有单一的换向功能，用于系统时还需要加上流量控制阀和压力控制阀才能满足执行元件的工作要求。而二通插装阀可以采用不同组件组成复合控制回路满足执行元件的要求。（右图） 6）因插装阀需先导电磁换向阀控制组件阀口的启闭，因此在小流量系统不如采用电磁换向滑阀经济方便。系统的流量越大，控制功能越复杂，采用二通插装阀的优越性越大。,（二） 插装式压力控制阀 结构：在锥阀式插装阀的控制口上,配上不同的先导式调压阀,则可得到不同种类的压力控制阀。 （1）插装式溢流阀（左图） （2）插装式顺序阀（右图）,（三）插装式流量调节阀 阀芯不带阻尼孔的插装式节流阀、单向节流阀及其图形符号。（左图） 插装式溢流节流阀（并联调速阀） （右图）,五、比例控制阀 作用：传统形式的液压控制阀只能对液流进行定值控制（如调定压力、流量或阀的开度）或开关控制（例如液流方向的通断切换）。而比例控制阀可以电信号为输入量，使被控制的压力、流量与输入的电信号成正比，从而实现连续的自动控制。 分类（按功能分）： 比例压力控制阀（比例溢流阀、比例减压阀等）、 比例流量控制阀（比例节流阀、比例调速阀等） 比例方向控制阀。,1. 比例压力阀（比例溢流阀） 结构：由直流比例电磁铁和先导式溢流阀组成。是一种电液比例阀。 作用：输入电流按比例或按一定程序地变化，则比例溢流阀所控制的系统压力也按比例地或按一定程序地变化。 工作原理及符号： （下图）,实物,应用实例： （三级压力控制回路） 采用比例控制阀不仅大大减少了液压元件，简化管路，方便了安装、使用和维修，降低了成本，而且显著提高了控制性能，使原来溢流阀控制的压力调整由阶跃式变为比例阀控制的缓变式。因此避免了压力调整引起的液压冲击和振动。,2. 比例调速阀 结构：由直流比例电磁铁和调速阀组成。是一种电磁比例阀。 作用：输入直流电流按比例或按一定程序地变化，则比例调速阀所控制的流量也按比例地或按一定程序地变化。 工作原理及符号： （下左图） 与普通调速阀比较：调节节流阀开度是由电磁力代替手动调节。 （下左、右图）,3. 比例方向阀（有电磁式、电动式、电液式） 电磁比例换向阀结构：由直流比例电磁铁和换向阀组成。是一种电磁比例阀。 作用：输入直流电流按比例或按一定程序地变化，则比例换向阀所控制的油流方向可变，流量也按比例地或按一定程序地变化。 工作原理及符号： （下左图）,BOSCH 比例伺服阀,图7-32为定差减压型比例流量电液换向阀。,71 液 压 泵 液压泵作用：液压泵是利用工作腔容积的变化来进行吸、排液压油，其主要任务就是为液压系统供给足够流量和足够压力的液压油，必要时能改变供油的流向和流量。 液压泵分类： 按结构分：齿轮泵、螺杆泵、叶片泵、柱塞泵 按变量方式分：定量泵和变量泵 柱塞式变量油泵可依柱塞布置方式的不同而分为径向柱塞式与轴向柱塞式两种，后者又有斜盘泵和斜轴式两类。,一、径向柱塞式变量泵 工作原理： 见下图,流量：径向柱塞式变量泵的流量可用下式表示： Q =/4 d2 2e z nv 对尺寸既定的径向柱塞泵而言，当转速恒定时，只要浮动环偏心距e的大小和方向，就能改变油泵的流量和吸排方向。 柱塞数：径向柱塞式变量泵的排量是不均匀的，柱塞数z 越多越均匀，而且奇数比偶数好，柱塞数一般为7、9、11、13等。,径向柱塞泵柱塞的受力分析： 作用于柱塞底部的油区力P可分解为从径向压向浮动环的力N和垂直于柱塞中心线的力T。 分力N由浮动环产生的法向反作用力N平衡，而分力T会使缸体产生一顺时针方向的转矩； M = T L = P L tg Nm,液压泵与液压马达的关系：如果忽略吸油区柱塞所产生的不大的反转矩，排油区各柱塞产生的上述转矩之和即为液压油对油缸体所产生的总转矩。