液压讲课1ppt课件

1、现代液压系统分析及故障诊断,胡 军 科 教授,中南大学 2011年1月,原动机,传动系统,执行机构,传动系统,执行机构,原动机,提供机器工作所需能源（如内燃机、电动机）,实现能量（如力、扭矩、转速和位移）的转换,机构运动输出能量（直线运动、回转运动）,机械传动,液压传动,电气传动,1.“大传动”分类,传动系统,功率密度高、传动平稳、能无级调速,稳定可靠、效率高，成本较低,控制先进、结构简单、容易布置和环保,机械传动,液压传动,电气传动,回转运动,直线运动,2.工作机构运动形式,3.机械传动应用及优缺点,机械传动,齿轮齿条机构,1,曲柄滑块,3,直线运动,丝杆,2,机械传动,链条传动,2,齿轮传

2、动,1,皮带传动,3,回转运动,1、传动可靠 2、实现回转运动结构简 单，并能传递较大的扭矩 3、故障特征明显，便于维修,优点,缺点,1、传动不平稳、振动和噪声大 2、动力分配不方便，难以实现远距离传动 3、实现无级变速的结构复杂，成本高,4.电气传动应用及优缺点,电气传动,直线电机,直线运动,电气传动,电动机,回转运动,优点,缺点,1、输出参数控制方便 2、动力分配方便，可避免多轴驱动时的功率寄生 3、环保、噪声小,1、功率密度低，惯量大，动态响应慢， 2、故障突发 3、直线运动及低速大扭矩应用受限,5.液压传动应用及优缺点,液压传动,液压缸,直线运动,液压传动,液压马达,回转运动,1、功率

3、密度高 2、直线输出能量大 3、能输出高低速回转运动 4、可实现精密控制 5、多轴驱动时没有功率寄生 6、能工作在恶劣的环境,优点,1、成本较高 2、效率较机械传动低,缺点,精选,工程机械,混凝土输送泵车,盾构,液 压 自 动 生 产 线,制造机械,军工产品,飞 机,娱乐设施,液 压 升 降 舞 台,游乐设施,液 压 动 感 平 台,实验设备,CHC 多 功 能 MGB 实 验 台,阿 帕 奇 主 减 实 验 台,三、总结与展望,液压传动前景广阔！,现代液压系统的发展趋势,时间,1795,发展历史及过程,在伦敦用水作为工作介质,以水压机的形式将其应用于工业上,诞生了世界上第一台水压机。,190

4、5,将工作介质水改为油（液压油缸）,水压机又进一步得到改善。,1914-1918,液压传动广泛应用，1925 年Vickers发明了压力平衡式叶片泵,为近代液压元件工业或液压传动的逐步建立奠定了基础。,1952年后,1952年Rexroth开始生产液压产品，1953年Bosch开始生产液压产品，2001年Bosch和Rexroth合并。,2,1,3,精选,精选,液压泵分类,外啮合齿轮泵,动画,内啮合齿轮泵,动画,单作用叶片泵,双作用叶片泵,动画,斜轴式,斜盘式,动画,安装马达时给壳体油腔注满清洁液压油； 避免在系统有负载的情况 下突然启动或停止； 必要时（高压、高转速）对马达壳体油腔冲洗冷却；

5、 壳体泄油应直接回油箱。,马达旋转无力； 泄漏； 爬行； 马达轴损坏； 运转时有噪音。,动画,单向阀结构原理图,动画,动画,直动式溢流阀结构图,溢流阀原理图,动画,先导式溢流阀结构图,直动式顺序阀结构图,动画,先 导 顺 序 阀 结 构 图,动画,直动式减压阀结构图,先 导 式 减 压 阀 结 构 图,方向控制阀的运行性能特性,行程-时间曲线（开启时间）,三位四通方向控制阀的P-Q特性曲线,三位四通换向阀开关容量界限特性曲线,三位四通换向阀P-Q开启性能界限特性曲线,直动式换向滑阀,动画,弹簧对中型,压力对中型,精选,流量控制原理,流经薄壁小孔的流量 q = cdA(2p/)1/2 流经细长孔

