液压传动工作原理及运行常见故障及处理

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1、安徽 液压传动液压传动 工作原理及运行工作原理及运行常见故障及处理常见故障及处理 液压技术是实现现代化机械传动与控制的关键技术之一。与其他传动技术相比较，具有结构紧 凑、反应灵敏、易实现操作自动化等特点，因而被广泛的应用。 液压系统工作时，液压泵把电动机传来的回转式机械能转变成油液的压力能，油液被输送到液 压缸（或液压马达）后即把此压力能转变为直线式（或回转式）的机械能输出。使用中控制液体介 质的压力、流量和流动方向，便可使工作机械获得所需要的运动特性。 液压传动与齿轮、链条、皮带等机械传动相比具有如下特点： (1)元件体积小、 重量轻、 组成系统可获得较大的力和力矩。 (2)容易 实现较大范

2、围的无极变速。 (3)容易实现过载保护和大功率传动。 (4)惯量小，运动平稳，可减少变速时的功率损失。 (5)液压马达与同等功率速比的电动机传动相比，重量可减轻30%50%左右。 (6)在油液中工作，元件自润滑作用，使用寿命长。 (7)元件易于实现标准化、系列化和通用化，有利于专业批量生产，提高产品质量和降低成本。 9.2 液压系统的组成及形式液压系统的组成及形式 9.2.1 液压系统的纽成液压系统的纽成 1-油泵；2-油缸；3-换向阀；4-溢流 阀；5-节流阀；6-滤油器；7-油箱 图1 简单液压系统图 图1是一个简单的液压系统。油泵l排出的压力油经换向阀3 进人油缸2的左腔,推动油缸内的活

3、塞向右移动,油缸右腔的油被 排出,经过换向阀3、节流阀5回到油箱7中。当换向阀变位后,油泵 排出的压力油经换向阀3进入油缸的右腔,推动油缸内的活塞向左 移动。油缸左腔的油被排出后,经换向阀3和节流阀5流回到油箱7 中。从而实现了油缸内活塞的往复运动。 从以上简单的液压系统中可以看出,为了满足各种各样的传 动要求,改善传动质量,以及人为地对传动装置加以控制,以满足 我们预想的传动效果,在液压传动系统中,我们还要加入各种各样 的控制元件及辅助元件。因此,一个完整的液压系统,由以下几个 部分组成: a.动力部分：用来将机械能转换为液压能。 b.执行部分：油缸、油马达,用来将液压能转换为机械能。 c.

4、控制部分:压力控制阀、 方向控制阀、 流量控制阀等,用来控制和调节液流,以满足对传动性能的 要 求。 d.工作介质:油液,用来传递能量。 e.辅助部分：油箱、滤油器、储能器、加热器、冷却器、管路、接头、液压表等。这些辅助元件对 安徽 于液压系统来讲,有些是必不可少的,如油箱、管路、管接头等；有些则是改善传动装置质量的,可以 根据具体情况来决定。 9.2.2 液压系统的形式液压系统的形式 按照液流循环方式的不同,液压传动系统可分为开式和闭式两种形式。 (1)开式油路 在开式系统中,油泵从油箱吸油，供液动机做功后,再排回油箱,这样的油路叫开式油路。 (2)开式油路的优缺点 优点：结构简单,散热良好

5、；油液可在油箱内 澄清。 缺点：油箱体积较大；空气与油液的接触机会较多。容易 渗入。 (3)闭式油路 在闭式油路中,油泵的出油管直接和液动机的进油管相通,而液动机的出油口又直接和油泵的进 油管相通,从而组成一个闭式油路,使油液在系统中循环。为了补偿系统的泄漏损失,因而常需附设一 只小型的辅助油泵和油箱,而小型辅助油泵的进油管与油箱相连,出油管与系统中油泵的进油管相连, 这样的油路我们就称之为闭式油路。 (4)闭式油路的优缺点 优点：油箱体积小,结构紧凑；空气进入油液的机会少,工作平稳；油泵可以直接控制油流方向, 并能允许能量反馈。 缺点：结构较复杂,散热条件较差；过滤精度要求较高。 9.3 常

6、用液压元件的特性及工作原理常用液压元件的特性及工作原理 9.3.1 油泵油泵 一般常用的油泵有:齿轮泵、 叶片泵、 柱塞泵。 按泵的流量特性,油泵可分为定量泵和变量泵两 种 类型。 定量泵指当油泵转速不变时,不能调节流量。 变量泵指当油泵转速不变时，通过变量机构的 调 节,可使泵具有不同的流量。 一般调节油泵流量的方式有:手动、 电动、 液动、 随动和压力补偿变 量等形 式。 齿轮泵一般均为定量式的,叶片泵和柱塞泵有定量式和变量式两种。 此外,对变量式泵, 按输油方 向又可分为单向变量泵和双向变量泵。 单向变量泵工作时,输油方向是不可变的；双向变量 泵工作时, 通过调节可以改变输出油流的方向。

