第六章 液压传动.doc

第六章 液压传动液压传动即以液体为工作介质，利用流动着液体的压力来实现运动及动力传递的传动方式。在建筑机械（如挖土机、推土机、铲运机等）中广泛使用。如图l-6-1、图l -6-2所示。 图l-6-1 推土机 图l -6-2 挖土机 第一节 液压传动的组成和特点 一、液压传动的工作原理1、液压传动的工作原理以图1-6-3液压千斤顶为例，说明其工作原理图：（1）泵吸油过程 提起手柄，小液压缸活塞向上移动，其工作容积增加，形成真空，油箱里面的油液在大气压力的作用下，顶开单向阀进入小液压缸；（2）泵压油和重物举升过程 压下手柄，小 液压缸的活塞向下移动，挤压下面的液体，单向阀 4自行关闭，油液压力升高，顶开单向阀5，油液 进入大液压缸，推动大活塞，从而顶起物。（3）重物落下过程 旋开阀门8，大液 图l-6-3 液压千斤顶原理图压缸腔内的油液流回油箱，重物作用于大活塞， 1手柄 2小活塞 3小油缸使其下移，千斤顶处于复位状态。 5单向阀 6大油缸 7-大活塞 二、液压系统的组成及作用 8-放油阀 9-油箱 1动力元件动力元件为液压泵，它将原动机输入的机械能转换为液体的压力能，为执行元件提供压力油。 2执行元件 执行元件有液压缸（或液压马达），其作用是将油液的压力能转换为机械能，而对负载作功。3控制元件控制元件为各种控制阀，用以控制流体的方向、压力和流量，以保证执行元件完成预期的工作任务。4辅助元件油箱、油管、滤油器、压力表、冷却器、管件、管接头和各种信号转换器等，创造必要条件，保证系统正常工作。5、工作介质液压油。三、液压传动的优缺点1、优点（1）在同等输出功率下，液压传动装置的体积小，重量轻，结构紧凑。（2）液压装置工作比较平稳 液压装置由于重量轻，惯性小，反应快，易于实现快速启动、制动和频繁换向。（3）液压装置能在大范围内实现无级调速，且调速性能好。（4）液压传动容易实现自动化。（5）液压装置易于实现过载保护。液压元件能自行润滑，寿命较长。（6）液压元件已实现标准化、系列化和通用化，所以液压系统的设计、制造和使用都比较方便。2、缺点（1）液压传动不能保证严格的传动比。（2）液压传动中，能量经过二次变换，能量损失较多，系统效率较低。（3）液压传动对油温的变化比较敏感（主要是粘性），系统的性能随温度的变化而改变。（4）液压元件要求有较高的加工精度，以减少泄漏，从而成本较高。（5）液压传动出现故障时不易找出。 第二节 液压动力元件液压动力元件是液压泵，它将电机的机械能转换成液体的压力能，供液压系统使用，它是液压系统的能源。按运动部件的形状和运动方式分为齿轮泵，叶片泵（单作用、双作用），柱塞泵（径向、轴向）等一、齿轮泵齿轮泵是液压传动系统中常用的液压泵，1、工作原理如图1-6-4为外齿轮泵，泵体内有一对外啮合齿轮，齿轮两侧靠端盖封闭。泵体、端盖和齿轮的各个齿间槽组成了若干个密封工作容积。当齿轮按图示方向旋转时，泵体左侧轮齿脱开啮合，密封容积由小变大，形成部分真空，油箱里的油液在大气压力的作用下，通过吸油口被吸入；随着齿轮的旋转，吸入的油液被带入右侧压油腔，其密封容积由大变小，油液受到挤压，从压油口压到系统中。2、优缺点（1）优点 结构简单，尺寸小，重量轻，制造方便，自吸能力强，对油液污染不敏感，工作可靠，价格低，维护容易。 （2）缺点 效率低，流量脉动大，噪声高。二、单作用叶片泵按工作原理叶片泵可分为双作用和单作用。