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液压与气压传动 绪论第十章气源装置及气动元件第一章液压流体力学基础第十一章气动基本回路与常用回路第二章液压泵第十二章气动逻辑系统设计第三章液压马达与液压缸第十三章气压传动系统实例第四章液压控制阀第五章液压辅件第六章液压基本回路第七章典型液压系统第八章液压系统的设计计算第九章气压与传动基础知识 绪论 液压与气压传动的工作原理及特征液压与气压传动系统的组成液压与气压传动的优缺点 液压与气压传动的工作原理和特征 液压千斤顶常用于顶升重物 如顶起汽车以便拆换轮胎 一 特点 1 通过具有一定压力的液体来传动 2 传动过程中须经过两次能量转换 3 传动必须在密封容积内进行 而且容积要进行变化 二 液压传动装置本质 是一种能量转换装置 它先将机械能转换为液压能 后将液压能转换为机械能 三 运动演示 液压与气压传动系统的组成 能源装置 将机械能转换为流体压力能的装置 执行元件 将流体的压力能转换为机械能的元件 控制元件 控制系统压力 流量 方向的元件以及进行信号转换 逻辑运算和放大等功能的信号控制元件 辅助元件 保证系统正常工作除上述三种元件外的装置 液压与气压传动的优缺点 布置方便灵活 无级调速 调速范围可达2000 1 传动平稳 易于实现快速启动 制动和频繁换向 操作控制方便 易于实现自动控制 中远距离控制和过载保护 标准化 系列化 通用化程度高 有利于縮短设计周期 制造周期和降低成本 传动效率不高 维护要求较高 第一章液压流体力学基础 液压油液液体静力学液体动力学管道流动孔口流动缝隙流动液压冲击和气穴现象 液压油液 密度单位体积液体的质量可压缩性对于一般液压系统 可认为油液是不可压缩的 粘性液体流动时分子之间产生的一种内摩擦力 用动力粘度 运动粘度 相对粘度来度量 液压油的性质 对液压油液的要求 有良好的润滑性 成分要纯净 有良好的化学稳定性 抗泡沫性和抗乳化性好 粘温特性好 材料相容性好 无毒 价格便宜 液压油液的选用 选用液压油液首先考虑的是粘度液压系统的工作压力压力高 要选择粘度较大的液压油液 环境温度 温度高 选用粘度较大的液压油液 运动速度 速度高 选用粘度较低的液压油液 液压泵的类型 液体静力学 若在液体的面积A上所受的作用力F为均匀分布时 静压力可表示为p F A液体静压力在物理学上称为压强 工程实际应用中习惯称为压力 液体静压力的特性液体内任一点所受的静压力在各个方向上都相等 液体静压力垂直于承压面 方向为该面内法线方向 静压力基本方程式 静压力基本方程式p p0 gh液体内的压力与液体深度成正比 静止液体中任一质点的总能量p g h保持不变 即能量守恒 压力的表示法及单位 帕斯卡原理 作用在大活塞上的负载F1形成液体压力p F1 A1为防止大活塞下降 在小活塞上应施加的力F2 pA2 F1A2 A1由此可得液压传动可使力放大 可使力缩小 也可以改变力的方向 液体内的压力是由负载决定的 静压力对固体壁面的作用力 液体和固体壁面接触时 固体壁面将受到液体静压力的作用当固体壁面为平面时 液体压力在该平面的总作用力F pA 方向垂直于该平面 当固体壁面为曲面时 液体压力在曲面某方向上的总作用力F pAx Ax为曲面在该方向的投影面积 液体动力学 理想液体假设的既无粘性又不可压缩的流体称为理想流体 恒定流动液体流动时 液体中任一点处的压力 速度和密度都不随时间而变化的流动 亦称为定常流动或非时变流动 流量连续性方程 流量连续性方程是质量守恒定律在流体力学中的表达方式 1 1A1 2 2A2q VA 常数 伯努利方程 理想流体的伯努利方程p1 g Z1 v12 2g p2 g Z2 v22 2g 常数在管内作稳定流动的理想流体具有压力能 势能和动能三种形式的能量 它们可以互相转换 但其总和不变 即能量守恒 实际流体的伯努利方程p1 g Z1 1v12 2g p2 g Z2 2v22 2g hw实际流体存在粘性 流动时存在能量损失 hw为单位质量液体在两截面之间流动的能量损失 动量方程 动量方程是用来计算流动液体作用在限制其流动的固体壁面上的总作用力 F q u2 u1 作用在液体控制体积上的外力总和等于单位时间内流出控制表面与流入控制表面的液体的动量之差 注意 F u是矢量 流动液体作用在固体壁面上的力与作用在液体上的力大小相等 方向相反 管道流动 由于流动液体具有粘性 以及流动时突然转弯或通过阀口会产生撞击和旋涡 因此液体流动时必然会产生阻力 压力损失由沿程压力损失和局部压力损失两部分组成 流态 雷诺数 通过实验发现液体在管道中流动时存在两种流动状态 层流 粘性力起主导作用紊流 惯性力起主导作用液体的流动状态用雷诺数来判断 沿程压力损失 液体在等直径管中流动时因摩擦而产生的损失 称为沿程压力损失 因液体的流动状态不同沿程压力损失的计算有所区别 局部压力损失 液体流经管道的弯头 接头 阀口等处时 液体流速的大小和方向发生变化 会产生漩涡并发生紊动现象 由此造成的压力损失称为局部压力损失 整个液压系统的总压力损失应为所有沿程压力损失和所有的局部压力损失之和 p p p 孔口流动 在液压元件特别是液压控制阀中 对液流压力 流量及方向的控制通常是通过特定的孔口来实现的 它们对液流形成阻力 使其产生压力降 其作用类似电阻 称其为液阻 孔口流量压力公式 