对油泵来说，它是阻转矩。如果泵不被原动机驱动，而是将压力油从一根油管输入泵中，并使另一根油管向油箱回油，则液压油对缸体的总转矩就会驱动泵轴回转，从而使它成为一输出转矩的液压马达。,构造实例：海尔休（Hele-Shaw）径向柱塞式变量泵的构造,径向柱塞泵的特点： （1）配油轴因内部钻孔，并处于悬臂状态，工作时又要承受很大的径向力，泵的径向尺寸和重量也较大。 （2）由于配油轴所受径向力不平衡，它与缸体间的间隙不能较小，故容积效率不是很高；此外缸体和浮动环都承受着不平衡的径向液压力，也会使轴承负荷增加。故径向柱塞泵的最大工作压力一般多限制在20MPa以内。 （3）轴内钻孔由于受轴的结构和强度的限制，通流面积较小，为保证泵的正常吸入，防止产生“气穴”现象，吸入流速不能太高，因而限制了径向泵的流量和转速（一般不超过1500r/min）。 由于上述原因，在液压甲板机械中，特别是转矩较大和需要较高油压的场合，径向柱塞泵越来越被轴向泵所取代。,二、轴向柱塞式变量泵 1. 斜盘式轴向柱塞泵： 工作原理：见下图,斜盘式轴向柱塞泵的流量计算： Q = / 4 d2 h z n v = /4 d2 D z n tgv 在泵的结构尺寸和转速一定时，改变斜盘倾角的大小和倾斜方向，即可改变泵的流量和吸排方向；当 =0时，则 Q= 0。 受力分析：图7-38所示。,如果泵不被原动机驱动，而是将压力油从一根油管输入泵中，并使另一根油管向油箱回油，则液压油对缸体的总转矩就会驱动泵轴回转，从而使它成为一输出转矩的液压马达。,斜盘式轴向柱塞泵实例：图7-39所示为国产CY14-1型伺服变量的斜盘式轴向柱塞泵，由主体部分和伺服变量机构两部分组成。,CY14-1泵的伺服变量机构：,CY14-1泵的配油盘： 非对称负重叠结构的作用：消除困油现象和减少液压冲击。 盲孔的作用：存油润滑以减轻磨损。,CY14-1泵柱塞与滑履的结构和受力情况： 合理选取滑履底部及其圆盘状小室的尺寸，即可使柱塞传给滑履的法向压力N 比油压撑开力PC 稍大一些（N 比PC约大1015%），既可大大减小比压，使磨损和功耗减小，又可使滑履较好地压紧在斜盘上，防止产生过大的漏泄。 配油盘密封面的宽度选择适当，则同样可使缸体压紧配油盘的油压力比撑开力稍大一些（约大610%），以便既可避免比压过大，造成严重的摩擦损失，同时又可不致使缸体与配油盘间的漏泄过多。,2.斜轴式轴向柱塞泵： 工作原理：,ZXB型斜轴式轴向柱塞泵的结构图1：,ZXB型斜轴式轴向柱塞泵的结构图2：,斜轴泵特点： （与斜盘泵相比） （1）用铰接柱塞球头的方法替代了斜盘泵中的滑履与斜盘，提高了结构的强度和耐冲击性。 （2）泵工作时，因连杆轴线与柱塞轴线之间的夹角不大，故柱塞与缸壁间的侧压力也就比斜盘泵要小得多，所以工作时不仅磨损较小，而且倾角也可加大到2530（斜盘泵一般不大于20），从而扩大了流量的变动范围。 （3）驱动轴不穿过配油盘，可使缸体直径相应减小，漏泄和摩擦损失因而减小，泵的吸入性能也因油缸圆周速度的减小而有所改善。 （4）滤油精度比斜盘泵要求低，一般为25um，斜盘泵为10 15um。 （5）泵靠摆动缸体来变量，外形尺寸较大。 （6）结构和工艺比较复杂，造价也高。,三. 变量泵的变量控制方式 分类： 按变量控制机构的控制力是否通过液压放大来区分，有直接变量和间接变量之分。 按变量机构控制信号的形式来分，有手控、机控、电控、液控等多种。 此外，还有各种自动变量泵，如限压式、恒功率式、恒压式、恒流量式等。,图7-45示出带压力补偿器的限压式斜盘泵。,1. 限压式变量泵 该种泵在工作压力低时全流量工作，当工作压力超过整定值时流量迅速降低，可限制泵的工作压力过高。