機電設備控制技術 課件全套 董建榮 第1-7章 液壓傳動基礎知識- 可編程序控制器及其應用_第1頁
機電設備控制技術 課件全套 董建榮 第1-7章 液壓傳動基礎知識- 可編程序控制器及其應用_第2頁
機電設備控制技術 課件全套 董建榮 第1-7章 液壓傳動基礎知識- 可編程序控制器及其應用_第3頁
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文檔簡介

高等職業(yè)教育“互聯(lián)網(wǎng)+”

新形態(tài)一體化教材上

篇液壓與氣壓傳動技術目 錄第

1章 液 壓 傳 動 基 礎 知 識第

2章 液 壓 系 統(tǒng) 元 件第3

章液

統(tǒng)第4

章氣 壓 傳 動 技 術第1章 液壓傳動基礎知識1.1

液壓傳動的工作原理及組成1.2

液壓傳動的特點1.3

液壓流體力學基礎1.4

液體流動時的壓力損失1.5

空穴現(xiàn)象和液壓沖擊1.1

液壓傳動的工作原理及組成液壓傳動的工作原理,可以用液壓千斤頂?shù)墓ぷ髟韥碚f明。圖1-1

液壓千斤頂?shù)墓ぷ髟韴D1.1.1

液壓傳動的工作原理1.1

液壓傳動的工作原理及組成1.1.1

液壓傳動的工作原理液壓傳動的定義:

液壓傳動是利用液體的壓力能傳遞能量的傳動方式。工作原理:

液壓泵將輸入的機械能變?yōu)橐簤耗?,經密封的管道傳給液壓缸(或液壓馬達),再轉變?yōu)闄C械能輸出,帶動工作機構做功,通過對液體的方向、壓力和流量的控制,

可使工作機構獲得所需的運動形式。由于能量的轉換是通過密封工作容積的變化實現(xiàn)的,故又稱為容積式液壓傳動。1.1

液壓傳動的工作原理及組成1.1.2

液壓傳動的基本工作特征1)力(或轉矩)

的傳遞靠液體壓力來進行,

并按照帕斯卡原理來實現(xiàn)?;钊?下的液體的壓力:11Ap

F22Ap

W同理:根據(jù)帕斯卡原理:F

WA1

A21.1

液壓傳動的工作原理及組成1.1.2

液壓傳動的基本工作特征2)速度(或轉速)的傳遞按容積變化相等的原則進行?;钊?在力F作用下向下運動時,重物W隨之上升,還可以傳遞運動。在Δt時間里移動的液體體積相等

。即:

A1h1

=A2h21.1

液壓傳動的工作原理及組成1.1.3

兩個基本參數(shù)和兩個重要概念兩個基本參數(shù):壓力P和流量q。液壓傳動的工作性能、結構設計和液壓元件的選擇都取決于這兩個參數(shù)。液體壓力在單位時間內所做的功為液壓功率P:在液壓傳動中,通常將壓力分為五級:低壓(0<p≤2.5

Mpa),中壓(2.5MPa<p≤8

Mpa),中高壓(8

MPa<p≤16

Mpa),高壓(16MPa<p≤32

Mpa),超高壓(p

>32

Mpa)。1.1

液壓傳動的工作原理及組成1.1.3

兩個基本參數(shù)和兩個重要概念兩個重要概念:(1)液體壓力取決于負載。注意:負載應理解為綜合阻力,它包括外負載和各種流動阻力。(2)液壓缸(或液壓馬達)的運動速度取決于輸入流量F

WA1

A2注意:理論上與壓力無關,實際上壓力通過對液體泄漏的影響,而對運動速度產生間接的作用。1.1

液壓傳動的工作原理及組成1.1.4

液壓傳動系統(tǒng)的組成與表示方法1.液壓傳動系統(tǒng)組成1—工作臺

2—液壓缸

3—活塞

4—換向手柄

5—換向閥6,8,16—回油管

7—節(jié)流閥

9—開停手柄10—開停閥

11—壓力管

12—壓力支管

13—溢流閥14—鋼球

15—彈簧

17—液壓泵

18—過濾器19—油箱圖1-2

磨床工作臺液壓系統(tǒng)工作原理圖1.1

液壓傳動的工作原理及組成1.液壓傳動系統(tǒng)組成一個完整的、能夠正常工作的液壓系統(tǒng),由以五個主要部分組成:(1)動力元件:供給液壓系統(tǒng)壓力油,把機械能轉換成液壓能的裝置。如液壓泵。(2)執(zhí)行元件:把液壓能轉換成機械能以驅動工作機構的裝置。如液壓缸、液壓馬達。(3)控制元件:對系統(tǒng)中的壓力、流量或流動方向進行控制或調節(jié)的裝置。如溢流閥、節(jié)流閥、換向閥等。(4)輔助元件:上述三部分之外的其他裝置,例如油箱,過濾器,油管等。(5)工作介質:傳遞能量的流體,即液壓油等。1.1

液壓傳動的工作原理及組成2.液壓系統(tǒng)的表示方法(1)結構原理圖結構原理圖近似于實物的剖面,能直觀地表示元件的工作原理和功能,利于故障分析,其繪制較麻煩,尤其是對于復雜液壓系統(tǒng),故已趨于淘汰。(2)職能符號圖采用國家標準規(guī)定的圖形符號繪制,凡是功能相同的元件,盡管其結構和工作原理不同,均用同一種符號表示。圖形符號簡潔標準,繪制方便,功能清楚,保密性強,是各國普遍采用的方法。1.2

液壓傳動的特點1.2.1液壓傳動的主要優(yōu)點1.液壓傳動是油管連接,可以方便靈活地布置傳動機構。2.液壓傳動裝置的重量輕、結構緊湊、慣性小。3.可在大范圍內實現(xiàn)無級調速,調速范圍可達1∶2000,并可在液壓裝置運行的過程中進行調速。4.傳遞運動均勻平穩(wěn),負載變化時速度較穩(wěn)定。5.液壓裝置易于實現(xiàn)過載保護。6.液壓傳動容易實現(xiàn)自動化。7.液壓元件已實現(xiàn)了標準化、系列化和通用化,便于設計、制造和推廣使用。1.2

液壓傳動的特點1.2.2液壓傳動系統(tǒng)的缺點1.液壓系統(tǒng)中的漏油等因素,影響運動的平穩(wěn)性和正確性,使得液壓傳動不能保證嚴格的傳動比。2.液壓傳動對油溫的變化比較敏感。3.為了減少泄漏,以及為了滿足某些性能上的要求,液壓元件的配合件制造精度要求較高,加工工藝較復雜。4.液壓傳動要求有單獨的能源,不像電源那樣使用方便。5.液壓系統(tǒng)發(fā)生故障不易檢查和排除。1.3

液壓流體力學基礎1.3.1液壓傳動的工作介質一.密度單位體積液體的質量稱為液體的密度。體積為V,質量為m的液體的密度為礦物油型液壓油的密度隨溫度的上升而有所減小,隨壓力的提高而稍有增加,但變動值很小,可以認為是常值。我國采用20攝氏度時的密度作為油液的標準密度,以ρ20表示。1.3

液壓流體力學基礎二.可壓縮性液體受壓力作用后體積減小的性質,稱為液體的可壓縮性。液體可壓縮性的大小可以用體積壓縮系數(shù)來表示。若壓力為p時,液體的體積為V,當壓力增加Δp,液體的體積減小ΔV,則體積壓縮系數(shù)k表示液體在單位壓力變化時的體積相對變化量,即1ΔVΔp Vk

-1.3.1

液壓傳動的工作介質1.3

液壓流體力學基礎體積壓縮系數(shù)k的倒數(shù)為液體的體積模量,它表示液體產生單位體積相對變化量所需的壓力增量,用K來表示,即k ΔV

-Δp

VK

1液壓油的體積模量與溫度和壓力都有關系:當溫度升高時,K值減小,在液壓油正常工作溫度范圍內,K值會有5%~25%的變化;當壓力增加時,K值增大,但是這種變化不呈線性關系,當p≥3MPa時,K值基本上不再增大。1.3.1

液壓傳動的工作介質1.3

液壓流體力學基礎三. 黏性1.定義:液體在外力作用下流動(或有流動趨勢)時,分子間的內聚力將產生阻止相對運動的內摩檫力,這種特性稱為液體的黏性。注意:液體只有在流動(或有流動趨勢)時,才會呈現(xiàn)出黏性;靜止的液體不呈現(xiàn)黏性。1.3.1

