第六章 液壓傳動(dòng).doc

第六章 液壓傳動(dòng)液壓傳動(dòng)即以液體為工作介質(zhì)，利用流動(dòng)著液體的壓力來(lái)實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力傳遞的傳動(dòng)方式。在建筑機(jī)械（如挖土機(jī)、推土機(jī)、鏟運(yùn)機(jī)等）中廣泛使用。如圖l-6-1、圖l -6-2所示。 圖l-6-1 推土機(jī) 圖l -6-2 挖土機(jī) 第一節(jié) 液壓傳動(dòng)的組成和特點(diǎn) 一、液壓傳動(dòng)的工作原理1、液壓傳動(dòng)的工作原理以圖1-6-3液壓千斤頂為例，說(shuō)明其工作原理圖：（1）泵吸油過(guò)程 提起手柄，小液壓缸活塞向上移動(dòng)，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(kāi)單向閥進(jìn)入小液壓缸；（2）泵壓油和重物舉升過(guò)程 壓下手柄，小 液壓缸的活塞向下移動(dòng)，擠壓下面的液體，單向閥 4自行關(guān)閉，油液壓力升高，頂開(kāi)單向閥5，油液 進(jìn)入大液壓缸，推動(dòng)大活塞，從而頂起物。（3）重物落下過(guò)程 旋開(kāi)閥門(mén)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(fù)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(dòng)力元件動(dòng)力元件為液壓泵，它將原動(dòng)機(jī)輸入的機(jī)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(dá)），其作用是將油液的壓力能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，而對(duì)負(fù)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(yù)期的工作任務(wù)。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(hào)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(dòng)的優(yōu)缺點(diǎn)1、優(yōu)點(diǎn)（1）在同等輸出功率下，液壓傳動(dòng)裝置的體積小，重量輕，結(jié)構(gòu)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(yīng)快，易于實(shí)現(xiàn)快速啟動(dòng)、制動(dòng)和頻繁換向。（3）液壓裝置能在大范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速，且調(diào)速性能好。（4）液壓傳動(dòng)容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。（5）液壓裝置易于實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)。液壓元件能自行潤(rùn)滑，壽命較長(zhǎng)。（6）液壓元件已實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化，所以液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、制造和使用都比較方便。2、缺點(diǎn)（1）液壓傳動(dòng)不能保證嚴(yán)格的傳動(dòng)比。（2）液壓傳動(dòng)中，能量經(jīng)過(guò)二次變換，能量損失較多，系統(tǒng)效率較低。（3）液壓傳動(dòng)對(duì)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(dòng)出現(xiàn)故障時(shí)不易找出。 第二節(jié) 液壓動(dòng)力元件液壓動(dòng)力元件是液壓泵，它將電機(jī)的機(jī)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(yùn)動(dòng)部件的形狀和運(yùn)動(dòng)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(dòng)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(duì)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(gè)齒間槽組成了若干個(gè)密封工作容積。當(dāng)齒輪按圖示方向旋轉(zhuǎn)時(shí)，泵體左側(cè)輪齒脫開(kāi)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(guò)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(diǎn)（1）優(yōu)點(diǎn) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，尺寸小，重量輕，制造方便，自吸能力強(qiáng)，對(duì)油液污染不敏感，工作可靠，價(jià)格低，維護(hù)容易。 （2）缺點(diǎn) 效率低，流量脈動(dòng)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(pán)組成的密閉工作容積被葉片分割為二部分，傳動(dòng)軸帶動(dòng)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(dāng)轉(zhuǎn)子順時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，下側(cè)密封容積逐漸增大，產(chǎn)生真空，通過(guò)配油盤(pán)上的吸油口吸油；上側(cè)密封容積逐漸減小，通過(guò)壓油口壓油。