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1、第五章 液压缸概述 第一节液压缸的性能与分类 一、液压缸的工作原理 见图81 从工作原理知道，输入液压缸的油液必须具有压力p和流量qv，压力用来克服负载，流量用来形成一定的运动速度。油液的压力和流量就是输入液压缸的液压能；活塞作用于负载的力F和运动速度。就是液压缸输出的机械功。当已知液压缸的结构尺寸，即活塞直径D和活塞杆直径d，输入油液的压力大小决定于外负载，而运动速度决定于输入流量。因此，液压油的压力 p和流量。 Qv ，液压缸作用力 F和速度v是主要性能参数，它们是通过液压缸的结构参数D和d来联系的。,二、液压缸的分类：为满足各种机械的不同用途，液压缸种类繁多，其分类根据结构作用特点，活塞

2、杆形式、用途和安装支承形式来确定。 按供油方式分为：单作用缸和双作用缸。单作用缸只往缸的一侧输入压力油，活塞仅作单向出力运动，靠外力使活塞杆返回。双作用缸则分别向缸的两侧输人压力油，活塞的正反向运动均靠液压力来完成。 按结构形式可分为：活塞缸、柱塞缸和伸缩缸。 按活塞杆形式可分：为单活塞杆缸和双活塞杆缸。 按液压缸的特殊用途分：串联缸、增压缸、增速缸、多位缸、步进缸等。此类液压缸不是一个单纯的缸筒，而是和其它的缸简或构件组合而成，又称组合缸。 液压缸的分类、图形符号和说明见表8l,第二节 液压缸的缓冲装置与密封装置 一、缓冲装置 当液压缸驱动一定质量的工作部件快速运时，具有较大的动量，在行程终

3、点活塞和端盖发生机械撞击，产生振动和噪声，影响定位精度，甚至损坏液压缸。一般对高速运动（v0.1 ms）的活塞必须采取缓冲措施，其原理是在活塞运动接近终点时，增大液压缸的排油阻力，使运动的活塞降速制动，实班缓冲。 缓冲措施除了在液压缸出油口以外设置缓冲回路外，在液压缸的端部设置缓冲装置，常见的形式如图85所示。 （一）固定节流缓冲装置 图85所示的a、b （二）可变节流缓冲装置 图85所示的c、d、e、f,二、密封装置 密封装置的作用是用来阻止有压工作介质的泄漏和防止外界空气、灰尘、污垢和异物的侵入。其中起密封作用的元件叫密封件。 液压系统或元件中工作介质的内泄漏会： 降低系统容积效率，恶化设

4、备的技术性能，甚至无法正常工作。工作介质的外泄漏会： 导致工作介质污染环境，造成火灾等不安全因素，严重时可引起机械操作失灵及设备和人身事故。 空气的侵入，使介质的弹性模量降低，产生气穴，增加系统的振动和噪声。灰尘和污染异物侵入系统后，增加了介质的污染度，见塞缝隙，增加磨损，降低工作寿命，加速了系统中的内外泄漏。 所以液压设备的压力等级、可靠性及使用寿命的提高，很大程度上决定于密封装置和密封件。,1密封的分类 见下表 2对密封的基本要求 1）在工作压力和温度范围内，应具有良好的密封性能。 2）密封件的材料和系统采用的工作介质要有相容性。 3）动密封件的摩擦阻力要小，即摩擦系数要小而稳定，特别是静

5、摩擦系数与动摩擦系数的差值要小。 4）密封件的耐磨性要好，磨损小，寿命长，磨损后在一定程度上能自动补偿。 5）制造简单装拆方便。城本低廉。,3密封装置（部分） 唇型密封圈：V型和Y型见下图,骨架油封见右图：,第六章 液压系统辅助元件 包括：滤油器、油箱、蓄能器、热交换器、油管、管接头、压力表以及密封件等。 一、滤油器： 过滤是控制液压系统污染的重要手段，滤油器的选用和维护是否合理，对系统的工作性能和使用寿命影响很大。 1 . 滤油器的性能参数： 主要性能参数有：过滤精度、额定流量、额定压差、最高工作压力等。 滤油器的过滤比 ： 滤油器上游油液单位容积中大于某一给定尺寸的颗粒数与下游油液单位容积

