液压传动基础知识PPT课件

1 液压基础知识 谷纲 2 绪论 本章是学习液压传动的启蒙章节 主要阐述了本课的一些重要概念 基本参数 并介绍了液压系统的基本组成 基本要求和方法 通过液压千斤顶简化模型的分析深入理解液压传动的工作原理 重点掌握压力 流量和功率三个主要参数和关于压力 流量的两个重要概念 通过液压千斤顶和磨床工作台液压传动实例的学习 掌握液压系统的组成及各部分的功用 重点内容 液压传动的工作原理 液压系统的组成及各部分的功用 3 传动的种类 对于一部机器 其工作机构一般很难与原动机直接相连 中间必须有传动机构 以达到对动力和运动传递的目的 4 一 液压传动的定义 传动 传递运动和动力的方式常见传动 机械 电气 流体传动流体传动 气体 液体传动液体传动 液力 液压传动液压传动 是在密闭的回路中 利用液体作为工作介质进行能量转换 传递 分配的一种传动形式 5 液压传动框图 6 二 液压传动的发展概 现状与发展 1795年英国人布拉玛制成了世界上第一台手动水压机 至今已有二百多年历史了 上世纪30年代 由于工艺制造水平提高 开始生产液压元件 并首先应用于机床 然而 液压传动的真正推广使用只是最近三 四十年的事 十九世纪末 德国制成了液压龙门刨床 美国制成了液压六角车床和磨床 二战 兵器上采用了功率大 反应快 动作准的液压传动和控制装置 如应用在舰艇上的炮塔转位器 二战期间大大促进了液压技术的发展 战后 液压技术迅速转向民用 并不断制定和完善各种标准 实现了各类元件的标准化 规格化 系列化 例如 国外今日生产的95 的工程机械 95 以上的自动线 90 的数控加工中心都采用了液压传动 因此采用液压传动的程度现在已成为衡量一个国家工业水平的重要标准之一 目前 流体传动技术正在向着高压 高速 高效率 大流量 大功率 微型化 低噪声 低能耗 经久耐用 高度集成化方向发展 向着用计算机控制的机电一体化方向发展 7 三 液压传动原理 1 液压千斤顶的简化2 液压千斤顶的组成 8 液压千斤顶组成 9 3 液压千斤顶的工作原理 动画演示 10 三 液压传动原理 4 特点 1 用具有一定压力的液体来传动 2 传动过程中必须经过两次能量转换 3 传动必须在密封容器内进行 而且容积要发生变化 5 两个最重要的概念 1 压力决定于外负载 2 运动速度决定于流量 11 四 液压系统组成 1 机床工作台液压传动系统组成 12 2 组成部分 动力装置 液压泵 将原动机输入的机械能转换为液体的压力能 作为系统供油能源装置 执行装置 液压缸 或马达 将流体压力能转换为机械能 而对负载作功 控制装置 各种液压控制阀 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 辅助装置 油箱 油管 滤油器 压力表 冷却器 分水滤水器 油雾器 消声器 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 工作介质 液压油或压缩空气 作为传递运动和动力的载体 13 3 工作原理 油路 图示 左位 右位换向 换向阀调速 节流阀调压 溢流阀 14 4 液压系统图的图形符号 结构或半结构式图形 表示结构原理直观性强 易理解 但结构复杂 回顾动画 15 4 液压系统图的图形符号 图形符号 它不再表示元件的具体结构 是一种比较抽象地 只表示元件职能的符号 用它来表示系统中各元件的作用及整个系统的工作原理十分简明扼要 GB T768 1 93给出了我国液压图形符号的有关规定 回顾动画 16 五 液压传动的特点 优点 力大无穷缺点 泄漏严重 污染地面不宜保证严格的传动比对温度变化敏感难于检查故障 17 练习题 1 和 是液压传动中最重要的参数 A 压力和流量B 压力和负载C 压力和速度D 流量和速度2 在液压系统的组成中液压缸是 A 动力元件B 执行元件C 控制元件D 传动元件可以在运行过程中实现大范围的无级调速的传动方式是 A 机械传动B 电气传动C 气压传动D 液压传动在液压传动中 液压缸的 决定于流量 A 压力B 负载C 速度D 排量 18 本次内容回顾 1 液压传动是以密封容积中的液体来传递力和运动的 在传递力时 利用了帕斯卡原理 而在传递运动时 则利用了密封容积中主动件 液压泵 挤出的液体体积和从动件 执行元件 接收的液体体积相等的原理 质量守恒定律 2 液压传动中 液体的压力和流量是最主要的参数 负载决定压力 流量则决定执行元件的运动速度 压力和机械传动中的力相当 而流量和机械传动中的速度相当 压力和流量的乘积则为液压传递的功率 19 第二章液压传动基础知识 2 1液压传动工作介质 2 2液体静力学 2 3液体动力学 20 2 1液压传动工作介质 统计表明 液压系统发生的故障有90 是由于使用管理不善所致 液压油过滤与处理是液压系统使用管理中的重点项目之一 不仅是减少系统故障的重要途径 也是提高使用管理水平的一个标志 在液压系统中 液压油液是传递动力和信号的工作介质 同时 它还起着润滑 冷却和防锈的作用 液压系统能否可靠 有效地工作 在很大程度上取决于系统中所用的液压油液 如油液污染 堵塞阀口 21 一 液压传动工作介质的性质 1 液体的密度密度 单位体积液体的质量 m vkg m3密度随着温度或压力的变化而变化 但变化不大 通常忽略 22 2 液体的粘性液体在外力作用下流动时 