薄壁小孔q CdAo 2 p 1 2滑阀阀口q Cd Dxv 2 p 1 2短孔q CdA0 2 p 1 2细长孔q d4 128 l p液流经过细长孔的流量与液体粘度成反比 流过细长孔流量受液体温度影响较大 液阻 定义 孔口前后压力降与稳态流量的比值为液阻 即在稳态下 它与流量变化所需要的压差变化成正比 特性 R与通流面积A成反比 A 0 R为无限大 A足够大时 R 0 p一定 调节A 可以改变R 从而调节流经孔口的流量 A一定 改变q p随之改变 这种液阻的阻力特性用于压力控制阀的内部控制 缝隙流动 通过平板缝隙的流量q bh3 p 12 l uobh 2在压差作用下 流量q与缝隙值h的三次方成正比 这说明液压元件内缝隙的大小对泄漏量的影响非常大 环形缝隙 通过同心圆柱环形缝隙的流量公式 q dh3 12 l p dhuo 2当圆柱体移动方向和压差方向相同时取正号 方向相反时取负号 液压冲击和气穴现象 液压冲击 因某些原因液体压力在一瞬间会突然升高 产生很高的压力峰值 这种现象称为液压冲击 危害 瞬间压力冲击不仅引起振动和噪声 而且会损坏密封装置 管道 元件 造成设备事故 类型1 管道阀门突然关闭时的液压冲击2 运动部件制动时产生的液压冲击 气穴现象 气穴现象 在液压系统中 如果某点处的压力低于液压油液所在温度下的空气分离压时 原先溶解在液体中的空气就会分离出来 使液体中迅速出现大量气泡 减少气穴现象的措施1 减小阀孔前后的压力降 一般使压力比p1 p2 3 5 2 尽量降低泵的吸油高度 减少吸油管道阻力 3 各元件联接处要密封可靠 防止空气进入 4 增强容易产生气蚀的元件的机械强度 第二章液压泵 液压泵的概述柱塞泵叶片泵齿轮泵 液压泵的概述 液压泵是液压系统的动力元件 将原动机输入的机械能转换为压力能输出 为执行元件提供压力油 液压泵基本工作原理 以单柱塞泵为例偏心轮旋转一转 柱塞上下往复运动一次 向下运动吸油 向上运动排油 液压泵的工作原理 液压泵正常工作的三个必备条件 必须具有一个由运动件和非运动件所构成的密闭容积 密闭容积的大小随运动件的运动作周期性的变化 容积由小变大 吸油 由大变小 压油 密闭容积增大到极限时 先要与吸油腔隔开 然后才转为排油 密闭容积减小到极限时 先要与排油腔隔开 然后才转为吸油 液压泵的主要性能参数 液压泵的压力工作压力p 泵工作时的出口压力 大小取决于负载 额定压力ps 正常工作条件下按实验标准连续运转的最高压力 吸入压力 泵的进口处的压力 液压泵的主要性能参数 排量V 液压泵每转一转理论上应排除的油液体积 又称为理论排量或几何排量 cm3 r 平均理论流量qt 泵在单位时间内理论上排出的油液体积 实际流量q 泵在单位时间内实际排出的油液体积 q qt q 瞬时理论流量qsh 任一瞬时理论输出的流量 额定流量qs 泵在额定压力 额定转速下允许连续运转的流量 容积效率 v v q qt 液压泵的主要性能参数 泵的功率和效率输入功率Pr 驱动泵轴的机械功率为泵的输入功率 Pr T 输出功率P 泵输出液压功率 P pq总效率 p p P Pr泵的转速额定转速ns 额定压力下能连续长时间正常运转的最高转速 最高转速nmax 额定压力下允许短时间运行的最高转速 最低转速nmin 正常运转允许的最低转速 液压泵的分类和选用 按运动部件的形状和运动方式分为齿轮泵 叶片泵 柱塞泵 螺杆泵齿轮泵又分外啮合齿轮泵和内啮合齿轮泵叶片泵又分双作用叶片泵 单作用叶片泵柱塞泵又分径向柱塞泵和轴向柱塞泵按排量能否变量分定量泵和变量泵 液压泵的选用原则 是否要求变量要求变量选用变量泵 工作压力柱塞泵的额定压力最高 工作环境齿轮泵的抗污能力最好 噪声指标双作用叶片泵和螺杆泵属低噪声泵 效率轴向柱塞泵的总效率最高 液压泵的图形符号 柱塞泵 定义柱塞沿径向放置的泵称为径向柱塞泵 柱塞轴向布置的泵称为轴向柱塞泵 径向柱塞泵配流轴式径向柱塞泵阀配流径向柱塞泵轴向柱塞泵斜盘式轴向柱塞泵斜轴式无铰轴向柱塞泵 配流轴式径向柱塞泵工作原理 工作原理缸体 均布有七个柱塞孔 柱塞底部空间为密闭工作腔 柱塞 其头部滑履与定子内圆接触 定子 与缸体存在偏心 配流轴传动轴 斜盘式轴向柱塞泵工作原理 工作原理缸体 均布Z个柱塞柱塞滑履组 柱塞直径为d斜盘 相对传动轴倾角为 配流盘传动轴斜盘式轴向柱塞泵的工作原理 斜盘式轴向柱塞泵结构图 叶片泵 叶片泵分为双作用叶片泵和单作用叶片泵 双作用叶片泵只能作定量泵用 单作用叶片泵可作变量泵用 双作用叶片泵因转子旋转一周 叶片在转子叶片槽内滑动两次 完成两次吸油和压油而得名 单作用叶片泵转子每转一周 吸 压油各一次 故称为单作用 双作用叶片泵工作原理 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四部分 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 因定子内环由两段大半径圆弧 两段小半径圆弧和四段过渡曲线组成 故有两部分密闭容积将随转子旋转而变化 工作原理 单作用叶片泵 工作原理定子内环为圆转子与定子存在偏心e 铣有z个叶片槽叶片在转子叶片槽内自由滑动 宽度为B左 右配流盘铣有吸 压油窗口传动轴单作用叶片泵的工作原理 齿轮泵 齿轮泵是利用齿轮啮合原理工作的 根据啮合形式不同分为外啮合齿轮泵和内啮合齿轮泵 