液压传动基础知识(5-7)ppt课件

1 二OO七年十一月 目录 一 液压传动原理及工作特征二 工作介质 液压油三 液压泵四 液压缸五 液压控制阀六 辅助元件七 液压基本回路 第五章液压控制阀 控制和调节系统中工作液体的压力 流量和方向 以满足对执行机构提出的压力 速度和换向要求 使执行机构实现预期动作 1 按控制阀机能分类 压力控制阀 控制工作液体的压力 实现执行机构提出的力或力矩要求 溢流阀 安全阀 减压阀 卸荷阀 顺序阀 平衡阀等 流量控制阀 控制和调节系统流量 改变执行机构的运动速度 节流阀 调速阀和分流阀等 方向控制阀 控制和改变系统中工作液体的流动方向 实现执行机构运动方向的转换 方向控制阀分二通 三通 四通和多通阀等 第一节液压控制阀概述 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 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 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 根据控制方式不同分类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 可直接与计算机接口 不需要D A转换器 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 根据安装连接形式不同分类 管式连接阀体进出口由螺纹或法兰与油管连接 安装方便 板式连接阀体进出口通过连接板与油管连接 便于集成 插装式将阀芯 阀套组成的组件插入专门设计的阀块内实现不同功能 结构紧凑 叠加式是板式连接阀的一种发展形式 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 3 操纵方式 手动 液压 电液 电磁和机械换向 2 液压控制阀的性能参数 4 液压阀的阀口数量因阀而异 一般分5种 用字母表示阀口功能 压力油口 P 进入压力油的油口 减压阀 顺序阀的出油口也是压力油口 回油口 O或T 低压油口 阀内低压油由此流出 流向下一个元件或油箱 泄油口 L 低压油口 阀体中漏到空腔中的低压油经它回到油箱 工作油口 指方向阀的A B油口 连接执行元件控制油口 K 使控制阀动作的外接控制压力油由此进入 5 对液压阀要求 1 动作灵敏 使用可靠 工作时冲击和振动小 2 油液流过时压力损失小 3 密封性能好 4 结构紧凑 安装 调整 使用 维护方便 通用性好 压力控制阀是用来控制液压系统中油液压力或通过压力信号实现控制的阀类 包括溢流阀 减压阀 顺序阀 压力继电器 压力控制阀基本工作原理 通过液压作用力与弹簧力进行比较来实现对油液压力的控制 调节弹簧的预压缩量即调节了阀芯的动作压力 该弹簧是压力控制阀的重要调节零件 调压弹簧 第二节压力控制阀 一 溢流阀 安全阀 作用 通过阀口的溢流 使被控制系统或回路的压力保持恒定 实现稳压 调压或限压作用 定量泵调速系统中 溢流稳压 常开 调定压力较低 容积调速系统中 限定最高压力 常闭 安全保护 按结构形式分直动型溢流阀先导型溢流阀 1 阻尼孔2 阀体3 阀心4 阀盖5 调压螺钉6 弹簧座7 弹簧 直动型溢流阀 结构原理 直动型溢流阀由阀芯 阀体 弹簧 阀盖 调压螺钉等组成 阀体进油口旁接在泵的出口 出口接油箱 原始状态 阀芯在弹簧力的作用下处于最下端位置 进出油口隔断 进口油液经阀芯径向孔 轴向孔作用在阀芯底端面 当液压力 弹簧力时 阀芯上移 阀口开启 进口压力油经阀口溢回油箱 此时阀芯受力平衡 阀口溢流满足压力流量方程 调节弹簧7的预压力 调整溢流压力 改变弹簧刚度 改变调压范围 先导型溢流阀 结构组成由先导阀和主阀组成 先导阀实际上是一个小流量直动型溢流阀 其阀芯为锥阀 主阀芯上有一阻尼孔 且上腔作用面积略大于下腔作用面积 其弹簧只在阀口关闭时起复位作用 组成 主阀和先导阀 当阀P口压力较低 先导阀心4未开启时 作用在主阀心1上的液压力合力方向与弹簧3的作用力相同 阀关闭 阀有两个阻尼孔2和8 1个在主阀心 1个在先导阀座上 1 主阀心2 8 阻尼孔3 主阀弹簧4 先导阀心5 先导阀弹簧6 调压手轮7 螺堵 P口压力增加 阻尼孔2 流道a 阻尼孔8 先导阀心前腔压力增加 克服先导阀弹簧预调力使先导阀开启 液流从P口经阻尼孔2 流道a 阻尼孔8 开启的先导阀4和通道b流到T口 流量在阻尼孔2两端产生压差 压差作用在阀心上下面积上的合力正好与主阀弹簧力平衡 主阀心处于开启的临界状态P口压力再稍增加 流经阻尼孔的流量也稍微增大 阻尼孔2两端压力差克服主阀弹簧力使主阀打开 从P口输入流量分成两部分 1 少量流量经先导阀后流向出油口T 2 大部分经主阀节流口流向T口 流经先导阀的流量极小 主阀心上腔的压力基本上和由先导阀弹簧预调力所确定的先导阀心前腔压力相等 主阀上阻尼孔2两端用以打开主阀心的压差仅须克服主阀弹簧的作用力 主阀心重量及液动力 认为 溢流阀进口处压力基本上由先导阀弹簧预调力所确定 在溢流阀的主阀心升起且有溢流作用时 