液壓講課PPTppt課件VIP

現代液壓系統(tǒng)分析及故障診斷,胡軍科教授,中南大學2011年1月,原動機,傳動系統(tǒng),執(zhí)行機構,傳動系統(tǒng),執(zhí)行機構,原動機,提供機器工作所需能源（如內燃機、電動機）,實現能量（如力、扭矩、轉速和位移）的轉換,機構運動輸出能量（直線運動、回轉運動）,機械傳動,液壓傳動,電氣傳動,1.“大傳動”分類,傳動系統(tǒng),功率密度高、傳動平穩(wěn)、能無級調速,穩(wěn)定可靠、效率高，成本較低,控制先進、結構簡單、容易布置和環(huán)保,機械傳動,液壓傳動,電氣傳動,回轉運動,直線運動,2.工作機構運動形式,3.機械傳動應用及優(yōu)缺點,機械傳動,齒輪齒條機構,1,曲柄滑塊,3,直線運動,絲桿,2,機械傳動,鏈條傳動,2,齒輪傳動,1,皮帶傳動,3,回轉運動,1、傳動可靠2、實現回轉運動結構簡單，并能傳遞較大的扭矩3、故障特征明顯，便于維修,優(yōu)點,缺點,1、傳動不平穩(wěn)、振動和噪聲大2、動力分配不方便，難以實現遠距離傳動3、實現無級變速的結構復雜，成本高,4.電氣傳動應用及優(yōu)缺點,電氣傳動,直線電機,直線運動,電氣傳動,電動機,回轉運動,優(yōu)點,缺點,1、輸出參數控制方便2、動力分配方便，可避免多軸驅動時的功率寄生3、環(huán)保、噪聲小,1、功率密度低，慣量大，動態(tài)響應慢，2、故障突發(fā)3、直線運動及低速大扭矩應用受限,5.液壓傳動應用及優(yōu)缺點,液壓傳動,液壓缸,直線運動,液壓傳動,液壓馬達,回轉運動,1、功率密度高2、直線輸出能量大3、能輸出高低速回轉運動4、可實現精密控制5、多軸驅動時沒有功率寄生6、能工作在惡劣的環(huán)境,優(yōu)點,1、成本較高2、效率較機械傳動低,缺點,.,工程機械,混凝土輸送泵車,盾構,液壓自動生產線,制造機械,軍工產品,飛機,娛樂設施,液壓升降舞臺,游樂設施,液壓動感平臺,實驗設備,CHC多功能MGB實驗臺,阿帕奇主減實驗臺,三、總結與展望,液壓傳動前景廣闊！,現代液壓系統(tǒng)的發(fā)展趨勢,時間,1795,發(fā)展歷史及過程,在倫敦用水作為工作介質,以水壓機的形式將其應用于工業(yè)上,誕生了世界上第一臺水壓機。,1905,將工作介質水改為油（液壓油缸）,水壓機又進一步得到改善。,1914-1918,液壓傳動廣泛應用，1925年Vickers發(fā)明了壓力平衡式葉片泵,為近代液壓元件工業(yè)或液壓傳動的逐步建立奠定了基礎。,1952年后,1952年Rexroth開始生產液壓產品，1953年Bosch開始生產液壓產品，2001年Bosch和Rexroth合并。,2,1,3,.,.,液壓泵分類,外嚙合齒輪泵,動畫,內嚙合齒輪泵,動畫,單作用葉片泵,雙作用葉片泵,動畫,斜軸式,斜盤式,動畫,安裝馬達時給殼體油腔注滿清潔液壓油；避免在系統(tǒng)有負載的情況下突然啟動或停止；必要時（高壓、高轉速）對馬達殼體油腔沖洗冷卻；殼體泄油應直接回油箱。,馬達旋轉無力；泄漏；爬行；馬達軸損壞；運轉時有噪音。