6、中大于同一尺寸的颗粒数之比，即 =Nu/Nd,当对某一尺寸x的过滤比x值为20时，则x可认为是滤油器的公称过滤精度。 当对某一尺寸y的过滤比y 值为75时，则y可认为是滤油器的绝对过滤精度。 2 . 滤油器的主要类型： 按工作原理的不同可分为： 表面型滤油器、深度型滤油器和磁性滤油器。 按滤芯结构和材料来分，有： （1）金属网式滤油器（见图） （2）线隙式滤油器（见图） （3）纸质滤油器（见图） （4）烧结式滤油器 （见图） （5）磁性滤油器（见图） （6）纤维型滤油器；（7）缝隙式滤油器（见图） （各滤油器特点见P115）,分为三种标准等级：80um（200目），即每英寸长度上有200个网孔

7、）； 100um （150目）； 180um（100目）。在额定流量下，压力损失不大于0025MPa。,线隙式有三种精度等级： 30um、50um、80um。在额定流量下，压力损失约为0.030.06MPa。,纸芯滤油器压力损失约为0.010.04MPa,烧结式滤油器压力损失约为0.020.03MPa,磁性滤油器过滤精度可达63 6 u m。,3. 滤油器使用时注意事项 滤油器两端的压力降、通流能力、过滤精度等。按通过最大流量时的工况，吸油管路滤油器的压力降原则上不应大于0.015MPa,回油管路滤油器的压力降不应大于0.03MPa；至于滤油器的过滤精度则应按被保护元件的要求来确定。4.滤油器

8、在系统中的安装位置：安装在吸油管路上。安装在油泵的输油管路上，并在其他各元件之前。安装在主回油管路或支回油管路上。安装单独的过滤系统。安装在重要元件的前面。,二、油箱： （见后两图） 主要功能： （1）储存系统所需的足够油液； （2）散发系统工作中产生的一部分热量； （3）分离油液中的气体和沉淀污物。,三、油冷却器：,四、蓄能器功用：储存和释放液体压力能的装置，可作为辅助动力源，热膨胀补偿器和脉动、冲击吸收器等。 有重锤式、弹簧式和气体加载式，应用最多的是气体加载式，种类如下：1、活塞式。2、气囊式。3、气瓶式。,1-活塞； 2-油缸； 3-气体充入口,1-气体充入口； 2-壳体； 3-气囊,

9、蓄能器在系统中的应用见右图：,第七章 液压油的污染等级标准和液压油的更换方法一、液压油的污染等级标准衡量液压油中的固体颗粒污染程度有：总体表示法： 可以用称重法检测，或者用污染物与油液的质量或体积比来表示。NAS（美国航天学会）1638 固体污染物重量法等级标准，如下表所示 分散表示法：以颗粒数为基础，形式有：（1）间隔的颗粒浓度； ISO4406污染度等级标准（如后表所示） （2）累计颗粒浓度,二、液压油的更换： 确定换油期的方法一般有三种。（l）规定固定的换油期 ：新建系统首次换油；500工作小时 ；以后的换油；5000工作小时 这种方法虽广泛应用，但不够科学，有时油液可能已变质或严重污染

10、，换油期未到仍继续使用；也可能油液未变质，因换油期已到而当废油换掉了。（2）根据经验和对油样的观察来决定是否换油 （见下表） 操作人员定期（例如每月一次）从正在运行的液压系统中抽取油样，通过与新油的对比或通过滤纸的过滤分析来确定是否换油。这种方法也很不精确，由于操作人员经验不同，对于同一油样可能得出不同的判断。（3）规定换油指标，根据油样检验结果来决定是否换油 定期取样检验，一旦检验结果中有一项超过表7-8中规定，可继续使用但应加强监督，有三项超过换油指标，就必须换油，应尽量采用这种方法。一般当下列指标达到所用品牌液压油的使用极限，就应及时换油（1）酸值；（2）粘度；（3）Pk值（油膜强度）和

11、Pd （液压油的抗结性能）值。,第八章 液压系统污染控制措施和失效树分析 一、污染控制平衡图 液压元件的工作可靠性和使用寿命很大程度取决于元件的耐污染能力和系统油液的污染度。美国ECFitch教授在深入分析了影响元件污染寿命诸多因素的基础上，提出了污染控制平衡图（见图），形象地描述了污染控制的平衡关系以及影响元件污染寿命的因素。污染控制平衡图是利用两架天平来描述的，一架天平反映系统的过滤性能，另一架反映元件的抗污染能力。两架天平指示出元件污染寿命与油液污染度及元件污染耐受度之间的关系。天平的法码就是与污染控制有关的一些参数。,由污染控制平衡图可以看出，提高液压元件污染寿命和工作可靠性的途径主要

