液壓系統(tǒng)基本原理

關(guān)于液壓系統(tǒng)基本原理第1頁，共36頁，2022年，5月20日，6點39分，星期五一、液壓系統(tǒng)基本原理（一）基本原理液壓傳動是一種以液體作為工作介質(zhì)，以靜壓力和流量作為特性參數(shù)進行能量的轉(zhuǎn)換、傳遞、分配的技術(shù)手段，他的特點是“以液體為工作介質(zhì)，傳遞能力和進行控制”液壓系統(tǒng)最基本的原理就是液體內(nèi)部壓強處處相等。利用油泵產(chǎn)生一定內(nèi)部壓力的液態(tài)油，通過液壓管路傳送到液壓執(zhí)行元第2頁，共36頁，2022年，5月20日，6點39分，星期五件，比如液壓油缸，高壓油作用在活塞上，使得活塞兩端壓力不平衡，于是活塞運動做功，高壓油也可以作用在周向布置的葉片上，帶動葉片軸旋轉(zhuǎn)，這就是油馬達。液壓系統(tǒng)就是傳送壓強的裝置，液壓油是壓強傳送的載體，具有一定壓強的液體作用在一定大小的面積而產(chǎn)生作用力，該作用力驅(qū)動零件運動。第3頁，共36頁，2022年，5月20日，6點39分，星期五（二）、液壓系統(tǒng)的組成及其作用

一個完整的液壓系統(tǒng)由五個部分組成，即動力元件、執(zhí)行元件、控制元件、輔助元件（附件）和液壓油。一個液壓系統(tǒng)的好壞取決于系統(tǒng)設(shè)計的合理性、系統(tǒng)元件性能的的優(yōu)劣，系統(tǒng)的污染防護和處理，而最后一點尤為重要。

動力元件的作用是將原動機的機械能轉(zhuǎn)換成液體的壓力能，指液壓系統(tǒng)中的泵，它向整個液壓系統(tǒng)提供動力。液壓泵的結(jié)構(gòu)形式一般有齒輪泵、葉片泵和柱塞泵。

第4頁，共36頁，2022年，5月20日，6點39分，星期五執(zhí)行元件(如液壓缸和液壓馬達)的作用是將液體的壓力能轉(zhuǎn)換為機械能，驅(qū)動負載作直線往復(fù)運動或回轉(zhuǎn)運動控制元件(即各種液壓閥)在液壓系統(tǒng)中控制和調(diào)節(jié)液體的壓力、流量和方向。根據(jù)控制功能的不同，液壓閥可分為壓力控制閥、流量控制閥和方向控制閥。壓力控制閥又分為益流閥(安全閥)、減壓閥、順序閥、壓力繼電器等；流量控制閥包括節(jié)流閥、調(diào)整閥、分流集流閥等；方向控制閥包括單向閥、液控單向閥、梭閥、換向閥等。根據(jù)控制方式不同，液壓閥可分為開關(guān)式控制閥、定值控制閥和比例控制閥。第5頁，共36頁，2022年，5月20日，6點39分，星期五輔助元件包括油箱、濾油器、油管及管接頭、密封圈、快換接頭、高壓球閥、膠管總成、測壓接頭、壓力表、油位油溫計等。液壓油是液壓系統(tǒng)中傳遞能量的工作介質(zhì)，有各種礦物油、乳化液和合成型液壓油等幾大類。一個液壓系統(tǒng)的好壞不僅取決于系統(tǒng)設(shè)計的合理性和系統(tǒng)元件性能的的優(yōu)劣，還因系統(tǒng)的污染防護和處理，系統(tǒng)的污染直接影響液壓系統(tǒng)工作的可靠性和元件的使用壽命，據(jù)統(tǒng)計，國內(nèi)外的的液壓系統(tǒng)故障大約有70%是由于污染引起的。油液污染對系統(tǒng)的危害主要如下：第6頁，共36頁，2022年，5月20日，6點39分，星期五1）元件的污染磨損油液中各種污染物引起元件各種形式的磨損，固體顆粒進入運動副間隙中，對零件表面產(chǎn)生切削磨損或是疲勞磨損。高速液流中的固體顆粒對元件的表面沖擊引起沖蝕磨損。油液中的水和油液氧化變質(zhì)的生成物對元件產(chǎn)生腐蝕作用。此外，系統(tǒng)的油液中的空氣引起氣蝕，導致元件表面剝蝕和破壞。

