液壓基礎(chǔ)理論

1、工程機械液壓控制基礎(chǔ)內(nèi)容n1 1、液壓傳動的工作原理n2、液壓油及其特點n3、液壓元件和基本參數(shù)n4、液壓輔件n5、液壓基本單元回路n6、節(jié)流調(diào)速與容積調(diào)速1 1、 液壓傳動的工作原理1.1 機器的傳動方式n任何一部機器：動力裝置動力裝置：柴油機、汽油機、電動機：柴油機、汽油機、電動機 傳動裝置傳動裝置：改變速度、方向、力矩：改變速度、方向、力矩工作裝置工作裝置：鏟刀、挖掘斗、熨平板：鏟刀、挖掘斗、熨平板 動力裝置工作裝置傳動裝置轉(zhuǎn)速/力矩變化范圍不大轉(zhuǎn)速/力矩變化范圍大理想的傳動：較高的效率！傳動的分類與特點傳動的分類與特點n機械傳動機械傳動優(yōu)點：古典、成熟、可靠、不易受負載影響優(yōu)點：古典、

2、成熟、可靠、不易受負載影響缺點：笨重、體積大、自由度小、結(jié)構(gòu)復雜、不好實現(xiàn)自動控制缺點：笨重、體積大、自由度小、結(jié)構(gòu)復雜、不好實現(xiàn)自動控制n電氣傳動電氣傳動優(yōu)點：遠距離控制、無污染、信號傳遞迅速、易于實現(xiàn)自動化等優(yōu)點：遠距離控制、無污染、信號傳遞迅速、易于實現(xiàn)自動化等缺點：體積重量偏大、慣性大、調(diào)速范圍小、易受外界負載的影響，缺點：體積重量偏大、慣性大、調(diào)速范圍小、易受外界負載的影響，受環(huán)境影響較大；受環(huán)境影響較大；n氣體傳動氣體傳動優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單、成本低，易實現(xiàn)無級變速；氣體粕性小，阻力損失優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單、成本低，易實現(xiàn)無級變速；氣體粕性小，阻力損失小，流速可以很高，能防火、防爆，可在高溫下

3、工作。小，流速可以很高，能防火、防爆，可在高溫下工作。缺點：空氣易壓縮，負載對傳動特性的影響較大，不宜在低溫下工作，缺點：空氣易壓縮，負載對傳動特性的影響較大，不宜在低溫下工作，只適于小功率傳動只適于小功率傳動。n液壓傳動液壓傳動：后起之秀、優(yōu)勢很多后起之秀、優(yōu)勢很多1.2 液壓傳動的工作原理n液壓傳動：以液體作為工作介質(zhì)來實現(xiàn)能量的傳遞和轉(zhuǎn)換。機械能液體壓力能機械能n分類：靜液壓傳動（簡稱液壓傳動，也稱容積式液壓傳動）動力液力傳動（簡稱液力傳動）液壓傳動的工作原理p1 A1p2 A2F1F2v1v2壓力相等：p1=p2 F1/A1=F2/A2 ，或：F1/F2=A1/A2液壓傳動的工作原理p

4、1 A1p2 A2F1F2v1v2壓力相等：p1=p2 F1/A1=F2/A2 ，或：F1/F2=A1/A2容積相等：W1=W2 A1L1=A2L2 或 L1/L2=A2/A1同樣時間段t內(nèi)： v1/v2=A2/A1v1 =L1/tv2 =L2/tn 等壓特性：帕斯卡定律“平衡液體內(nèi)某一點的液體 壓力等值地傳遞到液體內(nèi)各處”n等體積特性：假設(shè)液壓缸1讓出的液體體積等于液壓缸2吸納的體積n液壓傳動可傳遞力：力比等于二活塞面積之比n液壓傳動可傳遞速度：速比等于二活塞面積之反比力比和速比v2/v1=A1/A2可寫成： A1v1=A2v2=Q（流量） 這在流體力學中稱為液流連續(xù)性原理，它反映了物理學中

5、質(zhì)量守恒這一現(xiàn)實。 F1v1=F2v2=N=pQ（功率）說明能量守恒。綜上所述，可歸納出液壓傳動的基本特征是： 以液體為傳動介質(zhì)，靠處于密閉容器內(nèi)的液體靜壓力來傳遞動力，其靜壓力的大小取決于外負載；負載速度的傳遞是按液體容積變化相等的原則進行的，其速度大小取決于流量。 因此采用液壓傳動可達到傳遞動力，增力，改變速比等目的，并在不考慮損失的情況下保持功率不變。液壓傳動中兩個重要的概念：n液體壓力取決于負載n流量決定速度n液壓傳動的優(yōu)點：（1）體積小、重量輕、慣性小、響應速度快（2）能夠?qū)崿F(xiàn)無級調(diào)速，調(diào)速范圍廣（3）可緩和沖擊，運動平穩(wěn)（4）容易實現(xiàn)過載保護（5）液壓元件有自我潤滑作用，使用壽命較

6、長（6）容易實現(xiàn)自動控制1.3 液壓傳動的特點（1）泄露問題（可通過工藝克服）（2）控制復雜一些：非線性因素多、難于精確建模（3）能量經(jīng)過兩次轉(zhuǎn)換，效率比其它兩種傳動方式低（4）液壓元件的制造和維護要求均較高液壓傳動的缺點1.4 液壓技術(shù)的發(fā)展概況n1650年帕斯卡提出了靜止液體中的壓力傳播規(guī)律帕斯卡原理，1686年牛頓揭示了粘性液體的內(nèi)摩擦定律，18世紀流體力學的兩個重要原理連續(xù)性方程和伯努利能量方程相繼建立，為液壓技術(shù)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。n1795年英國制成世界上第一臺水壓機，液壓傳動開始進入工程領(lǐng)域，n1900年：德國科學家研制出第一臺液壓傳動裝置。n二次世界大戰(zhàn)前后，液壓傳動在大型軍事武

