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1、现代液压系统分析及故障诊断 胡军科教授 中南大学2011年1月 原动机 传动系统 执行机构 传动系统 执行机构 原动机 提供机器工作所需能源 如内燃机 电动机 实现能量 如力 扭矩 转速和位移 的转换 机构运动输出能量 直线运动 回转运动 机械传动 液压传动 电气传动 1 大传动 分类 传动系统 功率密度高 传动平稳 能无级调速 稳定可靠 效率高 成本较低 控制先进 结构简单 容易布置和环保 机械传动 液压传动 电气传动 回转运动 直线运动 2 工作机构运动形式 3 机械传动应用及优缺点 机械传动 齿轮齿条机构 1 曲柄滑块 3 直线运动 丝杆 2 机械传动 链条传动 2 齿轮传动 1 皮带传
2、动 3 回转运动 1 传动可靠2 实现回转运动结构简单 并能传递较大的扭矩3 故障特征明显 便于维修 优点 缺点 1 传动不平稳 振动和噪声大2 动力分配不方便 难以实现远距离传动3 实现无级变速的结构复杂 成本高 4 电气传动应用及优缺点 电气传动 直线电机 直线运动 电气传动 电动机 回转运动 优点 缺点 1 输出参数控制方便2 动力分配方便 可避免多轴驱动时的功率寄生3 环保 噪声小 1 功率密度低 惯量大 动态响应慢 2 故障突发3 直线运动及低速大扭矩应用受限 5 液压传动应用及优缺点 液压传动 液压缸 直线运动 液压传动 液压马达 回转运动 1 功率密度高2 直线输出能量大3 能输
3、出高低速回转运动4 可实现精密控制5 多轴驱动时没有功率寄生6 能工作在恶劣的环境 优点 1 成本较高2 效率较机械传动低 缺点 工程机械 混凝土输送泵车 盾构 液压自动生产线 制造机械 军工产品 飞机 娱乐设施 液压升降舞台 游乐设施 液压动感平台 实验设备 CHC多功能MGB实验台 阿帕奇主减实验台 三 总结与展望 液压传动前景广阔 现代液压系统的发展趋势 时间 1795 发展历史及过程 在伦敦用水作为工作介质 以水压机的形式将其应用于工业上 诞生了世界上第一台水压机 1905 将工作介质水改为油 液压油缸 水压机又进一步得到改善 1914 1918 液压传动广泛应用 1925年Vicke
4、rs发明了压力平衡式叶片泵 为近代液压元件工业或液压传动的逐步建立奠定了基础 1952年后 1952年Rexroth开始生产液压产品 1953年Bosch开始生产液压产品 2001年Bosch和Rexroth合并 2 1 3 液压泵分类 外啮合齿轮泵 动画 内啮合齿轮泵 动画 单作用叶片泵 双作用叶片泵 动画 斜轴式 斜盘式 动画 安装马达时给壳体油腔注满清洁液压油 避免在系统有负载的情况下突然启动或停止 必要时 高压 高转速 对马达壳体油腔冲洗冷却 壳体泄油应直接回油箱 马达旋转无力 泄漏 爬行 马达轴损坏 运转时有噪音 动画 单向阀结构原理图 动画 动画 直动式溢流阀结构图 溢流阀原理图
5、动画 先导式溢流阀结构图 直动式顺序阀结构图 动画 先导顺序阀结构图 动画 直动式减压阀结构图 先导式减压阀结构图 方向控制阀的运行性能特性 行程 时间曲线 开启时间 三位四通方向控制阀的 P Q特性曲线 三位四通换向阀开关容量界限特性曲线 三位四通换向阀 P Q开启性能界限特性曲线 直动式换向滑阀 动画 弹簧对中型 压力对中型 流量控制原理 流经薄壁小孔的流量q cdA 2 p 1 2流经细长孔的流量q d4 128 l p综合两式得通用节流方程q KLA pm节流元件的节流口结构有锥形 三角槽形 矩形 三角形等 工业上又将节流口的过流面积A的倒数称为液阻 将过流面积可调的节流口称为可变液阻