因螺杆的螺旋面可视为齿轮曲线作螺旋运动所形成的表面 螺杆的啮合相当于无数个无限薄的齿轮曲线的啮合 外啮合齿轮泵 结构组成一对几何参数完全相同的齿轮 齿宽为B 齿数为z泵体前后盖板长短轴工作原理两啮合的轮齿将泵体 前后盖板和齿轮包围的密闭容积分成两部分 轮齿进入啮合的一侧密闭容积减小 经压油口排油 退出啮合的一侧密闭容积增大 经吸油口吸油 外啮合齿轮泵的结构特点 泄漏与间隙补偿措施齿轮泵存在端面泄漏 径向泄漏和轮齿啮合处泄漏 端面间隙补偿采用静压平衡措施 在齿轮和盖板之间增加一个补偿零件 如浮动轴套或浮动侧板 在浮动零件的背面引入压力油 让作用在背面的液压力稍大于正面的液压力 工作原理 困油现象与卸荷措施 困油现象产生的原因齿轮重迭系数 1 在两对轮齿同时啮合时 它们之间将形成一个与吸 压油腔均不相通的闭死容积 此闭死容积随齿轮转动其大小发生变化 先由大变小 后由小变大 困油现象的危害 闭死容积由大变小时油液受挤压 导致压力冲击和油液发热 闭死容积由小变大时 会引起汽蚀和噪声 内啮合齿轮泵 工作原理一对相互啮合的小齿轮和内齿轮与侧板所围成的密闭容积被齿啮合线分割成两部分 当传动轴带动小齿轮旋转时 轮齿脱开啮合的一侧密闭容积增大 为吸油腔 轮齿进入啮合的一侧密闭容积减小 为压油腔 特点无困油现象流量脉动小 噪声低 选择液压泵的原则 是否要求变量 径向柱塞泵 轴向柱塞泵 单作用叶片泵是变量泵 工作压力 柱塞泵压力最高 工作环境 齿轮泵的抗污染能力最好 噪声指标 低噪声泵有内啮合齿轮泵 双作用叶片泵和螺杆泵 后两者瞬时流量均匀 效率 轴向柱塞泵的总效率最高 同一结构的泵 排量大的泵总效率高 同一排量的泵在额定工况下总效率最高 第三章液压马达与液压缸 液压马达液压缸 液压马达 液压马达是将液体压力能转换为机械能的装置 是液压系统的执行元件 马达与泵在原理上有可逆性 但因用途不同结构上有些差别 马达要求正反转 其结构具有对称性 而泵为了保证其自吸性能 结构上采取了某些措施 使之不能通用 马达的分类 ns 500r min为高速液压马达ns 500r min为低速液压马达定量马达和变量马达 液压马达图形符号 液压马达的特性参数 工作压力与额定压力 工作压力p大小取决于马达负载 额定压力ps能使马达连续正常运转的最高压力 流量与容积效率 实际流量qM qMt qqMt为理论流量 q为泻漏 容积效率 Mv qMt qM 1 q qM 液压马达的特性参数 排量与转速排量V为 MV等于1时输出轴旋转一周所需油液体积 转矩与机械效率实际输出转矩T Tt T理论输出转矩Tt pV Mm 2 机械效率 Mm TM TMt功率与总效率 M PMo PmiPMo为马达输出功率 Pmi为马达输入功率 齿轮马达 当高压油p进入马达的高压腔时 处于高压腔的轮齿受到压力油的作用 根据它们的受力情况 齿轮按图示方向旋转 油液被带到低压腔 叶片马达 高压油进入由叶片定子转子组成的密闭空间 根据它们的受力情况 推动转子旋转 转动惯量小 反应灵敏 但泄露大 轴向柱塞马达 轴向柱塞马达和轴向柱塞泵是互逆的 改变斜盘倾角的方向 可改变马达的旋转方向 液压缸 液压缸 三梁四柱式压力机 液压缸 塑料注射成型机 液压缸 功能 液压缸与马达一样 也是将液压能转变为机械能的装置 它将液压能转变为直线运动或摆动的机械能 液压缸的分类按结构形式分 活塞缸又分单杆活塞缸 双杆活塞缸柱塞缸摆动缸又分单叶片摆动缸 双叶片摆动缸按作用方式分 单作用液压缸一个方向的运动依靠液压作用力实现 另一个方向依靠弹簧力 重力等实现 双作用液压缸两个方向的运动都依靠液压作用力来实现 复合式缸活塞缸与活塞缸的组合 活塞缸与柱塞缸的组合 活塞缸与机械结构的组合等 双杆活塞缸 双杆活塞缸活塞两侧都有活塞杆伸出 根据安装方式不同又分为活塞杆固定式缸筒固定式 双杆活塞缸的速度推力特性v q A 4q v D2 d2 缸在左右两个方向上输出的速度相等 v为缸的容积效率 F A p1 p2 m D2 d2 p1 p2 m 4缸在左右两个方向上输出的推力相等 单杆活塞缸 单杆活塞缸只有一端带活塞杆 它有缸筒固定和活塞杆固定两种安装方式 两种方式的运动部件移动范围均为活塞有效行程的两倍 单杆活塞缸速度推力特性 向右运动速度v1 q v A1 4q v D2向右运动推力F1 A1p1 A2p2 m向左运动速度v2 q v A2 4q v D2 d2 向左运动推力F2 A2p1 A1p2 m往返速比 v v2 v1 1 1 d D 2 式中 v为缸的容积效率 m为缸的机械效率 柱塞缸 柱塞与缸筒无配合关系 缸筒内孔不需精加工 只是柱塞与缸盖上的导向套有配合关系 柱塞缸只能作单作用缸 要求往复运动时 需成对使用 柱塞缸能承受一定的径向力 伸缩液压缸 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 当通入压力油时 活塞由大到小依次伸出 缩回时 活塞则由小到大依次收回 工作原理 增压缸 增压器 增压比为大活塞与小柱塞的面积比K D2 d2增压能力是在降低有效流量的基础上得到的 工作原理 增速缸 增速缸也是活塞缸与柱塞缸组成的复合缸 活塞缸的活塞内腔是柱塞缸的缸筒 柱塞固定在活塞缸的缸筒上 当液压油进入柱塞缸时 活塞将快速运动 当液压油同时进入柱塞缸和活塞缸时 活塞慢速运动 工作原理 