机电控制技术第六章

第6章气动和液压控制技术 6 1气动元件6 2气动基本控制回路6 3气动元件安装 调试与故障分析6 4液压元件6 5液压基本控制回路6 6液压系统安装 调试与故障分析 本章重点与难点 高职高专规划教材 第6章气动和液压控制技术重点与难点 本章重点 1 常用气动元件和液压元件基本结构和图形符号2 气动基本控制回路结构和工作原理3 液压基本控制回路结构和工作原理本章难点 1 气动元件安装 调试与故障分析2 液压系统安装 调试与故障分析 6 1气动元件 6 1 1气源装置及辅件6 1 2气动执行元件6 1 3气动控制元件小结作业 气压传动的工作原理是利用空压机把电动机或其它原动机输出的机械能转换为空气的压力能 然后在控制元件的作用下 通过执行元件把压力能转换为直线运动或回转运动形式的机械能 从而完成各种动作 并对外做功 气压传动系统一般由气源装置及辅助元件 执行元件 控制元件和工作介质组成 6 1气动元件 气压传动的组成 6 1气动元件 6 1 1气源装置及辅件气源装置是为气动系统提供合乎质量要求的压缩空气 是气动系统的一个重要组成部分 它主要由气压发生装置 净化及贮存压缩空气的装置等附属设备气源装置的组成和布置示意图 1 空气压缩机2 后冷却器3 油水分离器4 7 贮气罐5 干燥器6 过滤器8 加热器9 四通阀 6 1气动元件 1 气源装置包括气压发生装置和气源净化装置两部分 1 气压发生装置 空气压缩机是气压发生装置 它是将原动机 电动机 提供的机械能转化为压缩空气压力能的一种装置 1 缸体2 活塞3 活塞杆4 滑块5 连杆6 吸气阀7 排气阀 6 1气动元件 2 气源净化装置 气源净化设备一般包括 后冷却器 油水分离器 贮气罐和干燥器 1 后冷却器 a 蛇管式b 列管式 a b 6 1气动元件 2 油水分离器用于分离压缩空气中所含的油分和水分 油水分离器工作原理图 6 1气动元件 3 贮气罐 是气源装置中不可缺少的组成部分 11 安全阀2 压力表3 检修盖4 排水阀 4 空气干燥器 作用 是用于进一步除去压缩空气中的水分 油和灰尘 得到干燥空气 提供的压缩空气 用于对气源质量要求较高的气动装置 气动仪表等 工业上常用的空气干燥器有 冷冻式干燥器 吸附式干燥器和高分子膜隔膜式干燥器 6 1气动元件 吸附式干燥器 1 湿空气进气管2 顶盖3 5 10 发兰4 6 再升空气排气管7 再升空气进气管8 干燥空气输出管9 排水管11 22 密封垫12 15 20 钢丝过滤网13 毛毡14 下栅板16 21 吸附剂层17 支撑板18 筒体19 上栅板 6 1气动元件 2 辅助元件包括气动 三联件 消声器 转换器及管道和管接头等 在气动技术中 将分水滤气器 减压阀和油雾器统称为气动 三联件 它们可以单独使用 也可以三件联合使用 组成气源调节装置 使之具有过滤 减压和油雾润滑的功能 在实际应用中常常组合在一起作为一个组件使用 联合使用时 其连接顺序应为分水滤气器一减压阀一油雾器 不能颠倒 安装时气源调节装置应尽量靠近气动设备附近 距离不应大于5m 1 过滤器2 减压阀3 油雾器4 压力表 1 气动 三联件 6 1气动元件 分水滤气器属于二次过滤器 其主要作用是分离水分 过滤杂质 它主要安装在气动回路 压缩空气从输入口进入后 被引入旋风叶子1 旋风叶子上有许多成一定角度的缺口 使空气沿切线方向产生强烈旋转 这样夹杂在空气中的较大水滴 油滴和灰尘便获得较大的离心力与存水杯3的内壁碰撞 从空气中分离出来沉到杯底 而微粒灰尘和雾状水汽则由滤芯2滤除 1 分水滤气器 1 旋份叶子2 滤芯3 存水杯4 挡水板5 手动排水阀 6 1气动元件 使压缩空气产生油雾主要由油雾器来完成 油雾器是以压缩空气为动力 将润滑油喷射成雾状并混合于压缩空气中 使该压缩空气具有润滑气动元件的能力 目前 气动控制系统中的控制阀 气缸和气马达主要是靠带有油雾的压缩空气来实现润滑的 其优点是方便 干净 润滑质量高 2 油雾器 普通油雾器 6 1气动元件 1 立杆2 截止阀阀芯3 弹簧4 阀座5 储油杯6 吸油管7 单向阀8 节流阀9 视油器10 油塞 普通油雾器的结构原理图 6 1气动元件 作用是排除压缩气体高速通过气动元件排到大气时产生的刺耳噪声污染 它是通过阻尼或增加排气面积来降低排气速度和功率 从而降低噪声的 气动系统中的消声器主要有吸收型 膨胀干涉型和膨胀干涉吸收型 2 消声器 膨胀干涉吸收型消声器 6 1气动元件 是将电 液 气信号相互间转换的辅件 用来控制气动系统工作 气动系统中的转换器主要有气 电 电 气和气 液等 其中气 液转换器是将气压直接转换为油压的一种气液转换元件 常作为辅助元件应用于气液回路中 3 转换器 气 液直接接触式转换器 6 1气动元件 气动系统中常用的管道是指气动装置中各种元件之间的输气管道 4 管道和管接头 作用 通过管接头把气动元件连接起来 组成一个完整的系统 管接头是连接管路与管路 元件与管路的可以拆装的连接件 分为硬管接头和软管接头两类 硬管接头有螺纹管连接 薄卡套管接头和扩口管连接 对于通径较大的气动设备 元件 管道等可采用法兰连接 6 1气动元件 6 1 2气动执行元件 气动执行元件是一种能量转换装置 它是将压缩空气的压力能转化为机械能 驱动机构实现直线往复运动 摆动 旋转运动或冲击动作的气动元件 