第1章 液壓傳動(dòng)概述

第1章液壓傳動(dòng)概述1.1液壓傳動(dòng)的工作原理及組成1.2液壓傳動(dòng)的優(yōu)缺點(diǎn)及應(yīng)用發(fā)展知識(shí)拓展本章小結(jié)1.1液壓傳動(dòng)的工作原理及組成1.1.1液壓傳動(dòng)的工作原理１.液壓千斤頂?shù)墓ぷ髟硎紫?，從液壓千斤頂著手?lái)討論液壓傳動(dòng)的工作原理。液壓千斤頂是一種起重高度低(低于1ｍ)的最簡(jiǎn)單的起重設(shè)備。它主要用于廠礦和交通運(yùn)輸?shù)炔块T(mén)，做車(chē)輛修理及其他起重和支撐等工作。下面以液壓千斤頂為例簡(jiǎn)述液壓傳動(dòng)的工作原理。如圖1-2(a)所示，液壓千斤頂主要由手動(dòng)柱塞液壓泵(杠桿1、泵體2、活塞3)和液壓缸(活塞11、缸體12)兩大部分構(gòu)成。工作時(shí)，關(guān)閉卸油閥8，向上提起杠桿，活塞3被帶動(dòng)上升，如圖1-2(b)所示，泵體油腔４的工作容積增大，由于單向閥7受油腔10中油液的作用力而關(guān)閉，油腔4形成真空，油箱6中的油液在大氣壓力的作用下，推開(kāi)單向閥5的鋼球，進(jìn)入并充滿(mǎn)油腔4。壓下杠桿，活塞3被帶動(dòng)下移，如圖1-2(c)所示，泵體下一頁(yè)返回1.1液壓傳動(dòng)的工作原理及組成油腔4的工作容積減小，其內(nèi)的油液在外力的擠壓作用下壓力增大，迫使單向閥5關(guān)閉，而單向閥７的鋼球被推開(kāi)，油液經(jīng)油管9進(jìn)入缸體油腔10，缸體油腔的工作容積增大，推動(dòng)活塞11連同重物Ｇ一起上升。反復(fù)提壓杠桿，就能不斷從油箱吸入油液并壓入缸體油腔10，使活塞11和重物不斷上升，從而達(dá)到起重的目的。提壓杠桿的速度越快，單位時(shí)間內(nèi)壓入缸體油腔10的油液越多，重物上升的速度越快。重物越重，下壓杠桿的力就越大。停止提壓杠桿，單向閥7被關(guān)閉，缸體油腔中的油液被封閉。此時(shí)，重物保持在某一位置不動(dòng)。若將卸油閥旋轉(zhuǎn)90°，缸體油腔直接連通油箱，油腔10中的油液在重物的作用下流回油箱，活塞11將下降直至恢復(fù)到原位。上一頁(yè)下一頁(yè)返回1.1液壓傳動(dòng)的工作原理及組成從以上液壓千斤頂?shù)墓ぷ鬟^(guò)程可以看出，液壓傳動(dòng)有以下特點(diǎn)：(1)液壓傳動(dòng)以液體(一般為礦物油)作為傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的工作介質(zhì)，而且傳遞中必須經(jīng)過(guò)兩次能量轉(zhuǎn)換。先把機(jī)械能轉(zhuǎn)換為便于傳輸?shù)囊后w的壓力能，然后把液體的壓力能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能做功。(2)液壓傳動(dòng)是依靠密閉的容器(或密閉系統(tǒng))內(nèi)密封容積的變化來(lái)傳遞運(yùn)動(dòng)，通過(guò)油液內(nèi)部的壓力來(lái)傳遞動(dòng)力。如果容器不密封，就不能形成必要的壓力；如果密封容積不變化，就不能實(shí)現(xiàn)吸油和壓油，也就不能利用受壓液體傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。上一頁(yè)下一頁(yè)返回1.1液壓傳動(dòng)的工作原理及組成２.機(jī)床工作臺(tái)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)如圖1-3(a)所示為一簡(jiǎn)化了的機(jī)床工作臺(tái)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖。液壓泵4在電動(dòng)機(jī)(圖中未畫(huà)出)的帶動(dòng)下旋轉(zhuǎn)，油液由油箱1經(jīng)過(guò)濾器2被吸入液壓泵，在液壓泵輸入的壓力作用下，通過(guò)手動(dòng)換向閥9、節(jié)流閥13、換向閥15進(jìn)入液壓缸18的左腔，推動(dòng)活塞17和工作臺(tái)19向右移動(dòng)，同時(shí)液壓缸18右腔的油液經(jīng)換向閥15排回油箱。