液壓傳動的工作原理及系統(tǒng)組成

1、第一章 概 論液壓傳動是以液體作為工作介質對能量進行傳動和控制的一種傳動形式，液壓傳動相對于電力拖動和機械傳動而言，其輸出力大、重量輕、慣性小、調速方便以及易于控制等優(yōu)點而廣泛應用于工程機械、建筑機械和機床等設備上。近幾十年來，隨著微電子技術的迅速發(fā)展及液壓傳動許多突出的優(yōu)點，其應用領域遍及各個工業(yè)部門。第一節(jié) 液壓傳動的工作原理及系統(tǒng)組成一、液壓傳動系統(tǒng)的工作原理（一）液壓千斤頂 圖1-1是液壓千斤頂?shù)墓ぷ髟韴D。大油缸9和大活塞8組成舉升液壓缸。杠桿手柄1、小油缸2、小活塞3、單向閥4和7組成手動液壓泵。如提起手柄使小活塞向上移動，小活塞下端油腔容積增大，形成局部真空，這時單向閥4打開，通

2、過吸油管5從油箱12中吸油；用力壓下手柄，小活塞下移，小活塞下腔壓力升高，單向閥4關閉，單向閥7打開，下腔的油液經管道6輸入舉升油缸9的下腔，迫使大活塞8向上移動，頂起重物。再次提起手柄吸油時，單向閥7自動關閉， 圖1-1液壓千斤頂工作原理圖使油液不能倒流，從而保證了重物不會自行下落 1杠桿手柄 2小油缸 3小活塞 不斷地往復扳動手柄，就能不斷地把油液壓入舉 4、7單向閥 5吸油管 6、10管道 升缸下腔，使重物逐漸地升起。如果打開截止 8大活塞 9大油缸 11截止閥 12油箱11，舉升缸下腔的油液通過管道10、截止閥11流回油箱，重物就向下移動。這就是液壓千斤頂?shù)墓ぷ髟?。通過對上面液壓千斤

3、頂工作過程的分析，可以初步了解到液壓傳動的基本工作原理。（1） 液壓傳動以液體（一般為礦物油）作為傳遞運動和動力的工作介質，而且傳動中必須經過兩次能量轉換。首先壓下杠桿時，小油缸2輸出壓力油，是將機械能轉換成油液的壓力能，壓力油經過管道6及單向閥7，推動大活塞8舉起重物，是將油液的壓力能又轉換成機械能。（2） 油液必須在密閉容器（或密閉系統(tǒng)）內傳送，而且必須有密閉容積的變化。如果容器不密封，就不能形成必要的壓力；如果密閉容積不變化，就不能實現(xiàn)吸油和壓油，也就不可能利用受壓液體傳遞運動和動力。液壓傳動利用液體的壓力能工作，它與在非密閉狀態(tài)下利用液體的動能或位能工作的液力傳動有根本的區(qū)別。（二）簡

4、單機床的液壓傳動系統(tǒng)機床的液壓傳動系統(tǒng)要比千斤頂?shù)囊簤簜鲃酉到y(tǒng)復雜得多。如圖1-2所示，它由油箱、濾油器、液壓泵、溢流閥、開停閥、節(jié)流閥、換向閥、液壓缸以及連接這些元件的油管、接頭組成。其工作原理如下：液壓泵由電動機驅動后，從油箱中吸油。油液經濾油器進入液壓泵，油液在泵腔中從入口低壓到泵出口高壓，在圖1-2(a)所示狀態(tài)下，通過開停閥、節(jié)流閥、換向閥進入液壓缸左腔，推動活塞使工作臺向右移動。這時，液壓缸右腔的油經換向閥和回油管6排回油箱。圖1-2機床工作臺液壓系統(tǒng)工作原理圖1工作臺 2液壓缸 3活塞 4換向手柄 5換向閥6、8、16回油管 7節(jié)流閥 9開停手柄 10開停閥11壓力管 12壓力支

5、管 13溢流閥 14鋼球 15彈簧17液壓泵 18濾油器 19油箱如果將換向閥手柄轉換成圖1-2(b)所示狀態(tài)，則壓力管中的油將經過開停閥、節(jié)流閥和換向閥進入液壓缸右腔、推動活塞使工作臺向左移動，并使液壓缸左腔的油經換向閥和回油管6排回油箱。工作臺的移動速度是通過節(jié)流閥來調節(jié)的。當節(jié)流閥開大時，進入液壓缸的油量增多，工作臺的移動速度增大；當節(jié)流閥關小時，進入液壓缸的油量減小，工作臺的移動速度減小。為了克服移動工作臺時所受到的各種阻力，液壓缸必須產生一個足夠大的推力，這個推力是由液壓缸中的油液壓力所產生的。要克服的阻力越大，缸中的油液壓力越高；反之壓力就越低。這種現(xiàn)象正說明了液壓傳動的一個基本原

