采掘機械課件第二章

液壓元件是構(gòu)成液壓系統(tǒng)的基本部分，主要包括液壓泵（動力源）、液壓馬達和液壓缸（執(zhí)行元件）、液壓控制閥及液壓輔助元件等。

第一節(jié)液壓泵一、液壓泵的工作原理和基本參數(shù)（一）液壓泵的工作原理(動畫1)泵是靠密封工作腔的容積變化進行工作的，而輸出流量的大小是由密封工作腔的容積變化大小和變化頻率來決定的。吸液過程——容積增大；排油過程——容積減小。圖2-1偏心輪柱賽泵工作原理（二）液壓泵的工作條件具有密封而且可以變化的工作容積。必須有象吸、排油單向閥這樣的配流結(jié)構(gòu)，以便在吸、排油過程中使密封工作容積相應地與排油管或油箱隔離。油箱內(nèi)油液液面的絕對壓力必須不低于1個大氣壓力。

（三）液壓泵的主要技術參數(shù)1.壓力（Pa）額定壓力（公稱壓力）：在正常條件下，液壓泵連續(xù)運轉(zhuǎn)的最高壓力稱為額定壓力。最高壓力：超過額定壓力時，允許液壓泵短暫運轉(zhuǎn)的最高壓力稱為最高壓力。液壓泵工作時的實際壓力稱為實際工作壓力。2.排量和流量排量qp：液壓泵主軸每轉(zhuǎn)一周密封容積的最大變化量，單位為mL/r。排量取決于泵的幾何尺寸，故也稱為容積常數(shù)。理論流量Qt：不考慮泄漏時，液壓泵單位時間輸出的油液體積稱為理論流量，常用單位為L/min。

Qt=nqp×10-3

,L/min

泄漏流量△Q:泄漏流量與工作壓力、元件運動副的間隙及油液粘度有關，也稱為容積損失。實際流量Q:液壓泵單位時間實際輸出的油液體積稱為實際流量。實際流量等于理論流量減去泄漏流量。3.容積效率ηpv

液壓泵實際流量與理論流量之比稱為容積效率.ηpv=Q/Qt=1-△Q/Qt4.功率理論功率:不考慮容積損失和壓力損失，液壓泵所具有的液壓功率,Nt=PQt/60×10-6，KW輸出功率:不考慮液壓效率(一般都在0.99以上),液壓泵的輸出功率為，N0=PQ/60×10-6=Ntηpv

，

KW輸入功率:原動機作用在液壓泵軸上的機械功率稱為輸入功率，Ni=2πnM×10-3/60，KW機械效率:液壓泵的理論功率與輸入功率之比稱為機械效率，即：ηpm=

Nt/Ni5.總效率液壓泵的總效率為實際輸出功率和輸入功率之比,即：

ηp=No/Ni=ηpvηpm（四）液壓泵的基本類型礦山機械中常用的容積式液壓泵有以下幾種：齒輪泵：包括外嚙合齒輪泵和內(nèi)嚙合擺線轉(zhuǎn)子泵。葉片泵：包括單作用葉片泵和雙作用葉片泵。柱塞泵：包括單柱塞泵、臥式三柱塞泵、斜盤泵和斜軸泵。圖a：單向定量泵圖b：單向變量泵圖c：雙向定量泵圖d：雙向變量泵圖2-2液壓泵的職能符號二、常用液壓泵的結(jié)構(gòu)原理(動畫2)（一）齒輪泵1．齒輪泵的工作原理結(jié)構(gòu)組成:ε≥1吸油過程：排油過程:2.排量qp=2πm2BZ,mL/r3.困油現(xiàn)象圖2-3外嚙合齒輪泵3.齒輪泵的困油現(xiàn)象(動畫3)產(chǎn)生原因:ε≥1;危害:解決辦法:圖2-4困油現(xiàn)象4.典型結(jié)構(gòu)圖2-5YBC中高壓齒輪泵工作參數(shù)：額定壓力為8MPa，流量范圍為5～12.5L/min；結(jié)構(gòu)：自動補償原理

