资源简介

中小学教育资源及组卷应用平台
第5章 液压传动
一、教学目标
1. 了解液压传动的种类。
2. 熟悉各种液压传动的元件。
3. 掌握各种机械传动的原理。
二、课时分配
本项目共3个任务，安排6课时。
三、教学重点
通过本项目的学习，让学生学习了解液压传动，熟悉液压传动的工作原理，以及对于传动中各个零件的参数选择如何查找，更要掌握各种机械传动的工作回路
四、教学难点
1．液压传动原理
2. 液压传动元件选择
3. 各种液压回路如何构成
五、教学内容
液压传动是以液体（通常为油液）作为工作介质，利用液体的压力来实现机械设备的运动或能量传递和控制功能的一种传动方式。由于这种传动具有明显的优点，因此，近年来得到迅速发展，在机械制造、起重、运输、矿山、建筑航天等领域被广泛的应用。当前，液压传动已经成为机械工业发展的一个重要方面。
5.1液压传动概述
一、液压传动的工作原理
如下图所示是液压千斤顶工作原理图，它是由手动柱塞泵、液压缸以及管路、管接头等构成的一个密封容器，其间充满了油液。它的工作过程分为吸油、压油和放油三个步骤。
吸油过程：向上提起杠杆手柄， 液压泵体油腔密封容积增大而形成真空，吸油单向阀向上移动，油液进入泵体油腔，完成一次吸油动作。
压油过程：压下杠杆手柄，液压泵小活塞向下移动，泵体油腔密封容积减小，油液压力升高，吸油单向阀关闭，排油单向阀开通，油进入液压缸的油腔，顶起重物G。
放油过程：打开放油阀，油液在重物作用下流回油箱。
通过对液压千斤顶工作过程的分析可知：
液压传动的工作原理是以油液作为工作介质，依靠密封容积的变化来传递运动，依靠油液内部的压力来传递动力。
液压传动装置实质上是一种能量转换装置，它先将机械能转换为便于输送的液压能，然后又将液压能转换为机械能，以驱动工作机构完成所要求的各种动作。
二、液压传动的组成
液压传动系统的组成及各部分作用表
三、液压系统的图形符号
由于符号是表示元件的职能而不是结构，因此图形十分简洁。常见液压元件的图形符号，将在下文逐一介绍。
四、液压传动的特点
液压传动具有如下特点：
1.从结构上看，元件单位重量传递的功率大，结构简单，布局灵活，便于和其他传动方式联用，易实现远距离操纵和自动控制。
2.从工作性能上看，速度、扭矩、功率均可作无级调节，能迅速换向和变速，调速范围宽，动作快速性好；缺点是速比不如机械传动准确，传动效率低。
3.从维护使用上看，元件的自润滑性好，能实现系统的过载保护与保压；使用寿命长；元件易实现系列化、标准化、通用化；但对油液的质量、密封、冷却、过滤要求严格，对元件的制造精度、安装、调整和维护要求较高。
5.2液压元件
液压系统是由液压泵、液压缸、液压控制阀及液压辅件等液压元件组成。下面将对这些元件的工作原理、图形符号、性能及应用以下介绍。
一、液压泵
液压泵是将电动机（或其他原动机）输出的机械能转换为液体压力能的能量转换装置。在液压系统中，液压泵是动力元件，是液压系统的重要组成部分。
1.液压泵的工作原理
液压泵工作原理分为吸油和压油过程。
吸油过程：偏心轮顺时针旋转，柱塞在弹簧作用下右移，泵体油腔容积增大，形成局部真空，油箱的油液在大气作用下，经吸油管顶开单向阀2进入油腔，完成吸油过程。
压油过程：柱塞在弹簧作用下左移，泵体油腔容积减小，油液受挤压，压力增加，单向阀2关闭，油液经单向阀1压出，完成压油过程。
2.液压泵的图形符号
3.液压泵的类型
①按结构分，液压泵可分为齿轮泵（外啮合和内啮合）、叶片泵（单作用式和双作用式）和柱塞泵（径向和轴向）。
②按输油方向能否改变分，液压泵可分为单向泵和双向泵。
③按输出油液的流量能否调节分，液压泵可分为定量泵和变量泵。
④按额定压力的高低分，液压泵可分为低压泵、中压泵和高压泵。
（1）齿轮泵
齿轮泵主要有外啮合齿轮泵和内啮合齿轮泵两类，常用的是外啮合齿轮泵。
外啮合齿轮泵
