液壓與氣動技術(shù).PPT

1、1 11第3章 液壓執(zhí)行元件及輔助元件31 液壓缸液壓缸32 液壓馬達(dá)液壓馬達(dá)33 液壓輔助元件液壓輔助元件思考題與習(xí)題思考題與習(xí)題2 22液壓執(zhí)行元件是把液體的壓力能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的裝置，它驅(qū)動機(jī)構(gòu)作直線往復(fù)或旋轉(zhuǎn)(或擺動)運(yùn)動，其輸出為力和速度或轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速。液壓輔助元件則是為使液壓系統(tǒng)在各種狀態(tài)下都能正常運(yùn)作所需的一些設(shè)備。它包括蓄能器、過濾器、油箱等裝置。液壓輔助元件的合理設(shè)計與選用，將在很大程度上影響液壓系統(tǒng)的效率、噪聲、溫升、工作可靠性等技術(shù)性能。3 33液壓缸是使負(fù)載作直線運(yùn)動的執(zhí)行元件。311 液壓缸分類液壓缸分類液壓缸可分為單作用式液壓缸和雙作用式液壓缸兩類。單作用式液壓缸又可分

2、為無彈簧式、附彈簧式、柱塞式三種，如圖31所示；雙作用式液壓缸又可分為單桿式和雙桿式兩種，如圖32所示。31 液液 壓壓 缸缸4 44圖31 單作用式液壓缸(a)無彈簧式；(b)附彈簧式；(c)柱塞式5 55圖32 雙作用式液壓缸(a)單桿式；(b)雙桿式6 66312 液壓缸結(jié)構(gòu)液壓缸結(jié)構(gòu)圖33所示為液壓缸，它由缸筒、端蓋、活塞、活塞桿、緩沖裝置、放氣裝置和密封裝置等組成。選用液壓缸時，首先應(yīng)考慮活塞桿的長度(由行程決定)，再根據(jù)回路的最高壓力選用適合的液壓缸。7 77圖33 液壓缸結(jié)構(gòu)(a)外觀；(b)結(jié)構(gòu)；(c)職能符號8 88(1)缸筒。缸筒主要由鋼材制成。缸筒內(nèi)要經(jīng)過精細(xì)加工，表面粗

3、糙度RaA2，所以v1F2。)(4)(422221122122222dpDppApApFdDQAQv191919圖35 單桿活塞缸202020圖36 差動缸212121圖36所示為單桿活塞缸的另一種聯(lián)結(jié)方式。它把右腔的回油管道和左腔的進(jìn)油管道接通，這種聯(lián)結(jié)方式稱為差動聯(lián)結(jié)。活塞前進(jìn)的速度v及推力F為則有(38)(39) 顯然，差動聯(lián)結(jié)時活塞運(yùn)動速度較快，產(chǎn)生的推力較小。所以，差動聯(lián)結(jié)常用于空載快進(jìn)場合。2322134)(4DvdDQAQQv4)(4421323dpAApFdQv222222314 其他液壓缸其他液壓缸1擺動缸擺動缸擺動式液壓缸也稱擺動馬達(dá)。當(dāng)它通入液壓油時，它的主軸輸出小于36

4、0的擺動運(yùn)動。圖37(a)所示為單葉片式擺動缸，它的擺動角度較大，可達(dá)300。當(dāng)擺動缸進(jìn)、出油口壓力為p1和p2，輸入流量為Q時，它的輸出轉(zhuǎn)矩T和角速度為(310) (311) 式中，b為葉片的寬度；R1、R2為葉片底部和頂部的回轉(zhuǎn)半徑。)(22)(2)(21222121222121RRbQnppRRbrdrppbTRR232323圖37(b)所示為雙葉片式擺動缸，它的擺動角度和角速度為單葉片式的一半，而輸出轉(zhuǎn)矩是單葉片式的兩倍。圖37(c)所示為擺動缸的職能符號。242424圖37 擺動缸(a)單葉片式擺動缸；(b)雙葉片式擺動缸；(c)職能符號2525252增壓缸增壓缸在某些短時或局部需要