普通齒輪泵外型結(jié)構(gòu)（二）葉片泵1．葉片泵的工作原理結(jié)構(gòu)吸油過程排油過程葉片傾角圖2-6單作用葉片泵原理結(jié)構(gòu)吸油過程排油過程葉片傾角圖2-7雙作用葉片泵原理(動畫4)2.排量計算單作用葉片泵:

qp=4πReB，mL/r

式中R—定子內(nèi)圓半徑，cm；

e—偏心距，cm；

B—定子寬度，cm。雙作用葉片泵:qp=2π(R2-r2)B，mL/r

式中Z—葉片數(shù)；

R、r—圓弧半徑，cm；

B—定子寬度，cm。3.典型結(jié)構(gòu)(動畫)圖2-8aYBX限壓式變量葉片泵的結(jié)構(gòu)1、9—螺釘；2—彈簧；3—泵體；4—轉(zhuǎn)子；5—定子；6—滑塊；7—泵軸；8—反饋柱塞；10—配流盤圖2-8bYBX限壓式變量葉片泵原理1—轉(zhuǎn)子；2—定子；3—彈簧；4—螺釘；5—配流盤；6—柱塞；7—調(diào)節(jié)螺釘；（三）柱塞泵曲拐式柱塞泵徑向柱塞泵軸向柱塞泵圖2-9XRB型三柱塞乳化液泵1-曲軸；2、3-斜齒輪；4-連桿；5-導向套；6-滑塊；7-柱塞；8-缸體；9-吸液閥；10-排液閥1.曲拐式柱塞泵曲拐泵是一種采用曲柄連桿傳動機構(gòu)、閥式配油的高壓大流量泵，在礦山機械中主要作為液壓支架的乳化液供油泵使用。結(jié)構(gòu)原理如右圖.2.徑向柱塞泵(動畫)結(jié)構(gòu)組成偏心距e原理:吸油過程排油過程圖2-10徑向柱塞泵工作原理1-轉(zhuǎn)子；2-定子；3-配流軸；4-配油銅套；5-柱塞3.軸向柱塞泵(動畫\動畫)工作原理構(gòu)成吸油過程排油過程圖2-11軸向柱塞泵工作原理圖1-主軸；2-缸體；3-配流盤；4-彈簧；5-柱塞；6-滑履；7-斜盤類型斜盤式斜軸式優(yōu)缺點典型結(jié)構(gòu)——SCY14-1B型軸向柱塞泵泵體部分變量機構(gòu)圖2-12SCY14-1B型軸向柱塞泵結(jié)構(gòu)圖

1-傾斜盤；2-壓盤；3-鋼球；4-內(nèi)套；5-外套；6-定心彈簧；7-缸體；8-配流盤；9-傳動軸；10-鋼套；11-柱塞；12-滑履；13-滾柱軸承；14-變量頭；15-軸銷；16-變量活塞；17-銷子；18-刻度盤；19-導向鍵；20-螺桿；21-變量殼體；22-鎖緊螺母；23-手輪4．柱塞泵的排量表2-1各類柱塞泵排量計算公式h=Dtanh=D1sin柱塞泵類型排量計算公式單柱塞泵q=(π/4)d2hh=2e三柱塞泵q=(3/4)πd2h軸向泵斜盤式q=(π/4)d2hZh=Dtanγ

斜軸式h=D1sinγ徑向泵q=(π/4)d2hZYh=2e

表中，d——柱塞直徑，cm；h——柱塞行程，cm；e——偏心距，cm；Z——柱塞數(shù)；D——柱塞分布圓直徑，cm；D1——主軸盤球鉸分布直徑，cm；Y——柱塞排數(shù)；γ——斜盤或擺缸的傾角。第二節(jié)液壓馬達液壓馬達是液壓系統(tǒng)中的一種執(zhí)行元件，它將液壓泵提供的液壓能轉(zhuǎn)變?yōu)檩敵鲚S上的機械能，因此，從能量轉(zhuǎn)換的角度看，液壓馬達與泵是完全可逆的。一、液壓馬達的結(jié)構(gòu)特點和技術參數(shù)