6、的流量 q =(d 4/128l )p 综合两式得通用节流方程 q = KLAp m 节流元件的节流口结构有锥形、三角槽形、矩形、三角形等。工业上又将节流口的过流面积A 的倒数称为液阻，将过流面积可调的节流口称为可变液阻。由节流方程知，当压力差一定时，改变开口面积即改变液阻就可改变流量。,精选,节流阀,结构原理 主要零件有阀芯、阀体和螺母。阀体上开有进油口和出油口。阀芯一端开有三角尖槽，另一端加工有螺纹，旋转阀芯即可轴向移动改变阀口过流面积。为平衡液压径向力，三角槽须对称布置。,精选,调速阀,结构原理 调速阀是由定差减压阀与节流阀串连而成。 压力油p1先经定差减压阀，然后经节流阀流出。节流阀进

7、、出口压力油p2、p3经阀体流道被引至定差减压阀阀芯的两端，(p2-p3)与定差减压阀的弹簧力进行比较，因定差减压阀阀口的压力补偿作用，使得(p2-p3)基本不变。 调速阀可以是定差减压阀在前，节流阀在后，也可以是节流阀在前，定差减压阀在后。,4.2、调速阀故障分析与处理,故障分析与处理,调节失灵； 流量不稳定。,4.3、分流-集流阀应用及其故障分析与处理,应用,用于液压系统中2-4个执行器的速度同步； 控制两个执行器按一定的速度比例运动。,故障分析与处理,同步失灵； 同步精度太低； 执行器运动终点动作异常。,精选,分流集流阀结构及原理,分流阀结构原理：它由两个固定节流孔1、2、阀体、阀芯和两

8、个对中弹簧等组成。阀芯两端台肩与阀体沉割槽组成两个可变节流口3、4。固定节流孔起检测流量的作用，可变节流口起压力补偿作用，其过流面积通过压力p1和p2 的反馈作用进行控制。无论负载压力p3、p4如何变化，都能保证q1q2 。,5.1二通盖板式插装阀应用及常见故障,应用场合,工作压力超过21MPa，流量超过150L/min。 系统要求集成度高，外形尺寸小。 系统要求快速响应。 系统要求内泄小或基本无泄漏。 系统要求稳定性好、噪声小。,5.插装阀,动画,精选,组件由阀芯、阀套、弹簧和 密封圈组成。根据用途不同 分为方向阀组件、压力阀组 件和流量阀组件。同一通径 的三种组件安装尺寸相同， 但阀芯的结

9、构形式和阀套座 直径不同。三种组件均有两 个主油口A 和B、一个控制 口x 。,插装阀基本组件,典型组合及应用回路,插装方向阀及其应用回路,插装压力阀及其应用回路,插装流量阀及其应用回路,插装阀复合控制回路,5.2二通盖板式插装阀常见故障及处理,1,换向不可靠或调压失灵；,2,插装式压力阀压力不稳定、振摆大；,过渡过程达不到要求。,3,5.3 螺纹式插装阀,5.3.1螺纹式插装阀应用,螺纹式插装阀几乎可实现所有方向、压力、流量阀的功能，主要用于高压中、小流量（最大可达230L/min左右）的场合。,伺服阀原理,液压伺服阀故障的诊断,1）伺服阀不动作 内部零部件损坏；滑阀卡死；喷嘴堵塞；内部滤网

10、堵塞；伺服放大器故障； 2）经常出现零漂 油液污染；电气部分产生的零漂；机械零漂； 3）伺服阀输出流量少 供油压力低；放大器的增益小；污物堵塞、卡死 4）动态特性、稳定性差、稳态误差大 5）无信号输入，但执行机构向一边运动 主阀芯卡死在一定的开口位置；零位偏移； 6）零位泄漏增大、压力增益下降 阀配合间隙增大；控制边棱角损伤；,伺服阀,精选,电液比例阀是一种性能介于普通控制阀和电液伺服阀之间的新阀种。它既可以根据输入电信号的大小连续成比例地对油液的压力、流量、方向实现远距离控制、计算机控制，又在制造成本、抗污染等方面优于电液伺服阀。 电液比例阀根据用途分为：电液比例压力阀，电液比例流量阀，电液