5、高壓的液壓系統(tǒng)中，常用增壓缸與低壓大流量泵配合作用。單作用式增壓缸的工作原理如圖38(a)所示，輸入低壓力為p1的液壓油，輸出高壓力為p2的液壓油，增大的壓力關(guān)系為(312) 單作用增壓缸不能連續(xù)向系統(tǒng)供油。圖38(b)所示為雙作用式增壓缸，可由兩個高壓端連續(xù)向系統(tǒng)供油。212)(dDpp 262626圖38 增壓缸(a)單作用式增壓缸；(b)雙作用式增壓缸2727273伸縮缸伸縮缸如圖39所示，伸縮式液壓缸由兩個或多個活塞式液壓缸套裝而成，前一級活塞缸的活塞是后一級活塞缸的缸筒，可獲得很長的工作行程。伸縮缸可廣泛用于起重運(yùn)輸車輛上。圖39(a)所示是單作用式伸縮缸，圖39(b)是雙作用式伸縮

6、缸。282828圖39 伸縮缸(a)單作用式伸縮缸；(b)雙作用式伸縮缸2929294齒輪缸齒輪缸圖310所示為齒輪缸。它由兩個柱塞和一套齒輪齒條傳動裝置組成，當(dāng)液壓油推動活塞左右往復(fù)運(yùn)動時，齒條就推動齒輪往復(fù)轉(zhuǎn)動，從而由齒輪驅(qū)動工作部件作往復(fù)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。303030圖310 齒輪缸313131液壓馬達(dá)是使負(fù)載作連續(xù)旋轉(zhuǎn)的執(zhí)行元件。其內(nèi)部構(gòu)造與液壓泵類似，差別僅在于液壓泵的旋轉(zhuǎn)是由電機(jī)帶動的，且輸出的是液壓油；液壓馬達(dá)輸入的是液壓油，輸出的是轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速。因此，液壓馬達(dá)和液壓泵在內(nèi)部結(jié)構(gòu)上存在一定的差別。32 液壓馬達(dá)液壓馬達(dá)323232321 液壓馬達(dá)分類及特點(diǎn)液壓馬達(dá)分類及特點(diǎn)液壓馬達(dá)按其結(jié)構(gòu)

7、類型來分，可以分為齒輪式、葉片式、柱塞式等形式；按液壓馬達(dá)的額定轉(zhuǎn)速分，可分為高速和低速兩大類，額定轉(zhuǎn)速高于500 r/min的屬于高速液壓馬達(dá)，額定轉(zhuǎn)速低于500 r/min的屬于低速液壓馬達(dá)。高速液壓馬達(dá)的基本形式有齒輪式、螺桿式、葉片式和軸向柱塞式等。333333高速液壓馬達(dá)的主要特點(diǎn)是轉(zhuǎn)速高，轉(zhuǎn)動慣量小，便于啟動和制動等。通常高速液壓馬達(dá)的輸出轉(zhuǎn)矩不大(僅幾十牛米到幾百牛米)，所以又稱為高速小轉(zhuǎn)矩馬達(dá)。低速液壓馬達(dá)的基本形式是徑向柱塞式，主要特點(diǎn)是排量大，體積大，轉(zhuǎn)速低(幾轉(zhuǎn)甚至零點(diǎn)幾轉(zhuǎn)每分鐘)，輸出轉(zhuǎn)矩大(可達(dá)幾千牛米到幾萬牛米)，所以又稱為低速大轉(zhuǎn)矩液壓馬達(dá)。343434322 液

8、壓馬達(dá)職能符號液壓馬達(dá)職能符號液壓馬達(dá)的職能符號如圖311所示。353535圖311 液壓馬達(dá)的職能符號(a)單向定量液壓馬達(dá)；(b)單向變量液壓馬達(dá)；(c)雙向定量液壓馬達(dá)；(d)雙向變量液壓馬達(dá)363636323 液壓馬達(dá)的參數(shù)計算液壓馬達(dá)的參數(shù)計算因?yàn)槔碚撋弦簤厚R達(dá)輸入、輸出功率相等，所以有如下關(guān)系：pQacTth(313)即有pqnTth2n(314) 式中，Qac表示輸入液壓馬達(dá)的實(shí)際流量(m3/min)；表示馬達(dá)角速度(rad/min)；Tth表示理論轉(zhuǎn)矩(Nm)；p表示馬達(dá)的輸入壓力與馬達(dá)出口壓力差(Pa)。373737所以有(315)TacmTth(316) 式中，Tac表示液