溢流阀进口处的压力可维持由先导阀弹簧所调定的定值 先导式溢流阀中流经先导阀的油液可内泄 也可外泄 外泄时将先导阀回油单独引回油箱 将先导阀回油口与主阀回油口T的连接通道b堵住 远程控制口K通过二位二通阀接通油箱时 主阀心1上腔压力接近零 主阀心在很小的压力下可向上移动且阀口开得最大 泵输出的油液在很低的压力下通过阀口流回油箱 实现卸荷作用 如果将K口接到另一个远程调压阀上 并使打开远程调压阀的压力小于打开溢流阀先导阀心4的压力 则主阀心上腔的压力 即溢流阀的溢流压力 就由远程调压阀来决定 远程调压阀可对系统的溢流压力实行远程调节 1 作溢流阀用 常开 保持系统压力基本稳定 应用 2 作安全阀用 常闭 保证液压系统安全 3 作背压阀用溢流阀 一般为直动式 装在系统回油路上 产生回油阻力 改善执行元件的运动平稳性 4 作卸荷阀用系统正常工作 两位两通阀断开 溢流阀溢流稳压 液压缸停止工作 两位两通阀接通远程控制油口和油箱 在近于零压下溢流 液压泵卸荷空运转 二 顺序阀 利用液体压力来自动控制液体传动系统中各执行元件动作先后顺序的液压元件 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 通过改变上盖或底盖的装配位置得到内控外泄 内控内泄 外控外泄 外控内泄四种结构类型 顺序阀与溢流阀不同之处 出口处不接油箱 通向二次油路 泄油口必须单独接回油箱 如果将下盖转过90o 并打开螺堵K 内控式顺序阀变为外控式顺序阀 内控式顺序阀在进油路压力p1达到阀的设定压力之前 阀口一直关闭 达到设定压力后阀口才开启 使压力油进入二次油路 驱动另一个执行元件 直动式顺序阀工作原理 顺序阀应用 1 控制多个执行元件顺序动作 内控外泄顺序阀用于多个执行元件顺序动作 进口压力先达到阀的调定压力 出口压力取决于负载 当负载压力高于阀调定压力时 进口压力 出口压力 阀口全开 当负载压力低于调定压力时 进口压力 调定压力 阀开口一定 2 内控内泄顺序阀的职能符号和工作原理与溢流阀相同 多串联在执行元件的回油路上 使回油具有一定压力 保证执行元件运动平稳 图示阀3作背压阀 3 外控内泄顺序阀等同于二位二通阀 可作卸载阀 如双泵供油回路阀3是泵1的卸载阀 4 外控外泄顺序阀作液动开关和限速锁 如远控平衡阀可限制重物下降的速度 三 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 有定值减压阀 定差减压阀 定比减压阀 其中定值减压阀应用最广 简称减压阀 对减压阀要求 出口压力维持恒定 不受入口压力及通过流量大小的影响 直动式减压阀工作原理 当阀心处在原始位置时 它的阀口是打开的 阀的进 出口沟通 阀心由出口处的压力控制 出口压力未达到调定压力时阀口全开 阀心不工作 当出口压力达到调定压力时 阀心上移 阀口关小 整个阀处于工作状态 如忽略其他阻力 仅考虑阀心上的液压力和弹簧力相平衡的条件 可以认为出口压力基本上维持在某一调定值上 如出口压力减小 阀心下移 阀口开大 阀口处阻力减小 压降减小 使出口压力回升到调定值上 反之 如出口压力增大 则阀心上移 阀口关小 阀口处阻力加大 压降增大 使出口压力下降到调定值上 1 结构和工作原理 比较先导型溢流阀 减压阀是出口压力控制 保证出口压力为定值 溢流阀是进口压力控制 保证进口压力为定值 减压阀阀口常开 溢流阀阀口常闭 减压阀有单独的泄油口 溢流阀弹簧腔的泄漏油经阀体內流道內泄至出口 先导型溢流阀 定值减压阀 3 减压阀应用在液压系统中 减压阀应用于要求获得稳定低压的回路中 如采煤机链牵引张紧系统 减压阀还可用来限制工作机构的作用力 减少压力波动带来的影响 改善系统的控制性能等 必须说明 减压阀出口压力还与出口负载有关 若负载压力低于调定压力时 出口压力由负载决定 此时减压阀不起减压作用 四 压力继电器 压力继电器是利用液体压力来启闭电气触点的液压电气转换元件 它在油液压力达到其设定压力时 发出电信号 控制电气元件动作 实现泵的加载或卸荷 执行元件的顺序动作或系统的安全保护和连锁等功能 柱塞式压力继电器结构原理当油液压力达到压力继电器的设定压力时 作用在柱塞1上的力通过顶杆2合上微动开关4 发出电信号 压力继电器功用 压力继电器用在顺序动作回路中 当执行元件工作压力达到压力继电器调定压力时 压力继电器发出电信号 使电磁铁得电 换向阀换向 从而实现两液压缸的顺序动作 压力继电器主要性能 1 调压范围指能发出电信号的最低工作压力和最高工作压力的范围 拧动调节螺钉 调整工作压力 2 通断调节区间压力升高 继电器接通电信号的压力 称为开启压力 压力下降 继电器复位切断电信号的压力 称为闭合压力 为避免压力波动时继电器时通时断 要求开启压力和闭合压力间有一可调节的差值 称为通断调节区间 3 重复精度在一定的设定压力下 多次升压 或降压 过程中 开启压力和闭合压力本身的差值称为重复精度 4 升压或降压动作时间压力由卸荷压力升到设定压力 微动开关触点闭合发出电信号的时间 称为升压动作时间 反之称为降压动作时间 第二节流量控制阀 依靠改变阀口通流面积的大小或通流通道的长短来改变液阻 控制通过阀的流量 