采掘机械课件第二章

液压元件是构成液压系统的基本部分，主要包括液压泵（动力源）、液压马达和液压缸（执行元件）、液压控制阀及液压辅助元件等。

第一节液压泵一、液压泵的工作原理和基本参数（一）液压泵的工作原理(动画1)泵是靠密封工作腔的容积变化进行工作的，而输出流量的大小是由密封工作腔的容积变化大小和变化频率来决定的。吸液过程——容积增大；排油过程——容积减小。图2-1偏心轮柱赛泵工作原理（二）液压泵的工作条件具有密封而且可以变化的工作容积。必须有象吸、排油单向阀这样的配流结构，以便在吸、排油过程中使密封工作容积相应地与排油管或油箱隔离。油箱内油液液面的绝对压力必须不低于1个大气压力。

（三）液压泵的主要技术参数1.压力（Pa）额定压力（公称压力）：在正常条件下，液压泵连续运转的最高压力称为额定压力。最高压力：超过额定压力时，允许液压泵短暂运转的最高压力称为最高压力。液压泵工作时的实际压力称为实际工作压力。2.排量和流量排量qp：液压泵主轴每转一周密封容积的最大变化量，单位为mL/r。排量取决于泵的几何尺寸，故也称为容积常数。理论流量Qt：不考虑泄漏时，液压泵单位时间输出的油液体积称为理论流量，常用单位为L/min。

Qt=nqp×10-3

,L/min

泄漏流量△Q:泄漏流量与工作压力、元件运动副的间隙及油液粘度有关，也称为容积损失。实际流量Q:液压泵单位时间实际输出的油液体积称为实际流量。实际流量等于理论流量减去泄漏流量。3.容积效率ηpv

液压泵实际流量与理论流量之比称为容积效率.ηpv=Q/Qt=1-△Q/Qt4.功率理论功率:不考虑容积损失和压力损失，液压泵所具有的液压功率,Nt=PQt/60×10-6，KW输出功率:不考虑液压效率(一般都在0.99以上),液压泵的输出功率为，N0=PQ/60×10-6=Ntηpv

，

KW输入功率:原动机作用在液压泵轴上的机械功率称为输入功率，Ni=2πnM×10-3/60，KW机械效率:液压泵的理论功率与输入功率之比称为机械效率，即：ηpm=

Nt/Ni5.总效率液压泵的总效率为实际输出功率和输入功率之比,即：

ηp=No/Ni=ηpvηpm（四）液压泵的基本类型矿山机械中常用的容积式液压泵有以下几种：齿轮泵：包括外啮合齿轮泵和内啮合摆线转子泵。叶片泵：包括单作用叶片泵和双作用叶片泵。柱塞泵：包括单柱塞泵、卧式三柱塞泵、斜盘泵和斜轴泵。图a：单向定量泵图b：单向变量泵图c：双向定量泵图d：双向变量泵图2-2液压泵的职能符号二、常用液压泵的结构原理(动画2)（一）齿轮泵1．齿轮泵的工作原理结构组成:ε≥1吸油过程：排油过程:2.排量qp=2πm2BZ,mL/r3.困油现象图2-3外啮合齿轮泵3.齿轮泵的困油现象(动画3)产生原因:ε≥1;危害:解决办法:图2-4困油现象4.典型结构图2-5YBC中高压齿轮泵工作参数：额定压力为8MPa，流量范围为5～12.5L/min；结构：自动补偿原理