2）元件堵塞與卡緊故障固體顆粒堵塞液壓閥的間隙和孔口，引起閥芯阻塞和卡緊，影響工作性能，甚至導致嚴重的事故。第7頁，共36頁，2022年，5月20日，6點39分，星期五3）加速油液性能的劣化油液中的水和空氣以其熱能是油液氧化的主要條件，而油液中的金屬微粒對油液的氧化起重要催化作用，此外，油液中的水和懸浮氣泡顯著降低了運動副間油膜的強度，使?jié)櫥阅芙档汀Ｎ廴疚锏膩碓?/p>

系統(tǒng)油液中污染物的來源途徑主要有以下幾個方面：

1）外部侵入的污染物：外部侵入污染物主要是大氣中的沙礫或塵埃，通常通過油箱氣孔，油缸的封軸，泵和馬達等軸侵入系統(tǒng)的。主要是使用環(huán)境的影響。第8頁，共36頁，2022年，5月20日，6點39分，星期五2）內(nèi)部污染物：元件在加工時、裝配、調(diào)試、包裝、儲存、運輸和安裝等環(huán)節(jié)中殘留的污染物，當然這些過程是無法避免的，但是可以降到最低，有些特種元件在裝配和調(diào)試時需要在潔凈室或潔凈臺的環(huán)境中進行。3）液壓系統(tǒng)產(chǎn)生的污染物：系統(tǒng)在運作過程當中由于元件的磨損而產(chǎn)生的顆粒，鑄件上脫落下來的砂粒，泵、閥和接頭上脫落下來的金屬顆粒，管道內(nèi)銹蝕剝落物以其油液氧化和分解產(chǎn)生的顆粒與膠狀物，更為嚴重的是系統(tǒng)管道在正式投入作業(yè)之前沒有經(jīng)過沖洗而有的大量雜質(zhì)。第9頁，共36頁，2022年，5月20日，6點39分，星期五（三）、液壓傳動的優(yōu)缺點1、液壓傳動的優(yōu)點（1）體積小、重量輕，因此慣性力較小，當突然過載或停車時，不會發(fā)生大的沖擊；（2）能在給定范圍內(nèi)平穩(wěn)的自動調(diào)節(jié)牽引速度，并可實現(xiàn)無極調(diào)速；（3）換向容易，在不改變電機旋轉(zhuǎn)方向的情況下，可以較方便地實現(xiàn)工作機構(gòu)旋轉(zhuǎn)和直線往復(fù)運動的轉(zhuǎn)換；（4）液壓泵和液壓馬達之間用油管連接，在空間布置上彼此不受嚴格限制；（5）由于采用油液為工作介質(zhì)，元件相對運動表面間能自行潤滑，磨損小，使用壽命長；（6）操縱控制簡便，自動化程度高；（7）容易實現(xiàn)過載保護。第10頁，共36頁，2022年，5月20日，6點39分，星期五2、液壓傳動的缺點（1）使用液壓傳動對維護的要求高，工作油要始終保持清潔；（2）對液壓元件制造精度要求高，工藝復(fù)雜，成本較高；（3）液壓元件維修較復(fù)雜，且需有較高的技術(shù)水平；（4）用油做工作介質(zhì)，在工作面存在火災(zāi)隱患；（5）傳動效率低。第11頁，共36頁，2022年，5月20日，6點39分，星期五（四）、液壓系統(tǒng)三大頑疾1、發(fā)熱由于傳力介質(zhì)（液壓油）在流動過程中存在各部位流速的不同，導致液體內(nèi)部存在一定的內(nèi)摩擦，同時液體和管路內(nèi)壁之間也存在摩擦，這些都是導致液壓油溫度升高的原因。溫度升高將導致內(nèi)外泄漏增大，降低其機械效率。同時由于較高的溫度，液壓油會發(fā)生膨脹，導致壓縮性增大，使控制動作無法很好的傳遞。解決辦法：發(fā)熱是液壓系統(tǒng)的固有特征，無法根除只能盡量減輕。使用質(zhì)量好的液壓油、液壓管路的布置中應(yīng)盡量避免彎頭的出現(xiàn)、使用高質(zhì)量的管路以及管接頭、液壓閥等。第12頁，共36頁，2022年，5月20日，6點39分，星期五