7、 油泵是一个使机械能变为液体压力能的能量转换装置,油泵的特点是:其流量取决于工作空间的 可变容积的大小,与压力无关。压力仅通过泄露影响其流量。而其压力则主要取决工作空间的密封性 能及有关零部件承受载荷的能力。油泵的功率则决定于压力和流量的乘积。 油泵传动轴与电动机传动轴之间,一般采用弹性联轴器联接。 (1)齿轮泵 a.特性 1)齿轮泵分外啮合和内啮合两种。 外啮合齿轮泵结构简单,价格便宜,因此应用极其广泛。 内啮合齿 轮 泵制造复杂,采用较少,但由于其体积小,重量轻,流量均匀，效率高,寿命较长,因而是发展方向。 为 了提高泵的流量均匀性和运转稳定性,可采用螺旋齿轮或人字齿轮。 175 安徽 2

8、)齿轮泵的结构简单,价格便宜,工作可靠,维护方便,对于冲击负荷适应性好,旋转部分惯性小。但漏 油较多,轴承负荷较大,磨损较剧烈。 3)与叶片泵、柱塞泵相比,齿轮泵效率最低。吸油高度一般不大于500mm。 4)由于效率较低,压力不太高,流量不大,因而多用于速度中等,作用力不大的简单液压系统中,有时 也用来作辅助油泵。 b.工作原理 容积式液力机械有一个共同的特征,即靠密封的工作容积变化而进行工作,现用图2来说明其工 作原理。 齿轮泵在工作过程中,有吸油腔和压油腔,这两个腔就是密封 的工作容积。这两个腔分别用a和b来表示。 在泵的运转过程中,密封的工作容积应是变化的,泵才能工作。 当工作容积增大,

9、形成了吸油腔,才能吸油。当工作容积减小,形成 了压油腔,才能将油压出去。 当电动机带动两齿轮按图示方向旋转时,吸油腔是这样形成的: 在a腔，由于啮合着的齿按顺序退出啮合,退出啮合的齿间部分便构 成了自由的小空间,它使a腔容积增大,形成局部真空。此时, a腔压 力小于一个大气压,因此油池中的油液在外界大气压的作用下便进 入a腔,填满齿间部分的自由小空间,这样a腔就成了吸油腔。随着齿 图2 齿轮泵工作原理图 轮的旋转,各个齿间便将油液送到了b腔。 压油腔是这样形成的:齿轮的各齿在b腔按顺序进入啮合,这时 其中一个齿轮的一个齿便把另一个齿轮齿间内的液体挤出来,油液在齿的挤压中获得压力而形成油 压,并

10、从压油腔b压出。这样,齿轮泵就完成了整个吸压油过程。 由此可见,齿轮泵密封容积的变化,是靠齿轮在啮合过程中齿间容积的变化来实现的。 (2)叶片泵 a.特性 1)叶片泵分单作用非卸荷式(即转子转一圈,只有一次吸油与压油过程)和双作用卸荷式(即转子转一 圈有两次吸油与压油过程)两种。 前者转子和轴受单向力,承受较大弯矩,故称非卸荷式。 后者,泵的 吸 油孔与压油孔都是径向相对的,轴只受扭矩,不受弯矩,故称卸荷式。 单作用式叶片泵,由于可以采用改变定子与转子间偏心距的方法来调节流量,故一般适宜做成变 量泵。但相对运动部件多,泄漏较人。调节不便。不适用于高压。 双作用叶片泵，只能做成定量泵。 压力较高

11、,输油较均匀,应用广泛。 定量叶片泵可以做成单级 的, 双级的(两个泵的油路串联,压力为单级泵的两倍),双联的(两个泵的油路并联,采用共同轴传动, 可 获得多种流量),以及复合叶片泵(双联叶片泵加上控制阀组合而成)。 2）叶片泵结构紧凑,外形尺寸小,运转平稳,输油量均匀,脉动及噪音较小,耐久性好,使用寿命长(可 达70008000h)。价格较柱塞泵便宜。 3)叶片泵的效率一般比齿轮泵高。吸油高度一般不大于500mm 。 176 安徽 4)叶片泵一般用于中、快速度,作用力中等的液压系统中。中、小流量的叶片泵,常用在节流调节的 系统中；大流量的叶片泵,为了避免过大的损失,只用在非调节的液压系统中。

