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1、液压原理 主讲 常用液压元件结构及原理分析 液压传动的定义 液压传动 Hydraulics 是以液体为工作介质 通过驱动装置将原动机的机械能转换为液压的压力能 然后通过管道 液压控制及调节装置等 借助执行装置 将液体的压力能转换为机械能 驱动负载实现直线或回转运动 那么 到底什么是液压传动呢 液压系统的构成 液压传动的工作原理 液体的压力能 传递动力 执行元件将液体的压力能 转换为机械能 驱动工作部件运动 一个完整的液压系统主要以下四部分组成 1 动力装置 2 执行元件 3 控制调节装置 4 辅助装置 液压传动系统的组成 动力元件 执行元件 系统压力 流量的控制 对压力 速度的控制 主要采用
2、电液比例 伺服技术 按照选用的液压元件 可将注塑机的压力 流量控制分为 节流控制容积控制 节流控制 节流控制指的是比例阀控制 按照节流原理来控制流入的流量或压力 其特点为 动作响应快 但功耗较大 容积控制 容积控制主要是指变量泵 通过液压阀控制变量泵的变量机构 调节变量泵的流量和压力 其特点是 节能效率高 液压传动系统的组成 从上图可以看出 液压传动是以液体作为工作介质来进行工作的 一个完整的液压传动系统由以下几部分组成 l 液压泵 动力元件 是将原动机所输出的机械能转换成液体压力能的元件 其作用是向液压系统提供压力油 液压泵是液压系统的心脏 2 执行元件 把液体压力能转换成机械能以驱动工作机
3、构的元件 执行元件包括液压缸和液压马达 3 控制元件 包括压力 方向 流量控制阀 是对系统中油液压力 流量 方向进行控制和调节的元件 如换向阀15即属控制元件 4 辅助元件 上述三个组成部分以外的其它元件 如 管道 管接头 油箱 滤油器等为辅助元件 液压泵 马达概述 泵的符号 液压泵 马达概述 马达的符号 液压泵 马达概述 2 1 1容积式泵 马达的工作原理 液压泵和液压马达工作的必需条件 1 必须有一个大小能作周期性变化的封闭容积 2 必须有配流动作 即封闭容积加大时吸入低压油封闭容积减小时排出高压油封闭容积加大时充入高压油封闭容积减小时排出低压油 3 高低压油不得连通 齿轮泵 齿轮泵是一种
4、常用的液压泵 它的主要优点是结构简单 制造方便 价格低廉 体积小 重量轻 自吸性好 对油液污染不敏感 工作可靠 其主要缺点是流量和压力脉动大 噪声大 排量不可调 齿轮泵被广泛地应用于采矿设备 冶金设备 建筑机械 工程机械和农林机械等各个行业 齿轮泵按照其啮合形式的不同 有外啮合和内啮合两种 外啮合齿轮泵应用较广 内啮合齿轮泵则多为辅助泵 2 2 1外啮合齿轮泵的结构及工作原理 外啮合齿轮泵的工作原理 排量 流量 外啮合齿轮泵的流量脉动 外啮合齿轮泵的问题和结构特点 2 2 1外啮合齿轮泵的结构及工作原理 泵主要由主 从动齿轮 驱动轴 泵体及侧板等主要零件构成 图2 3外啮合齿轮泵的工作原理1
5、泵体 2 主动齿轮 3 从动齿轮 泵体内相互啮合的主 从动齿轮与两端盖及泵体一起构成密封工作容积 齿轮的啮合点将左 右两腔隔开 形成了吸 压油腔 当齿轮按图示方向旋转时 右侧吸油腔内的轮齿脱离啮合 密封腔容积不断增大 构成吸油并被旋转的轮齿带入左侧的压油腔 左侧压油腔内的轮齿不断进入啮合 使密封腔容积减小 油液受到挤压被排往系统 这就是齿轮泵的吸油和压油过程 2 3叶片泵 单作用叶片泵 双作用叶片泵 2 3 1单作用叶片泵 2 3 1 1工作原理 图2 7为单作用叶片泵的工作原理 泵由转2 定子3 叶片4和配流盘等件组成 图2 7单作用叶片泵工作原理1 压油口 2 转子 3 定子 4 叶片 5