（一）液壓馬達的結(jié)構(gòu)特點

液壓馬達應該正、反兩個方向都能旋轉(zhuǎn)，在結(jié)構(gòu)上必須對稱；液壓泵一般為單向旋轉(zhuǎn)，結(jié)構(gòu)上不對稱。液壓馬達的轉(zhuǎn)速范圍要足夠大，以適應工作機構(gòu)的調(diào)速需要，而且對最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速有一定要求；液壓泵是在高速下工作，轉(zhuǎn)速一般不變。液壓泵必須具有自吸能力，而液壓馬達則不必具有自吸能力，但要求初時密封性好，保證能夠提供足夠的啟動力矩。液壓泵要求輸出流量均勻，流量脈動小，容積效率高；液壓馬達則要求輸出扭矩均勻，扭矩脈動小，起動扭矩大和低速穩(wěn)定性好。（二）液壓馬達的工作條件由于液壓馬達與液壓泵的工作過程相反，而且結(jié)構(gòu)上相似，所以在原理上液壓馬達和液壓泵是可逆的，因此基本工作條件基本相似：具有密封而且可以變化的工作容積；必須有配流機構(gòu)；馬達的回油接通油箱，并使回油具有一定的背壓，以保證馬達運轉(zhuǎn)平穩(wěn)（三）液壓馬達的主要技術參數(shù)1.排量qm液壓馬達的排量與液壓泵的定義相同，單位為mL/r。2.流量和容積效率理論流量QT:不考慮容積損失時，液壓馬達在一定轉(zhuǎn)速下工作所需要的流量稱為理論流量，單位為L/min。實際輸入流量Q:考慮容積損失，需要向液壓馬達供給的流量稱為實際輸入流量。由于存在泄漏，顯然實際輸入流量應大于理論流量，即:Q=QT+△Q容積效率：液壓馬達的容積效率為理論流量與實際輸入流量之比，即：ηmv=QT/Q3.轉(zhuǎn)速液壓馬達的轉(zhuǎn)速取決于輸入流量和馬達的排量。

n=QT/qm=Qηmv/qm×103，r/min4.扭矩和機械效率輸出扭矩M：液壓馬達輸出軸上的實際扭矩稱為輸出扭矩。額定扭矩Mr：在額定壓力下，液壓馬達輸出的最大扭矩，稱為額定扭矩。理論扭矩MT：不考慮機械損失時液壓馬達輸出的扭矩。

MT=（1/2π）·△pqm×10-6，N·m機械效率：液壓馬達的輸出扭矩與理論扭矩之比稱為機械效，即

ηmm=M/MT5.功率和總效率理論功率NT：不考慮機械損失，液壓馬達所具有的液壓功率。NT=pQT×10-6/60，kw輸出功率

No：No=pQTηmm×10-6/60，kw輸入功率Np：液壓馬達從系統(tǒng)中取得的液壓功率。Np=pQTηmm×10-6/60ηmv，kw總效率

ηmηm=NT/Np=ηmvηmm（四）液壓馬達的基本類型葉片馬達:單作用、雙作用。齒輪馬達：外嚙合漸開線齒輪馬達、內(nèi)嚙合擺線轉(zhuǎn)子馬達。軸向柱塞馬達：斜軸式、斜盤式。徑向柱塞馬達:曲軸連桿馬達、靜力平衡馬達、內(nèi)曲線馬達。

