液壓泵、液壓馬達(dá)與液壓缸的工作原理、區(qū)別及應(yīng)用

液壓泵的原理是為液壓傳動(dòng)提供加壓液體的一種液壓元件，是泵的一種。是一種能量轉(zhuǎn)換裝置，它的功能是把驅(qū)動(dòng)它的動(dòng)力機(jī)(如電動(dòng)機(jī)和內(nèi)燃機(jī)等)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成輸?shù)较到y(tǒng)中去的液體的壓力能。 左圖為單柱塞泵的工作原理圖。凸輪由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)。當(dāng)凸輪推動(dòng)柱塞向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，柱塞和缸體形成的密封體積減小，油液從密封體積中擠出，經(jīng)單向閥排到需要的地方去。 當(dāng)凸輪旋轉(zhuǎn)至曲線的下降部位時(shí)，彈簧迫使柱塞向下，形成一定真空度，油 箱中的油液在大氣壓力的作用下進(jìn)入密封容積。凸輪使柱塞不斷地升降，密封容積周期性地減小和增大，泵就不斷吸油和排油。液壓泵的分類1、按流量是否可調(diào)節(jié)可分為：變量泵和定量泵。輸出流量可以根據(jù)需要來(lái)調(diào)節(jié)的稱為變量泵，流量不能調(diào)節(jié)的稱為定量泵。2、按液壓系統(tǒng)中常用的泵結(jié)構(gòu)分為：齒輪泵、葉片泵和柱塞泵 3種。（1）齒輪泵：體積較小，結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，對(duì)油的清潔度要求不嚴(yán)，價(jià)格較便宜；但泵軸受不平衡力，磨損嚴(yán)重，泄漏較大。泵一般設(shè)有差壓式安全閥作為超載保護(hù)，安全閥全回流壓力為泵額定排出壓力1.5倍。也可在允許排出壓力范圍內(nèi)根據(jù)實(shí)際需要另行調(diào)整。但是此安全閥不能作減壓閥長(zhǎng)期工作，需要時(shí)可在管路上另行安裝。該泵軸端密封設(shè)計(jì)為兩種形式，一種是機(jī)械密封，另一種是填料密封，可根據(jù)具體使用情況和用戶要求確定左圖為外嚙合齒輪泵的工作原理圖。殼體、端蓋和齒輪的各個(gè)齒槽組成了許多密封工作腔。當(dāng)齒輪按如圖所示的方向旋轉(zhuǎn)時(shí)，右側(cè)左側(cè)吸油腔由于相互嚙合的齒輪齒輪逐級(jí)分開，密封工作腔容積增大，形成部分真空，油箱中的油液被吸進(jìn)來(lái)，將齒槽充滿，并隨著齒輪旋轉(zhuǎn)，把油液帶到右側(cè)壓油腔中；右側(cè)因?yàn)辇X輪在這面嚙合，密封工作腔容積縮小，油液便被擠出去吸油區(qū)和壓油區(qū)是由相互嚙合的輪齒以及泵體分開的。（2）葉片泵：分為雙作用葉片泵和單作用葉片泵。這種泵流量均勻、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、噪音小、作壓力和容積效率比齒輪泵高、結(jié)構(gòu)比齒輪泵復(fù)雜。（3）柱塞泵：容積效率高、泄漏小、可在高壓下工作、大多用於大功率液壓系統(tǒng)；但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，材料和加工精度要求高、價(jià)格貴、對(duì)油的清潔度要求高。一般在齒輪泵和葉片泵不能滿足要求時(shí)才用柱塞泵。還有一些其他形式的液壓泵，如螺桿泵等，但應(yīng)用不如上述3種普遍。液壓馬達(dá)液壓馬達(dá)習(xí)慣上是指輸出旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的,將液壓泵提供的液壓能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的能量轉(zhuǎn)換裝置，對(duì)外做功的執(zhí)行原件。工作原理：徑向柱塞馬達(dá)1柱塞 2定子 3缸體 4配油軸徑向柱塞式液壓馬達(dá)工作原理見上圖。當(dāng)四柱液壓機(jī)壓力油經(jīng)固定的配油軸4的窗口進(jìn)入缸體3內(nèi)柱塞1的底部時(shí)，柱塞向外伸出，緊緊頂住定子2的內(nèi)壁，由于定子與缸體存在一偏心距e。在柱塞與定子接觸處，定子對(duì)柱塞的反作用力為Fn。 液壓機(jī)力可分解為Ff 和Ft 兩個(gè)分力。當(dāng)作用在柱塞底部的油液壓力為p，柱塞直徑為d，力Ff和Fn之間的夾角為時(shí)，它們分別為： Ff=pdd/4 Ft=Ff tan力Ft對(duì)缸體產(chǎn)生一轉(zhuǎn)矩，使缸體旋轉(zhuǎn)。