1）外啮合齿轮泵的工作原理
吸油过程：当齿轮按回转时，泵的吸油腔由于齿轮的轮齿脱开啮合，使密封容积逐渐增大，形成局部真空，油箱中的油液在大气压力的作用下经油管被吸入吸油腔，并充满齿间。随着齿轮的回转，吸入齿间的油液被带入泵的压油腔。
压油过程：由于左侧的轮齿逐渐啮合，所以密封容积不断减小，齿间的油液被压出泵外，输送到压力管路中去。
当齿轮在电动机的带动下连续回转时，齿轮泵就不断地完成吸油、压油的过程，向系统供油。
2）齿轮泵的应用
齿轮泵只能做定量泵使用，主要用于压力小于2.5 MPa的低压系统中。
（2）叶片泵
叶片泵分单作用式和双作用式两种。单作用式是转子每转一周完成吸、压油各一次。双作用式是转子每转一周完成吸、压油各两次。
1）单作用式叶片泵
单作用式叶片泵主要由泵体、转子、定子、叶片、配油盘（端盖）等组成。定子表面为圆形，转子和定子之间有偏心距e，端盖上开有吸油槽和压油槽。
当转子回转时，由于离心力的作用使叶片顶部紧靠在定子内壁上，这样，两相邻的叶片与定子内表面、转子外表面及两端配油盘间便构成了若干个密封容积。
吸油过程：当转子按上图所示方向回转时，右边的叶片逐渐伸出，相邻两叶片间的密封容积逐渐增大，形成局部真空，油箱中的油液在大气压力的作用下，经配油盘的吸油窗口吸入吸油腔，实现吸油。
压油过程：左边的叶片被定子内壁逐渐压入槽内，密封容积逐渐减小，将油液经配油盘的压油窗口压出，实现压油。在吸油区和压油区之间有一段封油区将它们隔开。
单作用式叶片泵输油量的大小及输油方向可调，是变量泵。
2）双作用式叶片泵
双作用式叶片泵的吸、压油工作原理与单作用式叶片泵相同，只是转子每转一周时，每个密封容积完成吸、压油各两次。
双作用式叶片泵输出油量不可改变，是定量泵。
3）叶片泵的应用
叶片泵适用于中压(6.3 MPa)系统，主要用于机床控制，特别是双作用式叶片泵因流量脉动小，常用于精密机床控制中。
（3）柱塞泵
柱塞泵是利用柱塞孔在缸体内做往复运动，使密封容积发生变化而实现吸油和压油的。按柱塞排列方向的不同，分为径向柱塞泵和轴向柱塞泵两类。
1）径向柱塞泵
径向柱塞泵主要由柱塞、定子、转子和配油轴等组成。在转子的径向分布着许多柱塞孔，孔中装有柱塞，定子和转子间有偏心距。柱塞底部的油腔为密封容积。
吸油过程：当转子按如图5-5所示方向回转时，柱塞在上半周内逐渐外伸，柱塞底部的密封容积逐渐增大，形成局部真空，从而通过配油轴的吸油口吸油。
压油过程：柱塞在下半周内逐渐向柱塞孔中缩进，密封容积逐渐减小，从而向配油轴的压油口压油。 径向柱塞泵的吸、压油口互换，所以是双向变量泵。
2）轴向柱塞泵
轴向柱塞泵由柱塞、缸体、斜盘和配油盘等组成。斜盘轴线与缸体轴线间有交角γ。当缸体回转时，由于斜盘和弹簧的作用，迫使柱塞在缸体的柱塞孔内做往复运动。 柱塞底部的油腔为密封容积。
吸油过程：缸体按上图所示方向回转时，在转角0~π范围内，柱塞外伸，密封容积逐渐增大，通过配油盘上的吸油窗口吸油。
压油过程：在转角π～2π范围内，柱塞向缸内压入，密封容积逐渐减小，通过配油盘上的压油窗口压油。
如果改变斜盘的倾斜方向，则泵的吸、压油口互换，所以轴向柱塞泵也是双向变量泵。
轴向柱塞泵一般用于高压、大流量及流量需要调节的液压系统中，例如，矿山、冶金及工程等机械中。
二、液压缸
液压缸是液压传动系统中的一种执行元件，它是将液压能转变为机械能的转换装置，一般用于实现直线往复运动或摆动。液压缸按油压的作用形式可分为单作用式液压缸和双作用式液压缸。根据液压缸的结构形式，可分为活塞式液压缸、柱塞式液压缸和摆动式液压缸。
1.图形符号
2.工作原理
如下图所示为双杆活塞式液压缸的结构和工作原理。它由缸体、两端盖、活塞、两实心活塞杆和密封圈等组成。