由于液体分子间的内聚力和液体分子与壁面间的附着力 导致液体分子间相对运动而产生的内摩擦力 这种特性称为粘性 内摩擦力表达式F Adu dy 液体静止时 du dy 0 静止液体不呈现粘性 23 粘度 衡量粘性大小的物理量动力粘度 运动粘度 相对粘度0E 24 运动粘度 运动粘度 动力粘度与液体密度之比值 m2 S 单位 SI制m2 S 25 运动粘度单位说明 单位中只有长度和时间量纲类似运动学量 称运动粘度 常用于液压油牌号标注液压油牌号标注 老牌号 20号液压油 指这种油在50 C时的平均运动粘度为20cst 新牌号 L HL32号液压油 指这种油在40 C时的平均运动粘度为32cst 26 相对粘度0E 不易直接测量 只用于理论计算 常用相对粘度相对粘度又称条件粘度 是在某一条件下测得的 这些相对粘度测试方法很简单 方便 但精度不太高 关系式工程上 相对粘度 或v换算 27 3 其它性质 1 粘度和压力的关系 P F 随p 而 压力较小时忽略 32Mpa以上才考虑2 粘度和温度的关系 温度 内聚力 粘度随温度变化的关系叫粘温特性 粘度随温度的变化较小 即粘温特性较好 28 二 对液压油的要求 1 液压油的任务工作介质 传递运动和动力润滑剂 润滑运动部件2 对液压油的要求1 具有适当的粘度与良好的粘温特性 粘度是液压油的重要性能指标 直接影响系统运动部件的润滑 油泵的吸入特性 缝隙漏泄 压力损失以及系统发热等 在使用范围内 油液粘度随温度的变化愈小愈好 粘度指数一般不要低于90 2 除具有良好的润滑性外 还要有足够的油膜强度 运动副在高速高压下 避免产生干摩擦 3 对人体无害 对环境污染小 成本低 价格便宜 29 三 液压油的选择和使用 目前最广泛使用的传递介质是石油型液压油 要根据系统中采用的元件结构形式 主要是液压泵 运动速度 使用温度和压力等因素来选用油液的品种和品牌 1 正确选择工作液体类型2 正确选择工作液体粘度3 使用注意事项1 油箱中的油面应保持一定高度 正常工作时油箱的温升不应超过液压油所允许的范围 一般不得超过65 2 为防止系统中进入空气 要做到 所有回油管都在油箱液面以下 管口切成斜断面 油泵吸油管应严格密封 油泵吸油高度应尽可能小些 以减少油泵吸油阻力 可能情况下 应在系统最高点设置放气阀 定期检查油液质量和油面高度 以便及时更换和添加 30 液压油种类 普通润滑油 代用润滑油 没有或很少加入专门添加剂 粘温特性和化学稳定性差 要求不高的系统 机械油 汽轮机油 变压器油及柴油机油 专用液压油 加入改善性能的添加剂 精密机床液压油 液压导轨油 低凝液压油 航空液压油 抗燃液压油 乳化液压油 水包油型YRA 合成液压液 水乙二醇 乙二醇50 工作温度 60 适用于要求防火的液压系统 但对普通油漆有软化和剥落作用 精密机床液压油 加有抗氧 抗磨损 抗泡沫 防锈及提高粘度指数高 专用于精密机床 还有其他场合 抗磨YB 适应液压向高压 高速而研制 除加有抗氧化剂 防锈和抗泡沫剂以外 还添加了抗磨剂 可减少液压件相对接触面的磨损 延长使用寿命 如煤矿行业 适用于 15 以下的高压和高速液压系统 环境温度变化较大的室外作业液压系统 如建筑机械 起重运输机械和工程机械等 也可采用 最低达 35 32 46 46D 6810号航空 经过特殊加工的石油基液压油 加有提高粘度指数和加强润滑的添加剂 粘温特性和润滑性好 凝点低 无腐蚀 适用要求高和温度低的液压系统 31 四 污染及其控制 1 污染物的种类和特性物质类型 固体 气体 液体 化学制品 微生物能量形式 辐射 静电 腐蚀 磁性 热能2 危害系统工作性能下降 动作失调严重经济损失3 污染原因 32 4 污染的控制1 对元件和系统进行清洗 2 防止污染物从外界侵入 3 采用合适的过滤器 4 控制液压油液的温度 5 定期检查和更换液压油液 5 空气的危害1 产生噪声 振动及爬行 噪声和振动影响系统的性能和寿命 造成环境污染 构成危害 爬行则严重影响液压系统的运行平稳性 低速液压马达发生爬行就无法工作 爬行使液压阀失灵 也使液压缸受到冲击 2 产生气蚀 引起液压元件磨损 寿命降低 3 液压油与空气中的氧发生氧化作用 33 练习题 1 我国生产的机械油和液压油采用40 时的 做为其标号 A 动力粘度Pa sB 恩氏粘度 EC 运动粘度mm2 sD 塞氏粘度SSU2 普通液压油 YA类组号 属于 A 石油型液压油B 乳化型液牙油C 合成型液压油3 运动速度 时宜采用粘度较低的液压油减少摩擦损失 工作压力 时宜采用粘度较高的液压油以减少泄露 A 高低B 高高C 低高D 低低 34 2 2液体静力学 研究内容 研究液体处于静止状态的力学规律和这些规律的实际应用 静止液体 指液体内部质点之间没有相对运动 至于液体整体完全可以象刚体一样做各种运动 35 一 液体的静压力及特性 1 液体的静压力定义 液体单位面积上所受的法向力 物理学中称压强 液压传动中习惯称压力 2 液体静压力特性 1 垂直并指向于承压表面 液体在静止状态下不呈现粘性 内部不存在切向剪应力而只有法向应力 2 各向压力相等 有一向压力不等 液体就会流动 各向压力必须相等 36 二 液体静力学基本方程 1 计算静止液体内任意点A处的压力p p0 gh2 重力作用下静止液体压力分布特征 1 静止液体中任一点处的压力由两部分液面压力p0组成液体自重所形成的压力 