液压传动技术

1、1 液压传动技术液压传动技术 2 1.液压传动液压传动 工作原理工作原理 1 1 2 2 2 A F A F A G p qAA 2211 3 1-油箱油箱;2-过滤器过滤器;3、12、 14-回油管回油管 ; 4-液压泵液压泵;5-弹弹 簧簧;6-钢球钢球;7-溢流阀溢流阀; 8-压压 力支管力支管;9-开停阀开停阀;10-压力压力 管管;11-开停手柄开停手柄;13-节流节流 阀阀;15一换向问一换向问; 16-换向换向 阀手柄阀手柄;17-活塞活塞;18-液压液压 缸缸;19-工作台工作台 机床工作台液压系机床工作台液压系 统的工作原理图统的工作原理图 4 2. 液压传动的组成和表示方法

2、液压传动的组成和表示方法 2.1 系统的组成系统的组成 液压系统主要由以下四部分组成：液压系统主要由以下四部分组成： （ 1）能源装置）能源装置把机械能转换成油液液压能的装置。最常见的形式就是液把机械能转换成油液液压能的装置。最常见的形式就是液 压泵，它给液压系统提供压力油。压泵，它给液压系统提供压力油。 （ 2）执行元件）执行元件把油液的液压能转换成机械能的元件。有作直线运动的液把油液的液压能转换成机械能的元件。有作直线运动的液 压缸，或作回转运动的液压马达。压缸，或作回转运动的液压马达。 （ 3）控制调节元件）控制调节元件对系统中油液压力、流量或油液流动方向进行控制或对系统中油液压力、流量

3、或油液流动方向进行控制或 调节的元件。例如图绪调节的元件。例如图绪2中的溢流阀、节流阀、换向阀、开停阀等。这些元件的中的溢流阀、节流阀、换向阀、开停阀等。这些元件的 不同组合形成了不同功能的液压系统。不同组合形成了不同功能的液压系统。 （ 4）辅助元件）辅助元件上述三部分以外的其他元件，例如油箱、过滤器、油管等。上述三部分以外的其他元件，例如油箱、过滤器、油管等。 它们对保证系统正常工作有重要作用。它们对保证系统正常工作有重要作用。 气压传动系统，则除了能源装置气压传动系统，则除了能源装置气源装置，执行元件一气缸、气马达，控气源装置，执行元件一气缸、气马达，控 制元件制元件气动阀，辅助元件气动

4、阀，辅助元件管道、接头、消声器外，常常还装有一些完成逻管道、接头、消声器外，常常还装有一些完成逻 辑功能的逻辑元件等。辑功能的逻辑元件等。 5 2.2 系统的图形符号表示系统的图形符号表示 1油箱；油箱；2过滤器；过滤器；3 液压泵；液压泵；4溢流阀；溢流阀；5开开 停阀；停阀；6节流阀；节流阀；7换向换向 阀；阀；8活塞；活塞；9液压缸；液压缸； 10工作台工作台 机床工作台液压系机床工作台液压系 统的图形符号图统的图形符号图 6 3. 液压传动优点液压传动优点 （1）在同等的体积下，液压装置能比电气装置产生出更多的）在同等的体积下，液压装置能比电气装置产生出更多的 动力。动力。 （2）液压

5、装置工作比较平稳。）液压装置工作比较平稳。 （3）液压装置能在大范围内实现无级调速（调速范围可达）液压装置能在大范围内实现无级调速（调速范围可达 2000），它还可以在运行的过程中进行调速。），它还可以在运行的过程中进行调速。 （4）液压传动易于自动化，它对液体压力、流量或流动方向）液压传动易于自动化，它对液体压力、流量或流动方向 易于进行调节或控制。易于进行调节或控制。 （5）液压装置易于实现过载保护。）液压装置易于实现过载保护。 （6）由于液压元件已实现了标准化、系列化和通用化，液压）由于液压元件已实现了标准化、系列化和通用化，液压 系统的设计，制造和使用都比较方便。系统的设计，制造和使用