双杆活塞式液压缸由缸体、两端盖、活塞、两实心活塞杆和密封圈等组成。当缸体固定，且左腔进油，右腔回油时，压力油推动活塞向右运动；反之，活塞向左运动。 液压缸的两腔中均有活塞杆伸出，一般情况下两活塞杆的直径相等（即活塞两侧油液的有效面积相等）。当供油量相等时，活塞往复运动的速度相等；当供油压力相等时，活塞向左、向右两个方向的液压推力相等。
三、液压控制阀
液压控制阀是液压系统的控制元件，按用途可分为方向控制阀、压力控制阀和流量控制阀三大类，分别用来控制或调节系统中液流的方向、压力和流量，以满足执行元件的工作要求。
以下为常见控制阀的图形符号
1.方向控制阀
控制油液流动方向的阀称为方向控制阀，简称方向阀。它分为单向阀和换向阀两大类。
（1）单向阀
单向阀的作用是只允许油液按一个方向流动，不能反向流动。单向阀主要由阀芯、阀体及回位弹簧等组成，按阀芯结构的不同，可分为球阀式和锥阀式两种。
工作时，如果压力油从进油口流入，作用在阀芯上的液压作用力将克服弹簧的弹力和摩擦力将阀芯顶开，因此，油液从出油口流出；当压力油反方向流入时，液压力和弹簧力将阀芯压紧在阀座上，阀口关闭，油路不通。
如上图所示为液控单向阀，它是在普通单向阀的基础上增加了一个控制油口K。
当控制油口K不通压力油时，该阀只相当于一个普通单向阀；控制油口接压力油后，油液就可双向流动。
（2）换向阀
换向阀的作用是利用阀芯和阀体间相对位置的改变，来控制油液流动方向，接通或关闭油路，从而改变液压系统的工作状态。
工作原理：如上图所示为三位四通阀，共有三个工作位置四个通路口。三个工作位置就是滑阀在中间以及滑阀移到左、右两端时的位置，四个通路口即压力油口P、回油口O和通往执行元件两端的油口A和B。由于滑阀相对阀体作轴向移动，改变了位置，所以各油口的连接关系就改变了，这就是滑阀式换向阀的换向原理。
换向阀按阀芯的可变位置数，可分为二位和三位，通常用一个方框符号代表一个位置。按主油路进、出油口的数目又可分为二通、三通、四通、五通等，表达方法是在相应位置的方框内表示油口的数目及通道的方向，见表5-5。其中箭头表示通路，一般情况下还表示液流方向，“┴”和“┬”与方框的交点表示油路被阀芯堵死。
根据改变阀芯位置的操纵方式不同，换向阀可分为手动、机动、电磁、液压和电液换向阀等，如下图所示。
一个换向阀的完整图形符号，应具有表明工作位置数、油口数和在各工作位置上油口的连通关系、操纵（控制）方式、复位方式和定位方式。
三位换向阀的阀芯在阀体中有左、中、右三个位置。左、右位置是使执行元件产生不同的运动方向；而阀芯在中间位置时，利用不同形状及尺寸的阀芯结构，可以得到多种油口连接方式，除了使执行元件停止运动外，还可以具有其他一些不同的功能。因此，三位阀在中位时的油口连接关系又称为滑阀机能。常用的滑阀机能见下表。
2.压力控制阀
控制液压系统压力的阀称为压力控制阀。常用的压力控制阀有溢流阀、减压阀、顺序阀和压力继电器等，它们都是利用油液在阀芯上的液压作用力与弹簧力相平衡的原理来工作的。
（1）溢流阀
溢流阀按结构类型及工作原理分为直动式（见上图）和先导式两种。直动式溢流阀主要由阀体、阀芯、调压弹簧和调压螺母组成。
从进油口进入的压力油作用于阀芯的底面，使其受到向上的液压作用力F=pA(A为阀芯的有效作用面积)，而弹簧力为Fs。当进油压力较小时，阀门关闭，没有油液流回油箱；当进油压力升高时，弹簧被压缩，阀芯左移，阀口开启，部分油液经回油口流回油箱，从而限制了系统压力的继续升高，并使压力保持于p=Fs/A。调节弹簧的弹力Fs即可调节系统的压力。
（2）减压阀
当液压系统中有两个以上的液压缸，其中之一需要较低的工作压力，同时其他的液压缸仍需高压运作时，就得用减压阀提供一个较同路压力低的压力给低压缸。
减压阀也分为直动式和先导式两种，一般常用先导式（见下图）。
在上图所示的先导式减压阀中，工作时高压油液从进油口进入减压阀，经主阀节流缝隙减压后的低压油，从出油口输出，经分支油路送往执行机构。同时，减压油也注阀芯的轴向沟槽、阻尼孔及油室通到先导阀的右端，并给锥阀一个向左的液压作用力。