11、比例方向阀。,精选,图示为电液比例压力先导阀，它与普通溢流阀、减压阀、顺序阀的主阀组合可构成电液比例溢流阀、电液比例减压阀和电液比例顺序阀。改变输入电磁铁电流的大小，即可改变电磁吸力，从而改变先导阀前腔压力，对主阀的进口或出口压力实现控制。,与普通压力先导阀不同： 1、与作用在阀芯上的液压力进行比较的是电磁吸力，不是弹簧力。 2、此处弹簧为传力弹簧，无压缩量。,精选,电液比例流量阀,图示为位移弹簧力反馈型电液比例二通节流阀。主阀芯5为插装阀结构。当比例电磁铁输入一定电流时，产生的电磁吸力推动先导阀芯2下移，先导阀阀口开启，主阀进口压力油经R1和R2、先导阀阀口流至主阀出口。因阻尼R1作用，使主

12、阀芯上下腔产生压力差，致使主阀芯克服弹簧力上移，主阀口开启。主阀芯向上位移使反馈弹簧3受压缩，但反馈弹簧力与先导阀芯上端电磁吸力相等时，先导阀芯和主阀芯受力平衡，主阀阀口大小与输入电流大小成比例。改变输入电流大小，即可改变阀口大小，在系统中起节流调速作用。,特点 输入电流为零时，阀口是关闭的；主阀的位移量不受比例电磁铁行程的限制，阀口开度可以设计得较大，即阀的通流能力较大。,精选,电液比例换向阀,电液比例换向阀由前置级（电液比例双向减压阀）和放大级（液动比例双向节流阀）两部分组成。 前置级由比例电磁铁控制双向减压阀阀芯位移。当比例电磁铁输入电流时，减压阀芯移动，减压开口一定，经阀口减压后得到稳

13、定的控制压力。,精选,放大级由阀体、主阀芯、左右端盖、阻尼螺钉和弹簧等零件组成。控制压力油经阻尼孔作用在主阀芯的端面时，液压力将克服弹簧力使阀芯移动，开启阀口，沟通油道。主阀开口大小取决于输入电流的大小。 改变比例电磁铁的输入电流，不仅可以改变阀的工作液流方向，而且可以控制阀口大小实现流量调节，即具有换向、节流复合功能。,精选,（五）液压辅件故障分析,1.蓄能器故障分析,2.过滤器故障分析,滤芯脱胶,2,滤芯变形,1,滤油器堵塞,3,测压不准确,1,测不到压力,2,故障现象,故障现象,3.压力表开关故障分析,1.不要迷恋标准,10通径溢流阀,10通径换向阀,流量只与通径有关吗？,油液的等效体积

14、弹性模量Kd,通过检测负载压力、流量和功率变化信号，向液压系统进行反馈，实现泵输出的流量、压力与负载匹配，以达到节能的目的。,负载敏感系统原理,定量泵负载敏感系统,变量泵负载敏感系统,负载敏感系统能量损失,抗流量饱和LUDV系统,系 统 原 理 图,LUDV系统原理,量变引起质变,某三位四通换向阀样本资料,低压,高压,压力与寿命成反比,某公司马达压力与轴承寿命的关系,固定设备,移动设备,建议工作压力,（一）现代液压系统回路的主要技术特征,（二）液压传动系统原理实例分析,4,3,2,1,液压基本回路,闭式液压传动系统的原理,泵控变量方式的种类及控制原理,负载敏感和LUDV同步控制系统,(一）现代

15、液压系统回路的主要技术特征,1、液压基本回路,调压回路,减压回路,平衡回路,保压泄压回路,缓冲制动回路,压力 控制 回路,卸荷回路,压力控制回路,调压回路,单级调压,二级调压,三级调压,动画,平衡回路,溢流平衡阀回路,双向平衡阀的平衡回路,动画,减压回路,一级减压回路,二级减压回路,动画,FD平衡阀平衡回路,FD平衡阀原理图,平衡回路,卸荷回路,阀中位卸荷,溢流阀+顺序阀卸荷,溢流阀远控卸荷,动画,保压泄压回路,蓄能器保压回路,蓄能器保压回路,动画,缓冲补油回路,换向回路,电磁换向阀换向回路,电液换向阀换向回路,比例换向阀换向回路,动画,换向回路,锁紧回路,单向锁紧回路,制动器锁紧回路,液压锁