,動畫,單向閥結構原理圖,動畫,動畫,直動式溢流閥結構圖,溢流閥原理圖,動畫,先導式溢流閥結構圖,直動式順序閥結構圖,動畫,先導順序閥結構圖,動畫,直動式減壓閥結構圖,先導式減壓閥結構圖,方向控制閥的運行性能特性,行程-時間曲線（開啟時間）,三位四通方向控制閥的P-Q特性曲線,三位四通換向閥開關容量界限特性曲線,三位四通換向閥P-Q開啟性能界限特性曲線,直動式換向滑閥,動畫,彈簧對中型,壓力對中型,.,流量控制原理,流經薄壁小孔的流量q=cdA(2p/)1/2流經細長孔的流量q=(d4/128l)p綜合兩式得通用節(jié)流方程q=KLApm節(jié)流元件的節(jié)流口結構有錐形、三角槽形、矩形、三角形等。工業(yè)上又將節(jié)流口的過流面積A的倒數稱為液阻，將過流面積可調的節(jié)流口稱為可變液阻。由節(jié)流方程知，當壓力差一定時，改變開口面積即改變液阻就可改變流量。,.,節(jié)流閥,結構原理主要零件有閥芯、閥體和螺母。閥體上開有進油口和出油口。閥芯一端開有三角尖槽，另一端加工有螺紋，旋轉閥芯即可軸向移動改變閥口過流面積。為平衡液壓徑向力，三角槽須對稱布置。,.,調速閥,結構原理調速閥是由定差減壓閥與節(jié)流閥串連而成。壓力油p1先經定差減壓閥，然后經節(jié)流閥流出。節(jié)流閥進、出口壓力油p2、p3經閥體流道被引至定差減壓閥閥芯的兩端，(p2-p3)與定差減壓閥的彈簧力進行比較，因定差減壓閥閥口的壓力補償作用，使得(p2-p3)基本不變。調速閥可以是定差減壓閥在前，節(jié)流閥在后，也可以是節(jié)流閥在前，定差減壓閥在后。,4.2、調速閥故障分析與處理,故障分析與處理,調節(jié)失靈；流量不穩(wěn)定。,4.3、分流-集流閥應用及其故障分析與處理,應用,用于液壓系統(tǒng)中2-4個執(zhí)行器的速度同步；控制兩個執(zhí)行器按一定的速度比例運動。,故障分析與處理,同步失靈；同步精度太低；執(zhí)行器運動終點動作異常。,.,分流集流閥結構及原理,分流閥結構原理：它由兩個固定節(jié)流孔1、2、閥體、閥芯和兩個對中彈簧等組成。閥芯兩端臺肩與閥體沉割槽組成兩個可變節(jié)流口3、4。固定節(jié)流孔起檢測流量的作用，可變節(jié)流口起壓力補償作用，其過流面積通過壓力p1和p2的反饋作用進行控制。無論負載壓力p3、p4如何變化，都能保證q1q2。,5.1二通蓋板式插裝閥應用及常見故障,應用場合,工作壓力超過21MPa，流量超過150L/min。系統(tǒng)要求集成度高，外形尺寸小。系統(tǒng)要求快速響應。系統(tǒng)要求內泄小或基本無泄漏。系統(tǒng)要求穩(wěn)定性好、噪聲小。,5.插裝閥,動畫,.,組件由閥芯、閥套、彈簧和密封圈組成。根據用途不同分為方向閥組件、壓力閥組件和流量閥組件。同一通徑的三種組件安裝尺寸相同，但閥芯的結構形式和閥套座直徑不同。三種組件均有兩個主油口A和B、一個控制口x。,插裝閥基本組件,典型組合及應用回路,插裝方向閥及其應用回路,插裝壓力閥及其應用回路,插裝流量閥及其應用回路,插裝閥復合控制回路,5.2二通蓋板式插裝閥常見故障及處理,1,換向不可靠或調壓失靈；,2,插裝式壓力閥壓力不穩(wěn)定、振擺大；,過渡過程達不到要求。