达到调节执行元件 液压缸或液压马达 运动速度的目的 流量控制原理 流经薄壁小孔流量q cqA 2 p 1 2流经细长孔流量q d4 128 l p综合两式得通用节流方程q KLA pm节流元件节流口结构有锥形 三角槽形 矩形 三角形等 工业上将节流口的过流面积A的倒数称为液阻 将过流面积可调的节流口称为可变液阻 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 一 节流阀作用 利用改变流通面积来改变通过节流阀的流量 从而改变执行元件 液压缸或马达 的运动速度 或用来进行加载和提供背压 主要应用于由定量泵供油的小流量系统中 流量控制阀要求 具有足够的调节范围 能保证稳定的最小流量 温度和压力变化对流量的影响要小 调节方便 泄漏小等 1 节流阀工作原理 结构原理主要零件阀芯 阀体和螺母 阀体上开有进油口和出油口 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 2 流量特性方程q KLA pm 反映流经节流阀的流量q与阀前后压力差 p和开口面积A之间的关系 刚性外负载波动引起阀前后压力差 p变化 即使阀开口面积A不变 也会导致流经阀的流量q不稳定 定义 阀开口面积A一定时 T d p dq p1 m KLAm为节流阀的刚性 T越大 节流阀性能越好 故薄刃口 m 0 5 多作节流阀阀口 p大有利于提高节流阀刚性 但过大不仅造成压力损失增大 而且可能因阀口太小而堵塞 一般取 p 0 15 0 4 MPa 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 为此对节流阀有一个能正常工作的最小流量的限制 3 节流阀应用主要与定量泵 溢流阀组成节流调速系统 调节节流阀的开口 便可调节执行元件运动速度的大小 当节流阀前后 p一定时 改变A可改变流经阀的流量 节流调速 如阀3 当q一定时 改变A可改变阀前后压力差 p 负载阻尼 如阀1 当q 0时 安装节流元件可延缓压力突变的影响 压力缓冲 如阀2 二 调速阀 液压泵出口压力pl由溢流阀调整 基本上恒定 调速阀出口处的压力p2由活塞杆负载F决定 当F增大时 调速阀进出口压差pl p2减小 系统中装普通节流阀 由于压差的变动 影响通过节流阀的流量 活塞运动速度不能保持恒定 调速阀是在节流阀前面串接差压式减压阀 使油液先经减压阀产生一次压力降 将压力降到pm 利用减压阀阀心的自动调节作用 使节流阀前后压差 p pm p2基本保持不变 减压阀上端油腔b通过孔道a和节流阀后的油腔相通 压力为p2 肩部腔c和下端油腔d 通过孔道f和e与节流阀前的油腔相通 压力为pm 负载F增大 p2增大 作用在减压阀阀心上端的液压力增大 阀心下移 减压阀开口加大 压降减小 pm增大 节流阀前后压差pm p2保持不变 反之亦然 注意 1 调速阀中的定差减压阀在反向流动时不起作用 只能单向使用 2 进出油口压力差小于一定值 调速阀不起作用 p1 p3 0 4 0 5MPa 3 可与单向阀并联组成单向调速阀 调速阀在液压系统中的应用和节流阀相仿 适用于执行元件负载变化大而运动速度要求稳定的系统 也可用在容积节流调速回路 三 分流阀和集流阀 自动将输入工作液体的流量等分或按一定比例分为两部分后再输出的流量控制阀 分流阀 自动将两部分液体等量或按一定比例输入后再合流输出的流量控制阀 集流阀 等量分流阀工作原理 流量Q 压力p的工作液体由进液口输入 分别通过阻尼孔Rl和R2 经I腔和 腔分别从圆柱阀口R3和R4输出 进入执行元件M1和M2 Rl和R2结构和几何尺寸相同 液阻相等 R3与R4结构一样 当开口量相等时 液阻相等 腔中压力为p2的液体经轴向孔作用于阀心左端面 I腔中压力为p1的液体作用于阀心右端面 两端弹簧的结构参数 刚度K和预压缩量相同 且K值很小 液压执行元件M1和M2载荷相等 p3 p4 p1 p2 阀心在弹簧作用下 处于中间位置 阀口R3和R4的开口量相等 Q1 Q2 M1和M2同步运动 如果M2增大 p4上升p2 p4下降 Q2p1 阀心右移 阀口R4增加 R3减小 p2下降 p1上升 阀心左移 直到新的平衡位置停止不动 Ql Q2 等量分流阀工作原理 在输入流量和压力一定的条件下 可以随执行元件的载荷变化而自动等分流量采用分流阀控制同步回路优点 结构简单 安装使用方便 成本低廉等 适于与变量泵配合使用 分流阀缺点 具有固定的分流误差 在工作过程中无法进行调整 分流阀多用于矿山机械及工程机械行走部的同步回路 第三节方向控制阀 作用 用来控制液压系统中工作液体的流向和通断用途 1 控制一条管路内工作液体的流动 使其通过 关断和阻止反向流通 2 联接多条管路时选择液流的方向 3 控制执行元件的起动 停止以及前进 后退等 按用途分单向阀和换向阀两类 截止阀可列入换向阀类 二 单向阀 只允许工作液体单一方向流动 分普通单向阀和液控单向阀 普通单向阀只允许液流一个方向流动 反向被截止 要求正向液流通过时压力损失小 反向截止时密封性能好 职能符号 工作原理左端进油 