液壓傳動的工作介質1.3

液壓流體力學基礎流動液體相鄰液層之間的內摩擦力Ff與液層接觸面積A、液層間的速度梯度du/dy

成正比關系,即dyfF

μA

du三. 黏性黏性使得液體各層間的運動速度不等,如圖所示的兩個平板間充滿液體,下平板固定不動,上平板以速度u0向右平移。圖1-3

液體黏性示意圖式中,μ為比例系數(shù),稱為黏度系數(shù)或動力黏度。1.3.1

液壓傳動的工作介質1.3

液壓流體力學基礎三. 黏性若用τ表示單位面積上的內摩擦力,即液層間的切應力,則上式可表示為:圖1-3

液體黏性示意圖dyA

μ

duτ

Ff1.3.1

液壓傳動的工作介質1.3

液壓流體力學基礎2.黏性的度量——黏度(1)動力黏度μ動力黏度又稱為絕對黏度,由牛頓液體內摩擦定律可知:du/dyτμ

物理含義:液體以單位速度梯度流動時,液層間單位面積上所產生的內摩擦力,其單位為

Pa·s(1Pa·s

=1N·s

/m2)。1.3.1

液壓傳動的工作介質1.3

液壓流體力學基礎2.黏性的度量——黏度(2)運動黏度ν單位為m2/s(1m2/s=106

mm2/s)

運動黏度為液體動力黏度與其密度的比值,用符號ν表示,即:

常用運動黏度來表示液壓油的牌號。國家標準規(guī)定,液壓油的牌號是該液壓油在40℃時運動黏度的平均值。例如,32號液壓油是指這種油在40℃時運動黏度的平均值為32mm2/s,其運動黏度范圍為28.8

mm2/s~35.2mm2/s。1.3.1

液壓傳動的工作介質1.3

液壓流體力學基礎2.黏性的度量——黏度(3)相對黏度相對黏度也稱為條件黏度,是采用特定的黏度計在規(guī)定條件下測量出來的黏度。由于測量條件不同,各國所用的相對黏度也不相同。恩氏黏度是采用恩氏粘度計測定200毫升液壓油在某溫度下從黏度計流出所需的時間與同體積蒸餾水在20℃流出所需時間之比,即t2

t1E式中:t1

油流出的時間t2-20OC蒸餾水流出時間1.3.1

液壓傳動的工作介質1.3

液壓流體力學基礎3.黏度與壓力的關系液壓油所受壓力增大時,分子間的距離將減小,內摩擦力增大,黏度也隨之增大。對于一般液壓系統(tǒng)來說,當壓力低于20Mpa時,壓力對黏度的影響很小,可以忽略不計。但是當液壓系統(tǒng)壓力較高或壓力變化較大時,則需要考慮壓力對黏度的影響。1.3.1

液壓傳動的工作介質1.3

液壓流體力學基礎4.黏度與溫度的關系液壓油溫度的變化對其黏度的影響較大,溫度升高,液壓油的黏度降低。液壓油的特性隨溫度變化的特性稱為黏溫特性。目前多用黏度指數(shù)表示黏溫特性的好壞。一般油的黏度指數(shù)越大,黏度值隨溫度變化越小,越適合用于溫度多變或變化范圍廣的場合,該油品的黏溫特性越好。1.3.1

液壓傳動的工作介質1.3

液壓流體力學基礎四、其他特性抗燃性、抗凝性、抗氧化性、抗泡沫性、抗乳化性、防銹性、潤滑性、導熱性、介電性、相容性、純凈度等。1.3.1

液壓傳動的工作介質1.3

液壓流體力學基礎五、液壓油的種類與選用1.

液壓油的分類礦油型合成型乳化型以原油精煉而成,

再加入添加劑,

使其黏溫特性和化學穩(wěn)定性得到了一定的提高主要有水,

乙二醇液、磷酸酯液和硅油等水包油型乳化液和油包水型乳化液1.3.1

液壓傳動的工作介質1.3

液壓流體力學基礎注:液壓油采用統(tǒng)一的命名方式,其一般形式為:類別-品種牌號。例如L-HV22液壓油,

其中:L是有關產品類別代號,HV指低溫液壓油,22是液壓油的牌號。五、液壓油的種類與選用國家標準規(guī)定,將液壓油分為五個品種:(1)抗氧防銹液壓油L-HL(2)抗磨液壓油(高壓、普通)L-HM(3)低溫液壓油L-HV(4)超低溫液壓油L-HS(5)液壓導軌油L-HG1.

液壓油的分類1.3.1

液壓傳動的工作介質1.3

液壓流體力學基礎2.

液壓油的選用五、液壓油的種類與選用液壓傳動對液壓油的性能要求合適的黏度,較好的黏溫特性,以保證良好的潤滑和密封。質地純凈,雜質少。對金屬和密封件有良好的相容性。有良好的抗氧化性、水解性和熱穩(wěn)定性,長期工作不易變質??古菽院茫谷榛院?,腐蝕性小,防銹性好,以防止金屬表面銹蝕。體積膨脹系數(shù)小,

比熱容大。流動點和凝固點低,燃點和閃點高。對人體無害,成本低。1.3.1

液壓傳動的工作介質1.3

液壓流體力學基礎2.

液壓油的選用五、液壓油的種類與選用(2)

液壓油的選擇最主要考慮的是液壓油的黏度:在確定液壓油黏度時主要考慮液壓系統(tǒng)工作壓力、環(huán)境溫度和工作部件的運動速度。當系統(tǒng)工作壓力較大、環(huán)境溫度較高、工作部件運動速度較低時,

為了減小泄漏,

宜采用黏度較高的液壓油;

反之,

則宜選用黏度較低的液壓油。1.3.1

液壓傳動的工作介質1.3

液壓流體力學基礎2.

液壓油的選用五、液壓油的種類與選用(3)液壓油的使用與維護開機前檢查油位和油中是否有氣泡存在。應注意液壓油的溫度。定期過濾液壓油,控制油中的雜質含量。定期更換液壓油。在機器不使用期間應罩住油箱,

以免污染物進入。1.3.1

液壓傳動的工作介質1.3

液壓流體力學基礎

A

0

Ap

lim

F1.3.2

液體靜力學基礎一、液體靜壓力及其特性壓力P(靜壓力):液體內某點處單位面積ΔA上所受到的法向力ΔF。若法向力F均勻的作用在面積A上,則可表示為 p=F/A 單位:Pa(帕)液體靜壓力的特性:1)液體的靜壓力總是指向承壓面的內法線方向;2)靜止液體內任一點處的壓力在各個方向上都相等。1.3

液壓流體力學基礎1.3.2

液體靜力學基礎二、液體靜壓力基本方程p

p0

gh結

論:靜止液體中任一點處的壓力由液體自重所形成的壓力ρgh和液面壓力p0兩部分組成;靜止液體內壓力沿液深呈線性規(guī)律分布(增加);離液面深度相同處各點的壓力均相等,壓力相等的點組成的面叫等壓面。1.3

液壓流體力學基礎1.3.2

液體靜力學基礎二、液體靜壓力基本方程物理意義:靜止液體中單位質量液體的壓力能和位能可以互相轉換,

但各點的總能量卻保持不變,即能量守衡。帕斯卡原理:根據(jù)靜壓力基本方程,盛放在密閉容器內的液體,其外加壓力p0發(fā)生變化時,只要液體仍保持其原來的靜止狀態(tài)不變,液體中任一點的壓力均將發(fā)生同樣大小的變化。這就是說,在密閉容器內,施加于靜止液體上的壓力將以等值同時傳到各點。這就是靜壓傳遞原理或稱帕斯卡原理。1.3

液壓流體力學基礎1.3.2

液體靜力學基礎三、壓力的表示方法及單位法定單位

:

Pa(帕);常用單位:

MPa(兆帕)換算關系:1

MPa=106Pa單位換算:1大氣壓=1.01325

×105Pa1工程大氣壓(at)=1kgf/cm2=0.1

MPa1米水柱(mH20)=9.8×103Pa1毫米汞柱(mmHg)=1.33×102Pa1bar=105

Pa1.3

液壓流體力學基礎1.3.2

液體靜力學基礎四、液體靜壓力對固體壁面的作用力靜止液體和固體壁面相接觸時,固體壁面上各點在這一方向上所受靜壓力作用力的總和。1.固體壁面為平面:作用在該面上壓力的方向是相互平行的1.3

液壓流體力學基礎1.3.2

液體靜力學基礎

d

2F

pA

p4四、液體靜壓力對固體壁面的作用力2.