7、器裝備上得到廣泛應用。二戰(zhàn)結(jié)束后，液壓技術(shù)很快進入民用領(lǐng)域。n工程機械：1951年，法國波克蘭第一臺全液壓挖掘機日本：1966年：32%，1972年：72%我國：60年代引進，撫順挖掘機廠，未成功，70年底：探索1.5 液壓傳動系統(tǒng)的組成部分與圖形符號1.3 液壓傳動系統(tǒng)的組成部分與圖形符號n能源裝置：將機械能轉(zhuǎn)換成液壓能，即液壓泵。n執(zhí)行元件：將液壓能重新轉(zhuǎn)換成機械能，克服負載，帶動機器完成所需的運動，即油缸、馬達。n控制元件：控制壓力、流量及流動方向的裝置，即各種閥。 n輔助元件：除上述裝置以外的其它必不可少的裝置，如濾油器、油箱、管路及檢測裝置(壓力表、溫度計等)。n工作介質(zhì)：即液體2、

8、液壓油及其特點液壓系統(tǒng)中液壓油的作用n傳遞能量n潤滑n防止銹蝕n沖洗系統(tǒng)內(nèi)的物質(zhì)并帶走熱量液壓油的性能要求n粘度和粘-溫特性n潤滑性與抗磨性n防銹和抗腐蝕性n氧化性和穩(wěn)定性n抗剪切安定性n抗水化性和水解性n抗空氣性和空氣解釋性n清潔性和可濾性液壓油的物理性n密度n粘度: 40時,32/46/68n粘溫性n不可壓縮性常用的液壓油nHL型液壓油nHM型,改善粘溫性,HM-46,HM-68nHV型,低溫性油液液壓油的選用n按液壓系統(tǒng)中的所用的油泵、系統(tǒng)的額定壓力、油溫等選用液壓油。n選取液壓的品種、粘度。液壓油污染的來源n系統(tǒng)的內(nèi)部殘留物n外界侵入物n系統(tǒng)的內(nèi)部生成的物質(zhì) 液壓系統(tǒng)故障70%是由液壓

9、油污染后造成成的，故要求保障液壓油清潔。液壓油污染后的危害n加劇磨損，導致液壓元件性能下降n顆粒物堵塞和淤積，引發(fā)突發(fā)性故障：閥卡n加速液壓油變質(zhì)元件磨損n腐蝕磨損n氣蝕磨損n磨粒磨損：切削磨損 疲勞磨損 粘著磨損 沖蝕磨損 液壓污染測驗n采用顆粒計數(shù)器油液分析器：取樣、測驗污染等級nNAS1638： NAS8，NAS9nISO4406：16/13，17/14，18/15n兩者對照： NAS817/14 NAS918/15液壓油過濾方式n過濾n磁性n吸附n吸收n其它液壓油凈化要求n固體顆粒物的濾除n游離的水和吸收水的去除n游離的空氣和溶解空氣的去除n油氧化和降解物的去除過濾器n過濾比n過濾效率

10、n吸油過濾器n壓油過濾器n回油過濾器3、液壓元件及其基本參數(shù)n3.13.1 液壓泵n3.2 液壓馬達n3.33.3 液壓缸n3.4 3.4 液壓閥n3.5 液壓輔助裝置3.1 液壓泵液壓泵的工作原理1-偏心輪；2-柱塞；3-彈簧；4-缸體；5-單向閥；6-單向閥液壓泵的主要性能參數(shù) 泵的流量:泵在單位時間內(nèi)排出液流的體積。理論流量: QT=qpnp 實際流量: Q=QT-Q ，Q:泵的泄露流量。 泵的實際流量和理論流量之比稱為 容積效率，即：pv=Q/QT=(QT -Q)/QT=1-Q/QT即：Q=QTpv（1）排量、流量和容積效率 泵的排量qp：液壓泵旋轉(zhuǎn)一周所排出液體的體積。單位為m3/r

11、或ml/r。工作壓力：指泵的輸出壓力，其數(shù)值決定于外負載。 額定壓力：是指根據(jù)實驗結(jié)果而推薦的可連續(xù)使用的最高壓力，反映了泵的能力（一般為泵銘牌上所標的壓力）。在額定壓力下運行時，泵有足夠的流量輸出，并且能保證較高的效率和壽命。 最高壓力：比額定壓力稍高，可看作是泵的能力極限。一般不希望泵長期在最高壓力下運行。（2）壓力泵的輸入功率：驅(qū)動泵軸的輸入機械功率2Tnp泵的輸出功率：泵輸出的液壓功率ppQp機械效率pm：泵工作時由于相對運動零件之間的摩擦及液體粘性摩擦而引起摩擦損失，因此，驅(qū)動泵所需的實際輸入轉(zhuǎn)矩必然大于理論轉(zhuǎn)矩；此外還有一些其它損失，如發(fā)熱、振動等，一般我們把除容積效率外的所有效率

12、均歸為機械效率。 總效率p：泵的輸出功率與輸入功率之比，可表示為： p=pm.pv（3）功率、機械效率和總效率液壓泵分類:n齒輪泵n葉片泵n柱塞泵n其它泵n 見實物圖表示符號:最小排量螺釘柱塞斜盤殼體前軸承主軸軸封月牙軸承蝶形彈簧球鉸最大排量螺釘后蓋增壓泵后軸承配流盤控制閥缸體回程盤滑靴排量qm:液壓馬達轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)需要的液體體積轉(zhuǎn)速nm理論流量：QT=nmqm實際流量：Q=QT+Q=nmqm+Q容積效率 mv=理論流量/實際流量 =nmqm/Q=nmqm/(nmqm+Q) 或 nm=(Q/qm)mv 可見，qm和mv是決定液壓馬達轉(zhuǎn)速的主要參數(shù)。3.2 液壓馬達及主要性能參數(shù)（1）流量、排量和轉(zhuǎn)速