气动执行元件分为气缸和气马达两大类 气缸用于提供直线往复运动或摆动 输出力和直线速度或摆动角位移 气马达用于提供连续回转运动 输出转矩和转速 1 气缸气缸的种类很多 一般按气缸的结构特征 功能 驱动方式或安装方法等进行分类 按结构特征 分为活塞式气缸和膜片式气缸等 按运动形式 分为直线运动气缸和摆动气缸两种 按活塞两侧端面受压状态 分单作用气缸和双作用气缸两种 6 1气动元件 普通双作用气缸的外形图 结构简图及图形符号 1 13 弹簧挡圈2 防尘圈压板3 防尘圈4 导向套5 有杆侧端盖6 活塞杆7 缸筒8 缓冲垫9 活塞10 活塞密封圈11 密封圈12 耐磨圈14 无杆侧端盖 单活塞杆双作用气缸 6 1气动元件 气动马达是一种把压缩空气的压力能转换成回转机械能的能量转换装置 其作用相当于电动机或液压马达 它输出转矩 驱动执行机构作旋转运动 2 气马达 气动马达应用实例a 阀b 升降机c 搅拌机 6 1气动元件 在气压传动中使用广泛的是叶片式 活塞式气动马达两种 此外还有涡轮式气马达 双向叶片式气动马达 1 叶片2 转子3 定子 6 1气动元件 径向活塞式气动马达 1 分配阀体2 分配阀芯3 气缸体4 活塞5 连杆6 曲轴 6 1气动元件 压缩空气直接吹在轮叶上 将压缩空气的速度和压力能转变为回转运动 涡轮式气动马达 6 1气动元件 6 1 3气动控制元件 方向控制阀是用来改变气流流动方向或通断的控制阀 它是气动系统中应用最广泛的一类阀 按气流在阀内的作用方向 方向控制阀可分为单向型控制阀和换向型控制阀两类 只允许气流沿一个方向流动的控制阀称为单向型控制阀 如单向阀 梭阀 双压阀等 可以改变气流流动方向的控制阀称为换向型控制阀 1 方向控制阀 6 1气动元件 1 单向型方向控制阀主要有单向阀 梭阀和双压阀几种 1 单向阀是指气流只能向一个方向流动而不能反向流动的阀 且压降较小 如图所示单向阀 利用弹簧力将阀芯顶在阀座上 故压缩空气要通过单向阀时必须先克服弹簧力 1 弹簧2 阀体3 阀芯 6 1气动元件 2 梭阀又称为双向控制阀 在逻辑回路中 它起到 或 门的作用 如图所示 当两个通路P1和P2均与另一通路A相通 而不允许P1与P2相通 由于阀芯像织布梭子一样来回运动 因而称之为梭阀 该阀相当于两个单向阀的组合 6 1气动元件 如图a所示 当P1进气时 将阀芯推向右边 通路P2被关闭 于是气流从P1进入通路A 反之 气流则从P2进入A 如图b所示 当P1 P2同时进气时 哪端压力高 A就与哪端相通 另一端就自动关闭 梭阀的工作原理 6 1气动元件 3 双压阀在气动逻辑回路中 它的作用相当于 与 门作用 如图所示 该阀只有当两个输入口P1 P2同时进气时 A口才能输出 当P1或P2单独输入时 如图a b所示 此时A口无输出 只有当P1 P2同时有输入时 A口才有输出 如图c所示 当P1 P2气体压力不等时 则气压低的通过A口输出 双压阀相当于两个输入元件串联 常应用在安全互锁回路中 6 1气动元件 2 换向型方向控制阀按阀的控制方式不同可分为气压控制 电磁控制 人力控制和机械控制四种类型 其图形符号示例见下表 常用控制方法的图形符号示例 6 1气动元件 按阀芯工作的位置数分 二位 阀和 三位 阀 有几个切换工作位置的阀就称为 几位 阀 阀在未加控制信号或未被操作时所处的位置成为 零位 按阀的接口数目 有输入口 输出口和排气口 也成为 通 不同分为二通阀 三通阀 四通阀和五通阀等 常用的换向阀种类有 二位二通 二位三通 二位四通 二位五通 三位三通 三位四通 三位五通和三位六通等 二位和三位换向阀的图形符号见表 6 1气动元件 1 气压控制换向阀是利用气体压力来使主阀阀芯运动 从而使气体改变流向的一种控制阀 按常用控制方式有加压控制和差压控制两种 二位三通单气控加压截止式换向阀的工作原理当K口没有控制信号时 图a 阀芯1在弹簧2与P腔气压作用下 使P A口断开 A O口接通 AO排气 当K口有控制信号时 图b P A口接通 A与O断开 A口处于进气状态 二位三通单气控加压截止式换向阀的工作原理图1 阀芯2 弹簧 6 1气动元件 2 电磁控制换向阀是利用电磁力的作用推动阀芯换向 从而改变气流方向的换向阀 按照电磁控制部分对换向阀的推动方式 可分为直动式和先导式两种 二位三通直动式单电控电磁阀当电磁线圈不通电时 图a 阀在复位弹簧的作用下处于上端位置 P A口断开 A与O相通 当通电时 图b 电磁铁1推动阀芯向下移动 P与A相通 O A口断开 直动式单电控电磁阀的工作原理图1 电磁铁2 阀芯 6 1气动元件 二位五通直动式双电控电磁阀 电磁铁1通电 电磁铁2断电时 阀芯3被推至右侧 A口有输出 B口排气 如图a所示 若电磁铁1断电 阀芯位置不变 仍为A口有输出 B口排气 即阀具有记忆功能 直到电磁铁2通电 则阀芯被推至左侧 阀被切换 此时B口有输出 A口排气 如图b所示 同样 电磁铁2断电时 阀的输出状态保持不变 使用时两电磁体不允许同时得电 直动式双电控电磁阀的工作原理图1 2 电磁铁3 阀芯 6 1气动元件 在气压传动系统中 控制压缩空气的压力以控制执行元件的输出力或控制执行元件实现顺序动作的阀 统称为压力控制阀 这类阀的共同特点是 利用作用于阀芯上的压缩空气压力和弹簧力相平衡原理来进行工作的 压力控制阀按其控制功能可分为减压阀 调压阀 