gh 2 静止液体内压力沿液深呈线性规律分布 3 离液面深度相同处各点的压力均相等 压力相等的点组成的面叫等压面 37 三 压力的表示方法及单位 1 测压两基准绝对压力 以绝对零压为基准所测相对压力 以大气压力为基准所测2 关系绝对压力 大气压力 相对压力或相对压力 表压 绝对压力 大气压力注 液压传动系统中所测压力均为相对压力即表压力真空度 大气压力 绝对压力 38 四 帕斯卡原理 在密闭容器内 液体表面的压力可等值传递到液体内部所有各点 根据帕斯卡原理 p F A结论 液压系统的工作压力取决于负载 并且随着负载的变化而变化 39 五 液体对固体壁面的作用力 作用在平面上的总作用力 P p A如 液压缸 若设活塞直径为D 则P p A p D2 4作用在曲面上的总作用力 Fx p Ax结论 曲面在某一方向上所受的作用力 等于液体压力与曲面在该方向的垂直投影面积之乘积 40 2 3液体动力学 一 基本概念1 理想液体 定常流理想液体 既无粘性又不可压缩的液体 定常流动 流动液体中任一点的p u和 都不随时间而变化流动 2 流量和平均流速流量 单位时间内流过某通流截面液体体积q 平均流速 通流截面上各点均匀分布假想流速 41 二 连续性方程 质量守恒定律连续性原理 理想液体在管道中恒定流动时 根据质量守恒定律 液体在管道内既不能增多 也不能减少 因此单位时间内流入液体的质量应恒等于流出液体的质量 连续性方程 v1A1 v2A2或q vA 常数结论 液体在管道中流动时 流过各个断面的流量是相等的 因而流速和过流断面成反比 42 三 伯努利方程 能量守恒定律1 能量守恒定律 理想液体在管道中稳定流动时 根据能量守恒定律 同一管道内任一截面上的总能量应该相等 或 外力对物体所做的功应该等于该物体机械能的变化量 2 伯努利方程 理想液体 p1 gZ1 v12 2 p2 gZ2 v22 2或p g Z v2 2g C c为常数 3 方程的物理意义 在密闭管道内作恒定流动的理想液体具有三种形式的能量 即压力能 位能和动能 在流动过程中 三种能量之间可以互相转化 但各个过流断面上三种能量之和恒为定值 43 练习 一 判断题1 工作机构的运动速度决定于一定时间内 进入液压缸油液容积的多少和液压缸推力的大小 2 液体在不等横截面的管中流 液体流速和液体压力与横截面积的大小成反比 二 选择题1 用来测量液压系统中液体压力的压力表所指示的压力为 绝对压力相对压力真空度 2 通过管内不同截面的液流速度与其横截面积的大小成 正比反比无关 3 当管道水平放置时 通过管内的某一截面的液体流速与液体压力成 正比反比无关 44 第三章液压动力元件 3 1液压泵概述 3 2齿轮泵 3 3叶片泵 3 4柱塞泵 3 5液压泵的选用 45 3 1液压泵概述 一 液压泵的作用二 液压泵工作原理三 主要性能参数四 液压泵的类型 46 一 液压泵的作用 液压泵是液压系统的动力元件 其作用是把原动机输入的机械能转换为液压能 向系统提供一定压力和流量的液流 47 二 液压泵工作原理 液压泵工作原理 容积式泵 泵是靠密封容积的变化来实现吸油和压油的 其排油量的大小取决于密封腔的容积变化值基本特点 具有一个或若干个周期性变化的密封容积具有配流装置油箱内液体的绝对压力必须恒等于或大于大气压力 48 基本工作原理 吸油压油偏心向右转 柱塞右移偏心向左转 柱塞左移密封容积 产生局部真空密封容积 油液被迫压出 49 基本工作条件 必要条件 1 形成密封容积 2 密封容积变化 根本原因 3 配流装置 吸 压油口隔开 4 油箱和大气通 外因 50 三 主要性能参数 压力 工作压力p额定压力pn工作压力p 额定压力pn排量和流量 排量V 液压泵轴转一周 由其密封容腔几何尺寸变化计算而得的排出液体的体积 单位 m3 r 或 mL r 理论流量qt 单位时间内理论上可排出的液体体积 等于排量和转速的乘积V 液压泵的排量 m3 r n 主轴转速 r s qt 液压泵理论排量 m3 s 实际流量q额定流量qn 51 四 液压泵的类型 液压泵类型 结构形式 齿轮泵 叶片泵 柱塞泵和螺杆泵等泵的输出流量能否调节 定量泵和变量泵泵的额定压力的高低 低压泵 中压泵和高压泵 52 2 2齿轮泵 齿轮泵的工作原理齿轮泵的结构齿轮泵的特点 53 一 齿轮泵的工作原理 定量泵 外啮合齿轮泵和内啮合齿轮泵 齿轮泵没有单独的配流装置 齿轮的啮合线起配流作用 54 工作原理1 相互啮合的轮齿逐渐脱开 密封容积 形成局部真空 在大气压力作用下 吸油2 随着齿轮旋转 油液带到左侧的压油腔 轮齿逐渐啮合 使密封容积 齿槽间的油液被挤压排出泵外 压油 55 条件 1 密封容积形成 齿轮的齿槽 泵体内表面 前后泵盖围成2 密封容积变化 齿轮退出啮合 容积 吸油 齿轮进入啮合 容积 压油3 配流装置 两齿轮啮合线及泵盖 吸压油口隔开 4 油箱和大气通 56 排量和流量 排量和流量计算瞬时流量脉动 齿数愈少 脉动愈大 57 二 齿轮泵的结构 58 三 齿轮泵的特点 困油 封闭容积减小会使被困油液受挤而产生高压 并从缝隙中流出 导致油液发热 轴承等机件也受到附加的不平衡负载作用 封闭容积增大又会造成局部真空 使溶于油中的气体分离出来 产生气穴 引起噪声 振动和气蚀 消除困油的方法 通常是在两侧端盖上开卸荷槽 且偏向吸油腔 