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1、液压系统检维修技术与典 型故障分析 设备维护人员培训教材 绪论 液压油液 设备维护人员培训教材 液压与气压传动 的工作原理和特征 n力的传递遵循帕斯卡原理 np2 F2 A2 F1 p1A1 p2A1 pA1 n液压与气动系统的工作压力取决于外负载 n运动的传递遵照容积变化相等的原则 ns1A1 s2A2 nq1 v1A1 v2A2 q2 n执行元件的运动速度取决于流量 n压力和流量是液压与气压传动中的两个最基本的参数 n 液压与气压传动是以流体 液压油液或压縮空气 为工作介质 进行能量传递和控制的一种传动形式 以液压千斤顶为例来简述液压传动的工作原理 设备维护人员培训教材 典型液压系统原理
2、图形符号图 在机床工作台液 压系统中 电机带 动液压泵旋转 为 系统提供压力油 液压缸驱动工作台 作往复运动 换向 阀使工作台换向 节流阀与溢流阀共 同作用 调节工作 台的运动速度 再 加上油箱 管道 过滤器等保证了系 统正常工作 设备维护人员培训教材 液压与气压传动系统的组成 n能源装置 将机械能转换为流体压力能的装置 液 压泵或空气压縮机 n执行元件 将流体的压力能转换为机械能的元件 液压缸或气缸 液压马达或气马达 n控制元件 控制系统压力 流量 方 向的元件以及 进行信号转换 逻辑运算和放大等功能的信号控制元 件 如溢流阀 节流阀 方向阀等 n辅助元件 保证系统正常工作除上述三种元件外的
3、 装置 如油箱 过滤器 蓄能器 油雾器 消声器 管件等 设备维护人员培训教材 液压与气压传动的优缺点 n布置方便灵活 n无级调速 调速范围可达2000 1 n传动平稳 易于实现快速启动 制动和频繁换向 n操作控制方便 易于实现自动控制 中远距离控 制和过载保护 n标准化 系列化 通用化程度高 有利于縮短设 计周期 制造周期和降低成本 n传动效率不高 维护要求较高 设备维护人员培训教材 液压与气压传动 的应用和发展概况 n液压与气动技术应用在机床 工程机械 冶金机械 塑料机械 农林机械 汽车 船舶 航天航空等国民经济各行各业 是 自动化技术不可缺少的手段 n元件小型化 系统集成化 机电液 气 一
4、体化是液压与气动技术的必然发展趋势 元件与系统的CAD CAT与计算机实时 控制是当前的发展方向 设备维护人员培训教材 液压油液的性质 n密度 一般认为液压油的密度为900kg m3 n可压缩性 对于一般液压系统 可认为油液是不可压缩的 n粘性 液体流动时分子之间产生的一种内摩擦力 用动力粘 度 运动粘度 相对粘度来度量 动力粘度表征液体粘性的内摩擦系数 F A du dy 运动粘度 没有明确的物理意义 但是工程 实际中常用的物理量 相对粘度又称条件粘度 我国采用恩氏粘度 E 粘度随着温度升高而显著下降 粘温特性 粘度随压力升高而变大 粘压特性 设备维护人员培训教材 对液压油液的要求和分类 对
5、液压油液的要求 n粘温特性好 n有良好的润滑性 n成分要纯净 n有良好的化学稳定 性 n抗泡沫性和抗乳化 性好 n材料相容性好 n无毒 价格便宜 液压油液分类 矿物性液压油 按照ISO规定 采用40 时油液的运动粘度 mm2 s 作为油液粘度牌号 共分为10 15 22 32 46 68 100 150等8个等级 难燃液压液 乳化液 高水基液压液 海水或淡水 设备维护人员培训教材 液压油液的选用 n选用液压油液首先考虑的是粘度 选择时要注意 n液压系统的工作压力 压力高 要选择粘度较 大的液压油液 n环境温度 温度高 选用粘度较大的液压油液 n运动速度 速度高 选用粘度较低的液压油液 n液压泵