普通齿轮泵外型结构（二）叶片泵1．叶片泵的工作原理结构吸油过程排油过程叶片倾角图2-6单作用叶片泵原理结构吸油过程排油过程叶片倾角图2-7双作用叶片泵原理(动画4)2.排量计算单作用叶片泵:

qp=4πReB，mL/r

式中R—定子内圆半径，cm；

e—偏心距，cm；

B—定子宽度，cm。双作用叶片泵:qp=2π(R2-r2)B，mL/r

式中Z—叶片数；

R、r—圆弧半径，cm；

B—定子宽度，cm。3.典型结构(动画)图2-8aYBX限压式变量叶片泵的结构1、9—螺钉；2—弹簧；3—泵体；4—转子；5—定子；6—滑块；7—泵轴；8—反馈柱塞；10—配流盘图2-8bYBX限压式变量叶片泵原理1—转子；2—定子；3—弹簧；4—螺钉；5—配流盘；6—柱塞；7—调节螺钉；（三）柱塞泵曲拐式柱塞泵径向柱塞泵轴向柱塞泵图2-9XRB型三柱塞乳化液泵1-曲轴；2、3-斜齿轮；4-连杆；5-导向套；6-滑块；7-柱塞；8-缸体；9-吸液阀；10-排液阀1.曲拐式柱塞泵曲拐泵是一种采用曲柄连杆传动机构、阀式配油的高压大流量泵，在矿山机械中主要作为液压支架的乳化液供油泵使用。结构原理如右图.2.径向柱塞泵(动画)结构组成偏心距e原理:吸油过程排油过程图2-10径向柱塞泵工作原理1-转子；2-定子；3-配流轴；4-配油铜套；5-柱塞3.轴向柱塞泵(动画\动画)工作原理构成吸油过程排油过程图2-11轴向柱塞泵工作原理图1-主轴；2-缸体；3-配流盘；4-弹簧；5-柱塞；6-滑履；7-斜盘类型斜盘式斜轴式优缺点典型结构——SCY14-1B型轴向柱塞泵泵体部分变量机构图2-12SCY14-1B型轴向柱塞泵结构图

1-倾斜盘；2-压盘；3-钢球；4-内套；5-外套；6-定心弹簧；7-缸体；8-配流盘；9-传动轴；10-钢套；11-柱塞；12-滑履；13-滚柱轴承；14-变量头；15-轴销；16-变量活塞；17-销子；18-刻度盘；19-导向键；20-螺杆；21-变量壳体；22-锁紧螺母；23-手轮4．柱塞泵的排量表2-1各类柱塞泵排量计算公式h=Dtanh=D1sin柱塞泵类型排量计算公式单柱塞泵q=(π/4)d2hh=2e三柱塞泵q=(3/4)πd2h轴向泵斜盘式q=(π/4)d2hZh=Dtanγ

斜轴式h=D1sinγ径向泵q=(π/4)d2hZYh=2e

表中，d——柱塞直径，cm；h——柱塞行程，cm；e——偏心距，cm；Z——柱塞数；D——柱塞分布圆直径，cm；D1——主轴盘球铰分布直径，cm；Y——柱塞排数；γ——斜盘或摆缸的倾角。第二节液压马达液压马达是液压系统中的一种执行元件，它将液压泵提供的液压能转变为输出轴上的机械能，因此，从能量转换的角度看，液压马达与泵是完全可逆的。一、液压马达的结构特点和技术参数

（一）液压马达的结构特点

液压马达应该正、反两个方向都能旋转，在结构上必须对称；液压泵一般为单向旋转，结构上不对称。液压马达的转速范围要足够大，以适应工作机构的调速需要，而且对最低稳定转速有一定要求；液压泵是在高速下工作，转速一般不变。液压泵必须具有自吸能力，而液压马达则不必具有自吸能力，但要求初时密封性好，保证能够提供足够的启动力矩。液压泵要求输出流量均匀，流量脉动小，容积效率高；液压马达则要求输出扭矩均匀，扭矩脉动小，起动扭矩大和低速稳定性好。（二）液压马达的工作条件由于液压马达与液压泵的工作过程相反，而且结构上相似，所以在原理上液压马达和液压泵是可逆的，因此基本工作条件基本相似：具有密封而且可以变化的工作容积；必须有配流机构；马达的回油接通油箱，并使回油具有一定的背压，以保证马达运转平稳（三）液压马达的主要技术参数1.排量qm液压马达的排量与液压泵的定义相同，单位为mL/r。2.流量和容积效率理论流量QT:不考虑容积损失时，液压马达在一定转速下工作所需要的流量称为理论流量，单位为L/min。实际输入流量Q:考虑容积损失，需要向液压马达供给的流量称为实际输入流量。由于存在泄漏，显然实际输入流量应大于理论流量，即:Q=QT+△Q容积效率：液压马达的容积效率为理论流量与实际输入流量之比，即：ηmv=QT/Q3.转速液压马达的转速取决于输入流量和马达的排量。