9、壓馬達(dá)實(shí)際輸出轉(zhuǎn)矩(Nm)；q表示馬達(dá)排量(m3/r)；m表示液壓馬達(dá)的機(jī)械效率。(317)式中，n表示馬達(dá)轉(zhuǎn)速(r/min)；V表示液壓馬達(dá)的容積效率。(318) 式中，Pr表示液壓馬達(dá)輸出功率。2thpqTvqQn (kW)106023acrnTP383838液壓系統(tǒng)中除了動力元件、執(zhí)行元件、控制元件外，還有油箱、慮油器、蓄能器、壓力表、密封裝置、管件等，均稱為液壓系統(tǒng)輔助元件。33 液壓輔助元件液壓輔助元件393939331 油箱油箱油箱的主要功能是儲存油液，此外，還有散熱(以控制油溫)，阻止雜質(zhì)進(jìn)入，沉淀油中雜質(zhì)，分離氣泡等功能。油箱容量如果太小，就會使油溫上升。油箱容量一般設(shè)計為泵每

10、分鐘流量的24倍，或所有管路及元件均充滿油，且油面高出過濾器50100 mm，而液面高度只占油箱高度的80%時的油箱容積。4040401)油箱形式油箱可分為開式和閉式兩種，開式油箱中的油液面和大氣相通，而閉式油箱中的油液面和大氣隔絕。液壓系統(tǒng)中大多數(shù)采用開式油箱。2)油箱結(jié)構(gòu)開式油箱大部分是由鋼板焊接而成的，圖312所示為工業(yè)上使用的典型焊接式油箱。414141圖312 焊接式油箱424242圖313 隔板的位置4343433)隔板及配油管的安裝位置隔板裝在吸油側(cè)和回油側(cè)之間，如圖313所示，起到沉淀雜質(zhì)、分離氣泡及散熱的作用。油箱中常見的配油管有回油管、吸油管及泄油管等，有關(guān)安裝尺寸見圖31

11、4所示。吸油管的口徑應(yīng)為其余供油管徑的1.5倍，以免泵吸入不良?；赜凸苣┒艘谝好嫦拢移淠┒饲谐?5傾角并面向箱壁，以使回油沖擊箱壁而形成回流，這樣有利于冷卻油溫和沉淀雜質(zhì)。系統(tǒng)中泄油管應(yīng)盡量單獨(dú)接入油箱。各類控制閥的泄油管端部應(yīng)在液面以上，以免產(chǎn)生背壓；泵和馬達(dá)的外泄油管其端部應(yīng)在液面之下，以免吸入空氣。444444圖314 配油管的安裝及尺寸4545454)附設(shè)裝置為了監(jiān)測液面，油箱側(cè)壁應(yīng)裝油面指示計。為了檢測油溫，一般在油箱上裝溫度計，且溫度計直接浸入油中。在油箱上亦裝有壓力表，可用以指示泵的工作壓力。464646332 濾油器濾油器1濾油器的結(jié)構(gòu)濾油器的結(jié)構(gòu)濾油器(filter)一

12、般由濾芯(或?yàn)V網(wǎng))和殼體構(gòu)成。其通流面積由濾芯上無數(shù)個微小間隙或小孔構(gòu)成。當(dāng)混入油中的污物(雜質(zhì))大于微小間隙或小孔時，雜質(zhì)被阻隔而濾清出來。若濾芯使用磁性材料時，則可吸附油中能被磁化的鐵粉雜質(zhì)。474747濾油器可以安裝在油泵的吸油管路上或某些重要零件之前，也可安裝在回油管路上。濾油器可分成液壓管路中使用的和油箱中使用的兩種。油箱內(nèi)部使用的濾油器亦稱為濾清器和粗濾器，用來過濾一些太大的、容易造成泵損壞的雜質(zhì)(在0.1 mm3以上)。圖315為殼裝濾清器(strainer)，裝在泵和油箱吸油管途中。圖316所示為無外殼濾清器，安裝在油箱內(nèi)，拆裝不方便，但價格便宜。484848圖315 殼裝濾清

