液壓系統(tǒng)相關的介紹(2009,4.15)王龍

液壓系統(tǒng)相關的基礎介紹王龍目錄1.液壓傳動液壓傳動基礎知識2.液壓動力元件

3.液壓執(zhí)行元件4.液壓控制閥5.輔助裝置6.液壓基本回路一液壓傳動液壓傳動基礎知識1）工作介質性質

1.密度ρ

ρ=m/V[kg/m3]一般礦物油的密度為850~950kg/m32、重度γ

γ=G/V[N/m3]

一般礦物油的重度為8400~9500N/m3

因G=mg所以γ=G/V=ρg3、液體的不可壓縮性當液體受壓力作用二體積減小的特性稱為液體的可壓縮性。4、

流體的粘性液體在外力作用下流動時，由于液體分子間的內聚力而產生一種阻礙液體分子之間進行相對運動的內摩擦力，液體的這種產生內摩擦力的性質稱為液體的粘性。2).流體的粘度通常有三種不同的測試單位。1.絕對粘度μ。絕對粘度又稱動力粘度，它直接表示流體的粘性即內摩擦力的大小。2.運動粘度ν。運動粘度是絕對粘度μ與密度ρ的比值：ν=μ/ρ;常用它來表示幾號液壓油;3.相對粘度。相對粘度是以相對于蒸餾水的粘性的大小來表示該液體的粘性的。相對粘度又稱條件粘度。3）對液壓油粘度的影響1.壓力對粘度的影響。在一般情況下，壓力對粘度的影響比較小，在工程中當壓力低于5MPa時，粘度值的變化很小，可以不考慮。當液體所受的壓力加大時，分子之間的距離縮小，內聚力增大，其粘度也隨之增大。因此，在壓力很高以及壓力變化很大的情況下，粘度值的變化就不能忽視。2.溫度對粘度的影響。液壓油粘度對溫度的變化是十分敏感的，當溫度升高時，其分子之間的內聚力減小，粘度就隨之降低。4）對液壓傳動工作介質的要求

液壓油是液壓傳動系統(tǒng)的重要組成部分，是用來傳遞能量的工作介質。除了傳遞能量外，它還起著潤滑運動部件和保護金屬不被銹蝕的作用。液壓油的質量及其各種性能將直接影響液壓系統(tǒng)的工作。從液壓系統(tǒng)使用油液的要求來看，有下面幾點：1.適宜的粘度和良好的粘溫性能一般液壓系統(tǒng)所用的液壓油其粘度范圍為：ν=11.5×10-6～35.3×10-6m2/s(2～5°E50)2.潤滑性能好在液壓傳動機械設備中，除液壓元件外，其他一些有相對滑動的零件也要用液壓油來潤滑，因此，液壓油應具有良好的潤滑性能。為了改善液壓油的潤滑性能，可加入添加劑以增加其潤滑性能。3.良好的化學穩(wěn)定性即對熱、氧化、水解、相容都具有良好的穩(wěn)定性。4.對液壓裝置及相對運動的元件具有良好的潤滑性5.對金屬材料具有防銹性和防腐性6.比熱、熱傳導率大，熱膨脹系數小7.抗泡沫性好，抗乳化性好8.油液純凈，含雜質量少9.流動點和凝固點低，閃點(明火能使油面上油蒸氣內燃，但油本身不燃燒的溫度)和燃點高此外，對油液的無毒性、價格便宜等，也應根據不同的情況有所要求。5）.對液壓油的保護造成液壓油污染的原因多而復雜，液壓油自身又在不斷地產生臟物，因此要徹底解決液壓油的污染問題是很困難的。為了延長液壓元件的壽命，保證液壓系統(tǒng)可靠地工作，將液壓油的污染度控制在某一限度以內是較為切實可行的辦法。對液壓油的污染控制工作主要是從兩個方面著手：一是防止污染物侵入液壓系統(tǒng)；二是把已經侵入的污染物從系統(tǒng)中清楚出去。為防止油液污染，在實際工作中應采取如下措施：(1)