59 齿轮泵的困油现象及其消除方法 60 三 齿轮泵的特点 径向作用力不平衡 减小径向不平衡力的办法 缩小压油口 61 三 齿轮泵的特点 泄漏 1 通过齿轮啮合处的间隙 2 通过泵体内孔和齿顶圆间的径向间隙 3 通过齿轮两端面和端盖间的端面间隙结论 齿轮泵由于泄漏大和存在径向不平衡力 因而限制了压力的提高 为使齿轮泵能在高压下工作 常采取的措施为 减小径向不平衡力 提高轴与轴承的刚度 同时对泄漏量最大的端面间隙采用自动补偿装置 62 练习 泵的额定流量为100L min 额定压力为2 5MPa 当转速为1450r min时 机械效率为 m 0 9 由实验测得 当泵出口压力为零时 流量为106L min 压力为2 5MPa时 流量为100 7L min 求 1 泵的容积效率 2 如泵的转速下降到500r min 在额定压力下工作时 估算泵的流量为多少 3 上述两种转速下泵的驱动力功率 63 解 1 出口压力为零时的流量为理论流量 即106L min 所以泵的容积效率 v 100 7 106 0 95 2 转速为500r min时 泵的理论流量为 36 55L min 因压力仍是额定压力 故此时泵的流量为36 55 0 95L min 34 72L min 3 泵的驱动功率在第一种情况下为 4 91kW 第二种情况下为 1 69kW 64 3 3叶片泵 单作用式 变量泵 双作用式 定量泵 中低压工作原理双作用叶片泵的结构和特点限压式变量叶片泵 65 一 单作用式叶片泵 非平衡式 工作原理 改变定子和转子间的偏心量e 就可改变泵的排量 变量泵 转子受有不平衡的径向液压力 且径向不平衡力随泵的工作压力提高而提高 因此这种泵的工作压力不能太高排量和流量 流量脉动 理论分析表明 叶片数为奇数时脉动率较小 故一般叶片数为13或15 66 工作原理 67 二 双作用式叶片泵 平衡式 工作原理 排量和流量 无流量脉动 理论分析可知 流量脉动率在叶片数为4的整数倍 且大于8时最小 故双作用叶片泵的叶片数通常取为12 68 69 三 双作用叶片泵的结构和特点 定子内曲线 等加速等减速曲线配流盘 三角槽叶片的倾角 前倾角端面间隙 间隙自动补偿措施高压叶片泵的结构 为了提高压力 必须在结构上采取措施 使吸油区叶片压向定子的作用力减小 可以采取的措施有多种 一般采用复合叶片结构如双叶片结构和子母叶片结构等 70 配流盘 71 四 限压式变量叶片泵 限压式变量叶片泵的流量改变是利用压力的反馈作用实现的 外反馈和内反馈 外反馈限压式变量叶片泵的工作原理限压式变量叶片泵的特性曲线限压式变量叶片泵的结构 72 外反馈限压式变量叶片泵的工作原理 pBA PB p e q 当pc K e0 x0 A e 0q 0 73 74 限压式变量叶片泵的特性曲线 限定压力pB 泵在保持最大输出流量不变时 可达到的最高压力极限压力pc 外载进一步加大时泵的工作压力不再升高 这时定子和转子间的偏心量为零 泵的实际输出流量为零调整 调整螺钉1可改变原始偏心量e0 即调节泵的最大输出流量 亦即改变A点的位置 使AB线段上下平移调整螺钉4可改变弹簧预压缩量 即调节限定压力pB大小 亦即改变B点的位置 使BC线段左右平移改变弹簧刚度k 则可改变BC线段的斜率 弹簧越 软 k值越小 BC线段越陡 pc值越小 反之 弹簧越 硬 k值越大 BC线段越平坦 pc值越大 75 限压式变量叶片泵的结构 限压式变量叶片泵与双作用叶片泵的区别 定子和转子偏心安置 泵的出口压力可改变偏心距 从而调节泵的输出流量 外反馈 在限压式变量叶片泵中 压油腔一侧的叶片底部油槽和压油腔相通 吸油腔一侧的叶片底部油槽与吸油腔相通 这样 叶片的底部和顶部所受的液压力是平衡的 这就避免了双作用叶片泵在吸油区的定子内表面出现磨损严重的问题限压式变量叶片泵中叶片后倾最高调定压力一般在7MPa左右 76 限压式变量叶片泵的结构 77 3 4柱塞泵 优点 容积效率高 只需改变柱塞的工作行程就能改变泵的排量 压应力应用 高压大流量轴向柱塞泵变量轴向柱塞泵径向柱塞泵 78 一 轴向柱塞泵 斜盘式轴向柱塞泵的工作原理改变斜盘倾角 的大小 就能改变柱塞的行程长度 也就改变了泵的排量改变斜盘倾角的方向 就能改变吸 压油方向 双向变量轴向柱塞泵 斜轴式轴向柱塞泵的工作原理轴向柱塞泵的排量和流量流量脉动 当柱塞数较多并为奇数时脉动较小 故柱塞泵的柱塞数一般为奇数 常取7或9 79 斜盘式轴向柱塞泵的工作原理 80 斜轴式轴向柱塞泵的工作原理 81 二 变量轴向柱塞泵 变量轴向柱塞泵 主体 变量机构主体机构特点 滑履结构中心弹簧机构缸体端面间隙的自动补偿配流盘变量机构 改变斜盘倾角 的大小以调节泵的排量 82 SCY14 1型斜盘式轴向柱塞泵的结构 83 三 径向柱塞泵 移动定子以改变偏心距的大小 便可改变柱塞的行程 从而改变排量改变偏心距的方向 则可改变吸 压油的方向 径向柱塞泵可以做成单向或双向变量泵 84 85 3 5液压泵的选用 一 性能比较和应用二 液压泵选用原则可靠 工作情况 要求合理 能量使用实用 使用情况经济 价廉 86 练习 一 填空1 液压泵是将原动机输出的转换为的能量转换装置 它是靠的变化来实现吸油和的 所以又称为容积泵 2 齿轮泵按结构不同可分为和两类 它是用实现配流的 3 外啮合齿轮泵的密封容积由 和组成 两齿轮的把密封工作腔分成和压油腔 