6、理壓力取決于負載。二、液壓傳動系統(tǒng)的組成從機床工作臺液壓系統(tǒng)的工作過程可以看出，一個完整的、能夠正常工作的液壓系統(tǒng)，應該由以下五個主要部分來組成：（1）能源裝置(動力元件)：它是供給液壓系統(tǒng)壓力油，把機械能轉換成液壓能的裝置。最常見的形式是液壓泵。（2）執(zhí)行裝置(元件)：它是把液壓能轉換成機械能以驅動工作機構的裝置。其形式有作直線運動的液壓缸，有作回轉運動的液壓馬達，它們又稱為液壓系統(tǒng)的執(zhí)行元件。（3）控制調節(jié)裝置(元件)：它是對系統(tǒng)中的壓力、流量或流動方向進行控制或調節(jié)的裝置。如溢流閥、節(jié)流閥、換向閥、開停閥等。（4）輔助裝置(元件)：上述三部分之外的其他裝置，例如油箱，濾油器，油管等。它們

7、對保證系統(tǒng)正常工作是必不可少的。（5）工作介質：傳遞能量的流體，如液壓油等。三、液壓傳動系統(tǒng)圖的圖形符號圖1-3機床工作臺液壓系統(tǒng)的圖形符號圖1工作臺 2液壓缸 3油塞 4換向閥5節(jié)流閥 6開停閥 7溢流閥 8液壓泵 9濾油器 10油箱圖1-2所示的液壓系統(tǒng)是一種半結構式的工作原理圖它具有直觀性強、容易理解的優(yōu)點，當液壓系統(tǒng)發(fā)生故障時，根據(jù)原理圖檢查十分方便，但圖形比較復雜，繪制比較麻煩。我國已經制定了一種用規(guī)定的圖形符號來表示液壓原理圖中的各元件和連接管路的國家標準，即“液壓系統(tǒng)圖圖形符號(gb78693)”。我國制訂的液壓系統(tǒng)圖圖形符號(gb78693)中，對于這些圖形符號有以下幾條基本規(guī)

8、定。（1）符號只表示元件的職能，連接系統(tǒng)的通路，不表示元件的具體結構和參數(shù)，也不表示元件在機器中的實際安裝位置。（2）元件符號內的油液流動方向用箭頭表示，線段兩端都有箭頭的，表示流動方向可逆。（3）符號均以元件的靜止位置或中間零位置表示，當系統(tǒng)的動作另有說明時，可作例外。圖1-3所示為圖1-2(a)系統(tǒng)用國標gb78693液壓系統(tǒng)圖圖形符號繪制的工作原理圖。使用這些圖形符號可使液壓系統(tǒng)圖簡單明了，且便于繪圖。第二節(jié) 液壓傳動的優(yōu)缺點一、液壓傳動系統(tǒng)的主要優(yōu)點液壓傳動之所以能得到廣泛的應用，是由于它與機械傳動、電氣傳動相比具有以下的主要優(yōu)點：（1）由于液壓傳動是油管連接，所以借助油管的連接可以方

9、便靈活地布置傳動機構，這是比機械傳動優(yōu)越的地方。例如，在井下抽取石油的泵可采用液壓傳動來驅動，以克服長驅動軸效率低的缺點。由于液壓缸的推力很大，又加之極易布置，在挖掘機等重型工程機械上，已基本取代了老式的機械傳動，不僅操作方便，而且外形美觀大方。（2）液壓傳動裝置的重量輕、結構緊湊、慣性小。例如，相同功率液壓馬達的體積為電動機的12%13%。液壓泵和液壓馬達單位功率的重量指標，目前是發(fā)電機和電動機的十分之一，液壓泵和液壓馬達可小至0.0025n/w(牛/瓦),發(fā)電機和電動機則約為0.03n/w。（3）可在大范圍內實現(xiàn)無級調速。借助閥或變量泵、變量馬達，可以實現(xiàn)無級調速，調速范圍可達12000，

10、并可在液壓裝置運行的過程中進行調速。（4）傳遞運動均勻平穩(wěn)，負載變化時速度較穩(wěn)定。正因為此特點，金屬切削機床中的磨床傳動現(xiàn)在幾乎都采用液壓傳動。（5）液壓裝置易于實現(xiàn)過載保護借助于設置溢流閥等，同時液壓件能自行潤滑，因此使用壽命長。（6）液壓傳動容易實現(xiàn)自動化借助于各種控制閥，特別是采用液壓控制和電氣控制結合使用時，能很容易地實現(xiàn)復雜的自動工作循環(huán)，而且可以實現(xiàn)遙控。（7）液壓元件已實現(xiàn)了標準化、系列化和通用化，便于設計、制造和推廣使用。二、液壓傳動系統(tǒng)的主要缺點（1）液壓系統(tǒng)中的漏油等因素，影響運動的平穩(wěn)性和正確性，使得液壓傳動不能保證嚴格的傳動比。（2）液壓傳動對油溫的變化比較敏感，溫度變