圖2-13液壓馬達職能符號

a——單作用定量馬達b——雙作用定量馬達c——單作用變量馬達d——雙作用變量馬達二、常用液壓馬達結(jié)構(gòu)（一）葉片馬達1.原理力矩產(chǎn)生原理特點圖2-14雙作用葉片馬達結(jié)構(gòu)原理2.典型結(jié)構(gòu)圖2-15YM型雙作用葉片馬達特點:轉(zhuǎn)子端部裝有燕式彈簧，彈簧用銷軸固定。利用彈簧力將葉片向外推出，保證葉片外端始終與定子內(nèi)壁接觸。葉片徑向安裝，并且葉片端部兩面倒角，以適應正、反方向旋轉(zhuǎn)。為了使馬達改變旋轉(zhuǎn)方向時葉片底部仍能與壓力油相通，泵體內(nèi)裝有單向閥。定子上有四組軸向通孔，用來改善馬達回油腔的通流狀況，減小內(nèi)部壓力損失。（二）軸向柱塞馬達1．軸向柱塞馬達的工作原理圖2-16軸向柱塞液壓馬達工作原理圖1-斜盤；2-柱塞；3-缸體；4-配流盤2．軸向柱塞馬達的典型結(jié)構(gòu)圖2-17ZM型軸向柱塞液壓馬達結(jié)構(gòu)圖

1-輸出軸；2-斜盤；3-鼓輪；4-預緊彈簧；5-撥銷；6-缸體；7-配流盤；8-柱塞；9-推桿（三）內(nèi)曲線多作用式徑向柱塞馬達內(nèi)曲線多作用式徑向柱塞馬達（簡稱內(nèi)曲線馬達）是一種低速大扭矩馬達，在我國工程機械、礦山機械和起重運輸機械等行業(yè)中應用比較廣泛。1．工作原理結(jié)構(gòu)組成力矩產(chǎn)生原理作用次數(shù)圖2-18內(nèi)曲線馬達工作原理1-定子；2-轉(zhuǎn)子；3-柱塞組；4-配流軸2.典型結(jié)構(gòu)

圖2-19橫梁傳遞切向力的馬達1-配流軸；2-柱塞；3-橫梁；4-轉(zhuǎn)子；5-定子；6-滾輪第三節(jié)液壓缸

液壓缸又稱油缸，也是一種將輸入的液壓能轉(zhuǎn)換成機械能的能量轉(zhuǎn)換裝置，用來驅(qū)動工作機構(gòu)作直線往復運動或小于360°的回轉(zhuǎn)運動。液壓缸在采掘機械中應用十分廣泛，凡是采用液壓傳動的采掘機械，幾乎都有液壓缸。

一、液壓缸的類型液壓缸的種類繁多，通常把實現(xiàn)直線運動的液壓缸稱為推力液壓缸，實現(xiàn)小于360°回轉(zhuǎn)運動的液壓缸稱為擺動液壓缸。推力液壓缸應用最廣泛。表2-2給出了一些常用推力液壓缸的原理和特點。表2-2液壓缸的類型和圖形符號分類符號說明單作用液壓缸活塞式活塞僅單向運動，有外力使活塞反向運動柱塞式柱塞僅單向運動，有外力使活塞反向運動雙作用液壓缸單活塞桿式活塞雙向運動，行程終了時不減速雙活塞桿式活塞左右移動速度和行程相等伸縮套筒式有多個互相連動的活塞，活塞可雙向運動。在相同軸向尺寸下，可增加行程組合液壓缸增壓式（增壓器）由兩個不同的壓力室A和B組成，可提高B室中油液的壓力齒條活塞式活塞經(jīng)齒條傳動小齒輪，使它產(chǎn)生回轉(zhuǎn)運動二、常用液壓缸的結(jié)構(gòu)

1．單作用柱塞式液壓缸圖2-20單作用柱塞式液壓缸1-缸體；2-柱塞；3-導向套；4-密封圈；5-缸蓋2．雙作用單活塞桿液壓缸(動畫)圖2-21雙作用單活塞桿液壓缸結(jié)構(gòu)圖1、13-缸蓋；2、7、8、11、12-密封件；3、4、5-擋圈；6-活塞；9-缸筒；10-活塞桿；14-防塵圈；A、B-進、出油口3．伸縮式液壓缸

圖2-22液壓支架用雙作用伸縮式液壓缸

1-一級缸；2-二級缸；3-活柱；4-大導向套；5-小導向套；6-小活塞；7-大活塞；8-底閥；9-凸塊4．齒條活塞缸圖2-23齒條活塞缸

1-缸體；2-活塞；3-齒條活塞桿；4-齒輪；5-軸；6-調(diào)節(jié)螺釘；7-擋塊三、液壓缸的輔助裝置1．緩沖裝置圖2-24液壓缸的緩沖裝置2．排氣裝置圖2-25排氣裝置第四節(jié)液壓控制閥