12、有两条：提高元件的污染耐受度；降低油液污染度。 二、污染控制的主要措施 1元件的净化 元件在加工、装配或维修过程的每一工艺环节后，不可避免地残留有污染物，因此必须采取有效的净化措施，使元件达到要求的清洁度。 清洁度不符合要求的元件装入系统后，在系统油液冲刷和机械振动等的作用了，将使元件内部残留的污染物从粘附的表面脱落而进入油液中，使系统受附加污染。此外，元件内部残留的污染物往往是造成元件初期损坏或故障的主要原因，如导致零件表面划伤、控制孔堵塞和运动件卡死等。,元件的净化应从元件生产的最初工序开始，每一工艺过程后都应采取相应的净化措施，包括铸件的净化，零部件的粗洗和精洗等。零部件经过净化后一般应

13、立即进行装配。元件的装配应在清洁的环境下进行。装配好的元件要在性能试验台或专用清洗台上进行最后清洗，使其达到清洁度要求。 2液压系统的清洗 油箱和管道是液压系统的重要组成部分，液压系统组装之前，必须对油箱和管道进行彻底清洗。表面残留的焊渣和锈蚀物一般可用机械方法消除。管道内壁的污染物可采用向管内通压缩空气或蒸汽的方法清洗。对于牢固地粘附在油箱和管道内壁的氧化物则需通过酸洗才能清除。,液压系统组装完毕后需采用流通法进行全面的清洗，用以消除在系统组装过程中带入的污染物。清洗时可以利用液压系统的油箱和泵，也可以采用专门的清洗装置。对于复杂的系统可以分为几个回路分别进行清洗。对于系统中污染敏感度很高的

14、元件或对液流速度有限制的元件，在清洗时应先将这些元件用管件旁路。液压系统的过滤器可接入系统，但不装滤芯，清洗时采用专门的清洗过滤器。 采用的清洗液应与系统内所有元件（特别是密封件）相容，并且要与系统将要使用的工作介质相容。系统清洗一般采用粘度低的油液，但不允许使用煤油等溶剂。 在清洗过程中，要定时从系统中抽取油样进行污染度测定，系统一直要清洗到内部油液污染度达到规定要求为止。清洗完后，排尽系统内全部油液，然后注入清洁的工作液。,3防止污染物的侵入 液压系统工作过程中，外界污染物将通过油箱呼吸孔和活塞杆密封等渠道不断地侵入系统油液中。此外，向系统注油和维修过程中容易将污染物带入系统，因此，必须采

15、取有效措施，严格控制污染物的侵入，包括新油也必须过滤，在油箱呼吸孔上装设精度 1040um的空气滤清器，在油缸活塞杆压力密封外端装置防尘密封等。 4固体污染物的排除 为了保持油液的清洁，主要的措施是利用过滤器不断地滤除液压系统中残存的、不断侵入的和生成的污染物。因此要特别注意对过滤系统的合理设计、使用和维护。,5防止水、液和空气混入系统 虽然本章重点讨论的是固体颗粒物的污染，但对于水、各种润滑冷却液和空气混入液压系统后所造成的危害亦应给予足够重视，在液压系统设计、运行和维护过程中，要特别注意采取措施防止这些污染物质进入系统油液中。 三、失效树分析 1 失效树（F T A）分析的概念及步骤 失效

16、树分析由1962年美国贝尔试验室的沃森首先提出并且应用在民兵导弹的发射控制系统安全性设计中，预测导弹发射的随机失效概率取得了很好的效果。70年代以来，FTA已广泛应用到核工业及电子、化工、机械、船舶等领域，成为可靠性、安全性分析及风险评价的一种十分有效的方法。,失效树分析法是一种图形演绎方法，它以系统或元件最不希望发生的事件为顶（称为顶事件），向下逐层展开，找出导致该事件发生的全部（包括硬件、软件、环境、人为因素等）原因，然后以一种特殊的倒立树状逻辑因果关系图（即失效树）来表示相互之间的逻辑关系。FTA可用于系统可靠性定性分析，也可用于可靠性定量分析。 失效树分析法是一种图形演绎方法，它以系统

