第4章动力元件及辅助元件.ppt

1、第四章 液压动力元件及其辅助元件,油箱、蓄能器、油管及管接头是与液压动力元件和液压系统密切相关的液压辅助元件。,作用：保证动力元件和液压系统的正常工作。,液压泵是液压动力元件，它是将电动机（或其他原动机）输入的机械能转变成液压能的能量转换装置,作用：向液压系统提供压力油 。,第一节 液压泵工作原理,第二节 齿轮泵,第三节 叶片泵,第四节 柱塞泵,第五节 液压动力辅助元件及其应用,本章内容,一、工作原理,液压泵,第一节 液压泵工作原理,液压泵是靠密封容积的变化来实现吸油和压油的，称为容积式泵。其排油量的大小取决于密封腔的容积变化。,保证容积式泵工作的必要条件是：,（）具有若干个密封且可以周期性变

2、化的工作容积。,（）具有相应的配流装置 。它保证密封容积由小变大时只与吸油管连通；密封容积由大变小时只与压油管连通。 由吸油到压油或由压油到吸油的转换称为配流。,（3）油箱内液体的绝对压力必须恒等于或大于大气压力。,二、液压泵的主要性能参数,1.压力,(1)工作压力：液压泵实际工作时的输出压力。用符号p表示，单位为Pa。其大小取决于外负载和排油管路上的压力损失，与泵的流量无关。 (2)额定压力：液压泵在正常工作条件下，按试验标准规定连续运转的最高工作压力。通常将其标在液压泵的铭牌上。 (3)最高允许压力：在超过额定压力的条件下，按试验标准规定允许液压泵短暂运行的最高压力值。由系统中的安全阀限定

3、。,(1)排量V：指泵每转一周，由其密封容积几何尺寸变化计算而得的排出液体的体积。单位为 m3/r。 排量可以调节的为变量泵，排量不可以调节的为定量泵。 (2)理论流量qt：不考虑液压泵泄漏流量的条件下，单位时间内所排出的液体体积。排量和理论流量的关系，即：,2.排量和流量,(3)实际流量q：泵在实际工作压力下单位时间内所排出液体的体积。,(4)额定流量qn：泵在正常工作条件下，按试验标准规定（如在额定压力和额定转速下）必须保证的流量。其值标在液压泵铭牌上。,3、功率,1）泵的输人功率Ps:指作用在液压泵主轴上的机械功率。,2）泵的输出功率P:指液压泵工作过程中实际输出的液压功率。,式中 T泵

4、轴的输入转矩(N m) n 泵主轴转速（r/min） p液压泵吸、压油口之间的压力差(Nm2)； q 液压泵的输出流量(m3s) 。,Ps= 2nT,P = pq,4、效率,1）液压泵的容积损失与容积效率,2）液压泵的机械损失与机械效率,3）液压泵的总效率,液压泵实际工作时总是有能量损失的，主要表现为容积损失和机械损失。,容积损失：指液压泵在流量上的损失。,机械损失：指液压泵在转矩上的损失。,三、液压泵的分类,（1）齿轮泵（外啮合、内啮合齿轮泵） （2）叶片泵（单作用、双作用叶片泵） （3）柱塞泵（轴向、径向柱塞泵）,按结构形式分为,按排液方向是否可互换分为,（1）单向泵 （2）双向泵,按排量

5、是否可调分为,（1）定量泵 （2）变量泵,按压力大小分为 ：低压泵、中压泵、高压泵、超高压泵,液压泵图形符号,第二节 齿轮泵,特点：结构简单，工作可靠，自吸能力强，对油 液的污染不敏感。 流量和压力脉动大、噪声大，排量不可 调，容积效率低。 类型：按啮合形式分为：外啮合齿轮泵 内啮合齿轮泵,应用：多用于压力不高、传递功率不大、对机构运 动速度稳定性要求不高的液压系统中。,一、外啮合齿轮泵的结构和工作原理,与其他容积式液压泵的区别： 由于啮合点处的齿面接触线一直起着隔离高、低压腔的作用，因此齿轮泵中不需设置专门的配流机构。,二、外啮合齿轮泵存在的主要问题,外啮合齿轮泵的泄漏、困油和径向液压力不平