如果將換向閥15轉(zhuǎn)換成如圖1-3(b)所示的狀態(tài)，則壓力油進(jìn)入液壓缸18的右腔，推動(dòng)活塞17和工作臺(tái)19向左移動(dòng)，液壓缸18左腔的油液經(jīng)換向閥15排回油箱。工作臺(tái)19的移動(dòng)速度由節(jié)流閥13來(lái)調(diào)節(jié)。當(dāng)節(jié)流閥開(kāi)大時(shí)，進(jìn)入液壓缸18的油液增多，工作臺(tái)的移動(dòng)速度增大；當(dāng)節(jié)流閥關(guān)小時(shí)，工作臺(tái)的移動(dòng)速度減小。液壓泵4輸出的壓力油除了進(jìn)入節(jié)流閥13以外，其余的打開(kāi)溢流閥7流回油箱。如果將手動(dòng)換向閥9轉(zhuǎn)換成如圖1-3(c)所示的狀態(tài)，液壓泵輸出的油液經(jīng)手動(dòng)換向閥9流回油箱，這時(shí)工作臺(tái)停止運(yùn)動(dòng)，液壓系統(tǒng)處于卸荷狀態(tài)。上一頁(yè)下一頁(yè)返回1.1液壓傳動(dòng)的工作原理及組成1.1.2液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的組成從以上兩個(gè)例子可以看出，液壓系統(tǒng)主要由五部分組成。1.動(dòng)力元件動(dòng)力元件是將電動(dòng)機(jī)輸入的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為液體壓力能的能量轉(zhuǎn)換裝置。其作用是為液壓系統(tǒng)提供壓力能。在液壓系統(tǒng)中動(dòng)力元件是各種液壓泵。2.執(zhí)行元件執(zhí)行元件是將液壓泵輸入的液體壓力能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的能量轉(zhuǎn)換裝置。其作用是在壓力油的推動(dòng)下輸出力和速度(直線運(yùn)動(dòng))，或力矩和轉(zhuǎn)速(回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng))。這類(lèi)元件包括液壓缸和液壓電動(dòng)機(jī)。上一頁(yè)下一頁(yè)返回1.1液壓傳動(dòng)的工作原理及組成3.控制調(diào)節(jié)元件控制調(diào)節(jié)元件是用來(lái)控制或調(diào)節(jié)液壓系統(tǒng)中油液的壓力、流量和流動(dòng)方向，保證執(zhí)行元件完成預(yù)期工作的元件。這類(lèi)元件包括各種壓力控制閥、流量控制閥和方向控制閥等。這些元件的不同組合便形成了不同功能的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)。4.輔助元件輔助元件是指各種管接件、油管、油箱、過(guò)濾器、蓄能器和壓力表等。它們主要起連接、輸油、貯油、過(guò)濾、貯存壓力能和測(cè)量等作用，以保證系統(tǒng)正常工作，是液壓系統(tǒng)不可缺少的組成部分。5.工作介質(zhì)工作介質(zhì)在液壓傳動(dòng)及控制中起傳遞運(yùn)動(dòng)、動(dòng)力及信號(hào)的作用。工作介質(zhì)為液壓油或其他合成液體。上一頁(yè)下一頁(yè)返回1.1液壓傳動(dòng)的工作原理及組成1.1.3液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的符號(hào)如圖1-2和圖1-3所示的液壓千斤頂和機(jī)床工作臺(tái)液壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖，具有直觀性強(qiáng)、容易理解的特點(diǎn)。但其繪制較復(fù)雜，特別是當(dāng)系統(tǒng)中元件較多時(shí)，繪制更為困難。為了方便閱讀、分析、設(shè)計(jì)和繪制液壓系統(tǒng)，工程實(shí)際中，國(guó)內(nèi)外都采用圖形符號(hào)來(lái)表示液壓元件。