17、或元件最不希望发生的事件为顶（称为顶事件），向下逐层展开，找出导致该事件发生的全部（包括硬件、软件、环境、人为因素等）原因，然后以一种特殊的倒立树状逻辑因果关系图（即失效树）来表示相互之间的逻辑关系。FTA可用于系统可靠性定性分析，也可用于可靠性定量分析。,失效模式、影响及后果分析（FMECA）和失效树分析（FTA）都是处理产品（元件或系统）失效原因和结果之间的关系。主要区别在于：前者是由因到果、自下而上地进行分析，即从元部件的失效模式开始，逐级分析这种失效模式对产品（系统）可靠性的影响，它属于单因素的失效分析。而失效树分析是由果到因、自上而下地进行分析，即首先把系统最不希望出现的失效状态作为

18、失效的分析目标，进而找出导致这一失效状态的所有直接原因和间接原因，它属于多因素的失效分析。 在工程实际应用中，应综合应用FMECA和FTA的长处，使其发挥更大的效果。通常可以把FTA作为FMECA的进一步发展，即在FMECA的基础上确定失效树的顶事件，然后利用FTA深入分析各种失效的组合、失效传递的逻辑关系和进行失效的定量分析。,失效树分析的步骤通常因评价对象、分析目的、精确程度等的不同而异。但一般的步骤是 1）失效树的建造； 2）建立失效树的数学模型； 3）定性分析； 4）定量分析。 建造失效树是FTA的关键，建造的失效树愈完善、愈详尽愈好，因为失效树的完善程度将直接影响定性和定量分析结果的

19、准确性。 目前建树方法可以分为两大类：演绎法和计算机辅助建树的合成法或决策表法。后者尚不够成熟，这里只介绍演绎法。,2 .选择顶事件 一个系统可能有多种不同的失效状态，最好在FMECA分析的基础上，将系统所有可能的失效模式，按其致命程度分类排队，从中选出最不希望发生的事件作为顶事件。如果必要，也可取系统的多种失效事件作为顶事件，分别加以分析研究。 在选择项事件时应注意1）分析的目标、任务不同时，应选择不同的顶事件； 2）要使顶事件有确切的定义，防止含混不清，模棱两可； 3）顶事件能被分解，便于进一步分析顶事件和底事件之间的关系；4）顶事件能被监测和控制，便于采取措施防止其发生；5）最好使顶事件

20、具有代表性，以便收到事半功倍的分析效果。,3 . 失效树常用符号 建造失效树，实质上就是要找出顶事件和导致顶事件发生的诸多因素之间的逻辑关系，并且将这种逻辑关系用特定的图形符号表示出来。建造失效树时使用的符号有事件符号和逻辑符号。表136中列出了最常用的符号，其他符号及名词术语请参阅国标GB4888一流“故障树名词术语及符号” 事件符号（l）圆形符号表示底事件。底事件是失效树分析中仅导致其他事件发生的原因事件，它位于失效树底端。在特定的失效树分析中，无需探明其失效原因的底事件，叫基本事件。（2）菱形符号表示未探明事件。未探明事件是指原则L应进一步探明其发生原因，但暂时不必或暂时不能探明其发生原

21、因的底事件。同样位于失效树底端。,（3）矩形符号表示结果事件。应在矩形框内注明失效事件的定义。并分别与逻辑门联接，表示该事件是此逻辑门的输出或输入。结果事件包括顶事件和中间事件。顶事件是失效树分析中最关心的事件，位于失效树顶端；中间事件是位于顶事件与底事件之间的结果事件。 (4）三角形符号表示失效事件的转移。例如图1310中的三角形，表示进一步的分析转到以字母A或B为代号的子树中去。 逻辑门符号 （1）逻辑与门 与门表示当所有输人事件均发生，输出事件才发生。（2）逻辑或门 或门表示当输人事件中至少有一个发生时，输出事件才发生。（3）逻辑非门 非门表示输出事件是输人事件的对立事件。,建造失效树