13、器(a)結(jié)構(gòu)；(b)職能符號494949圖316 無外殼濾清器(a)外觀；(b)結(jié)構(gòu)；(c)職能符號505050管用濾油器有壓力管用濾油器及回油管用濾油器。圖317所示為壓力管用濾油器，因要受壓力管路中的高壓力，所以耐壓力問題必須考慮；回油管用濾油器是裝在回油管路上的，壓力低，只需注意沖擊壓力的發(fā)生即可。就價格而言，壓力管用濾油器較回油管用濾油器貴出許多。515151圖317 壓力管用濾油器(a)外觀；(b)結(jié)構(gòu)5252522濾油器的選用濾油器的選用選用濾油器時應(yīng)考慮到如下問題：(1)過濾精度。原則上大于濾芯網(wǎng)目的污染物是不能通過濾芯的。濾油器上的過濾精度常用能被過濾掉的雜質(zhì)顆粒的公稱尺寸大小

14、來表示。系統(tǒng)壓力越高，過濾精度越低。表31為液壓系統(tǒng)中建議采用的過濾精度。(2)液壓油通過的能力。液壓油通過的流量大小和濾芯的通流面積有關(guān)。一般可根據(jù)要求通過的流量選用相對應(yīng)規(guī)格的濾油器。(為降低阻力，濾油器的容量為泵流量的2倍以上。)535353表表31 建議采用的過濾精度建議采用的過濾精度545454 (3)耐壓。選用濾油器時必須注意系統(tǒng)中沖擊壓力的發(fā)生。而濾油器的耐壓包含濾芯的耐壓和殼體的耐壓。一般濾芯的耐壓為0.010.1 MPa，這主要靠濾芯有足夠的通流面積，使其壓降小，以避免濾芯被破壞。濾芯被堵塞，壓降便增加。必須注意：濾芯的耐壓和濾油器的使用壓力是不同的，當(dāng)提高使用壓力時，要考慮

15、殼體是否承受得了，而與濾芯的耐壓無關(guān)。5555553濾油器的安裝位置濾油器的安裝位置圖318所示為液壓系統(tǒng)中濾油器的幾種可能安裝位置。(1)濾油器(濾清器)1：安裝在泵的吸入口，其作用如前文所述。(2)濾油器2：安裝在泵的出口，屬于壓力管用濾油器，用來保護(hù)泵以外的其他元件。一般裝在溢流閥下游的管路上或和安全閥并聯(lián)，以防止濾油器被堵塞時泵形成過載。565656(3)濾油器3：安裝在回油管路上，屬于回油管用濾油器，此濾油器的殼體耐壓性可較低。(4)濾油器4：安裝在溢流閥的回油管上，因其只通過泵部分的流量，故濾油器容量可較小。如濾油器2、3的容量相同，則通過降低流速，可使過濾效果更好。(5)濾油器5

16、：為獨(dú)立的過濾系統(tǒng)，其作用是不斷凈化系統(tǒng)中的液壓油，常用在大型的液壓系統(tǒng)里。575757圖318 濾油器的安裝位置585858333 空氣濾清器空氣濾清器為防止灰塵進(jìn)入油箱，通常在油箱的上方通氣孔裝有空氣濾清器。有的油箱利用此通氣孔當(dāng)作注油口，如圖319所示為帶注油口的空氣濾清器。對空氣濾清器的容量要求是，當(dāng)液壓系統(tǒng)達(dá)到最大負(fù)荷狀態(tài)時，仍能保持大氣壓力的程度。595959圖319 帶注油口的空氣濾清器(a)外觀；(b)結(jié)構(gòu)；(c)職能符號606060334 油冷卻器油冷卻器液壓油的工作溫度以4060為宜，最高不得大于60，最低不得低于15。液壓系統(tǒng)在運(yùn)轉(zhuǎn)時難免會有能量損失，其損失大部分變成了熱

