第六章 液壓傳動.doc

第六章 液壓傳動液壓傳動即以液體為工作介質(zhì)，利用流動著液體的壓力來實現(xiàn)運動及動力傳遞的傳動方式。在建筑機械（如挖土機、推土機、鏟運機等）中廣泛使用。如圖l-6-1、圖l -6-2所示。 圖l-6-1 推土機 圖l -6-2 挖土機 第一節(jié) 液壓傳動的組成和特點 一、液壓傳動的工作原理1、液壓傳動的工作原理以圖1-6-3液壓千斤頂為例，說明其工作原理圖：（1）泵吸油過程 提起手柄，小液壓缸活塞向上移動，其工作容積增加，形成真空，油箱里面的油液在大氣壓力的作用下，頂開單向閥進入小液壓缸；（2）泵壓油和重物舉升過程 壓下手柄，小 液壓缸的活塞向下移動，擠壓下面的液體，單向閥 4自行關閉，油液壓力升高，頂開單向閥5，油液 進入大液壓缸，推動大活塞，從而頂起物。（3）重物落下過程 旋開閥門8，大液 圖l-6-3 液壓千斤頂原理圖壓缸腔內(nèi)的油液流回油箱，重物作用于大活塞， 1手柄 2小活塞 3小油缸使其下移，千斤頂處于復位狀態(tài)。 5單向閥 6大油缸 7-大活塞 二、液壓系統(tǒng)的組成及作用 8-放油閥 9-油箱 1動力元件動力元件為液壓泵，它將原動機輸入的機械能轉(zhuǎn)換為液體的壓力能，為執(zhí)行元件提供壓力油。 2執(zhí)行元件 執(zhí)行元件有液壓缸（或液壓馬達），其作用是將油液的壓力能轉(zhuǎn)換為機械能，而對負載作功。3控制元件控制元件為各種控制閥，用以控制流體的方向、壓力和流量，以保證執(zhí)行元件完成預期的工作任務。4輔助元件油箱、油管、濾油器、壓力表、冷卻器、管件、管接頭和各種信號轉(zhuǎn)換器等，創(chuàng)造必要條件，保證系統(tǒng)正常工作。5、工作介質(zhì)液壓油。三、液壓傳動的優(yōu)缺點1、優(yōu)點（1）在同等輸出功率下，液壓傳動裝置的體積小，重量輕，結構緊湊。（2）液壓裝置工作比較平穩(wěn) 液壓裝置由于重量輕，慣性小，反應快，易于實現(xiàn)快速啟動、制動和頻繁換向。（3）液壓裝置能在大范圍內(nèi)實現(xiàn)無級調(diào)速，且調(diào)速性能好。（4）液壓傳動容易實現(xiàn)自動化。（5）液壓裝置易于實現(xiàn)過載保護。液壓元件能自行潤滑，壽命較長。（6）液壓元件已實現(xiàn)標準化、系列化和通用化，所以液壓系統(tǒng)的設計、制造和使用都比較方便。2、缺點（1）液壓傳動不能保證嚴格的傳動比。（2）液壓傳動中，能量經(jīng)過二次變換，能量損失較多，系統(tǒng)效率較低。（3）液壓傳動對油溫的變化比較敏感（主要是粘性），系統(tǒng)的性能隨溫度的變化而改變。（4）液壓元件要求有較高的加工精度，以減少泄漏，從而成本較高。（5）液壓傳動出現(xiàn)故障時不易找出。 第二節(jié) 液壓動力元件液壓動力元件是液壓泵，它將電機的機械能轉(zhuǎn)換成液體的壓力能，供液壓系統(tǒng)使用，它是液壓系統(tǒng)的能源。按運動部件的形狀和運動方式分為齒輪泵，葉片泵（單作用、雙作用），柱塞泵（徑向、軸向）等一、齒輪泵齒輪泵是液壓傳動系統(tǒng)中常用的液壓泵，1、工作原理如圖1-6-4為外齒輪泵，泵體內(nèi)有一對外嚙合齒輪，齒輪兩側(cè)靠端蓋封閉。泵體、端蓋和齒輪的各個齒間槽組成了若干個密封工作容積。