液壓基本原理

1、液壓傳動基本知識,北京市工業(yè)技師學院 李兵 郵箱：,基本原理,回答: 液壓系統(tǒng)是以有壓液體作為工作介質(zhì)進行能量轉(zhuǎn)換的系統(tǒng)，其可在動力源與工作點之間傳遞能量。,問題: 什么是液壓系統(tǒng) ?,能量需求,動力源,與動力源連接,直接驅(qū)動,機械能傳遞,液壓能傳遞,停止,啟動,速度,方向,位置,加速度,控制,液壓能傳遞,液壓電梯,時間,距離,液壓電梯,時間,加速度,距離,液壓電梯,時間,加速度,速度,距離,液壓電梯,時間,加速度,減速度,速度,距離,液壓電梯,時間,位置,加速度,減速度,速度,距離,液壓電梯,機械式挖掘機,液壓挖掘機,液壓操作,液壓操作,液壓操作,液壓操作,液壓操作,液壓操作,一、液壓傳動的

2、工作原理,傳遞運動,傳遞運動,傳遞運動,傳遞運動,液壓泵,執(zhí)行元件,產(chǎn)生壓力,液壓泵,執(zhí)行元件,產(chǎn)生壓力,W,液壓泵,執(zhí)行元件,產(chǎn)生壓力,W,P,液壓泵,執(zhí)行元件,產(chǎn)生壓力,壓力 = 作用力 面積,作用力 = 壓力 x 面積,壓力定義,壓力定義,P,A,液壓泵,執(zhí)行元件,提升負載,100 kg/cm2,液壓泵,執(zhí)行元件,提升負載,液壓泵,執(zhí)行元件,1000 kg,100 kg/cm2,提升負載,A,液壓泵,執(zhí)行元件,10 kg/cm2,提升負載,A,液壓泵,執(zhí)行元件,10 kg/cm2,100 kg,放大作用力,A,液壓泵,執(zhí)行元件,10 kg/cm2,100 kg,放大作用力,W,液壓泵,執(zhí)

3、行元件,能量守恒,W,液壓泵,執(zhí)行元件,能量守恒,W,液壓泵,執(zhí)行元件,能量守恒,W,液壓泵,執(zhí)行元件,能量守恒,W,液壓泵,執(zhí)行元件,能量守恒,W,10 A,10 F,A,F,10,1,A x 10 = 體積 = 10 A x 1,液壓泵,執(zhí)行元件,能量守恒,液壓裝置,液壓裝置,液壓裝置,液壓裝置,液壓裝置,液壓裝置,液壓裝置,液壓裝置,液壓裝置,液壓裝置,液壓裝置,液壓泵,執(zhí)行元件,液壓裝置,液壓裝置,液壓裝置,液壓泵,執(zhí)行元件,液壓裝置,液壓裝置,1 l,流量,1 l,1 cm,流量,3 個行程 / 分鐘,流量,速度,流量,流量與速度,壓力與負載,由液壓千斤頂?shù)倪^程可見： 1、液壓傳動系

4、統(tǒng)以液體為介質(zhì)，實現(xiàn)了兩次能量轉(zhuǎn)換。 機械能液體的壓力能機械能 2、液壓傳動的過程必須是在封閉的空間和管道內(nèi)進行 3、在液壓傳動系統(tǒng)中，傳動與控制同時存在。,二、液壓傳動工作特性,1、液壓傳動系統(tǒng)中，傳動與控制同時進行。 2、液壓傳動中的液體壓力的大小取決于負載。即壓力只隨負載的變化而變化，與流量無關(guān)。 3、執(zhí)行機構(gòu)的運動速度的大小取決于輸入的流量而與壓力無關(guān)。,三、流量與壓力,流量 = 升/分鐘 ( l/min) 1 l = 1000 立方厘米 ( cm3 ),流量單位,質(zhì)量 - 公斤（kg）,重量 牛頓（N）,質(zhì)量與重量,重力,重力,1 s - 9.81 m/s,0 s - 0 m/s,1