固體壁面為曲面:作用在曲面上各點處的壓力方向是不平行的液體靜壓力在該曲面某方向x上的總作用力Fx等于液體壓力p與曲面在該方向投影面積 Ax

的乘積。1.3

液壓流體力學基礎1.3.3

液體動力學基礎一、基本概念1、理想液體與恒定流動理想液體:就是指沒有粘性、不可壓縮的液體。實際液體:是既具有粘性又可壓縮的液體。恒定流動(或定常流動):液體中任一點的壓力p、速度υ及密度ρ不隨時間t變化的流動。非恒定流動(或非定常流動):液體中任一點的p、υ及ρ中有一個隨時間t而變化的流動。1.3

液壓流體力學基礎1.3.3

液體動力學基礎一、基本概念2.

流線、流管、流束和通流截面流線

某一瞬時液流中各處質點運動狀態(tài)的一條條曲線。流管

在流場中畫一不屬于流線的任意封閉曲線,沿該封閉曲線上的每一點作流線,由這些流線組成的表面稱為流管

。流束

通過某截面上所有各點作出的流線集合。(流管內的流線群)流線流管流束1.3

液壓流體力學基礎1.3.3

液體動力學基礎一、基本概念通流截面—流束中與所有流線正交的截面。圖中的A面和B面,截面上每點處的流動速度都垂直于這個面。1.3

液壓流體力學基礎1.3.3

液體動力學基礎一、基本概念3.流量和平均流速流量q—單位時間內流過某通流截面液體體積。單位:m3/s或L/min平均流速—通過整個通流截面的流量q與通流截 面積A的比值。液體流量和平均流速的關系:1.3

液壓流體力學基礎二、連續(xù)性方程連續(xù)性原理—理想液體在管道中恒定流動時,根據(jù)質量守恒定律,液體在管道內既不能增多,也不能減少,因此單位時間內流入液體的質量應恒等于流出液體的質量。1.3.3

液體動力學基礎1.3

液壓流體力學基礎連續(xù)性方程(流量連續(xù)性方程)液體在管內作恒定流動,任取1、2兩個通流截面,根據(jù)質量守恒定律,在單位時間內流過兩個截面的液體質量相等,即:ρ1v1A1=ρ2v2

A2不考慮液體的壓縮性則得:v1

A1

=

v2

A2=常量即q

=

v

A

= 常量1.3.3

液體動力學基礎1.3

液壓流體力學基礎二、連續(xù)性方程結論:(1)作定常流動、不可壓縮流體在無分流、合流時,流經任一通流截面的流量相等。(2)流速與通流截面的面積成反比。(3)在具有分支的管路中具有q1=q2+q3的關系。(液壓速度調節(jié)的基本原理)1.3.3

液體動力學基礎1.3

液壓流體力學基礎三、伯努利方程能量守恒定律:理想液體在管道中穩(wěn)定流動時,根據(jù)能量守恒定律,同一管道內任一截面上的總能量應該相等。理想液體伯努利方程:2 221

v2

v2

p2

gz2

p1

gz1

物理意義:在密閉管道內作恒定流動的理想液體具有三種形式的能量,即壓力能、位能和動能。在流動過程中,三種能量可以互相轉化,但各個通流截面上三種能量之和恒為定值。1.3.3

液體動力學基礎1.4

液體流動時的壓力損失實際液體具有粘性,流動中必有阻力,為克服阻力,須消耗能量,造成能量損失(即壓力損失)。分類:沿程壓力損失、局部壓力損失油液沿等直徑直管流動時所產生的壓力損失,由內外摩擦力引起的。油液流經局部障礙時,由于液流方向和速度變化,在局部形成的質點間、以及與固體壁面間相互碰撞和劇烈摩擦而產生的壓力損失。1.3.3

液體動力學基礎1.4

液體流動時的壓力損失1.4.1

流態(tài)、雷諾數(shù)1.流態(tài)層

流:液體的流動是分層的,層與層之間互不干擾

。特點:流速較低,質點受粘性制約,不能隨意運動,粘性力起主導作用。紊流(湍流):液體流動不分層,做混雜紊亂流動。特點:流速高,粘性的制約作用減弱,慣性力起主導作用。1.4

液體流動時的壓力損失1.4.1

流態(tài)、雷諾數(shù)2.

雷諾數(shù)液體流動時究竟是層流還是湍流,需用雷諾數(shù)來判別。實驗表明:液體在圓管中的流動狀態(tài)與管內的平均流速、管徑、液體的運動黏度有關。vRe

d式中: Re—雷諾數(shù),是一個無因次量;υ—斷面上水的平均流速;ν—運動黏度;d—管徑。1.4

液體流動時的壓力損失當液流的實際流動雷諾數(shù)數(shù)7小于臨界雷諾數(shù)時,

液流為層流;反之,

液流則為湍流。1.4.1

流態(tài)、雷諾數(shù)1.4

液體流動時的壓力損失1.4.2

液體在直管中流動時的壓力損失一、層流時的壓力損失層流流動時,

液體流經直管的沿程壓力損失:實際計算壓力損失時,簡化為:1.4

液體流動時的壓力損失1.4.2

液體在直管中流動時的壓力損失二、湍流時的壓力損失公式在形式上與前相同。不同的是此時的λ不僅與雷諾數(shù)有關,還與管壁的粗糙度有關,即λ=f(Re,Δ/d)。具體的λ

值見下表:1.4

液體流動時的壓力損失1.4.3

局部壓力損失局部壓力損失的計算公式:式中,ζ—局部阻力系數(shù)。各種局部裝置結構的ζ是由實驗測定的,可查手冊。閥類元件局部壓力損失計算:式中,Δpn—閥在額定流量qn下的壓力損失;qn—閥的額定流量;q—閥的實際流量

。在管路系統(tǒng)的壓力損失中,液體的流速影響最大,流速高壓力損失會增大很多。但流速太低會增加管路和閥類元件的尺寸。合理選擇液體在管路中的流速是液壓系統(tǒng)設計中一個重要問題

。1.4

液體流動時的壓力損失1.4.4

管路系統(tǒng)中的總壓力損失管路系統(tǒng)的總壓力損失等于所有沿程壓力損失和所有局部壓力損失之和,即:1.4

液體流動時的壓力損失1.4.5

壓力損失的影響及其減小措施1.壓力損失的影響:(1)壓力效率低;(2)熱量溫升,影響工作性能;2.措施:(1)降低管道長度;(2)使管道內壁光滑;(3)降低液壓油的粘度;(4)提高通流面積,流速。1.5

空穴現(xiàn)象和液壓沖擊1.5.1

空穴現(xiàn)象1.定義在液壓系統(tǒng)中,如果某處的壓力低于空氣分離壓時,原先溶解在液體中的空氣就會分離出來,導致液體中出現(xiàn)大量氣泡的現(xiàn)象,稱為氣穴現(xiàn)象。2.產生部位(1)節(jié)流部位氣穴在孔口或閥口處液流形成高速射流,而造成該局部絕對壓力下降,產生氣穴。(2)泵入口處氣穴泵吸入不暢或泵吸入管過長,則其吸入管道中壓降較大,此外泵安裝過高,則泵入口出壓力過低,而產生氣穴。1.5

空穴現(xiàn)象和液壓沖擊3.空穴現(xiàn)象造成的危害(1)使流動性能變差;(2)產生振動和噪聲;(3)產生局部高溫,使液體加速變質;(4)產生氣蝕(油液中混入了一定量的空氣,隨著壓力的逐漸升高,油液當中的氣體會變成氣泡,當壓力升高到某一極限值時,這些氣泡在高壓的作用下就會發(fā)生破裂,從而將高溫、高壓的氣體迅速作用到零件的表面上,導致液壓缸產生氣蝕,造成零件的腐蝕性損壞。這種現(xiàn)象稱為

氣蝕現(xiàn)象),造成機件破壞。1.5.1

空穴現(xiàn)象1.5

空穴現(xiàn)象和液壓沖擊4.預防和減少空穴現(xiàn)象的措施(1)限制泵吸油口離油面的高度,泵吸油口要有足夠的管徑,過濾器壓力損失要小,自吸能力差的泵用輔助泵供油。(2)管路密封性要好,防止空氣滲入。(3)節(jié)流口壓降要小,一般控制節(jié)流口前后壓力比小于#1%。1.5.1

空穴現(xiàn)象1.5

空穴現(xiàn)象和液壓沖擊1.5.2

液壓沖擊在液壓系統(tǒng)中,由于某種原因,液體壓力在一瞬間會突然升高,產生很高的壓力峰值,這種現(xiàn)象稱為液壓沖擊。產生原因:1)閥門突然換向或關閉,使液體受阻,動能轉換為壓力能,使壓力升高。2)運動部件突然制動或換向,使壓力升高。3)某些液壓元件動作失靈或不靈敏。1.5