二 判断1 运动过程中密封容积不断变化的液压泵是变量泵 2 齿轮泵的工作压力不宜提高的主要原因是泵的转速低 3 为了防止油液被污染 常把泵的油箱密封 三 简答1 试析齿轮泵是怎样具备液压泵的基本工作条件的 2 外啮合齿轮泵有何特点 主要用在哪些场合 87 第四章液压执行元件本章主要介绍液压系统中做旋转运动或做直线往复运动的执行元件 液压马达和液压缸 本章是以后学习和分析液压基本回路和系统的重要基础 重点 1 液压马达的选用 2 单活塞杆液压缸的工作原理和结构 3 液压缸基本参数的确定 88 液压马达和液压缸是将液压系统中的压力能转换成机械能的能量转换装置 都是执行元件 液压马达驱动机构实现连续的回转运动 使系统输出一定的转矩和转速 液压缸实现直线往复运动 输出推力和速度 第一节液压马达液压马达和液压泵在原理上可逆 结构上类似 但由于用途不同 它们在结构上有一定差别 常用的液压马达有柱塞式 叶片式和齿轮式等 89 一 液压马达的类型与液压泵类似 从结构上看 常用的液压马达有柱塞式 叶片式和齿轮式等三大类 根据其排量是否可调 可分为定量马达和变量马达 根据转速高低和转矩大小 液压马达又分为高速小转矩和低速大转矩马达等 另外 有些液压马达只能作小于某一角度的摆动运动 称为摆动式液压马达 各类液压马达图形符号见下图 90 二 典型液压马达的结构和工作原理1 齿轮液压马达 91 2 叶片马达 92 第二节液压缸 液压缸是将液压系统的压力能转换成直线往复运动形式的机械能 它结构简单 工作可靠 在各种机械的液压系统中得到广泛应用 93 94 液压缸的类型 1 按结构形式分 活塞式柱塞式摆动式2 按作用方式分 单作用液压缸 活塞单向作用 由弹簧使活塞复位 柱塞单向作用 由外力使柱塞返回 双作用液压缸 活塞双作用 双柱塞双作用 95 液压缸的类型 96 97 下图 a 是工程机械采用的一种单活塞杆液压缸 下图 b 是它的图形符号 结构及工作原理 98 一 活塞式液压缸 1 双出杆液压缸 99 2 单出杆液压缸 100 2 单出杆液压缸 a 无杆腔进油 101 2 单出杆液压缸 b 有杆腔进油 102 2 单出杆液压缸 c 差动连接 103 2 单出杆液压缸 在组合机床中 常用 图 a 作工进 图 b 作快退 图 c 作快进 为使快进和工进速度相等 即 104 105 二 柱塞式液压缸 106 107 典型液压缸的结构 108 典型液压缸的结构 缸体组件 缸体 前后端盖活塞组件 活塞 活塞杆密封装置 密封环 密封圈等缓冲装置排气装置 109 一 缸体组件 110 二 活塞组件 活塞 活塞杆 111 三 密封装置 液压缸中的密封主要指活塞和缸体之间 活塞杆和端盖之间的密封 用于防止内 外泄漏 密封装置的要求 1 在一定工作压力下 具有良好的密封性能 2 相对运动表面之间的摩擦力要小 且稳定 3 要耐磨 工作寿命长 或磨损后能自动补偿 4 使用维护简单 制造容易 成本低 密封形式 间隙密封 活塞环密封 密封圈密封 112 1 间隙密封 三角形环形槽 平衡槽 113 2 活塞环密封 开口金属环 适用于高压 高速或密封性能要求较高的场合 114 3 密封圈密封 1 优点 1 结构简单 制造方便 成本低 2 能自动补偿磨损 3 密封性能可随压力加大而提高 密封可靠 4 被密封的部位 表面不直接接触 所以加工精度可以放低 5 既可用于固定件 也可用于运动件 115 3 密封圈密封 2 材料要求 密封圈的材料应具有较好的弹性 适当的机械强度 耐热耐磨性能好 摩擦系数小 与金属接触不互相粘着和腐蚀 与液压油有很好的 相容性 材料 耐油橡胶 尼龙聚氨脂 116 3 密封圈密封 3 密封圈形状 O 形 Y 形 V 形 117 四 缓冲装置 1 型式 1 间隙缓冲装置 2 可调节流缓冲装置 3 可变节流缓冲装置 2 缓冲原理 当活塞接近端盖时 增大液压缸回油阻力 使缓冲油腔内产生足够的缓冲压力 使活塞减速 从而防止活塞撞击端盖 118 五 排气装置 排气孔排气塞 119 本章小结 液压缸的类型 液压缸的差动联接及其特点 应用 液压缸的五大组成部分 液压缸的泄漏途径 液压缸的密封 液压缸的缓冲原理 120 一 判断题 1 双活塞杆液压缸由于活塞两端作用面积相等 理论上其往复速度相等 2 增压液压缸可以不用高压泵而获得比该液压系统中油泵高的压力 3 装有排气装置的液压缸 只需要打开排气装置即可排尽液压缸的空气 4 若输给轴向柱塞泵以高压油 则一般可作为液压马达 121 二 填空题 1 液压缸是用来将液体的转换为的能量转换装置 2 液压缸的种类繁多 主要有 3 单杆活塞液压缸活塞两边的作用面积不相等 如作用面积之比为2 1 若输入此液压缸两腔的流量相等 则活塞往复速度之比为 4 单杆活塞液压缸其活塞杆在工作过程中交替受和的作用 5 在液压系统中 常采用 和 以减少或防止产生冲击 6 液压缸的排气装有和 122 第五章液压控制元件 第一节概述第二节方向控制阀第三节压力控制阀第四节流量控制阀 123 本章主要介绍液压系统四大类液压元件中的控制元件 本章是以后学习和分析液压基本回路和系统的重要基础 重点 换向阀的换向原理和滑阀机能 先导式溢流阀的工作原理 减压阀和溢流阀的主要区别 难点 电液动换向阀的工作原理 先导式溢流阀的工作原理 调速阀的工作原理 124 第一节概述 一 