13、（2）扭矩理論輸出扭矩:TT=pmqm/2實際輸出扭矩:Tm=TT.mm機械效率:mm 可見液壓馬達的排量是決定其輸出扭矩的主要參數(shù)。總效率:m=mvmm 容積效率和機械效率是液壓泵和馬達的重要性能指標。因總效率為其二者的乘積，故液壓傳動系統(tǒng)效率低下。因此提高泵和馬達的效率有其重要意義。（3）最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速 衡量液壓馬達轉(zhuǎn)速性能的一個重要指標是最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速，它是指液壓馬達在額定負載下不出現(xiàn)爬行（時轉(zhuǎn)時停）現(xiàn)象的最低轉(zhuǎn)速。液壓馬達結(jié)構(gòu)形式不同、最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速也不同。因此，實際使用時應注意所選擇液壓馬達的最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速。 液壓馬達分類n齒輪馬達n葉片馬達n柱塞馬達n其它馬達n見實物圖液壓馬達的圖形符號n

14、 按結(jié)構(gòu)分：按結(jié)構(gòu)分：柱塞式柱塞式、葉片式葉片式和和齒輪式齒輪式n 按排量分：按排量分：定量定量和和變量變量 n 按調(diào)節(jié)方式分：按調(diào)節(jié)方式分：手動式手動式和和自動式自動式，自動式又自動式又分電控式、限壓式、恒功率式、恒壓式和恒流式等分電控式、限壓式、恒功率式、恒壓式和恒流式等。n 按自吸能力分：按自吸能力分：自吸式自吸式和和非自吸式非自吸式n 液壓馬達液壓馬達：低速大扭矩：低速大扭矩和和高速小扭矩高速小扭矩液壓泵和液壓馬達的類型3.3 液壓缸n液壓缸液壓缸是將液壓能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能的、做直是將液壓能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能的、做直線往復運動（或擺動運動）的液壓執(zhí)行元線往復運動（或擺動運動）的液壓執(zhí)行元件。件。

15、活塞式活塞式柱塞式柱塞式伸縮式伸縮式擺動式擺動式單活塞桿式單活塞桿式雙活塞桿式雙活塞桿式單活塞桿液壓缸n有桿腔進油：力小速度快n差動連接n往返行程推力相等雙活塞桿液壓缸1214VVQQvAD22224()VVQQvADd1112222212()44Fp Ap ADDdpp2122122212()44Fp Ap ADdDppn無桿腔進油：力大速度慢4)(2213dpAApF22134dQAAQvVV)(422dDQAQvVV221212()()4DdFp Ap App柱塞式液壓缸 特點：n單作用式液壓缸，只能實現(xiàn)單單作用式液壓缸，只能實現(xiàn)單獨方向的運動；獨方向的運動；n適于做長行程液壓缸；適于做

16、長行程液壓缸；n工作時柱塞總受壓，必須有足工作時柱塞總受壓，必須有足夠的剛度；夠的剛度；n垂直使用更有利。垂直使用更有利。柱塞式液壓缸結(jié)構(gòu)示意圖1-缸體；2-柱塞；3-導向套；4-密封24dFpAp24dQAQv柱塞上有效作用力柱塞運動速度為柱塞運動速度為式中式中d柱塞直徑；柱塞直徑；伸縮式液壓缸n工作時行程相當長，工作時行程相當長，不工作時體積縮小不工作時體積縮小n起推力很大，隨行程起推力很大，隨行程逐漸深長，推力逐漸逐漸深長，推力逐漸隨之減小隨之減小擺動液壓缸n實現(xiàn)往復擺動，能直接輸出扭矩，也稱擺動式液壓馬達。實現(xiàn)往復擺動，能直接輸出扭矩，也稱擺動式液壓馬達。n有單葉片和雙葉片兩種形式。有

17、單葉片和雙葉片兩種形式。n適用于半回轉(zhuǎn)式（小適用于半回轉(zhuǎn)式（小于于360）機械的回轉(zhuǎn)機構(gòu)。）機械的回轉(zhuǎn)機構(gòu)。單葉片式擺動液壓缸 1-缸體；2-定子塊；3-輸出軸；4-葉片 雙葉片式擺動液壓缸1-缸體；2-定子塊；3-輸出軸；4-葉片n 擺動角度一般不超過300 n 轉(zhuǎn)速較高，轉(zhuǎn)矩較小n 擺動角度不超過150 n 轉(zhuǎn)速相對較慢，輸出轉(zhuǎn)矩更大。3.4 液壓控制閥及典型液壓回路液壓控制閥及典型液壓回路n液壓控制閥：控制液流的方向、壓力和流量的元件n分類：方向控制閥：方向控制閥：單向閥單向閥、換向閥換向閥、截止閥、壓力開關(guān)、截止閥、壓力開關(guān)壓力控制閥：壓力控制閥：溢流閥溢流閥、減壓閥、順序閥、平衡閥、

18、減壓閥、順序閥、平衡閥流量控制閥：流量控制閥：節(jié)流閥節(jié)流閥、調(diào)速閥、分流閥、集流閥、調(diào)速閥、分流閥、集流閥（1）單向閥 ：只允許油液朝一個方向流只允許油液朝一個方向流動，不能反向流動動，不能反向流動單向閥單向閥液控單向閥液控單向閥AB雙向液壓鎖雙向液壓鎖方向閥與方向控制回路P2P4P1P3BA梭閥梭閥（2）換向閥: :利用閥芯和閥體的相對運動，使油路接利用閥芯和閥體的相對運動，使油路接通、關(guān)斷或變換油流的方向，從而實現(xiàn)液壓執(zhí)行元件通、關(guān)斷或變換油流的方向，從而實現(xiàn)液壓執(zhí)行元件及其驅(qū)動機構(gòu)的啟動、停止或變換運動方向。及其驅(qū)動機構(gòu)的啟動、停止或變換運動方向。 換向閥圖形符號說明n（1 1）方框表示