6、都比较方便。 （7）用液压传动实现直线运动远比用机械传动简单。）用液压传动实现直线运动远比用机械传动简单。 7 液压传动的缺点液压传动的缺点 （l）液压传动在工作过程中常有较多的能量损失液压传动在工作过程中常有较多的能量损失 （摩擦损失、泄漏损失等），长距离传动时更是如（摩擦损失、泄漏损失等），长距离传动时更是如 此。此。 （2）液压传动对油温变化比较敏感，它的工作稳）液压传动对油温变化比较敏感，它的工作稳 定性很易受到温度的影响，因此它不宜在很高或很定性很易受到温度的影响，因此它不宜在很高或很 低的温度条件下工作。低的温度条件下工作。 （3）为了减少泄漏，液压元件在制造精度上的要）为了减少泄

7、漏，液压元件在制造精度上的要 求较高，因此它的造价较贵，而且对工作介质的污求较高，因此它的造价较贵，而且对工作介质的污 染比较敏感。染比较敏感。 （4）液压传动出现故障时不易找出原因。）液压传动出现故障时不易找出原因。 8 4. 液压传动的应用液压传动的应用 液压传动在各类机械行业中的应用实例液压传动在各类机械行业中的应用实例 行业名称行业名称 应用场所举例应用场所举例 工程机械工程机械 挖掘机、装载机、推土机、压路机、铲运机等挖掘机、装载机、推土机、压路机、铲运机等 起重运输机械起重运输机械 汽车吊、港口龙门吊、叉车、装卸机械、皮带运输机等汽车吊、港口龙门吊、叉车、装卸机械、皮带运输机等 矿

8、山机械矿山机械 凿岩机、开掘机、开采机、破碎机、提升机、液压支架等凿岩机、开掘机、开采机、破碎机、提升机、液压支架等 建筑机械建筑机械 打桩机、液压千斤顶、平地机等打桩机、液压千斤顶、平地机等 农业机械农业机械 联合收割机、拖拉机、农具悬挂系统等联合收割机、拖拉机、农具悬挂系统等 冶金机械冶金机械 电炉炉顶及电极升降机、轧钢机、压力机等电炉炉顶及电极升降机、轧钢机、压力机等 轻工机械轻工机械 打包机、注塑机、校直机、橡胶硫化机、造纸机等打包机、注塑机、校直机、橡胶硫化机、造纸机等 汽车工业汽车工业 自卸式汽车、平板车、高空作业车、汽车中的转向器、减自卸式汽车、平板车、高空作业车、汽车中的转向器

9、、减 振器等振器等 智能机械智能机械 折臂式小汽车装卸器、数字式体育锻炼机、模拟驾驶舱、折臂式小汽车装卸器、数字式体育锻炼机、模拟驾驶舱、 机器人等机器人等 9 不同精度的液压传动装置的应用场合不同精度的液压传动装置的应用场合 10 分类：分类： 按输出物理量分：位置、速度、力伺服系统按输出物理量分：位置、速度、力伺服系统 按信号分类：机液、电液、气液伺服系统按信号分类：机液、电液、气液伺服系统 按元件分：阀控系统、泵控系统按元件分：阀控系统、泵控系统 特点：特点： 泵承载能力大、控制精度高、响应速度快自动泵承载能力大、控制精度高、响应速度快自动 化程度高、体积小；但是，元件造价高，对油要化程

10、度高、体积小；但是，元件造价高，对油要 求高，反应灵敏度高，效率较低。求高，反应灵敏度高，效率较低。 5. 液压伺服系统液压伺服系统 11 5.1 5.1 采用电压比较的液压工作台位置控制系统采用电压比较的液压工作台位置控制系统 传感器1 被控对象 传感器2 比较元件 执行元件 放大元件 指令元件 12 1234 A B C D 4321 D C B A Title NumberRevisionSize A4 Date:9-Oct-2002 Sheet of File:D:陈奎生电路伺服电路板.ddbDrawn By: R29 50K R30 50K 给定(U1) 反馈(-U2) 比较输出(D