2、優(yōu)缺點(diǎn)葉片泵流量均勻，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、噪聲低、排量大；但對(duì)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(dāng)傳動(dòng)軸按圖示方向旋轉(zhuǎn)時(shí)，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(pán)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(pán)上的壓油窗口向外壓出。2、優(yōu)缺點(diǎn)柱塞泵工作壓力高，流量范圍大；但對(duì)油液污染敏感。用于高壓、高轉(zhuǎn)速的場(chǎng)合。1-傳動(dòng)軸 2-連桿 3-活塞 4-缸體 5-配流盤(pán) 6-中心軸圖l-6-6 斜盤(pán)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(jī)械能。執(zhí)行元件有液壓缸和液壓馬達(dá)，液壓缸輸出的是往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)或擺動(dòng)，而液壓馬達(dá)輸出的是回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。因液壓缸在土方機(jī)械和汽車起重機(jī)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(jié)構(gòu)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：?jiǎn)巫饔煤碗p作用。下面就建筑機(jī)械中常用的類型作簡(jiǎn)要說(shuō)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(gè)方向的運(yùn)動(dòng)都依靠液壓作用力來(lái)實(shí)現(xiàn)。在工程機(jī)械中最為常用。1、活塞向右運(yùn)動(dòng)圖1-6-7a，液壓缸左腔進(jìn)油，油壓力為p1，流量為Q， A1、A2分別為液壓缸無(wú)桿腔和有桿腔的有效工作面積。活塞產(chǎn)生向右推力為F1p1A1p1D2活塞向右移動(dòng)速度為 v12、活塞向左運(yùn)動(dòng)圖1-6-7b，液壓缸右腔進(jìn)油，活塞產(chǎn)生向左推力為 F2p1A2p2A1p1（D2d2）活塞向左運(yùn)動(dòng)速度為 v2由于A1A2，所以 F1F2，v1v23、差動(dòng)連接差動(dòng)連接單桿活塞液壓缸兩腔同時(shí)通入流體時(shí)，利用兩端面積差進(jìn)行工作的連接形式。在不增加流量的前提下，采用差動(dòng)連接，可實(shí)現(xiàn)快速運(yùn)動(dòng)。 （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(jí)缸）的工作原理1、結(jié)構(gòu)如圖1-6-8，它由兩個(gè)或多個(gè)活塞式缸套裝而成，前一級(jí)活塞缸的活塞桿是后一級(jí)活塞缸的缸筒。各級(jí)活塞依次伸出可獲得很長(zhǎng)的行程，當(dāng)依次縮回時(shí)缸的軸向尺寸很小。2、工作原理當(dāng)左側(cè)通入壓力油時(shí)，活塞由大到小依次伸出；當(dāng)右側(cè)通入壓力油時(shí)，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(diǎn)應(yīng)用工作時(shí)可伸很長(zhǎng)，不工作時(shí)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(yīng)用于起重機(jī)伸縮臂、自動(dòng)傾卸卡車等。1 一級(jí)缸體 2 一級(jí)活塞 3 二級(jí)缸體 4 二級(jí)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(hào)來(lái)控制其它元件動(dòng)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(duì)液壓系統(tǒng)起過(guò)載保護(hù)作用。1）直動(dòng)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(lái)控制閥芯啟閉動(dòng)作的溢流閥。2）先導(dǎo)式溢流閥 先導(dǎo)式溢流閥由先導(dǎo)閥和主閥兩部分組成。如圖1-6-10，當(dāng)壓力油從系統(tǒng)流入主閥的進(jìn)油口P以后，部分油液進(jìn)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(dǎo)錐閥芯5的底部（通常外控口K1是被堵死的）。當(dāng)作用在先導(dǎo)錐閥芯上的油壓力小于調(diào)壓彈簧4的作用力時(shí)，先導(dǎo)閥不打開(kāi)，主閥芯也打不開(kāi)。 圖l-6-9 直動(dòng)式溢流閥原理圖和符號(hào) 圖l-6-10 先導(dǎo)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(guò)縫隙時(shí)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(lái)控制油路的通斷，從而實(shí)現(xiàn)多個(gè)液壓油缸（或馬達(dá)）按一定的順序動(dòng)作。二、流量控制閥流量控制閥即通過(guò)調(diào)節(jié)輸出流量，從而控制執(zhí)行元件的運(yùn)動(dòng)速度。1、 節(jié)流閥 即通過(guò)調(diào)節(jié)輸出流量來(lái)控制液壓油缸（或馬達(dá)）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(lái)調(diào)節(jié)通過(guò)的流量，定差減壓閥則自動(dòng)補(bǔ)償負(fù)載變化的影響，使節(jié)流閥前后的壓差為定值，消除了負(fù)載變化對(duì)流量的影響。從而保證液壓油缸（或馬達(dá)）的穩(wěn)定工作速度，并且不受外界負(fù)載變化的影響。