19、閥的工作位置，幾個方框就表示幾）方框表示閥的工作位置，幾個方框就表示幾“位位”。n（2 2）方框內(nèi)的箭頭表示在這一位置上油路處于接通狀態(tài)，但）方框內(nèi)的箭頭表示在這一位置上油路處于接通狀態(tài)，但并不一定表示油流的實際流向；并不一定表示油流的實際流向；n（3 3）方框內(nèi)符號）方框內(nèi)符號或或表示此油路被閥芯封閉表示此油路被閥芯封閉; ;n（4 4）一個方框上邊和下邊與外部連接的接口數(shù)表示幾）一個方框上邊和下邊與外部連接的接口數(shù)表示幾“通通”；n（5 5）符號圖位移方向與閥芯位移相同，即閥芯左移后，油路符號圖位移方向與閥芯位移相同，即閥芯左移后，油路通斷情況，相當于符號圖向左移一格，右端方格接入油路通斷

20、情況，相當于符號圖向左移一格，右端方格接入油路( (處處于工作狀態(tài)于工作狀態(tài)) )。同樣閥芯右移后，左端方格接入油路。同樣閥芯右移后，左端方格接入油路( (處于工處于工作狀態(tài)作狀態(tài)) )。 n（6 6）一般，閥與系統(tǒng)供油路連接的進油口用字母一般，閥與系統(tǒng)供油路連接的進油口用字母P表示；閥表示；閥與系統(tǒng)回油路連接的回油口用字母與系統(tǒng)回油路連接的回油口用字母T（或（或O）表示；而閥與執(zhí)）表示；而閥與執(zhí)行元件連接的工作油口則用字母行元件連接的工作油口則用字母A、B等表示。有時在圖形符等表示。有時在圖形符號上還標出泄漏油口，用字母號上還標出泄漏油口，用字母L表示。表示。n（7）每個換向閥都有一個常態(tài)位

21、）每個換向閥都有一個常態(tài)位(即閥芯在未受到外力作用即閥芯在未受到外力作用時的位置時的位置)。在液壓系統(tǒng)圖中，換向閥的符號與油路的連接一。在液壓系統(tǒng)圖中，換向閥的符號與油路的連接一般應畫在常態(tài)位上。般應畫在常態(tài)位上。常用換向閥二位二通二位二通二位五通二位五通二位三通二位三通三位四通三位四通二位四通二位四通三位五通三位五通換向閥滑閥機能 滑閥機能滑閥機能:是指滑閥在中間位置時的通路形式，是指滑閥在中間位置時的通路形式，一般用英文字母表示，常見的有一般用英文字母表示，常見的有O、P、Y、K、H、X、M、C等幾種。等幾種。 OHPYKMC1 1、手動換向閥、手動換向閥2 2、機動換向閥、機動換向閥3

22、3、電磁換向閥、電磁換向閥4 4、液動換向閥、液動換向閥5 5、電液動換向閥、電液動換向閥1. 按閥體的外形，分為整體式和分片式。按閥體的外形，分為整體式和分片式。（1）并聯(lián)并聯(lián)2. 按換向閥油路連接方式可分為：按換向閥油路連接方式可分為： （2）串聯(lián)串聯(lián) （3）串并聯(lián)串并聯(lián) 起?；芈菲鹜；芈窊Q向回路換向回路鎖緊回路壓力閥和壓力控制回路 n溢流閥溢流閥和調(diào)壓閥和調(diào)壓閥n減壓閥和減壓回路減壓閥和減壓回路n順序閥順序閥和順序回路和順序回路n平衡閥平衡閥和平衡和平衡回路回路n壓力繼電器壓力繼電器n卸荷回路卸荷回路溢流閥主要作用有兩個溢流閥主要作用有兩個：1.定量泵節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)中，用來保持液壓泵定量泵

23、節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)中，用來保持液壓泵出口壓力恒定，并將液壓泵多余的油液溢出口壓力恒定，并將液壓泵多余的油液溢流回油箱。這時溢流回油箱。這時溢流閥起流閥起定壓溢流作用定壓溢流作用；2.在系統(tǒng)中起安全作用，在系統(tǒng)中起安全作用，作為安全閥使用作為安全閥使用。（1）溢流閥和調(diào)壓閥2 2、作、作安全閥安全閥用用在容積調(diào)速中起限壓安全作用，在容積調(diào)速中起限壓安全作用，此時閥是常閉的。只有當系統(tǒng)壓此時閥是常閉的。只有當系統(tǒng)壓力超過溢流閥調(diào)整壓力時，閥才力超過溢流閥調(diào)整壓力時，閥才打開打開. .1 1、 作作溢流閥溢流閥用用 用在定量泵節(jié)流調(diào)速系用在定量泵節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)中，工作過程中閥是常統(tǒng)中，工作過程中閥是常開的開

24、的3. 作背壓閥用作背壓閥用 將溢流閥裝在回油路上，調(diào)節(jié)溢流閥的調(diào)壓彈簧將溢流閥裝在回油路上，調(diào)節(jié)溢流閥的調(diào)壓彈簧即能調(diào)節(jié)背壓力的大小。即能調(diào)節(jié)背壓力的大小。（2）減壓閥和減壓回路 順序閥順序閥是以壓力為控制信號，在一定的控制壓是以壓力為控制信號，在一定的控制壓力作用下能自動接通或斷開某一油路的壓力閥。力作用下能自動接通或斷開某一油路的壓力閥。直控順序閥直控順序閥外控順序閥外控順序閥單向順序閥單向順序閥（4）平衡閥和平衡回路 為了防止為了防止立式液壓缸及立式液壓缸及其聯(lián)在一起的其聯(lián)在一起的工作部件因自工作部件因自重而下滑，常重而下滑，常采用平衡回路。采用平衡回路。 防止因防止因“負負載負負載”

