项目3 液压执行元件和液压辅助元件的选择与拆装

《液压与气动项目教程》项目3液压执行元件和液压辅助元件的选择与拆装【教学目标】1.掌握液压缸的类型、特点及使用场合，并能根据工况要求合理选择液压缸。2.掌握液压缸的典型结构，能对液压缸进行正确拆装、维护保养或更换。3.掌握液压缸的工作原理及结构特点，能观察、思考其工作状态，及时发现故障隐患。4.了解液压马达的类型及特点。5.了解密封装置等液压辅助元件的功能及特点。6.在拆装液压缸过程中建立安全防护意识，培养精益求精的工匠精神。7.能严格遵守操作规程，保持工作环境整洁，在实践中提升专业素养和岗位技能水平。8.在团队合作中提升协作与沟通能力。项目1

液压传动的基本认知与应用实践

任务引入：液压缸的选用与拆装液压执行元件的功用:液压执行元件是将液压系统中的压力能转换为机械能的能量转换装置液压缸——将液压能转换为直线运动的机械能，对外输出力。液压马达——将液压能转换为回转运动的机械能，对外输出力矩。磨床工作台液压系统45一、液压缸按结构形式分类：活塞式、柱塞式、摆动式。活塞式——压力能转换为直线运动机械能，输出力和速度（应用广泛）。柱塞式——压力能转换为直线运动机械能，输出力和速度（实现单方向运动）。摆动式——压力能转换为小于360°的往复摆动机械能，输出转矩和角速度。1.液压缸的类型按作用原理分类：单作用式与双作用式。单作用式——利用液压力实现单方向的运动，反方向运动需要依靠外力来实现（如重力、弹簧力等）。双作用式——利用液压力实现正反两个方向的往复运动。按安装方式分类——缸体固定式（常见）与活塞杆固定式。按支撑形式分类——轴线固定式与轴线摆动式。6单作用式液压缸：一个压力油口一个压力油口小型升降机（缸体固定）翻斗车（缸体固定）7两个压力油口（双杆）两个压力油口（单杆）四柱液压机双作用式液压缸：8单杆活塞式双杆活塞式单作用式双作用式缸筒固定式缸筒固定式活塞杆固定式活塞杆固定式活塞式液压缸的类型：92.液压缸的功能及特点——活塞式液压缸（1）双杆活塞缸的功能及特点a）缸体固定式双杆活塞缸b）活塞杆固定式双杆活塞缸

c）符号缸筒固定：工作行程为液压缸有效行程的3倍缸杆固定：工作行程为液压缸有效行程的2倍1）双杆活塞缸的类型102）双杆活塞缸的输出特性当双杆活塞缸回油接油箱，回油压力为零时

推力

运动速度

A：液压缸有效面积D：活塞直径

d：活塞杆直径q：液压缸输入的流量p：液压缸输入的压力

结论：当分别向左、右腔输入相同压力和相同流量的液压油时，双杆活塞式液压缸左、右两个方向的速度和推力相等，常用于正反两个方向工况相同的场合，比如磨床工作台往复运动的液压系统。11

（2）单杆活塞缸的功能及特点12差动连接：单杆活塞式液压缸两腔同时接通压力油的连接。

差动连接具有增速的功能，但推力有所减小。即，差动连接推力小，速度快，适合空载快进的场合

差动液压缸：差动连接的液压缸。13对于单杆活塞缸，当分别向左、右腔输入相同压力和相同流量的液压油时，液压缸左、右两个方向的速度和推力不相等。无杆腔进压力油工作时，推力大，速度低，常用于克服负载工作进给的工况；有杆腔进压力油工作时，推力小，速度高，常用于空载快速退回的工况。单杆活塞缸差动连接时速度快、推力小，常用于空载快速趋近工作位的工况，例如组合机床工作时的快进动作。如果液压缸两腔的工作面积关系为

，即D=d（或d=0.71D），则可设计成“快进”和“快退”的速度相等，即

单杆活塞缸常用于一个方向有较大负载、需要大推力，而运行速度较低；另一个方向为空载或轻载，要求快速的场合。即，单杆活塞缸可完成“快进（差动连接）→工进（无杆腔进油）→快退（有杆腔进油）”的工作循环。