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 若右端进油 压力油与弹簧同向作用 将阀芯紧压阀座孔上 阀口关闭 油液被截止不能通过 正向开启压力只需 0 03 0 05 MPa 反向截止时为线密封 且密封力随压力增高而增大 密封性能良好 开启后进出口压力差 压力损失 为 0 2 0 3 MPa 普通单向阀应用 安装在泵出口 防止压力冲击影响泵正常工作 防止泵不工作时系统油液倒流经泵回油箱 用来分隔油路以防止高低压干扰 与其他阀组成单向节流阀 单向减压阀 单向顺序阀等 使油液一个方向流经单向阀 另一个方向流经节流阀等 安装在执行元件回油路上 使回油具有背压 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 2 液控单向阀 1 活塞2 顶杆3 阀心 普通液控单向阀组成 单向阀和控制活塞 当控制口K处无压力油流入时 工作机制和普通单向阀一样 压力油只能从通口P1流向通口P2 不能反向倒流 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 根据控制活塞上腔的泄油方式不同分内泄式和外泄式 二 换向阀利用阀心相对于阀体的相对运动 使油路接通 关断 或变换油流的方向 从而使液压执行元件启动 停止或变换运动方向 对换向阀主要要求 油液流经阀时的压力损失小 互不相通的油口间的泄漏小 换向平稳 迅速且可靠 换向阀分类 根据阀心相对于阀体的运动方式 分转阀式换向阀和滑阀式换向阀 转阀式换向阀 转阀 靠转动阀心 改变阀心与阀体的相对位置来改变油液流动的方向 滑阀式换向阀 滑阀 靠直线移动阀心 改变阀心在阀体内的相对位置来改变油流的方向 换向阀分类按阀体连通的主油路数分 两通 三通 四通 按阀芯在阀体内的工作位置分 两位 三位 四位 按操作阀芯运动的方式分 手动 机动 电磁动 液动 电液动 按阀芯定位方式分 钢球定位式 弹簧复位式 以滑阀式换向阀为例讲解工作原理 1 滑阀式换向阀结构阀体和滑动阀心是滑阀式换向阀的结构主体 常见结构型式 例三位五通阀阀体上有P A B Tl T2五个通口 阀心有左 中 右三个工作位置 阀心处在图示中间位置时 五个通口都关闭 阀心移向左端 T2关闭 P和B相通 A和T1相通 阀心移向右端 Tl关闭 P和A相通 B和T2相通 具有使五个通口都关闭的工作状态 可使控制的执行元件在任意位置上停止运动 换向符号含义 1 方框表示阀的工作位置 有几个方框就表示几 位 2 方框内的箭头表示该位置上的油路处于工作状态 4 一个方框上 下边与外部连接的接口数有几个 表示几 通 5 阀与系统供油路连接的油口用P表示 与系统回油路连接的回油口用T表示 与执行元件连接的工作油口用A B表示 3 方框内 表示此通路被阀心封闭 不通 2 滑阀操纵方式 3 换向阀结构 1 手动 机动 换向阀 阀芯运动藉助于机械外力实现 手动换向阀又分手动和脚踏两种 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 特点 工作可靠 根据阀芯的定位方式分弹簧钢球定位式和弹簧自动复位式 2 电磁换向阀 阀芯运动藉助于电磁力和弹簧力共同作用 电磁铁不得电 阀芯在右端弹簧作用下 处于左端位置 右位 油口P与A通 B不通 电磁铁得电产生电磁吸力 通过推杆推动阀芯右移 阀左位工作 油口P与B通 A不通 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 3 液动换向阀利用液压系统中控制油路的压力油来推动阀心移动实现油路的换向 4 电液换向阀 电液换向阀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 主阀 电磁换向阀改变液动阀控制油路的方向 先导阀 4 换向阀中位机能分析三位换向阀的阀心在中间位置时 各通口间有不同的连通方式 可满足不同的使用要求 这种连通方式称为换向阀的中位机能 不同的中位机能是通过改变阀心的形状和尺寸得到的 在分析和选择换向阀的中位机能时 考虑 1 系统保压当P口被封闭 系统保压 液压泵用于多缸系统 当P口不太通畅地与T口接通时 如X型 系统保持一定的压力供控制油路使用 2 系统卸荷P口通畅地与T口接通时 系统卸荷3 换向平稳性和精度当液压缸的A B两口都封闭时 换向过程易产生液压冲击 换向不平稳 但换向精度高 反之 A B两口都通T口时 换向过程中工作部件不易制动 换向精度低 但液压冲击小 4 启动平稳性阀在中位时 液压缸某腔如通油箱 则启动时该腔内因无油液起缓冲作用 启动不太平稳 5 液压缸 浮动 和在任意位置上的停止阀在中位 当A B两口互通时 卧式液压缸呈 浮动 状态 可利用其他机构移动工作台 调整其位置 当A B两口封闭或与P口连接 在非差动情况下 可使液压缸在任意位置处停止 5 多路换向阀 自阅 集成化结构的手动控制复合式换向阀 通常由多个换向阀及单向阀 溢流阀 补油阀等组成 其换向阀的个数由多路集成控制的执行机构数目而定 溢流阀 补油阀 单向阀可根据要求装设 多路换向阀以功能多项 