,3,5.3螺紋式插裝閥,5.3.1螺紋式插裝閥應用,螺紋式插裝閥幾乎可實現所有方向、壓力、流量閥的功能，主要用于高壓中、小流量（最大可達230L/min左右）的場合。,伺服閥原理,液壓伺服閥故障的診斷,1）伺服閥不動作內部零部件損壞；滑閥卡死；噴嘴堵塞；內部濾網堵塞；伺服放大器故障；2）經常出現零漂油液污染；電氣部分產生的零漂；機械零漂；3）伺服閥輸出流量少供油壓力低；放大器的增益??；污物堵塞、卡死4）動態(tài)特性、穩(wěn)定性差、穩(wěn)態(tài)誤差大5）無信號輸入，但執(zhí)行機構向一邊運動主閥芯卡死在一定的開口位置；零位偏移；6）零位泄漏增大、壓力增益下降閥配合間隙增大；控制邊棱角損傷；,伺服閥,.,電液比例閥是一種性能介于普通控制閥和電液伺服閥之間的新閥種。它既可以根據輸入電信號的大小連續(xù)成比例地對油液的壓力、流量、方向實現遠距離控制、計算機控制，又在制造成本、抗污染等方面優(yōu)于電液伺服閥。電液比例閥根據用途分為：電液比例壓力閥，電液比例流量閥，電液比例方向閥。,.,圖示為電液比例壓力先導閥，它與普通溢流閥、減壓閥、順序閥的主閥組合可構成電液比例溢流閥、電液比例減壓閥和電液比例順序閥。改變輸入電磁鐵電流的大小，即可改變電磁吸力，從而改變先導閥前腔壓力，對主閥的進口或出口壓力實現控制。,與普通壓力先導閥不同：1、與作用在閥芯上的液壓力進行比較的是電磁吸力，不是彈簧力。2、此處彈簧為傳力彈簧，無壓縮量。,.,電液比例流量閥,圖示為位移彈簧力反饋型電液比例二通節(jié)流閥。主閥芯5為插裝閥結構。當比例電磁鐵輸入一定電流時，產生的電磁吸力推動先導閥芯2下移，先導閥閥口開啟，主閥進口壓力油經R1和R2、先導閥閥口流至主閥出口。因阻尼R1作用，使主閥芯上下腔產生壓力差，致使主閥芯克服彈簧力上移，主閥口開啟。主閥芯向上位移使反饋彈簧3受壓縮，但反饋彈簧力與先導閥芯上端電磁吸力相等時，先導閥芯和主閥芯受力平衡，主閥閥口大小與輸入電流大小成比例。改變輸入電流大小，即可改變閥口大小，在系統(tǒng)中起節(jié)流調速作用。,特點輸入電流為零時，閥口是關閉的；主閥的位移量不受比例電磁鐵行程的限制，閥口開度可以設計得較大，即閥的通流能力較大。,.,電液比例換向閥,電液比例換向閥由前置級（電液比例雙向減壓閥）和放大級（液動比例雙向節(jié)流閥）兩部分組成。前置級由比例電磁鐵控制雙向減壓閥閥芯位移。當比例電磁鐵輸入電流時，減壓閥芯移動，減壓開口一定，經閥口減壓后得到穩(wěn)定的控制壓力。,.,放大級由閥體、主閥芯、左右端蓋、阻尼螺釘和彈簧等零件組成。控制壓力油經阻尼孔作用在主閥芯的端面時，液壓力將克服彈簧力使閥芯移動，開啟閥口，溝通油道。主閥開口大小取決于輸入電流的大小。改變比例電磁鐵的輸入電流，不僅可以改變閥的工作液流方向，而且可以控制閥口大小實現流量調節(jié)，即具有換向、節(jié)流復合功能。,.,（五）液壓輔件故障分析,1.蓄能器故障分析,2.過濾器故障分析,濾芯脫膠,2,濾芯變形,1,濾油器堵塞,3,測壓不準確,1,測不到壓力,2,故障現象,故障現象,3.