空穴現(xiàn)象和液壓沖擊1.5.2

液壓沖擊液壓沖擊引起的結果:引起振動、噪聲、導致某些元件如密封裝置、管路等損壞;使某些元件(如壓力繼電器、順序閥等)產生誤動作,影響系統(tǒng)正常工作。1.5

空穴現(xiàn)象和液壓沖擊1.5.2

液壓沖擊減小液壓沖擊的措施:(1)延長閥門關閉和運動部件制動換向的時間。(2)限制管道流速及運動部件速度。(3)適當加大管道直徑,盡量縮短管路長度。(4)在沖擊區(qū)附近安裝蓄能器等緩沖裝置

。(5)采用軟管,以增加系統(tǒng)的彈性。高等職業(yè)教育“互聯(lián)網(wǎng)+”

新形態(tài)一體化教材上

篇液壓與氣壓傳動技術目 錄第

1章 液 壓 傳 動 基 礎 知 識第

2章 液 壓 系 統(tǒng) 元 件第3

章液

統(tǒng)第4

章氣 壓 傳 動 技 術第

2

章 液

統(tǒng)

件2.1

液壓動力元件2.2

液壓執(zhí)行元件2.3

液壓控制元件2.4

液壓輔助元件2.1

液壓動力元件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)是以液壓泵作為向系統(tǒng)提供一定的流量和壓力的動力元件,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。2.1

液壓動力元件一.液壓泵的工作原理液壓泵是靠密封容腔容積的變化來工作的。當凸輪1由原動機帶動旋轉時,柱塞2便在凸輪1和彈簧4的作用下在缸體3內往復運動。柱塞右移時,缸體中密封工作腔a的容積變大,產生真空,油箱中的油液便在大氣壓力作用下通過吸油單向閥5吸入缸體內,實現(xiàn)吸油;柱塞左移時,缸體中密封工作腔a的容量變小,油液受擠壓,便通過壓油單向閥6輸送到系統(tǒng)中去

,實現(xiàn)壓油如果偏心輪不斷地旋轉,液壓泵就會不斷地完成吸油和壓油動作,因此就會連續(xù)不斷地液壓系統(tǒng)供油。2.1.1

液壓泵概述2.1

液壓動力元件液壓泵的特點:(1)

具有若干密封而又可以周期性變化的的空間 液壓泵的輸出流量與此空間的容積變化量和單位時間內的變化次數(shù)成正比,與其它因素無關。(2)油箱內液體的絕對壓力必須恒等于或大于大氣壓力 這是容積式液壓泵能夠吸入油液的外部條件。因此,為保證液壓泵正常吸油,油箱必須與大氣相通,或采用封閉的充壓油箱。(3)具有相應的配流機構 將吸液腔和排液腔隔開,保證液壓泵有規(guī)律地連續(xù)吸排液體。液壓泵地結構原理不同,其配流機構也不相同。2.1.1

液壓泵概述2.1

液壓動力元件常用的液壓泵的圖形符號:2.1.1

液壓泵概述2.1

液壓動力元件二.液壓泵的主要性能參數(shù)1.壓力(1)工作壓力指液壓泵出口處的實際壓力值。工作壓力值取決于液壓泵輸出到系統(tǒng)中的液體在流動過程中所受的阻力。(2)額定壓力指液壓泵在連續(xù)工作過程中允許達到的最高壓力。額定壓力值的大小由液壓泵零部件的結構強度和密封性來決定。(3)最高允許壓力指在超過額定壓力的條件下,根據(jù)試驗標準規(guī)定,允許液壓泵短暫運行的最高壓力值。2.1.1

液壓泵概述2.1

液壓動力元件(1)排量V指在無泄漏情況下,液壓泵轉一轉所能排出的油液體積。(2)

理論流量qt指在無泄漏情況下,液壓泵單位時間內輸出的油液體積。其值等于泵的排量V和泵軸轉數(shù)n的乘積,即(3)實際流量q指單位時間內液壓泵實際輸出油液體積。

由于工作過程泵的出口壓力不等于零,因而存在內部泄漏量q1,使得泵的實際流量小于泵的理論流量,即(4)額定流量qn泵在額定轉數(shù)和額定壓力下輸出的實際流量。2.排量和流量2.1.1

液壓泵概述2.1

液壓動力元件3.功率和效率(1)液壓泵功率1)容積損失 主要是液壓泵內部泄漏造成的流量損失。容積損失的大小用容積效率表征,即2)機械損失 指液壓泵內流體粘性和機械摩擦造成的轉矩損失。機械損失的大小用機械效率表征,即2.1.1

液壓泵概述2.1

液壓動力元件1)輸入功率Pi驅動液壓泵的機械功率,由電動機給出,即2)輸出功率po液壓泵輸出的液壓功率,即泵的實際流量q與泵的進、出(2)液壓泵的功率損失口壓差Δp的乘積。在實際的計算中,若油箱通大氣,液壓泵吸、壓油口的壓力差△p往往用液壓泵出口壓力p代入。2.1.1

液壓泵概述2.1

液壓動力元件(3)液壓泵的總效率液壓泵的總效率是泵的輸出功率與輸入功率之比,即液壓泵的總效率、容積效率和機械效率可以通過實驗測得。右圖某液壓泵的性能曲線。2.1.1

液壓泵概述2.1

液壓動力元件齒輪泵是一種常用的液壓泵,其主要特點是:1.抗油液污染能力強,體積小,價格低廉;2.內部泄漏比較大,噪聲大,流量脈動大,排量不能調節(jié)。上述特點使得齒輪泵通常被用于工作環(huán)境比較惡劣的各種低壓、中壓系統(tǒng)中。齒輪泵中齒輪的齒形以漸開線為多。在結構上可分為外嚙合齒輪泵和內嚙合齒輪泵。外嚙合齒輪泵應用廣泛。2.1.2

齒輪泵2.1

液壓動力元件一、外嚙合齒輪泵的結構及工作原理由于齒輪端面與殼體端蓋之間的縫隙很小,齒輪齒頂與殼體內表面的間隙也很小,因此可以看成將齒輪泵殼體內分隔成左、右兩個密封容腔。在齒輪泵中,吸油區(qū)和壓油區(qū)由相互嚙合的輪齒和泵體分隔開來,因此沒有單獨的配油機構。2.1.2

齒輪泵2.1

液壓動力元件二、外嚙合齒輪泵的特點及應用外嚙合齒輪泵的泄漏、

困油和

徑向液壓力不平衡是影響齒輪泵性能指標和壽命的三大問題。各種不同齒輪泵的結構特點之所以不同,都采用了不同結構措施來解決這三大問題所致。2.1.2

齒輪泵2.1

液壓動力元件1.困油現(xiàn)象一部分油液困在兩對輪齒所形成的封閉容腔之內,這個封閉容腔先隨齒輪轉動逐漸減小以后又逐漸增大。減小時會使被困油液受擠壓而產生高壓,并從縫隙中流出,導致油液發(fā)熱,同時也使軸承受到不平衡負載的作用;封閉容腔的增大會造成局部真空,使溶于油液中的氣體分離出來,產生氣穴,這就是齒輪泵的困油現(xiàn)象。2.1.2

齒輪泵2.1

液壓動力元件1.困油現(xiàn)象消除困油的方法:通常是在兩端蓋板上開一對矩形卸荷槽。開卸荷槽的原則是:當封閉容腔減小時,讓卸荷槽與泵的壓油腔相通;當封閉容腔增大時,使卸荷槽與泵的吸油腔相通。在開卸荷槽時,必須保證齒輪泵吸、壓油腔任何時候不能通過卸荷槽直接相通,否則將使泵的容積效率降低很多。2.1.2

齒輪泵2.1

液壓動力元件泄漏外嚙合齒輪泵的泄漏存在著三個可能產生泄漏的部位:齒輪端面和端蓋間齒輪外圓和殼體內孔間兩個齒輪的齒面嚙合處其中對泄漏影響最大的是齒輪端面和端蓋間的軸向間隙,這部分泄漏量約占總泄漏量的75%-80%。2.1.2

齒輪泵2.1

液壓動力元件徑向不平衡力在齒輪泵中,由于在壓油腔和吸油腔之間存在著壓差,液體壓力的合力用在齒輪和軸上,是一種徑向不平衡力。減小徑向不平衡力的方法有:縮小壓油口開壓力平衡槽2.1.2