17、量。熱量中的一小部分由元件或管路等表面散掉了，另外大部分被液壓油帶回油箱而使油溫上升。油溫如超過60，將加速液壓油的惡化，促使系統(tǒng)性能下降。如果油箱的表面散熱量能夠和所產(chǎn)生的熱量相平衡，那么油溫就不會過高，否則必須加油冷卻器來抑制油溫的上升。616161一般說來，由于油箱散熱面積不夠，必須采用油冷卻器來抑制油溫，具體有如下三個原因：(1)因機(jī)械整體的體積和空間使油箱的大小受到限制。(2)因經(jīng)濟(jì)原因，需要限制油箱的大小等。(3)要把液壓油的溫度控制得更低。油冷卻器可分成水冷式和氣冷式兩大類。6262621水冷式油冷卻器水冷式油冷卻器水冷式油冷卻器通常采用殼管式(shell-and-tubetyp

18、e)油冷卻器。它是由一束小管子(冷卻管)裝置在一個外殼里所構(gòu)成的。殼管式油冷卻器有多種形式，但一般都采用直管形油冷卻器，如圖320所示。其構(gòu)造是把直管形冷卻管裝在一外殼內(nèi)，兩端再用可移動的端蓋(管帽)封閉，將金屬隔板裝置在內(nèi)，使液壓油垂直于冷卻管流動以加強(qiáng)熱的傳導(dǎo)。636363圖320 水冷式直管形油冷卻器(a)外觀；(b)結(jié)構(gòu)646464冷卻管通常由小直徑管子組成(f 1)；材料可用鋁、鋼、不銹鋼等無縫鋼管，但為增加傳熱效果，一般采用銅管，并在銅管上滾牙以增進(jìn)散熱面積。冷卻管的安裝分為固定式安裝和可移動式安裝兩種?？梢苿邮嚼鋮s器可由外殼中抽出來清洗或修理；固定式冷卻器被固定在內(nèi)不能取出。冷卻

19、器的外殼是由230開口的管子構(gòu)成的，材料可用鋁、銅或不銹鋼管等。416565652氣冷式油冷卻器氣冷式油冷卻器氣冷式油冷卻器的構(gòu)造如圖321所示，由風(fēng)扇和許多帶散熱片的管子所構(gòu)成。油在冷卻管中流動，風(fēng)扇使空氣穿過管子和散熱片表面，以冷卻液壓油。其冷卻效率較水冷低，但在冷卻水不易取得或水冷式油冷卻器不易安裝的場所，有時還必須采用氣冷式，尤以行走機(jī)械的液壓系統(tǒng)使用較多。666666圖321 氣冷式油冷卻器6767673油冷卻器安裝的場所油冷卻器安裝的場所油冷卻器安裝在熱發(fā)生體附近，且液壓油流經(jīng)油冷卻器時，壓力不得大于1 MPa。有時必須用安全閥來保護(hù)，以使它免于高壓的沖擊而造成損壞。一般將油冷卻器

20、安裝在如下一些場所：686868(1)熱發(fā)生源，如溢流閥附近，如圖322所示。(2)發(fā)熱為配油管的摩擦阻抗產(chǎn)生熱以及外來的輻射熱，常把油冷卻器裝在配油管的回油側(cè)，如圖323所示。圖中截止閥為保養(yǎng)用，方便油冷卻器拆裝。單向閥在防止油冷卻器受各自機(jī)器的沖擊力的破壞以及在大流量時，僅讓需要流量通過油冷卻器。 (3)當(dāng)液壓裝置很大且運(yùn)轉(zhuǎn)的壓力很高時，使用獨(dú)立的冷卻系統(tǒng)，如圖324所示。696969圖322 冷卻溢流閥流出來的油的回路707070圖323 冷卻器裝在回油側(cè)的回路717171圖324 獨(dú)立冷卻回路7272724油冷卻器的冷卻水油冷卻器的冷卻水為防止冷卻器累積過多的水垢而影響熱交換效率，可在