若转子每转一转，泵吸、压各两次，则为双作用；反之若转子每转一转，泵吸、压各一次，则为单作用。1、工作原理如图1-6-5所示，由定子内环、转子外圆和左右配流盘组成的密闭工作容积被叶片分割为二部分，传动轴带动转子旋转，叶片在离心力作用下紧贴定子内表面，密闭容积将随转子旋转而变化。当转子顺时针旋转时，下侧密封容积逐渐增大，产生真空，通过配油盘上的吸油口吸油；上侧密封容积逐渐减小，通过压油口压油。2、优缺点叶片泵流量均匀，运转平稳、噪声低、排量大；但对油液污染敏感 图l-6-4 齿轮泵原理图 1-转子 2-定子 3-叶片 图l-6 -5 单作用叶片泵原理图三、柱塞泵 1、工作原理（图l-6-6） 当传动轴按图示方向旋转时，柱塞在其自下而上回转的半周内，逐渐向外伸出，密封容积不断增大，产生局部真空，油液经配流盘上的吸油窗口吸入；柱塞在其自上而下回转的半周内，又逐渐向里推入，密封容积不断减小，将油液从配流盘上的压油窗口向外压出。2、优缺点柱塞泵工作压力高，流量范围大；但对油液污染敏感。用于高压、高转速的场合。1-传动轴 2-连杆 3-活塞 4-缸体 5-配流盘 6-中心轴图l-6-6 斜盘式柱塞泵第三节 液压执行元件执行元件的作用是把液体的压力能转换成机械能。执行元件有液压缸和液压马达，液压缸输出的是往复直线运动或摆动，而液压马达输出的是回转运动。因液压缸在土方机械和汽车起重机中广泛使用，下面介绍其分类和工作原理。一、液压缸的类型 按照结构分：活塞式（单活塞杆、双活塞杆）、柱塞式、伸缩式等。按照作用方式分：单作用和双作用。下面就建筑机械中常用的类型作简要说明。二、双作用单活塞杆液压缸（图1-6-7）双作用液压缸即两个方向的运动都依靠液压作用力来实现。在工程机械中最为常用。1、活塞向右运动图1-6-7a，液压缸左腔进油，油压力为p1，流量为Q， A1、A2分别为液压缸无杆腔和有杆腔的有效工作面积。活塞产生向右推力为F1p1A1p1D2活塞向右移动速度为 v12、活塞向左运动图1-6-7b，液压缸右腔进油，活塞产生向左推力为 F2p1A2p2A1p1（D2d2）活塞向左运动速度为 v2由于A1A2，所以 F1F2，v1v23、差动连接差动连接单杆活塞液压缸两腔同时通入流体时，利用两端面积差进行工作的连接形式。在不增加流量的前提下，采用差动连接，可实现快速运动。 （a） （b）图l-6 -7 双作用单活塞杆液压缸原理图三、伸缩套筒缸（多级缸）的工作原理1、结构如图1-6-8，它由两个或多个活塞式缸套装而成，前一级活塞缸的活塞杆是后一级活塞缸的缸筒。各级活塞依次伸出可获得很长的行程，当依次缩回时缸的轴向尺寸很小。2、工作原理当左侧通入压力油时，活塞由大到小依次伸出；当右侧通入压力油时，活塞则由小到大依次收回。且活塞面积从大到小，速度逐渐增大，推力逐渐减小。3、特点应用工作时可伸很长，不工作时缩短，占地面积小，且推力随行程增加而减小。伸缩套筒缸广泛应用于起重机伸缩臂、自动倾卸卡车等。1 一级缸体 2 一级活塞 3 二级缸体 4 二级活塞图l-6-8 伸缩套筒缸第四节 液压控制元件液压控制元件在系统中起控制液流的方向、压力、流量的作用，以满足执行元件所提出的要求。液压控制阀按用途分：方向控制阀，压力控制阀，流量控制阀等。一、压力控制阀1、作用即控制液压系统的压力或利用压力作为信号来控制其它元件动作。2、分类压力控制阀分为溢流阀、减压阀、顺序阀等。（1）溢流阀 其基本作用是限制液压系统的最高压力，对液压系统起过载保护作用。