摆动式液压缸 当通入液压油 它的主轴能输出小于360 的摆动运动的缸称为摆动式液压缸 双叶片式摆动角度一般小于150 单叶片式摆动角度较大 可达300 缓冲装置 当活塞快速运动到接近缸盖时 增大排油力 使液压缸的排油腔产生足够的缓冲压力 使活塞减速 从而避免与缸盖快速相撞 第四章液压控制阀 液压阀的概述方向控制阀压力控制阀流量控制阀插装阀和叠加阀伺服阀电液比例阀 液压阀的概述 液压阀的作用 在液压系统中被用来控制液流的压力 流量和方向 保证执行元件按照要求进行工作 液压阀的基本结构 包括阀芯 阀体和驱动阀芯在阀体内作相对运动的装置 液压阀的工作原理 利用阀芯在阀体内作相对运动来控制阀口的通断及阀口的大小 实现压力 流量和方向的控制 液压阀的概述 液压阀的分类 根据结构形式分类滑阀滑阀为间隙密封 阀芯与阀口存在一定的密封长度 因此滑阀运动存在一个死区 锥阀锥阀阀芯半锥角一般为12 20 阀口关闭时为线密封 密封性能好且动作灵敏 球阀性能与锥阀相同 液压阀的概述 根据控制方式不同分 定值或开关控制阀被控制量为定值的阀类 包括普通控制阀 插装阀 叠加阀 比例控制阀被控制量与输入信号成比例连续变化的阀类 包括普通比例阀和带内反馈的电液比例阀 伺服控制阀被控制量与 输出与输入之间的 偏差信号成比例连续变化的阀类 包括机液伺服阀和电液伺服阀 数字控制阀用数字信息直接控制阀口的启闭 来控制液流的压力 流量 方向的阀类 根据用途分 压力控制阀 流量控制阀 方向控制阀根据安装连接方式不同分 管式连接 板式连接 插装阀 叠加阀 液压阀的性能参数 公称通径代表阀的通流能力的大小 对应于阀的额定流量 与阀的进出油口连接的油管应与阀的通径相一致 阀工作时的实际流量应小于或等于它的额定流量 最大不得大于额定流量的1 1倍 额定压力阀长期工作所允许的最高压力 对压力控制阀 实际最高压力有时还与阀的调压范围有关 对换向阀 实际最高压力还可能受它的功率极限的限制 对液压阀的基本要求 动作灵敏 使用可靠 工作时冲击和振动要小 噪声低 阀口开启时 液流压力损失要小 阀口关闭时 密封性能要好 所控制的参数 压力或流量 要稳定 受外干扰时变化量要小 结构紧凑 安装 调试 维护方便 通用性要好 方向控制阀 方向控制阀的作用 在液压系统中控制液流方向 方向控制阀包括 单向阀和换向阀 单向阀包括 普通单向阀和液控单向阀换向阀包括 按操作阀芯运动的方式可分为手动 机动 电磁动 液动 电液动等 按结构类型分为滑阀式 转阀式和球阀式 按阀芯在阀体中的工作位置分为二位 三位 四位等 单向阀 普通单向阀 普通单向阀是一种只允许液流一个方向流动 反向则被截止的方向阀 要求正向液流通过时压力损失小 反向截止时密封性能好 图形符号 工作原理A端进油 压力油作用在阀芯左端 克服右端弹簧力使阀芯右移 阀口开启 油液从右端流出 若B端进油 压力油与弹簧同向作用 将阀芯紧压在阀座孔上 阀口关闭 油液被截止不能通过 普通单向阀的应用 常被安装在泵的出口 一方面防止压力冲击影响泵的正常工作 另一方面防止泵不工作时系统油液倒流经泵回油箱 被用来分隔油路以防止高低压干扰 与其他的阀组成单向节流阀 单向减压阀 单向顺序阀等复合阀 安装在执行元件的回油路上 使回油具有一定背压 作背压阀的单向阀应更换刚度较大的弹簧 其正向开启压力为 0 3 0 5 MPa 液控单向阀 工作原理 当控制油口不通压力油时 油液只能从p1 p2 当控制油口通压力油时 正 反向的油液均可自由通过 注意 控制油口不工作时 应使其通油箱 保证压力为零 否则控制活塞不能复位 换向阀 换向阀是利用阀芯在阀体孔内作相对运动 使油路接通或切断而改变油流方向的阀 换向阀的分类按结构形式可分 滑阀式 转阀式 球阀式 按阀体连通的主油路数可分 两通 三通 四通 等 按阀芯在阀体内的工作位置可分 两位 三位 四位等 按操作阀芯运动的方式可分 手动 机动 电磁动 液动 电液动等 按阀芯定位方式分 钢球定位式 弹簧复位式换向原理 手动 机动 换向阀 阀芯运动是借助于机械外力实现的 其中 手动换向阀又分为手动和脚踏两种 机动换向阀则通过安装在运动部件上的撞块或凸轮推动阀芯 二者共同的特点是工作可靠 原理演示 电磁换向阀 下图所示二位三通电磁换向阀 电磁铁不得电 阀芯在右端弹簧的作用下 处于左极端位置 油口p与A通 B不通 电磁铁得电产生一个电磁吸力 通过推杆推动阀芯右移 则阀左位工作 油口p与B通 A不通 电磁铁可以是直流 交流或交本整流的 两位电磁阀有弹簧复位式 一个电磁铁 和钢球定位式 两个电磁铁 因电磁力有限 电磁换向阀最大通流量小于100L min 电液换向阀 电液换向阀是由电磁换向阀与液动换向阀组合而成 液动换向阀实现主油路的换向 称为主阀 电磁换向阀改变液动阀控制油路的方向 称为先导阀 滑阀的中位机能 多位阀在不同工作位置时 各油口的连通方式体现了换向阀的不同的控制机能 称之为滑阀的机能 对于三位阀 左 右位实现执行元件的换向 中位则能满足执行元件处于非工作状态时系统的不同要求 滑阀机能的应用 使泵卸载的有H K M型 使执行元件停止的有O M型 使执行元件浮动的有H Y型 使液压缸实现差动的有P型 换向阀的性能 换向可靠性 换向信号发出后阀芯能灵敏地移到工作位置 换向信号撤除后阀芯能自动复位 压力损失 包括阀口压力损失和流道压力损失 换向阀的压力损失除与通流量有关 