n=QT/qm=Qηmv/qm×103，r/min4.扭矩和机械效率输出扭矩M：液压马达输出轴上的实际扭矩称为输出扭矩。额定扭矩Mr：在额定压力下，液压马达输出的最大扭矩，称为额定扭矩。理论扭矩MT：不考虑机械损失时液压马达输出的扭矩。

MT=（1/2π）·△pqm×10-6，N·m机械效率：液压马达的输出扭矩与理论扭矩之比称为机械效，即

ηmm=M/MT5.功率和总效率理论功率NT：不考虑机械损失，液压马达所具有的液压功率。NT=pQT×10-6/60，kw输出功率

No：No=pQTηmm×10-6/60，kw输入功率Np：液压马达从系统中取得的液压功率。Np=pQTηmm×10-6/60ηmv，kw总效率

ηmηm=NT/Np=ηmvηmm（四）液压马达的基本类型叶片马达:单作用、双作用。齿轮马达：外啮合渐开线齿轮马达、内啮合摆线转子马达。轴向柱塞马达：斜轴式、斜盘式。径向柱塞马达:曲轴连杆马达、静力平衡马达、内曲线马达。

图2-13液压马达职能符号

a——单作用定量马达b——双作用定量马达c——单作用变量马达d——双作用变量马达二、常用液压马达结构（一）叶片马达1.原理力矩产生原理特点图2-14双作用叶片马达结构原理2.典型结构图2-15YM型双作用叶片马达特点:转子端部装有燕式弹簧，弹簧用销轴固定。利用弹簧力将叶片向外推出，保证叶片外端始终与定子内壁接触。叶片径向安装，并且叶片端部两面倒角，以适应正、反方向旋转。为了使马达改变旋转方向时叶片底部仍能与压力油相通，泵体内装有单向阀。定子上有四组轴向通孔，用来改善马达回油腔的通流状况，减小内部压力损失。（二）轴向柱塞马达1．轴向柱塞马达的工作原理图2-16轴向柱塞液压马达工作原理图1-斜盘；2-柱塞；3-缸体；4-配流盘2．轴向柱塞马达的典型结构图2-17ZM型轴向柱塞液压马达结构图

1-输出轴；2-斜盘；3-鼓轮；4-预紧弹簧；5-拨销；6-缸体；7-配流盘；8-柱塞；9-推杆（三）内曲线多作用式径向柱塞马达内曲线多作用式径向柱塞马达（简称内曲线马达）是一种低速大扭矩马达，在我国工程机械、矿山机械和起重运输机械等行业中应用比较广泛。1．工作原理结构组成力矩产生原理作用次数图2-18内曲线马达工作原理1-定子；2-转子；3-柱塞组；4-配流轴2.典型结构

图2-19横梁传递切向力的马达1-配流轴；2-柱塞；3-横梁；4-转子；5-定子；6-滚轮第三节液压缸

液压缸又称油缸，也是一种将输入的液压能转换成机械能的能量转换装置，用来驱动工作机构作直线往复运动或小于360°的回转运动。液压缸在采掘机械中应用十分广泛，凡是采用液压传动的采掘机械，几乎都有液压缸。

一、液压缸的类型液压缸的种类繁多，通常把实现直线运动的液压缸称为推力液压缸，实现小于360°回转运动的液压缸称为摆动液压缸。推力液压缸应用最广泛。表2-2给出了一些常用推力液压缸的原理和特点。表2-2液压缸的类型和图形符号分类符号说明单作用液压缸活塞式活塞仅单向运动，有外力使活塞反向运动柱塞式柱塞仅单向运动，有外力使活塞反向运动双作用液压缸单活塞杆式活塞双向运动，行程终了时不减速双活塞杆式活塞左右移动速度和行程相等伸缩套筒式有多个互相连动的活塞，活塞可双向运动。在相同轴向尺寸下，可增加行程组合液压缸增压式（增压器）由两个不同的压力室A和B组成，可提高B室中油液的压力齿条活塞式活塞经齿条传动小齿轮，使它产生回转运动二、常用液压缸的结构