减压阈与溢流阀的异同点是：
①减压阀能保持出油口压力基本不变，而溢流阀是保持进油压力基本不变。
②减压阀的主阀芯是三节杆，而溢流阀的阀芯是两节杆。
③减压阀的进、出油口均有压力，所以先导阀部分的泄油不能像溢流阀那样流入回油口，而必须从阀的外部单独接回油箱。
④在常态下主阀阀芯的阀口的位置不同，减压阀是开口的，而溢流阀是关闭的。
3.流量控制阀
流量控制阀是用调节阀芯开口的大小来控制通过阀口的流量，以实现工作机构速度的控制和调节的液压元件。常用的有节流阀和调速阀等。
（1）节流阀
常用的节流阀有普通节流阀（见上图）和单向节流阀两种。
压力油从进油口流入，经通道、阀芯的节流沟槽和通道从出油口P2流出。旋转手柄，可使推杆沿轴向移动，推杆左移时，阀芯也左移，节流口开大，流量增加；推杆右移时，阀芯也右移，节流口关小，流量减小。
（2）调速阀
调速阀是由减压阀和节流阀串联而成的阀。
四、液压辅件
液压辅件包括滤油器、油箱、蓄能器、油管、管接头和压力表等，它们是液压系统正常工作的重要保证。
1.滤油器
滤油器的作用是对油液进行过滤，以减少相对运动件的磨损和卡死，并防止油路堵塞影响液压系统正常工作。液压系统中故障的80%左右是由污染的油液引起的。保持油液清洁是液压系统可靠工作的关键，而使用滤油器则是保持油液清洁的主要手段。滤油器的图形符号如下图所示
2.蓄能器
蓄能器是储存和释放压力能的装置。它将液压系统中的能量储存起来，到需要的时候，才向系统输出。蓄能器图形符号如下图所示。
3.油箱
油箱的主要功能是储油、散热及分离油液中的空气和杂质。油箱的图形符号如下图所示。
为了保证油箱的功用，在结构上应注意以下几个方面：
①吸油区和回油区之间应有两个隔板将两区分开，以改善散热并使杂质多沉淀在回油管一侧。
②吸油管和回油管彼此间应尽量远离，但距箱边的距离应大于管径的三倍。
③注油器应设在回油管一侧的上部，兼起过滤空气的作用，盖上面应装有通气罩。
④为便于放油，油箱底部应有适当的斜度，并在最低处设置放油塞。
⑤在油箱侧面设置液位计（俗称油标），以观察油位高度；当需要彻底清洗油箱时，可将油箱盖卸开。
4.油管
油管的作用是连接液压元件和输送液压油。
5.管接头
管接头用于油管与油管、油管与液压元件之间的连接。
6.压力继电器
压力继电器是用来将液压信号转换为电信号的辅助元器件。其作用是根据液压系统的压力变化自动接通或断开有关电路，以实现程序控制和安全保护功能。压力继电器图形符号如下图所示
5.3液压基本回路
液压基本回路是由液压元件组成的、能完成特定功能的典型回路。任何一个液压系统，无论多复杂，都是由一些液压的基本回路组成的。常用的基本回路按功能可分为方向控制回路、压力控制回路、速度控制回路和顺序动作回路。
一、方向控制回路
方向控制回路是用来控制液压系统中各油路的液流的通、断及方向的回路，有换向回路和锁紧回路（又称闭锁回路）等。
1.换向回路
换向回路一般可由换向阀来实现。此回路要求换向阀压力损失小、换向平稳、泄漏小。
如上图所示为采用三位四通换向阀控制的换向回路。当左位接入系统，液压泵输出油液经换向阀进入液压缸左腔，推动活塞右移，右腔油液流回油箱。当右位接入系统，液压泵输出油液经换向阀进入液压缸右腔，推动活塞左移，左腔油液流回油箱。当在中间位置时，中位接入系统，活塞停止运动。这种换向回路利用换向阀的电磁铁通电或断电，来控制液压缸中活塞左、右移动的方向。
2.锁紧回路
锁紧回路功用是切断执行元件的进出油路，使执行元件中的运动件停在规定的位置上并且防止其停止后窜动。对锁紧回路的要求是：可靠、迅速、平稳、持久。
如上图所示是三位四通“M”型机能的换向阀锁紧回路。当1DT、2DT电磁铁都断电时，阀芯处于中间位置，液压缸的各工作油口被封闭。由于液压缸两腔都充满了油液，而油液又是不可压缩的，所以向左或向右的外力都不能使活塞移动，活塞双向锁紧。