使液壓油在使用前保持清潔。來的液壓油看上去很清潔，其實很“臟”，必須將其靜放數天后經過濾加入液壓系統(tǒng)中使用。(2)使液壓系統(tǒng)在裝配后、運轉前保持清潔。(3)使液壓油在工作中保持清潔。(4)采用合適的濾油器。這是控制液壓油污染的重要手段。應根據設備的要求，在液壓系統(tǒng)中選用不同的過濾方式，不同的精度和不同的結構的濾油器，并要定期檢查和清洗濾油器和油箱。(5)定期更換液壓油。更換新油前，油箱必須先清洗一次，系統(tǒng)較臟時，可用煤油清洗，排盡后注入新油。(6)控制液壓油的工作溫度。液壓油的工作溫度過高對液壓裝置不利，液壓油本身也會加速化變質，產生各種生成物，縮短它的使用期限，一般液壓系統(tǒng)的工作溫度最好控制在65℃以下，機床液壓系統(tǒng)則應控制在55℃以下。

靜壓傳遞原理應用實例

二液壓動力元件液壓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。1.液壓泵的工作原理

液壓泵都是依靠密封容積變化的原理來進行工作的，故一般稱為容積式液壓泵，圖3-1所示的是一單柱塞液壓泵的工作原理圖，圖中柱塞2裝在缸體3中形成一個密封容積a，柱塞在彈簧4的作用下始終壓緊在偏心輪1上。原動機驅動偏心輪1旋轉使柱塞2作往復運動，使密封容積a的大小發(fā)生周期性的交替變化。當a有小變大時就形成部分真空，使油箱中油液在大氣壓作用下，經吸油管頂開單向閥6進入油箱a而實現吸油；反之，當a由大變小時，a腔中吸滿的油液將頂開單向閥5流入系統(tǒng)而實現壓油。這樣液壓泵就將原動機輸入的機械能轉換成液體的壓力能，原動機驅動偏心輪不斷旋轉，液壓泵就不斷地吸油和壓油。2.齒輪泵

齒輪泵是液壓系統(tǒng)中廣泛采用的一種液壓泵,它一般做成定量泵,按結構不同,齒輪泵分為外嚙合齒輪泵和內嚙合齒輪泵,而以外嚙合齒輪泵應用最廣。3.齒輪泵的困油問題

到兩嚙合點處于節(jié)點兩側的對稱位置時〔見圖3-5(b)〕,封閉容積為最小,齒輪再繼續(xù)轉動時,封閉容積又逐漸增大,直到圖3-5(c)所示位置時,容積又變?yōu)樽畲?。在封閉容積減小時,被困油液受到擠壓,壓力急劇上升,使軸承上突然受到很大的沖擊載荷,使泵劇烈振動,這時高壓油從一切可能泄漏的縫隙中擠出,造成功率損失,使油液發(fā)熱等。

4.柱塞泵

柱塞泵是靠柱塞在缸體中作往復運動造成密封容積的變化來實現吸油與壓油的液壓泵，與齒輪泵和葉片泵相比，這種泵有許多優(yōu)點。首先，構成密封容積的零件為圓柱形的柱塞和缸孔，加工方便，可得到較高的配合精度，密封性能好，在高壓工作仍有較高的容積效率；第二，只需改變柱塞的工作行程就能改變流量，易于實現變量；第三，柱塞泵中的主要零件均受壓應力作用，材料強度性能可得到充分利用。由于柱塞泵壓力高，結構緊湊，效率高，流量調節(jié)方便，故在需要高壓、大流量、大功率的系統(tǒng)中和流量需要調節(jié)的場合，如龍門刨床、拉床、液壓機、工程機械、礦山冶金機械、船舶上得到廣泛的應用。柱塞泵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。5.軸向柱塞泵的工作原理工作原理1—缸體2—配油盤3—柱塞4—斜盤5—傳動軸6—彈簧6.泵體