齒輪泵2.1

液壓動力元件齒輪泵的優(yōu)缺點及應用優(yōu)點:結構簡單、尺寸小、重量輕、制造方便,價格低廉,工作可靠,自吸能力強,對油液污染不敏感,維護容易。缺點:一些機件承受不平衡徑向力,磨損嚴重,泄漏大,工作壓力的提高受到限制,流量脈動大,噪聲大。應用:主要用于負載小和功率小的液壓設備以及機床潤滑和夾緊等精度要求不高及環(huán)境惡劣的場合。2.1.2

齒輪泵2.1

液壓動力元件提高外嚙合齒輪泵壓力的措施要提高齒輪泵的壓力,必須要減少端面的泄漏,一般采用齒輪端面間隙自動補償?shù)霓k法。利用特制的通道把泵內壓油腔的壓力油引到浮動軸套的外側,產生液壓作用力,使軸套壓向齒輪端面,這個力必須大于齒輪端面作用在軸套內側的作用力,才能保證在各種壓力下,軸套始終自動貼緊齒輪端面,減少泵內通過端面的泄漏,達到提高壓力的目的。齒輪泵軸向間隙自動補償裝置2.1.2

齒輪泵2.1

液壓動力元件葉片泵具有結構緊湊、流量均勻、噪聲小、運轉平穩(wěn)等優(yōu)點,因而被廣泛用于中、低壓液壓系統(tǒng)中。但也存在著結構復雜,吸油能力差,對油液污染比較敏感缺點。葉片泵按結構可分為單作用式(完成一次吸、排油液)和雙作用式(完成兩次吸、排油液)兩大類。單作用片泵多用于變量泵,雙作用葉片泵均為定量泵。2.1.3

葉片泵2.1

液壓動力元件一.

單作用葉片泵1.單作用葉片泵的結構與工作原理組成:由轉子l、定子2、葉片3和配油盤等。定子的內表面是圓形的,轉子與定子之間有一偏心量e,配油盤只開一個吸油窗口和一個壓油窗口。當轉子按圖示方向旋轉時,圖中右側的容腔是吸油腔,左側的容腔是壓油腔。由于在轉子每轉一周的過程中,每個密封容腔完成吸油、壓油各一次,因此也稱為單作用式葉片泵。2.1.3

葉片泵2.1

液壓動力元件2.單作用葉片泵的特點與應用1)改變定子和轉子之間的偏心便可改變流量。2)處在壓油腔的葉片頂部受到壓力油的作用,要把葉片推入轉子槽內。3)由于轉子受到不平衡的徑向液壓作用力,所以這種泵一般不宜用于高壓。2.1.3

葉片泵2.1

液壓動力元件二、雙作用葉片泵轉子3和定子2是同心的,定子內表面由八段曲面拼合而成。在吸油區(qū)和壓油區(qū)上,配油機構提供了相應的吸油窗口和壓油窗口,并用封油區(qū)將吸油區(qū)和壓油區(qū)隔開。當轉子轉一轉時,每個工作容腔完成吸油、壓油動作各兩次,所以稱為雙作用葉片泵。2.1.3

葉片泵2.1

液壓動力元件雙作用葉片泵的特點及應用:特點:結構緊湊、流量均勻、傳動平穩(wěn)、噪聲小、但結構復雜、吸油性能差、對油液的污染很敏感。應用:用于功率較小、精度較高的液壓設備,如磨床液壓系統(tǒng)。2.1.3

葉片泵2.1

液壓動力元件柱塞泵是依靠柱塞在缸體中往復運動,使密封工作容腔的容積發(fā)生變化來實現(xiàn)吸油、壓油的。與齒輪泵和葉片泵相比它具有以下特點:工作壓力高易于變量流量范圍大當然,柱塞泵也存著在對油污染敏感和價格較昂貴等缺點。柱塞泵具有額定壓力高,結構緊湊,效率高及流量調節(jié)方便等優(yōu)點。被廣泛用于高壓、大流量和流量需要調節(jié)的場合,諸如液壓機、工程機械和船舶中。按柱塞的排列和運動方向不同,可分為徑向柱塞泵和軸向柱塞泵兩大類。2.1.4

柱塞泵2.1

液壓動力元件一、軸向柱塞泵的工作原理當傳動軸5在電動機的帶動下轉動時,柱塞3在缸體1中作往復運動,同時帶動缸體一同旋轉。配流盤2是固定不動的。如果斜角度γ的大小和方向可以調節(jié),則可以改變泵的排量和吸、壓油方向,此時的泵為雙向變量軸向柱塞泵。2.1.4

柱塞泵2.1

液壓動力元件二、軸向柱塞泵的特點及應用優(yōu)點:壓力高、結構緊湊、效率高及流量調節(jié)方便等。缺點:結構較為復雜,有些零件對材料及加工工藝的要求較高,因而在各類容積式泵中,柱塞泵的價格最高。應用:常用于需要高壓大流量和流量需要調節(jié)的液壓傳動系統(tǒng)中,如龍門刨床、拉床、液壓機、起重機械等設備的液壓傳動系統(tǒng)。2.1.4

柱塞泵螺桿泵實質上是一種外嚙合的擺線齒輪泵,泵內的螺桿可以有兩個,也可以有三個。如圖所示為三螺桿泵的工作原理。隨著螺桿的旋轉,這些密封工作腔一個接一個地在左端形成,

不斷地從左向右移動(主動螺桿每轉一周,每個密封工作腔移動一個螺旋導程),并在右端消失。2.1

液壓動力元件 2.1.5

螺桿泵2.1

液壓動力元件螺桿泵特點及應用:螺桿泵結構簡單、緊湊,體積小,重量輕,運動平穩(wěn),輸油均勻,噪聲小,容許采用高轉速,容積效率較高,對油液的污染不敏感,因此它在一些精密車床的液壓系統(tǒng)中得到了應用。螺桿泵的主要缺點是螺桿形狀復雜,

加工較困難,不易保證精度。2.1.5

螺桿泵2.1

液壓動力元件選擇液壓泵的原則:根據(jù)主機工況、功率大小和系統(tǒng)對工作性能的要求

,首先確定液壓泵的類型,然后按系統(tǒng)所要求的壓力、流量大小確定其規(guī)格型號,還要考慮價格、維護方便與否等問題。2.1.6

液壓泵的選用2.2

液壓執(zhí)行元件液壓傳動中的執(zhí)行元件是將液體的壓力能轉化為機械能的能量轉換裝置,可以驅動機構做直線運動或轉動(或擺動),主要有液壓缸和液壓馬達兩大類。2.2

液壓執(zhí)行元件液壓缸是將液壓泵輸出的壓力能轉換為機械能的執(zhí)行元件,它主要是用來輸出直線運動(也包括擺動運動)。一、液壓缸的分類液壓缸按其結構形式,可以分為活塞缸、柱塞缸和擺動缸三類?;钊缀椭讓崿F(xiàn)往復運動,輸出推力和速度,擺動缸則能實現(xiàn)小于360度的往復擺動,輸出轉矩和角速度。液壓缸除單個使用外,還可以幾個組合起來或和其它機構組合起來,以完成特殊的功用。2.2.1

液壓缸2.2

液壓執(zhí)行元件2.2.1

液壓缸2.2

液壓執(zhí)行元件1.活塞式液壓缸(1)雙桿活塞缸:活塞兩端都有一根直徑相等的活塞桿伸出,根據(jù)安裝方式不同又可以分為缸筒固定式和活塞桿固定式兩種。2.2.1

液壓缸2.2

液壓執(zhí)行元件由于雙桿活塞缸兩端的活塞桿直徑是相等的,左、右兩腔的有效面積也相等。當分別向左、右腔輸入相同壓力和相同流量的油液時,液壓缸左、右兩個方向的推力和速度相等,分別為:2.2.1

液壓缸2.2

液壓執(zhí)行元件(2)單桿活塞缸特點:只在活塞的一端有活塞桿,缸的兩腔有效工作面積不相等。它的安裝也有缸筒固定和活塞桿固定兩種,進、出油口根據(jù)安裝方式而定。但工作臺移動范圍都為活塞有效行程的兩倍。2.2.1

液壓缸2.2

液壓執(zhí)行元件(2)單桿活塞缸無桿腔進油:當輸入液壓缸的油液流量為q,液壓缸進出油口壓力分別為p1和p2時,其活塞上所產生的推力F1和速度v1為:2.2.1

液壓缸2.2

液壓執(zhí)行元件有桿腔進油:2.2.1

液壓缸2.2

液壓執(zhí)行元件差動連接:單活塞桿液壓缸左右兩腔同時接通壓力油的情況,這種連接方式稱為差動連接,此缸稱為差動缸。廣泛應用于組合機床的液壓動力滑臺和其它機械設備的快速運動中。如果要求快速運動和快速退回速度相等

即V3

=

V2

,則必須使2.2.1

液壓缸2.2

液壓執(zhí)行元件2.柱塞缸只能實現(xiàn)一個方向的傳動,反向運動要靠外力。若需要實現(xiàn)雙向運動,則必須成對使用。這種液壓缸中的柱塞和缸筒不接觸,運動時由缸蓋上的導向套來導向,因此缸筒的內壁不需精加工,特別適用于行程較長的場合。2.2.1

液壓缸2.2

液壓執(zhí)行元件3.