5、 kg,重力,1 s - 9.81 m/s,2 s - 19.62 m/s,0 s - 0 m/s,重力,1 s - 9.81 m/s,2 s - 19.62 m/s,3 s - 29.43 m/s,0 s - 0 m/s,（在小于 3 s 內(nèi)， 速度為0 - 60 哩/小時。）,重力加速度= 9.81 m / s2,重力,牛頓第二定律 作用力 = 質(zhì)量 x 加速度 1 牛頓 = 1 kg x 1 m/s2 9.81 N = 1 kg x 9.81 m/s2,牛頓第二定律,（1 N 約為 0.1 kg）,1 N/ m2 = 1 帕斯卡（Pa） 1 千帕斯卡 = 1 000 Pa 1 兆帕斯卡

6、= 1 000 000 Pa 1 bar = 100 000 Pa 1 bar = 1 kg / cm2 （近似）,壓力單位,壓力計算,無流阻,壓力由外負載產(chǎn)生,壓力由彈性負載產(chǎn)生,壓力由壓縮空氣產(chǎn)生,壓力由壓縮空氣產(chǎn)生,壓力由單向閥（帶彈簧）產(chǎn)生,壓力由阻尼孔產(chǎn)生,P1,P2,Q,Q,P1 - P2 = P P A x Q2,即: 為了獲得兩倍的流量，需要 四倍 壓降,壓力由阻尼孔產(chǎn)生,四、能量,輸入機械能,液壓能 = 流量 x 壓力,能量,P1,P2,Q,Q,若P2 P1，則（輸出功率）（輸入功率）,功率差 = 發(fā)熱量,對于礦物油 - 17.5 bar（ P）壓差對應于 1C,能量,五、液

7、壓傳動系統(tǒng)的組成,設(shè)備需求,液壓缸,手動液壓泵,液壓泵，電動機驅(qū)動,液壓泵與油箱,液壓泵與油箱,液壓泵與油箱,液壓泵與油箱,液壓泵與油箱,液壓泵與油箱,液壓泵與油箱,液壓泵與油箱,溢流閥,溢流閥,溢流閥,溢流閥,溢流閥,溢流閥,溢流閥,溢流閥,換向閥,換向閥,換向閥,換向閥,換向閥,換向閥,換向閥,換向閥,流量控制閥,過濾器,液壓系統(tǒng)原理圖,液壓系統(tǒng)原理圖,液壓系統(tǒng)原理圖,液壓系統(tǒng)原理圖,液壓系統(tǒng)原理圖,液壓系統(tǒng)原理圖,液壓系統(tǒng)原理圖,液壓系統(tǒng)原理圖,M,液壓系統(tǒng)原理圖,M,無論液壓設(shè)備規(guī)模大小、系統(tǒng)復雜與否，任何一個液壓系統(tǒng)都是由動力元件、執(zhí)行元件、控制元件、輔助元件、工作介質(zhì)等幾部分組成的

8、,動力元件把機械能轉(zhuǎn)換成油液液壓能的裝置。最常見的形 式就是液壓泵，它給液壓系統(tǒng)提供壓力油。 執(zhí)行元件把油液的液壓能轉(zhuǎn)換成機械能的元件。有作直線運動的液壓缸，或作回轉(zhuǎn)運動的液壓馬達。 控制元件對系統(tǒng)中油液壓力、流量或油液流動方向進行控制或調(diào)節(jié)的元件。這些元件的不同組合形成了不同功能的液壓系統(tǒng)。 輔助元件上述三部分以外的其他元件，例如油箱、過濾器、油管等。它們對保證系統(tǒng)正常工作有重要作用。 工作介質(zhì)工作介質(zhì)主要包括各種液壓油、乳化液和合成液壓液。液壓系統(tǒng)利用工作介質(zhì)進行能量和信號的傳遞。,六、油箱、液壓油和原動機,冷卻油箱,灌注油箱,浸入液壓泵,高位油箱,出油,回油,油箱,水,水 / 油,礦物油

9、,植物油,合成油,液壓油,液壓油,水,水 / 油,礦物油,植物油,合成油,潤滑,液壓油,液壓油,水,水 / 油,礦物油,植物油,合成油,溫度范圍,液壓油,液壓油,水,水 / 油,礦物油,植物油,合成油,無腐蝕,液壓油,液壓油,水,水 / 油,礦物油,植物油,合成油,可燃性,液壓油,液壓油,水,水 / 油,礦物油,植物油,合成油,環(huán)境友好性,液壓油,液壓油,水,水 / 油,礦物油,植物油,合成油,液壓油,成本,液壓油,水,水 / 油,礦物油,植物油,合成油,液壓油,液壓油,基本液壓系統(tǒng),歐洲：,1000 RPM 1500 RPM,美國：,1200 RPM 1800 RPM,原動機,100 KW原