压力顺序阀和溢流阀 安全阀 2 压力控制阀 1 减压阀 调压阀 气动系统的气源 一般来自压缩空气站 压缩空气站的压力通常都高于每台装置所需的工作压力 且压力波动较大 因此在系统入口处需要安装一个具有减压 稳压作用的元件 即减压阀 减压阀是将输出压力调节在比输入压力低的调定值并保持稳定不变 它按照压力调节的方式可分为直动式和先导式 按排气方式可分为溢流式 非溢流式和恒量排气式 6 1气动元件 QTY型直动式减压阀 1 调节旋钮2 3 调压弹簧4 溢流口5 膜片6 阀杆7 阻尼管8 阀座9 阀芯10 复位弹簧11 排气孔12 进气阀 6 1气动元件 2 压力顺序阀 6 1气动元件 顺序阀常与单向阀组合使用 称为单向顺序阀 6 1气动元件 溢流阀是用来防止系统内压力超过最大许用压力以保护回路或气动装置的安全 当回路 贮气罐的压力上升到设定值以上时 溢流阀把压缩空气排入大气 以保持输入压力不超过设定值 3 溢流阀 安全阀 1 调节旋钮2 调压弹簧3 阀芯 6 1气动元件 3 流量控制阀 1 节流阀是将空气的流通截面缩小以增加气体的流通阻力 而降低气体的压力和流量 压缩空气由P口进入 经过节流后 由A口流出 旋转阀芯螺杆可改变节流口的开度这样就调节了压缩空气的流量 这种节流阀的结构简单 体积小 故应用范围较广 圆柱斜切型节流阀 6 1气动元件 单向节流阀是由单向阀和节流阀组合而成 常用于控制气缸的运动速度 也称为速度控制阀 2 单向节流阀 1 调节针阀2 单向阀阀芯3 压缩弹簧4 节流口 6 1气动元件 排气节流阀通常安装在换向阀的排气口处 调节排入大气的流量 以此来调节执行机构的运动速度 它常带有消声器件以降低排气噪声 3 排气节流阀 1 节流口2 消声套 6 1气动元件 简称快排阀 是为使气缸快速排气 加快气缸运动速度而设置的 一般安装在换向阀和气缸之间 4 快速排气阀 6 2基本气动控制回路 1 方向控制回路 图a所示为由二位三通电磁阀控制的换向回路 通电时 活塞杆伸出 断电时 在弹簧力作用下活塞杆缩回 图6 30b所示为由三位五通电磁阀控制的换向回路 该阀具有自动对中功能 可使气缸停在任意位置 但定位精度不高 定位时间不长 1 单作用气缸换向回路 6 2基本气动控制回路 如图所示是一种采用二位五通双气控换向阀的换向回路 2 双作用气缸换向回路 6 2基本气动控制回路 3 差动控制回路 与非差动联接回路相比 该回路在输入同等流量的条件下 其活塞的运动速度可提高 但活塞杆上的输出力要减少 当操作手拉阀处于左位时 气缸有杆腔进气 无杆腔余气经手拉阀排气口排空 活塞杆缩回 1 手拉阀2 差动缸 6 2基本气动控制回路 一次压力控制回路指用溢流阀将空气压缩机的输出压力控制在0 8MPa左右 这种回路主要用于使贮气罐送出的气体不超过规定压力 2 压力控制回路 压力控制回路是使回路中的压力保持在一定范围内或使回路得到高 低不同压力的回路 1 一次压力控制回路 1 溢流阀2 电接点压力表 6 2基本气动控制回路 二次压力控制回路指把经一次调压后的压力p1再经减压阀减压稳压后所得到的输出压力p2 称为二次压力 作为气动控制系统的工作气压使用 2 二次压力控制回路 1 空气过滤器2 减压阀3 油雾器 6 2基本气动控制回路 高低压选择回路由多个减压阀控制 实现多个压力同时输出 用于系统同时需要高低压力的场合 如图a所示 该回路只要分别调节两个减压阀 就能得到所需的高压和低压输出 高低压切换回路利用换向阀和减压阀实高低压切换输出 用于系统分别需要高低压力的场合 如图b所示 当换向阀有控制信号K时 换向阀换向处于上位 输出高压 当无控制信号K时 换向阀处于图示位置 输出低压 3 高低压选择回路 a b 6 2基本气动控制回路 双向调速回路采用二只单向节流阀串联联接 分别实现进气节流和排气节流 控制气缸活塞杆伸出和缩回的运动速度 如图所示 3 速度控制回路 速度控制回路主要是指通过对流量阀的调节 达到对执行元件运动速度的控制 1 单作用气缸的速度控制回路 分双向调速回路和慢进快退调速回路两种形式 单作用缸双向调速回路1 换向阀2 单向节流阀3 单作用缸 6 2基本气动控制回路 当有控制信号K时 换向阀换向 其输出经节流阀 快排阀进入单作用缸的无杆腔 使活塞杆慢速伸出 伸出速度的大小取决于节流阀的开口量 当无控制信号K时 换向阀复位 无杆腔的余气经快排阀排入大气 活塞杆在弹簧作用下缩回 快排阀至换向阀联接管内的余气经节流阀 换向阀的排气口排空 这种回路适用于要求执行元件慢速进给 快速返回的场合 尤其适用于执行元件的结构尺寸较大 联接管路细长的回路 慢进快退调速回路 1 换向阀2 节流阀3 快排阀4 单作用缸 6 2基本气动控制回路 如图a所示为采用单向节流阀的调速回路 如图b是在换向阀的排气口上安装排气节流阀的调速回路 两种调速回路的调速效果基本相同 都是属于排气节流调速 从成本上考虑 后者经济一些 2 双作用气缸的速度控制回路 双作用气缸的速度控制回路也分双向调速回路和慢进快退调速回路两种形式 6 2基本气动控制回路 如图所示的调速回路 当控制活塞杆伸出时 采用排气节流控制 活塞杆慢速伸出 活塞杆缩回时 无杆腔余气经快排阀排空 活塞杆快速退回 6 2基本气动控制回路 如图所示是采用气 液转换器的调速回路 它能得到平稳的运动速度 当电磁阀处于左位时 压缩空气进入气 