7.液壓泵的噪聲

噪聲對人們的健康十分有害,隨著工業(yè)生產的發(fā)展,工業(yè)噪聲對人們的影響越來越嚴重,已引起人們的關注。目前液壓技術向著高壓、大流量和高功率的方向發(fā)展,產生的噪聲也隨之增加,而在液壓系統(tǒng)中的噪聲,液壓泵的噪聲占有很大的比重。因此,研究減小液壓系統(tǒng)的噪聲,特別是液壓泵的噪聲,已引起液壓界廣大工程技術人員、專家學者的重視。1）產生噪聲的原因

1)泵的流量脈動和壓力脈動,造成泵構件的振動。這種振動有時還可產生諧振。諧振頻率可以是流量脈動頻率的2倍、3倍或更大,泵的基本頻率及其諧振頻率若和機械的或液壓的自然頻率相一致,則噪聲便大大增加。研究結果表明,轉速增加對噪聲的影響一般比壓力增加還要大。(2)泵的工作腔從吸油腔突然和壓油腔相通,或從壓油腔突然和吸油腔相通時,產生的油液流量和壓力突變,對噪聲的影響甚大。(3)空穴現象。當泵吸油腔中的壓力小于油液所在溫度下的空氣分離壓時,溶解在油液中的空氣要析出而變成氣泡,這種帶有氣泡的油液進入高壓腔時,氣泡被擊破,形成局部的高頻壓力沖擊,從而引起噪聲。(4)泵內流道具有截面突然擴大和收縮、急拐彎,通道截面過小而導致液體紊流、旋渦及噴流,使噪聲加大。(5)由于機械原因,如轉動部分不平衡、軸承不良、泵軸的彎曲等機械振動引起的機械噪聲。2）.降低噪聲的措施

(1)消除液壓泵內部油液壓力的急劇變化。(2)為吸收液壓泵流量及壓力脈動,可在液壓泵的出口裝置消音器。(3)裝在油箱上的泵應使用橡膠墊減振。(4)壓油管的一段用橡膠軟管,對泵和管路的連接進行隔振。(5)防止泵產生空穴現象,可采用直徑較大的吸油管,減小管道局部阻力;采用大容量的吸油濾油器,防止油液中混入空氣;合理設計液壓泵,提高零件剛度。

8.液壓系統(tǒng)中常用液壓泵的性能比較

三.液壓馬達

液壓馬達是把液體的壓力能轉換為機械能的裝置，從原理上講，液壓泵可以作液壓馬達用，液壓馬達也可作液壓泵用。但事實上同類型的液壓泵和液壓馬達雖然在結構上相似，但由于兩者的工作情況不同，使得兩者在結構上也有某些差異。

1.斜盤式軸向柱塞馬達的工作原理圖

當壓力油進入液壓馬達的高壓腔之后，工作柱塞便受到油壓作用力為pA(p為油壓力，A為柱塞面積)，通過滑靴壓向斜盤，其反作用為N。N力分解成兩個分力，沿柱塞軸向分力p，與柱塞所受液壓力平衡；另一分力F，與柱塞軸線垂直向上，它與缸體中心線的距離為r，這個力便產生驅動馬達旋轉的力矩。F力的大小為：F=pAtanγ式中：γ為斜盤的傾斜角度(°)。四.

液壓缸

1.