缸體再通過(guò)端面連接的傳動(dòng)軸向外輸出轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速。液壓馬達(dá)的應(yīng)用生活中，要實(shí)現(xiàn)機(jī)械旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，采用電動(dòng)機(jī)價(jià)格便宜，供應(yīng)方便。所以，一般只有在電動(dòng)機(jī)不能滿足要求的特殊場(chǎng)合，如需要進(jìn)行大范圍的無(wú)級(jí)變速，或結(jié)構(gòu)要求緊湊的地方，才采用液壓馬達(dá)。液壓馬達(dá)亦稱為油馬達(dá)，主要應(yīng)用于注塑機(jī)械、船舶、起揚(yáng)機(jī)等。 應(yīng)用低速大扭矩馬達(dá)的6000t/h斗輪取料機(jī) 液壓缸液壓缸是將液壓能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的、做直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)（或擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)）的液壓執(zhí)行元件。它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠。用它來(lái)實(shí)現(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，可免去減速裝置，并且沒有傳動(dòng)間隙，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，因此在各種機(jī)械的液壓系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。液壓缸輸出力和活塞有效面積及其兩邊的壓差成正比；液壓缸基本上由缸筒和缸蓋、活塞和活塞桿、密封裝置、緩沖裝置與排氣裝置組成。緩沖裝置與排氣裝置視具體應(yīng)用場(chǎng)合而定，其他裝置則必不可少。液壓缸的類型：根據(jù)常用液壓缸的結(jié)構(gòu)形式，可將其分為四種類型：1.活塞式單活塞桿液壓缸只有一端有活塞桿。如圖所示是一種單活塞液壓缸。其兩端進(jìn)出油口A和B都可通壓力油或回油，以實(shí)現(xiàn)雙向運(yùn)動(dòng)，故稱為雙作用缸。 1缸筒 2活塞 3活塞桿 4端蓋 5活塞桿密封件 液壓缸的工作原理如上圖。缸筒固定，左腔連續(xù)地輸入壓力油，當(dāng)油的壓力足以克服活塞桿上的所有負(fù)載時(shí)，活塞以速度v1連續(xù)向右運(yùn)動(dòng)，活塞桿對(duì)外界做功。反之，往右腔輸入壓力油時(shí)，活塞以速度v2向右運(yùn)動(dòng)，活塞桿也對(duì)外做功。這樣，完成了一個(gè)往復(fù)運(yùn)動(dòng)。這種液壓缸叫缸筒固定缸。 若活塞桿固定，左腔連續(xù)地輸入壓力油時(shí)，則缸筒向左運(yùn)動(dòng)，當(dāng)往右腔連續(xù)地輸入壓力油時(shí)，則缸筒右移。這種液壓缸叫活塞桿固定缸。由此可知，輸入液壓缸的油必須具有壓力p和流量q。壓力用來(lái)克服負(fù)載，流量用來(lái)形成一定的運(yùn)動(dòng)速度。輸入液壓缸的壓力的流量就是給缸輸入液壓能；活塞作用于負(fù)載的力和運(yùn)動(dòng)速度就是液壓缸輸出的機(jī)械能。2.柱塞式（）柱塞式液壓缸是一種單作用式液壓缸，靠液壓力只能實(shí)現(xiàn)一個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)，柱 塞回程要靠其它外力或柱塞的自重；（）柱塞只靠缸套支承而不與缸套 接觸，這樣缸套極易加工，故適于做 長(zhǎng)行程液壓缸；（）工作時(shí)柱塞總受壓，因而它必須有足夠的剛度；（）柱塞重量往往較大，水平放置時(shí)容易因自重而下垂，造成密封件和導(dǎo)向 單邊磨損，故其垂直使用更有利。如左圖，就是一個(gè)最簡(jiǎn)單的柱塞式液壓缸，也是一個(gè)簡(jiǎn)單的千斤頂，只能靠液壓?jiǎn)畏较蜻\(yùn)動(dòng)。提起手柄1使小活塞2向上移動(dòng)，小活塞下端油腔容積增大，形成局部真空，這時(shí)單向閥4打開，通過(guò)吸油管從油箱10中吸油；用力壓下手柄，小活塞下移，小活塞下腔壓力升高，單向閥4關(guān)閉，單向閥5打開，下腔的油液經(jīng)管道6輸入舉升油缸的下腔，迫使大活塞7向上移動(dòng)，頂起重物。