液缸的无杆腔 推动活塞右移 有杆腔内的液压油液经机控换向阀进入气 液转换器的下端 活塞杆快速伸出 当活塞杆伸出过程中 其上挡块压下机控换向阀时 有杆腔油液只能通过节流阀到气 液转换器 从而使活塞杆伸出速度减慢 而当电磁阀处于右位时 压缩空气进入气 液转换器的上端 油液受压后从下端经单向阀进入气 液缸的有杆腔 活塞杆缩回 无杆腔的余气经换向阀的排气口排空 3 气 液联动的调速回路 1 气 液缸2 机控换向阀3 单向节流阀4 气 液转换器5 换向阀 6 3气动元件安装 调试与故障分析 6 3 1气动元件安装 调试6 3 2气动元件的故障分析小结作业 6 3气动元件安装 调试与故障分析 6 3 1气动元件安装 调试 固定式气缸安装在机体上固定不动 有脚座式和法兰式 轴销式气缸的缸体围绕固定轴可作一定角度的摆动 有U形钩式和耳轴式 回转式气缸缸体固定在机床主轴上 可随机床主轴作高速旋转运动 嵌入式气缸气缸缸筒直接制作在夹具体内 安装气缸时要注意 根据现场的需要选择不同的气缸安装方式 安装前应在1 5倍工作压力下进行试验 不应漏气 装配时所有密封件的相对运动工作表面应涂上润滑脂 安装时要注意动作方向 活塞杆不允许承受偏心负载或横向负载 不要将行程用满 以免活塞和缸盖频繁撞击 1 气动执行元件的安装 主要包括气缸的安装和气马达的安装 1 气缸的安装 6 3气动元件安装 调试与故障分析 减压阀 调压阀 的安装 调试应注意以下几点 1 为了方便操作 减压阀一般都是垂直安装 且阀体箭头指向连接管路 不能装错方向 同时 安装前要将阀做好清洁工作 2 减压阀不用时应旋松旋钮 以免阀内膜片因长期受力变形以致损坏 3 由于减压阀的压力设定值与执行元件额工作压力有关 所以在调节减压阀的压力时 一定要保证减压回路中执行元件能正常安全地工作 减压阀压力调好后 要锁紧减压阀上的锁紧螺母 2 气动控制元件的安装 调试 主要包括减压阀 调压阀 流量控制阀和方向控制阀等的安装 调试内容 1 减压阀 调压阀 6 3气动元件安装 调试与故障分析 流量控制阀的安装 调试应注意以下几点 1 流量阀应尽量安装在气缸附近 以减少气体压缩对速度的影响 2 气缸和活塞间的润滑要好 注意气缸内表面的加工质量 3 气缸的负载要稳定 如负载变化大 可采用气 液联动进行调速 4 管道上不能有漏气现象 5 调节流量阀时 要根据该阀铭牌上标注的调节大小方向来调节 流量可以从大往小调节或从小往大调节 直到调节到需要值为止 并锁紧其锁紧螺母 2 流量控制阀 方向控制阀选择安装方式 尽量选择板式连接 特别对集中控制系统 优点更为突出 3 方向控制阀 6 3气动元件安装 调试与故障分析 安装分水滤气器时一定要垂直安装 并将放水阀朝下 壳体上箭头所示方向为气流方向 不可装反 分水滤气器可单独使用 但大多数情况下与减压阀 油雾器组合使用 当组合使用时 其安装次序为从进气方向先是分水滤气器 其次是减压阀 最后是油雾器 安装位置应在气动设备的近处 3 气动辅助元件的安装 调试 包括分水滤气器 油雾器 消声器 气 液转换器 气动管道和管接头等的安装和调试内容 1 分水滤气器的安装方法 2 油雾器的安装油雾器一般应配置在分水滤气器和减压阀之后 使进入油雾器的空气有一定的质量要求 油雾器应垂直安装 且其上箭头方向为空气流动方向 输入 输出口不能装反 安装视油器时不要把螺钉拧得太紧 以免把视油器压坏 用手的力量拧紧壳体螺母 无需用工具 油杯中的油位需保持在工作油位 6 3气动元件安装 调试与故障分析 5 气动管道和管接头的安装安装前要检查管道内壁是否光滑 并进行除锈和清洗 管道支架要牢固 工作时不得产生振动 装紧各处接头 管道不允许漏气 管道焊接 应符合规定的标准条件 安装软管时 其长度应有一定余量 管道安装的倾斜度 弯曲半径 间距和坡向均要符合有关规定 3 消声器的安装消声器一般安装在气压传动系统的排气口 尤其是在换向阀的排气口装设消声器可降低排气噪声 4 气 液转换器的安装气 液转换器需垂直安装 并注意油面最低高度 同时必须排除气缸进出油腔一端的空气 装配管路 接头需排除赃物 并要注意密封 尤其是有孔端不能进入空气 管路安装后可用压缩空气试验是否漏气 6 3气动元件安装 调试与故障分析 6 3 2气动元件的故障分析 1 气缸的常见故障 产生原因与排除方法 6 3气动元件安装 调试与故障分析 2 叶片式气马达的常见故障 产生原因与排除方法 6 3气动元件安装 调试与故障分析 3 活塞式气马达的常见故障 产生原因与排除方法 6 3气动元件安装 调试与故障分析 4 减压阀 又称调压阀 的常见故障 产生原因与排除方法 6 3气动元件安装 调试与故障分析 5 安全阀 又称溢流阀 的常见故障 产生原因与排除方法 6 3气动元件安装 调试与故障分析 6 方向控制阀的常见故障 产生原因与排除方法 6 3气动元件安装 调试与故障分析 7 分水滤气器的常见故障 产生原因与排除方法 6 3气动元件安装 调试与故障分析 8 油雾器的常见故障 产生原因与排除方法 6 3气动元件安装 调试与故障分析 9 气 液转换器的常见故障 产生原因与排除方法 6 4液压元件 6 4 1动力元件6 4 2执行元件6 4 3控制元件6 4 4辅助元件小结作业 6 4液压元件 液压传动与气压传动的基本工作原理是相似的 不同的是 它是利用有压力的油液作为传递动力的工作介质 