6、 由节流方程知 当压力差一定时 改变开口面积即改变液阻就可改变流量 节流阀 结构原理主要零件有阀芯 阀体和螺母 阀体上开有进油口和出油口 阀芯一端开有三角尖槽 另一端加工有螺纹 旋转阀芯即可轴向移动改变阀口过流面积 为平衡液压径向力 三角槽须对称布置 调速阀 结构原理调速阀是由定差减压阀与节流阀串连而成 压力油p1先经定差减压阀 然后经节流阀流出 节流阀进 出口压力油p2 p3经阀体流道被引至定差减压阀阀芯的两端 p2 p3 与定差减压阀的弹簧力进行比较 因定差减压阀阀口的压力补偿作用 使得 p2 p3 基本不变 调速阀可以是定差减压阀在前 节流阀在后 也可以是节流阀在前 定差减压阀在后 4
7、2 调速阀故障分析与处理 故障分析与处理 调节失灵 流量不稳定 4 3 分流 集流阀应用及其故障分析与处理 应用 用于液压系统中2 4个执行器的速度同步 控制两个执行器按一定的速度比例运动 故障分析与处理 同步失灵 同步精度太低 执行器运动终点动作异常 分流集流阀结构及原理 分流阀结构原理 它由两个固定节流孔1 2 阀体 阀芯和两个对中弹簧等组成 阀芯两端台肩与阀体沉割槽组成两个可变节流口3 4 固定节流孔起检测流量的作用 可变节流口起压力补偿作用 其过流面积通过压力p1和p2的反馈作用进行控制 无论负载压力p3 p4如何变化 都能保证q1 q2 5 1二通盖板式插装阀应用及常见故障 应用场合
8、 工作压力超过21MPa 流量超过150L min 系统要求集成度高 外形尺寸小 系统要求快速响应 系统要求内泄小或基本无泄漏 系统要求稳定性好 噪声小 5 插装阀 动画 组件由阀芯 阀套 弹簧和密封圈组成 根据用途不同分为方向阀组件 压力阀组件和流量阀组件 同一通径的三种组件安装尺寸相同 但阀芯的结构形式和阀套座直径不同 三种组件均有两个主油口A和B 一个控制口x 插装阀基本组件 典型组合及应用回路 插装方向阀及其应用回路 插装压力阀及其应用回路 插装流量阀及其应用回路 插装阀复合控制回路 5 2二通盖板式插装阀常见故障及处理 1 换向不可靠或调压失灵 2 插装式压力阀压力不稳定 振摆大 过
9、渡过程达不到要求 3 5 3螺纹式插装阀 5 3 1螺纹式插装阀应用 螺纹式插装阀几乎可实现所有方向 压力 流量阀的功能 主要用于高压中 小流量 最大可达230L min左右 的场合 伺服阀原理 液压伺服阀故障的诊断 1 伺服阀不动作内部零部件损坏 滑阀卡死 喷嘴堵塞 内部滤网堵塞 伺服放大器故障 2 经常出现零漂油液污染 电气部分产生的零漂 机械零漂 3 伺服阀输出流量少供油压力低 放大器的增益小 污物堵塞 卡死4 动态特性 稳定性差 稳态误差大5 无信号输入 但执行机构向一边运动主阀芯卡死在一定的开口位置 零位偏移 6 零位泄漏增大 压力增益下降阀配合间隙增大 控制边棱角损伤 伺服阀 电液
10、比例阀是一种性能介于普通控制阀和电液伺服阀之间的新阀种 它既可以根据输入电信号的大小连续成比例地对油液的压力 流量 方向实现远距离控制 计算机控制 又在制造成本 抗污染等方面优于电液伺服阀 电液比例阀根据用途分为 电液比例压力阀 电液比例流量阀 电液比例方向阀 图示为电液比例压力先导阀 它与普通溢流阀 减压阀 顺序阀的主阀组合可构成电液比例溢流阀 电液比例减压阀和电液比例顺序阀 改变输入电磁铁电流的大小 即可改变电磁吸力 从而改变先导阀前腔压力 对主阀的进口或出口压力实现控制 与普通压力先导阀不同 1 与作用在阀芯上的液压力进行比较的是电磁吸力 不是弹簧力 2 此处弹簧为传力弹簧 无压缩量 电
11、液比例流量阀 图示为位移 弹簧力反馈型电液比例二通节流阀 主阀芯5为插装阀结构 当比例电磁铁输入一定电流时 产生的电磁吸力推动先导阀芯2下移 先导阀阀口开启 主阀进口压力油经R1和R2 先导阀阀口流至主阀出口 因阻尼R1作用 使主阀芯上下腔产生压力差 致使主阀芯克服弹簧力上移 主阀口开启 主阀芯向上位移使反馈弹簧3受压缩 但反馈弹簧力与先导阀芯上端电磁吸力相等时 先导阀芯和主阀芯受力平衡 主阀阀口大小与输入电流大小成比例 改变输入电流大小 即可改变阀口大小 在系统中起节流调速作用 特点输入电流为零时 阀口是关闭的 主阀的位移量不受比例电磁铁行程的限制 阀口开度可以设计得较大 即阀的通流能力较大