壓力表開關故障分析,1.不要迷戀標準,10通徑溢流閥,10通徑換向閥,流量只與通徑有關嗎？,油液的等效體積彈性模量Kd,通過檢測負載壓力、流量和功率變化信號，向液壓系統(tǒng)進行反饋，實現泵輸出的流量、壓力與負載匹配，以達到節(jié)能的目的。,負載敏感系統(tǒng)原理,定量泵負載敏感系統(tǒng),變量泵負載敏感系統(tǒng),負載敏感系統(tǒng)能量損失,抗流量飽和LUDV系統(tǒng),系統(tǒng)原理圖,LUDV系統(tǒng)原理,量變引起質變,某三位四通換向閥樣本資料,低壓,高壓,壓力與壽命成反比,某公司馬達壓力與軸承壽命的關系,固定設備,移動設備,建議工作壓力,（一）現代液壓系統(tǒng)回路的主要技術特征,（二）液壓傳動系統(tǒng)原理實例分析,4,3,2,1,液壓基本回路,閉式液壓傳動系統(tǒng)的原理,泵控變量方式的種類及控制原理,負載敏感和LUDV同步控制系統(tǒng),(一）現代液壓系統(tǒng)回路的主要技術特征,1、液壓基本回路,調壓回路,減壓回路,平衡回路,保壓泄壓回路,緩沖制動回路,壓力控制回路,卸荷回路,壓力控制回路,調壓回路,單級調壓,二級調壓,三級調壓,動畫,平衡回路,溢流平衡閥回路,雙向平衡閥的平衡回路,動畫,減壓回路,一級減壓回路,二級減壓回路,動畫,FD平衡閥平衡回路,FD平衡閥原理圖,平衡回路,卸荷回路,閥中位卸荷,溢流閥+順序閥卸荷,溢流閥遠控卸荷,動畫,保壓泄壓回路,蓄能器保壓回路,蓄能器保壓回路,動畫,緩沖補油回路,換向回路,電磁換向閥換向回路,電液換向閥換向回路,比例換向閥換向回路,動畫,換向回路,鎖緊回路,單向鎖緊回路,制動器鎖緊回路,液壓鎖回路,動畫,速度控制回路,速度控制回路,節(jié)流調速回路,進口節(jié)流調速,出口節(jié)流調速,旁路節(jié)流調速,動畫,動畫,動畫,容積調速回路,變量泵-定量馬達,定量泵-變量馬達,容積調速回路,變量泵-變量馬達,1,順序動作回路,2,同步動作回路,多執(zhí)行器動作回路,多執(zhí)行器動作回路,順序閥控制順序動作回路,順序動作回路：a、壓力控制順序動作回路b、行程控制順序動作回路c、時間控制順序動作回路,動畫,采用同步液壓馬達的同步動作回路,3,2,4,1,多執(zhí)行器動作回路,同步動作回路,機械聯接同步回路,采用同步液壓缸的同步動作回路,采用流量控制閥控制的同步動作回路,動畫,液壓系統(tǒng)回路實例分析,油壓機,液壓沖床,1,2,3,液壓系統(tǒng)回路實例分析,4,5,6,翻車機,軌道式牽引車,翻車機,2、閉式液壓傳動系統(tǒng)的原理,閉式液壓系統(tǒng)回路,演示,閉式系統(tǒng)優(yōu)點:,3）閉式液壓泵工作轉速高，便于內燃機直接驅動。,2）閉式系統(tǒng)中液壓元件相對較少，結構緊湊，重量輕，特別適合于行走機械。,4）閉式系統(tǒng)依靠泵控換向，其換向沖擊小。,1）閉式系統(tǒng)工作油路上不存在閥間損失，效率高。,5）閉式液壓系統(tǒng)抗污染性強，適合于惡劣工作環(huán)境。