将机械能转换成油液的压力能 再通过执行元件把压力能转换为直线运动或回转运动形式的机械能 从而完成各种动作并对外做功 一个完整的液压系统一般由动力元件 执行元件 控制调节元件 辅助元件和工作介质五个主要部分组成 6 4 1动力元件 液压系统是以液压泵作为向系统提供一定的流量和压力的动力元件 是系统不可缺少的核心元件 液压泵由电动机带动将液压油从油箱吸上来并以一定的压力输送出去 使执行元件推动负载作功 即将电动机输出的机械能转换为工作液体的压力能 是一种能量转换装置 6 4液压元件 液压泵都是依靠密封容积变化的原理来进行工作的 故一般称为容积式液压泵 图所示为单柱塞液压泵 1 液压泵的工作原理及分类 液压泵正常工作必备的条件是 具有密封容积 密封容积能交替变化 应有配流装置 保证密封容积在吸油过程中与油箱相通 同时关闭供油通路 压油时与供油管路相通而与油箱切断 1 偏心轮2 柱塞3 缸体4 弹簧5 单向阀6 单向阀 6 4液压元件 液压泵的分类方式按压力的大小分为低压泵 中压泵和高压泵 按流量是否可调节分为定量泵和变量泵 按泵的结构分为齿轮泵 叶片泵和柱塞泵 其中齿轮泵和叶片泵多用于中 低压系统 柱塞泵多用于高压系统 按泵输出油液方向能否改变可分为单向泵 双向泵 液压泵的图形符号见表 6 4液压元件 液压泵的压力参数主要指工作压力和额定压力 液压泵是指实际工作时的输出压力 其大小取决于外负载的大小和排油管路上的压力损失 额定压力是指液压泵在正常工作条件下 允许到达的最高压力 在超过额定压力时 泵的泄漏会迅速增加 2 液压泵的性能参数包括压力 排量和流量 功率和效率等 1 压力 2 排量和流量 排量是指泵主轴每转一周所排出液体体积的理论值 如泵排量固定 则为定量泵 排量可变则为变量泵 排量用V来表示 6 4液压元件 液压泵是由电动机驱动 输入量为转矩和转速 角速度 输出的是液体的压力P和流量 液压马达则刚好相反 输入量为液体的压力和流量 输出量为为转矩和转速 角速度 如果不考虑液压泵 或液压马达 在能量转换过程中的损失 则输出功率等于输入功率 也就是它们的理论功率是Pt Pqt PVn Tt 2 Ttn式中 Tt 液压泵 或液压马达 的理论转矩 液压泵 或液压马达 的角速度实际上 液压泵和液压马达在能量转换过程中是有损失的 因此输出功率小于输入功率 两者的差值即为功率损失 功率损失可以分为容积损失 泄漏造成的流量损失 和机械损失 摩擦造成的转矩损失 两部分 通常容积损失用容积效率 V来表示 机械损失用机械效率 m来表示 液压泵的总效率为 V m 3 功率和效率 6 4液压元件 1 外啮合齿轮泵它由装在壳体内的一对齿轮所组成齿轮两侧有端盖罩住 壳体 端盖和齿轮的各个齿间槽组成了许多密封工作腔 轮齿啮合线又将左 右两密封腔隔开而形成吸 压油腔 3 常用液压泵的工作原理和应用 1 齿轮泵 6 4液压元件 它分为渐开线齿轮泵和摆线齿轮泵两种 对于渐开线内啮合齿轮泵 图a所示 小齿轮是主动轮 小齿轮和内齿轮之间装有一月牙形隔板将吸油腔和压油腔隔开 当传动轴带动小齿轮按图示方向转动时 内齿轮同向转动 图中上半部轮齿脱开啮合 密封容积逐渐增大 是吸油腔 下半部轮齿进入啮合 使其密封容积逐渐减小 是压油腔 对于摆线齿形的内啮合齿轮泵 图b所示 由于小齿轮 又称内转子 和内齿轮 又称外转子 只差一个齿 故不需设置隔板 2 内啮合齿轮泵 6 4液压元件 叶片泵有单作用式 变量泵 和双作用式 定量泵 两大类 2 叶片泵 1 单作用叶片泵 单作用叶片泵由转子1 定子2 叶片3和端盖等组成 定子具有圆柱形内表面 定子和转子间有偏心距e 叶片装在转子槽中 并可在槽内滑动 当转子回转时 由于离心力的作用 使叶片紧靠在定子内壁 这样在定子 转子 叶片和两侧配油盘间就形成若干个密封的工作空间 当转子按图示的方向回转时 在图的右部 叶片逐渐伸出 叶片间的工作空间逐渐增大 从吸油口吸油 这是吸油腔 在图的左部 叶片被定子内壁逐渐压进槽内 工作空间逐渐缩小 将油液从压油口压出 这是压油腔 在吸油腔和压油腔之间 有一段封油区 把吸油腔和压油腔隔开 这种叶片泵在转子每转一周 每个工作空间完成一次吸油和压油 因此称为单作用叶片泵 转子不停地旋转 泵就不断地吸油和排油 6 4液压元件 单作用式叶片泵的工作原理图1 转子2 定子3 叶片 对于单作用叶片泵 只要改变转子与定子的偏心量 即可改变泵的流量 偏心越大 流量越大 如调成几乎是同心 则流量接近于零 因此单作用叶片泵大多为变量泵 它的流量可以手动调节 也可以自动调节 根据自动调节后泵的压力流量特性不同 又分为限压式 恒压式和恒流量式三类 其中以限压式应用较多 6 4液压元件 它是利用其工作压力的反馈作用实现变量的 常用的是外反馈式变量叶片泵 限压式变量泵 外反馈式变量叶片泵的工作原理图1 4 调节手柄2 转子3 定子5 限压弹簧6 反馈液压缸 6 4液压元件 双作用叶片泵 如图所示 的工作原理和单作用叶片泵相似 不同之处只在于定子内表面是由两段长半径圆弧 两段短半径圆弧和四段过渡曲线组成 且定子和转子是同心的 2 双作用叶片泵 双作用叶片泵的工作原理图1 定子2 转子3 叶片 6 4液压元件 柱塞泵是依靠柱塞在液压缸内作往复运动来实现吸油和压油 与齿轮泵和叶片泵相比 该泵能以最小的尺寸和最小的重量供给最大的动力 