10、動機,大小比較,七、液壓控制閥,液壓控制閥簡稱液壓閥，是液壓系統(tǒng)的控制元件。其功用是用來控制液壓系統(tǒng)中工作油液的流動方向、壓力和流量，從而滿足液壓執(zhí)行元件對運動方向、力、運動速度、動作順序等方面的要求。,液壓閥包括方向控制閥、壓力控制閥和流量控制閥。 液壓閥是由閥體、閥芯和操縱機構(gòu)三部分組成； 液壓閥是利用閥芯在閥體內(nèi)的相對運動來控制閥口的通斷及開口大小來工作的。 液壓控制閥在系統(tǒng)中不做工功，也不進行能量轉(zhuǎn)換，只是對液壓系統(tǒng)起控制作用。,截止閥,控制閥結(jié)構(gòu)通常采用開關(guān)閥工作原理，或者采用滑閥工作原理。對于開關(guān)閥來說，球形、錐形或圓盤形閥芯由彈簧緊壓在閥座上，由于其單位面積上壓力很高，因此，這種

11、閥的閥口密封性能好。該圖示閥芯為錐形。,在開關(guān)閥中，球形、錐形或者圓盤形閥芯緊壓在閥座上，因此，這種閥具有良好密封。,1、方向控制閥,方向控制閥是用來改變液壓系統(tǒng)中各油路之間液流通斷關(guān)系的閥類。 (1)普通單向閥 普通單向閥的作用是使液體只能沿一個方向流動，不許它反向倒流 (2)液控單向閥 當控制口無壓力油通入時，它和普通單向閥一樣，不能反向倒流。當控制口接通控制油壓時，即可推動控制活塞，頂開單向閥的閥芯，使反向截止作用得到解除，液體即可在兩個方向自由通流。 (3)換向閥 換向閥是借助于閥芯與閥體之間的相對運動，使與閥體相連的各油路實現(xiàn)接通、切斷，或改變液流方向的閥類。,單向閥只允許工作油液向

12、一個方向流動。對于圖示流動方向，在復位彈簧和工作油液作用下，閥芯將閥口關(guān)閉。單向閥中也可以不帶復位彈簧。由于在關(guān)閉位置不允許有泄漏，所以，單向閥通常為開關(guān)閥式結(jié)構(gòu)。,對于圖示流動方向，在工作油液作用下，單向閥開啟,該圖示表明了滑閥工作原理。為使閥芯移動，閥芯與閥體之間應有間隙。為減小液壓卡緊力，通常在閥芯上開均壓槽，以使壓力平衡，并形成油膜。這樣，可使閥芯移動時的摩擦損失最小。這種閥的密封性能并不太理想，即總存在工作油液滲漏。,二位二通換向閥具有三個油口，即工作口A、進油口P和泄油口L。在此圖示中，換向閥處于靜止位置時，進油口P與工作油口A不接通。在泄油口上可連接泄油管路，以泄掉復位彈簧和閥芯

13、腔中的油液。,驅(qū)動二位二通換向閥動作時，則進油口P與工作油口A接通。二位二通換向閥也可以為常開式，即在靜止位置時，進油口P與工作口A接通。,二位三通換向閥具有三個油口，即工作油口A、進油口P和回油口T。工作油液可從進油口P流向工作油口A，或者從工作油口A流向回油口T，在上述兩種情況下，未接通的油口處于關(guān)閉狀態(tài)。在圖示靜止位置，進油口P關(guān)閉，而工作油口A與回油口T接通。,當驅(qū)動二位三通換向閥動作時，進油口P與工作油口接通，而回油口T關(guān)閉。二位三通換向閥也可以為常開式，即在靜止位置時，進油口P與工作口A接通，而回油口T則關(guān)閉。,二位四通換向閥具有四個油口，即工作油口A和B、進油口P及回油口T。進油

14、口P總是與一個工作油口（A或B）接通，而另一個工作油口（B或A）則與回油口T接通。在圖示靜止位置，進油口P與工作油口B接通，而工作油口A則與回油口T接通。與帶三臺肩的二位四通換向閥相反，帶二臺肩的二位四通換向閥無泄油口L,驅(qū)動二位四通換向閥動作時，進油口P與工作口A接通，而工作口B則與回油口T接通。二位四通換向閥也可以為常開式，即在靜止位置時，進油口P與工作口A接通，而工作口B則與回油口T接通。,二位四通換向閥具有四個油口，即工作油口A和B、進油口P及回油口T。進油口P總是與一個工作油口（A或B）接通，而另一個工作油口（B或A）則與回油口T接通。在圖示靜止位置，進油口P與工作油口B接通，而工作