2、振動液壓系統(tǒng)的振動也是其痼疾之一。由于液壓油在管路中的高速流動而產(chǎn)生的沖擊以及控制閥打開關(guān)閉過程中產(chǎn)生的沖擊都是系統(tǒng)發(fā)生振動的原因。強的振動會導致系統(tǒng)控制動作發(fā)生錯誤，也會使系統(tǒng)中一些較為精密的儀器發(fā)生錯誤，導致系統(tǒng)故障。解決辦法：液壓管路應(yīng)盡量固定，避免出現(xiàn)急彎。避免頻繁改變液流方向，無法避免時應(yīng)做好減振措施。整個液壓系統(tǒng)應(yīng)有良好的減振措施，同時還要避免外來振源對系統(tǒng)的影響。第13頁，共36頁，2022年，5月20日，6點39分，星期五3、泄漏液壓系統(tǒng)的泄漏分為內(nèi)泄漏和外泄漏。內(nèi)泄漏指泄漏過程發(fā)生在系統(tǒng)內(nèi)部，例如液壓缸活塞兩邊的泄漏、控制閥閥芯與閥體之間的泄漏等。內(nèi)泄漏雖然不會產(chǎn)生液壓油的損失，但是由于發(fā)生泄漏，既定的控制動作可能會受到影響，直至引起系統(tǒng)故障。外泄漏是指發(fā)生在系統(tǒng)和外部環(huán)境之間的泄漏。液壓油直接泄漏到環(huán)境中，除了會影響系統(tǒng)的工作環(huán)境外，還會導致系統(tǒng)壓力不夠引發(fā)故障。泄漏到環(huán)境中的液壓油還有發(fā)生火災(zāi)的危險。解決辦法：采用質(zhì)量較好的密封件，提高設(shè)備的加工精度。第14頁，共36頁，2022年，5月20日，6點39分，星期五3.1、液壓系統(tǒng)泄漏的原因（1）設(shè)計及制造的缺陷所造成的；（2）沖擊和振動造成管接頭松動；（3）動密封件及配合件相互磨損（液壓缸尤甚）；（4）油溫過高及橡膠密封與液壓油不相容而變質(zhì)。下面就結(jié)合以上幾個方面淺談一下控制泄漏的措施。第15頁，共36頁，2022年，5月20日，6點39分，星期五3.2、控制液壓系統(tǒng)泄漏的控制方案

方案一：設(shè)計及制造缺陷的解決方法：

l、液壓元件外配套的選擇往往在液壓系統(tǒng)的泄漏中起著決定性的影響。這就決定我們技術(shù)人員在新產(chǎn)品設(shè)計、老產(chǎn)品的改進中，對缸、泵、閥件，密封件，液壓輔件等的選擇，要本著好中選優(yōu)，優(yōu)中選廉的原則慎重的、有比較的進行。

2、合理設(shè)計安裝面和密封面：當閥組或管路固定在安裝面上時，為了得到滿意的初始密封和防止密封件被擠出溝槽和被磨損，安裝面要平直，密封面要求精加工，表面粗糙度要達到0．8μm，平面度要達到0．01/100mm。表面不能有徑向劃痕，連接螺釘?shù)念A(yù)緊力要足夠大，以防止表面分離。