下面分別介紹幾種常用的液壓缸。1）活塞式液壓缸活塞式液壓缸根據其使用要求不同可分為雙桿式和單桿式兩種。2）柱塞缸如圖4-8(a)所示為柱塞缸，它只能實現一個方向的液壓傳動，反向運動要靠外力。若需要實現雙向運動，則必須成對使用。如圖4-8(b)所示，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，它特別適用于行程較長的場合。柱塞缸輸出的推力和速度各為：F=pA=pπd2/4υi=q/A=4q/πd22.液壓缸的典型結構和組成

1—耳環(huán)2—螺母3—防塵圈4、17—彈簧擋圈5—套6、15—卡鍵7、14—O形密封圈8、12—Y形密封圈9—缸蓋兼導向套10—缸筒11—活塞13—耐磨環(huán)16—卡鍵帽18—活塞桿19—襯套20—缸底五.液壓控制閥

1.液壓閥的作用

液壓閥是用來控制液壓系統(tǒng)中油液的流動方向或調節(jié)其壓力和流量的，因此它可分為方向閥、壓力閥和流量閥三大類。一個形狀相同的閥，可以因為作用機制的不同，而具有不同的功能。壓力閥和流量閥利用通流截面的節(jié)流作用控制著系統(tǒng)的壓力和流量，而方向閥則利用通流通道的更換控制著油液的流動方向。這就是說，盡管液壓閥存在著各種各樣不同的類型，它們之間還是保持著一些基本共同之點的。例如：（1）在結構上，所有的閥都有閥體、閥芯（轉閥或滑閥）和驅使閥芯動作的元、部件（如彈簧、電磁鐵）組成。（2）在工作原理上，所有閥的開口大小，閥進、出口間壓差以及流過閥的流量之間的關系都符合孔口流量公式，僅是各種閥控制的參數各不相同而已。1)液壓閥的分類

2.方向控制閥a.單向閥1)普通單向閥普通單向閥的作用，是使油液只能沿一個方向流動，不許它反向倒流。圖所示是一種管式普通單向閥的結構。壓力油從閥體左端的通口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。但是壓力油從閥體右端的通口P2流入時，它和彈簧力一起使閥芯錐面壓緊在閥座上，使閥口關閉，油液無法通過。單向閥的職能符號圖。2)液控單向閥圖（a）所示是液控單向閥的結構。當控制口K處無壓力油通入時，它的工作機制和普通單向閥一樣；壓力油只能從通口P1流向通口P2，不能反向倒流。當控制口K有控制壓力油時，因控制活塞1右側a腔通泄油口，活塞1右移，推動頂桿2頂開閥芯3，使通口P1和P2接通，油液就可在兩個方向自由通流。圖（b）所示是液控單向閥的職能符號。

b.換向閥

換向閥利用閥芯相對于閥體的相對運動，使油路接通、關斷，或變換油流的方向，從而使液壓執(zhí)行元件啟動、停止或變換運動方向。1）轉閥圖（a）所示為轉動式換向閥（簡稱轉閥）的工作原理圖。該閥由閥體1、閥芯2和使閥芯轉動的操作手柄3組成，在圖示位置，通口P和A相通、B和T相通；當操作手柄轉換到“止”位置時，通口P、A、B和T均不相通，當操作手柄轉換到另一位置時，則通口P和B相通，A和T相通。（b）所示是它的職能符號。2）滑閥式換向閥閥體和滑動閥芯是滑閥式換向閥的結構主體。表5—3所示是其最常見的結構形式。由表可見，閥體上開有多個通口，閥芯移動后可以停留在不同的工作位置上;3）滑閥的操縱方式(a)手動式(b)機動式(c)電磁動(d)彈簧控制(e)液動(f)液壓先導控制(g)電液控制例1一般手動換向閥的結構1—手柄2—閥芯3—彈簧〖JZ〗〗3）.機能4.閥卡死滑閥的液壓卡緊現象。一般滑閥的閥孔和閥芯之間有很小的間隙，當縫隙均勻且縫隙中有油液時，移動閥芯所需的力只需克服粘性摩擦力，數值是相當小的。但在實際使用中，特別是在中、高壓系統(tǒng)中，當閥芯停止運動一段時間后(一般約5min以后)，這個阻力可以大到幾百牛頓，使閥芯很難重新移動。這就是所謂的液壓卡緊現象。更多的是由太臟。5.壓力控制閥