11、U) -15V +15V R32 20K - + 47 3 2 6 OP741 - 1 2 3 4 5 6 7 8 U? AD620AN (8) W14 100K(调50k) W14 100K 给定(U1) 反馈(U2) 比较输出(DU) -15V +15V 地 给定(U1) 反馈(U2) 比较输出(DU) - + 给定(U1) 反馈(U2) 比较输出(DU) - + Ui UP DU 13 控制系统组成： 被控对象 指令元件 比较元件 指令传感器 反馈传感器 动力元件（阀、缸） Ui E UP 指令指令 Xi 液压动力元件液压动力元件 放大元件 14 5.2 5.2 采用电压比较的电动工作台

12、位置控制系统采用电压比较的电动工作台位置控制系统 传感器1 被控对象 传感器2 比较元件 执行元件 放大元件 指令元件 15 电动力元件电动力元件 Ui E UP 指令指令 Xi 电机电机 控制系统组成： 被控对象 指令元件 比较元件 指令传感器 反馈传感器 动力元件（可控硅、 电机） 将液压动力元件（伺将液压动力元件（伺 服阀、缸）换成电动服阀、缸）换成电动 力元件（可控硅与电力元件（可控硅与电 动机）动机） 16 5.3 5.3 采用力比较的液压工作台位置控制系统采用力比较的液压工作台位置控制系统 指令传感器指令传感器K1 反馈传感器反馈传感器K2 F1 F2 F1=Xi*K1 F2=Xp

13、*K2 17 Xi 指令传感器指令传感器 反馈传反馈传 感器感器 DF F1 F1 F2 F2 XP 18 液压动力元件液压动力元件 采用力比采用力比 较方式，用弹簧较方式，用弹簧 作为位移作为位移-力传力传 感器，以阀芯作感器，以阀芯作 为力比较元件。为力比较元件。 DF 指令指令 Xi F1 F1 F2 F2 指令传感器指令传感器 反馈传反馈传 感器感器 19 5.4 5.4 采用直接位置比较的液压工作台位置控制系统采用直接位置比较的液压工作台位置控制系统 指令元件与阀芯相连指令元件与阀芯相连 受控对象与阀套相连受控对象与阀套相连 Xi=X芯芯 Xp=X套套 20 阀芯与阀套阀芯与阀套 X

14、v Xi X芯 芯 X套 套 指令与阀连指令与阀连 对象与阀套连对象与阀套连 XP 21 阀芯与阀套阀芯与阀套 采用阀芯阀采用阀芯阀 套直较方式套直较方式 Xv 指令指令 Xi X芯 芯 X套 套 指令传感器指令传感器 反馈传反馈传 感器感器 22 5.5 液压伺服控制系统的组成液压伺服控制系统的组成 液压伺服和比例控制系统由以下一些基本元件组成：液压伺服和比例控制系统由以下一些基本元件组成： 输入元件：也称指令元件，它给出输入信号输入元件：也称指令元件，它给出输入信号(指令信号指令信号)加加 于系统的输入端，是机械的、电气的、气动的等。如靠于系统的输入端，是机械的、电气的、气动的等。如靠 模

15、、指令电位器或计算机等。模、指令电位器或计算机等。 反馈测量元件：反馈测量元件： 测量系统的输出并转换为反馈信号。这测量系统的输出并转换为反馈信号。这 类元件也是多种形式的。各种传感器常作为反馈测量元类元件也是多种形式的。各种传感器常作为反馈测量元 件。件。 比较元件：比较元件： 将反馈信号与输入信号进行比较，给出偏差将反馈信号与输入信号进行比较，给出偏差 信号。信号。 放大转换元件：放大转换元件： 将偏差信号故大、转换成液压信号将偏差信号故大、转换成液压信号(流量流量 或压力或压力)。如伺服放大器、机液伺服阀、电液伺服阀等。如伺服放大器、机液伺服阀、电液伺服阀等。 执行元件：执行元件： 产生