6、 吸油口 定子 定子的内表面是圆柱面 转子和定子中心之间存在着偏心 叶片在转子的槽内可灵活滑动 在转子转动时的离心力以及叶片根部油压力作用下 叶片顶部贴紧在定子内表面上 于是两相邻叶片 配油盘 定子和转子便形成了一个密封的工作腔 泵在转子转一转的过程中 吸油 压油各一次 故称单作用叶片泵 转子单方向受力 轴承负载大 改变偏心距 可改变泵排量 形成变量叶片泵 2 3 2 1工作原理 图中 当转子顺时针方向旋转时 密封工作腔的容积在左上角和右下角处逐渐增大 为吸油区 在左下角和右上角处逐渐减小 为压油区 吸油区和压油区之间有一段封油区将吸 压油区隔开 图2 12双作用叶片泵工作原理1 定子 2 压
7、油口 3 转子 4 叶片 5 吸油口 2 3 2 1工作原理 这种泵的转子每转一转 每个密封工作腔完成吸油和压油动作各两次 所以称为双作用叶片泵 图2 12双作用叶片泵工作原理1 定子 2 压油口 3 转子 4 叶片 5 吸油口 2 6 2液压泵的工作特点 液压泵的吸油腔压力过低将会产生吸油不足 异常噪声 甚至无法工作 液压泵的工作压力取决于外负载 为了防止压力过高 泵的出口常常要采取限压措施 变量泵可以通过调节排量来改变流量 定量泵只有用改变转速的办法来调节流量 液压泵的流量脉动 液压泵 困油现象 2 6液压泵及液压马达的工作特点 2 6 2液压马达的工作特点 马达应能正 反运转 因此 就要
8、求液压马达在设计时具有结构上的对称性 当液压马达的惯性负载大 转速高 并要求急速制动或反转时 会产生较高的液压冲击 应在系统中设置必要的安全阀或缓冲阀 由于内部泄漏不可避免 因此将马达的排油口关闭而进行制动时 仍会有缓惯的滑转 所以 需要长时间精确制动时 应另行设置防止滑转的制动器 某些型式的液压马达必须在回油口具有足够的背压才能保证正常工作 单向阀只允许经过阀的液流单方向流动 而不许反向流动 单向阀有普通单向阀和液控单向阀两种 5 2单向阀 5 2 1普通单向阀 正向导通 反向不通 单向阀的工作原理 2 对单向阀的要求 开启压力要小 能产生较高的反向压力 反向的泄漏要小 正向导通时 阀的阻力
9、损失要小 阀芯运动平稳 无振动 冲击或噪声 直角式单向阀的进出油口A P1 B P2 的轴线均和阀体轴线垂直 图5 11 a 所示的阀属于板式连接阀 阀体用螺钉固定在机体上 阀体的平面和机体的平面紧密贴合 阀体上各油孔分别和机体上相对应的孔对接 用 O 形密封圈使它们密封 上图所示的阀属于管式连接阀 此类阀的油口可通过管接头和油管相连 阀体的重量靠管路支承 因此阀的体积不能太大太重 直通式单向阀中的油流方向和阀的轴线方向相同 5 1 2液控单向阀 1 液控单向阀的工作原理和图形符号 1 简式内泄型液控单向阀 此类阀不带卸荷阀芯 无专门的泄油口 3 带卸荷阀的液控单向阀 若在控制口K加控制压力
10、先顶开卸荷阀芯3 B腔压力降低 活塞5继续上升并顶开主阀芯2 大量液流自B腔流向A腔 完成反向导通 此阀适用于反向压力很高的场合 4 液控单向阀符号 换向阀能改变液流方向 将换向阀与缸连接可以很方便地使缸的活塞改变运动方向 5 3换向阀 换向阀的类型有按阀的结构形式 滑阀式 转阀式 球阀式 锥阀式 按阀的操纵方式 手动式 机动式 电磁式 液动式 电液动式 气动式 按阀的工作位置数和控制的通道数 二位二通阀 二位三通阀 二位四通阀 三位四通阀 三位五通阀等 换向阀的工作原理 如下图 换向阀阀体2上开有4个通油口P A B T 换向阀的通油口永远用固定的字母表示 它所表示的意义如下 P 压力油口
11、A B 工作油口 T 回油口 P T B A 下图表示阀芯处于中位时的情况 此时从P口进来的压力油没有通路 A B两个油口也不和T口相通 下图表示人向一侧搬动控制手柄 阀芯左移 或者说阀芯处于左位的情况 此时P口和A口相通 压力油经P A到其它元件 从其它元件回来的油经B 阀芯中心孔 T回油箱 左位 下图表示人向另一侧搬动控制手柄阀芯右移 或者说阀芯处于右位时的情况 此时 从P口进来的压力油经P B到其它元件 从其它元件回来的油经A T回油箱 右位 5 3 1换向机能 5 3 1 1换向阀的 通 和 位 通 和 位 是换向阀的重要概念 不同的 通 和 位 构成了不同类型的换向阀 位 Posit