液压控制阀的定义及共同点二 液压控制阀的分类三 对液压控制阀的要求 125 一 液压控制阀的定义及共同点 1 定义 液压系统中用来控制液流方向 压力 流量元件 或 液压系统的控制调节装置统称为阀 2 用途 控制液压系统中液体的方向 压力和流量 以满足执行元件所提出的要求 3 共同点 尽管液压阀存在各种各样不同的类型 但 1 在结构上 所有的阀都由阀体 阀芯和驱使阀心动作的元部件 如弹簧 电磁铁 组成 2 在工作原理上 所有阀的开口大小 阀进 出口间的压差以及流过阀的流量之间的关系都符合孔口流量公式 只是各种阀的控制参数不同而已 126 二 液压控制阀的分类 1 按基本功能分类方向阀 单向阀 换向阀压力控制阀 溢流阀 减压阀 顺序阀流量控制阀 节流阀 调速阀 2 按结构分类滑阀 圆柱滑阀 平板滑阀座阀 锥阀 球阀 127 二 液压控制阀的分类 3 按连接方式分类螺纹 管式 它是通过阀体上的螺纹 经管接头直接安装在管路中 板式 需专门的连接板与管路连接 插装式连接法兰 通过阀体上的螺钉与管件上的法兰接头连在一起 用于大流量液压系统 4 按操纵方式分类手动阀 手轮 踏板 杠杆机动阀 挡块及碰块 弹簧 液压 气动电动阀 电磁阀 步进电机 伺服电机 128 三 对液压控制阀的要求 1 动作灵敏 使用可靠 密封性好 寿命长 2 三化 系列 标准 通用 3 工作时冲击和振动小 损失小 内泄小 无外漏 4 简单 安装 维护 调整方便 129 第二节方向控制阀 功用 用以控制油液流动方向或液流通断 普通单向阀分类 单向阀液控单向阀换向阀 130 一 普通单向阀 1 功用 只允许油液正向流动 不许反流2 分类 直通单向阀 直角单向阀锥形3 结构 阀体 阀芯 弹簧等钢球式 131 普通单向阀结构 132 4 工作原理 液流从进油口流入时 p1p2液流从出油口流入时 p1p2 133 工作原理 134 5 普通单向阀性能参数 开启压力 Pk 0 035 0 05MPa做背压阀 Pk 0 2 0 6MPa 135 6 普通单向阀的应用 1 分隔油路 防相互干扰 2 防冲击 泵的出口处 3 背压阀 4 慢进快退 5 单向阀的锁紧回路 136 二 液控单向阀 1 功用 正向流通 反向受控流通 2 结构 普通单向阀 液控装置 137 二 液控单向阀 3 工作原理4 应用1 双向压力锁 2 锁紧油缸 3 旁通放油阀回路 4 双速回路 138 工作原理图 139 三 换向阀 作用 变换阀芯在阀体内的相对工作位置 使阀体各油口连通或断开 从而控制执行元件的换向或启停 分类 座阀式换向阀按结构形式分滑阀式换向阀转阀式换向阀 140 1 滑阀式换向阀的主体结构形式 1 结构阀体 有多级沉割槽的圆柱孔阀芯 有多段环行槽的圆柱体 141 按工作位置数分类 二位 三位 四位等按通路数分类 二通 三通 四通 五通等电磁换向阀液动换向阀电液换向阀按控制方式分类机动换向阀手动换向阀气动换向阀 2 分类 142 3 结构原理 143 4 滑阀式换向阀基本概念 位 阀芯相对于阀体的工作位置数 通 阀体对外连接的主要油口数 不包括控制油口和泄漏油口 144 5 图形符号含义 1 位 用方格表示 几位即几个方格2 通 不通 箭头首尾和堵截符号与一个方格有几个交点即为几通 3 p A B T有固定方位 p 进油口 T 回油口A B 与执行元件连接的工作油口4 弹簧 W M 画在方格两侧 二位阀 靠弹簧的一格 5 常态位置 原理图中 油路应该连接在常态位置 三位阀 中间一格 145 换向阀 滑阀 转阀 146 2 滑阀式换向阀的操纵方式 1 手动换向阀 2 机动换向阀 3 电磁换向阀 4 液动换向阀 5 电液换向阀 147 手动换向阀 特征 利用手动杠杆操纵阀心运动以控制流向 钢球定位式分类 弹簧复位式 148 机动换向阀 行程阀 特征分类 149 机动换向阀 特征 利用挡铁或凸轮使阀芯运动以控制流向分类 常为二位阀 有二位 二通 三通 四通 150 机动换向阀 机动换向阀又称行程换向阀 它依靠行程挡块推动阀芯实现转向 机动阀动作可靠 改变挡块斜面角度便可改变换向时阀芯的移动速度 因而可以调节换向过程的快慢 右图是二位三通机动换向阀 在常态位 P与A相通 当行程挡快5压下机动阀滚轮4时 P与B相通 它经常应用于机床液压系统的速度换接回路中 151 电磁换向阀 特征分类举例 152 电磁换向阀 特征 利用电磁铁推力 推动阀芯运动以控制流向分类 二通四通二位三通三位等四通五通 153 举例 三位四通电磁换向阀 组成 阀体 阀芯 弹簧 电磁铁等 154 三位四通电磁换向阀 155 二位三通电磁换向阀 组成 工作原理 图示位置 P A B 电磁铁通电 P B A 156 电磁换向 实际应用较多 是依靠电磁铁推动阀心动作 实现油液通断或改变油流方向的阀类 电磁阀操纵方便 易于实现自动化控制 安装布置灵活 是所有换向阀中最常用的 交流 使用220V电源 方便 启动力大 缺点是启动电流大 在阀心被卡住时 线圈容易被烧坏 交流电磁铁动作快 换向冲击大 换向频率不能太高 30次 min 不适于用在频繁换向的场合 直流 恒电流特性 如果阀心卡住 电流不变 不会烧坏线圈 工作可靠性好 寿命长 换向冲击小 换向频率高 120次 minb 通电时 衔铁被吸 向右移动 推动推杆右移 直到衔铁紧贴磁芯为止 157 液动换向阀 158 