21、冷卻器內(nèi)裝一濾油器。冷卻水要采用清潔的軟化水。737373335 蓄能器蓄能器1蓄能器蓄能器(accumulators)的功用的功用蓄能器是液壓系統(tǒng)中一種儲存油液壓力能的裝置。其主要功用如下：(1)作輔助動力源。在液壓系統(tǒng)工作循環(huán)中，當(dāng)不同階段需要的流量變化很大時，常將蓄能器和一個流量較小的泵組成油源；當(dāng)系統(tǒng)需要很小流量時，蓄能器可將液壓泵多余的流量儲存起來；當(dāng)系統(tǒng)短時期需要較大流量時，蓄能器將儲存的液壓油釋放出來，與泵一起向系統(tǒng)供油。在某些特殊的場合：如驅(qū)動泵的原動機(jī)發(fā)生故障，蓄能器可作應(yīng)急能源使用；如現(xiàn)場要求防火、防爆，也可用蓄能器作為獨(dú)立油源。747474(2)保壓和補(bǔ)充泄漏。有的液壓系

22、統(tǒng)需要在液壓泵處于卸荷狀態(tài)下較長時間保持壓力，此時可利用蓄能器釋放所存儲的液壓油，補(bǔ)償系統(tǒng)的泄漏，保持系統(tǒng)的壓力。(3)吸收壓力沖擊和消除壓力脈動。由于液壓閥的突然關(guān)閉或換向，系統(tǒng)可能產(chǎn)生壓力沖擊，此時可在壓力沖擊處安裝蓄能器以起吸收作用，使壓力沖擊峰值降低。如在泵的出口處安裝蓄能器，還可以吸收泵的壓力脈動，提高系統(tǒng)工作的平穩(wěn)性。7575752蓄能器的分類和選用蓄能器的分類和選用蓄能器有彈簧式、重錘式和充氣式三類。常用的是充氣式，它利用氣體的壓縮和膨脹儲存、釋放壓力能。在蓄能器中，氣體和油液被隔開，而根據(jù)隔離的方式不同，充氣式蓄能器又分為活塞式、皮囊式和氣瓶式等三種。下面主要介紹常用的活塞式和

23、皮囊式蓄能器。7676761)活塞式蓄能器圖325(a)所示為活塞式蓄能器，用缸筒2內(nèi)浮動的活塞1將氣體與油液隔開，氣體(一般為惰性氣體氮?dú)?經(jīng)充氣閥3進(jìn)入上腔，活塞1的凹部面向充氣閥，以增加氣室的容積，蓄能器的下腔油口a充液壓油?；钊浇Y(jié)構(gòu)簡單，安裝和維修方便，壽命長，但由于活塞慣性和密封部件的摩擦力影響，其動態(tài)響應(yīng)較慢。它適用于壓力低于20 MPa的系統(tǒng)儲能或吸收壓力脈動。777777圖325 充氣式蓄能器(a)活塞式；(b)皮囊式；(c)職能符號7878782)皮囊式蓄能器圖325(b)所示為皮囊式蓄能器，采用耐油橡膠制成的氣囊2內(nèi)腔充入一定壓力的惰性氣體，氣囊外部液壓油經(jīng)殼體1底部的限

24、位閥4通入，限位閥還保護(hù)皮囊不被擠出容器之外。此蓄能器的氣、液是完全隔開的，皮囊受壓縮儲存壓力能的影響，其慣性小，動作靈敏，適用于儲能和吸收壓力沖擊，工作壓力可達(dá)32 MPa。圖325(c)所示為蓄能器的職能符號。797979336 油管與管接頭油管與管接頭1油管油管油管材料可用金屬或橡膠，選用時由耐壓和裝配的難度來決定。吸油管路和回油管路一般用低壓的有縫鋼管，也可使用橡膠和塑料軟管，但當(dāng)控制油路中流量小時，多用小銅管?？紤]配管和工藝方便，在中、低壓油路中也常使用銅管，高壓油路一般使用冷拔無縫鋼管。必要時也采用價格較貴的高壓軟管。高壓軟管是由橡膠中間加一層或幾層鋼絲編織網(wǎng)制成的。高壓軟管比硬管安裝方便，且可以吸收振動。808080管路內(nèi)徑的選擇主要考慮降低流動時的壓力損失。對于高壓管路，通常流速在34 m/s范圍內(nèi)；對于吸油管路，考慮泵的吸入和防止氣穴，通常流速在0.61.5 m/s范圍內(nèi)。在裝配液壓系統(tǒng)時，油管的彎曲半徑不能太小，一