25、產(chǎn)產(chǎn)生的失控現(xiàn)象生的失控現(xiàn)象（5）壓力繼電器 壓力繼電器是將液壓系統(tǒng)中的壓力信號轉(zhuǎn)壓力繼電器是將液壓系統(tǒng)中的壓力信號轉(zhuǎn)換為電信號的轉(zhuǎn)換裝置。其作用是，根據(jù)液壓換為電信號的轉(zhuǎn)換裝置。其作用是，根據(jù)液壓系統(tǒng)壓力的變化，通過壓力繼電器內(nèi)的微動開系統(tǒng)壓力的變化，通過壓力繼電器內(nèi)的微動開關(guān)，自動接通或切斷有關(guān)電路，以實現(xiàn)順序動關(guān)，自動接通或切斷有關(guān)電路，以實現(xiàn)順序動作或安全保護等。作或安全保護等。其它液壓控制閥n電液伺服閥n電液比例閥n電液數(shù)字閥n疊加閥n插裝閥濾油器濾油器蓄能器蓄能器密封件密封件油箱及熱交換器油箱及熱交換器其它輔件其它輔件管道管道管接頭管接頭壓力表壓力表4. 液壓系統(tǒng)輔助裝置濾油器濾油

26、器蓄能器蓄能器壓力表壓力表流量表流量表 溫度表溫度表加熱器加熱器扭距儀扭距儀轉(zhuǎn)速儀轉(zhuǎn)速儀冷卻器冷卻器第3部分 節(jié)流調(diào)速與容積調(diào)速v調(diào)速方法概述調(diào)速方法概述v節(jié)流閥節(jié)流閥v節(jié)流調(diào)速回路節(jié)流調(diào)速回路v其它流量閥其它流量閥v同步回路同步回路流量閥和節(jié)流調(diào)速回路液壓系統(tǒng)的調(diào)速方法可分以下幾種：液壓系統(tǒng)的調(diào)速方法可分以下幾種：1、節(jié)流調(diào)速節(jié)流調(diào)速：用定量泵供油，采用節(jié)流元件：用定量泵供油，采用節(jié)流元件調(diào)節(jié)輸入執(zhí)行元件的流量來實現(xiàn)調(diào)速；調(diào)節(jié)輸入執(zhí)行元件的流量來實現(xiàn)調(diào)速；2、容積調(diào)速容積調(diào)速：通過改變變量泵或變量液壓馬：通過改變變量泵或變量液壓馬達的排量來實現(xiàn)調(diào)速；達的排量來實現(xiàn)調(diào)速；3、容積節(jié)流調(diào)速容積節(jié)

27、流調(diào)速：用變量泵及節(jié)流元件聯(lián)合：用變量泵及節(jié)流元件聯(lián)合進行調(diào)速。進行調(diào)速。 一般液壓傳動機構(gòu)都需要調(diào)節(jié)執(zhí)行元件運動速度。一般液壓傳動機構(gòu)都需要調(diào)節(jié)執(zhí)行元件運動速度。液壓系統(tǒng)中，執(zhí)行元件液壓缸或馬達。在不考慮液壓液壓系統(tǒng)中，執(zhí)行元件液壓缸或馬達。在不考慮液壓油的壓縮性和泄漏性的情況下，油的壓縮性和泄漏性的情況下，液壓缸的運動速度為液壓缸的運動速度為 v=Q/A 液壓馬達的轉(zhuǎn)速為液壓馬達的轉(zhuǎn)速為 n=Q/qm式中式中Q-輸入執(zhí)行元件的流量；輸入執(zhí)行元件的流量；A-液壓缸的有效面積；液壓缸的有效面積；qm-液壓馬達的排量。液壓馬達的排量。液壓缸液壓缸：一般用改變流量：一般用改變流量Q的辦法變速。的辦

28、法變速。液壓馬達液壓馬達：既可用改變輸入流量也可用改變馬達排量：既可用改變輸入流量也可用改變馬達排量的方法來變速。的方法來變速。調(diào)速方法概述節(jié)流閥節(jié)流閥是借助改變閥口是借助改變閥口通流面積或通道長度來改變通流面積或通道長度來改變阻力的可變液阻。阻力的可變液阻。 在液壓回路中，在液壓回路中，液阻對液阻對通過的流量起限制作用通過的流量起限制作用，因，因此節(jié)流閥可以調(diào)速。此節(jié)流閥可以調(diào)速。節(jié)流閥節(jié)流閥流量控制閥包括節(jié)流閥、調(diào)速閥和溢流節(jié)流量控制閥包括節(jié)流閥、調(diào)速閥和溢流節(jié)流閥等，其中以節(jié)流閥最為簡單。流閥等，其中以節(jié)流閥最為簡單。 根據(jù)節(jié)流閥在油路中的位置的不同，調(diào)速根據(jù)節(jié)流閥在油路中的位置的不同，

29、調(diào)速回路有以下三種基本形式：回路有以下三種基本形式：（1）進油路節(jié)流調(diào)速進油路節(jié)流調(diào)速:節(jié)流閥串聯(lián)在進入液壓節(jié)流閥串聯(lián)在進入液壓缸的油路上。缸的油路上。（2）回油路節(jié)流調(diào)速回油路節(jié)流調(diào)速:節(jié)流閥串聯(lián)在液壓缸的節(jié)流閥串聯(lián)在液壓缸的回油路上?；赜吐飞?。（3）旁油路節(jié)流調(diào)速旁油路節(jié)流調(diào)速:節(jié)流閥裝在與執(zhí)行元件節(jié)流閥裝在與執(zhí)行元件并聯(lián)的支路上。并聯(lián)的支路上。（1）進油路節(jié)流調(diào)速回路1.1.速度負載特性速度負載特性 從圖中可看出，活塞運動速度從圖中可看出，活塞運動速度v=Q1/A1 根據(jù)連續(xù)性方程，進入液壓缸的流根據(jù)連續(xù)性方程，進入液壓缸的流量等于通過節(jié)流閥的流量，而通過量等于通過節(jié)流閥的流量，而通過節(jié)