。14。（3）活塞缸的组成部分缸体组件（缸筒、端盖）活塞组件（活塞、活塞杆）密封装置（O、Y、V型密封圈等）缓冲装置排气装置活塞式液压缸结构组成及图形符号缸筒液压缸主体零件，与缸盖、活塞构成密闭容腔，内孔加工精度高。缸盖安装液压缸两端，与缸筒构成紧密油腔。与缸筒间有焊接、法兰、螺纹、拉杆等连接方式，由工作压力及环境等因素选择。活塞杆液压缸传递运动和力的主要元件，受推力、拉力、弯矩等，需保证必要的强度。活塞液压能转换机械能的主要元件，有效工作面积影响液压缸作用力和运动速度。导向套活塞杆起导向和支撑作用，要求配合精度高，摩擦阻力小，耐磨性好。缓冲装置为避免活塞在行程两端与缸盖发生机械碰撞，产生冲击和噪声影响设备工作精度，甚至损坏零件。密封装置采用密封圈密封，O型、Y型、V型及组合式等多种，材料为耐油的橡胶、尼龙、聚氨酯等。排气装置避免液压系统混入空气后工作不稳定，产生振动、噪声、爬行和起动时突然前冲等现象。17液压缸漏油外泄漏：油液从各密封不严处泄漏到液压缸外面的大气中。缸套与缸盖（或导向套）密封部位漏油更换新的O型圈活塞杆与导向套相对运动处向外漏油活塞杆损伤，汽油清洗、涂抹金属胶、油封刮胶；导向套磨损，内径略小导向套更换管接头密封不严引起漏油检查密封圈密封状态、管接头是否正确装配18内泄漏：液压缸内部油液从高压腔通过各种间隙向低压腔泄漏。活塞杆与活塞之间的静密封部分在两者密封表面加装O型圈缸套内壁与活塞之间的动密封部分严格检查各配合件，镗削内孔修复缸套，装配直径增大活塞19柱塞缸单作用式液压缸，实现单方向运动。工艺性好，适用于较长行程运动的场合，如龙门刨床、导轨磨床、大型拉床等设备的液压系统中。柱塞缸适合垂直安装；为实现双向运动，通常成对使用。3.液压缸的功能及特点——其他液压缸将高压端输出油通入其它液压缸以获取大的推力，其本身不能直接作为执行元件。常用于某些短时或局部需要高压油的系统中，例如压铸机、造型机。增压缸20伸缩缸又称多级缸。活塞伸出顺序从大到小，推力变化从大到小，伸出速度则由慢变快；空载缩回的顺序是从小到大，推力由小变大，而速度则由快变慢；适合于长行程，广泛用于起重运输车辆等工程机械及自动化步进式输送装置上。齿条缸又称无杆式液压缸，特点是将液压缸直线运动转换为驱动工作部件作周期性的往复回转运动，其回转角度可以大于360°。1—无杆齿条活塞；2—齿轮21单叶片式——叶片摆角小于310°，输出转矩小双叶片式——摆角小于150°输出转矩是单叶片缸的两倍由于密封性较差，一般用于机床和夹具的夹紧装置、送料装置、转位装置、周期性进给机构等中低压系统以及工程机械中。单叶片式双叶片式摆动缸

1－叶片轴2－缸体3－定子块4－回转叶片224.液压马达23单向定量马达双向定量马达单向变量马达双向变量马达液压马达的图形符号小问题：观察液压马达和液压泵的符号有什么不同？液压马达是将液体的压力能转换为机械能，输出转矩以驱动工作部件回转。它的结构与液压泵相近，而工作原理与液压泵是互逆的。由于液压泵和液压马达二者的功用和工作条件不同，在实际结构上是存在着一定差别的。24（1）液压马达的工作原理、常见类型工作原理：压力油的压力作用在进油腔的叶片侧面，由叶片1与3、5与7受力差构成的力矩推动转子和叶片顺时针方向旋转，从而在输出轴输出扭矩驱动负载转动。常见的液压马达结构有叶片式、柱塞式和齿轮式三大类。1）叶片式液压马达的特点及应用叶片式液压马达最大的特点是体积小、惯性大、动作灵敏、允许的换向频率高。但是，它工作时泄漏较大，不适合在低速下工作,调速范围也不能太大。故主要适用于高转速、小转矩和须动作灵敏的场合，例如广泛地应用于磨床工作台、内（外）圆磨床的主轴、对机械特性要求不高及调速范围不大的夹紧装置、以及对惯性要求较小的各种随动系统的驱动中。2）柱塞式液压马达的特点及应用柱塞式液压马达分为轴向和径向两种，径向柱塞马达是低速大扭矩马达,高速液压马达一般都是轴向柱塞马达。这类马达应用于矿山机械、建筑机械、采矿机械、采煤机械、工程机械、起重运输机械和船舶等方面。3）齿轮式液压马达的特点及应用这类马达用于高转速、小转矩的场合，也用做笨重物体旋转的传动装置。由于笨重物体的惯性起到飞轮作用，可以补偿旋转的波动性，因此在起重设备中应用比较多。值得注意的是，齿轮式液压马达输出转矩和转速的脉动性大，径向力不平衡，在低速旋转及负载改变时运转的平稳性较差。（2）液压马达的主要参数1）液压马达的排量液压马达的排量是液压马达每转一转时由其几何尺寸计算所需要输入的液体体积（不考虑泄漏）。