16、调节动作加于控制对象上，实现调节任产生调节动作加于控制对象上，实现调节任 务。如液压缸和液压马达等。务。如液压缸和液压马达等。 控制对象：控制对象： 被控制的机器设备或物体，即负载。被控制的机器设备或物体，即负载。 其它：各种校正装置，以及不包含在控制回路内的液压其它：各种校正装置，以及不包含在控制回路内的液压 能源装置能源装置。 23 图示的钢带张力控制系统中，图示的钢带张力控制系统中，2为牵引辊，为牵引辊，8为加载装置，为加载装置， 它们使钢带具有一定的张力。由于张力可能有波动，为此在它们使钢带具有一定的张力。由于张力可能有波动，为此在 转向辊转向辊4的轴承上设置一力传感器的轴承上设置一力

17、传感器5，以检测带材的张力，以检测带材的张力， 并用伺服液压缸并用伺服液压缸1带动浮动辊带动浮动辊6来调节张力。当实测张力与来调节张力。当实测张力与 要求张力有偏差时，偏要求张力有偏差时，偏 差电压经放大器差电压经放大器9放大后放大后 使得电液伺服阀使得电液伺服阀7有输出有输出 活塞带动浮动辊活塞带动浮动辊6调节钢调节钢 带的张紧程度以减少其偏带的张紧程度以减少其偏 差，所以这是力控制系统。差，所以这是力控制系统。 钢带张力控制系统钢带张力控制系统 24 电液伺服阀是电气一液压伺服系统中关电液伺服阀是电气一液压伺服系统中关 键的精密控制元件，价格昂贵，所以伺服键的精密控制元件，价格昂贵，所以伺

18、服 阀的选择，应用要谨慎，保养要特别仔细。阀的选择，应用要谨慎，保养要特别仔细。 本文介绍电液伺服阀选择、使用和保养的本文介绍电液伺服阀选择、使用和保养的 一些基本方法。一些基本方法。 5.6 电液伺服阀的使用电液伺服阀的使用 25 5.6.1 电液伺服阀的选用电液伺服阀的选用 电液伺服阀是电气一液压伺服系统中关键的电液伺服阀是电气一液压伺服系统中关键的 精密控制元件，选用时主要考虑以下因素：精密控制元件，选用时主要考虑以下因素： 可靠性第一可靠性第一 满足工作条件满足工作条件 价格合理价格合理 工作液、油源工作液、油源 电气性能和放大器电气性能和放大器 安装结构、重量、外型尺寸安装结构、重量

19、、外型尺寸 26 伺服阀的选用方式伺服阀的选用方式 ： 按精度要求选用按精度要求选用 按用途选用按用途选用 按控制形式选用按控制形式选用 27 按控制形式选用按控制形式选用 位置伺服系统位置伺服系统 28 压力或力控制伺服系统压力或力控制伺服系统 29 速度控制伺服系统速度控制伺服系统 30 5.6.2 通用型伺服阀的介绍通用型伺服阀的介绍 5.6.2.1 双喷嘴挡板力反馈电液流量伺服阀双喷嘴挡板力反馈电液流量伺服阀 31 5.6.2.2 射流管式力反馈电液流量伺服阀射流管式力反馈电液流量伺服阀 32 5.6.2.3 动圈式（或动铁式）电液流量伺服阀动圈式（或动铁式）电液流量伺服阀 33 5.