30、流閥的流量可由節(jié)流閥的流量特節(jié)流閥的流量可由節(jié)流閥的流量特性方程決定。即性方程決定。即Q1=Ka( p1)1/2=Ka(pp-p1)1/2 式中式中 pp-液壓泵出口壓力；液壓泵出口壓力；p1-液壓液壓缸無桿腔壓力。缸無桿腔壓力。K節(jié)流閥流量系節(jié)流閥流量系數(shù)；數(shù)；a節(jié)流閥通流面積。節(jié)流閥通流面積。 當活塞以穩(wěn)定的速度運當活塞以穩(wěn)定的速度運動時，作用在活塞上的力平動時，作用在活塞上的力平衡方程為：衡方程為：p1A1=p2A2+F式中式中 F負載力；負載力；p2液壓液壓缸回油腔壓力。缸回油腔壓力。Q1=K.a(pp-F/A1)1/2v=Q1/A1=（K.a/A1).(pp-F/A1)1/2 從圖中

31、可看出，從圖中可看出，n 其它條件不變時，速度其它條件不變時，速度v與與節(jié)流閥通流面積節(jié)流閥通流面積a成正比成正比 。n 由于薄壁小孔節(jié)流閥最小穩(wěn)由于薄壁小孔節(jié)流閥最小穩(wěn)定流量很小，故能得到定流量很小，故能得到較低的較低的穩(wěn)定速度穩(wěn)定速度。n 節(jié)流閥通流面積節(jié)流閥通流面積a一定時一定時,隨隨著負載著負載F 的增加，節(jié)流閥兩端的增加，節(jié)流閥兩端壓差壓差 減小，活塞運動速度按減小，活塞運動速度按拋物線規(guī)律下降。拋物線規(guī)律下降。 通常用通常用速度剛度速度剛度表示負載變化對速度的影響程度。表示負載變化對速度的影響程度。 （1 1）節(jié)流閥通流面積一定時，負載越小，速度剛度越大。）節(jié)流閥通流面積一定時，負

32、載越小，速度剛度越大。 （2 2）負載一定時，節(jié)流閥通流面積越小，速度剛度越大。）負載一定時，節(jié)流閥通流面積越小，速度剛度越大。（3 3）增大液壓缸有效面積和提高液壓泵供油壓力可提高速度剛度。）增大液壓缸有效面積和提高液壓泵供油壓力可提高速度剛度。2. 最大承載能力最大承載能力 在在pp已調(diào)定的情況下，不論節(jié)流閥通流面積怎樣變已調(diào)定的情況下，不論節(jié)流閥通流面積怎樣變化，其最大承載能力不變，即化，其最大承載能力不變，即Fmax=pp.A1。故稱這種調(diào)。故稱這種調(diào)速方式為速方式為恒推力調(diào)速恒推力調(diào)速或或恒扭矩調(diào)速恒扭矩調(diào)速（對液壓馬達）。（對液壓馬達）。3. 功率特性功率特性液壓泵輸出的功率為：液

33、壓泵輸出的功率為：Np=pp.Qp=常數(shù)常數(shù)液壓缸輸出有效功率為液壓缸輸出有效功率為: N1=F.v=p1.Q1功率損失：功率損失： N=Np-N1=ppQp-p1Q1 =pp (Q1+ Q2) - p1Q1 = ppQ2 +(pp- p1)Q1 式中式中 Q2溢流的溢流量；溢流的溢流量； p1節(jié)流閥的壓力損失。節(jié)流閥的壓力損失。 由于兩種損失的存在，調(diào)速回路效率較低，特別由于兩種損失的存在，調(diào)速回路效率較低，特別是當負載小，速度低時效率更低。是當負載小，速度低時效率更低。（2）回油路節(jié)流調(diào)速 節(jié)流閥串聯(lián)在液壓缸的節(jié)流閥串聯(lián)在液壓缸的回油路回油路上，用節(jié)流閥來上，用節(jié)流閥來調(diào)節(jié)液壓缸排油量調(diào)節(jié)

34、液壓缸排油量Q2，也就調(diào)節(jié)了進油量，也就調(diào)節(jié)了進油量Q1。定量。定量 泵多余的油液經(jīng)溢流閥流回油箱。泵多余的油液經(jīng)溢流閥流回油箱。特性： 進油路節(jié)流調(diào)速和回進油路節(jié)流調(diào)速和回油路節(jié)流調(diào)速的速度負油路節(jié)流調(diào)速的速度負載特性、剛度、最大承載特性、剛度、最大承載能力、功率特性載能力、功率特性基本基本相同相同。（如果。（如果A1=A2，則完全相同）則完全相同）差別如下:1.承受負值負載能力不同承受負值負載能力不同 負值負載負值負載：負載作用力方向和執(zhí)行元件運動方向：負載作用力方向和執(zhí)行元件運動方向相同相同。進油路節(jié)流調(diào)速回路不能承受負值負載，若要。進油路節(jié)流調(diào)速回路不能承受負值負載，若要使其承受負值負

35、載，須在回油路上加背壓閥。使其承受負值負載，須在回油路上加背壓閥。 2. 低速平穩(wěn)性有差異低速平穩(wěn)性有差異 回油路節(jié)流調(diào)速中，液回油路節(jié)流調(diào)速中，液壓缸回油腔的背壓是一種阻壓缸回油腔的背壓是一種阻尼力，有限速作用，且對運尼力，有限速作用，且對運動部件的振動有抑制作用，動部件的振動有抑制作用，有利于提高執(zhí)行元件的運動有利于提高執(zhí)行元件的運動平穩(wěn)性。平穩(wěn)性。 3. 回油腔壓力回油腔壓力 回油路節(jié)流調(diào)速回油路節(jié)流調(diào)速:回油腔壓力較高，特別是在負負載時，回回油腔壓力較高，特別是在負負載時，回油腔壓力有可能比進油腔壓力還要高，這會使密封摩擦力增加，油腔壓力有可能比進油腔壓力還要高，這會使密封摩擦力增加，