3、在制造及運輸過程中，要防止關(guān)鍵表面磕碰，劃傷。同時對裝配調(diào)試過程要嚴格的進行監(jiān)控，保證裝配質(zhì)量。

4、對一些液壓系統(tǒng)的泄露隱患不要掉已輕心，必須加以排除。第16頁，共36頁，2022年，5月20日，6點39分，星期五

方案二：減少沖擊和振動：為了減少承受沖擊和振動的管接頭松動引起的液壓系統(tǒng)的泄漏，可以采取以下措施：①使用減震支架固定所有管子以便吸收沖擊和振動；②使用低沖擊閥或蓄能器來減少沖擊；③適當布置壓力控制閥來保護系統(tǒng)的所有元件；④盡量減少管接頭的使用數(shù)量，管接頭盡量用焊接連接；⑤使用直螺紋接頭，三通接頭和彎頭代替錐管螺紋接頭；⑥盡量用回油塊代替各個配管；⑦針對使用的最高壓力，規(guī)定安裝時使用螺栓的扭矩和堵頭扭矩，防止結(jié)合面和密封件被蠶食；⑧正確安裝管接頭。第17頁，共36頁，2022年，5月20日，6點39分，星期五方案三：減少動密封件的磨損：大多數(shù)動密封件都經(jīng)過精確設(shè)計，如果動密封件加工合格，安裝正確，使用合理，均可保證長時間相對無泄漏工作。從設(shè)計角度來講，設(shè)計者可以采用以下措施來延長動密封件的壽命：

1、消除活塞桿和驅(qū)動軸密封件上的側(cè)載荷；

2、用防塵圈、防護罩和橡膠套保護活塞桿，防止磨料、粉塵等雜質(zhì)進入；

3、設(shè)計選取合適的過濾裝置和便于清洗的油箱以防止粉塵在油液中累積；

4、使活塞桿和軸的速度盡可能低。第18頁，共36頁，2022年，5月20日，6點39分，星期五方案四：對靜密封件的要求：靜密封件在剛性固定表面之間防止油液外泄。合理設(shè)計密封槽尺寸及公差，使安裝后的密封件到一定擠壓產(chǎn)生變形以便填塞配合表面的微觀凹陷，并把密封件內(nèi)應(yīng)力提高到高于被密封的壓力。當零件剛度或螺栓預(yù)緊力不夠大時，配合表面將在油液壓力作用下分離，造成間隙或加大由于密封表面不夠平而可能從開始就存在的間隙。隨著配合表面的運動，靜密封就成了動密封。粗糙的配合表面將磨損密封件，變動的間隙將蠶食密封件邊緣。第19頁，共36頁，2022年，5月20日，6點39分，星期五方案五：控制油溫防止密封件變質(zhì)：密封件過早變質(zhì)可能是由多種因素引起的，一個重要因素是油溫過高。溫度每升高10℃則密封件壽命就會減半，所以應(yīng)合理設(shè)計高效液壓系統(tǒng)或設(shè)置強制冷卻裝置，使最佳油液溫度保持在65℃以下；工程機械不許超過80℃；另一個因素可能是使用的油液與密封材料的相容性問題，應(yīng)按使用說明書或有關(guān)手冊選用液壓油和密封件的型式和材質(zhì)，以解決相容性問題，延長密封件的使用壽命。第20頁，共36頁，2022年，5月20日，6點39分，星期五（五）液壓系統(tǒng)故障診斷的一般原則正確分析故障是排除故障的前提，系統(tǒng)故障大部分并非突然發(fā)生，發(fā)生前總有預(yù)兆，當預(yù)兆發(fā)展到一定程度即產(chǎn)生故障。引起故障的原因是多種多樣的，并無固定規(guī)律可尋。統(tǒng)計表明，液壓系統(tǒng)發(fā)生的故障約90%是由于使用管理不善所致為了快速、準確、方便地診斷故障，必須充分認識液壓故障的特征和規(guī)律，這是故障診斷的基礎(chǔ)。第21頁，共36頁，2022年，5月20日，6點39分，星期五以下原則在故障診斷中值得遵循（1）首先判明液壓系統(tǒng)的工作條件和外圍環(huán)境是否正常需首先搞清是設(shè)備機械部分或電器控制部分故障，還是液壓系統(tǒng)本身的故障，同時查清液壓系統(tǒng)的各種條件是否符合正常運行的要求。（2）區(qū)域判斷根據(jù)故障現(xiàn)象和特征確定與該故障有關(guān)的區(qū)域，逐步縮小發(fā)生故障的范圍，檢測此區(qū)域內(nèi)的元件情況，分析發(fā)生原因，最終找出故障的具體所在。（3）掌握故障種類進行綜合分析根據(jù)故障最終的現(xiàn)象，逐步深入找出多種直接的或間接的可能原因，為避免盲目性，必須根據(jù)系統(tǒng)基本原理，進行綜合分析、邏輯判斷，減少懷疑對象逐步逼近,最終找出故障部位。