20、6.2.4 直接驱动单级伺服阀（直接驱动单级伺服阀（DDV） 34 5.6.2.5 偏导射流式电液伺服阀偏导射流式电液伺服阀 35 5.6.2.6 射流管式电液压力伺服阀射流管式电液压力伺服阀 36 双喷挡阀、射流管阀和偏导射流式阀都双喷挡阀、射流管阀和偏导射流式阀都 是力反馈型伺服阀，线性度好，性能稳是力反馈型伺服阀，线性度好，性能稳 定，抗干扰能力强，零漂小。定，抗干扰能力强，零漂小。 双喷挡阀的档板与喷嘴间隙小，易被污双喷挡阀的档板与喷嘴间隙小，易被污 物卡住。物卡住。 射流管阀喷嘴为最小流通面积处，过流射流管阀喷嘴为最小流通面积处，过流 面积大，不易堵塞，抗污染性好。面积大，不易堵塞，

21、抗污染性好。 射流管阀具有射流管阀具有“失效对中能力失效对中能力”。 37 射流管阀动态性能稍低于喷挡阀。射流管阀动态性能稍低于喷挡阀。 原因一：同规格阀，射流管阀阀芯直径喷挡原因一：同规格阀，射流管阀阀芯直径喷挡 阀阀 原因二：射流管喷嘴直径大小（内泄）原因二：射流管喷嘴直径大小（内泄） 事实上：事实上： 射流管阀相频宽可超过射流管阀相频宽可超过100Hz，高的达高的达200Hz 。 射流放大器压力效率和容积效率高，分辨率比射流放大器压力效率和容积效率高，分辨率比 双喷挡阀高得多双喷挡阀高得多 。 低压工作性能优良低压工作性能优良 （0.5MPa）。）。 38 动圈式伺服阀：直接反馈式伺服阀

22、。动圈式伺服阀：直接反馈式伺服阀。 结构简单，造价低，外部可调整零位。结构简单，造价低，外部可调整零位。 动态比较低，廉价的工业伺服阀。动态比较低，廉价的工业伺服阀。 双滑阀结构摩擦力较大，分辨率和滞环双滑阀结构摩擦力较大，分辨率和滞环 较差，使用中要加颤振信号。较差，使用中要加颤振信号。 对油液清洁度较敏感。对油液清洁度较敏感。 39 DDV阀：一级电反馈脉宽调制阀，力马达直接驱阀：一级电反馈脉宽调制阀，力马达直接驱 动阀芯，动态特性与供油压力没有直接关系动阀芯，动态特性与供油压力没有直接关系,低低 压工作性能比较好。压工作性能比较好。 两个问题：两个问题： 大流量输出时控制电流可达大流量输

23、出时控制电流可达1.4A或更大。或更大。 力马达输出力较电磁铁大，但比有液压前置级的力马达输出力较电磁铁大，但比有液压前置级的 两级阀还是小很多。两级阀还是小很多。 40 M公司认为射流管先导级工作特点：公司认为射流管先导级工作特点： a) 流量接受效率高流量接受效率高 ，能耗低。，能耗低。 b) 具有很高的无阻尼自然频率（具有很高的无阻尼自然频率（500Hz）。）。 c) 性能可靠。压力效率高，阀芯驱动力大，阀性能可靠。压力效率高，阀芯驱动力大，阀 芯的位置重复精度好。芯的位置重复精度好。 d) 最低先导级控制压力最低先导级控制压力2.5MPa ，可用于低压可用于低压 系统。系统。 e) 先

24、导级过滤器的寿命几乎是无限的先导级过滤器的寿命几乎是无限的 。 f) 由于阀的频率响应改善，功率级滑阀的增益由于阀的频率响应改善，功率级滑阀的增益 得到得到 了提高，因此阀具有优异的静、动态性能了提高，因此阀具有优异的静、动态性能。 41 5.6.3 伺服阀静动态性能指标对系统的影响伺服阀静动态性能指标对系统的影响 线性度和对称度：影响伺服系统的精度，对速度线性度和对称度：影响伺服系统的精度，对速度 控制系统影响最直接、最大控制系统影响最直接、最大 。 零位区域特性零位区域特性 ：对位置控制精度影响较大：对位置控制精度影响较大 。 分辨率：精度要求较高的系统对分辨率要求高分辨率：精度要求较高的