當齒輪按圖示方向旋轉(zhuǎn)時，泵體左側(cè)輪齒脫開嚙合，密封容積由小變大，形成部分真空，油箱里的油液在大氣壓力的作用下，通過吸油口被吸入；隨著齒輪的旋轉(zhuǎn)，吸入的油液被帶入右側(cè)壓油腔，其密封容積由大變小，油液受到擠壓，從壓油口壓到系統(tǒng)中。2、優(yōu)缺點（1）優(yōu)點 結構簡單，尺寸小，重量輕，制造方便，自吸能力強，對油液污染不敏感，工作可靠，價格低，維護容易。 （2）缺點 效率低，流量脈動大，噪聲高。二、單作用葉片泵按工作原理葉片泵可分為雙作用和單作用。若轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，泵吸、壓各兩次，則為雙作用；反之若轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，泵吸、壓各一次，則為單作用。1、工作原理如圖1-6-5所示，由定子內(nèi)環(huán)、轉(zhuǎn)子外圓和左右配流盤組成的密閉工作容積被葉片分割為二部分，傳動軸帶動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，葉片在離心力作用下緊貼定子內(nèi)表面，密閉容積將隨轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)而變化。當轉(zhuǎn)子順時針旋轉(zhuǎn)時，下側(cè)密封容積逐漸增大，產(chǎn)生真空，通過配油盤上的吸油口吸油；上側(cè)密封容積逐漸減小，通過壓油口壓油。2、優(yōu)缺點葉片泵流量均勻，運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、噪聲低、排量大；但對油液污染敏感 圖l-6-4 齒輪泵原理圖 1-轉(zhuǎn)子 2-定子 3-葉片 圖l-6 -5 單作用葉片泵原理圖三、柱塞泵 1、工作原理（圖l-6-6） 當傳動軸按圖示方向旋轉(zhuǎn)時，柱塞在其自下而上回轉(zhuǎn)的半周內(nèi)，逐漸向外伸出，密封容積不斷增大，產(chǎn)生局部真空，油液經(jīng)配流盤上的吸油窗口吸入；柱塞在其自上而下回轉(zhuǎn)的半周內(nèi)，又逐漸向里推入，密封容積不斷減小，將油液從配流盤上的壓油窗口向外壓出。2、優(yōu)缺點柱塞泵工作壓力高，流量范圍大；但對油液污染敏感。用于高壓、高轉(zhuǎn)速的場合。1-傳動軸 2-連桿 3-活塞 4-缸體 5-配流盤 6-中心軸圖l-6-6 斜盤式柱塞泵第三節(jié) 液壓執(zhí)行元件執(zhí)行元件的作用是把液體的壓力能轉(zhuǎn)換成機械能。執(zhí)行元件有液壓缸和液壓馬達，液壓缸輸出的是往復直線運動或擺動，而液壓馬達輸出的是回轉(zhuǎn)運動。因液壓缸在土方機械和汽車起重機中廣泛使用，下面介紹其分類和工作原理。一、液壓缸的類型 按照結構分：活塞式（單活塞桿、雙活塞桿）、柱塞式、伸縮式等。按照作用方式分：單作用和雙作用。下面就建筑機械中常用的類型作簡要說明。二、雙作用單活塞桿液壓缸（圖1-6-7）雙作用液壓缸即兩個方向的運動都依靠液壓作用力來實現(xiàn)。在工程機械中最為常用。1、活塞向右運動圖1-6-7a，液壓缸左腔進油，油壓力為p1，流量為Q， A1、A2分別為液壓缸無桿腔和有桿腔的有效工作面積?