電子技工業(yè)務3 電子技工業(yè)務 第三章 第9節(jié) 液壓基礎知識

船舶電機及拖動基礎第3章(一)液壓傳動基本原理液壓傳動系統(tǒng)利用液壓泵將原動機的機械能轉換成液體的壓力能,通過液體壓力能變換來傳遞能量,經過各種控制閥和管路的傳遞,借助于液壓執(zhí)行元件把液體壓力能轉換為機械能,從而驅動工作機構,實現(xiàn)直線往復運動或回轉運動。液壓傳動具有三個基本特征:力的傳遞依靠液體壓力實現(xiàn);運動速度依靠液體的流量來實現(xiàn);自鎖靠液壓元件對液壓油的“密封”來實現(xiàn)。第九節(jié)液壓基礎知識圖3-88是一個能實現(xiàn)工作臺往復運動的簡單的液壓系統(tǒng)工作原理圖。第九節(jié)液壓基礎知識電動機(圖中未示出）帶動液壓泵3旋轉,泵3從油箱1吸油,然后將具有壓力能的油液輸入管路；油液通過節(jié)流閥4再經過換向閥6進入液壓缸左腔(或右腔),液壓缸右腔(或左腔)的油液則經過換向閥后流回油箱[圖3-88(b)或3-88(c)]。1—油箱;2—濾油器;3—液壓泵;4—節(jié)流閥;5—溢流閥;6—換向閥;7—操縱手柄;8—液壓缸;9—活塞;10—工作臺圖3-88液壓傳動系統(tǒng)工作原理圖(結構形式)由于設置了換向閥6,就能改變油液流動方向,并使液壓缸換向,以實現(xiàn)工作臺所需要的往復運動。第九節(jié)液壓基礎知識工作臺運動速度的調節(jié),可以通過改變節(jié)流閥4開口的大小,以調節(jié)通過節(jié)流閥的流量來達到。工作臺移動需克服的負載(如切削力、摩擦力等)不同時,所需要的工作壓力也不同。因此,液壓泵輸出油液的壓力應能通過溢流閥5來調整。1—油箱;2—濾油器;3—液壓泵;4—節(jié)流閥;5—溢流閥;6—換向閥;7—操縱手柄;8—液壓缸;9—活塞;10—工作臺圖3-88液壓傳動系統(tǒng)工作原理圖(結構形式)另外,由于工作臺速度需要調節(jié),所以進入液壓缸的流量也要改變。第九節(jié)液壓基礎知識一般情況下,液壓泵輸出的壓力油多于液壓缸所需要的油液,因此,多余的油液應能及時排回油箱,這些功能由溢流閥5來完成。圖中的2為網式濾油器,起濾清油液的作用。1—油箱;2—濾油器;3—液壓泵;4—節(jié)流閥;5—溢流閥;6—換向閥;7—操縱手柄;8—液壓缸;9—活塞;10—工作臺圖3-88液壓傳動系統(tǒng)工作原理圖(結構形式)圖3-88所示的液壓系統(tǒng)圖,其中的元件基本都是用結構(或半結構)的形式畫出的示意圖,故稱為結構原理圖,這種圖形較直觀,易于初學者接受,但圖形復雜。第九節(jié)液壓基礎知識圖3-89

液壓傳動系統(tǒng)工作原理圖(用圖形符號)為此,目前國內外都廣泛采用元件的圖形符號來繪制液壓系統(tǒng)原理圖,如圖3-89所示。圖3-89液壓圖形符號脫離了元件的具體結構,只表示元件的功能,使系統(tǒng)圖簡化,原理簡單明了,便于閱讀、分析、設計和繪制。我們接觸的液壓原理圖都是用圖3-89的形式表示的。第九節(jié)液壓基礎知識一個完整的液壓系統(tǒng)由五個部分組成,即動力元件、執(zhí)行元件、控制元件、輔助元件和工作介質。(二)組成(1)動力元件液壓泵(油泵)是液壓系統(tǒng)的動力元件,用于將電動機的機械能轉換為液壓能,向液壓系統(tǒng)提供足量的液壓油。(2)執(zhí)行元件液壓油缸(或液壓馬達)是液壓系統(tǒng)的執(zhí)行元件,用于將液壓能轉換成帶動工作部件的機械能。第九節(jié)液壓基礎知識一個完整的液壓系統(tǒng)由五個部分組成,即動力元件、執(zhí)行元件、控制元件、輔助元件和工作介質。(二)組成(3)控制元件液壓控制閥是液壓系統(tǒng)的控制元件,用于控制液壓系統(tǒng)中油液的流向、流量和壓力,以滿足工作部件對運動方向、速度和輸出力(力矩)的要求。(4)輔助元件輔助元件包括油箱、過濾器、蓄能器、冷卻器、壓力表、油管、連接件等。(5)通常工作介質一般就是液壓油。第九節(jié)液壓基礎知識二、液壓元件液壓動力元件起著向系統(tǒng)提供動力源的作用,是系統(tǒng)不可缺少的核心元件。