1）普通直動式溢流閥

溢流閥的主要作用是對液壓系統(tǒng)定壓或進行安全保護。幾乎在所有的液壓系統(tǒng)中都需要用到它，其性能好壞對整個液壓系統(tǒng)的正常工作有很大影響。溢流閥是利用被控壓力作為信號來改變彈簧的壓縮量，從而改變閥口的通流面積和系統(tǒng)的溢流量來達到定壓目的的。當系統(tǒng)壓力升高時，閥芯上升，閥口通流面積增加，溢流量增大，進而使系統(tǒng)壓力下降。如果提高被控壓力，一方面可用減小閥芯的面積來達到，另一方面則需增大彈簧力，因受結構限制，需采用大剛度的彈簧或調節(jié)彈簧壓縮量；2）替它溢流閥先導式溢流閥3）溢流閥的性能溢流閥的性能包括溢流閥的靜態(tài)性能和動態(tài)性能，在此作一簡單的介紹。（1）①壓力調節(jié)范圍。②啟閉特性。③卸荷壓力。(2)動態(tài)性能。壓力超調量Δp，一個性能良好的溢流閥，其≤10%～30%；t1稱之為響應時間；t2稱之為過渡過程時間。顯然，t1越小，溢流閥的響應越快；t2越小，溢流閥的動態(tài)過渡過程時間越短，性能越好；

6.減壓閥減壓閥是使出口壓力(二次壓力)低于進口壓力(一次壓力)的一種壓力控制閥。其作用是降低液壓系統(tǒng)中某一回路的油液壓力，使用一個油源能同時提供兩個或幾個不同壓力的輸出。減壓閥在各種液壓設備的夾緊系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)和控制系統(tǒng)中應用較多。此外，當油液壓力不穩(wěn)定時，在回路中串入一減壓閥可得到一個穩(wěn)定的較低的壓力。根據減壓閥所控制壓力方式de不同，它可分為定值輸出減壓閥、定差減壓閥和定比減壓閥。2）.減壓閥1.定值減壓閥減壓閥保持出口壓力基本不變

P1口是進油口，P2口是出油口，閥不工作時，閥芯在彈簧作用下處于最下端位置，閥的進、出油口是相通的，亦即閥是常開的。若出口壓力增大，使作用在閥芯下端的壓力大于彈簧力時，閥芯上移，關小閥口，這時閥處于工作狀態(tài)。若忽略其他阻力，僅考慮作用在閥芯上的液壓力和彈簧力相平衡的條件，則可以認為出口壓力基本上維持在某一定值——調定值上。這時如出口壓力減小，閥芯就下移，開大閥口，閥口處阻力減小，壓降減小，使出口壓力回升到調定值；反之，若出口壓力增大，則閥芯上移，關小閥口，閥口處阻力加大，壓降增大，使出口壓力下降到調定值。論證定值減壓閥的訂出壓力不變原因理想的減壓閥在進口壓力、流量發(fā)生變化或出口負載增加，其出口壓力p2總是恒定不變。但實際上，p2是隨p1、q的變化，或負載的增大而有所變化。當忽略閥芯的自重和摩擦力，當穩(wěn)態(tài)液動力為Fbs時，閥芯上的力平衡方程為：p2AR+Fbs=ks(xc+xR)(5-7)式中：ks為彈簧剛度；xc為當閥芯開口xR=0時彈簧的預壓縮量，p2=ks(xc+xR)-Fbs/AR(5-8)若忽略液動力Fbs，且xR≤xc時，則有：p2≈ksxc/AR=常數(5-9)這就是減壓閥出口壓力可基本上保持定值的原因。2.定比減壓閥定比減壓閥能使進、出油口壓力的比值維持恒定。閥芯在穩(wěn)態(tài)時忽略穩(wěn)態(tài)液動力、閥芯的自重和摩擦力時可得到力平衡方程為：

p1A1+ks(xc+xR)=p2A2式中：ks為閥芯下端彈簧剛度；xc是閥口開度為xR=0時的彈簧的預壓縮量；其它符號如圖所示。若忽略彈簧力(剛度較小)，則有(減壓比)：p2/p1=A1/A2