伸縮缸伸縮式液壓缸又稱多級液壓缸。它是由兩個或多個活塞套裝而成,前一級活塞桿是后一級活塞缸的缸筒。伸出時,可以獲得很長的工作行程,縮回時可保持很小的結構尺寸。圖(a)為單作用式,靠外力回程圖(b)為雙作用式,靠液壓回程圖(c)為雙作用式伸縮缸結構示意圖2.2.1

液壓缸2.2

液壓執(zhí)行元件4.

齒輪缸齒輪式液壓缸又稱無桿式活塞缸,它由兩個柱塞缸和一套齒輪齒條傳動裝置組成,當壓力油推動活塞左右往復運動時,齒條就推動齒輪往復旋轉,從而齒輪驅動工作部件作周期性往復旋轉運動。2.2.1

液壓缸2.2

液壓執(zhí)行元件二、液壓缸的典型結構和組成液壓缸的結構可分為缸筒和缸蓋、活塞和活塞桿、密封裝置、緩沖裝置和排氣裝置五個部分。2.2.1

液壓缸2.2

液壓執(zhí)行元件1.缸筒與缸蓋缸體組件包括缸筒、缸蓋和一些連接零件。缸筒可以用鑄鐵(低壓時)和無縫鋼管(高壓時)制成。圖

a)是法蘭連接,加工和拆裝都很方便,只是外形尺寸大些。圖

b)是半環(huán)連接,要求缸筒有足夠的壁厚。圖c)是螺紋連接,外形尺寸小,但拆裝不方便,要有專用工具。缸筒和缸蓋的常見連接方式2.2.1

液壓缸2.2

液壓執(zhí)行元件2.活塞和活塞桿活塞組件包括活塞和活塞桿兩部分?;钊ǔJ怯描T鐵制成的,活塞桿通常用鋼料制成。(1)螺母連接:圖(a)所示。結構簡單,

安裝方便可靠,但在活塞桿上車螺紋將削弱其強度,它適用負載較小,

受力無沖擊的液壓缸中。(2)卡環(huán)式連接:圖(b、c)所示,拆裝不便,但強度高。(3)

銷式連接:圖

(d)所示,這種連接方式特別適用于雙出桿式活塞。2.2.1

液壓缸2.2

液壓執(zhí)行元件3.緩沖裝置緩沖裝置是利用活塞或缸筒移動到接近終點時,將活塞和缸蓋之間的一部分液體封住,迫使液體從小孔或縫隙中擠出,從而產生很大的阻力,使工作部件制動,避免活塞和缸蓋的相互碰撞。2.2.1

液壓缸2.2

液壓執(zhí)行元件4.排氣裝置液壓缸在安裝過程中或長時間停放重新工作時,液壓缸里和管道系統(tǒng)中會滲入空氣,為了防止執(zhí)行元件出現(xiàn)爬行,噪聲和發(fā)熱等不正?,F(xiàn)象,需把缸中和系統(tǒng)中的空氣排出。一般可在液壓缸的最高處設置進出油口把氣帶走。1—缸蓋

2—放氣小孔

3—缸體

4—活塞桿2.2.1

液壓缸2.2

液壓執(zhí)行元件2.2.2

液壓馬達液壓馬達是將液體的壓力能轉換成旋轉運動機械能的轉換元件。在液壓系統(tǒng)中,它是靠輸入的壓力油產生轉矩,實現(xiàn)連續(xù)旋轉運動,驅動工作機構做功。液壓馬達分類:按結構形式分為齒輪馬達、葉片馬達和柱塞馬達;按排量是否可調分為變量馬達和定量馬達,變量馬達還可以分為單向變量馬達和雙向變量馬達。2.2

液壓執(zhí)行元件2.2.2

液壓馬達液壓馬達的圖形符號:2.2

液壓執(zhí)行元件一、液壓馬達的結構與工作原理1.齒輪馬達齒輪馬達密封性能差,容積效率較低,不能產生較大的轉矩,且瞬時轉速和轉矩隨嚙合點而變化,因此僅用于高速小轉矩的場合,如工程機械、農業(yè)機械及對轉矩均勻性要求不高的設備。2.2.2

液壓馬達2.2

液壓執(zhí)行元件2.葉片馬達葉片馬達體積小,轉動慣量小,動作靈敏,可適用于換向頻率較高的場合,但是泄漏量較大,低速工作時不夠穩(wěn)定,適用于轉矩小、轉速高、機械性能要求不嚴格的場合。2.2.2

液壓馬達2.2

液壓執(zhí)行元件3.軸向柱塞馬達可用作變量馬達。改變斜盤傾角,不僅影響馬達的轉矩,而且影響它的轉速和轉向。斜盤傾角越大,產生的轉矩越大,轉速越低。2.2.2

液壓馬達2.2

液壓執(zhí)行元件二、液壓馬達的主要性能參數(shù)(1)工作壓力和額定壓力工作壓力:馬達入口油液的實際壓力。額定壓力:馬達在正常工作條件下,按試驗標準規(guī)定連續(xù)運轉的最高壓力。與泵相同,馬達的額定壓力亦受泄漏和零件強度的制約,超過此值時就會過載。2.2.2

液壓馬達2.2

液壓執(zhí)行元件二、液壓馬達的主要性能參數(shù)(2)流量和排量排量:馬達軸每轉一周,由其密封容腔幾何尺寸 變化計算而得的液體體積。理論流量:馬達密封容腔容積變化所需要的流量。實際流量:馬達入口處所需的流量。實際流量和理論流量之差即為馬達的泄漏量。2.2.2

液壓馬達2.2

液壓執(zhí)行元件qt與排量V的比值,即則馬達的實際輸出轉速為:tvq q q

q

q

ql

1

qlvVn

q

V因馬達實際存在泄漏,由實際流量q計算轉速n時,應考慮到馬達的容積效率

v。當液壓馬達的泄漏流量為ql

時,

則馬達的實際流量為q=qt+ql 。這時,液壓馬達的容積效率為:n

qt二、液壓馬達的主要性能參數(shù)(3)轉速和容積效率馬達的理論輸出轉速n等于輸入馬達的流量2.2.2

液壓馬達2.2

液壓執(zhí)行元件泵相同的表達形式 ,即因馬達實際上存在著機械摩擦,故在計算實際輸出轉矩應考慮機械效率

m。當液壓馬達的轉矩損失為Tl,則馬達的實際轉矩為T=Tt-Tl。這時,液壓馬達的機械效率為t2

T

pVmTt

TtT

T

Tt

Tl

1

Tltt mm2

則馬達的實際輸出轉矩為:T

T

pV

二、液壓馬達的主要性能參數(shù)(4)轉矩和機械效率設馬達的出口壓力為零,入口壓力即工作壓力為p,排量為V,則馬達的理論輸出轉矩Tt有與2.2.2

液壓馬達2.2

液壓執(zhí)行元件ii馬達的輸入功率P

為:

P

pq馬達的輸出功率Po為:

Po

2

nT馬達的總效率

即為:vm vPipqp

VnTpV

v2

Po

2

nT

2

nT

二、液壓馬達的主要性能參數(shù)(5)

功率和總效率2.2.2

液壓馬達2.3

液壓控制元件一、液壓閥作用液壓閥是液壓系統(tǒng)中控制液流流動方向,壓力高低、流量大小的控制元件。二、液壓閥分類按用途分:壓力控制閥、流量控制閥、方向控制閥操縱方式分:人力操縱閥、機械操縱閥、電動操縱閥連接方式分:管式連接、板式及疊加式連接、插裝式連接按結構分類:滑閥,

座閥,

射流管閥按控制方式:電液比例閥,

伺服閥,

數(shù)字控制閥2.3

液壓控制元件三、液壓系統(tǒng)對閥的基本要求(1)動作靈敏,使用可靠,工作時沖擊和振動要小。(2)閥口全開時,液流壓力損失要??;閥口關閉時,密封性能要好。(3)所控制的參數(shù)(壓力或流量)要穩(wěn)定,受外干擾時變化量要小。(4)結構緊湊,安裝、調試、維護方便,通用性要好。2.3