這些符號(hào)只表示元件的功能、操作(控制)方法及外部連接口，不表示元件的具體結(jié)構(gòu)及參數(shù)、連接口的實(shí)際位置和元件的安裝位置，并以元件的靜止?fàn)顟B(tài)或零位狀態(tài)來(lái)表示。若液壓元件無(wú)法用圖形符號(hào)表述時(shí)，仍允許用半結(jié)構(gòu)原理表示。GB/T7861—1993《液壓氣動(dòng)圖形符號(hào)》對(duì)液壓氣動(dòng)元件的圖形符號(hào)作了具體規(guī)定，常用液壓元件及液壓系統(tǒng)其他有關(guān)裝置或器件的圖形符號(hào)見(jiàn)相關(guān)手冊(cè)。圖1-4所示為使用圖形符號(hào)表示的機(jī)床工作臺(tái)液壓系統(tǒng)工作原理圖。上一頁(yè)返回1.2液壓傳動(dòng)的優(yōu)缺點(diǎn)及應(yīng)用發(fā)展1.2.1液壓傳動(dòng)的優(yōu)缺點(diǎn)液壓傳動(dòng)與機(jī)械傳動(dòng)、電氣傳動(dòng)、氣壓傳動(dòng)等相比較，具有以下特點(diǎn)。1.液壓傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)(1)在同等功率的情況下，液壓傳動(dòng)裝置的體積小、質(zhì)量輕、結(jié)構(gòu)緊湊，如液壓電動(dòng)機(jī)的質(zhì)量只有同等功率電動(dòng)機(jī)質(zhì)量的10％～20％。當(dāng)液壓傳動(dòng)采用同等高壓時(shí)，則更容易獲得較大的力或力矩。(2)液壓系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)比較平穩(wěn)，能在低速下穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)。當(dāng)負(fù)載變化時(shí)，其運(yùn)動(dòng)也較穩(wěn)定。同時(shí)因其慣性小、反應(yīng)快，所以易于實(shí)現(xiàn)快速啟動(dòng)、制動(dòng)和頻繁地?fù)Q向。在往復(fù)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)換向可達(dá)每分鐘500次，往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)時(shí)換向可達(dá)每分鐘1000次。下一頁(yè)返回1.2液壓傳動(dòng)的優(yōu)缺點(diǎn)及應(yīng)用發(fā)展(3)液壓傳動(dòng)可在大范圍實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速，調(diào)速比一般可達(dá)100以上，最大可達(dá)2000以上，并且可在液壓裝置運(yùn)行的過(guò)程中進(jìn)行調(diào)速。(4)液壓傳動(dòng)容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，因?yàn)樗菍?duì)液體的壓力、流量和流動(dòng)方向進(jìn)行控制或調(diào)節(jié)，操縱很方便。當(dāng)采用電液聯(lián)合控制，甚至計(jì)算機(jī)控制后，可實(shí)現(xiàn)大負(fù)載、高精度、遠(yuǎn)程自動(dòng)控制。(5)液壓裝置易于實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)且液壓件能自行潤(rùn)滑，因此使用壽命較長(zhǎng)。(6)液壓元件實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化，便于設(shè)計(jì)、制造和使用。上一頁(yè)下一頁(yè)返回1.2液壓傳動(dòng)的優(yōu)缺點(diǎn)及應(yīng)用發(fā)展2.液壓傳動(dòng)的缺點(diǎn)(1)液壓傳動(dòng)不能保證嚴(yán)格的傳動(dòng)比。這是由液壓油的可壓縮性和泄漏等因素所造成的。