1．单作用柱塞式液压缸图2-20单作用柱塞式液压缸1-缸体；2-柱塞；3-导向套；4-密封圈；5-缸盖2．双作用单活塞杆液压缸(动画)图2-21双作用单活塞杆液压缸结构图1、13-缸盖；2、7、8、11、12-密封件；3、4、5-挡圈；6-活塞；9-缸筒；10-活塞杆；14-防尘圈；A、B-进、出油口3．伸缩式液压缸

图2-22液压支架用双作用伸缩式液压缸

1-一级缸；2-二级缸；3-活柱；4-大导向套；5-小导向套；6-小活塞；7-大活塞；8-底阀；9-凸块4．齿条活塞缸图2-23齿条活塞缸

1-缸体；2-活塞；3-齿条活塞杆；4-齿轮；5-轴；6-调节螺钉；7-挡块三、液压缸的辅助装置1．缓冲装置图2-24液压缸的缓冲装置2．排气装置图2-25排气装置第四节液压控制阀

液压控制阀是液压系统中的控制元件，可以控制和调节液压系统中工作液体的压力、流量和流向，以满足压力、速度和换向要求。分方向控制阀、压力控制阀和流量控制阀三种类型。一、方向控制阀

（一）单向阀普通单向阀直通式直角式液控单向阀图2-26普通单向阀1-阀体；2-阀芯；3-弹簧图2-27液控单向阀1-控制活塞；2-顶杆；3-阀芯

(a)简式液控单向阀；(b)卸载式液控单向阀；(c)详细符号；(d)简化符号（二）换向阀1．换向阀的作用和分类作用：接通、关断、变换液流方向

分类方式型式阀芯运动方式滑阀、转阀、锥阀阀的工作位置数二位、三位、多位阀的通路数二通、三通、四通、五通、多通阀的操纵方式手动、机动、电动、液动、电液动阀的安装方式管式、板式、法兰式表2-3换向阀的分类2．换向阀的工作原理图2-28换向阀的工作原理

基本要求:油液流经换向阀时压力损失要小。油口间的泄漏要小。换向要平稳、迅速且可靠。3.换向阀的图形符号图2-29

换向阀的“位”和“通”

图2-30换向阀操纵方式

4.换向阀的滑阀机能代号名称符号特点O中间封闭在中间位置时，油口全闭。液压缸锁紧，油泵不卸荷，并联的油缸或马达运动不受影响H中间开启在中间位置时，油口全开，油泵卸荷，油缸成浮动。其他执行元件不能并联使用YAOB连接在中间位置时，泵口关闭，油缸浮动，油泵不卸荷，可并联其他执行元件。PPAB连接在中间位置时，回油口关闭，泵口和两油缸口连通，可以形成差动回路，油泵不卸荷，可并联其他执行元件。KPAO连接在中间位置时，关闭一个油口，用于油泵卸荷，不能并联其他执行元件。JBO连接在中间位置时，泵口与油缸相应接口不通，油缸另一个接口与回油口相通，油泵不卸荷，可并联其他执行元件。MPO连接在中间位置时，油泵卸荷，不能并联其他执行元件。表2-4三位换向阀的滑阀机能

5．换向阀的结构二、压力控制阀在液压系统中，控制液压系统压力或利用压力作为信号来控制其他元件动作的阀，称为压力控制阀。按其功能和用途的不同分为：溢流阀、减压阀、顺序阀和压力继电器等。（一）溢流阀1.溢流阀的结构原理：直动式先导式图2-34YF系列先导式高压溢流阀的结构1-阀体、2-主阀阀座、3-主阀阀芯、4-主阀弹簧、5-先导阀阀芯、6-远程控制口螺堵、7-先导阀阀座、8-先导阀弹簧、9-调压螺钉2.溢流阀的应用图2-36节流调速系统中作溢流阀