2）液压马达的容积效率因为液压马达存在泄漏，为满足转速的需要，液压马达输入的实际流量qM需要大于理论流量

，液压马达的容积效率为

将

代入上式，可得液压马达的转速公式为3）液压马达的转速4）液压马达的机械效率和转矩

因为液压马达工作时存在摩擦，产生机械损失，它的实际输出转矩

小于理论转矩

，故有液压马达的机械效率为如果液压马达的出口压力为零,进口压力为

、进油流量为

，

液压马达的转矩为理论输出转矩：实际输出转矩：

或27（3）液压马达的应用特点按照输出特性高速小扭矩液压马达—齿轮马达、叶片马达、轴向柱塞马达低速大扭矩液压马达—径向柱塞马达结构特点液压马达与液压泵工作原理可逆,结构上相近，选择原则上也大体相同。但因其用途不同,它们在结构上有一定的差别，所以一般不能与液压泵互换。二、常用的液压辅助元件

液压站上的辅助元件电动机压力表液压泵油箱散热器蓄能器阀组油路块空气滤清器1.蓄能器蓄能器的类型：按结构不同分：直接接触式和隔离式（隔膜式、活塞式和气囊式）；按加载形式分：重锤式、弹簧式、充气式（应用广泛）。蓄能器的功能：蓄能器是液压系统中一种储存油液压力能的装置，它在适当的时机将系统中的能量储存起来，当系统需要时，又将能量释放出来，重新补供给系统，或当系统瞬间压力增大时，它可以吸收这部分的能量，以保证整个系统压力正常。蓄能器的应用（1）短期大量供油（2）实现系统保压（3）吸收压力冲击和脉动气囊式蓄能器短期大量供油气囊式蓄能器实质上是一个能量转换元件，充液时将液压能转换为气压能，释放时将气压能转换为液压能。气囊式蓄能器的优点：惯性小、反应灵敏、结构紧凑、重量轻，充气后能长时间保存气体、充气方便，所以被广泛应气囊式蓄能器使用时，首先向蓄能器充入预定压力的惰性气体；当外部系统压力超过蓄能器内部压力时，气囊受压缩而储存液压能，这时系统向蓄能器储油；当工作过程中系统压力低于蓄能器内部压力时，气囊释放能量，这时蓄能器向系统供油。用于液压系统中。选择适当的充气压力是这种蓄能器的关键。蓄能器的安装与使用注意事项（1）充气式蓄能器中应使用惰性气体（一般为氮气），工作压力应在标牌规定的工作范围内。（2）气囊式蓄能器的气囊强度不高，不能承受很大的压力波动，且只能在-20～70℃的温度范围内工作。（3）气囊式蓄能器原则上应垂直安装（油口向下）。（4）装在管路上的蓄能器须用支板或支架固定。（5）蓄能器与管路系统之间应安装截止阀，供充气、检修时使用。蓄能器与液压泵之间应安装单向阀，防止液压泵停车时蓄能器内储存的压力油液倒流。（6）蓄能器在使用过程中防止泄漏，要定期对气囊进行气密性检查及其他方面的检查。2.过滤器液压系统75%以上的故障是由于油液不洁净造成的。过滤器是由滤芯和壳体组成，靠滤芯上面微小间隙或小孔来阻隔混入油液中的杂质，保证油液的清洁。过滤器的功用：是过滤混杂在油液中的杂质，减少进入系统的油液污染物，保证系统能正常工作。过滤器的主要参数：过滤精度、压降特性和纳垢容量等。过滤精度：指过滤器对各种不同尺寸不溶性硬质粒子的滤除能力，它是过滤器的重要性能指标。在滤芯尺寸和流量一定的情况下，滤芯的过滤精度越高，油液流经过滤器时压力降越大；反之，在流量一定的情况下，滤芯的有效过滤面积越大，压力降越小；油液的粘度越大，流经滤芯的压力降则越大。纳垢容量：指过滤器在压力降达到规定值之前可以滤除并容纳的污染物数量，它是反应过滤器寿命的重要指标。一般来说，滤芯尺寸越大，即过滤面积越大，纳垢容量就越大，过滤器的纳垢容量越大，使用寿命越长。过滤器的类型及特点名称网式线隙式纸芯式烧结式磁性结构图过滤精度80μm、100μm、120μm三个规格30--100μm5--30μm7--100μm特种用途，过滤铁杂质特点结构简单，通油能力强，清洗方便，压力损失小；但过滤精度低。一般用于泵吸油口。过滤精度较高，通油能力大，但不易清洗，多做回油过滤器。结构紧凑，通油能力大，但无法清洗，需经常更换滤芯。过滤精度高，抗腐蚀，滤芯强度大，能在较高温度和压力下工作，易堵塞，难清洗，颗粒易脱落。适用于经常加工铸件的机床液压系统当中。a）一般符号b）磁性过滤器c）带污染指示的过滤器过滤器的安装：过滤器的安装位置通常有以下几种。（1）安装在泵的吸油管路上