6、的类型 各类泵适用的粘度范围见书中 表1 4 液压泵概述 设备维护人员培训教材 n液压泵是液压系统的动力元件 将原动机 输入的机械能转换为压力能输出 为执行 元件提供压力油 n液压泵的性能好坏直接影响到液压系统的 工作性能和可靠性 n液压泵的基本工作原理 n液压泵的主要性能参数 n液压泵的分类和选用 n液压泵的图形符号 设备维护人员培训教材 液压泵基本工作原理 n以单柱塞泵为例 n组成 偏心轮 柱塞 弹簧 缸体 两个单向阀 柱塞 与缸体孔之间形成密闭容积 柱塞直径为d 偏心轮偏 心距为e n偏心轮旋转一转 柱塞上下 往复运动一次 向下运动吸 油 向上运动排油 n 泵每转一转排出的油液体 积称为
7、排量 排量只与泵的 结构参数有关 V S d 2 4 e d 2 2 设备维护人员培训教材 液压泵正常工作的三个必备条件 n必须具有一个由运动件和非运动件所构成 的密闭容积 n密闭容积的大小随运动件的运动作周期性 的变化 容积由小变大 吸油 由大变 小 压油 n密闭容积增大到极限时 先要与吸油腔隔 开 然后才转为排油 密闭容积减小到极 限时 先要与排油腔隔开 然后才转为吸 油 单柱塞泵是通过两个单向阀来实现这 一要求的 设备维护人员培训教材 液压泵的主要性能参数 n液压泵的压力 n工作压力 p 泵工作时的出口压力 大小取决 于负载 n额定压力 ps 正常工作条件下按实验标准连续 运转的最高压力
8、 n吸入压力 泵的进口处的压力 n液压泵的排量 流量和容积效率 n排量V 液压泵每转一转理论上应排除的油液体 积 又称为理论排量或几何排量 常用单位为 cm3 r 排量的大小仅与泵的几何尺寸有关 设备维护人员培训教材 n平均理论流量 q t 泵在单位时间内理论上排出的油 液体积 q t n v 单位为 m3 s 或 L min n实际流量 q 泵在单位时间内实际排出的油液体积 在泵的出口压力 0 时 因存在泄漏流量 q 因此q q t q n瞬时理论流量 qsh 任一瞬时理论输出的流量 一般 泵的瞬时理论流量是脉动的 即qsh q t n额定流量 q s 泵在额定压力 额定转速下允许连续 运转
9、的流量 n容积效率 v v q q t q t q q t 1 q qt 1 kp nV 式中 k 为泄漏系数 设备维护人员培训教材 n泵的功率和效率 n输入功率 P r 驱动泵轴的机械功率为泵的输入功率 P r T n输出功率 P 泵输出液压功率 P p q n总效率 p p P P r p q T v m 式中 m为机械效率 n泵的转速 n额定转速 n s 额定压力下能连续长时间正常运转的 最高转速 n最高转速 n max 额定压力下允许短时间运行的最高 转速 n最低转速n min 正常运转允许的最低转速 n转速范围 最低转速和最高转速之间的转速 设备维护人员培训教材 液压泵的分类和选用
10、n按运动部件的形状和运动方式分为齿轮泵 叶片泵 柱塞泵 螺杆泵 n齿轮泵又分外啮合齿轮泵和内啮合齿轮泵 n叶片泵又分双作用叶片泵 单作用叶片泵和凸轮转子泵 n柱塞泵又分径向柱塞泵和轴向柱塞泵 n按排量能否变量分定量泵和变量泵 n单作用叶片泵 径向柱塞泵和轴向柱塞泵可以作变量泵 n选用原则 n是否要求变量 要求变量选用变量泵 n工作压力 柱塞泵的额定压力最高 n工作环境 齿轮泵的抗污能力最好 n噪声指标 双作用叶片泵和螺杆泵属低噪声泵 n效率 轴向柱塞泵的总效率最高 设备维护人员培训教材 液压泵的图形符号 齿轮泵 设备维护人员培训教材 n 齿轮泵是利用齿轮啮合原理工作的 根据啮合形式不同分为外啮
11、合齿轮 泵和内啮合齿轮泵 因螺杆的螺旋面 可视为齿轮曲线作螺旋运动所形成的 表面 螺杆的啮合相当于无数个无限 薄的齿轮曲线的啮合 因此将螺杆泵 放在齿轮泵一起介绍 设备维护人员培训教材 外啮合齿轮泵 n结构组成 n一对几何参数完全相 同的齿轮 齿宽为B 齿数为z n泵体 n前后盖板 n长短轴 工作原理 动画 两啮合的轮齿将泵体 前 后盖板和齿轮包围的密闭 容积分成两部分 轮齿进 入啮合的一侧密闭容积减 小 经压油口排油 退出 啮合的一侧密闭容积增大 经吸油口吸油 设备维护人员培训教材 外啮合齿轮泵的排量公式 n V 2 z m 2 B z 齿数 m 齿轮模数 B 齿宽 n齿轮节圆直径一定时 为