第22頁，共36頁，2022年，5月20日，6點39分，星期五（4）驗證可能故障原因時，一般從最可能的故障原因或最易檢驗的地方開始，這樣可減少裝拆工作量，提高診斷速度。（5）故障診斷是建立在運行記錄及某些系統(tǒng)參數(shù)基礎(chǔ)之上的。建立系統(tǒng)運行記錄，這是預(yù)防、發(fā)現(xiàn)和處理故障的科學依據(jù)；建立設(shè)備運行故障分析表，它是使用經(jīng)驗的高度概括總結(jié)，有助于對故障現(xiàn)象迅速做出判斷；具備一定檢測手段，可對故障做出準確的定量分析。第23頁，共36頁，2022年，5月20日，6點39分，星期五6.2

故障診斷方法日常查找液壓系統(tǒng)故障的傳統(tǒng)方法是邏輯分析逐步逼近斷?；舅悸肥蔷C合分析、條件判斷。即維修人員通過觀察、聽、觸摸和簡單的測試以及對液壓系統(tǒng)的理解，憑經(jīng)驗來判斷故障發(fā)生的原因。當液壓系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，故障根源有許多種可能。采用邏輯代數(shù)方法，將可能故障原因列表，然后根據(jù)先易后難原則逐一進行邏輯判斷，逐項逼近，最終找出故障原因和引起故障的具體條件。故障診斷過程中要求維修人員具有液壓系統(tǒng)基礎(chǔ)知識和較強的分析能力，方可保證診斷的效率和準確性。但診斷過程較繁瑣，須經(jīng)過大量的檢查，驗證工作，而且只能是定性地分析，診斷的故障原因不夠準確。第24頁，共36頁，2022年，5月20日，6點39分，星期五二、液壓支架基本知識