液壓控制閥是液壓系統(tǒng)中的控制元件，可以控制和調(diào)節(jié)液壓系統(tǒng)中工作液體的壓力、流量和流向，以滿足壓力、速度和換向要求。分方向控制閥、壓力控制閥和流量控制閥三種類型。一、方向控制閥

（一）單向閥普通單向閥直通式直角式液控單向閥圖2-26普通單向閥1-閥體；2-閥芯；3-彈簧圖2-27液控單向閥1-控制活塞；2-頂桿；3-閥芯

(a)簡式液控單向閥；(b)卸載式液控單向閥；(c)詳細符號；(d)簡化符號（二）換向閥1．換向閥的作用和分類作用：接通、關斷、變換液流方向

分類方式型式閥芯運動方式滑閥、轉(zhuǎn)閥、錐閥閥的工作位置數(shù)二位、三位、多位閥的通路數(shù)二通、三通、四通、五通、多通閥的操縱方式手動、機動、電動、液動、電液動閥的安裝方式管式、板式、法蘭式表2-3換向閥的分類2．換向閥的工作原理圖2-28換向閥的工作原理

基本要求:油液流經(jīng)換向閥時壓力損失要小。油口間的泄漏要小。換向要平穩(wěn)、迅速且可靠。3.換向閥的圖形符號圖2-29

換向閥的“位”和“通”

圖2-30換向閥操縱方式

4.換向閥的滑閥機能代號名稱符號特點O中間封閉在中間位置時，油口全閉。液壓缸鎖緊，油泵不卸荷，并聯(lián)的油缸或馬達運動不受影響H中間開啟在中間位置時，油口全開，油泵卸荷，油缸成浮動。其他執(zhí)行元件不能并聯(lián)使用YAOB連接在中間位置時，泵口關閉，油缸浮動，油泵不卸荷，可并聯(lián)其他執(zhí)行元件。PPAB連接在中間位置時，回油口關閉，泵口和兩油缸口連通，可以形成差動回路，油泵不卸荷，可并聯(lián)其他執(zhí)行元件。KPAO連接在中間位置時，關閉一個油口，用于油泵卸荷，不能并聯(lián)其他執(zhí)行元件。JBO連接在中間位置時，泵口與油缸相應接口不通，油缸另一個接口與回油口相通，油泵不卸荷，可并聯(lián)其他執(zhí)行元件。MPO連接在中間位置時，油泵卸荷，不能并聯(lián)其他執(zhí)行元件。表2-4三位換向閥的滑閥機能

5．換向閥的結(jié)構(gòu)二、壓力控制閥在液壓系統(tǒng)中，控制液壓系統(tǒng)壓力或利用壓力作為信號來控制其他元件動作的閥，稱為壓力控制閥。按其功能和用途的不同分為：溢流閥、減壓閥、順序閥和壓力繼電器等。（一）溢流閥1.溢流閥的結(jié)構(gòu)原理：直動式先導式圖2-34YF系列先導式高壓溢流閥的結(jié)構(gòu)1-閥體、2-主閥閥座、3-主閥閥芯、4-主閥彈簧、5-先導閥閥芯、6-遠程控制口螺堵、7-先導閥閥座、8-先導閥彈簧、9-調(diào)壓螺釘2.溢流閥的應用圖2-36節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)中作溢流閥

1-定量泵；2-節(jié)流閥；3-液壓缸；4-溢流閥圖2-37變量泵系統(tǒng)中的安全閥1-變量泵；2-液壓缸；3-安全閥圖2-38溢流閥卸荷回路1-定量泵；2-溢流閥；3-手動兩位兩通閥（二）減壓閥直動型和先導型；定值減壓閥、定差減壓閥、定比減壓閥