电液动换向阀 159 电液动换向阀 160 3 换向阀的中位机能 滑阀机能常见中位机能 161 滑阀机能 换向阀处于常态位置时 阀中各油口的连通方式 对三位阀即中间位置各油口的连通方式 所以称中位机能 162 常见中位机能 163 三位的滑阀在中位时各油口的连通方式体现了换向阀的控制机能 称之为滑阀的中位机能 164 换向阀中位机能 O型 A B P P A B T1 T2 T1 T2 T 三位五通 165 换向阀中位机能 H型 A B P P A B T1 T2 T1 T2 A B T 三位五通 166 换向阀中位机能 Y型 A B P P A B T1 T2 T1 T2 A B T 三位五通 167 换向阀中位机能 P型 A B P P A B T1 T2 T1 T2 T 三位五通 168 换向阀中位机能 K型 A B P P A B T1 T2 T1 T2 A B T 三位四通 三位五通 169 换向阀中位机能 M型 A B P P A B T1 T2 T1 T2 A B T 三位五通 170 通常在分析和选择换向阀的中位机能时 应考虑以下几个问题 保压 常态位时P口被封闭 如O Y型 液压泵保压 适用于多缸液压系统 泄荷问题 常态位时P口和O口相连 如H M型 液压泵能泄荷 启动平稳 常态位时A和B两口都不与O口相通 O M型 易实现稳定启动 换向平稳性和换向精度 常态位时A B两口封闭 O M型 换向过程中易产生液压冲击 换向平稳性差 换向精度高 171 练习解答 4 1图示液压缸 A1 30 10 4m2 A2 12 10 4m2 F 30 103N 液控单向阀用作闭锁以防止液压缸下滑 阀内控制活塞面积是其阀芯承压面积A的三倍 若摩擦力 弹簧力均忽略不计 试计算需要多大的控制压力才能开启液控单向阀 开启前液压缸中最高压力为多少 解 由图可知 液控单向阀反向流动时背压为零 控制活塞顶开单向阀阀芯最小控制压力PK 1 3P1 由缸的受力平衡方程P1A1 PKA2 F可得PK F 3A1 A2 30000 3 30 10 4 12 10 4 MPa 3 85MPaP1 3PK 11 55MPa当液控单向阀无控制压力 PK 0时 为平衡负载F 在液压缸中压力为P F A1 30000 30 10 4 MPa 10MPa计算表明 在打开液控单向阀时 液压缸中的压力将增大 172 4 3图示回路中 溢流阀的调整压力为5MPa 减压阀的调整压力为2 5MPa试分析下例各情况 并说明减压阀阀口处于什么状态 1 当泵压力等于溢流阀调定压力时 夹紧缸使工件夹紧后 A C点的压力为多少 2 当泵压力由于工作缸快进 压力降到1 5MPa时 工件原先处于夹紧状态 A C点的压力各为多少 3 夹紧缸在夹紧工件前作空载运动时 A B C三点的压力各为多少 解 1 工件夹紧时 夹紧缸压力即为减压调整压力 PA PC 2 5MPa减压阀开口很小 这时仍有一部分油通过减压阀阀芯的小开口 或三角槽 将先导阀打开而流出 减压阀阀口始终处于工作状态 2 泵的压力突然降到1 5MPa时 减压阀的进口压力小于调整压力 减压阀阀口全开而先导阀处于关闭状态 阀口不起减压作用 PA PB 1 5MPa 单向阀后的C点压力 由于原来夹紧缸处于2 5MPa 单向阀在短时间内有保压作用 故 2 5MPa以免夹紧的工件松动 3 夹紧缸作空载快速运动时 PC 0 A点的压力如不考虑油液流过单向阀造成的压力损失 PA 0 因减压阀阀口全开 若压力损失不计 则PB 0由此可见 夹紧缸空载快速运动时将影响到泵的工作压力 173 复习回顾 1 换向阀的作用是什么 2 换向阀按其操纵方式分有哪几种 答 利用阀芯和阀体的相对运动 以变换油液流动的方向 接通或关闭油路 答 换向阀按其操纵方式分有手动换向阀 机动换向阀 电磁换向阀 液动换向阀 电液动换向阀 174 第三节压力控制阀 功用 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 分类 溢流阀 减压阀 顺序阀 压力继电器结构 阀体 阀芯 弹簧 调节螺帽等 175 一 溢流阀 一 主要用途 1 稳压溢流 在定量泵的液压系统中如左图所示 常利用流量控制阀调节进入液压缸的流量 多余的压力油可经溢流阀流回油箱 这样可使泵的工作压力保持定值 2 安全保护 右图所示液压系统 在正常工作状态下 溢流阀是关闭的 只有在系统压力大于其调整压力时 溢流阀才被打开溢流 对系统起过载保护作用 二 分类 直动式 先导式 176 1 直动式溢流阀 锥阀式组成 阀体 阀芯球阀式 弹簧 调节螺钉滑阀式调压原理 调节调压螺帽改变弹簧预压缩量 便可调节溢流阀调整压力 特点 一般用于低压小流量场合 177 直动型溢流阀 P T 178 当pAFT时 阀口打开达到稳压溢流或安全保护 FT直接与pA平衡 称直动式或直动型又 p高 q大时 K较大 不但手调困难 且FT略有变化 p变化较大 一般用于低压小流量场合 工作原理 179 2 先导式溢流阀 组成 先导阀 直动式锥阀 硬弹簧 带有导向圆锥面的锥阀 二级同心式 主阀滑阀和软弹簧 带有多节导向圆锥面的锥阀 三级同心式 180 2 先导式溢流阀 组成 先导阀 主阀 181 先导型溢流阀工作原理 182 先导式溢流阀工作原理 当pAF硬T时 导阀打开 主阀两端产生压差当 pAF软T时 