；钊a(chǎn)生向右推力為F1p1A1p1D2活塞向右移動速度為 v12、活塞向左運動圖1-6-7b，液壓缸右腔進油，活塞產(chǎn)生向左推力為 F2p1A2p2A1p1（D2d2）活塞向左運動速度為 v2由于A1A2，所以 F1F2，v1v23、差動連接差動連接單桿活塞液壓缸兩腔同時通入流體時，利用兩端面積差進行工作的連接形式。在不增加流量的前提下，采用差動連接，可實現(xiàn)快速運動。 （a） （b）圖l-6 -7 雙作用單活塞桿液壓缸原理圖三、伸縮套筒缸（多級缸）的工作原理1、結構如圖1-6-8，它由兩個或多個活塞式缸套裝而成，前一級活塞缸的活塞桿是后一級活塞缸的缸筒。各級活塞依次伸出可獲得很長的行程，當依次縮回時缸的軸向尺寸很小。2、工作原理當左側(cè)通入壓力油時，活塞由大到小依次伸出；當右側(cè)通入壓力油時，活塞則由小到大依次收回。且活塞面積從大到小，速度逐漸增大，推力逐漸減小。3、特點應用工作時可伸很長，不工作時縮短，占地面積小，且推力隨行程增加而減小。伸縮套筒缸廣泛應用于起重機伸縮臂、自動傾卸卡車等。1 一級缸體 2 一級活塞 3 二級缸體 4 二級活塞圖l-6-8 伸縮套筒缸第四節(jié) 液壓控制元件液壓控制元件在系統(tǒng)中起控制液流的方向、壓力、流量的作用，以滿足執(zhí)行元件所提出的要求。液壓控制閥按用途分：方向控制閥，壓力控制閥，流量控制閥等。一、壓力控制閥1、作用即控制液壓系統(tǒng)的壓力或利用壓力作為信號來控制其它元件動作。2、分類壓力控制閥分為溢流閥、減壓閥、順序閥等。（1）溢流閥 其基本作用是限制液壓系統(tǒng)的最高壓力，對液壓系統(tǒng)起過載保護作用。1）直動式溢流閥 如圖1-6-9所示，依靠系統(tǒng)中的壓力油直接作用在閥芯上與彈簧力相平衡來控制閥芯啟閉動作的溢流閥。2）先導式溢流閥 先導式溢流閥由先導閥和主閥兩部分組成。如圖1-6-10，當壓力油從系統(tǒng)流入主閥的進油口P以后，部分油液進入主閥芯1的徑向孔a后分成兩路：一路經(jīng)軸向小孔d流到閥芯的左端；另一路經(jīng)阻尼小孔b流到閥芯的右端和先導錐閥芯5的底部（通常外控口K1是被堵死的）。當作用在先導錐閥芯上的油壓力小于調(diào)壓彈簧4的作用力時，先導閥不打開，主閥芯也打不開。 圖l-6-9 直動式溢流閥原理圖和符號 圖l-6-10 先導式溢流閥的原理圖（2）減壓閥 如圖1-6-11所示，減壓閥是利用油液流過縫隙時產(chǎn)生壓降的原理，使系統(tǒng)某一支路獲得比系統(tǒng)壓力低而平穩(wěn)的壓力油的液壓閥。（3）順序閥 如圖1-6-12所示，利用液壓系統(tǒng)壓力變化來控制油路的通斷，從而實現(xiàn)多個液壓油缸（或馬達）按一定的順序動作。二、流量控制閥流量控制閥即通過調(diào)節(jié)輸出流量，從而控制執(zhí)行元件的運動速度。1、 節(jié)流閥 即通過調(diào)節(jié)輸出流量來控制液壓油缸（或馬達）的工作速度。如圖1-6-13所示。2、調(diào)速閥 如圖1-6-14所示，調(diào)速閥是由定差減壓閥和節(jié)流閥串聯(lián)而成的組合閥。節(jié)流閥用來調(diào)節(jié)通過的流量，定差減壓閥則自動補償負載變化的影響，使節(jié)流閥前后的壓差為定值，消除了負載變化對流量的影響。