常用于對(duì)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(jié)構(gòu)原理和符號(hào) 圖l-6-12 順序閥的工作原理和符號(hào) 圖l-6-13 節(jié)流閥的結(jié)構(gòu)原理和符號(hào) 圖l-6-14 調(diào)速閥的工作原理和符號(hào) 三、方向控制閥其作用是控制油液流動(dòng)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(gè)方向流動(dòng)而反向截止，故又稱止回閥，簡(jiǎn)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(guò)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(shí)，此閥與普通單向閥作用相同。當(dāng)需要反向?qū)〞r(shí)，控制油口K接通壓力油，活塞1向右移動(dòng)，通過(guò)頂桿2頂開(kāi)閥芯3，使單向閥打開(kāi)，液體從出油口p2向進(jìn)油口p1反向流動(dòng)。 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(jié)構(gòu)原理圖和符號(hào) 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(guān)系改變，從而改變油液的流向，實(shí)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(jié)構(gòu)原理和圖形符號(hào)。在換向閥的圖形符號(hào)中，方塊數(shù)代表位數(shù)，在一個(gè)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(hào)表示該油口被截?cái)?。為了便于連接管道，將各油口標(biāo)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(jié)構(gòu)原理和圖形符號(hào)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(lái)控制油液的壓力，以達(dá)到對(duì)系統(tǒng)的過(guò)載保護(hù)、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(jí)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(dāng)二位二通電磁閥關(guān)閉時(shí)，液壓系統(tǒng)的壓力由溢流閥1控制，即當(dāng)系統(tǒng)的工作壓力升高到p1時(shí)，閥1打開(kāi)溢流。而當(dāng)二位二通閥打開(kāi)時(shí)，液壓系統(tǒng)的壓力由溢流閥2控制，即當(dāng)系統(tǒng)的工作壓力達(dá)到p2時(shí)，閥2打開(kāi)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(jí)最大工作壓力。2、減壓回路在用一個(gè)液壓泵向兩個(gè)以上執(zhí)行元件供油的液壓系統(tǒng)中，若某個(gè)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(shí)，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(yīng)使液壓泵在無(wú)壓力或很小壓力下運(yùn)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(jí)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(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(dāng)液壓系統(tǒng)工作時(shí)，二位二通電磁閥通電，閥的油路斷開(kāi)，油泵輸出的壓力油進(jìn)入系統(tǒng)。當(dāng)系統(tǒng)中執(zhí)行元件停止運(yùn)動(dòng)時(shí)，二位二通電磁閥斷電，油路導(dǎo)通，此時(shí)油泵輸出的油液通過(guò)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(shí)p由溢流閥調(diào)定，通電時(shí)泵卸荷?？捎糜诖罅髁俊６?、速度控制回路液壓傳動(dòng)可以在保持原動(dòng)機(jī)的功率和轉(zhuǎn)速不變的情況下，方便地實(shí)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(lái)改變執(zhí)行元件的速度。此法比較簡(jiǎn)單，并能使執(zhí)行元件獲得較低的運(yùn)動(dòng)速度。但是，由于系統(tǒng)中經(jīng)常有一部分高壓油通過(guò)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(jìn)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(jìn)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(dá)的排量來(lái)調(diào)速，即用變量泵或變量馬達(dá)來(lái)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(jìn)入定量馬達(dá)（或液壓缸），調(diào)節(jié)泵的輸出流量就能改變馬達(dá)的轉(zhuǎn)速（或速度）。系統(tǒng)中溢流閥起安全保護(hù)作用。（2）變量馬達(dá)調(diào)速回路（圖1-6-24(b)） 定量泵輸出的壓力油全部進(jìn)入液壓馬達(dá)，輸入流量不變，可通過(guò)改變馬達(dá)的排量來(lái)調(diào)節(jié)它的輸出轉(zhuǎn)速。（3）變量泵與變量馬達(dá)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(shí)現(xiàn)工作機(jī)構(gòu)的啟動(dòng)、停止或變換運(yùn)動(dòng)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(lái)改變油液的流向，以實(shí)現(xiàn)執(zhí)行元件的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。圖1-6-25所示的用電