结构集成和操作方便 在矿山机械 冶金机械 工程机械等行走装置中得到广泛应用 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 同一通径的电磁阀 机能不同 可靠换向的压力流量范围不同 一般用工作极限曲线表示 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 一般不超过1MPa 内泄漏量 滑阀式换向阀为环形间隙密封 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 交流电磁铁的换向时间约为0 03 0 15s 直流电磁铁的换向时间约为0 1 0 3s 换行频率为60 240次 min 换向阀性能 第六章辅助元件 完整的液压系统除包括液压泵 液压马达 油缸及液压控制阀等主要元件以外 还包括许多辅助元件 如密封装置 油管及管接头 蓄能器 过滤器 油箱 热交换器等 液压辅件的合理设计和选用在很大程度上影响液压系统的效率 噪声 温升 工作可靠性等技术性能 第一节蓄能器 蓄能器功用液压系统中储存油液压力能的装置 1 作辅助动力源或紧急动力源在工作循环不同阶段需要的流量变化很大时 常采用蓄能器和一个流量较小的泵组成油源 另外当驱动泵的原动机发生故障时 蓄能器可作紧急动力源 2 保压和补充泄漏需要较长时间保压而泵卸载时 可利用蓄能器释放储存的压力油 补充系统泄漏 保持系统压力 3 吸收冲击和消除压力脉动在压力冲击处和泵的出口安装蓄能器可吸收压力冲击峰值和压力脉动 提高系统工作的平稳性 蓄能器分类按产生液体压力的方式分弹簧式 重锤式和充气式 常用充气式 利用气体的压缩和膨胀储存 释放压力能 气体和油液隔开 充气式蓄能器按隔离方式不同 分活塞式和皮囊式 气囊式蓄能器 皮囊3固定在壳体 高强度无缝钢管 2上半部 气体从气门1充入 皮囊外部为压力油 蓄能器部有一受弹簧力作用的提升阀 作用是防止油液全部排出后皮囊膨胀到容器外 皮囊充气压力一般相当于油液最低工作压力的60 70 蓄能器安装皮囊式蓄能器垂直安装 油口向下 以保证皮囊的正常收缩 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 安装在管路上的蓄能器必须用支架固定 吸收冲击和脉动的蓄能器应尽可能安装在振源附近 第二节滤油器 一 滤油器作用和过滤精度 作用 使系统中油液保持清洁 防止混入杂质使液压元件中的相对滑动部分磨损加剧 使阀芯卡死 堵塞节流小孔 加速密封材料磨损 缩短液压系统和元件使用寿命 过滤器分类表面型 网式过滤器 滤去d 0 08 0 18mm颗粒 压力损失 0 01MPa 线隙式过滤器 滤去d 0 03 0 1mm颗粒 压力损失约0 07 0 35MPa 深度型 纸芯式过滤器 滤去d 0 05 0 03mm颗粒 压力损失约0 08 0 4MPa 烧结式过滤器 滤去d 0 01 0 1mm颗粒 压力损失约0 03 0 2MPa 磁性过滤器 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 不同液压系统要求过滤器的过滤精度不同 有足够通油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 有一定的机械强度 不因液压力而破坏 考虑一些特殊要求 如抗腐蚀 磁性 不停机更换滤芯等 清洗更换方便 过滤器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 安装在系统的支路上当泵的流量较大时 为避免选用过大的过滤器 在支路上安装小规格的过滤器 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 安装过滤器注意 过滤器只能单向使用 第三节油箱 油箱功用储存系统所需的足够油液 散发油液中的热量 逸出溶解在油液中的空气 沉淀油液中的污物 对中小型液压系统 泵装置及一些液压元件还安装在油箱顶板上 油箱结构总体式结构利用设备机体空腔作油箱 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 通常用钢板焊接而成 油箱容积V确定通常取液压泵每分钟流量q的3 8倍估算 低压系统V 2 4 q 中压系统V 5 7 q 高压系统V 6 12 q 1 吸油管和回油管距离尽可能远 吸油侧和回油侧用隔板隔开 以增加油箱内油液的循环距离 有利于油液冷却和气泡逸出 并使杂质多沉淀在回油侧 不易重新进入系统 隔板高度不低于油面到箱底高度的3 4 2 吸油管离油箱底部的距离不小于管径的2倍 距箱边不小于管径的3倍 以便油液流动畅通 吸油管入口处应安装网式粗滤油器 3 回油管管口浸入最低油面以下 以避免回油时将空气带入 回油管口距油箱底部距离不小于管径的3倍 回油管切成45 斜口 以增大排油面积 回油口应面向最近箱壁 4 为避免脏物进入油箱 油箱应有箱盖 加油器应有滤油网 油箱应有通气孔 使油面通大气压 5 为便于清洗和放油 油箱底面应有适当坡度 并有放油塞 油箱侧面应有油面高度指示器 