1）直动式溢流阀 如图1-6-9所示，依靠系统中的压力油直接作用在阀芯上与弹簧力相平衡来控制阀芯启闭动作的溢流阀。2）先导式溢流阀 先导式溢流阀由先导阀和主阀两部分组成。如图1-6-10，当压力油从系统流入主阀的进油口P以后，部分油液进入主阀芯1的径向孔a后分成两路：一路经轴向小孔d流到阀芯的左端；另一路经阻尼小孔b流到阀芯的右端和先导锥阀芯5的底部（通常外控口K1是被堵死的）。当作用在先导锥阀芯上的油压力小于调压弹簧4的作用力时，先导阀不打开，主阀芯也打不开。 图l-6-9 直动式溢流阀原理图和符号 图l-6-10 先导式溢流阀的原理图（2）减压阀 如图1-6-11所示，减压阀是利用油液流过缝隙时产生压降的原理，使系统某一支路获得比系统压力低而平稳的压力油的液压阀。（3）顺序阀 如图1-6-12所示，利用液压系统压力变化来控制油路的通断，从而实现多个液压油缸（或马达）按一定的顺序动作。二、流量控制阀流量控制阀即通过调节输出流量，从而控制执行元件的运动速度。1、 节流阀 即通过调节输出流量来控制液压油缸（或马达）的工作速度。如图1-6-13所示。2、调速阀 如图1-6-14所示，调速阀是由定差减压阀和节流阀串联而成的组合阀。节流阀用来调节通过的流量，定差减压阀则自动补偿负载变化的影响，使节流阀前后的压差为定值，消除了负载变化对流量的影响。从而保证液压油缸（或马达）的稳定工作速度，并且不受外界负载变化的影响。常用于对速度稳定性要求高的液压系统中。 图l-6-11 减压阀的结构原理和符号 图l-6-12 顺序阀的工作原理和符号 图l-6-13 节流阀的结构原理和符号 图l-6-14 调速阀的工作原理和符号 三、方向控制阀其作用是控制油液流动方向，主要有单向阀、换向阀等。1、单向阀其功用是油液正向流通，反向截止。有普通单向阀（逆止阀或止回阀）、液控单向阀等。（1）普通单向阀 其作用是控制油液只能按一个方向流动而反向截止，故又称止回阀，简称单向阀。单向阀又分为直通式单向阀（图1-6-15a、图1-6-15b）和直角式单向阀（图1-6-15c）两种。（2）液控单向阀 除了具有普通单向阀的作用外，还可以通过接通控制压力油，使阀反向导通。如图1-6-16所示，在控制油口K未接通压力油时，此阀与普通单向阀作用相同。当需要反向导通时，控制油口K接通压力油，活塞1向右移动，通过顶杆2顶开阀芯3，使单向阀打开，液体从出油口p2向进油口p1反向流动。 1阀体 2阀芯 3弹簧图l-6-15 单向阀 1-控制活塞 2-顶杆 3-阀芯 4-弹簧 5-阀体图l-6-16 液控单向阀的结构原理图和符号 2、换向阀换向阀的功用是改变阀芯在阀体内的位置，使阀体各油口的通断关系改变，从而改变油液的流向，实现执行元件的换向或启停。如图1-6-17所示为几种滑阀的结构原理和图形符号。在换向阀的图形符号中，方块数代表位数，在一个方块内的连接管数代表通数，方块中的箭头表示油流方向，方块中的“”符号表示该油口被截断。为了便于连接管道，将各油口标以不同字母，P表示供油口，T表示回油口，A和B表示与执行元件相接通的油口。 （a）二位二通阀 (b)二位三通阀 (c)三位三通阀 (d)二位四通阀 (e)三位四通阀 图1-6-17 滑阀式换向阀的结构原理和图形符号第五节 液压基本回路一、压力控制回路压力控制回路是利用压力控制阀来控制油液的压力，以达到对系统的过载保护、稳压、减压、增压、卸荷等目的。