1-定量泵；2-节流阀；3-液压缸；4-溢流阀图2-37变量泵系统中的安全阀1-变量泵；2-液压缸；3-安全阀图2-38溢流阀卸荷回路1-定量泵；2-溢流阀；3-手动两位两通阀（二）减压阀直动型和先导型；定值减压阀、定差减压阀、定比减压阀

1.减压阀的结构原理

图2-39J型减压阀1-阀体；2-主阀（减压）阀芯；3-主阀弹簧；4-先导阀阀座；5-先导阀阀芯；6-先导阀弹簧；7-调节螺母对比J型减压阀和Y型溢流阀可以发现，它们自动调节的作用原理是相似的。所不同的是：（1）溢流阀保持进口处的压力基本不变，而减压阀保持出口压力基本不变。（2）不工作时，溢流阀进、出油口不通，而减压阀进、出油口互通。（3）溢流阀调压弹簧腔的油液经阀的内部通道与溢流口相通，无外泄口；而减压阀是外部回油，有外泄口。2.减压阀的应用图2-40减压阀的应用回路1-液压泵；2-减压阀；3-单向阀；4-二位四通电磁换向阀；5-液压缸；6-溢流阀（三）顺序阀1.顺序阀的结构原理内控式和外控式

直动型和先导型

图2-41直动式顺序阀结构及职能符号图2.顺序阀的应用图2-42顺序阀的平衡回路图2-43顺序阀的卸荷回路1-液压泵；2-顺序阀；3-蓄能器（四）压力继电器柱塞式、弹簧管式、膜片式和波纹管式

图2-44膜片式压力继电器1-膜片；2-柱塞；3-杠杆；4、5、15-钢球；6、8-弹簧座；7-调压弹簧；9、13-调节螺钉；10-外壳；11-套；12-阀体；14-返回区间调节弹簧；16-底座；17-微动开关；18-螺钉；19-销轴2.压力继电器的应用图2-45压力继电器的应用1-电磁阀；2-溢流阀；3-压力继电器；4-液压泵；5-蓄能器三、流量控制阀（一）节流阀1.节流口的形式图2-46常用的节流口形式图a-针阀式节流口；图b-偏心式节流口；图c-轴向三角槽式节流口；图d-圆周缝隙节流口；图e-轴向缝隙节流口

2.节流阀的结构及特点图2-47节流阀的结构及图形符号1-阀芯；2-推杆；3-手轮；4-弹簧图2-48节流阀的流量压力曲线(二)调速阀1.调速阀的工作原理(图2-49）2.调速阀的流量特性（图2-48）图2-49调速阀的工作原理及图形符号四、液压阀的集成化和新型液压阀简介(一)液压阀的集成化图2-50采煤机的集成阀油路图(二)几种新型液压阀

图2-51先导式比例溢流阀1、3、11、12-阻尼孔；2-先导阀；4-先导阀芯；5-比例电磁铁；6-限压阀；7-主阀；8-主阀芯；9-控制流道；10-主阀弹簧图2-52直接位置反馈型电液伺服阀的工作原理图图2-53增量式数字流量阀

1-步进电动机；2-滚珠丝杆；3-阀芯；4-阀套；5-连杆；6-传感器

第五节液压辅助元件

辅助元件：油箱、蓄能器、冷却器、滤油器、密封装置、油管及管接头等一、滤油器1．滤油器的结构类型图2-54网式滤油器1-上盖；2-圆筒；3-铜丝网；4-下盖图2-55线隙式滤油器1-芯架；2-滤芯；3-壳体图2-56纸质式滤油器1-纸芯；2-芯架图2-57烧结式滤油器1-端盖；2-壳体；3-滤芯图2-58磁性滤油器1-铁环；2-罩子；3-永久磁铁图2