油标 设计油箱时应注意问题 第四节管件 1 管道分类 硬管和软管 硬管 连接无相对运动的液压元件 无缝钢管 焊接钢管 铜管 尼龙管和硬塑料管等 低压 1 6MPa 系统可使用焊接钢管 高压系统多采用无缝钢管 特点 钢管价格便宜 承受压力高 装配时不能任意弯曲 铜管适用范围广 紫铜承受压力低 6 5 10MPa 黄铜管承受压力较高 达25MPa 管件包括管道和管接头 管件选用原则 保证管中油液作层流流动 管路尽量短 以减小损失 根据工作压力 安装位置确定管材与连接结构 与泵 阀等连接的管件由其接口尺寸决定管径 软管 连接有相对运动的液压元件 低压软管是中间夹有几层编织棉线或麻线的橡胶管 高压软管是中间夹有几层钢丝编织层的橡胶管 常用高压软管的编织层多为1 2层 一层可承受6 20MPa压力 口径越小耐压越高 二层钢丝软管耐压达60MPa 三到四层钢丝超高压软管 管道尺寸计算管道内径d和壁厚 用式计算 并圆整为标准数值 即 式中q 管内的最大流量 v 允许流速 推荐值为 吸油管取0 5 1 5m s 回油管取1 5 2m s 压力油管取2 5 5m s 压力高时取大值 控制油管取2 3m s 橡胶软管应小于4m s p 管内的工作压力 n 安全系数 对于钢管 p 7MPa时 取n 8 7MPa17 5MPa时 取n 4 b 管材的抗拉强度 由材料手册查出 管道安装要求1 管道应尽量短 最好横平竖直 转弯少 为避免管道皱褶 减少压力损失 管道装配时的弯曲半径要足够大 表7 3 管道悬伸较长时要适当设置管夹 也是标准件 2 管道尽量避免交叉 平行管间距要大于100mm 以防接触振动并便于安装管接头 3 软管直线安装时要有30 左右的余量 以适应油温变化 受拉和振动的需要 弯曲半径要大于9倍软管外径 弯曲处到管接头的距离至少等于6倍外径 2 管接头 分类 硬管管接头和软管管接头 管接头是管道和管道 管道和其他元件 如泵 阀 集成块等 之间的可拆卸连接件 管接头与其他元件之间可采用普通细牙螺纹连接或锥螺纹连接 中压系统 2 扩口式管接头 装配接头时 先将油管端部扩口 拧紧螺母 扩口部分被锲紧而实现密封 用于铜管和薄壁钢管 低于5MPa液压系统 软管接头 1 螺纹连接高压软管接头 2 快速插销连接软管接头 接头间的密封利用芯子1上的O形圈2与接头套中的圆柱面配合实现 为防接头脱开 用U形卡3把芯子和接头套连接 接头密封性好 拆装方便 第五节热交换器 系统能量损失转换为热量 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 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 安装加热器 将油液温度升高到适合的温度 油在水管1外部流过 隔板2用来增加循环路线长度 提高热交换效果 冷却器 要求有足够的散热面积 散热效率高 压力损失小 根据冷却介质不同有风冷式 水冷式和冷媒式三种 加热器 热水或蒸气加热和用电加热两种方式 第六节密封装置 密封作用 防止液体泄漏 内泄和外泄 或杂质 灰尘 水等 从外部侵入液压系统 保证系统建立必要压力 密封装置基本要求 1 在工作压力下具有良好的密封性能 并随着压力的增大能自动提高密封性能 2 密封装置对运动零件的摩擦阻力要小 摩擦系数要稳定 以免出现运动零件卡住或运动不均匀等现象 3 耐磨性好 工作寿命长 4 制造简单 便于安装和维修 1 动密封允许密封处有相对运动 如活塞上的密封等 2 静密封密封处无相对运动 如缸盖 泵盖和管道法兰等的接合面 根据密封部分的运动状况 密封装置有静密封 密封部分固定不动 和动密封 密封部分运动 之分 间隙密封 非接触密封 利用相对运动零件配合表面间的微小间隙起密封作用 滑阀的阀芯与阀体之间 柱塞与柱塞孔之间采用间隙密封 按照密封工作原理不同 分非接触式密封装置和接触式密封装置两类 间隙密封零件 如柱塞或活塞 的配合表面上常开几条等距离的均压槽 减小作用于柱塞上的液压卡紧力 提高柱塞与缸孔的同心度 保持密封间隙均匀 提高密封性能 常用密封 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 2 接触式密封在需要密封的两个零件配合表面间 加入弹性元件来实现的密封 接触式密封效果好 且能在较大的压力和温度范围内可靠工作 接触式密封所用弹性元件 最常见O形密封圈和各种唇形密封圈以及活塞环等 此外还有液压支架 液压缸中使用的蕾形和鼓形密封圈 1 O形密封圈 圆形断面耐油橡胶环 结构简单 体积小 密封性和自封性好 阻力小 制造使用方便 O形密封圈安装好后 H d0 图b 在密封表面与密封槽作用下压缩 图c 油液压力较低 O形圈弹性变形力使O形圈与密封表面及槽底形成密封 油液压力较高 O形圈被挤向一侧 迫使O型圈更贴紧密封面 图d 工作原理 压力超过一定限度 O形圈变形过大挤入间隙c 图e 压力大于10MPa 动密封 或压力大于32MPa 静密封 时要加挡圈 单向受压 在非受压侧加一挡圈 图f 双向受压 在两侧各加一挡圈 图g 2 Y形密封圈 Y形密封圈有一对与密封面接触的唇边 