液壓控制元件2.3.1

方向控制閥作用:控制液流方向,從而改變執(zhí)行元件的運動方向。分類:單向閥 換向閥性能要求:正向流動阻力損失小,反向時密封性好,動作靈敏2.3

液壓控制元件一、單向閥1.普通單向閥工作原理:壓力油從閥體1左端的通口P1流入時,克服彈簧3作用在閥芯2上的力,使閥芯2向右移動,打開閥口,并通過閥芯2上的徑向孔a、軸向孔b從閥體右端的通口流出。當壓力油從閥體1右端的通口P2流入時,它和彈簧力一起使閥芯2壓緊在閥座上,使閥口關閉,油液無法通過。圖2-27(b)所示為單向閥的圖形符號。2.3.1

方向控制閥2.3

液壓控制元件一、單向閥普通單向閥應用:①

安裝在泵的出口,一方面防止壓力沖擊影響泵的正常工作,另一方面防止泵不工作時系統(tǒng)油液倒流經泵回油箱;②

用來分隔油路,以防止高低壓干擾;③

與其他的閥組成復合閥,如單向節(jié)流閥、單向減壓閥、單向順序閥等;④

安裝在執(zhí)行元件的回油路上,使回油具有一定背壓。2.3.1

方向控制閥2.3

液壓控制元件2.

液控單向閥組成:普通單向閥+小活塞缸特點:a.

無控制油時,與普通單向閥一樣,b.

通控制油時,正反向都可以流動液控單向閥一般用于保壓回路和鎖緊回路中。2.3.1

方向控制閥2.3

液壓控制元件二、換向閥利用閥芯對閥體的相對運動,使油路接通、關斷或變換油流的方向,從而實現(xiàn)液壓執(zhí)行元件及其驅動機構的啟動、停止或變換運動方向。分類:

按閥芯相對于閥體的運動方式:滑閥和轉閥

按操作方式:手動、機動、電磁動、液動和電液動等

按閥芯工作時在閥體中所處的位置:二位和三位等

按換向閥所控制的通路數(shù)不同:二通、三通、四通和五通等。2.3.1

方向控制閥2.3

液壓控制元件1.換向閥的工作原理工作原理:當液壓缸兩腔不通液壓油時,閥體上的油口P、T、A、B不同,活塞處于停機狀態(tài)。若使換向閥的閥芯左移,則油口P和A連通、B和T連通。這時,液壓油經P、A進入液壓缸左腔,右腔油液經B、T回油箱,活塞向右運動。反之,若使閥芯右移,則P和B連通,A和T連通,活塞便向左運動。2.3.1

方向控制閥2.3

液壓控制元件2.換向閥的圖形符號1)用方框來表示閥芯的工作位置,符號中有幾個方框,就表示有幾“位”。2)方框內的箭頭表示油路處于接通狀態(tài),箭頭方向不一定表示實際液流的方向。3)方框內┴

兩個截止符號表示油路不通。4)方框外部連接的接口數(shù)有幾個,就表示幾“通”。5)一般來說,閥與系統(tǒng)供油路連接的進油口用字母P表示,閥與系統(tǒng)回油路連通的回油口用T表示,而閥與執(zhí)行元件連接的油口用A、B表示。6)常態(tài)位為閥芯不受外力時所處的工作位置,繪制系統(tǒng)圖時,油路一般應連接在換向閥的常態(tài)位上,所以常態(tài)位要畫出頭。2.3.1

方向控制閥2.3

液壓控制元件2.3.1

方向控制閥2.3

液壓控制元件換向閥閥芯相對于閥體的運動需要由外力來操縱,常用的操縱方式有:手動、機動、電磁動、液動和電液動等,其符號如圖所示。不同的操縱方式與換向閥的位和通路組合,就可以得到不同的換向閥,如二位二通機動換向閥、三位四通電磁換向閥等。2.3.1

方向控制閥2.3

液壓控制元件3.常見換向閥(1)手動換向閥手動換向閥是用手動杠桿操縱閥芯換位的換向閥。按換向定位方式的不同,分為鋼球定位式(圖a)和彈簧復位式(圖b)兩種。當操縱手柄的外力取消后,前者因鋼球卡在定位溝槽中,可保持閥芯處于換向位置,后者則在彈簧力作用下使閥芯自動回復到初始位置。手動換向閥結構簡單,動作可靠,但由于需要人工操縱,故只適用于間歇動作而且要求人工控制的場合。2.3.1

方向控制閥2.3

液壓控制元件(2)機動換向閥機動換向閥又稱行程閥,主要用來控制機械運動部件的行程,借助于安裝在工作臺上的檔鐵或凸輪迫使閥芯運動,從而控制液流方向。2.3.1

方向控制閥2.3

液壓控制元件(3)電磁換向閥利用電磁鐵吸力操縱閥芯換位的換向閥。當右端電磁鐵通電吸合時,銜鐵通過推桿將閥芯推至左端,換向閥就在右位工作;反之,左端電磁鐵通電吸合時,換向閥就在左位工作。電磁換向閥易于實現(xiàn)自動化,主要用于小流量的場合。2.3.1

方向控制閥2.3

液壓控制元件(4)液動換向閥利用壓力油來推動閥芯移動的換向閥。特點:①換向速度易于控制,結構簡單、動作平穩(wěn)可靠;②由于液壓驅動力大,適用于高壓、大流量的場合;③其控制油路必須有開關或換向裝置。2.3.1

方向控制閥2.3

液壓控制元件(5)電液換向閥電磁閥(稱先導閥)用于改變控制油的流動方向,從而導致液動閥(稱主閥)換向,改變主油路的通路狀態(tài)。2.3.1

方向控制閥2.3

液壓控制元件4.換向閥的中位機能三位換向閥的閥芯在中間位置時,各油口間有不同的連通方式,可以滿足不同的使用要求。這種連通方式稱為換向閥的中位機能。(1)系統(tǒng)保壓。當P口被堵塞,系統(tǒng)保壓,液壓泵能用于多缸系統(tǒng)。(2)系統(tǒng)卸荷。H型、K型或M型的三位換向閥處于中位時,泵輸出的油液直接流回油箱,構成卸荷回路,實現(xiàn)節(jié)能,這種方法比較簡單,但是不適用于一個液壓泵驅動兩個或兩個以上執(zhí)行元件的液壓系統(tǒng)。(3)啟動平穩(wěn)性。閥在中位時,液壓缸某腔如通油箱,則啟動時該腔內因無油液起緩沖作用,啟動不太平穩(wěn)。2.3.1

方向控制閥2.3

液壓控制元件4.換向閥的中位機能(4)液壓缸“浮動”狀態(tài)。利用H型、Y型中位機能實現(xiàn)液壓缸的浮動。閥在中位,當A、B

兩口互通時,臥式液壓缸呈“浮動”狀態(tài),可利用其他機構移動工作臺,調整其位置。(5)液壓缸制動或鎖緊。為了使運動著的工作機構在任意需要的位置上停下來,并防止其停止后因外界影響而發(fā)生移動,可以采用制動回路。M型或O型的換向閥可使執(zhí)行元件迅速停止運動。2.3.1

方向控制閥2.3

液壓控制元件2.3

液壓控制元件2.3.2

壓力控制閥壓力控制閥是用來控制液壓系統(tǒng)中油液壓力或通過壓力信號實現(xiàn)控制的閥類。壓力控制閥包括溢流閥、減壓閥、順序閥和壓力繼電器。其共同點都是通過作用于閥芯上的液壓力與彈簧力相平衡的原理進行工作的。分類:按用途:溢流閥、減壓閥、順序閥按閥芯結構:滑閥、球閥、錐閥按工作原理:直動式、先導式2.3

液壓控制元件一、溢流閥溢流閥的主要作用是調壓和穩(wěn)壓以及安全保護(限壓)。根據(jù)結構不同,溢流閥可分為直動式和先導式兩類。1.直動式溢流閥由閥芯、閥體、彈簧、上蓋、調節(jié)桿、調節(jié)螺母等零件組成。原始狀態(tài),閥芯在彈簧力的作用下處于最下端位置,進出油口隔斷。進口油液經閥芯徑向孔、軸向孔作用在閥芯底端面,當液壓力小于彈簧力時,閥芯不動作,閥口關閉;當液壓力等于或大于彈簧力時,閥芯上移,閥口開啟,進口壓力油經閥口溢流回油箱。2.3.2