液壓系統(tǒng)是以液壓泵作為動力元件,為系統(tǒng)提供一定的流量和壓力的,液壓泵將原動機(電動機或內燃機)輸出的機械能轉換為工作液體的壓力能,是一種能量轉換裝置。第九節(jié)液壓基礎知識二、液壓元件液壓泵是依靠密封容積變化的原理來進行工作的,故一般稱為容積式液壓泵。(2)液壓泵按結構形式分:柱塞式、葉片式和齒輪式。柱塞式又分軸向和徑向兩種,它們既能作定量泵、定量馬達,也能作變量泵、變量馬達,都適用于高壓場合;葉片式又分為單作用式和雙作用式,單作用式既能作定量泵、定量馬達,也能作變量泵、變量馬達。雙作用式只能作定量泵、定量馬達;齒輪式只能作低壓定量泵、定量馬達。(1)液壓泵按其在單位時間內所能輸出的油液的體積是否可調節(jié)而分為定量泵和變量泵兩類第九節(jié)液壓基礎知識二、液壓元件液壓泵是依靠密封容積變化的原理來進行工作的,故一般稱為容積式液壓泵。(4)液壓泵按調節(jié)方式分:手動式和自動式,自動式又分電控式、限壓式、恒功率式、恒壓式和恒流式等。(3)液壓泵按排量分定量和變量。(5)液壓泵按自吸能力分:自吸式和非自吸式。第九節(jié)液壓基礎知識液壓泵和液壓馬達的圖形符號如圖3-90所示:圖3-90液壓泵和液壓馬達的圖形符號第九節(jié)液壓基礎知識(二)液壓馬達、液壓缸1.液壓馬達液壓馬達和液壓泵在結構原理上基本相同,也是靠工作腔密封容積的容積變化而工作的。從轉速、轉矩范圍分,可有高速液壓馬達和低速大扭矩液壓馬達。與液壓泵類似,液壓馬達按排量能否改變可分為定量馬達和變量馬達。液壓馬達一般雙向旋轉,也可以用于單向旋轉。液壓執(zhí)行元件包括液壓馬達和液壓缸,其功能是將液體的壓力能轉變?yōu)闄C械能輸出,驅動工作機構做功。二者的不同在于液壓馬達是實現(xiàn)連續(xù)的旋轉運動,輸出扭矩和轉速;液壓缸是實現(xiàn)往復直線運動(或往復擺動),輸出力和速度(或扭矩和角速度)。第九節(jié)液壓基礎知識馬達和泵在工作原理上是互逆的,當向泵輸入壓力油時,其軸輸出轉速和轉矩就成為馬達。但由于兩者的任務和要求有所不同,故在實際結構上只有少數(shù)泵能作馬達使用。液壓缸是液壓傳動系統(tǒng)的執(zhí)行元件,它是將油液的壓力能轉換成機械能、實現(xiàn)往復直線運動或擺動的能量轉換裝置。液壓缸結構簡單,制造容易,用來實現(xiàn)直線往復運動尤其方便,應用范圍廣泛。液壓缸的種類很多,可以按工作壓力、使用領域、工作特點、結構形式和作用等不同的歸類方法進行分類。1.液壓馬達2.液壓缸第九節(jié)液壓基礎知識為使液壓系統(tǒng)具有一定的工作性能,對系統(tǒng)中的油液壓力、流量及液流方向必須有目的地進行調節(jié)和控制,為達到上述目的而設置的液壓元件,統(tǒng)稱為控制閥。它們是組成液壓系統(tǒng)的主要元件之一。液壓控制閥的分類方法很多,根據(jù)不同的用途和結構,主要分為以下幾類:(1)按用途可以分為:三大類。壓力控制閥(如溢流閥、順序閥、減壓閥等)流量控制閥(如節(jié)流閥、調速閥等)方向控制閥(如單向閥、換向閥等)(三)液壓控制閥第九節(jié)液壓基礎知識(2)按控制方式可以分為:定值或開關控制閥、比例控制閥、伺服控制閥。(4)按安裝形式可以分為:管式連接、板式連接、集成連接等。(3)按操縱方式可以分為:手動閥、機動閥、電動閥、液動閥、電液動閥等。為了減少液壓系統(tǒng)中元件的數(shù)目和縮短管道長度尺寸,有時常將兩個或兩個以上的閥類元件安裝在一個閥體內,制成結構緊湊的獨立單元,這樣的閥稱為組合閥,如單向順序閥、單向節(jié)流閥等。(三)液壓控制閥第九節(jié)液壓基礎知識1.壓力控制閥壓力控制閥包括溢流閥、減壓閥、順序閥、平衡閥以及將油泵的壓力信號轉換成電信號的壓力繼電器等。下面簡單介紹一下溢流閥、減壓閥。(三)液壓控制閥第九節(jié)液壓基礎知識(1)溢流閥溢流閥是液壓系統(tǒng)中不可缺少的元件,它的功用是當系統(tǒng)工作壓力過高時,使油液泄回油箱,以保持系統(tǒng)壓力的穩(wěn)定。使用時閥口常開,以溢流來控制系統(tǒng)壓力,故稱為溢流閥。如果閥口常閉,當系統(tǒng)壓力超過額定值時才頂開閥口溢流,作為保護系統(tǒng)安全的稱為安全閥。