且唇口向着压力高的一边 以使唇边张开增强密封性 油液压力较低 唇边在安装时的预压缩起密封作用 油压较高 油压作用在唇边紧贴在密封面上 起到增强密封作用 且压力越高贴得越紧 Y形密封圈一般由丁腈橡胶制成 适用于p 20MPa 温度 30 80 条件下工作 密封性能可靠 摩擦力小 宜用于往复运动速度较高的场合 压力波动较大 运动速度较快时 防止密封圈产生翻转和扭曲 用支撑环固定 在Y形圈基础上制出Yx形密封圈 内外两个唇边长度不等 用于密封的唇边较短 不会被挤入密封间隙而损坏 不会翻转 不需加支撑环 Yx形圈正逐步取代Y形圈 3 V形密封圈因密封圈断面呈V形而得名 由多层涂胶织物制成 并由支撑环1 密封圈2和压圈3组成 使用时 成组装配 密封圈不得少于3个 工作压力越高 密封圈个数越多 安装时开口侧应朝向高压侧 用螺纹压盖压紧 V形密封圈密封性能好 耐高压且工作可靠 可在压力50MPa以上使用 但安装空间较大 摩擦力较大 1 支撑环 2 密封圈 3 压圈 4 鼓形密封圈为液压支架研制的橡胶密封圈 大量应用在我国自行设计液压支架的液压缸密封上 截面呈鼓形 芯部为橡胶1 外层为夹布橡胶2 用于介质为乳化液 工作压力为20MPa 60MPa的液压缸活塞的往复运动密封 当压力超过25MPa时 应在两侧加由聚甲醛制成的L形活塞导向环 1 橡胶 2 夹布橡胶 5 蕾形密封圈蕾形密封圈也是为液压支架液压缸研制的密封件 适用于液压支架的液压缸缸口与活塞杆的密封 由橡胶1和夹布橡胶2两部分压制而成 使用工作压力与鼓形密封圈相同 当压力超过25MPa时 应加聚甲醛挡圈 1 橡胶 2 夹布橡胶 6 组合式密封装置O形密封圈与截面为矩形的聚四氟乙烯塑料滑环组成组合密封装置 滑环2紧贴密封面 O形密封圈1为滑环提供弹性预压力 密封间隙靠滑环 而不是O形圈 摩擦阻力小且稳定 用于40MPa高压 往复运动密封时 速度达15m s 往复摆动与螺旋运动密封时 速度达5m s 矩形滑环组合密封缺点是抗侧倾能力稍差 在高低压交变场合下工作时易泄漏 滑环2和O形密封圈1组成轴用组合密封 滑环2与被密封件3之间为线密封 工作原理类似唇边密封 滑环采用经特别处理的合成材料 具有极高的耐磨性 低摩擦和保形性 工作压力可达80MPa 1 O形密封圈 2 滑环 3 被密封件 1 O形密封圈 2 滑环 3 被密封件 密封带 适用于各种液体 气体管路的螺纹接头处的密封 特点 操作简便 密封效果好 安装拆卸方便 聚四氟乙烯制作 具有良好的耐油性和耐化学性 100 250 范围内使用 密封胶 在干燥固化前具有流动性 可容易地充满两结合面之间的缝隙 密封效果较好 按密封原理和化学成分分为液态密封胶和厌氧密封胶 前者在紧固力下密封 后者固化胶结两密封面 第七章液压基本回路 基本回路指为了实现某种特定功能而把一些液压元件按一定方式组合起来的通路结构 第一节主回路主回路指由液压泵和执行元件组成的回路 是液压系统的主体 液压系统按照液流在主回路的循环方式 主回路的形成和对主回路的调速方法进行分类 一 按工作液体的循环方式分类1 开式系统液压泵 液压缸开式系统开式系统特点 液压泵从油箱吸油 液压缸 或液压马达 的回油直接回油箱 执行元件 液压缸 的开停和换向由换向阀控制 优点 系统简单 油液散热条件好 缺点 所需油箱容积较大 油液与空气长期接触 空气和杂质容易混入 l 过滤器 2 液压泵 3 电动机 4 溢流阀 5 换向阀 6 液压缸 2 闭式系统 闭式系统特点 系统结构复杂 油液散热条件差 油箱体积小 系统较紧凑 系统的封闭性能好 工作液体不易污染 延长液压元件和油液的使用寿命 泵1 马达2组成主回路 补偿泄漏造成的容积损失 设置辅助泵 负责向主泵补油 油温上升 设置液动换向阀5 热交换阀或梭形阀 使马达回油中的小部分液体经低压溢流阀6 背压阀 和冷却器7流回油箱 系统减少的油液由辅助泵3进行补充 溢流阀8是限制系统最高压力的高压安全阀 与辅助泵并联的低压溢流阀4调定压力略高于背压阀6 以保证热交换正常进行 二 按系统的回路组合方式分类1 独立式系统液压泵仅驱动一个执行元件 2 并联系统液压泵排出的压力油同时进入两个以上的执行元件 回油共同流回油箱 执行元件可单独操作也可同时操作 当同时操作几个执行元件时 各执行元件中的油液压力相等 满载时 各执行元件中的压力都等于液压泵的调定压力 没有满载时 系统压力由外载荷最小的执行元件决定 液体首先进入外载荷最小的执行元件 并联系统中各执行元件的流量之和等于液压泵输出的流量 各执行元件间的流量分配随负载的变化而异 任一执行元件负载的变化都会引起流量的重新分配 导致各执行元件的速度不稳定 串联系统中流过各执行元件的流量等于泵的流量 可用小流量的液压泵供液 且执行元件的流量不受负载影响 速度也较平稳 适用于速度要求稳定的设备 3 串联系统液压泵排出的压力油进入第一个执行元件 回油作为下一个执行元件的进油 直到最后一个执行元件 系统中的执行元件可单独操作也可同时操作 按功能对液压基本回路进行分类 用来调节执行元件运动速度的回路 调速回路 用来控制系统或某支路压力的回路 压力控制回路 用来控制执行元件运动方向的回路 