（一）工作原理液壓支架是以高壓液體為動力，由液壓元件（液壓缸和液壓閥）與金屬結(jié)構(gòu)件組成的一種用來支護和管理頂板的設(shè)備。液壓支架的兩個基本動作是升降和推移。利用乳化泵站提供的高壓乳化液體，通過立柱、推移千斤頂來完成各種動作。升降指液壓支架升起支撐頂板到下降脫離頂板整個工作過程，這個工作過程包括初撐、承載、降架三個動作階段。綜采工作面布置簡圖：第25頁，共36頁，2022年，5月20日，6點39分，星期五第26頁，共36頁，2022年，5月20日，6點39分，星期五（二）工作特點通過立柱產(chǎn)生的初撐力給頂板以足夠支撐力，支撐住頂板，使之不過早離層和下沉。隨著頂板壓力，當達到安全閥調(diào)定值時，即為額定工作阻力，安全閥開啟泄液，當液壓小于安全閥調(diào)定值時，安全閥關(guān)閉，立柱繼續(xù)承受額定工作阻力（略受立柱傾斜度影響）第27頁，共36頁，2022年，5月20日，6點39分，星期五（三）組成液壓支架由四大部分組成：承載結(jié)構(gòu)件、執(zhí)行元件、控制和操作元件、輔助裝置。承載結(jié)構(gòu)件有頂梁、底座、掩護梁、前后連桿等，是承載壓力穩(wěn)固支架的承載部件；執(zhí)行元件有立柱和各種千斤頂，其性能的好壞直接影響液壓支架的工作性能和壽命，所以是液壓支架的關(guān)鍵部件；控制和操作元件有操縱閥、液控單向閥、安全閥等各類控制閥。擔負著液壓支架各個動作的操作、控制任務(wù)，是液壓支架的關(guān)鍵部件。輔助裝置，是指除以上三類外的如側(cè)護裝置、防滑防倒裝置、護幫裝置和噴霧裝置等。其中液壓支架的液壓元件包括上面提到的執(zhí)行元件、控制元件，其他液壓元件還有過濾器、高壓膠管等。第28頁，共36頁，2022年，5月20日，6點39分，星期五第29頁，共36頁，2022年，5月20日，6點39分，星期五支架故障診斷1、升架后立柱壓力不能維持，接頭“O”型圈或立柱元件泄露，更換泄露的密封、立柱密封損壞，更換立柱，立柱安全閥故障，更換安全閥。從液控單向閥或安全閥與立柱的結(jié)合面泄露，更換泄露的密封。2、手動降架失敗，操縱閥故障，更換操縱閥。立柱液控單向閥故障更換液控單向閥。3、支架移動緩慢，液管堵塞，清理液管。過濾器堵塞，更換或清洗支架過濾器。第30頁，共36頁，2022年，5月20日，6點39分，星期五泄漏是目前液壓支架液壓系統(tǒng)普遍存在的現(xiàn)象，主要是由于液體在液壓元件和管路中流動時產(chǎn)生壓力差及各元件存在間隙等，引起泄漏。另外，礦井內(nèi)惡劣工況條件也會對液壓支架的密封產(chǎn)生一定的影響。液壓系統(tǒng)一旦泄漏，將會造成液壓支架動作不靈敏，影響生產(chǎn)效率，嚴重時造成支架癱瘓，影響安全，甚至產(chǎn)生嚴重后果。下面針對液壓支架的液壓系統(tǒng)泄漏原因進行分析并提出防治對策。2泄漏的分類液壓系統(tǒng)的泄漏按泄漏部位分主要有2種，即固定密封處泄漏和運動密封處泄漏。固定密封處泄漏的部位主要包括缸底、各管接頭的連接處等運動密封處泄漏的部位主要包括活塞桿部位、液壓閥閥桿部位。從油液泄漏的形式上可分為外泄漏和內(nèi)泄漏。外泄漏主要是指乳化液體從系統(tǒng)泄漏到環(huán)境中內(nèi)泄漏是指由于高低壓側(cè)壓力差存在以及密封件失效等原因，使乳化液在系統(tǒng)內(nèi)部由高壓側(cè)流向低壓側(cè)。第31頁，共36頁，2022年，5月20日，6點39分，星期五3影響泄漏的原因3.1設(shè)計因素(1)密封件的選擇液壓系統(tǒng)的可靠性，在很大程度上取決于液壓系統(tǒng)密封的設(shè)計和密封件的選擇，由于設(shè)計中密封結(jié)構(gòu)選用不合理，密封件的選用不合乎規(guī)范，在設(shè)計中沒有考慮到乳化液與密封材料的相容形式、負載情況、極限壓力、工作速度大小、環(huán)境溫度的變化等。這些都在不同程度上直接或間接造成液壓系統(tǒng)泄漏。另外，由于在液壓支架的使用境中具有煤塵和雜質(zhì)，所以在設(shè)計中要選用合適的防塵密封，避免塵埃等污物進人系統(tǒng)破壞密封、污染油液，從而產(chǎn)生泄漏。(2)其他設(shè)計原因設(shè)計中考慮到運動表面的幾何精度和粗糙度不夠全面，以及在設(shè)計中沒有進行連接部位強度校核等，這些都會在液壓系統(tǒng)工作中引起泄漏。第32頁，共36頁，2022年，5月20日，6點39分，星期五3.2制造和裝配因素(1)制造因素所有的液壓元件及密封部件都有嚴格的尺寸公差、表面處理、表面光潔度及形位公差等要求。如果在制造過程中超差，例如液壓缸的活塞半徑、密封槽深度或?qū)挾?、裝密封圈的孔尺寸超差或因加工問題而造成失圓，本身有毛刺或有洼點、鍍