因此幾乎所有液壓系統(tǒng)中都至少使用一個溢流閥。(三)液壓控制閥當執(zhí)行元件的行程運行到底時,此時執(zhí)行元件不再需要液壓油,當由于液壓泵還是在排出高壓油,因此,理論上液壓系統(tǒng)壓力將一直增大,而實際上壓力將增加到有液壓元件破裂為止。為避免此類事故,在油泵高壓出油口接一條通到油箱的旁路,使高壓油達到一定壓力后能經此回路流回油箱,這就是溢流閥的工作原理。第九節(jié)液壓基礎知識減壓閥是用來降低液壓系統(tǒng)中某一分路的壓力,獲得低一級的恒定壓力油回路。減壓閥按系統(tǒng)的要求可分為定壓減壓閥、定比減壓閥和定差減壓閥三種。其中最常見的是定壓減壓閥,簡稱為減壓閥。(2)減壓閥(三)液壓控制閥實際上,減壓閥的結構和工作原理與溢流閥極為相似,主要零件可以通用。它們的不同之處在于：靜態(tài)時溢流閥主閥是關閉的,而減壓閥閥口是開啟的溢流閥利用進口壓力控制先導閥,減壓閥則相反,利用出口壓力控制先導閥另外在先導部分,減壓閥的回油一定要單獨泄回至油箱。以上三點從職能符號相比中亦可明顯區(qū)別出。

第九節(jié)液壓基礎知識流量控制閥用來控制液壓系統(tǒng)中油液流量大小的閥類。它通過改變閥口的通道面積,從而獲得節(jié)流調速的效果,實現(xiàn)對執(zhí)行元件運動速度的控制。2.流量控制閥流量控制閥分為節(jié)流閥、調速閥、溫度補償調速閥、溢流節(jié)流閥及與其他閥組成的組合閥,例如單向節(jié)流閥、行程節(jié)流閥等。但實際上,調速閥、溫度補償調速閥、溢流節(jié)流閥也是節(jié)流閥與減壓閥、溢流閥的組合。這里僅介紹節(jié)流閥的工作原理。第九節(jié)液壓基礎知識節(jié)流閥是一個最簡單又最基本的流量控制閥,其實質相當于一個可變的節(jié)流口。如圖3-91所示。節(jié)流閥的應用:(1)應用在定量泵與溢流閥組成的節(jié)流調速系統(tǒng)中,起節(jié)流調速作用。2.流量控制閥節(jié)流閥(2)在流量一定的某些液壓系統(tǒng)中,改變節(jié)流閥節(jié)流口的通流截面積將導致閥的前后壓力差改變。此時,節(jié)流閥起負載阻尼作用,簡稱為液阻。節(jié)流中通流截面積越小,則閥的液阻越大。(3)在液流壓力容易發(fā)生突變的部位安裝節(jié)流閥,可延緩壓力突變的影響,起保護作用。普通節(jié)流閥由于負載和溫度的變化對其流量穩(wěn)定性影響較大,因此只適用于負載和溫度變化不大或速度穩(wěn)定性要求較低的液壓系統(tǒng)。圖3-91節(jié)流閥的符號第九節(jié)液壓基礎知識方向控制閥是用來控制液壓系統(tǒng)中油液流動的方向和斷通的閥類。它通過手動、電動或液動等操縱方式,使閥芯改變位置,達到溝通液流和切斷液流的目的。按其作用的不同可分為單向閥和換向閥兩大類。3.方向控制閥第九節(jié)液壓基礎知識單向閥是控制油液單方向流動的控制閥。(1)單向閥3.方向控制閥液壓系統(tǒng)中對單向閥的主要性能要求是:正向流動阻力損失小,反向時密封性能好,動作靈敏。第九節(jié)液壓基礎知識(1)單向閥3.方向控制閥它有普通單向閥和液控單向閥兩種。普通單向閥的作用是使油液只能沿一個方向流動,反向則不通。液控單向閥和普通單向閥一樣,能夠起單向通油的作用,另外還可通過液壓的控制,使兩個方向都能夠通油。單向閥在系統(tǒng)中應用得十分廣泛,所在位置不同,其功能也不同。第九節(jié)液壓基礎知識換向閥是利用閥芯對閥體的相對運動,使油路接通、關斷或變換液流的方向,從而實現(xiàn)液壓執(zhí)行元件及其驅動機構的起動、停止或變換運動方向。(2)換向閥3.方向控制閥液壓傳動系統(tǒng)對換向閥性能的主要要求是:油液流經換向閥時壓力損失要小;互不相通的油口間的泄漏要小;換向要平穩(wěn)、迅速且可靠。第九節(jié)液壓基礎知識換向閥的種類很多,其分類方式也各有不同,(2)換向閥3.方向控制閥一般來說按操作方式來分有手動、機動、電磁動、液動和電液動等多種;按閥芯工作時在閥體中所處的位置有二位和三位等;按換向閥所控制的通路數(shù)不同有二通、三通、四通和五通等;按閥芯相對于閥體的運動方式來分有滑閥轉閥和球閥等。第九節(jié)