主阀打开 稳压溢流或安全保护 183 动画演示 184 先导式溢流阀调压原理 调压原理 调节调压螺帽 改变硬弹簧力 即改变压力 先导式溢流阀特点 溢流阀稳定工作时 主阀阀芯上部压力小于下部压力 即使下部压力较大 因有上部压力存在 弹簧可做较软 流量变化引起阀芯位置变化时 弹簧力的变化量较小 压力变化小 又 调压弹簧调好后 上部压力为常数 压力随流量变化较小 克服了直动式阀缺点还 锥阀锥孔尺寸较小 调压弹簧不必很硬 调压方便 185 溢流阀应用举例 1为定量泵系统溢流稳压动画演示和定量泵 节流阀并联 阀口常开 2为变量泵系统提供过载保护动画演示和变量泵组合 正常工作时阀口关闭 过载时打开 起安全保护作用 故又称安全阀 3实现远程调压p远程 p主调动画演示4系统卸荷和多级调压动画演示和二位二通阀组合 先导式 5形成背压 186 二 减压阀 一 主要用途当回路内有两个以上液压缸 其中之一需要较低的工作压力 同时其它的液压缸仍需高压运作时 此刻就得用减压阀提供一较系统压力为低的压力给低压缸 二 减压阀分类减压阀有直动型和先导型两种 三 减压原理利用油液在某个地方的压力损失 使出口压力低于进口压力 并保持恒定 故又称定值减压阀 187 先导式减压阀 结构 结构图 职能符号 188 先导式减压阀调压原理 调压原理 调节调压弹簧 改变硬弹簧力 即可改变出口压力 189 减压阀特点 在减压阀出口油液不再流动时 由于先导阀卸油仍未停止 减压口仍有油液流动 阀就处于工作状态 出口压力也就保持调定压力不变 190 减压阀的应用 必须指出 应用减压阀组成减压回路虽然可以方便地使某一分支回路压力降低 但油液流经减压阀将产生压力损失 这增加了功率损失并使油液发热 当分支回路的压力较主油路压力低得多 而需要的流量又较大时 为了减少功率损耗 常采用高 低压泵分别供油 以提高系统的效率 减压回路1 减压回路2 191 减压阀与溢流阀比较 溢流阀减压阀a保持进口压力不变出口压力不变 b内部回油外部回油 c阀口常闭阀口常开 d阀芯二凸肩阀芯三凸肩 e一般并联于系统一般串联于系统 192 三 顺序阀 功用 利用液压系统压力变化来控制油路的通断 从而实现多个液压元件按一定的顺序动作 直动式按结构形式分类 先导式内泄式按泄漏方式外泄式 193 直动式顺序阀结构和工作原理 工作原理当pAFt 阀口打开 AB 下一个执行元件动作 结构 194 四 压力继电器 1 功用 根据系统压力变化 自动接通或断开电路 实现程序控制或安全保护 柱塞式弹簧管式压力 位移转换器膜片式2 组成波纹管式微动开关 195 3 压力继电器工作原理 pk pT时 柱塞上升 发出信号 工作原理pk pT时 柱塞下降 断开信号 动画演示 196 第四节流量控制阀 功用 通过改变阀口过流面积来调节输出流量 从而控制执行元件的运动速度 分类 节流阀 调速阀 分流阀 197 1 节流阀 组成 阀体 阀芯 弹簧 调节手轮等 198 节流阀工作原理 工作原理 调节手轮 阀芯移动 A变化 q变化 199 节流阀 200 节流阀 201 节流阀 202 节流阀特点 特点 进口压力油通过弹簧腔径向小孔和阀体上的斜孔同时作用在阀芯的上下两端 即使在高压下 调节阀口比较方便 203 2 调速阀 组成 定差减压阀与节流阀串联而成 204 205 调速阀的工作原理 F p3 减压阀阀芯右移 x 减压作用 p2 使 p p2 p3 基本不变反之 F p3 减压阀阀心左移 x 减压作用 p2 仍使 p p2 p3基本不变 F 皆有 p c 若A c 则q c 动画演示 206 例一 若先导式溢流阀主阀芯上阻尼孔被污物堵塞 溢流阀会出现什么样的故障 如果溢流阀先导阀锥阀座上的进油小孔堵塞 又会出现什么故障 答 第一种情况油液压力与主阀弹簧力平衡 主阀弹簧很软 稍有压力即会打开 第二种情况倘若阻尼孔被堵塞 先导阀锥阀关闭 不能产生压力降 进 出油口不能接通 则溢流阀不能溢流 无论系统压力增加多少 溢流阀也不能溢流 阀一直打不开 207 例二 试比较溢流阀 减压阀 顺序阀 内控外泄式 三者之间的异同点 答 相同点 都是利用控制压力与弹簧力相平衡的原理 改变滑阀移动的开口量 通过开口量的大小来控制系统的压力 结构大体相同 只是泻油路不同 不同点 溢流阀是通过调定弹簧的压力 控制进油路的压力 保证进口压力恒定 出油口与油箱相连 泄漏形式是内泄式 常闭 进出油口相通 进油口压力为调整压力 在系统中的联结方式是并联 起限压 保压 稳压的作用 减压阀是通过调定弹簧的压力 控制出油路的压力 保证出口压力恒定 出油口与减压回路相连 泄漏形式为外泄式 常开 出口压力低于进口压力 出口压力稳定在调定值上 在系统中的联结方式为串联 起减压 稳压作用 顺序阀是通过调定弹簧的压力控制进油路的压力 而液控式顺序阀由单独油路控制压力 出油口与工作油路相接 泄漏形式为外泄式 常闭 进出油口相通 进油口压力允许继续升高 实现顺序动作时串联 作卸荷阀用时并联 不控制系统的压力 只利用系统的压力变化控制油路的通断 208 第五章液压控制元件 小结1 液压控制阀的分类2 对液压控制阀的要求3 换向阀的换向原理和滑阀机能 4 先导式溢流阀的工作原理 减压阀和溢流阀的主要区别 5 节流阀的特点和调速阀的工作原理 209 练习 一 判断题1 流量控制阀有节流阀 调速阀 溢流阀等 2 液压操纵箱是