1、调压回路如图1-6-18所示为二级调压回路，其中溢流阀能调定系统的最大工作压力。 溢流阀1的控制压力p1比溢流阀2的控制压力p2高。当二位二通电磁阀关闭时，液压系统的压力由溢流阀1控制，即当系统的工作压力升高到p1时，阀1打开溢流。而当二位二通阀打开时，液压系统的压力由溢流阀2控制，即当系统的工作压力达到p2时，阀2打开溢流，使系统工作压力不能继续升高。调节p1、p2即可调定系统的二级最大工作压力。2、减压回路在用一个液压泵向两个以上执行元件供油的液压系统中，若某个执行元件或支路所需工作压力低于溢流阀调定的压力时，可采用减压阀组成减压回路。如图1-6-19所示，系统主油路的最大工作压力由溢流阀2调定，分支油路所需压力比主油路低，为此在支油路上串联减压阀使油压降低。调节减压阀的调压弹簧，可获得所需的较低压力。3、卸荷回路为了节省能量消耗，减少系统发热，应使液压泵在无压力或很小压力下运转，这就是泵的卸荷。使泵处于卸荷状态的液压回路称为卸荷回路。 图1-6-18 二级调压回路 图1-6-19 减压回路（1）利用三位换向阀中位卸荷 如图1-6-20所示为用三位四通换向阀的中位卸荷回路。这种卸荷方法结构简单，适用于低压小流量的液压系统。（2）利用两位两通阀卸荷 如图1-6-21所示，当液压系统工作时，二位二通电磁阀通电，阀的油路断开，油泵输出的压力油进入系统。当系统中执行元件停止运动时，二位二通电磁阀断电，油路导通，此时油泵输出的油液通过阀2流回油箱，使油泵卸荷。 图1-6-20 三位换向阀中位卸荷回路 图1-6-21 两位两通阀卸荷回路（3）利用溢流阀卸荷 如图1-6-22所示， 断电时p由溢流阀调定，通电时泵卸荷。可用于大流量。二、速度控制回路液压传动可以在保持原动机的功率和转速不变的情况下，方便地实现大范围的调速。调速回路有节流调速和容积调速两类。1、节流调速回路即依靠节流阀（或调速阀）改变管路系统中 图1-6-22 溢流阀卸荷回路某一部分液流的阻力来改变执行元件的速度。此法比较简单，并能使执行元件获得较低的运动速度。但是，由于系统中经常有一部分高压油通过溢流阀流回油箱，因此功率损失较大，且造成了系统的发热和效率的降低。 根据节流阀安装位置的不同，可分为如图1-6-23所示的三种节流调速回路。（1）进油节流调速回路（图1-6-23 (a)） 节流阀安装在液压缸的进油路上。（2）回油节流调速回路（图1-6-23（b） 节流阀安装在回油路上。（3）旁路节流调速回路（图1-6-23 (c)） 节流阀安装在主油路的旁路上。图1-6-23 节流调速回路2、容积调速回路容积调速依靠改变泵和马达的排量来调速，即用变量泵或变量马达来调速，如图1-6-24所示。（1）变量泵调速回路（图1-6-24(a)） 变量泵输出的压力油全部进入定量马达（或液压缸），调节泵的输出流量就能改变马达的转速（或速度）。系统中溢流阀起安全保护作用。（2）变量马达调速回路（图1-6-24(b)） 定量泵输出的压力油全部进入液压马达，输入流量不变，可通过改变马达的排量来调节它的输出转速。（3）变量泵与变量马达调速回路（图1-6-24(c)） 图1-6-24 容积调速回路三、方向控制回路 控制液压系统油路的通断或换向以实现工作机构的启动、停止或变换运动方向的回路，称为方向控制回路。1、换向回路换向回路的主要元件是换向阀。在回路中利用换向阀来改变油液的流向，以实现执行元件的往复运动。图1-6-25所示的用电