22、以电磁换向阀的失效树分析为例（图1310） 把电磁阀外泄漏作为顶事件，则把它写在矩形框内，放在失效树顶端。 然后再分析导致泄漏的直接原因有哪些？如果认为密封回损坏、端盖破裂、阀体破裂、联接螺丝断裂、座板变形、导磁套破裂等情况均可能导致泄漏，则应把这六种情况作为中间事件放在顶事件下面（第二级），后用或门符号把它们与顶事件联系起来。再分别分析导致这六个中间事件产生的原因，再把这些原因写下来（第三级），并且利用适当的逻辑符号使其与第二级的中间事件相联。按这个线索一步步深入，一直要追溯到引起顶事件发生的主要原因，或者不需要再分析为止。 在分析过程中，要不断了解“这一事件是怎样发生的？”这个问题，使树不

23、断生长，直到不再扩展出新的树枝（事件）为止。这样就建成一棵以顶事件为“根”，中间事件为“节”，底事件为“树叶”的具有多级的、倒置的失效树。,第九章 液压系统的分类 一、按油液循环方式分类 分为开式系统和闭式系统。 常见的液压系统大部分都是开式系统，如图93所示。 闭式系统，如图94所示。,二、按液压能源的组成形式分类 1 .定量泵一溢流阀恒压能源 液压系统为获得恒压油源，大多使用这种回路，如图95所示。,2 .定量泵一旁通型调速阀液压能源 图96为定量泵一旁通型调速阀的压力适应回路，液压泵的工作压力不是由通常的定压溢流阀控制，而是由旁通型调速阀控制。旁通型调速阀将多余的油液排回油箱，仅供负载需

24、要（由旁通型调速阀中的节流阀调定的）流量。液压泵的工作压力能自动随负载压力而变化，始终比负载压力高一恒定值，故称作压力适应回路，回路效率大为提高。,3 . 双泵高低压系统 如果执行元件运动中是轻载高速接近工件和慢速加压工作两个过程，可采用图97所示高低压系统。卸载阀单设双泵同时供油的工作压力，当系统压力低于卸载阀4的调定压力时，两个泵同时向系统供油。溢流阀3设定的最高工作压力。当系统压力超过卸载阀4的压力时，低压泵1输出的油液通过卸载阀流回油箱，只有高压泵2向系统供油，减少了功率损耗。 4.多泵分级流量供油系统 多泵分级流量供油系统，一般是3台或3台以上的定量泵。同双泵系统一样，一种方案是电动

25、机驱动一组相同流量的定量泵，根据系统压力来自动切换向系统供油定量泵数目，达到恒功率输出的目的，如图98所示，充分利用发动机功率。如果3台定量泵的流量不相等，并在各个泵出口分别控制加压或卸荷，以不同的组合，可以获得多级流量，其工作原理如图99所示，它为液压系统数字控制提供了方便。,5. 定量泵一蓄能器供油系统 对于工作周期长、执行元件间歇运转的液压机械，用定量泵一蓄能器供油方案是可行的，如图910所示 6.压力补偿变量泵液压能源 如图911所示，用压力补偿变量泵作液压能源，低压时变量泵输出大流量，随着负载压力的增高，泵的输出流量减少，泵的输出流量决定于负载的需要，因回路效率高、经济而被广泛地采用

26、。 7.负载敏感变量泵液压能源 图912为带负载敏感阀2和变量泵3组成的负载敏感回路。在这种回路中，通过负载敏感问将可调节流阀3检测出来的负载压力反馈给变量泵，自动控制变量泵的输出流量，使变量泵的输出流量和压力均与负载需要相适应。大功率液压系统采用负载敏感变量泵液压能源，不论负载压力还是流量在较宽范围内变化，输入功率始终是适应于输出功率，因此节约能源是相当可观的。,8.变量泵闭式调速系统 图94闭式系统调速回路中，变量液压泵输出的油液直接进入执行元件（液压马达或液压缸），主油路上没有串接任何的控制阀，在旁路上的溢流阀作为安全阀，限定系统最高压力，正常工作时不溢流。只是在系统压力超过最高限定压力时，才打开溢流，保护系统中各个元件，此系统既没有溢流功率损失，又没有串接在油路上阀口的节流功率损失。补油泵消耗的功率比起主泵功率来说，只占很小的百分比，故闭式系统的效率最高。 三、按采用的控制阀的性质分类 分为普通液压传动系统、电液比例控制系统