,2.恒功率变量泵 泵的自动变量机构可设计成使流量Q随排出压力p变化，近似符合 p Q = 常数 的恒功率型式，称之为恒功率变量泵。,恒功率变量泵的特性曲线： 这种泵通常是使感受工作油压的变量控制元件与两个弹簧相平衡，并使其中一个弹簧在变量控制元件的位移量增大到一定的数值后在参与工作，这样，就可使泵的p-Q 特性曲线如图7-46中的折线ABCD所示。,3. 其它不同控制方式的变量泵： 图7-47示出A4V型伺服变量泵的5种变量控制方式的液压原理图。要改变控制方式只需更换导阀9等少数几个控制元件即可。 HD 控制方式是液压控制，泵的流量是由Y1、Y2导入的液压信号控制导阀来决定的。 HW 控制方式是手动伺服控制，泵的流量是由导阀控制杆的 位移来决定的。,DA控制方式的特点：排油方向由控制导阀的电磁信号来决定，泵的排量则由辅泵经减压阀供给伺服活塞8的控制油压决定。 MS控制方式是扭矩控制，当执行元件定量油马达的扭矩超过设定值时，主泵的排出压力通过X5或X6反馈至导阀，使伺服活塞8控制主泵流量减小。控制的扭矩大小由Y1或Y2导入的液压信号决定。 EL控制方式是电气比例控制，泵的流量由控制电流的大小来决定，这种泵称为“电液比例泵”。,下图示出带有辅泵的A4V-EL型通轴式斜盘泵及安全、补油阀和电磁比例伺服控制元件。,四、柱塞式变量油泵的使用与管理注意事项 （1）泵轴与电动机轴应用弹性联轴节直接相连，轴线的同心度误差不得超过0.lmm。轴上严禁安装皮带轮、齿轮泵等，以免承受径向负荷，否则必须另加支承。免承受径向负荷，否则必须另加支承。 （2）有的型号泵则不允许自吸。故吸入管上不应加设滤器。如果吸入压力过低，不仅容易产生“气穴现象”，使容积效率降低，而且轴向柱塞泵的柱塞靠铰接端强行从缸中拉出，易造成损坏。因此，轴向柱塞泵吸入端推荐采用辅泵供油。 （3）为使泵内各轴承和润滑面得以充分润滑，对初次使用或刚经拆修的泵，起动前必须向泵壳内灌油；安装时，应使泵壳泄油管向上行，如需要减小泄油阻力及避免虹吸现象，泄油管出口可置于油箱液面之上；对用油经泵壳强制循环冷却的泵，必须注意泵壳内的油压，通常不大于0.2MPa，以保证泵壳的密封和变量机构的正常工作。,（4）不许在关闭排出闹的情况下起动。 （5）不宜使泵在本位长时间运转。因为泵空转时不产生排出压力，各摩擦面也因此得不到漏泄油液的润滑和冷却。容易使磨损增加，并使泵壳内的油液发热。 （6）必须选用适当品种的工作油，并不得随意改换和掺用。工作时，油压和油温（粘度）应不超出规定。 （7）必须注意保持油液清洁。轴向柱塞泵因采用间隙自动补偿的端面配油方式，油膜很薄，滤油精度一般比径向柱塞泵要求高。如果油中含有固体杂质，不仅会使磨损加剧和容积效率降低，而且还可能阻塞泵内通道（例如往塞中的细小通孔），或造成卡阻以及变量机构失灵等故障。 （8）泵的零件多经淬火，硬度很高。且经研配，拆装时不应用力敲击和撬拨，并应防止换错偶件。装配前各零件应用挥发性洗涤剂清洗并吹干，而不宜用棉纱等擦洗。,73 液压马达（又称油马达） 作用：将液压油的压力能转换为回转的机械能输出，以带动工作机械设备。 一、液压马达的工作性能参数： 工作性能：液压马达输入的液压能，可用工作油的压力 p 和流量 Q 来表示，而输出的机械能，则以输出轴的扭矩 M 和转速n 来度量。 主要性能参数：工作油的压力 p 、流量 Q 、输出轴的扭矩 M 、转速n 、容积效率v 、机械效率m 、总效率、液压马达的每转排量q 、输入功率P1t、输出功率P2 。