(2)液壓傳動(dòng)在工作過(guò)程中常有較多的能量損失(如摩擦損失和泄漏損失等)。(3)液壓傳動(dòng)對(duì)油溫的變化比較敏感，工作穩(wěn)定性容易受到溫度變化的影響，因此不宜在溫度變化很大的環(huán)境中工作。(4)為了減少泄漏，液壓元件在制造精度上的要求比較高，因此其造價(jià)較高，且對(duì)油液的污染比較敏感。(5)液壓傳動(dòng)出現(xiàn)故障的原因較復(fù)雜，因此故障查找困難。總的說(shuō)來(lái)，液壓傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)較為突出，且一些缺點(diǎn)現(xiàn)已大為改善。相信隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，其缺點(diǎn)將得到進(jìn)一步地克服。上一頁(yè)下一頁(yè)返回1.2液壓傳動(dòng)的優(yōu)缺點(diǎn)及應(yīng)用發(fā)展1.2.2液壓傳動(dòng)技術(shù)發(fā)展概況相對(duì)于機(jī)械傳動(dòng)來(lái)說(shuō)，液壓傳動(dòng)是一門(mén)新學(xué)科。從17世紀(jì)中葉帕斯卡提出靜壓傳動(dòng)原理，繼而18世紀(jì)末英國(guó)制成第一臺(tái)水壓機(jī)算起，液壓傳動(dòng)技術(shù)至今已有二三百年的歷史。只是由于早期技術(shù)水平和生產(chǎn)需求的不足，液壓傳動(dòng)技術(shù)沒(méi)有得到普遍地應(yīng)用。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，對(duì)傳動(dòng)技術(shù)的要求越來(lái)越高，液壓傳動(dòng)技術(shù)也得到了不斷發(fā)展。特別是在第二次世界大戰(zhàn)期間及戰(zhàn)后，在軍事及建設(shè)需求的刺激下，液壓傳動(dòng)技術(shù)日趨成熟。上一頁(yè)下一頁(yè)返回1.2液壓傳動(dòng)的優(yōu)缺點(diǎn)及應(yīng)用發(fā)展第二次世界大戰(zhàn)成功地將液壓傳動(dòng)裝置用于艦艇炮塔轉(zhuǎn)向器，其后出現(xiàn)了液壓六角車(chē)床和磨床。第二次世界大戰(zhàn)期間，隨著功率大、反應(yīng)快、動(dòng)作準(zhǔn)的液壓傳動(dòng)和控制裝置在兵器制造上的廣泛應(yīng)用，兵器的性能得到了很大的提高，同時(shí)也大大促進(jìn)了液壓技術(shù)的發(fā)展。戰(zhàn)后，液壓技術(shù)迅速轉(zhuǎn)向民用，并隨著各種標(biāo)準(zhǔn)的不斷制訂和完善及各類(lèi)元件的標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)格化、系列化趨勢(shì)，在機(jī)械制造，工程機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī)械和汽車(chē)制造等行業(yè)中推廣開(kāi)來(lái)。近30年來(lái)，原子能技術(shù)、航空航天技術(shù)、控制技術(shù)、材料科學(xué)和微電子技術(shù)等學(xué)科的發(fā)展，再次使液壓技術(shù)得到進(jìn)一步發(fā)展，使其發(fā)展成為包括傳動(dòng)、控制、檢測(cè)在內(nèi)的一門(mén)完整的自動(dòng)化技術(shù)，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)部門(mén)都得到應(yīng)用。如今采用液壓傳動(dòng)的程度已成為衡量一個(gè)國(guó)家工業(yè)化程度的重要標(biāo)志之一。上一頁(yè)下一頁(yè)返回1.2液壓傳動(dòng)的優(yōu)缺點(diǎn)及應(yīng)用發(fā)展1.2.3液壓傳動(dòng)的主要應(yīng)用及發(fā)展方向１.