從而保證液壓油缸（或馬達）的穩(wěn)定工作速度，并且不受外界負載變化的影響。常用于對速度穩(wěn)定性要求高的液壓系統(tǒng)中。 圖l-6-11 減壓閥的結構原理和符號 圖l-6-12 順序閥的工作原理和符號 圖l-6-13 節(jié)流閥的結構原理和符號 圖l-6-14 調(diào)速閥的工作原理和符號 三、方向控制閥其作用是控制油液流動方向，主要有單向閥、換向閥等。1、單向閥其功用是油液正向流通，反向截止。有普通單向閥（逆止閥或止回閥）、液控單向閥等。（1）普通單向閥 其作用是控制油液只能按一個方向流動而反向截止，故又稱止回閥，簡稱單向閥。單向閥又分為直通式單向閥（圖1-6-15a、圖1-6-15b）和直角式單向閥（圖1-6-15c）兩種。（2）液控單向閥 除了具有普通單向閥的作用外，還可以通過接通控制壓力油，使閥反向?qū)āＨ鐖D1-6-16所示，在控制油口K未接通壓力油時，此閥與普通單向閥作用相同。當需要反向?qū)〞r，控制油口K接通壓力油，活塞1向右移動，通過頂桿2頂開閥芯3，使單向閥打開，液體從出油口p2向進油口p1反向流動。 1閥體 2閥芯 3彈簧圖l-6-15 單向閥 1-控制活塞 2-頂桿 3-閥芯 4-彈簧 5-閥體圖l-6-16 液控單向閥的結構原理圖和符號 2、換向閥換向閥的功用是改變閥芯在閥體內(nèi)的位置，使閥體各油口的通斷關系改變，從而改變油液的流向，實現(xiàn)執(zhí)行元件的換向或啟停。如圖1-6-17所示為幾種滑閥的結構原理和圖形符號。在換向閥的圖形符號中，方塊數(shù)代表位數(shù)，在一個方塊內(nèi)的連接管數(shù)代表通數(shù)，方塊中的箭頭表示油流方向，方塊中的“”符號表示該油口被截斷。為了便于連接管道，將各油口標以不同字母，P表示供油口，T表示回油口，A和B表示與執(zhí)行元件相接通的油口。 （a）二位二通閥 (b)二位三通閥 (c)三位三通閥 (d)二位四通閥 (e)三位四通閥 圖1-6-17 滑閥式換向閥的結構原理和圖形符號第五節(jié) 液壓基本回路一、壓力控制回路壓力控制回路是利用壓力控制閥來控制油液的壓力，以達到對系統(tǒng)的過載保護、穩(wěn)壓、減壓、增壓、卸荷等目的。1、調(diào)壓回路如圖1-6-18所示為二級調(diào)壓回路，其中溢流閥能調(diào)定系統(tǒng)的最大工作壓力。 溢流閥1的控制壓力p1比溢流閥2的控制壓力p2高。當二位二通電磁閥關閉時，液壓系統(tǒng)的壓力由溢流閥1控制，即當系統(tǒng)的工作壓力升高到p1時，閥1打開溢流。而當二位二通閥打開時，液壓系統(tǒng)的壓力由溢流閥2控制，即當系統(tǒng)的工作壓力達到p2時，閥2打開溢流，使系統(tǒng)工作壓力不能繼續(xù)升高。調(diào)節(jié)p1、p2即可調(diào)定系統(tǒng)的二級最大工作壓力。2、減壓回路在用一個液壓泵向兩個以上執(zhí)行元件供油的液壓系統(tǒng)中，若某個執(zhí)行元件或支路所需工作壓力低于溢流閥調(diào)定的壓力時，可采用減壓閥組成減壓回路。如圖1-6-19所示，系統(tǒng)主油路的最大工作壓力由溢流閥2調(diào)定，分支油路所需壓力比主油路低，為此在支油路上串聯(lián)減壓閥使油壓降低。調(diào)節(jié)減壓閥的調(diào)壓彈簧，可獲得所需的較低壓力。