1.減壓閥的結(jié)構(gòu)原理

圖2-39J型減壓閥1-閥體；2-主閥（減壓）閥芯；3-主閥彈簧；4-先導閥閥座；5-先導閥閥芯；6-先導閥彈簧；7-調(diào)節(jié)螺母對比J型減壓閥和Y型溢流閥可以發(fā)現(xiàn)，它們自動調(diào)節(jié)的作用原理是相似的。所不同的是：（1）溢流閥保持進口處的壓力基本不變，而減壓閥保持出口壓力基本不變。（2）不工作時，溢流閥進、出油口不通，而減壓閥進、出油口互通。（3）溢流閥調(diào)壓彈簧腔的油液經(jīng)閥的內(nèi)部通道與溢流口相通，無外泄口；而減壓閥是外部回油，有外泄口。2.減壓閥的應用圖2-40減壓閥的應用回路1-液壓泵；2-減壓閥；3-單向閥；4-二位四通電磁換向閥；5-液壓缸；6-溢流閥（三）順序閥1.順序閥的結(jié)構(gòu)原理內(nèi)控式和外控式

直動型和先導型

圖2-41直動式順序閥結(jié)構(gòu)及職能符號圖2.順序閥的應用圖2-42順序閥的平衡回路圖2-43順序閥的卸荷回路1-液壓泵；2-順序閥；3-蓄能器（四）壓力繼電器柱塞式、彈簧管式、膜片式和波紋管式

圖2-44膜片式壓力繼電器1-膜片；2-柱塞；3-杠桿；4、5、15-鋼球；6、8-彈簧座；7-調(diào)壓彈簧；9、13-調(diào)節(jié)螺釘；10-外殼；11-套；12-閥體；14-返回區(qū)間調(diào)節(jié)彈簧；16-底座；17-微動開關；18-螺釘；19-銷軸2.壓力繼電器的應用圖2-45壓力繼電器的應用1-電磁閥；2-溢流閥；3-壓力繼電器；4-液壓泵；5-蓄能器三、流量控制閥（一）節(jié)流閥1.節(jié)流口的形式圖2-46常用的節(jié)流口形式圖a-針閥式節(jié)流口；圖b-偏心式節(jié)流口；圖c-軸向三角槽式節(jié)流口；圖d-圓周縫隙節(jié)流口；圖e-軸向縫隙節(jié)流口

2.節(jié)流閥的結(jié)構(gòu)及特點圖2-47節(jié)流閥的結(jié)構(gòu)及圖形符號1-閥芯；2-推桿；3-手輪；4-彈簧圖2-48節(jié)流閥的流量壓力曲線(二)調(diào)速閥1.調(diào)速閥的工作原理(圖2-49）2.調(diào)速閥的流量特性（圖2-48）圖2-49調(diào)速閥的工作原理及圖形符號四、液壓閥的集成化和新型液壓閥簡介(一)液壓閥的集成化圖2-50采煤機的集成閥油路圖(二)幾種新型液壓閥

圖2-51先導式比例溢流閥1、3、11、12-阻尼孔；2-先導閥；4-先導閥芯；5-比例電磁鐵；6-限壓閥；7-主閥；8-主閥芯；9-控制流道；10-主閥彈簧圖2-52直接位置反饋型電液伺服閥的工作原理圖圖2-53增量式數(shù)字流量閥

1-步進電動機；2-滾珠絲桿；3-閥芯；4-閥套；5-連桿；6-傳感器

第五節(jié)液壓輔助元件

輔助元件：油箱、蓄能器、冷卻器、濾油器、密封裝置、油管及管接頭等一、濾油器1．濾油器的結(jié)構(gòu)類型圖2-54網(wǎng)式濾油器1-上蓋；2-圓筒；3-銅絲網(wǎng)；4-下蓋圖2-55線隙式濾油器1-芯架；2-濾芯；3-殼體圖2-56紙質(zhì)式濾油器1-紙芯；2-芯架圖2-57燒結(jié)式濾油器1-端蓋；2-殼體；3-濾芯圖2-58磁性濾油器1-鐵環(huán)；2-罩子；3-永久磁鐵圖2