11、化時，液體粘性變化，引起運動特性的變化，使得工作的穩(wěn)定性受到影響，所以它不宜在溫度變化很大的環(huán)境條件下工作。（3）為了減少泄漏，以及為了滿足某些性能上的要求，液壓元件的配合件制造精度要求較高，加工工藝較復雜。（4）液壓傳動要求有單獨的能源，不像電源那樣使用方便。（5）液壓系統(tǒng)發(fā)生故障不易檢查和排除。總之，液壓傳動的優(yōu)點是主要的，隨著設計制造和使用水平的不斷提高，有些缺點正在逐步加以克服。液壓傳動有著廣泛的發(fā)展前景。第三節(jié) 液壓傳動的應用和發(fā)展一、液壓傳動系統(tǒng)的主要應用驅動機械運動的機構以及各種傳動和操縱裝置有多種形式。根據(jù)所用的部件和零件，可分為機械的、電氣的、氣動的、液壓的傳動裝置。經常還將

12、不同的形式組合起來運用四位一體。由于液壓傳動具有很多優(yōu)點，使這種新技術發(fā)展得很快。液壓傳動應用于金屬切削機床也不過四五十年的歷史。航空工業(yè)在1930年以后才開始采用。特別是最近二三十年以來液壓技術在各種工業(yè)中的應用越來越廣泛。在機床上，液壓傳動常應用在以下的一些裝置中：1.進給運動傳動裝置 磨床砂輪架和工作臺的進給運動大部分采用液壓傳動；車床、六角車床、自動車床的刀架或轉塔刀架；銑床、刨床、組合機床的工作臺等的進給運動也都采用液壓傳動。這些部件有的要求快速移動，有的要求慢速移動。有的則既要求快速移動，也要求慢速移動。這些運動多半要求有較大的調速范圍，要求在工作中無級調速；有的要求持續(xù)進給，有的

13、要求間歇進給；有的要求在負載變化下速度恒定，有的要求有良好的換向性能等等。所有這些要求都是可以用液壓傳動來實現(xiàn)的。2.往復主體運動傳動裝置 龍門刨床的工作臺、牛頭刨床或插床的滑枕，由于要求作高速往復直線運動，并且要求換向沖擊小、換向時間短、能耗低，因此都可以采用液壓傳動。 3.仿形裝置 車床、銑床、刨床上的仿形加工可以采用液壓伺服系統(tǒng)來完成。 其精度可達0.010.02mm。此外，磨床上的成形砂輪修正裝置亦可采用這種系統(tǒng)。4.輔助裝置 機床上的夾緊裝置、齒輪箱變速操縱裝置、絲杠螺母間隙消除裝置、垂直移動部件平衡裝置、分度裝置、工件和刀具裝卸裝置、工件輸送裝置等，采用液壓傳動后，有利于簡化機床結

14、構，提高機床自動化程度。5.靜壓支承重型機床、高速機床、高精度機床上的軸承、導軌、絲杠螺母機構等處采用液體靜壓支承后，可以提高工作平穩(wěn)性和運動精度。液壓傳動在其他機械工業(yè)部門的應用情況見表1-1所示。表1-1 液壓傳動在各類機械行業(yè)中的應用實例行業(yè)名稱應用場所舉例工程機械挖掘機、裝載機、推土機、壓路機、鏟運機等起重運輸機械汽車吊、港口龍門吊、叉車、裝卸機械、皮帶運輸機等礦山機械鑿巖機、開掘機、開采機、破碎機、提升機、液壓支架等建筑機械打樁機、液壓千斤頂、平地機等農業(yè)機械聯(lián)合收割機、拖拉機、農具懸掛系統(tǒng)等冶金機械電爐爐頂、軋鋼機、壓力機等輕工機械打包機、注塑機、校直機、橡膠硫化機、造紙機等汽車工

15、業(yè)自卸式汽車、平板車、高空作業(yè)車、汽車中的轉向器、減振器等智能機械折臂式小汽車裝卸器、數(shù)字式體育鍛煉機、模擬駕駛艙、機器人等二、液壓傳動技術的發(fā)展概況液壓傳動相對于機械傳動來說，它是一門新學科，從17世紀中葉帕斯卡提出靜壓傳動原理，18世紀末英國制成第一臺水壓機算起，液壓傳動已有23百年的歷史，只是由于早期技術水平和生產需求的不足，液壓傳動技術沒有得到普遍地應用。隨著科學技術的不斷發(fā)展，對傳動技術的要求越來越高，液壓傳動技術自身也在不斷發(fā)展，特別是在第二次世界大戰(zhàn)期間及戰(zhàn)后，由于軍事及建設需求的刺激，液壓技術日趨成熟。第二次世界大戰(zhàn)前后，成功地將液壓傳動裝置用于艦艇炮塔轉向器，其后出現(xiàn)了液壓六角車床和磨床，一些通用機床到本世紀30年代才用上了液壓傳動。第二次世界大戰(zhàn)期間，在兵器上采用了功率大、反應快、動作準的液壓傳動和控制裝置，它大大提高了兵器的性能，也大大促進了液壓技術的發(fā)展。戰(zhàn)后，液壓技術迅速轉向民用，并隨著各種標準的不斷制訂和完善及各類元件的標準化、規(guī)格化、系列化而在機械制造，工程機械、農業(yè)機械、汽車制造等行業(yè)中推廣開來。近30年來，由于原子能技術、航天航空技術、控制技術、材料科學、微電子技術等學科的發(fā)展，再次將液壓技術推向前進