12、 b.工作原理 为了加深对叶片泵的认识和理解,我们通过图3和图4来看看叶片泵是怎样工作的。 1-泵体； 2-泵盖； 3-传动轴； 4-转子； 5-定子；6 、7-前后配流盘； 8-滚动轴承； 9-滑动轴承；10-叶片； 11-销子；12-环形槽； 13-孔；14-油窗口；15-进油口； 16-流道；17-压油窗口；18-出油口 图3 叶片泵结构图 转子4的外表面,定子5的内表面(由四段圆弧,四段过渡曲线组成)及两端面的前后配油盘6、7组 成 一 环 形 空间 。 由图 4 可 以看 出 , 叶片 19 、 20 、 21 、 22 将 环形 空 间 分为为 四 个 密 闭 的区 域 abcd,

13、cdef,efmn,mnab,它们通过配油盘上的窗口分别与吸油口及压油口相通。假 定转子的旋转方向 如图4所示,当叶片20沿内曲线外伸,使腔cbcd容积增大,而 叶片19沿内曲线内缩 使其容积减小,由于叶片20比叶片19 伸出的长度长,两者之差使腔abcd容积增大,与该腔对应的 efmn也是如此,该两腔便通过配油盘上的油窗口吸入油液。 转子继续旋转,当相邻两叶片转至两油窗 口之间时,其间的 容积与吸、压油窗口都不沟通。转子再继续旋转,叶片20、 22进入压油窗口区,由于内曲线的变化,使cdef,mnab两腔 容积减小,油压增大,油液便通过压油窗门排出。这就是从 吸油到排油的工作过程。转子继续旋

14、转,便重复上述过程, 产生连续的流量。 图4 叶片泵配油盘 配油盘油窗口上的三角形槽称之为卸荷槽,是当低压区 向高压区过渡时,用以消除液压冲击,避免噪音等。 (3)柱塞泵 a.特性 177 1）柱塞泵分轴向柱塞泵和径向柱塞泵两种。前者较后者有以下优点： 安徽 178 当功率和转速相同时，径向尺寸较小，结构紧凑，因而具有较小的惯性矩，单位功率所消耗的金属 少；转速高，压力大，功率较高；泵的径向作用小，变量调节方便。 2）有以下缺点： 轴向尺寸大；轴向作用力大，使推力轴承结构复杂化，加工工艺复杂，制造困难。 b.工作原理 轴向柱塞泵在生产中较常使用，在此我们重点介绍一下其工作原理。 轴向柱塞泵也是

15、 容积式油泵的一种，和叶片泵一样，靠密封容积的变化来工作。但它的结构和 叶片泵不一样，也就是说构成密封容积的条件不一样，因而也具有自己的特点。同研究叶片泵一样， 首先找出柱塞泵的密封容积，然后分析这个容积是如何变化的。请参看图5和6 柱塞、 缸体孔及配流盘构成密封的工作容积，后泵体和缸体相对球窝盘有一倾角。 在带动球窝 盘 的主轴旋转时，活塞杆及活塞就带动缸体同时转动。 因此在旋转时,柱塞相对缸体孔就要产生相对 的 轴向往复运动,这就引起工作容积的变化。 假定传动轴是顺时针旋转的,相对于A腔(见图6),柱塞向 外 运动,因此吸油。 相对于B腔,柱塞向里运动,因此压油。 在A、B腔之间时,柱塞孔

16、与两腔都不沟通, 保证 高、低压腔分离。 1-前泵体；2-后泵体；3-缸体；4-配流盘；5-柱塞；6-连杆；7-卡瓦；8-销子；9-滚针轴承； 10-双列滚针轴承；11-后泵体后盖；12-主轴；13-垫圆；14-压板；15-芯杆；16-蝶形弹簧； 17、18 -滚动轴承；19-定位销；20-推力轴承 图5 轴向柱塞泵结构图 当在后泵体及缸体未偏摆时(即变量摆角为0时),因为活塞与 缸体孔没有相对的轴向往复运动,此时油泵处于空运转状态。 当后泵体及缸体偏摆越大时(即变量摆角越大,但不大于25), 因为活塞与缸体孔的相对轴向往复运动的距离越大,容积的变化也 就越大。因此,油泵的流量越大。 当后泵体及缸体向另一方向偏摆时,对于某一个活塞与缸体孔 来讲,在旋转到某一位置时，由于活塞对缸体的相对轴向运动方向的 改变,从而使泵的吸油、压油的方向也就改变了。原来的吸油口变为压 油口,原来的压油口变为吸油口。当轴旋转一周时,对于一个活塞来讲, 179 图6 轴向柱寨泵配流盘 安徽 180 吸油一次,压油一次。 9.3.2 液压马达液压马达 液压马达(油马达)是一个使液压能转换为机械能的能量转