为一种高效率的泵 但制造成本相对较高 所以柱塞泵用于高压 大流量 大功率的场合 按柱塞排列方向不同 柱塞泵可分为轴向式和径向式两种形式 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 为了连续吸油和压油 柱塞数必须大于等于3 3 柱塞泵 6 4液压元件 1 径向柱塞泵 径向柱塞泵 6 4液压元件 轴向柱塞泵的工作原理如图所示 它主要由缸体1 配油盘2 柱塞3 斜盘4等组成 2 轴向柱塞泵 6 4液压元件 选择液压泵的原则是 根据主机工况 功率大小和系统对工作性能的要求 首先确定液压泵的类型 然后按系统所要求的压力 流量大小确定其规格型号 见下表 列出了液压系统中常用液压泵的主要性能 4 液压泵的选用 一般来说 由于各类液压泵各自突出的特点 其结构 功用和动转方式各不相同 因此应根据不同的使用场合选择合适的液压泵 一般在机床液压系统中 往往选用双作用叶片泵和限压式变量叶片泵 在筑路机械 港口机械以及小型工程机械中往往选择抗污染能力较强的齿轮泵 在负载大 功率大的场合往往选择柱塞泵 6 4液压元件 常用液压泵的性能比较 6 4液压元件 6 4 2执行元件 液压缸和液压马达是将液压能转变成机械能的能量转换装置 是液压系统的执行元件 液压缸一般用于实现直线往复运动或摆动 液压马达用于实现旋转运动 液压缸的分类 1 液压缸 按供油方向分为单作用缸和双作用缸 按结构形式分为活塞缸 柱塞缸 伸缩套筒缸 摆动液压缸 按活塞杆形式分 单活塞杆缸 双活塞杆缸 按缸的特殊用途分为串联缸 增压缸等 此类缸往往和其他缸筒和构件组合而成 所以又叫组合缸 6 4液压元件 6 4液压元件 6 4液压元件 活塞两端都有一根直径相等的活塞杆伸出的液压缸称为双活塞杆缸 它一般由缸体 缸盖 活塞 活塞杆和密封件等零件构成 根据安装方式不同可分为缸筒固定式和活塞杆固定式两种 1 活塞式液压缸 活塞式液压缸根据其使用要求不同可分为双杆式和单杆式两种 1 双活塞杆缸 缸筒固定式的双活塞杆缸 6 4液压元件 活塞只有一端带活塞杆 如图所示 活塞只有一端带活塞杆 单杆液压缸也有缸体固定和活塞杆固定两种形式 但它们的工作台移动范围都是活塞有效行程的两倍 单杆活塞缸由于活塞两端有效面积不等 因此它在两个方向上的输出推力和速度也不等 2 单活塞杆缸 单活塞杆缸 6 4液压元件 3 差动油缸 单活塞杆缸在其左右两腔都接通高压油时称为 差动连接 如图所示 差动缸 6 4液压元件 如图a所示的柱塞式液压缸 它只能实现一个方向的液压传动 反向运动要靠外力 若需要实现双向运动 则必须成对使用 如图b所示 这种液压缸中的柱塞和缸筒不接触 运动时由缸盖上的导向套来导向 因此缸筒的内壁不需精加工 它特别适用于行程较长的场合 柱塞式液压缸 2 柱塞式液压缸 6 4液压元件 主要特点是结构简单 紧凑 输出的转矩大 但密封困难 一般用于机械手 转位机构及机床回转夹具中 当它通入液压油时 它的主轴输出小于3600的摆动运动 也称摆动马达 有单叶片和双叶片两种形式 图a所示为单叶片式摆动缸 它的摆动角度较大 可达3000 3 摆动式液压缸 图b所示为双叶片式摆动缸 它的摆角较小 可达1500 a b 6 4液压元件 伸缩套筒式液压缸 4 伸缩套筒式液压缸 6 4液压元件 如图a所示为间隙密封 它是依靠相对运动表面间的微小间隙 一般为0 01 0 05mm 来防止泄漏 为了提高这种装置的密封能力 常在活塞的表面上制出几条细小的环形槽 以增大油液通过间隙时的阻力 它结构简单 摩擦阻力小 可耐高温 但泄漏大 加工要求高 磨损后无法恢复原有能力 只有在尺寸较小 压力较低 相对运动速度较高的缸筒和活塞间使用 2 液压缸的密封 缓冲和排气 1 液压缸的密封 6 4液压元件 如图b c d所示为密封圈 O形圈 Y形圈 V形圈等 密封 它利用橡胶或塑料的弹性使各种截面的环形圈贴紧在静 动配合面之间来防止泄漏 它结构简单 制造方便 磨损后有自动补偿能力 性能可靠 在缸筒和活塞之间 缸盖和活塞杆之间 活塞和活塞杆之间 缸筒和缸盖之间都能使用 密封装置 6 4液压元件 液压缸中常用的缓冲装置有节流口可调式和节流口变化式两种 2 液压缸的缓冲 如图a所示为节流口可调式 当缓冲柱塞进入配合孔之后 油腔中的油只能经节流阀1排出 由于节流阀1是可调的 因此缓冲作用也可调节 但仍不能解决速度减低后缓冲作用减弱的缺点 如图b所示为节流口变化式 在缓冲柱塞上开有三角槽 随着柱塞逐渐进入配合孔中 其节流面积越来越小 解决了在行程最后阶段缓冲作用过弱的问题 液压缸的缓冲装置 6 4液压元件 一般可在液压缸的最高处设置进出油口 使液压缸内空气由流出的油液带出 如图a所示 也可在最高处设置排气塞 如图b c所示 液压系统启动时 拧开排气塞 让液压缸空载全行程快速往复运动多次 使液压缸中的空气由排气塞排出 然后将排气塞关闭 液压缸便可开始正常工作 3 液压缸的排气 排气装置 6 4液压元件 按其结构形式分有齿轮式 叶片式和柱塞式 按其排量是否可调有定量式和变量式 根据其转速来分类 有高速液压马达和低速液压马达两类 一般认为 额定转速高于500r min的马达属于高速液压马达 额定转速低于500r min的马达属于低速液压马达 3 液压马达 叶片式液压马达 6 4液压元件 主要表现在结构上的不同 