二、压力控制回路
在液压系统中，利用压力控制阀来控制系统中油液的压力，使系统实现定压、增压、减压、卸载等功能的基本回路称为压力控制回路。常用的压力控制回路有调压回路、增压回路、减压回路和卸载回路等。
1.调压回路
调压回路的功用是调定或限制液压泵的最高压力，利用该回路可以实现多级压力的调节、控制和切换。
（1）限压回路
如上图所示，在液压泵的出口处并联溢流阀来控制回路的最高压力。在该过程中，由于系统超过溢流阀的调整压力，所以溢流阀是常开的，液压泵的工作压力保持为溢流阀的调整压力不变。
（2）减压回路
减压回路的功用是使液压系统的某一支路获得低于系统主油路工作压力的压力油。在液压系统中控制油路、润滑油路、制动油路等各种辅助油路一般都要求使用较低的压力油。由于减压口处有功率损失，这种回路不宜用在压降大、流量大的场合。
一级减压回路
如上图所示是一级减压回路。在液压系统中，当某个支路所吸引的工作压力低于油源设定的压力值时，可采用一级减压回路。液压泵的最大工作压力由溢流阀1调定，液压缸3的工作压力则由减压阀2调定。一般情况，减压阀的压力要在0.5MPa以上，但在要低于溢流阀调动压力0.5MPa以上，这样可以使减压阀出口压力保持在一个稳定的范围内。
二级减压回路
如上图所示是二级减压回路。在减压阀2的遥控口通过电磁阀4接入小规格调压阀3，便可获得两种稳定的压力，减压阀2的出口压力由其本身来调定。当电磁阀4通电时，减压阀2的出口压力就由调压阀3进行设定。
3.增压回路
增压回路的功用是使系统的局部油路或某个执行机构获得压力比液压泵工作压力高若干倍的高压油，它是实现液压放大的回路。在制动器、离合器等具自负载大、行程小和作业时间短工作特点的执行机构中均可采用增压回路。增压回路中实现增压的主要元件是增压缸。
如上图所示是用增压缸的增压回路。二位四通换向阀处于左位时，泵出口的油经增压缸大、小活塞之间的容腔、单向阀，然后进入液压缸的无活塞杆腔和增压缸小活塞腔。当二位四通换向阀处于右位时，经增压后的高压油进入液压缸的无活塞杆腔。增压倍数决定于液压缸增压活塞的面积比。泵出口处的最大压力由溢流阀调定。此回路只适用于液压缸需要很大的单向作用力，而液压缸加载行程较短的场合。
4.卸载回路
这种回路的功用是在系统只需输出少量功率或不需输出功率时使液压泵停止运转或使它在很低压差下运转，以减少系统功率损耗和噪声，延长泵的工作寿命。
如上图是靠换向阀机能卸载的卸载回路。定量泵依靠H型、M型换向阀的滑阀机能来实现降压卸载。回路上安放起背压阀作用的单向阀，可使回路保持一较低的压力。本回路适用于短时卸载的情况。
三、速度控制回路
速度控制回路是控制和调节液压执行元件的运动速度的基本回路。按被控制执行元件的运动状态、方式以及调节方法，速度控制回路有调速、制动、限速和同步回路等。 调速回路的功用在于调定执行元件的工作速度。
两调速阀并联两工进速度换接回路如上图所示。采用二位三通电磁换向阀实现两次工进速度的换接，图示位置为第一次工作进给状态，进给速度由调速阀B调节，实现第一次工进；当需要第二次工进时使二位三通换向阀换向，调速阀A工作，实现第二次工进。两调速阀并联的二次工进回路中两调速阀的流量互不影响。
两调速阀串联两工进速度换接回路如上图所示。调速阀A用于第一次进给节流，调速阀B用于第二次进给节流。图示为第一次工作进给状态，油液通过调速阀A后，经二位二通换向阀流入液压缸，进给速度由调速阀A调节。当3YA通电后，右位接入系统，流经调速阀A的油液经调速阀B后再流入液压缸。此回路中调速阀B的调节流必须小于调速阀A。
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
21世纪教育网(www.21cnjy.com)

展开更多......

收起↑