16、回路,动画,速度控制回路,速度控制回路,节流调速回路,进口节流调速,出口节流调速,旁路节流调速,动画,动画,动画,容积调速回路,变量泵-定量马达,定量泵-变量马达,容积调速回路,变量泵-变量马达,1,顺序动作回路,2,同步动作回路,多执行器动作回路,多执行器动作回路,顺序阀控制顺序动作回路,顺序动作回路： a、压力控制顺序动作回路 b、行程控制顺序动作回路 c、时间控制顺序动作回路,动画,采用同步液压马达的同步动作回路,3,2,4,1,多执行器动作回路,同步动作回路,机械联接同步回路,采用同步液压缸的同步动作回路,采用流量控制阀控制的同步动作回路,动画,液压系统回路实例分析,油压机,液压冲床,

17、1,2,3,液压系统回路实例分析,4,5,6,翻车机,轨道式牵引车,翻车机,2、闭式液压传动系统的原理,闭式液压系统回路,演示,闭式系统优点:,3）闭式液压泵工作转速高，便于内燃机直接驱动。,2）闭式系统中液压元件相对较少，结构紧凑，重量轻，特别适合 于行走机械。,4）闭式系统依靠泵控换向，其换向冲击小。,1）闭式系统工作油路上不存在阀间损失，效率高。,5）闭式液压系统抗污染性强，适合于恶劣工作环境。,3、闭式液压传动系统实例分析,混凝土输送泵液压系统-CAD图,架桥机行走液压系统,架桥机行走液压系统原理图,3,2,4,5,6,1,压力、流量和功率均可控制,较短的换向时间，较高的固有频率，适应

18、闭环控制需要,阀控系统中，节能高效,流量控制范围大，可正向控制，也可负向控制,较高的功率利用率 恒功率曲线,电子控制，实现柔性控制和远程控制,4、泵控变量方式的种类及控制原理,液压系统对泵变量控制的要求：,压力控制变量,压差控制变量,带有反馈的排量控制变量,电子控制变量,速度感应变量,压力指令变量,逆向控制变量,液压油泵变量方式汇总,液压油泵的变量控制 Pump Control,DR 控制,FR 控制,DFR 控制,LR 控制,DFLR 控制,HD 控制,EP 控制,过滤器-冷起动阀,DA 控制,DG 控制,HD 控制,HW 控制,EZ 控制,EP 控制,（二） 液压传动系统原理及实例分析,C

19、AD图,CAD图,1、旋挖钻机,2、隧道出渣机,原理图,4、液压四大车,原理图,3、正面吊系统,5、混凝土输送泵,开式CAD图,闭式CAD图,旋挖钻机,隧道出渣车,精选,正面吊,WD-320型动力稳定车,精选,卷扬BVD平衡阀,1.单向离合器,存在问题,2.双向变速箱,存在问题,动力稳定车CAD图,清筛机CAD图,3.高速行驶时泵的比例电磁铁突然掉电,存在问题,4.众说纷纭的DA控制,闭式泵标准结构型式带DA控制阀,柴油机外特性曲线,5.电控液压马达的变量,电液伺服控制EP和EQ,电液比例控制L1B1、L2B1和L7B1,存在问题,在作原动机与液压泵匹配时，应以满足扭矩匹配作为先决条件。 另一

20、方面，在进行扭矩匹配时要考虑内燃机的变扭矩特性，要在可能工作的转速范围内进行扭矩验算，否则会出现某一转速下能满足要求，而改变转速时可能导致内燃机超载的现象。我们要求在任意工作点上的扭矩不过载，否则会出现内燃机带负载后降速或熄火，导致油耗增加或根本不能工作。,1. 功率匹配、扭矩匹配及转速匹配,（一）液压泵与原动机的匹配,(1)在确定闭式泵输入功率时要考虑补油压力的影 响，补油压力越高则所需驱动功率越小； (2)原动机与液压泵的匹配应以扭矩匹配为先决条件； (3)原动机为内燃机时应验算工作范围内各点的扭矩，以防止超限引起的降速或熄火。,（一）液压泵与原动机的匹配,2.内燃机的扭矩特性与油泵的变量