具体是 1 液压马达是依靠输入压力油来启动的 密封容腔必须有可靠的密封 2 液压马达往往要求能正 反转 因此它的配流机构应该对称 进出油口的大小相等 3 液压马达是依靠泵输出压力来进行工作的 不需要具备自吸能力 4 液压马达要实现双向转动 高低压油口要能相互变换 故采用外泄式结构 4 液压马达与液压泵差异 5 液压马达应有较大的启动转矩 为使启动转矩尽可能接近工作状态下的转矩 要求马达的转矩脉动小 内部摩擦小 齿数 叶片数 柱塞数比泵多一些 同时 马达轴向间隙补偿装置的压紧力系数也比泵小 以减小摩擦 6 4液压元件 6 4 3控制元件 根据用途和工作特点的不同 液压控制阀分为方向控制阀 压力控制阀 流量控制阀三大类 1 方向控制阀液压方向控制阀和气动方向控制阀相似 分类方法也大致相同 常用的方向控制阀有单向阀和换向阀 1 单向阀一般由阀体 阀芯和弹簧等零件构成 单向阀有普通单向阀和液控单向阀两种 6 4液压元件 1 普通单向阀 单向阀 6 4液压元件 在液压系统中 有时需要使被单向阀所闭锁的油路重新接通 为此可把单向阀做成闭锁方向能够控制的结构 这就是液控单向阀 2 液控单向阀 液控单向阀 6 4液压元件 液压换向阀的功能与气动的同类阀相似 操作方式 切换位置和职能符号也基本相同 换向阀的种类很多 按操纵方式不同分为手动 机动 液动 电液动 电磁动换向阀等 按阀芯在阀体孔内的工作位置数和换向阀所控制的油口通路数可分为二位二通 二位三通 二位四通 二位五通 三位四通 三位五通等 按阀芯运动方式可分为滑阀 转阀等 2 换向阀 手动换向阀是用人力控制方法 改变阀芯工作位置的换向阀 有二位二通 二位四通和三位四通等多种形式 1 手动换向阀 6 4液压元件 三位四通自动复位手动换向阀 6 4液压元件 如图所示为二位二通常闭式行程换向阀 阀芯的移动通过挡铁 或凸轮 推压阀杆2顶部的滚轮1 使阀杆推动阀芯3下移实现 挡铁移开时 阀芯靠其底部的弹簧4复位 2 机动换向阀 二位二通常闭式行程换向阀1 滚轮2 阀杆3 阀芯4 弹簧 6 4液压元件 如图所示为三位四通电磁换向阀的结构原理图 当右侧的电磁线圈4通电时 吸合衔铁5将阀芯2推向左位 这时进油口P和油口B接通 油口A与回油口O相通 当左侧的电磁铁通电时 右侧电磁铁断电 阀芯被推向右位 这时进油口P和油口A接通 油口B经阀体内部管路与回油口O相通 实现执行元件换向 当两侧电磁铁都不通电时 阀芯在两侧弹簧3的作用下处于中间位置 这时4个油口均不相通 1 阀体2 阀芯3 弹簧4 电磁线圈5 衔铁 3 电磁换向阀 6 4液压元件 液动换向阀是用直接压力控制方法改变阀芯工作位置的换向阀 如图所示为三位四通液动换向阀的工作原理图 4 液动换向阀 6 4液压元件 电液换向阀是用间接压力控制 又称先导控制 方法改变阀芯工作位置的换向阀 电液换向阀由电磁换向阀和液动换向阀组合而成 电磁换向阀起先导作用 称先导阀 用来控制液流的流动方向 从而改变液动换向阀 称为主阀 的阀芯位置 实现用较小的电磁铁来控制较大的液流 5 电液换向阀 如下图a b c所示为三位四通电液换向阀的结构简图 图形符号和简化符号 6 4液压元件 三位四通液动换向阀1 7 单向阀2 6 节流阀3 5 电磁铁4 电磁阀阀芯8 液动阀阀芯 6 4液压元件 常用的换向阀阀芯在阀体内作往复滑动 称为滑阀 三位换向阀的滑阀在阀体中有左 中 右三个工作位置 左 右工作位置是使执行元件获得不同的运动方向 中间位置则可利用不同形状及尺寸的阀芯结构 得到多种不同的油口连接方式 除使执行元件停止运动外 还具有其他一些功能 三位阀在中间位置时油口的连接关系称为滑阀机能 3 三位四通换向阀的中位机能 三位换向阀的中位机能见下表 6 4液压元件 6 4液压元件 压力控制阀是用于控制液压系统压力或利用压力作为信号来控制其它元件动作的液压阀 简称压力阀 压力阀按功用不同 常用的压力控制阀有溢流阀 减压阀和顺序阀等 它们的共同特点是 利用油液的液压作用力与弹簧力相平衡的原理来进行工作 通过调节阀的开口量的大小 实现控制系统压力的目的 2 压力控制阀 1 溢流阀根据结构和工作原理不同 溢流阀分为直动型溢流阀和先导型溢流阀两类 6 4液压元件 如图所示 进油口P的压力油经阀芯3上的阻尼孔a进入阀芯底部 当作用于阀芯底面的液压作用力PAFS时 弹簧被压缩 阀芯上移 打开回油口 部分油液流回油箱 限制压力继续升高 使液压泵出口处压力保持恒定值 调节弹簧力FS的大小 即可调节液压系统压力的大小 1 直动型溢流阀 6 4液压元件 a 结构图b 工作原理图直动型溢流阀1 调压螺母2 弹簧3 阀芯 6 4液压元件 如下图所示 由先导阀 和主阀 且两部分组成 先导阀实际上是一个小流量的直动型溢流阀 阀芯是锥阀 用来控制压力 主阀阀芯是滑阀 用来控制溢流流量 2 先导型溢流阀 6 4液压元件 先导型溢流阀设有远程控制口K 可以实现远程调压 与远程调压接通 或卸荷 与油箱接通 不用时封闭 先导型溢流阀压力稳定 波动小 主要用于中压液压系统中 a 结构图b 工作原理图先导型溢流阀1 调节螺母2 调压弹簧3 锥阀4 主阀弹簧5 主阀芯 6 4液压元件 减压阀是用来降低液压系统中某一分支油路的压力 使之低于液压泵的供油压力 以满足执行机构 如夹紧 定位油路 制动 离合油路 系统控制油路等 