25、系统对分辨率要求高 ， 另一种办法就是添加颤振信号。另一种办法就是添加颤振信号。 压力增益：位置控制系统要求压力增益尽可能高，压力增益：位置控制系统要求压力增益尽可能高， 提高系统刚性；力控制系统要求增益平坦点，便提高系统刚性；力控制系统要求增益平坦点，便 于力控系统的调节。于力控系统的调节。 42 为了系统的稳定，系统的前置增益，为了系统的稳定，系统的前置增益， 要求其要求其 较高的伺服阀频宽可以保证系统增益较高的伺服阀频宽可以保证系统增益 足够大，这样系统精度、快速性和稳足够大，这样系统精度、快速性和稳 定性能得到保证。定性能得到保证。 43 对伺服放大器的要求：对伺服放大器的要求： 具有

26、深度电流负反馈的放大器具有深度电流负反馈的放大器 放大器要带有限流功能放大器要带有限流功能 输出调零电位器输出调零电位器 有时还带有颤振信号发生电路有时还带有颤振信号发生电路 输出端不要有过大的旁路电容或泄漏电输出端不要有过大的旁路电容或泄漏电 容容 44 放大器的功率级输出的一般原理图放大器的功率级输出的一般原理图 45 5.6.4 电液伺服阀使用维护说明电液伺服阀使用维护说明 5.6.4.1 液压系统污染度要求液压系统污染度要求 安装伺服阀的液压系统必须进行彻底清洗。安装伺服阀的液压系统必须进行彻底清洗。 伺服阀进油口前必须配置公称过滤精度不低于伺服阀进油口前必须配置公称过滤精度不低于10

27、 的滤油器的滤油器 使用射流管电液伺服阀的液压系统油液推荐清洁使用射流管电液伺服阀的液压系统油液推荐清洁 度等级为：度等级为： 长寿命使用时应达到长寿命使用时应达到-/16/13级级（NAS 7级）级） 一般使用最差不劣于一般使用最差不劣于-/19/15级（相当于级（相当于NAS10 级）。级）。 46 5.6.4.2安装要求安装要求 安装座表面粗糙度值应小于安装座表面粗糙度值应小于Ra1.6，表面不平度表面不平度 不大于不大于0.025mm 。 不允许用磁性材料制造安装座，周围不允许有不允许用磁性材料制造安装座，周围不允许有 明显的磁场干扰。明显的磁场干扰。 安装工作环境应保持清洁安装工作环

28、境应保持清洁 ，清洁时应使用无绒，清洁时应使用无绒 布或专用纸张布或专用纸张 。 进口油和回油口不要接错。进口油和回油口不要接错。 检查底面各油口的密封圈是否齐全检查底面各油口的密封圈是否齐全 。 47 每个线圈的最大电流不要超过每个线圈的最大电流不要超过2倍额定倍额定 电流电流 油箱应密封，并尽量选用不锈钢板材。油箱应密封，并尽量选用不锈钢板材。 油箱上应装有加油及空气过滤用滤清器。油箱上应装有加油及空气过滤用滤清器。 禁止使用麻线、胶粘剂和密封带作为密禁止使用麻线、胶粘剂和密封带作为密 封材料。封材料。 伺服阀的冲洗板应在安装前拆下，并保伺服阀的冲洗板应在安装前拆下，并保 存起来，以备将来维修时使用存起来，以备将来维修时使用。 48 （10）对于长期工作的液压系统，应选较）对于长期工作的液压系统，应选较 大容量的滤油器。大容量的滤油器。 （11） 动圈式