还与阀的机能 阀口流动方向有关 内泄漏量 滑阀式换向阀为间隙密封 工作压力越高 内泄漏越大 泄漏不仅带来功率损失 而且引起油液发热 因此阀芯与阀体要同心 并要有足够的封油长度 换向平稳性 就是要求换向时压力冲击要小 手动换向阀和电液换向阀可以控制换向时间来减小换向冲击 换向时间和换向频率 换向时间与电磁铁有关 电磁球阀简介 特点 无液压卡死现象 对油液污染不敏感 换向性能好 密封为线密封 密封性能好 最高工作压力可达63MPa 电磁吸力经杠杆放大后传给阀芯 推力大 使用介质的粘度范围大 可直接用于高水基 乳化液 加工 装配工艺难度较大 成本较高 球阀换向时 中间过渡为之三个油口互通 不具有多种中位机能 主要用在超高压小流量液压系统或作插装阀的先导阀 结构 主要由阀座 球阀 操纵杆 杠杆 弹簧等组成 压力控制阀 压力控制阀的作用 1 用来控制液压系统中油液压力 1 溢流阀2 减压阀2 通过压力信号实现控制 3 顺序阀4 压力继电器 溢流阀 按结构型式分 直动式溢流阀先导式溢流阀 直动式溢流阀 2 KX0 PSA 1 F1 KX F2 PA 3 kx pA 直动型溢流阀工作原理要点 对应调压弹簧一定的预压缩量xo 阀的进口压力p基本为一定值kx0 pA 由于阀开口大小x和稳态液动力Fs的影响 阀的进口压力随流经阀口流量的增大而增大 当流量为额定流量时的阀的进口压力ps最大 ps称为阀的调定压力 弹簧腔的泄漏油经阀内通道至阀的出口引回油箱 若阀的出口压力不为零 则背压将作用在阀芯上端 使阀的进口压力增大 对于高压大流量的压力阀 要求调压弹簧具有很大的弹簧力 这样不仅使阀的调节性能变差 结构上也难以实现 适用于低压 小流量的场合 先导式溢流阀 先导式溢流阀的工作原理 1 F弹 KX F液 PA 2 调压弹簧 先导阀弹簧复位弹簧 主阀弹簧 3 调压性能较好 4 遥控口 先导型溢流阀工作原理要点 进口压力值主要由先导阀调压弹簧的预压缩量确定 主阀弹簧起复位作用 因为先导阀的尺寸很小 而且通过流量是主阀额定流量的1 即使是高压阀 其弹簧刚度也不大 这样一来阀的调节性能有很大改善 主阀芯开启是利用液流流经阻力孔形成的压力差 阻力孔一般为细长孔 孔径很小 0 8 1 2mm 孔长l 8 12mm 因此工作时易堵塞 一旦堵塞则导致主阀口常开无法调压 先导阀前腔有一控制口 用于卸荷和遥控 适用于高压 大流量的场合 溢流阀的基本性能 调压范围 在规定的范围内调节时 阀的输出压力能平稳的升降 无突跳或迟滞现象 压力流量特性 溢流阀的进口压力随流量变化而波动的性能 又称为启闭特性或压力流量特性 启闭特性用以下参数衡量 ps pk ps pb 称为调压偏差 调压偏差小好nk pk ps称为开启压力比 nb pb ps称为闭合压力比 nk nb大好 压力损失和卸载压力 当调压弹簧预压缩量等于零或主阀上腔经遥控口直接接回油箱时 流经阀的流量为额定值时 溢流阀的进口压力称为压力损失或卸载压力 减压阀 减压阀是利用液流流过缝隙产生压力损失 使其出口压力低于进口压力的压力控制阀 按调节要求不同 有出口压力为定值的定值减压阀 进出口压力差不便的定差减压阀 进出口压力成比例的定比减压阀 其中定值减压阀应用最广 又简称减压阀 工作原理减压阀由先导阀和主阀组成 进口压力油经主阀阀口流至出口 出口压力油引至主阀芯下腔 然后进入主阀芯上腔和先导阀前腔 当出口压力大于减压阀的调定压力时 先导阀阀口开启 主阀芯上移 主阀阀口缝隙关小 减压阀才起减压作用且保证出口压力为稳定不变 减压阀的工作原理 功用减压阀用在液压系统中获得压力低于系统压力的二次油路上 如夹紧回路 润滑回路和控制油路 特点减压阀是出口压力控制 保证出口压力为定值 减压阀阀口常开 进出油口相通 减压阀有单独的泄油口 减压阀的出口压力又去工作 压力不为零 减压阀与溢流阀一样有遥控口 图形符号 顺序阀 顺序阀是一种利用压力控制阀口通断的压力阀 因用于控制多个执行元件的动作顺序而得名 按控制油来源不同分内控和外控 按弹簧腔泄漏油引出方式不同分内泄和外泄 所以 顺序阀有内控外泄 内控内泄 外控外泄 外控内泄四种类型 内控外泄型用于实现顺序控制 顺序阀的功用 内控外泄顺序阀与溢流阀相同之处 阀口常闭 进口压力控制阀口启闭 但是该阀出口油液要去工作 所以有单独的泄油口 内控外泄顺序阀用于多个执行元件顺序动作 其进口压力先要达到阀的调定压力 而出口压力取决于负载 当负载压力高于阀的调定压力时 进口压力等于出口压力即负载压力 阀口全开 当负载压力低于调定压力时 进口压力等于调定压力 阀的开口一定 工作原理 压力继电器 压力继电器是一种将液压系统的压力信号转换为电信号输出的元件 作用实现执行元件的顺序控制或安全保护 分类按结构特点分为柱塞式 弹簧管式和膜片式 图示为柱塞式压力继电器 压力油作用在柱塞下端 液压力直接与弹簧力比较 当液压力大于或等于弹簧力时 柱塞上移压微动开关触头 接通或断开电气线路 反之 微动开关触头复位 工作原理 图形符号 流量控制阀 流量控制阀是通过改变阀口大小来改变液阻实现流量调节的阀 普通流量控制阀包括节流阀 调速阀 溢流节流阀和分流集流阀 流量控制原理 通用节流方程为 q KLA pm常用节流口结构有锥形 三角槽形 矩形 三角形等 由节流方程知 当压力差一定时 改变开口面积即改变液阻就可改变流量 节流阀 