3、卸荷回路為了節(jié)省能量消耗，減少系統(tǒng)發(fā)熱，應使液壓泵在無壓力或很小壓力下運轉(zhuǎn)，這就是泵的卸荷。使泵處于卸荷狀態(tài)的液壓回路稱為卸荷回路。 圖1-6-18 二級調(diào)壓回路 圖1-6-19 減壓回路（1）利用三位換向閥中位卸荷 如圖1-6-20所示為用三位四通換向閥的中位卸荷回路。這種卸荷方法結構簡單，適用于低壓小流量的液壓系統(tǒng)。（2）利用兩位兩通閥卸荷 如圖1-6-21所示，當液壓系統(tǒng)工作時，二位二通電磁閥通電，閥的油路斷開，油泵輸出的壓力油進入系統(tǒng)。當系統(tǒng)中執(zhí)行元件停止運動時，二位二通電磁閥斷電，油路導通，此時油泵輸出的油液通過閥2流回油箱，使油泵卸荷。 圖1-6-20 三位換向閥中位卸荷回路 圖1-6-21 兩位兩通閥卸荷回路（3）利用溢流閥卸荷 如圖1-6-22所示， 斷電時p由溢流閥調(diào)定，通電時泵卸荷?？捎糜诖罅髁俊６?、速度控制回路液壓傳動可以在保持原動機的功率和轉(zhuǎn)速不變的情況下，方便地實現(xiàn)大范圍的調(diào)速。調(diào)速回路有節(jié)流調(diào)速和容積調(diào)速兩類。1、節(jié)流調(diào)速回路即依靠節(jié)流閥（或調(diào)速閥）改變管路系統(tǒng)中 圖1-6-22 溢流閥卸荷回路某一部分液流的阻力來改變執(zhí)行元件的速度。此法比較簡單，并能使執(zhí)行元件獲得較低的運動速度。但是，由于系統(tǒng)中經(jīng)常有一部分高壓油通過溢流閥流回油箱，因此功率損失較大，且造成了系統(tǒng)的發(fā)熱和效率的降低。 根據(jù)節(jié)流閥安裝位置的不同，可分為如圖1-6-23所示的三種節(jié)流調(diào)速回路。（1）進油節(jié)流調(diào)速回路（圖1-6-23 (a)） 節(jié)流閥安裝在液壓缸的進油路上。（2）回油節(jié)流調(diào)速回路（圖1-6-23（b） 節(jié)流閥安裝在回油路上。（3）旁路節(jié)流調(diào)速回路（圖1-6-23 (c)） 節(jié)流閥安裝在主油路的旁路上。圖1-6-23 節(jié)流調(diào)速回路2、容積調(diào)速回路容積調(diào)速依靠改變泵和馬達的排量來調(diào)速，即用變量泵或變量馬達來調(diào)速，如圖1-6-24所示。（1）變量泵調(diào)速回路（圖1-6-24(a)） 變量泵輸出的壓力油全部進入定量馬達（或液壓缸），調(diào)節(jié)泵的輸出流量就能改變馬達的轉(zhuǎn)速（或速度）。系統(tǒng)中溢流閥起安全保護作用。（2）變量馬達調(diào)速回路（圖1-6-24(b)） 定量泵輸出的壓力油全部進入液壓馬達，輸入流量不變，可通過改變馬達的排量來調(diào)節(jié)它的輸出轉(zhuǎn)速。（3）變量泵與變量馬達調(diào)速回路（圖1-6-24(c)） 圖1-6-24 容積調(diào)速回路三、方向控制回路 控制液壓系統(tǒng)油路的通斷或換向以實現(xiàn)工作機構的啟動、停止或變換運動方向的回路，稱為方向控制回路。1、換向回路換向回路的主要元件是換向閥。在回路中利用換向閥來改變油液的流向，以實現(xiàn)執(zhí)行元件的往復運動。圖1-6-25所示的用電