可見，選擇閥芯的作用面積A1和A2，便可得到所要求的壓力比，且比值近似恒定。3.定差減壓閥定差減壓閥是使進、出油口之間的壓力差等于或近似于不變的減壓閥。高壓油p1經節(jié)流口xR減壓后以低壓p2流出，同時，低壓油經閥芯中心孔將壓力傳至閥芯上腔，則其進、出油液壓力在閥芯有效作用面積上的壓力差與彈簧力相平衡。Δp=p1-p2=ks(xc+xR)/(π/4(D2-d2))式中：xc為當閥芯開口xR=0時彈簧(其彈簧剛度為ks)的預壓縮量；只要盡量減小彈簧剛度ks和閥口開度xR，就可使壓力差Δp近似地保持為定值。

2）順序閥

順序閥是用來控制液壓系統(tǒng)中各執(zhí)行元件動作的先后順序。依控制壓力的不同，順序閥又可分為內控式和外控式兩種。前者用閥的進口壓力控制閥芯的啟閉，后者用外來的控制壓力油控制閥芯的啟閉(即液控順序閥)。順序閥也有直動式和先導式兩種，前者一般用于低壓系統(tǒng)，后者用于中高壓系統(tǒng)。順序閥和溢流閥的結構基本相似，不同的只是順序閥的出油口通向系統(tǒng)的另一壓力油路，而溢流閥的出油口通油箱。此外，由于順序閥的進、出油口均為壓力油，所以它的泄油口L必須單獨外接油箱。3）.壓力繼電器

壓力繼電器1—柱塞2—杠桿3—彈簧4—開關

6.流量控制閥

液壓系統(tǒng)中執(zhí)行元件運動速度的大小,由輸入執(zhí)行元件的油液流量的大小來確定。流量控制閥就是依靠改變閥口通流面積(節(jié)流口局部阻力)的大小或通流通道的長短來控制流量的液壓閥類。常用的流量控制閥有普通節(jié)流閥、壓力補償和溫度補償調速閥、溢流節(jié)流閥和分流集流閥等。q=KAΔpm1）.

2）.調速閥和溫度補償調速閥

普通節(jié)流閥由于剛性差，在節(jié)流開口一定的條件下通過它的工作流量受工作負載（亦即其出口壓力）變化的影響，不能保持執(zhí)行元件運動速度的穩(wěn)定，因此只適用于工作負載變化不大和速度穩(wěn)定性要求不高的場合，由于工作負載的變化很難避免，為了改善調速系統(tǒng)的性能，通常是對節(jié)流閥進行補償，即采取措施使節(jié)流閥前后壓力差在負載變化時始終保持不變。由q=KApm可知，當p基本不變時，通過節(jié)流閥的流量只由其開口量大小來決定，使p基本保持不變的方式有兩種：一種是將定壓差式減壓閥與節(jié)流閥并聯起來構成調速閥；另一種是將穩(wěn)壓溢流閥與節(jié)流閥并聯起來構成溢流節(jié)流閥。這兩種閥是利用流量的變化所引起的油路壓力的變化，通過閥芯的負反饋動作來自動調節(jié)節(jié)流部分的壓力差，使其保持不變。六輔助裝置液壓系統(tǒng)中的輔助裝置，如蓄能器、濾油器、油箱、熱交換器、管件等，對系統(tǒng)的動態(tài)性能、工作穩(wěn)定性、工作壽命、噪聲和溫升等都有直接影響，必須予以重視。

1）.蓄能器在液壓回路中的安放位置隨其功用而不同：吸收液壓沖擊或壓力脈動時宜放在沖擊源或