节流阀实质相当于一个可变节流口 借助控制机构使阀芯相对于阀体孔运动改变阀口的过流面积 结构原理主要零件有阀芯 阀体和螺母 阀体上右边是进油口 左边是出油口 阀芯一端开有三角尖槽 另一端加工有螺纹 旋转阀芯即可轴向移动改变阀口过流面积 为平衡液压径向力 三角槽须对称布置 工作原理 节流阀的流量特性与刚性 刚性外负载波动引起阀前后压力差 p变化 即使阀的开口面积A不变 也会导致流经阀的流量q不稳定 定义 阀的开口面积A一定时 T p1 m KLAm为节流阀的刚性T越大 节流阀的性能越好 故薄壁孔 m 0 5 多作节流阀阀口 最小稳定流量节流阀在很小开口下工作时 流经阀的流量会出现周期性脉动 甚至间歇式断流 这种现象称为节流阀的堵塞现象 因此对节流阀有一个能正常工作的最小流量的限制 这个限制值称为节流阀的最小稳定流量 调速阀 结构调速阀是由定差减压阀与节流阀串连而成 工作原理压力油p1先经过定差减压阀的阀口 然后经节流阀阀口流出 节流阀进 出口压力油p2 p3经阀体内通道被引至定差减压阀阀芯的两端 p2 p3 与定差减压阀的弹簧力进行比较 因定差减压阀阀口的压力补偿作用 使得 p2 p3 基本不变 即流经调速阀的流量基本稳定 调速阀的流量稳定性分析 调速阀用于调节执行元件运动速度 并保证其速度的稳定 这是因为节流阀既是调节元件 又是检测元件 当阀口面积调定后 它一方面控制流量的大小 一方面检测流量信号并转换为阀口前后压力差反馈作用到定差减压阀阀芯的两端面 与弹簧力相比较 当检测的压力差偏离预定值时 定差减压阀阀芯产生相应位移 改变减压缝隙进行压力补偿 保证节流阀前后的压力差基本不变 为保证定差减压阀的压力补偿作用 调速阀的进出口压力差应大于弹簧力和液动力所确定的最小压力差 否则无法保证流量稳定 旁通型调速阀 结构原理该阀又称为溢流节流阀 由节流阀与差压式溢流阀并联而成 节流阀的出口接执行元件 差压式溢流阀的出口接油箱 节流阀的前后压力竞发体内不同到反馈作用在差压式溢流阀阀芯的两端当其受力平衡时 压差基本不变 即流经节流阀的流量基本稳定 分流集流阀 分流集流阀是用来保证多个执行元件速度同步的流量控制阀 又称为同步阀 它包括分流阀 集流阀和分流集流阀三种控制类型 分流阀结构原理 阀芯两端台肩与阀体沉割槽组成两个可变节流口3 4 固定节流孔起检测流量的作用 可变节流口起压力补偿作用 其过流面积通过压力p1和p2的反馈作用进行控制 无论负载压力p3 p4如何变化 都能保证q1 q2 插装阀和叠加阀 插装阀 二通插装阀是插装阀基本组件插到特别设计加工的阀体内 配以盖板 先导阀组成的一种多功能的复合阀 因每个插装阀基本组件有且只有两个油口 故被称为二通插装阀 特点 阀芯为锥阀 密封性能好 且动作灵敏 通流能力大 抗污染 一阀多用 易组成各式系统 结构紧凑 特别对大流量及非矿物油介质的场合 优点更为突出 插装阀基本组件 插装阀基本组件由阀芯 阀套 弹簧和密封圈组成 根据用途不同分为方向阀组件 压力阀组件和流量阀组件 同一通径的三种组件安装尺寸相同 但阀芯的结构形式和阀套座直径不同 三种组件均有两个主油口A和B 一个控制口x 插装阀的工作原理 插装阀单元的工作原理记油口A B x的压力油的压力分别为pA pB px 作用面积分别为AA AB Ax 阀芯上端复位弹簧力为Ft 当pxAx Ft pAAA pBAB时阀口关闭 当pxAx Ft pAAA pBAB时阀口开启 注意 实际工作时 阀芯的受力状况是通过油口x的通油方式控制的 X通回油箱 阀口开启 X与进油口相通 阀口关闭 改变油口通油方式的阀称为先导阀 插装阀的应用 单向阀 将方向阀组件的控制口通过阀块和盖板上的通道与油口A或B直接沟通 可组成单向阀 二通阀 由一个二位三通电磁滑阀控制方向阀组件控制腔的通油方式 可组成二位二通阀 W 插装阀的应用 三通阀 由两个方向阀组件并联而成 对外形成一个压力油口 一个工作油口和一个回油口 三通插装阀的工作状态数取决于先导换向阀的工作位置数 四通阀 由两个三通阀并联而成 三通阀 W 插装阀的应用 复合控制阀 阀1 2 3 4与三位四通电磁阀组成三位四通换向回路 用于液压缸的换向 阀1 2组成单向节流阀 与溢流阀共同作用用于调节液压缸的工作速度 阀3 4与远程调压阀组成单向顺序阀 用作单向背压阀 阀5与二位三通电磁阀和远程调压阀组成电磁溢流阀 用于系统的调压和卸载 叠加阀 叠加阀以板式阀为基础 每个叠加阀不仅起到单个阀的功能 而且还沟通阀与阀的流道 换向阀安装在最上方 对外连接油口开在最下边的底板上 其他的阀通过螺栓连接在换向阀和底板之间 由叠加阀组成的系统结构紧凑 配置灵活 设计制造周期短 伺服阀 伺服阀是一种根据输入信号及输出信号反馈量连续成比例地控制流量和压力的液压控制阀 根据输入信号的方式不同 又分电液伺服阀和机液伺服阀 电液伺服阀将小功率的电信号转换为大功率的液压能输出 实现执行元件的位移 速度 加速度及力的控制 机液伺服阀的输入信号是机动或手控的位移 伺服阀控制精度高 响应速度快 电液伺服阀 电液伺服阀由电气 机械转换装置 液压放大器和反馈 平衡 机构三部分组成 电气 机械转换装置将输入的电信号转换为转角或直线位移输出 常称为力矩马达或力马达 液压放大器接受小功率的转角或位移信号 对大功率的液压油进行调节和分配 实现控制功率的转换和放大 反馈平衡机构使阀输出的流量或压力与输入信号成比例 