21、方式匹配 ： 液压控制，与转速有关，DA控制阀，固定设定值,3.串泵与多泵的选择,1,2,内燃机：串泵；,（二）液压国际标准与液压技术的不适应及对策,1,叠加阀的应用局限： 有流量和压力限制,2,三位四通换向阀的参数跳级： 从25通径到32通径重量和价格发生巨变,（三）液压系统的冲击,1.冲击的新定义 瞬时高压、吸空和瞬时流量变化； 2.冲击的外部特征及形成条件 特征：振动、噪声 形成条件：流量和压力突变 3.换向时液压冲击的形成 外因（惯性负载）、内因（过渡机能） 4.防止冲击的措施 主动措施和被动的措施（贮能）,（1）.电磁换向阀时间滞后引起的液压冲击: 图示为液压动力滑台的液压系统，它实

22、现的功能是快进工进快退 故障现象：在进入快退行程时，首先出现向工作方向（进给）的冲击，然后才能快退。,危害：影响加工精度，严重时可能损坏工件和刀具。 故障诊断：在快退时两位和三位电磁阀均需换向，但二位阀的换向时间短，三位阀的换向时间长，在此换向过程中，会首先出现的油缸的差动，从而使工作台前冲，待三位阀换向到位后，才能进入正常的快退。 解决措施：在调速阀旁并联一个单向阀，并改接电路，使快退时二位电磁阀不动作。,（2）.换向阀过渡机能引起的液压冲击 : 图示为某压铸机的液压原理图 （局部），采用双泵合流供油。 泵：低压大流量 泵：高压小流量 泵处于工作或卸载状态由压力继电器控制二位电磁换向阀实现。

23、 故障现象：A泵频繁损坏,经检查，溢流阀能正常溢流，换向阀正常换向，但电磁换向阀的过渡机能为 ，故在换向过程中存在油泵出口被瞬时封闭的情形，从而引起液压冲击。 冲击压力的高低与泵的流量、被封闭腔体的体积、换向时间等因素有关，Rexroth公司的4WE10换向时间为：交流40-60ms，直流50-70ms。,故障诊断：,将换向阀的过渡机能改为“H”型 在油泵A的出口和换向阀之间加装一小型直动溢流阀 在油泵和电磁阀之间加装蓄能器以吸收冲击 如果泵A是由动力机独立驱动的，则可取消二位电磁阀，通过压力继电器直接发信号控制电机启停，达到工作或卸荷的目的。,解决方法：,液压 阀的 过渡 机能 引起 油口

24、的瞬 时开 启或 闭合,（3）,从仿真结果看出，在0.2s之后都基本上达到了稳态值，系统的调整时间很短。液压缸8 无杆腔压力在0.01s左右时有一压力峰值约为21MPa的瞬间压力冲击, 相对于10.5MPa的稳态值, 其超调量达100%,可见该处的液压冲击是很大的。,（4）油压机回程时的液压冲击,原因：油被压缩，压缩体积为： V=Vo（PH-Po） -油液的压缩系数，=710-10m2/N 对于一个Vo=67L，PH=32Mpa 的油腔V=1.5L。 若换向时间为0.1s=100ms，则 瞬时流量为: Q=1.5/0.160=900L/min 这样大的流量通过管道流回油箱，在管路内引起很大的冲

25、击流速，若d=30mm,则: V=Q/(/4)d2=21.2m/s 正常压力油路的流速V5m/s，因此会产生很大的冲击。,(主动措施) A:低压回程+先导式液控单向阀 B:回程油道上并接外控顺 序阀 C:高压侧加小通径电磁球阀(通过电控预先开启),解决方案：,外负载（惯性）引起的液压冲击,（5）,压力冲击决定寿命！,（四） 液压系统的吸空,1,2,3,4,有吸空的系统 不可能成为精品！,（五）液压系统的高温治理,1,2,3,高温的治理：系统冷却流量的确定和局部高温的对策,高温治理的措施：,减少或降低热源、加强散热,、溢流阀的压力调定高于负载或压力切断的压力；,、采用变量泵节流阀（调速阀）容积调速；,、采用多泵结构：流量匹配时优先考虑功率大和作业时间长的执行机构的流量要求，尽可能使这些部分不存在节流调速。,、减少油路的压力损失,换向阀的压力损失在回路中占主要地位：,a、换向阀通径选择要考虑不