方向控制回路 用来控制多个液压缸运动的回路 多缸运动回路 第二节调速回路 液压缸速度v q A液压马达转速n q VM调节执行元件工作速度 改变输入执行元件的流量或由执行元件输出的流量 或改变执行元件的几何参数 对于定量泵供油系统 可以用流量控制阀来调速 节流调速回路 按流量控制阀安放位置不同分 进油节流调速回路回油节流调速回路旁路节流调速回路对于变量泵 马达 系统 可以改变液压泵 马达 的排量来调速 容积调速回路 变量泵 定量马达闭式调速回路变量泵 变量马达闭式调速回路调节泵的排量和流量控制阀来调速 容积节流调速回路 限压式变量泵和调速阀的调速回路差压式变量泵和节流阀的调速回路 分析节流调速回路的速度负载特性 功率特性分析时忽略油液压缩性 泄漏 管道压力损失和执行元件的机械摩擦等 设节流口为薄壁小孔 节流口压力流量方程中m 1 2 2 回油节流调速回路 F v 流量连续性方程活塞受力平衡方程节流阀压力流量方程速度负载特性方程 qp q1 qppA1 p2A2 Fq2 CATp21 2 CAT ppA1 A2 F A2 1 2V q2 A2 CAT ppA1 A2 F A2 1 2 A2 进 回油节流调速回路不同之处 回油节流调速回路回油腔有一定背压 液压缸能承受负值负载 且运动速度比较平稳 进油节流调速回路容易实现压力控制 工作部件运动碰到挡铁后 液压缸进油腔压力上升至溢流阀调定压力 压力继电器发出信号 可控制下一步动作 回油节流调速回路中 油液经节流阀发热后回油箱冷却 对系统泄漏影响小 F v F v 在组成元件相同条件下 进油节流调速回路在同样的低速时节流阀不易堵塞 回油节流调速回路回油腔压力较高 特别是负载接近零时 压力更高 对回油管的安全 密封及寿命均有影响 为提高回路综合性能 一般采用进油节流调速回路 并在回油路上加背压阀 F v F v 3 旁路节流调速回路 F v 溢流阀关闭 起安全阀作用 速度负载特性方程V q1 A1 qt kl F A1 CAT F A1 1 2 A1 v F v 速度受负载变化影响大 在小负载或低速时 曲线陡 回路的速度刚性差 在不同节流阀通流面积下 回路有不同的最大承载能力 AT越大 Fmax越小 回路的调速范围受到限制 只有节流功率损失 无溢流功率损失 回路效率较高 v 在节流阀调速回路中 当负载变化时 因节流阀前后压力差变化 通过节流阀的流量均变化 回路的速度负载特性比较差 用调速阀代替节流阀 回路的负载特性提高 调速阀可以装在回路的进油 回油或旁路上 负载变化引起调速阀前后压差变化时 由于定差减压阀的作用 通过调速阀的流量基本稳定 改善节流调速负载特性的回路 4 容积调速回路 容积调速回路通过改变液压泵和液压马达的排量来调节执行元件的速度 没有节流损失和溢流损失 回路效率高 系统温升小 适用于高速 大功率调速系统 根据采用的液压泵和液压马达或液压缸不同 容积式调速回路有变量泵 定量马达 液压缸 调速回路定量泵 变量马达调速回路变量泵 变量马达调速回路 4 1变量泵 定量马达闭式调速回路安全阀4防止回路过载 辅助泵1补充主泵和马达的泄漏 改善主泵的吸油条件 置换部分发热油液以降低系统温升 泵的转速np和马达排量VM视为常数 改变泵的排量Vp可使马达转速nM和输出功率PM随之成比例变化 马达输出转矩TM和回路工作压力 p取决于负载转矩 不因调速而发生变化 恒转矩调速回路 1 不计容积损失 液压缸活塞速度v和液压马达转速nM 液压泵转速 活塞有效面积和马达排量不变 液压缸和液压马达的速度与液压泵排量V成正比 液压缸 马达 最大速度仅取决于变量泵最大排量 最小速度取决于变量泵的最小排量和马达的低速稳定性能 变量泵 定量马达容积调速回路的马达调速范围 nMmax nMmin 较大 达40左右 2 当变量泵最高工作压力 安全阀确定 为ps时 液压缸能产生的最大推力和液压马达能产生的最大转矩分别为 不论液压缸 马达 速度如何 最大推力或最大转矩不变 恒推力和恒转矩调速 3 在不计容积损失 压力损失情况下 执行元件最大输出功率 负载一定 工作压力为常数 执行元件的输出功率只随液压泵流量 即排量 改变 且呈线性关系 4 2 定量泵 变量马达调速回路定量泵1的流量q不变 液压马达2的排量可以改变 安全阀3限定系统的最高工作压力 2 液压马达转矩与排量成正比 对马达最小排量限制 转矩过小带不动负载 马达最高转速限制 调速范围较小 3 4 3 液压泵流量q不变 液压泵最高压力不变 安全阀调定 液压泵输出功率 不变 若不计系统效率 功率等于马达输出功率且与马达转速 排量 无关 马达在整个转速范围内输出的最大功率是定值 恒功率调速 4 要改变马达转向 不允许马达变量机构经过零位 当VM 0时 从理论上讲马达转速将会无限增加 而马达转矩等于零 换向阀实现马达换向 4 3 变量泵 变量马达调速回路双向变量泵可以改变流量大小和改变供油反向 实现马达的调速和换向 液压泵和液压马达的排量都可以改变 回路调速范围扩大 可达100左右 马达输出转速由低向高调节时 分两阶段 第一阶段在低速段改变泵的排量来调速首先将马达排量调到最大值 使马达具有较大起动力矩然后增大