6、衡是影响齿轮泵性能指标和寿命的三大问题。,1.泄漏 齿轮泵存在着三个可能产生泄漏的部位： 1）齿轮端面和端盖间（ 75%-80% ）； 2）齿轮外圆和壳体内孔间（ 15%-20% ） ； 3）两个齿轮的齿面啮合处（ 4%-5% ） 。,三种泄漏中，端面泄漏量最大，约占总泄漏量的75%-80%。因这里泄漏途径短，泄漏面积大。齿轮泵的端面泄漏是影响压力提高的主要因素，因此一般齿轮泵只适应于低压系统，而且容积效率较低。,2.困油现象,ab 容积逐渐减小 p,容积减小时，被困油液受挤压致使压力急剧上升，产生液压冲击，使齿轮和轴受到瞬时的压力冲击； 且高压油从一切可能泄漏的缝隙强行挤出，导致油液发热。,

7、形成局部真空，使溶于油液中的气体析出，形成气泡，产生气穴，引起振动、噪声、汽蚀等。,这种因独立密封容积大小发生变化引起的液压冲击和气穴现象称为困油现象。,b c 容积逐渐增大 p,原则 ： ab 密封容积减小，使之通压油口(图a)，避免压力急剧升高 bc 密封容积增大，使之通吸油口(图c) ，避免形成局部真空,方法：在两侧端盖上分别开卸荷槽以消除困油。,困油现象严重影响液压泵的使用寿命，因此必须予以消除。,在齿轮传动处于齿侧隙很小的传动状态时，为避免独立密封容积的减小引起压力冲击和噪声，一般将卸荷槽向吸油腔偏移，如图所示。无论怎样两槽间距离a必须保证吸、压油腔在任何时候都不连通，以免增大齿轮泵

8、的泄漏，提高容积效率。,3. 不平衡径向力,产生原因：齿轮泵中，从压油腔经过泵体内孔和齿顶圆间的径向间隙向吸油腔泄漏的油液，其压力随径向位置而不同。经过分析发现，从压油腔到吸油腔的压力是逐级下降的。其合力相当于给齿轮轴一个径向作用力，此力称为径向不平衡力。 危害：径向不平衡力很大时能使轴弯曲、齿顶和壳体内表面产生摩擦和碰撞,同时加速轴承磨损,降低轴承寿命。,减小齿轮泵径向不平衡力的措施： 缩小压油口，以减小压力油作用面积 增大泵体内表面和齿顶径向间隙 开压力平衡槽，会使容积效率减小,径向不平衡力由齿轮自身结构所产生，只能减小，不能消除。,由于解决径向不平衡力和困油现象采用的结构都不具有对称性，

9、所以外啮合齿轮泵都是单向泵，使用时进出油口不能反接，泵轴不允许反转。,1、2-轴套,解决轴向间隙泄漏常用的措施： 采取轴向间隙可以自动补偿的浮动轴套和弹性侧板结构。,三、高压齿轮泵,浮动轴套补偿原理： 将压力油引入轴套背面，使之紧贴齿轮端面，补偿磨损，减小间隙。,1、4-侧板,弹性侧板式补偿原理： 将泵出口压力油引至侧板背面，靠侧板自身的变形来补偿端面间隙。,四、内啮合齿轮泵,渐开线内啮合齿轮泵工作原理,摆线转子泵的工作原理,1一小齿轮2一月牙形隔板3一内齿环 4一外壳5一低压腔6一高压腔,内啮合齿轮泵类型 渐开线齿轮泵 摆线齿轮泵（又名转子泵） 工作原理、结构特点与外啮合齿轮泵完全相同。,第

10、三节 叶片泵,外啮合齿轮泵由于流量脉动大、流量不可调节、流向不可改变，使其应用受到限制，在对运行平稳性要求比较高、对流量变化有要求的中、低压系统中常使用叶片泵。,结构紧凑、外形尺寸小； 输出流量均匀、运转平稳、噪声小； 中低压叶片泵工作压力一般为6.3MPa，高压叶片泵的工作压力可达2532MPa； 叶片泵结构复杂、吸油能力差、对油液污染较敏感。,叶片泵的特点,叶片泵的种类,按工作原理分为单作用式和双作用式两类： 单作用式叶片泵：转子旋转一周，密封容积完成一次吸、排油液。排量可以调节（变量泵），有径向不平衡力，油液流向可以调节。 双作用式叶片泵：转子旋转一周，密封容积完成两次吸、排油液。排量不

11、可以调节（定量泵），没有径向不平衡力，流量脉动小。,按输出流量是否可调分为：定量叶片泵 变量叶片泵,一、单作用（变量）叶片泵,1、工作原理,（1）结构：由转子1、定子2、叶片3、配油盘和端盖组成。定子具有圆柱形内表面，叶片装在转子槽中，并可在槽内滑动。转子和定子间有偏心距e。,（2）工作原理： 转子旋转时，由于离心力作用，叶片紧靠定子内表面，在转子1、定子2、叶片3和配油盘间组成若干个可变化的密封容积。 转子每转一周完成一次吸、压油，故称为单作用叶片泵。 由于单作用叶片泵的吸油腔和压油腔分布不对称，所以在转子及其轴上作用有径向不平衡力。,2.结构特点,(1)改变定子和转子之间的偏心便可改变流量