壓力控制閥2.3

液壓控制元件直動式溢流閥的特點:1)對應調壓彈簧一定的預壓縮量,閥的進口壓力基本為一定值。2)彈簧腔的泄漏油經閥內泄油通道至閥的出口引回油箱,若閥的出口壓力不為零,則背壓將作用在閥芯上端,使閥的進口壓力增大。3)對于高壓大流量的壓力閥,要求調壓彈簧具有很大的彈簧力,這樣不僅使閥的調節(jié)性能變差,結構上也難以實現(xiàn)。所以直動式溢流閥一般用于低壓小流量場合。2.3.2

壓力控制閥2.3

液壓控制元件2.先導式溢流閥2.3.2

壓力控制閥2.3

液壓控制元件2.先導式溢流閥特點:1)先導閥和主閥閥芯均受力平衡。閥的進口壓力值主要由先導閥調壓彈簧的預壓縮量確定,主閥彈簧起復位作用。2)通過先導閥的流量很小,因此其尺寸很小,即使是高壓閥,其彈簧剛度也不大。閥的調節(jié)性能改善。。3)主閥芯開啟是利用液流流經阻力孔形成的壓力差。阻力孔一般為細長孔,孔徑很小,孔長較長。4)先導閥前腔有一控制口K,用于卸荷和遠程調壓。2.3.2

壓力控制閥2.3

液壓控制元件二、減壓閥減壓閥是利用液流流過縫隙產生壓力損失,使其出口壓力低于進口壓力的壓力控制閥。減壓閥也有直動式和先導式之分,先導式減壓閥應用較多。按調節(jié)要求不同,減壓閥又分為定值減壓閥、定差減壓閥、定比減壓閥三種類型。其中定值減壓閥應用最廣,簡稱減壓閥。2.3.2

壓力控制閥2.3

液壓控制元件1.減壓閥的結構與工作原理當出油口壓力較低時,先導閥關閉,主閥芯兩端壓力相等,主閥芯被平衡彈簧4壓在最下端,減壓閥口開度為最大,壓降為最小,不起減壓作用。當出油口壓力達到先導閥的調定壓力時,先導閥開啟,此時P2腔的部分壓力油經孔e、c、b、先導閥口、孔a和泄漏口L流回油箱。由于阻尼小孔e的作用,主閥芯兩端產生壓力差,主閥芯便在此壓力差作用下克服平衡彈簧的彈力上移,減壓閥口減小,使出油口壓力降低至調定壓力。2.3.2

壓力控制閥2.3

液壓控制元件減壓閥的特點與先導式溢流閥相比較,有以下幾點不同:1)閥在工作時,減壓閥保持出口壓力基本不變,而溢流閥保持進口壓力基本不變。2)閥在不工作時,減壓閥進出口互通,而溢流閥進出口不通。3)減壓閥彈簧腔的泄漏油需要通過泄油口單獨外接油箱(外泄),而溢流閥彈簧腔的泄漏油可以經閥體內的通道和出油口連接(內泄),不必單獨外接油箱。減壓閥的應用減壓閥用在液壓系統(tǒng)中獲得壓力低于系統(tǒng)壓力的二次油路上,如夾緊回路、潤滑回路和控制回路。2.3.2

壓力控制閥2.3

液壓控制元件三、順序閥順序閥的作用是利用油液壓力作為控制信號,控制油路通斷,從而實現(xiàn)液壓系統(tǒng)執(zhí)行元件的順序動作。順序閥也有直動式和先導式之分,根據(jù)控制壓力來源不同,它還有內控式和外控式之分。順序閥還可用作背壓閥、卸荷閥和平衡閥等。2.3.2

壓力控制閥2.3

液壓控制元件三、順序閥油液從進油口P1進入,當進油腔壓力較低時,進油口和出油口不相通。當作用在閥芯下端的油液的作用力大于彈簧的預緊力時,閥芯向上移動,閥口打開,油液便經閥口從出油口P2流出,從而操縱其他液壓元件工作。通過改變上蓋或底蓋的裝配位置可得到內控外泄、外控外泄、外控內泄、內控內泄四種結構類型。2.3.2

壓力控制閥2.3

液壓控制元件四、壓力繼電器將油液壓力信號轉換成電信號的電液控制元件。主要組成包括柱塞1、調節(jié)螺釘2和微動開關3。壓力油作用在柱塞下端,液壓力直接與彈簧力比較。當液壓力大于或等于彈簧力時,柱塞向上移壓微動開關觸頭,接通或斷開電氣線路。反之,微動開關觸頭復位。圖(b)所示為壓力繼電器的圖形符號。2.3.2

壓力控制閥2.3

液壓控制元件2.3.3

流量控制閥流量控制閥通過改變節(jié)流口通流面積或通流通道的長短來改變局部阻力的大小,從而實現(xiàn)對流量的控制,進而改變執(zhí)行機構的運動速度。常用的流量控制閥主要有節(jié)流閥和調速閥。2.3

液壓控制元件一、節(jié)流閥壓力油從進油口流入,經節(jié)流口從出油口流出。節(jié)流口的形式為軸向三角槽式。當調節(jié)節(jié)流閥的手輪時,通過頂桿帶動節(jié)流閥芯上下移動;節(jié)流閥芯的上下移動改變著節(jié)流口的開口量,從而實現(xiàn)對流體流量的調節(jié)。節(jié)流閥結構簡單,制造容易,體積小,但是負載變化對流量的穩(wěn)定性影響較大,因此僅用于負載和溫度變化不大或對速度穩(wěn)定性要求不高的液壓系統(tǒng)中。2.3.3

流量控制閥2.3

液壓控制元件二、調速閥調速閥是由定差減壓閥與節(jié)流閥串連而成,在負載變化的情況下,可以保證流量不變。只要將彈簧力固定,就可以通過定差減壓閥保證節(jié)流閥進出口壓力差為一確定值,若油溫不變化,輸出流量即可固定。2.3.3

流量控制閥2.3

液壓控制元件一、疊加閥疊加閥的工作原理與一般液壓閥基本相同,

但在具體結構和連接尺寸上則不相同,

它自成系列,每個疊加閥既有一般液壓元件的控制功能,

又起到通道體的作用,

每一種通徑系列的疊加閥其主油路通道和螺栓連接孔的位置都與所選用的相應通徑的換向閥相同,

因此同一通徑的疊加閥都能按要求疊加起來組成各種不同控制功能的系統(tǒng)。2.3.4

其他控制閥2.3

液壓控制元件2.3.4

其他控制閥一、疊加閥1.用疊加閥組成的液壓系統(tǒng)具有以下特點:1)

用疊加閥組成的液壓系統(tǒng),

結構緊湊,

體積和質量小。2)

疊加閥液壓系統(tǒng)安裝簡便,

裝配周期短。3)

液壓系統(tǒng)如有變化,

改變工況,

需要增減元件時,

組裝方便迅速。4)

實現(xiàn)無管連接,

消除了因油管、管接頭等引起的泄漏、振動和噪聲。5)

整個系統(tǒng)配置靈活,

外觀整齊,

維護保養(yǎng)容易。6)

標準化、通用化和集成化程度較高。2.3

液壓控制元件2.3.4

其他控制閥2.3

液壓控制元件根據(jù)工作功能的不同,疊加閥通常分為單功能閥和復合功能閥兩大類型。2.3.4

其他控制閥2.3

液壓控制元件2.工作原理與典型結構(1)單功能疊加閥單功能疊加閥的一個閥體中有P、A、B、T四條通路,因此各閥根據(jù)其控制點,可以有許多種不同的組合。這一點和普通單功能液壓閥有很大差異的。單功能疊加閥的工作原理及結構與三大類普通液壓閥相似。單功能疊加閥中的各種閥的結構可參看有關產品型譜系列。2.3.4

其他控制閥2.3

液壓控制元件(2)復合功能疊加閥復合功能疊加閥是在一個控制閥芯中實現(xiàn)兩種以上控制機能的液壓閥。①疊加式順序節(jié)流閥由順序閥和節(jié)流閥復合而成的復合閥。此閥可用于多回路集中供油的液壓系統(tǒng)中,以解決備執(zhí)行器工作時的壓力干擾問題。2.3.4

其他控制閥2.3

液壓控制元件②疊加式電動單向調速閥此閥由板式連接的調速閥部分I、疊加閥的主體部分II、板式結構的先導閥部分III等三部分組合而成。2.3.4

其他控制閥2.3

液壓控制元件3.使用場合與注意事項(1)使用場合由疊加閥組成的液壓系統(tǒng)具有標準化、通用化、集成化程度高,設計、加工、裝配周期短、重量輕、占地面積小等優(yōu)點。疊加閥

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