12、 电液比例换向阀 电液比例换向阀由前置级 电液比例双向减压阀 和放大级 液动比例双向节流阀 两部分组成 前置级由比例电磁铁控制双向减压阀阀芯位移 当比例电磁铁输入电流时 减压阀芯移动 减压开口一定 经阀口减压后得到稳定的控制压力 放大级由阀体 主阀芯 左右端盖 阻尼螺钉和弹簧等零件组成 控制压力油经阻尼孔作用在主阀芯的端面时 液压力将克服弹簧力使阀芯移动 开启阀口 沟通油道 主阀开口大小取决于输入电流的大小 改变比例电磁铁的输入电流 不仅可以改变阀的工作液流方向 而且可以控制阀口大小实现流量调节 即具有换向 节流复合功能 五 液压辅件故障分析 1 蓄能器故障分析 2 过滤器故障分析 滤芯脱胶
13、2 滤芯变形 1 滤油器堵塞 3 测压不准确 1 测不到压力 2 故障现象 故障现象 3 压力表开关故障分析 1 不要迷恋标准 10通径溢流阀 10通径换向阀 流量只与通径有关吗 油液的等效体积弹性模量Kd 通过检测负载压力 流量和功率变化信号 向液压系统进行反馈 实现泵输出的流量 压力与负载匹配 以达到节能的目的 负载敏感系统原理 定量泵负载敏感系统 变量泵负载敏感系统 负载敏感系统能量损失 抗流量饱和 LUDV系统 系统原理图 LUDV系统原理 量变引起质变 某三位四通换向阀样本资料 低压 高压 压力与寿命成反比 某公司马达压力与轴承寿命的关系 固定设备 移动设备 建议工作压力 一 现代液
14、压系统回路的主要技术特征 二 液压传动系统原理实例分析 4 3 2 1 液压基本回路 闭式液压传动系统的原理 泵控变量方式的种类及控制原理 负载敏感和LUDV同步控制系统 一 现代液压系统回路的主要技术特征 1 液压基本回路 调压回路 减压回路 平衡回路 保压泄压回路 缓冲制动回路 压力控制回路 卸荷回路 压力控制回路 调压回路 单级调压 二级调压 三级调压 动画 平衡回路 溢流平衡阀回路 双向平衡阀的平衡回路 动画 减压回路 一级减压回路 二级减压回路 动画 FD平衡阀平衡回路 FD平衡阀原理图 平衡回路 卸荷回路 阀中位卸荷 溢流阀 顺序阀卸荷 溢流阀远控卸荷 动画 保压泄压回路 蓄能器保
15、压回路 蓄能器保压回路 动画 缓冲补油回路 换向回路 电磁换向阀换向回路 电液换向阀换向回路 比例换向阀换向回路 动画 换向回路 锁紧回路 单向锁紧回路 制动器锁紧回路 液压锁回路 动画 速度控制回路 速度控制回路 节流调速回路 进口节流调速 出口节流调速 旁路节流调速 动画 动画 动画 容积调速回路 变量泵 定量马达 定量泵 变量马达 容积调速回路 变量泵 变量马达 1 顺序动作回路 2 同步动作回路 多执行器动作回路 多执行器动作回路 顺序阀控制顺序动作回路 顺序动作回路 a 压力控制顺序动作回路b 行程控制顺序动作回路c 时间控制顺序动作回路 动画 采用同步液压马达的同步动作回路 3 2
16、 4 1 多执行器动作回路 同步动作回路 机械联接同步回路 采用同步液压缸的同步动作回路 采用流量控制阀控制的同步动作回路 动画 液压系统回路实例分析 油压机 液压冲床 1 2 3 液压系统回路实例分析 4 5 6 翻车机 轨道式牵引车 翻车机 2 闭式液压传动系统的原理 闭式液压系统回路 演示 闭式系统优点 3 闭式液压泵工作转速高 便于内燃机直接驱动 2 闭式系统中液压元件相对较少 结构紧凑 重量轻 特别适合于行走机械 4 闭式系统依靠泵控换向 其换向冲击小 1 闭式系统工作油路上不存在阀间损失 效率高 5 闭式液压系统抗污染性强 适合于恶劣工作环境 3 闭式液压传动系统实例分析 混凝土输送泵液压系统 CAD图 架桥机行走液压系统 架桥机行走液压系统原理图 3 2 4 5 6 1 压力 流量和功率均可控制 较短的换向时间 较高的固有频率 适应闭环控制需要 阀控系统中 节能高效 流量控制范围大 可正向控制 也可负向控制 较高的功率利用率 恒功率曲线 电子控制 实现柔性控制和远程控制 4 泵控变量方式的种类及控制原理 液压系统对泵变量控制的要求 压力控制变量 压差控制变量 带有反馈的排