再次提起手柄吸油時(shí)，單向閥自動(dòng)關(guān)閉，使油液不能倒流，從而保證了重物不會(huì)自行下落。不斷地往復(fù)扳動(dòng)手柄，就能不斷地把油液壓入舉升缸下腔，使重物逐漸地升起。如果打開截止閥9，舉升缸下腔的油液通過(guò)管道、截止閥流回油箱，重物就向下移動(dòng)。應(yīng)用雙作用單桿活塞式液壓缸，是液壓系統(tǒng)中作往復(fù)運(yùn)動(dòng)的執(zhí)行機(jī)械。具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，裝拆方便，易于維修，且連接方式多樣等特點(diǎn)。適用于工程機(jī)械，礦山機(jī)械，超重運(yùn)輸機(jī)械、冶金機(jī)械及其它機(jī)械左圖為一般的小型挖掘機(jī)圖中通過(guò)內(nèi)燃機(jī)提供原動(dòng)力帶動(dòng)液壓泵，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成油液的壓力能，通過(guò)導(dǎo)管輸送到柱塞式液壓缸中，通過(guò)車內(nèi)駕駛員的操縱不同液壓操縱桿，使挖掘機(jī)完成各種復(fù)雜的作業(yè)。3.伸縮式伸縮式液壓缸具有二級(jí)或多級(jí)活塞，伸縮式液壓缸中活塞伸出的順序式從大到小，而空載縮回的順序則一般是從小到大。伸縮缸可實(shí)現(xiàn)較長(zhǎng)的行程，而縮回時(shí)長(zhǎng)度較短，結(jié)構(gòu)較為緊湊。此種液壓缸常用于工程機(jī)械和農(nóng)業(yè)機(jī)械上。4.擺動(dòng)式擺動(dòng)式液壓缸是輸出扭矩并實(shí)現(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)的執(zhí)行元件，也稱擺動(dòng)式液壓馬達(dá)。有單葉片和雙葉片兩種形式。定子塊固定在缸體上，而葉片和轉(zhuǎn)子連接在一起。根據(jù)進(jìn)油方向， 葉片將帶動(dòng)轉(zhuǎn)子作往復(fù)擺動(dòng)。 區(qū)別從工作原理上講，液壓馬達(dá)是把容積式泵倒過(guò)來(lái)使用，即向泵輸入壓力油，輸出的是轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩。對(duì)于不同類型的液壓馬達(dá)，其具體的工作原理有所差別；從理論上講，容積式泵和其相應(yīng)的液壓馬達(dá)是可逆的，即向泵輸入壓力泊，輸出的就是轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩。但由于功用不同，有的泵(如齒輪泵)是可逆的(即通人壓力油后就可以旋轉(zhuǎn))，有的泵是不可逆的，它們(泵和相應(yīng)的液壓馬達(dá))的實(shí)際結(jié)構(gòu)也有一定的區(qū)別：1、。液壓泵是將電動(dòng)機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為液壓能的轉(zhuǎn)換裝置，輸出流量也壓力，希望容積效率高；液壓馬達(dá)是將液體的壓力能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的裝置，輸出轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，希望機(jī)械效率高。因此說(shuō)，液壓泵是能源裝置，而液壓馬達(dá)是執(zhí)行元件。2、液壓馬達(dá)輸出軸的轉(zhuǎn)向必須能正傳和反轉(zhuǎn)，因此其結(jié)構(gòu)呈對(duì)稱性；而有的液壓泵（如齒輪泵、葉片泵等）轉(zhuǎn)向有明確的規(guī)定，只能單向轉(zhuǎn)動(dòng)，不能隨意改變旋轉(zhuǎn)方向。3、液壓馬達(dá)除了進(jìn)、出口外，還有單獨(dú)的泄漏油口；液壓泵一般只有進(jìn)、出油口（軸向柱塞泵除外），其內(nèi)泄漏油液與進(jìn)油口相通。4、液壓馬達(dá)的容積效率比液壓泵低；通常液壓泵的工作轉(zhuǎn)速都比較高，而液壓馬達(dá)輸出轉(zhuǎn)速較低。5、從具體機(jī)構(gòu)細(xì)節(jié)來(lái)看：齒輪泵的吸油口大，排油口小，而齒輪液壓馬達(dá)的吸、排油口大小相同；齒輪馬達(dá)的齒數(shù)比齒輪泵的齒數(shù)多；葉片泵的葉片須斜置安裝，而葉片馬達(dá)的葉片徑向安裝；葉片馬達(dá)的葉片式依靠根部的燕式彈簧，使其壓緊在定子表面