12、。偏心反向时，吸油、压油方向也相反。,(2)处在压油腔的叶片顶部受有压力油的作用，要把叶片推入转子槽内；所以为保证叶片顶部与定子内表面可靠接触，压油腔叶片底部与压油腔相通；而吸油腔底部不通压力油（通吸油腔），叶片仅靠离心力顶在定子内表面上。,(4)由于转子受有不平衡的径向液压作用力，所以这种泵一般不宜用于高压。,(3)为使叶片在惯性作用下顺利甩出，根据受力分析叶片后倾一角度安放（逆转向24）。该类泵不能反转。,二、双作用（定量）叶片泵,1、工作原理,（1）结构：由定子1、转子2、叶片3、配油盘、传动轴和泵体构成。定子与转子同心。,（2）工作原理： 转子旋转一周，叶片在转子槽内往复运动两次，每相

13、邻两叶片间的密封容积各吸、压油两次，故称为双作用叶片泵。 由于两吸、压油区径向对称，作用在转子上的径向液压力平衡，故又称：卸荷式（平衡式）叶片泵。,因为定子、转子同心，排量不能改变，所以只能作为定量泵使用。,2、结构特点,(1) 转子所受径向液压力平衡，所以可承受较高的工作压力。,(2)转子旋转一周，每相邻两叶片间的密封容积各吸、压油两次，故其流量比同尺寸的单作用叶片泵大1倍，流量脉动较小，使用广泛。,(5)为避免吸、排液腔沟通并消除困油现象，封油区夹角相邻叶片夹角。,(4)为保证叶片在槽内灵活滑动，叶片一般作前倾放置（前倾角=1014），此时叶片泵不允许反转。,(3)由于转子与定子同心，只能

14、作为定量泵使用。,三、 限压式变量泵,当泵的工作压力小于调定的限定压力时，泵的供油量最大。当液压泵的工作压力大于调定的限定压力时，泵的供油量减小；负载越大，泵的供油量越小。 当泵的工作压力达到其极限压力时，泵输出流量仅用于补偿泵的泄漏，输出流量为零。此时不管外负载再怎样加大，泵的输出压力不会再升高，所以这种泵被称为限压式变量泵。,是一种输出流量随工作压力变化而变化的单作用式叶片泵。改变定子和转子间的偏心距e即可改变泵的输出流量。该泵能借助输出压力的大小自动改变偏心距e的大小来改变输出流量。,1外反馈限压式变量叶片泵工作原理,转子中心固定，定子可以左右移动。泵的出口压力，经泵体内通道作用在反馈柱

15、塞上。工作时，出口压力通过柱塞对定子产生反馈力，用来平衡弹簧的预紧力。负载变化时，反馈力就变化，定子相对转子移动，从而改变偏心距和流量。这种泵是把泵的出口压力反馈到柱塞上控制定子移动，故称外反馈式变量叶片泵。,pC:极限工作压力； pB:限定压力（保持e0不变时的最大工作压力）。,2、流量-压力特性曲线,3、限压式变量叶片泵的应用,用于：执行机构需要有快、慢速运动的场合。 如：组合机床进给系统实现快进、工进、快退等 快进或快退： 用AB段 工进： 用BC段 或定位夹紧系统 定位夹紧：用AB段 夹紧结束保压：用C点,柱塞泵是依靠柱塞在缸体内作往复运动时构成密封容积的变化进行吸油和压油的。,特点：

16、 1、柱塞和缸体内孔都是圆柱表面，加工方便，配合精度高，密封性能好，高压下工作仍有较高的容积效率。 2、易于实现变量：只需改变柱塞的工作行程即可改变流量。 3、主要零件均受压，零件材料的强度性能可以得到充分的发挥。,分类： 根据柱塞的排列和运动方向不同，分为径向柱塞泵和轴向柱塞泵两类。,第四节 柱塞泵,一、径向柱塞泵,1、组成： 柱塞1、转子2（缸体）、配油轴5、衬套3和定子4等主要零件。,2、工作原理： 转子每转一转，柱塞在缸孔内吸油、压油各一次。通过变量机构改变定子和转子间的偏心距e，就可改变泵的排量。若改变定子相对于缸体的偏心方向，就可以改变泵的吸油和压油方向。,阀配流径向柱塞泵,1）单