（2）安装在系统回油路上（3）安装在系统支路上

（4）安装在液压泵的出口（5）安装在单独的过滤系统a）b）c）d）e）过滤器的选用注意事项：过滤器通常会并联安全阀和报警用的过滤器堵塞指示器，以便堵塞时短期通油和报警提示；使用时要注意经常观察、定期清洗过滤器及更换液压油。（1）过滤精度应满足预定要求。（2）为保证能在较长时间内保持足够的通流能力，应按要求选择过滤器规格。（3）要有足够的耐压能力，液流通过滤芯时的压降应足够小，不会因液压作用而损坏。（4）回油过滤器应并联安全阀或发讯报警装置，以防过滤器堵塞造成事故。（5）考虑到泵的自吸性能，吸油过滤器一般要选粗过滤器。（6）过滤器一般只单向使用，进、出口不可互换。（7）滤芯清洗或更换应尽可能简便。（8）滤芯抗腐蚀性能好，能在规定的温度下持久地工作。3.油箱油箱的用途：贮油、散热、分离油液中空气和沉淀油中的杂质。1--回油管；2--泄油管；3--吸油；4--空气滤清器；5--安装板；6--隔板；7--放油口；8--滤油器；9--清洗窗；10--液位计注意：油箱正常工作温度30-50℃，最高不超过60℃。最低不应低于15℃。

油箱的类型：按油面是否与大气相通，可将油箱分为开式和闭式两种。按结构来分类，油箱还可分为整体式和分离式两种，油箱的使用注意事项1）选用油箱时，必须有足够大的容积以利散热和储油。2）吸油管及回油管应插入最低液面以下，以防止吸空和回油飞溅产生气泡。3）吸油管和回油管之间的距离要尽可能地远些，且之间应设置隔板。4）油箱盖板周边应密封。5）搬运油箱时应用吊耳。6）油箱内表面要按正确的方法做防腐处理。4.管件常用管件的种类及特点种类特点硬管钢管能承受高压，油液不易氧化，价格低廉，刚性好，但装配时不易弯曲成形，常在拆装方便处用作压力管。液压系统常用冷拔无缝钢管。紫铜管价格高，抗振能力差，承压能力较低，摩擦阻力小，装配时弯形方便，但易使油液氧化，常用于仪表和装配不便处。软管尼龙管半透明材料，加热后弯形方便，冷却后定形不变，价格低廉，但寿命较短，承压能力较低，有时在低压系统中部分替代紫铜管。塑料管价格便宜，装配方便，但承压能力低，长期使用会变质老化，只用于压力很低的回油或泄油管路。橡胶管由耐油橡胶夹钢丝纺织网或钢丝绕层做成，装配方便，有缓和冲击、吸收振动的作用，但制造困难，价格较贵，寿命短，多用于高压管路，另有一种由耐油橡胶和帆布制成的油管，耐压较低一些。目前高压橡胶软管使用越来越多。管件用于连接液压元件和输送液压油。选用管件时，应尽可能使输油过程中的能量损失为最小，即应有足够的通流截面、最短的路程、光滑的管壁、尽可能避免急转弯和截面突变。管接头的功用：是油管与油管、油管与液压元件间的可拆卸的联接件。油管应满足连接牢固、密封可靠、液阻小、结构紧凑、拆装方便等要求。管接头的种类：