,3、閉式液壓傳動系統(tǒng)實例分析,混凝土輸送泵液壓系統(tǒng)-CAD圖,架橋機行走液壓系統(tǒng),架橋機行走液壓系統(tǒng)原理圖,3,2,4,5,6,1,壓力、流量和功率均可控制,較短的換向時間，較高的固有頻率，適應閉環(huán)控制需要,閥控系統(tǒng)中，節(jié)能高效,流量控制范圍大，可正向控制，也可負向控制,較高的功率利用率恒功率曲線,電子控制，實現柔性控制和遠程控制,4、泵控變量方式的種類及控制原理,液壓系統(tǒng)對泵變量控制的要求：,壓力控制變量,壓差控制變量,帶有反饋的排量控制變量,電子控制變量,速度感應變量,壓力指令變量,逆向控制變量,液壓油泵變量方式匯總,液壓油泵的變量控制PumpControl,DR控制,FR控制,DFR控制,LR控制,DFLR控制,HD控制,EP控制,過濾器-冷起動閥,DA控制,DG控制,HD控制,HW控制,EZ控制,EP控制,（二）液壓傳動系統(tǒng)原理及實例分析,CAD圖,CAD圖,1、旋挖鉆機,2、隧道出渣機,原理圖,4、液壓四大車,原理圖,3、正面吊系統(tǒng),5、混凝土輸送泵,開式CAD圖,閉式CAD圖,旋挖鉆機,隧道出渣車,.,正面吊,WD-320型動力穩(wěn)定車,.,卷揚BVD平衡閥,1.單向離合器,存在問題,2.雙向變速箱,存在問題,動力穩(wěn)定車CAD圖,清篩機CAD圖,3.高速行駛時泵的比例電磁鐵突然掉電,存在問題,4.眾說紛紜的DA控制,閉式泵標準結構型式帶DA控制閥,柴油機外特性曲線,5.電控液壓馬達的變量,電液伺服控制EP和EQ,電液比例控制L1B1、L2B1和L7B1,存在問題,在作原動機與液壓泵匹配時，應以滿足扭矩匹配作為先決條件。另一方面，在進行扭矩匹配時要考慮內燃機的變扭矩特性，要在可能工作的轉速范圍內進行扭矩驗算，否則會出現某一轉速下能滿足要求，而改變轉速時可能導致內燃機超載的現象。我們要求在任意工作點上的扭矩不過載，否則會出現內燃機帶負載后降速或熄火，導致油耗增加或根本不能工作。,1.功率匹配、扭矩匹配及轉速匹配,（一）液壓泵與原動機的匹配,(1)在確定閉式泵輸入功率時要考慮補油壓力的影響，補油壓力越高則所需驅動功率越小；(2)原動機與液壓泵的匹配應以扭矩匹配為先決條件；(3)原動機為內燃機時應驗算工作范圍內各點的扭矩，以防止超限引起的降速或熄火。,（一）液壓泵與原動機的匹配,2.內燃機的扭矩特性與油泵的變量方式匹配：液壓控制，與轉速有關，DA控制閥，固定設定值,3.串泵與多泵的選擇,1,2,內燃機：串泵；,（二）液壓國際標準與液壓技術的不適應及對策,1,疊加閥的應用局限：有流量和壓力限制,2,三位四通換向閥的參數跳級：從25通徑到32通徑重量和價格發(fā)生巨變,（三）液壓系統(tǒng)的沖擊,1.沖擊的新定義瞬時高壓、吸空和瞬時流量變化；2.沖擊的外部特征及形成條件特征：振動、噪聲形成條件：流量和壓力突變3.換向時液壓沖擊的形成外因（慣性負載）、內因（過渡機能）4.防止沖擊的措施主動措施和被動的措施（貯能）,（1）.