17、柱塞泵,2）三柱塞泵 传动轴为三段曲轴，分别经连杆机构驱动三个柱塞工作。,二、轴向柱塞泵,轴向柱塞泵是柱塞平行于缸体轴线的多柱塞泵。这种泵工作压力高，径向尺寸小，而且容易实现变量，所以得到广泛应用。在采掘机械中，压力高于15 MPa的采煤机牵引部液压系统，大都采用轴向柱塞泵。轴向柱塞泵根据传动轴与缸体的位置关系分为直轴式(即斜盘式)和斜轴式两种基本型式。,双向变量泵！,(一)轴向柱塞泵的工作原理,(二)轴向柱塞泵的结构特点,CYl4-lB型轴向柱塞泵是斜盘式轴向柱塞泵的典型产品之一，也是目前国内生产最多的一种轴向泵。额定压力为32 MPa，根据排量大小，已成系列。该泵由主体部分和变量机构两部分

18、组成。同一排量的泵其主体部分相同，而变量机构则根据操作方式不同，分为手动变量、伺服变量、恒功率(即压力补偿)变量和液控变量等多种型式。对应这几种变量机构的变量泵型号为SCYl4-1B、CCYl4-1B、YCYl4-1B和ZCYl4-lB。此外，还有一种定量泵，其型号为MCYl4-1B。,1主体结构,2变量机构,手动变量机构,若要改变泵的输出流量，只需改变斜盘倾角，即可改变轴向柱塞泵的排量，从而达到改变泵输出流量的目的。 用来改变斜盘倾角的机械装置称为变量机构。轴向柱塞泵的变量方式有手动变量和伺服变量等。,转动手轮1使丝杠2旋转，带动变量活塞4上下移动并通过销轴5使斜盘6绕其回转中心O摆动，从而

19、改变倾角的大小，达到调节流量的目的。 这种变量机构结构简单，但操纵费力，且不能在工作过程中变量，仅适用于中小功率的液压泵。,第五节 液压动力辅助元件及其应用,一、液压箱,1液压箱的作用和分类,作用： 储存油液，散发热量、沉淀杂质、分离混在油液中的空气或水分 。,分类：,整体式油箱、分离式油箱；开式油箱、闭式油箱等之分。,整体式油箱是利用主机的内腔作为油箱，结构紧凑，易于回收漏油，但维修不便，散热条件不好，且会使主机产生热变形。 分离式油箱单独设置，与主机分开，减少了油箱发热和液压源的振动对主机工作精度的影响，应用较为广泛。,2液压箱的结构,一般采用4毫米左右的钢板焊接而成。油箱内装有隔板7、9

20、，将液压泵的吸油区与系统回油区分开；侧壁装有油位计，底部装有放油阀8，回油管一侧上部装有过滤器3，兼有加油与通气作用。,二、蓄能器,1、蓄能器的作用,(1) 用作辅助动力源(节能)或应急油源,(3) 使系统保压,(2) 缓和冲击，吸收系统的压力脉动,2、蓄能器的结构原理,1）活塞式蓄能器,利用气体的压缩和膨胀来储存/ 释放压力能。气体和油液在蓄能器中由活塞隔开；结构简单，工作可靠，安装容易，维修方便；但活塞惯性大，活塞和缸壁间有摩擦，反映不够灵敏，密封要求高；用来储存能量或供中、高压系统吸收压力脉动之用。,2）气囊式蓄能器,利用气体的压缩和膨胀来储存/ 释放压力能。气体和油液在蓄能器中由皮囊2

21、隔开；工作前充气阀打开向皮囊内充入一定压力的气体，蓄能器工作时充气阀关闭；要储存的油液由限位阀4进入蓄能器皮囊外腔，使皮囊受压缩而储存液压能。优点是惯性小，反应灵敏，且结构尺寸小，重量轻，安装方便，维护容易，但皮囊和壳体制造都较难。折合型皮囊容量较大，可用来储存能量，波纹型皮囊适用于吸收冲击。,蓄能器在液压系统中的安装位置随其功用而定，主要应注意以下几点： (1)气囊式蓄能器应垂直安装，油口向下。 (2)用于吸收液压冲击和压力脉动的蓄能器应尽可能安装在振源附近。 (3)装在管路上的蓄能器须用支板或支架固定。 (4)蓄能器与液压泵之间应安装单向阀，防止液压泵停止时，蓄能器贮存的压力油倒流而使泵反转蓄能器与管路之间也应安装截止阀；供充气和检修之用。,3、蓄能器的应用,三、液压管,液压管的选择主要考虑耐压和管径,具体选定可查阅有关标准。液压系统中常用管路