,性能参数： 理论输入功率： P1t= p Q W （1） 理论输出功率： P2t= Mtt= 2nt Mt / 60 W （2） 理论转速： nt = 60 Q /q r/min （3） q 液压马达的每转排量 由上面3式可求得液压马达的： 理论扭矩： Mt = p q / 2 Nm 容积效率： v = Qe /Q Qe 有效流量 实际转速： n = 60 Qe/q = 60 Qv /q r/min 机械效率： m = M / Mt 实际扭矩： M = Mtm = pqm/ 2 Nm 实际的输出功率：P2 = 2M n / 60 = p Qmv = p Q W 总效率： = P2 / P1t =mv,液压马达工作性能的讨论： (1)液压马达的实际转速n，主要取决于供入液压马达的流量Q、液压马达的工作容积(即每转排量)q和容积效率v。因此，要改变液压马达的转速，可采用的方法有容积调速采用变量油泵，改变其流量，或采用变量油马达，改变其排量；也可以采用节流调速通过流量控制阀来改变供入油马达的流量； (2)液压马达的扭矩M，主要取决于工作油的压力p和液压马达的每转排量q。提高最大工作油压p，不仅可增大液压马达的输出扭矩M，而且还可在功率不变的前提下，使液压元件和管路的尺寸相应减小，但是也受到强度与密封等的条件限制，并给管理工作带来不利的影响； (3)增大液压马达的容积，亦即提高液压马达的每转排量q，则可在工作油压不变的情况下增大扭矩，而转速则相应较低，从而构成低速大扭矩液压马达。一般认为额定转速低于500rmin即属于低速马达，高于500 rmin的属于高速马达。后者用于船舶甲板机械往往需要增加机械减速机构。,二、低速大扭矩液压马达的构造和工作原理 常用的低速大扭矩液压马达，主要有：径向柱塞式和叶片式等。而径向柱塞式又有：连杆式、五星轮式和内曲线式。 1. 连杆式液压马达 结构：下图为斯达发（Staffa）液压马达的结构图。,连杆式液压马达的特点：结构简单；工艺性较差；球铰以及连杆与偏心轮接触比压大，工作时容易磨损和咬死；转矩和转速的脉动效率大；低速时（n10r/min）易产生“爬行现象”；启动转矩小（8085%额定转矩）；配油轴处易漏泄；马达的径向力不平衡，故工作压力较低。,连杆式液压马达工作原理：图示,2. 五星轮式（静力平衡式）液压马达： 结构：下图为一双列的五星轮式液压马达。,五星轮式液压马达的工作原理：,主要部件的静力平衡：柱塞、压力环和五星轮上承受的油压就可基本实现静力平衡。如图7-53所示。,五星轮式液压马达特点： 可做成双排来平衡径向力，偏心轮偏心方向相差180，并在控制阀作用下可进行有级调速。 五星轮式液压马达因实现了油压的静力平衡，使摩擦力大为减小；工作可靠，寿命长；转矩和转速的脉动率小；低速稳定性好（5r/min以下）；工艺性好，并能做成壳转或双输出轴的型式。但它的外形尺寸和重量都较大；容积效率较低。,3. 内曲线式液压马达 结构与工作原理：,内曲线式液压马达有级调速方法： 改变有效作用次数； 改变柱塞排数。 图7-55为内曲线式变量油马达改变有效作用次数的原理图,内曲线式液压马达特点： 该型马达为多柱塞、多作用液压马达，故它的输出转矩大； 低速稳定性好（0.5r/min以下）； 只要选用合适的导轨曲线就能十分均匀的转速与转矩； 只要作用次数与柱塞数的最大公约数2时，油马达上的径向力完全平衡； 工作可靠，机械效率、容积效率都较高； 制造工艺复杂，对材料要求高，结构也较复杂。,三、液压马达的使用注意事项： （1）液压油的压力和工作转速不得超过其规定数值； （2）保证马达与被驱动机械的同心度； （3）保证马达回油具有一定背压（0.51 MPa）； （4）不能超负荷使用； （5）必要时可脱开液压马达泄油管测量它在工作时的漏泄量，以检查液压马达是否内部磨损严重或有其它故障。 （6）马达壳体上的泄漏油管应单独回油箱，防壳体内压力（小于0.1MPa）过高； （7）工作油应清洁，粘度适中。工作温度不宜超过65，最高不超过7080 。在低温工况下起动，应先作轻载运行，以防配合面咬伤。,8-4 液压系统的辅助元件 辅助元件：滤油器、油箱、蓄能器、热交换器、油管、管接头、压力表以及密封件等。 一、滤油器 1. 滤油器的作用、过滤精度及性能参数 作用：净化油液，使油液的污染程度控制在所允许的范围内。 分类：按精度分： 粗过滤 公称尺寸：100 um 以上 普通过滤 公称尺寸：10100 um 精过滤 公称尺寸：510 um 超精过滤器 公称尺寸：15 um 按滤芯形式分： 金属网式、线隙式、纸质、烧结式、 磁性、纤维型、缝隙式等滤油器。 按工作原理分：表面型、深度型和磁性滤油器。,性能参数：过滤精度、额定流量、额定压差、最高工作压力等。 滤油器的过滤精度参数过滤比 过滤比：滤油器上游油液单位容积中大于某一给定尺寸的颗粒数与下游油液单位容积中大于同一尺寸的颗粒数之比，即： = Nu / Nd 当对某一尺寸x 的过滤比x 值为20时，则x可认为是滤油器的公称过滤精度。 当对某一尺寸y的过滤比y 值为75时，则y可认为是滤油器的绝对过滤精度。,图 各种滤油器实物,2. 滤油器类型及特性 （有：金属网式、线隙式、纸质、烧结式、磁性等滤油器） 1）金属网式滤油器 等级：在压油管路上分为三种标准等级：80um（200目），即每英寸长度上有200个网孔）； 100um （150目）； 180um（100目），在额定流量下，压力损失不大于0.025MPa。 特点：结构简单，通油能力大，压力损失小，清洗方便，但过滤精度低，主要用在泵的吸油管路上，以保护油泵。 结构： 实物,2）线隙式滤油器 等级：在压油管路上分为三种标准等级： 30um、50um、80um。在额定流量下，压力损失约为0.030.06MPa。 特点：结构简单，通油性能好，过滤精度较高，所以应用较普遍，缺点是不易清洗。 结构： 实物,3）纸质滤油器 等级：在压油管路上分为二种标准等级： 10um、20um。在额定流量下，压力损失约为0.010.04 MPa。 特点：结构简单，通油性能好，过滤精度较高，缺点是不易清洗。过滤精度高，但堵塞后无法清洗，只能更换纸芯，一般用于需要精过滤的场合。 结构： 实物（滤芯）,4）烧结式滤油器 等级：在压油管路上分为二种标准等级： 10um、20um。在额定流量下，压力损失约为0.010.04 MPa。 结构：其滤芯是由颗粉状青铜粉压制后烧结而成它是利用铜颗粒之间的微孔滤去油液中杂质的，过滤精度与微孔的大小有关，选择不同粒度的粉末制成不同壁厚的滤芯就能获得不同的过滤精度。 特点：可烧结成各种不同形状，强度大，抗腐蚀性好，制造简单，过滤精度高，适用精过滤。缺点是颗粒容易脱落，堵塞后不容易清洗。,5）磁性滤油器 等级：过滤精度可达636um。 特点：结构简单，通油性能好，堵塞后容易清洗，过滤精度较高。缺点是过滤杂质种类单一。 结构：其滤芯主要材料是永久磁铁。,图 双筒回油过滤器,图 精细滤油车,3.滤油器的堵塞指示装置 作用：在滤油器堵塞时，发出报警信号，以便及时清洗和更换滤芯。 堵塞指示装置形式：还有磁力式等其它形式，它还可以通过电气装置发出灯光等信号进行报警。,4.滤油器的选用注意事项 1）系统的工作压力越高，应选择滤油器的精度也越高，但滤油器的过滤精度一般是按被保护元件的要求来确定。 2）根据系统的流量选择足够的过流面积，使压力损头尽量小。（按通过最大流量时的工况，吸油管路滤油器的压力降原则上不应大于0.015 M