机液伺服阀 如图所示轴向柱塞泵的手动伺服变量机构的主要零件有伺服阀阀芯1 伺服阀阀套2 变量活塞5等 伺服阀芯与控制杆挂在一起 伺服阀套与变量活塞刚性连成一体 伺服阀油口a通过油道b与变量活塞下腔相通 油口e通过油道f与变量活塞上腔相通 变量活塞下腔通有泵的压力油 上腔为密闭容腔 上下腔面积比为2 1 给控制杆输入一个位移信号 因为伺服阀的控制作用 变量活塞将跟随产生一个同方向的位移 泵的斜盘摆动为某一角度 泵输出一定的排量 排量的大小与控制杆的位移信号成比例 电液比例阀 电液比例阀是一种性能介于普通控制阀和电液伺服阀之间的新阀种 它既可以根据输入电信号的大小连续成比例地对油液的压力 流量 方向实现远距离控制 计算机控制 电液比例阀根据用途分为 电液比例压力阀 电液比例流量阀 电液比例方向阀 电液比例阀的控制性能低于电液伺服阀 因此广泛应用于要求不高的一般工业部门 电液比例压力阀 图示为电液比例压力先导阀 它与普通溢流阀 减压阀 顺序阀的主阀组合可构成电液比例溢流阀 电液比例减压阀和电液比例顺序阀 与普通压力先导阀不同 与阀芯上的液压力进行比较的是比例电磁铁的电磁吸力 不是弹簧力 图中弹簧称为传力弹簧 改变输入电磁铁电流的大小 即可改变电磁吸力 从而改变先导阀前腔压力 对主阀的进口或出口压力实现控制 电液比例流量阀 工作原理图示为位移 弹簧力反馈型电液比例二通节流阀 主阀芯5为插装阀结构 当比例电磁铁输入一定电流时 产生的电磁吸力推动先导阀芯2下移 先导阀阀口开启 主阀进口压力油经R1和R2 先导阀阀口流至主阀出口 因阻尼R1作用 使主阀芯上下腔产生压力差 致使主阀芯克服弹簧力上移 主阀口开启 主阀芯向上位移使反馈弹簧3受压缩 但反馈弹簧力与先导阀芯上端电磁吸力相等时 先导阀芯和主阀芯受力平衡 主阀阀口大小与输入电流大小成比例 改变输入电流大小 即可改变阀口大小 在系统中起节流调速作用 当电流输入为零时 阀口是关闭的 主阀的位移量不受比例电磁铁行程的限制 阀口的开度可以设计的较大 即阀的通流能力较大 电液比例换向阀 电液比例换向阀由前置级 电液比例双向减压阀 和放大级 液动比例双向节流阀 两部分组成 前置级由比例电磁铁控制双向减压阀阀芯位移 当比例电磁铁输入电流时 减压阀芯移动 减压开口一定 经阀口减压后得到稳定的控制压力 放大级由阀体 主阀芯 左右端盖 阻尼器等零件组成 控制压力油经阻尼孔作用在主阀芯的端面时 液压力将克服弹簧力使阀芯移动 开启阀口 沟通油道 主阀开口大小取决于输入电流的大小 改变比例电磁铁的输入电流 不仅可以改变阀的工作液流方向 而且可以控制阀口大小实现流量调节 即具有换向 节流复合功能 第五章液压辅件 蓄能器过滤器油箱热交换器管件密封装置 蓄能器 功用 蓄能器是液压系统中储存油液压力能的装置1 作辅助动力源2 补偿泄露和保持恒亚3 作紧急动力源4 吸收脉动 降低噪声5 吸收液压冲击 安装 1 气囊式蓄能器应垂直安装 油口向下 以保证气囊的正常收缩 2 蓄能器与管路之间应安装截止阀 以便充气检修 蓄能器与泵之间应安装单向阀 防止泵停车或卸载时 蓄能器的压力油倒流向泵 3 安装在管路上的蓄能器必须用支架固定 4 吸收冲击和脉动的蓄能器应尽可能安装在振源附近 过滤器 功用滤去油中杂质 维护油液清洁 防止油液污染 保证系统正常工作 分类表面型过滤器 网式过滤器 线隙式过滤器深度型过滤器 纸芯式过滤器 烧结式过滤器磁性过滤器 可将油液中对磁性敏感的金属颗粒吸附在上面 常与其它形式滤芯一起制成复合式过滤器 过滤器 过滤器的选用 过滤精度应满足系统要求过滤精度以滤去杂质颗粒的大小来衡量 颗粒越小过滤精度越高 d 0 1mm为粗滤器 d 0 01mm为普通滤器 d 0 005mm为精滤器 d 0 001mm为特精滤器 要有足够的通流能力通流能力指在一定压力降下允许通过过滤器的最大流量 应结合过滤器在系统中的安装位置选取 要有一定的机械强度不因液压力而破坏 要考虑一些特殊要求如抗腐蚀 磁性 发讯 不停机更换滤芯等 要清洗更换方便 过滤器的安装 安装在泵的吸油口用于保护泵 可选择粗滤器 但要求有较大的通流能力 防止产生气穴现象 安装在泵的出口须选择精滤器 以保护泵以外的元件 要求能承受油路上的工作压力和压力冲击 安装在系统的回油路上滤去系统生成的污物 可采用滤芯强度低的过滤器 为防止过滤器阻塞 一般要并联安全阀或安装发讯装置 安装在独立的过滤系统中通过不断循环 专门滤去油箱中的污物 油箱 功用储存系统所需的足够油液 散发油液中的热量 分离油箱中的气体及沉淀物 油箱的结构总体式结构利用设备机体空腔作油箱 结构紧凑 散热性不好 维修不方便 分离式结构布置灵活 维修保养方便 可减少油箱发热和液压振动对工作精度的影响 油箱设计时注意的问题 油箱容积的确定 为使系统回油不致溢出油箱 油面高度不超过油箱高度的0 8倍 油箱中应设吸油过滤器 为方便清洗过滤器 油箱结构要考虑拆卸方便 油箱底部应做成适当斜度 并设置放油塞 油箱箱盖上应安装空气滤清器 大油箱还应在侧面设计清洗窗口 油箱侧壁要安装油位指示计 以指示最高 最低油位 吸油管与回油管要用隔板分开 增加油液循环的距离 使油液有足够的时间分离气泡 沉淀杂质 隔板高度一般取油面高度的3 4 吸油管距油箱底面距离H 2D 距箱壁不小于3D 回油管应插入油面以下 为防止回油带入空气 