12、ion 一指阀芯的位置 通常所说的 二位阀 三位阀 是指换向阀的阀芯有两个或三个不同的工作位置 位 在符号图中用方框表示 所谓 二通阀 三通阀 四通阀 是指换向阀的阀体上有两个 三个 四个各不相通且可与系统中不同油管相连的油道接口 不同油道之间只能通过阀芯移位时阀口的开关来沟通 表5 1不同的 通 和 位 的滑阀式换向阀主体部分的结构形式和图形符号 表5 1中图形符号的含义如下 用方框表示阀的工作位置 有几个方框就表示有几 位 方框内的箭头表示油路处于接通状态 但箭头方向不一定表示液流的实际方向方框内符号 或 表示该通路不通方框外部连接的接口数有几个 就表示几 通 表5 1中图形符号的含义如下
13、 一般 阀与系统供油路连接的进油口用字母P表示 阀与系统回油路连通的回油口用T 有时用O 表示 而阀与执行元件连接的油口用A B等表示 有时在图形符号上用L表示泄漏油口 换向阀都有两个或两个以上的工作位置 其中一个为常态位 即阀芯未受到操纵力时所处的位置 图形符号中的中位是三位阀的常态位 利用弹簧复位的二位阀则以靠近弹簧的方框内的通路状态为其常态位 绘制系统图时 油路一般应连接在换向阀的常态位上 5 3 1 2滑阀机能滑阀式换向阀处于中间位置或原始位置时 阀中各油口的连通方式称为换向阀的滑阀机能 两位阀和多位阀的机能是指阀芯处于原始位置时 阀各油口的通断情况 三位阀的机能是指阀芯处于中位时 阀
14、各油口的通断情况 三位阀有多种机能现只介绍最常用的几种 l 二位二通换向阀二位二通换向阀其两个油口之间的状态只有两种 通或断 二位二通换向阀的滑阀机能有 常闭式 O型 常开式 H型 图5 15二位二通换向阀的滑阀机能 二位阀的原始位置 若为手动控制 则是指控制手柄没有动作的位置 若为液压控制则是指失压的位置若为电磁控制则是指失电的位置 2 三位四通换向阀三位四通换向阀的滑阀机能有很多种 常见的有表5 1中所列的几种 中间一个方框表示其原始位置 左右方框表示两个换向位 其左位和右位各油口的连通方式均为直通或交叉相通 所以只用一个字母来表示中位的型式 因P口封闭 泵不能卸荷 泵排出的压力油只能从溢
15、流阀排回油箱 可用于多个换向阀并联的系统 当一个分支中的换向阀处于中位时 仍可保持系统压力 不致影响其它分支的正常工作 缸的两腔被封闭 活塞在任一位置均可停住 且能承受一定的正向负载和反向负载 1 O型机能阀芯处于中位时 P A B T四个油口均被封闭 其特点是 虽然阀芯已除于中位 但缸的活塞无法停住 中位时油缸不能承受负载 不管活塞原来是左行还是右行 缸的各腔均无压力冲击 也不会出现负压 换向平稳无冲击 换向时无精度可言 泵可卸荷 不能用于多个换向阀并联的系统 因一个分支的换向阀一旦处于中位 泵即卸荷 系统压力为零 其它分支也就不能正常工作了 H型机能的特点如下 3 M型机能阀芯处于中位时
16、A B油口被封闭 P T油口互通 M型机能是取O型机能的上半部 H型机能的下半部组成的 故兼有二者的特点 M型机能如下 活塞可停在任一位置上 又能承受双向负载 缸的两腔会出现压力冲击或负压 依活塞原来的运动方向而定 活塞有前冲 泵能卸荷 不宜用于多个换向阀并联的系统 此种机能目的是构成差动连接油路 使单活塞杆缸的活塞增速 O型机能 H型 M型 P型 图5 17三位四通手动换向阀 手动换向阀主要有弹簧复位和钢珠定位两种型式 图5 17 a 所示为钢球定位式三位四通手动换向阀 图5 17 b 则为弹簧自动复位式三位四通手动换向阀 5 3 2换向阀的操纵方式 5 3 2 1手动换向阀 图5 17三位四通手动换向阀中位 手柄 图5 17三位四通手动换向阀左位 手柄 图5 17三位四通手动换向阀右位 手柄 图5 17 c 所示为旋转移动式手动换向阀 旋转手柄可通过螺杆推动阀芯改变工作位置 这种结构具有体积小 调节方便等优点 由于这种阀的手柄带有锁 不打开锁不能调节 因此使用安全 此类控制方式的 信号源 是缸的运动件 例如将挡块固定在运动的活塞杆上 当挡块触压阀推杆2的滚滚轮1时 推杆2即推动阀芯