36、降低密封件壽命，并使泄漏增加，效率降低降低密封件壽命，并使泄漏增加，效率降低。4. 油液發(fā)熱對泄漏的影響油液發(fā)熱對泄漏的影響 回油路節(jié)流調(diào)速中，油液流經(jīng)節(jié)流閥時能量損失且發(fā)熱，回油路節(jié)流調(diào)速中，油液流經(jīng)節(jié)流閥時能量損失且發(fā)熱，然后回油箱，通過油箱散熱冷卻后再重新進入泵和液壓缸；然后回油箱，通過油箱散熱冷卻后再重新進入泵和液壓缸；而進油路節(jié)流調(diào)速回路中，經(jīng)節(jié)流閥后發(fā)熱的油液直接進入而進油路節(jié)流調(diào)速回路中，經(jīng)節(jié)流閥后發(fā)熱的油液直接進入液壓缸，對液壓缸泄漏影響較大，影響速度的穩(wěn)定性。液壓缸，對液壓缸泄漏影響較大，影響速度的穩(wěn)定性。5. 起動時前沖起動時前沖 回油路節(jié)流調(diào)速中，若停車時間較長，液壓缸回

37、油腔中要回油路節(jié)流調(diào)速中，若停車時間較長，液壓缸回油腔中要漏掉部分油液，形成空隙。重新啟動時，液壓泵全部流量進入漏掉部分油液，形成空隙。重新啟動時，液壓泵全部流量進入液壓缸，使活塞以較快的速度前沖一段距離，直到消除回油腔液壓缸，使活塞以較快的速度前沖一段距離，直到消除回油腔中的空隙并形成背壓為止。這種現(xiàn)象可能損壞機件。中的空隙并形成背壓為止。這種現(xiàn)象可能損壞機件。（3）旁油路節(jié)流調(diào)速回路 節(jié)流閥裝在節(jié)流閥裝在與液壓缸并聯(lián)與液壓缸并聯(lián)的支路上，調(diào)節(jié)通過旁路節(jié)的支路上，調(diào)節(jié)通過旁路節(jié)流閥流量流閥流量 Q，就能調(diào)節(jié)進入，就能調(diào)節(jié)進入液壓缸的流量液壓缸的流量Q1，也就調(diào)節(jié)，也就調(diào)節(jié)了活塞運動速度。了活

38、塞運動速度。 這里這里溢流閥作安全閥用溢流閥作安全閥用，其調(diào)定壓力應大于克服最大其調(diào)定壓力應大于克服最大負載所需的壓力。正常工作負載所需的壓力。正常工作時溢流閥處于關(guān)閉狀態(tài)。時溢流閥處于關(guān)閉狀態(tài)。1. 速度負載特性 活塞的運動速度為：活塞的運動速度為：v=Q1/A1=(Qp-Q2)/A1通過節(jié)流閥的流量為：通過節(jié)流閥的流量為： Q2=K.a( p)1/2=K.a(pp)1/2=K.a(p1)1/2=K.a(F/A1) 可得速度負載特性方程：可得速度負載特性方程：v=Qp-K.a(F/A1)1/2/A1（1）節(jié)流閥通流面積一定而負載）節(jié)流閥通流面積一定而負載增加時，速度顯著下降。負載越增加時，速

39、度顯著下降。負載越大，速度剛度越大。大，速度剛度越大。（3）當負載一定時，節(jié)流閥通流）當負載一定時，節(jié)流閥通流面積越小，速度剛度越大。面積越小，速度剛度越大。 可知，旁油路節(jié)流調(diào)速回路在可知，旁油路節(jié)流調(diào)速回路在高速重載時，速度剛度較高，這高速重載時，速度剛度較高，這與前兩種調(diào)速回路恰好相反。與前兩種調(diào)速回路恰好相反。3. .功率特性功率特性2. 最大承載能力最大承載能力 旁油路節(jié)流調(diào)速回路能夠承受的最大負載隨著節(jié)流閥面積旁油路節(jié)流調(diào)速回路能夠承受的最大負載隨著節(jié)流閥面積a的增大而減小。當?shù)脑龃蠖鴾p小。當Fmax=(Qp/Ka)2A1時時,液壓缸的速度為零，這液壓缸的速度為零，這時泵的全部流量

40、時泵的全部流量Qp都經(jīng)節(jié)流閥回油箱。繼續(xù)增大節(jié)流閥通流面都經(jīng)節(jié)流閥回油箱。繼續(xù)增大節(jié)流閥通流面積已不起調(diào)節(jié)作用，只是使系統(tǒng)壓力降低，其最大承載能力也積已不起調(diào)節(jié)作用，只是使系統(tǒng)壓力降低，其最大承載能力也隨之下降。因此這種調(diào)速回路在低速時承載能力低，調(diào)速范圍隨之下降。因此這種調(diào)速回路在低速時承載能力低，調(diào)速范圍也小。也小。液壓泵輸出功率液壓泵輸出功率:Np=ppQp液壓缸輸出功率：液壓缸輸出功率：N1=Fv=p1A1v=p1Q1故功率損失為：故功率損失為： N=Np-N1=p1Qp-p1Q1=p1Q2回油效率回油效率 =N1/Np 只有流量損失而無壓力損失，故比前兩種調(diào)速回路功率損只有流量損失而