回油管距箱底h 2d 且排油口切成45 以增大通流面积 泄油管则应在油面以上 大 中型油箱应设起吊钩或起吊孔 热交换器 系统能量损失转换为热量以后 会使油液温度升高 若长时间油温过高 油液粘度下降 泄漏增加 密封老化 油液氧化 严重影响系统正常工作 为保证正常工作温度在20 65 需要在系统中安装冷却器 相反 油温过低 油液粘度过大 设备启动困难 压力损失加大并引起过大的振动 此种情况下系统应安装加热器 冷却器 要求有足够的散热面积 散热效率高 压力损失小 加热器 有用热水或蒸气加热和用电加热两种方式 管件 管件是用来连接液压元件 输送液压油液的连接件 它应保证有足够的强度 没有泄漏 密封性能好 压力损失小 拆装方便 它包括油管和管接头 常用油管有钢管 紫铜管 塑料管 尼龙管 橡胶软管 应根据液压装置工作条件和压力大小来选择油管 管接头是油管与液压元件 油管与油管之间可拆卸的的连接件 管接头与其他液压元件用国家标准米制锥螺纹和普通细牙螺纹连接 常用的管接头有扩口式 焊接式 卡套式 橡胶软管接头 快速接头 密封装置 功用 用来防止系统油液的内外泄漏 以及外界灰尘和异物的侵入 保证系统建立必要压力 对密封装置的要求 在一定的工作压力和温度范围内具有良好的密封性能 与运动件之间摩擦系数要小 寿命长 不易老化 抗腐蚀能力强 制造容易 维护使用方便 价格低廉 常用的密封有 间隙密封O型密封圈唇型密封 Y型 Yx型 V型 组合密封装置 组合密封垫圈 橡塑组合密封装置 密封装置 间隙密封 利用相对运动令渐渐微笑见习期密封作用 O形密封圈 依靠O形密封圈预压缩 消除间隙而实现密封 唇形密封圈 靠密封圈的唇口受液压力作用下变形 是唇边贴近密封面而进行密封 组合密封 有两个以上元件组成的密封装置 第六章液压基本回路 压力控制回路速度控制回路 一 速度控制回路 二 方向控制回路多执行元件控制回路 液压基本回路 任何液压系统都是由一些基本回路组成 所谓液压基本回路是指能实现某种规定功能的液压元件的组合 基本回路按在液压系统中的功能可分 压力控制回路 控制整个系统或局部油路的工作压力 速度控制回路 控制和调节执行元件的速度 方向控制回路 控制执行元件运动方向的变换和锁停 多执行元件控制回路 控制几个执行元件间的工作循环 压力控制回路 压力控制回路是利用压力控制阀来控制整个系统或局部支路的压力 以满足执行元件对力和转矩的要求 包括 调压回路卸载回路减压回路增压回路平衡回路保压回路泄压回路 调压回路 功用调定和限制液压系统的最高工作压力 或者使执行机构在工作过程不同阶段实现多级压力变换 一般用溢流阀来实现这一功能 工作原理远程调压回路 主溢流阀的调定压力必须大于远程调压阀的调定压力 调压回路 多级调压回路 主溢流阀的调定压力大于两个远程调压阀的调定压力工作原理 卸载回路 功用在液压系统执行元件短时间不工作时 不频繁启动原动机而使泵在很小的输出功率下运转 卸载方式 压力卸载 流量卸载 仅适用于变量泵 用换向阀中位机能的卸载回路 可借助M型 H型或K型换向阀中位机能来实现降压卸载 卸载回路 用先导型溢流阀的卸载回路采用二位二通电磁阀控制先导型溢流阀的遥控口来实现卸载 卸载回路 限压式变量泵的卸载回路 限压式变量泵的卸载回路为零流量卸载 卸载回路 有蓄能器的卸载回路当回路压力到达卸载溢流阀调定压力时 泵通过该阀卸载 蓄能器保持系统压力 减压回路 功用使系统某一支路具有低于系统压力调定值的稳定工作压力 原理 增压回路 功用使系统中某一支路获得较系统压力高且流量不大的油液供应 可以通过增压元件 增压缸实现工作原理 平衡回路 功用使执行元件的回路上保持一定的背压值 以平衡重力负载 使之不会因自重而自行下落 图示为单向顺序阀的平衡回路 保压回路 功用使系统在液压缸不动或因工件变形而产生微小位移的工况下保持稳定不变的压力 如图所示是自动补油保压回路工作原理 卸压回路 功用使执行元件高压腔中的压力缓慢地释放 以免泄压过快引起剧烈的冲击和振动 图示为用顺序阀控制的卸压回路 速度控制回路 一 调速回路 调节执行元件的工作速度的回路 包括 定量泵节流调速回路变量泵容积调速回路 定量泵节流调速回路 按流量控制阀安装位置的不同分 进油节流调速回路将流量控制阀串联在液压泵与液压缸之间 回油节流调速回路将流量控制阀串联在液压缸与油箱之间 旁路节流调速回路将流量控制阀安装在液压缸并联的支路上 这种回路通过在泵口接一条支路将多余流量流回油箱 称为节流调速回路 进油节流调速回路工作原理 流量连续性方程 qp q1 q活塞受力平衡方程 p1A1 F节流阀压力流量方程 q1 KAT p1 2 KAT pp F A1 1 2 回油节流调速回路 流量连续性方程 qp q1 q活塞受力平衡方程 ppA1 p2A2 F节流阀压力流量方程 q2 KATp21 2 KAT ppA1 A2 F A2 1 2 特点 进油 回油节流调速回路结构接单 价格低廉 但效率低 只用于负载变化不大 低速 小功率场合 旁路节流调速回路 速度负载特性方程 V q1 A1 qt p F A1 KAT F A1 1 2 A1 特点 1 只有节流损失 而无溢流损失 效率高 2 低速时承载能力低 调速范围小 3 速度负载特性差 原理 变量泵容积调速回路 通过改变泵的流量调节执行元件的速度 称为容积调速回路 按改变泵排量的方法不同分 手动调节容积调速回路