電磁換向閥時間滯后引起的液壓沖擊:圖示為液壓動力滑臺的液壓系統(tǒng)，它實現的功能是快進工進快退故障現象：在進入快退行程時，首先出現向工作方向（進給）的沖擊，然后才能快退。,危害：影響加工精度，嚴重時可能損壞工件和刀具。故障診斷：在快退時兩位和三位電磁閥均需換向，但二位閥的換向時間短，三位閥的換向時間長，在此換向過程中，會首先出現的油缸的差動，從而使工作臺前沖，待三位閥換向到位后，才能進入正常的快退。解決措施：在調速閥旁并聯一個單向閥，并改接電路，使快退時二位電磁閥不動作。,（2）.換向閥過渡機能引起的液壓沖擊:圖示為某壓鑄機的液壓原理圖（局部），采用雙泵合流供油。泵：低壓大流量泵：高壓小流量泵處于工作或卸載狀態(tài)由壓力繼電器控制二位電磁換向閥實現。故障現象：A泵頻繁損壞,經檢查，溢流閥能正常溢流，換向閥正常換向，但電磁換向閥的過渡機能為，故在換向過程中存在油泵出口被瞬時封閉的情形，從而引起液壓沖擊。沖擊壓力的高低與泵的流量、被封閉腔體的體積、換向時間等因素有關，Rexroth公司的4WE10換向時間為：交流40-60ms，直流50-70ms。,故障診斷：,將換向閥的過渡機能改為“H”型在油泵A的出口和換向閥之間加裝一小型直動溢流閥在油泵和電磁閥之間加裝蓄能器以吸收沖擊如果泵A是由動力機獨立驅動的，則可取消二位電磁閥，通過壓力繼電器直接發(fā)信號控制電機啟停，達到工作或卸荷的目的。,解決方法：,液壓閥的過渡機能引起油口的瞬時開啟或閉合,（3）,從仿真結果看出，在0.2s之后都基本上達到了穩(wěn)態(tài)值，系統(tǒng)的調整時間很短。液壓缸8無桿腔壓力在0.01s左右時有一壓力峰值約為21MPa的瞬間壓力沖擊,相對于10.5MPa的穩(wěn)態(tài)值,其超調量達100%,可見該處的液壓沖擊是很大的。,（4）油壓機回程時的液壓沖擊,原因：油被壓縮，壓縮體積為：V=Vo（PH-Po）-油液的壓縮系數，=710-10m2/N對于一個Vo=67L，PH=32Mpa的油腔V=1.5L。若換向時間為0.1s=100ms，則瞬時流量為:Q=1.5/0.160=900L/min這樣大的流量通過管道流回油箱，在管路內引起很大的沖擊流速，若d=30mm,則:V=Q/(/4)d2=21.2m/s正常壓力油路的流速V5m/s，因此會產生很大的沖擊。,(主動措施)A:低壓回程+先導式液控單向閥B:回程油道上并接外控順序閥C:高壓側加小通徑電磁球閥(通過電控預先開啟),解決方案：,外負載（慣性）引起的液壓沖擊,（5）,壓力沖擊決定壽命！,（四）液壓系統(tǒng)的吸空,1,2,3,4,有吸空的系統(tǒng)不可能成為精品！,（五）液壓系統(tǒng)的高溫治理,1,2,3,高溫的治理：系統(tǒng)冷卻流量的確定和局部高溫的對策,高溫治理的措施：,減少或降低熱源、加強散熱,、溢流閥的壓力調定高于負載或壓力切斷的壓力；,、采用變量泵節(jié)流閥（調速閥）容積調速；,、采用多泵結構：流量匹配時優(yōu)先考慮功率大和作業(yè)時間長的執(zhí)行機構的流量要求，盡可能使這些部分不存在節(jié)流調速。,、減少油路的壓力損失,換向閥的壓力損失在回路中占主要地位：,a、換向閥通徑選擇要考慮不對稱回油情況：油缸的比（無桿