41、無壓力損失，故比前兩種調(diào)速回路功率損失小，效率高。結(jié)論：失小，效率高。結(jié)論：旁油路節(jié)流調(diào)速回路速度負載特性較旁油路節(jié)流調(diào)速回路速度負載特性較差，一般用于功率較大且對速度穩(wěn)定要求不高的場合差，一般用于功率較大且對速度穩(wěn)定要求不高的場合。 同步閥根據(jù)用途不同，可分為：同步閥根據(jù)用途不同，可分為：（1）分流閥：分流閥：將壓力油按一定流量比率分配給兩個將壓力油按一定流量比率分配給兩個液壓缸和液壓馬達，而不管它們的載荷怎樣變化。液壓缸和液壓馬達，而不管它們的載荷怎樣變化。（2）集流閥：集流閥：將壓力不同的兩個分支管路的流量按將壓力不同的兩個分支管路的流量按一定的比率匯集起來。一定的比率匯集起來。（3）分

42、流集流閥：分流集流閥：兼有分流閥和集流閥機能。兼有分流閥和集流閥機能。同步閥 其它流量閥 如圖所示的液壓系如圖所示的液壓系統(tǒng)，兩個一樣大小的液統(tǒng)，兩個一樣大小的液壓缸，由一個泵供油，壓缸，由一個泵供油，共同頂升重物。由于重共同頂升重物。由于重物的位置不在中間，使物的位置不在中間，使兩個缸受力不相等。在兩個缸受力不相等。在這種情況下，要求兩液這種情況下，要求兩液壓缸同速運行，就需要壓缸同速運行，就需要應用同步閥。應用同步閥。 圖中中間機構(gòu)是分圖中中間機構(gòu)是分流集流閥。流集流閥。容 積 調(diào) 速 通過改變泵或（和）馬達的排量通過改變泵或（和）馬達的排量來調(diào)節(jié)來調(diào)節(jié)執(zhí)行元件執(zhí)行元件( (液壓馬達或液壓

43、缸）速度的回路。液壓馬達或液壓缸）速度的回路。 目的：大功率系統(tǒng)目的：大功率系統(tǒng)容積調(diào)速回路有：容積調(diào)速回路有：n 變量變量泵和泵和定量定量執(zhí)行元件執(zhí)行元件n 定量定量泵和泵和變量變量液壓馬達液壓馬達n 變量變量泵和泵和變量變量液壓馬達液壓馬達開式系統(tǒng)和閉式系統(tǒng)開式系統(tǒng)和閉式系統(tǒng) 3.2 容積調(diào)速容積調(diào)速的原理容積調(diào)速的原理容積調(diào)速的原理容積調(diào)速的原理容積調(diào)速的原理補油泵：補油泵：補油，散熱，提供信號油補油，散熱，提供信號油安全閥安全閥安全閥安全閥沖洗閥：沖洗閥：換掉部分熱油換掉部分熱油補油泵溢流閥補油泵溢流閥參數(shù)調(diào)節(jié)原理n變量泵變量泵變量馬達變量馬達: :轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速 nm = np*qp/qm

44、n 轉(zhuǎn)速范圍大；轉(zhuǎn)速范圍大；n轉(zhuǎn)速變化可根據(jù)需要設(shè)計；轉(zhuǎn)速變化可根據(jù)需要設(shè)計；扭矩扭矩 Tm = p*qm/2轉(zhuǎn)速與扭矩的關(guān)系轉(zhuǎn)速與扭矩的關(guān)系變量泵變量泵/ /定量執(zhí)行元件定量執(zhí)行元件 容積調(diào)速回路容積調(diào)速回路（1）速度特性速度特性：執(zhí)行元件的速度：執(zhí)行元件的速度nm或或vm與泵排量與泵排量qp的的關(guān)系。不考慮回路容積效率時，執(zhí)行元件的速度為：關(guān)系。不考慮回路容積效率時，執(zhí)行元件的速度為：nm=npqp/qm 或或 vm=npqp/A由上式知：由上式知：馬達的轉(zhuǎn)速與馬達的轉(zhuǎn)速與變量泵的排量成正比變量泵的排量成正比，是，是一條通過原點的直線。一條通過原點的直線。（2）轉(zhuǎn)矩和功率特性轉(zhuǎn)矩和功率特性

45、：執(zhí)行元件輸出扭矩執(zhí)行元件輸出扭矩Tm和和輸出功率輸出功率Nm與泵排量與泵排量qp之間的關(guān)系。不考慮回路損之間的關(guān)系。不考慮回路損失時，馬達的輸出扭矩失時，馬達的輸出扭矩Tm為：為：Tm=qm(pp-p0) 或或 F=A(pp-p0)可知：當泵的輸油壓力和吸油路壓力不變時，馬達的可知：當泵的輸油壓力和吸油路壓力不變時，馬達的輸出扭矩是恒定的，而與變量泵的調(diào)節(jié)參數(shù)無關(guān)。故輸出扭矩是恒定的，而與變量泵的調(diào)節(jié)參數(shù)無關(guān)。故稱為稱為恒扭矩（推力）恒扭矩（推力）調(diào)速。調(diào)速。執(zhí)行元件的輸出功率為：執(zhí)行元件的輸出功率為： Nm=(Np-N0)=(pp-p0).npqp或或Nm=nmTm=qpnpTm/qm表明表明:執(zhí)行元件的執(zhí)行元件的輸出功率與變量泵排量成線性關(guān)系輸出功率與變量泵排量成線性關(guān)系。主要工作特性：主要工作特性：（1）速度特性速度特性變量馬達的轉(zhuǎn)速：變量馬達的轉(zhuǎn)速：nm=Qp/qm 其中其中Qp=C。 可見可見變量馬達的轉(zhuǎn)速變量馬達的轉(zhuǎn)速nm與其與其排量排量qm成反比。成反比。排量排量qm最小時最小時馬達轉(zhuǎn)速最高。馬達轉(zhuǎn)速最高。 定量泵定量泵/ /變量馬達變量馬達 容積調(diào)速回路容積調(diào)速回路（2）液壓馬達的輸出扭矩液壓馬達的輸出扭矩Tm和輸出功率和輸出