12、增大泵的排量 应增大模数 减小齿数 n齿轮泵的齿轮多为修正齿轮 齿轮泵的瞬时理论流量是脉 动的 这是齿轮泵产生噪声的 主要根源 为减少脉动 可同 轴安装两套齿轮 每套齿轮之 间错开半个齿距 组成共压油 口和吸油口的两个分离的齿轮 泵 设备维护人员培训教材 外啮合齿轮泵的结构特点 n泄漏与间隙补偿措施 齿轮泵存在端面泄漏 径向 泄漏和轮齿啮合处泄漏 端面泄漏占80 85 端面间隙补偿采用静压平衡 措施 在齿轮和盖板之间增 加一个补偿零件 如浮动轴 套或浮动侧板 在浮动零件 的背面引入压力油 让作用 在背面的液压力稍大于正面 的液压力 其差值由一层很 薄的油膜承受 设备维护人员培训教材 液压径向力
13、及平衡措施 齿谷内的油液由吸油区的低压 逐步增压到压油区的高压 作 用在齿轮轴上液压径向力和轮 齿啮合力的合力 F K p B De K为系数 对主动齿轮K 0 75 对从动齿轮K 0 85 液压径向力的平衡措施之一 通过在 盖板上开设平衡槽 使它们分别与低 高 压腔相通 产生一个与液压径向力平衡的 作用 平衡径向力的措施都是以增加径向泄漏 为代价 设备维护人员培训教材 困油现象与卸荷措施 困油现象产生的原因 齿轮重迭系数 1 在两对轮 齿同时啮合时 它们之间将形成一个与吸 压油腔均 不相通的闭死容积 此闭死容积随齿轮转动其大小发 生变化 先由大变小 后由小变大 困油现象描述 设备维护人员培训
14、教材 困油现象的危害 闭死容积由大变小时油液受挤压 导 致压力冲击和油液发热 闭死容积由小变大时 会引起汽 蚀和噪声 n卸荷措施 在前后盖板或浮动轴套上开卸荷槽 n开设卸荷槽的原则 两槽间距a为最小闭死容积 而使闭 死容积由大变小时与压油腔相通 闭死容积由小变大时与 吸油腔相通 设备维护人员培训教材 内啮合齿轮泵 n工作原理 一对相互啮合 的小齿轮和内齿轮与侧板 所围成的密闭容积被齿啮 合线分割成两部分 当传 动轴带动小齿轮旋转时 轮齿脱开啮合的一侧密闭 容积增大 为吸油腔 轮 齿进入啮合的一侧密闭容 积减小 为压油腔 n特点 n无困油现象 n流量脉动小 噪声低 采取间隙补偿措施后 泵 的额定
15、压力可达30 MPa 设备维护人员培训教材 螺杆泵 n工作原理 相互啮 合的螺杆与壳体之间 形成多个密闭容积 每个密闭容积为一级 当传动轴带动主螺 杆顺时针旋转时 左 端密闭容积逐渐形成 容积增大为吸油腔 右端密闭容积逐渐 消失 容积减小为压 油腔 n特点 流量均匀 噪声低 自吸性能好 设备维护人员培训教材 选择液压泵的原则 n是否要求变量 径向柱塞泵 轴向柱塞泵 单作用叶片泵 是变量泵 n工作压力 柱塞泵压力31 5MPa 叶片泵压力6 3MPa 高压化以后可达16MPa 齿轮泵压力2 5MPa 高压化 以后可达21MPa n工作环境 齿轮泵的抗污染能力最好 n噪声指标 低噪声泵有内啮合齿轮
16、泵 双作用叶片泵和螺 杆泵 双作用叶片泵和螺杆泵的瞬时流量均匀 n效率 轴向柱塞泵的总效率最高 同一结构的泵 排量大 的泵总效率高 同一排量的泵在额定工况下总效率最高 叶片泵 设备维护人员培训教材 n叶片泵又分为双作用叶片泵和单作用叶片泵 双作用叶片泵只能作定量泵用 单作用叶片泵 可作变量泵用 n双作用叶片泵因转子旋转一周 叶片在转子叶 片槽内滑动两次 完成两次吸油和压油而得名 n单作用叶片泵转子每转一周 吸 压油各一次 故称为单作用 设备维护人员培训教材 双作用叶片泵 n结构组成 n定子 其内环由两 段大半径R 圆弧 两段小半径 r 圆弧 和四段过渡曲线组 成 n转子 铣有Z个叶 片槽 且与定子同 心 宽度为B n叶片 在叶片槽内 能自由滑动 n左 右配流盘 开 有对称布置的吸 压油窗口 n传动轴 设备维护人员培训教材 双作用叶片泵工作原理 n工作原理 由定子内环 转子外 圆和左右配流盘组成的密闭工作容积 被叶片分割为四部分 传动轴带动转 子旋转 叶片在离心力作用下紧贴定 子内表面 因定子内环由两段大半径 圆弧 两段小半径圆弧和四段过渡曲 线组成 故有两部分密闭容积将减小 受挤压的油