的需要 并保持基本恒定 减压阀根据结构和工作原理不同 分为直动型减压阀和先导型减压阀两类 一般用先导型减压阀 2 减压阀 先导型减压阀的工作原理如下图所示 主油路的高压油液从进油口P1进入减压阀 经节流缝隙h减压后 低压油液从出油口P2输出 经分支油路送往执行机构 减压阀能利用出油口压力的反馈作用 自动控制阀口开度 保证出口压力基本上为弹簧调定的压力 先导型减压阀与先导型溢流阀相比 其结构非常相似 调节原理也相似 但两者的阀芯形状与油口连通情况有明显的差别 且减压阀的阀口是常开型 6 4液压元件 先导型减压阀1 调节螺母2 密封圈3 弹簧4 先导阀芯5 阀座6 主阀芯7 主阀体8 阀盖 6 4液压元件 顺序阀是以压力作为控制信号 自动接通或切断某一油路的压力阀 由于它经常被用来控制执行元件动作的先后顺序 故称顺序阀 顺序阀根据结构和工作原理不同 可以分为直动型顺序阀和先导型顺序阀两类 目前直动型应用较多 3 顺序阀 顺序阀与溢流阀的主要区别 溢流阀出油口连通油箱 顺序阀的出油口通常是连接另一工作油路 因此顺序阀的进 出口处的油液都是压力油 所以顺序阀的内部要有单独设置的泄油口 6 4液压元件 直动型顺序阀 6 4液压元件 3 流量控制阀 在液压系统中 控制工作液体流量的阀称为流量控制阀 流量控制阀通过改变节流口的开口大小调节通过阀口的流量 从而改变执行元件的运动速度 常用的流量控制阀有节流阀 调速阀 分流阀等 其中节流阀是最基本的流量控制阀 1 节流阀 6 4液压元件 节流阀1 手柄2 推杆3 阀芯4 弹簧 6 4液压元件 如下图所示为调速阀的工作原理图 压力油液p1经节流减压后以压力p2进入节流阀 然后以压力p3进入液压缸左腔 推动活塞以速度v向右运动 节流阀前后的压力差 p p2 p3 减压阀阀芯1上端的油腔b经通道a与节流阀出油口相通 其油液压力为p3 其肩部油腔c和下端油腔d经通道f和e与节流阀进油口 即减压阀出油口 相通 其油液压力为p2 当作用于液压缸的负载F增大时 压力p3也增大 作用于减压阀阀芯上端的液压力也随之增大 使阀芯下移 减压阀进油口处的开口加大 压力降减小 因而使减压阀出口 节流阀进口 处压力p2增大 结果保持了节流阀前后的压力差 p p2 p3基本不变 当负载F减小时 压力p3减小 减压阀阀芯上端油腔压力减小 阀芯在油腔c和d中压力油 压力为p2 的作用下上移 使减压阀进油口处开口减小 压力降增大 因而使p2随之减小 结果仍保持节流阀前后压力差 p p2 p3基本不变 调速阀是由一个定差减压阀和一个可调节流阀串联组合而成 用定差减压阀来保证可调节流阀前后的压力差 p不受负载变化的影响 从而使通过节流阀的流量保持稳定 2 调速阀 6 4液压元件 调速阀的工作原理图1 减压阀阀芯2 节流阀阀芯3 溢流阀 调速阀适用于负载变化较大 速度平稳要求较高的液压系统 例如 各种组合机床 车床 铣床等设备的液压系统 6 4液压元件 6 4 4辅助元件 液压辅助元件是保证液压系统正常工作不可缺少的组成部分 它在液压系统中虽然只起辅助作用 但使用数量多 分布很广 如果选择或使用不当 不但会直接影响系统的工作性能和使用寿命 甚至会使系统发生故障 因此必须予以足够重视 液压辅助元件有滤油器 蓄能器 管件 密封件 油箱和热交换器等 1 过滤器过滤器又称滤油器 它能清除油液中的杂质 使油液保持清洁 以免运动零件表面磨损 划伤甚至卡死 或堵塞控制阀的节流口和管路小口 使系统不能正常工作 不同液压系统对油液的过滤精度要求不同 过滤器的过滤精度是指滤芯能够滤除的最小杂质颗粒的大小 以直径d表示可分为四个等级 粗 d 0 1mm 普通 d 0 01mm 精 d 0 005mm 特精过滤器 d 0 0001mm 常用的过滤器有网式 线隙式 烧结式 纸芯式和磁性过滤器等多种类型 6 4液压元件 网式过滤器为周围开有很大窗口的金属或塑料圆筒 外面包着一层或两层方格孔眼的铜丝网 如图所示 它没有外壳 结构简单 通油能力大 但过滤效果差 通常用在液压泵的吸油口 1 网式过滤器 网式过滤器图1 上盖2 圆筒3 钢网4 下盖 6 4液压元件 线隙式过滤器是用金属线 铜线或铝线 绕在筒形芯架外部 利用线间的缝隙过滤油液 如图所示 它由端盖1 壳体2 带孔眼的筒形芯架3和绕在芯架外的金属绕线4组成 工作时 油液从孔a进入过滤器内 经线间的间隙 芯架上的孔眼进入滤芯中再由控b流出 这种过滤器结构简单 通油能力强 过滤效果好 但不易清洗 一般用于低压系统液压泵的吸油口 2 线隙式过滤器 线隙式过滤器1 端盖2 壳体3 芯架4 金属绕线 6 4液压元件 烧结式过滤器的滤芯一般由金属粉末 颗粒状的锡青铜粉末 压制后烧结而成 通过金属粉末颗粒间的孔隙过滤油液中的杂质 滤芯可制成板状 管状 杯状 碟状等 如图所示为管状烧结式过滤器 油液从壳体2左侧A孔进入 经滤芯3过滤后 从底部B孔流出 烧结式滤油器强度高 耐高温 抗腐蚀性强 过滤效果好 可在压力较大的条件下工作 是一种使用广泛的精过滤器 3 烧结式过滤器 烧结式过滤器1 顶盖2 壳体3 滤芯 6 4液压元件 它是利用微孔过滤纸滤除油液中杂质的 纸芯1一般做成折叠形 以增大过滤面积 在纸芯内部有带孔的芯架2 用来增加强度 以免纸芯被压力油压破 油液从滤芯外部进入滤芯内部 被过滤后从孔a流出 纸芯式过滤器过滤精