液壓傳動(dòng)的主要應(yīng)用由于液壓傳動(dòng)的顯著優(yōu)點(diǎn)，如今，液壓傳動(dòng)已被廣泛地應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域之中。在機(jī)床上，液壓傳動(dòng)常應(yīng)用在以下的一些裝置中。(1)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)裝置：磨床砂輪架和工作臺(tái)的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)大部分采用液壓傳動(dòng)；車(chē)床、六角車(chē)床、自動(dòng)車(chē)床的刀架或轉(zhuǎn)塔刀架；銑床、刨床、組合機(jī)床的工作臺(tái)等的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)也都采用液壓傳動(dòng)。這些部件有的要求快速移動(dòng)，有的要求慢速移動(dòng)。有的則既要求快速移動(dòng)，也要求慢速移動(dòng)。這些運(yùn)動(dòng)多半要求有較大的調(diào)速范圍，要求在工作中無(wú)級(jí)調(diào)速；有的要求持續(xù)進(jìn)給，有的要求間歇進(jìn)給；有的要求在負(fù)載變化下速度恒定，有的要求有良好的換向性能等。所有這些要求都是可以用液壓傳動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。上一頁(yè)下一頁(yè)返回1.2液壓傳動(dòng)的優(yōu)缺點(diǎn)及應(yīng)用發(fā)展(2)往復(fù)主體運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)裝置：龍門(mén)刨床的工作臺(tái)、牛頭刨床或插床的滑枕，由于要求作高速往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，并且要求換向沖擊小、換向時(shí)間短、能耗低，因此都可以采用液壓傳動(dòng)(3)仿形裝置：車(chē)床、銑床、刨床上的仿形加工可以采用液壓伺服系統(tǒng)來(lái)完成。其精度可達(dá)0.01～0.02ｍｍ。此外，磨床上的成形砂輪修正裝置亦可采用這種系統(tǒng)。(4)輔助裝置：機(jī)床上的夾緊裝置、齒輪箱變速操縱裝置、絲桿螺母間隙消除裝置、垂直移動(dòng)部件平衡裝置、分度裝置、工件和刀具裝卸裝置、工件輸送裝置等，采用液壓傳動(dòng)后，有利于簡(jiǎn)化機(jī)床結(jié)構(gòu)，提高機(jī)床自動(dòng)化程度。(5)靜壓支承重型機(jī)床、高速機(jī)床、高精度機(jī)床上的軸承、導(dǎo)軌、絲杠螺母機(jī)構(gòu)等處采用液體靜壓支承后，可以提高工作平穩(wěn)性和運(yùn)動(dòng)精度。液壓傳動(dòng)在其他機(jī)械工業(yè)部門(mén)的應(yīng)用情況如表1-1所列。上一頁(yè)下一頁(yè)返回1.2液壓傳動(dòng)的優(yōu)缺點(diǎn)及應(yīng)用發(fā)展2.液壓傳動(dòng)的發(fā)展方向(1)液壓傳動(dòng)正向著高壓、高速、高效、大功率、低噪聲、經(jīng)久耐用、高度集成化的方向發(fā)展。(2)與計(jì)算機(jī)科學(xué)相結(jié)合。新型液壓元件和液壓系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)、計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試(CAT)、計(jì)算機(jī)直接控制(CDC)、計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)控制技術(shù)、機(jī)電一體化技術(shù)、計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)和優(yōu)化技術(shù)相結(jié)合。(3)與其他相關(guān)科學(xué)結(jié)合。如污染控制技術(shù)和可靠性技術(shù)等方面也是當(dāng)前液壓技術(shù)發(fā)展和研究的