15、油口A則與回油口T接通。帶三臺肩的二位四通換向閥應有泄油口L，否則液壓油將困在該閥內(nèi)。,當驅(qū)動二位四通換向閥動作時，進油口P與工作口A接通，而工作口B則與回油口T接通。,從邏輯角度看，三位四通換向閥是由二位四通換向閥和一個靜止位置組成。三位四通換向閥具有多種中位機能形式（如圖示三位四通換向閥，其中位機能為O型）。在圖示工作位置，進油口P與工作口B接通，而工作口A則與回油口T接通。,三位四通換向閥處于靜止位置時，除了泄油口外，其它所有油口都關(guān)閉。當三位四通換向閥處于靜止位置時，液壓泵出口壓力為安全閥的設(shè)定壓力。,三位四通換向閥向右換向，則進油口P與工作油口A接通，而工作油口B則與回油口T接通。,

16、2、壓力控制閥,液壓系統(tǒng)中控制油液壓力高低的液壓閥，統(tǒng)稱為壓力控制閥。它是利用閥芯上的液壓力和彈簧力相平衡的原理進行工作的。常用的壓力控制閥有溢流閥、減壓閥、順序閥等。,（1）、溢流閥,溢流閥的主要作用是維持液壓系統(tǒng)中的壓力基本恒定， 其結(jié)構(gòu)有直動式和先導式兩種。,溢流閥的應用 1)、溢流定壓作用 在定量泵節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)中，溢流閥處于常開狀態(tài)，保證了泵的工作壓力基本不變。 2、防止系統(tǒng)過載 在變量泵調(diào)速系統(tǒng)中，系統(tǒng)正常工作時，溢流閥口處關(guān)閉狀態(tài)，液壓泵輸出流量全部進入執(zhí)行元件。當系統(tǒng)超載，系統(tǒng)的壓力超過溢流閥調(diào)定值時，溢流閥迅速打開，油液流回油箱，系統(tǒng)壓力不再升高，確保系統(tǒng)安全。此時的溢流閥稱為

17、安全閥。 3)、背壓作用 在液壓系統(tǒng)的回油路上串接一個溢流閥，造成可調(diào)的回油阻力,形成背壓，以改善執(zhí)行元件的運動平穩(wěn)性。 4)、遠程調(diào)壓和系統(tǒng)卸荷作用 利用遠控口進行遠程調(diào)壓或系統(tǒng)卸荷,該溢流閥采用開關(guān)閥式結(jié)構(gòu)。當溢流閥處于靜止位置時，在調(diào)壓彈簧作用下，其溢流口關(guān)閉。在這種情況中，對于未帶負載液壓缸，當活塞桿伸出時，液壓泵輸出流量全部流入液壓缸。,一旦進油口A上油壓所產(chǎn)生的作用力大于調(diào)壓彈簧的彈簧力，溢流閥則開啟。在這種情況中，液壓缸活塞桿完全伸出后，液壓泵輸出流量全部通過溢流口流回油箱。,（2）、減壓閥,減壓閥是將閥的進口壓力(一次壓力)經(jīng)過減壓后使出口壓力(二次壓力)降低并穩(wěn)定的一種閥，又

18、叫定值輸出減壓閥。 減壓閥有直動式和先導式兩種，先導式減壓閥最為常用。,減壓閥是常開的，其出口壓力由調(diào)壓彈簧設(shè)定。減壓閥可將進口壓力降至出口壓力。在液壓系統(tǒng)中，如果不同設(shè)備需要不同壓力，則可以使用減壓閥。,當出口壓力升高時，作用在控制活塞左端面上油壓力變大，控制活塞向右移動，閥口變小，壓降增大，從而使出口壓力降至設(shè)定值。在滑閥式結(jié)構(gòu)中，也可以采用控制邊結(jié)構(gòu)，以緩慢增加開口量，從而使減壓閥具有較高調(diào)壓精度。,當出口壓力達到最大設(shè)定壓力時，閥口完全關(guān)閉。進口壓力由溢流閥設(shè)定,在圖示回路中，液壓缸活塞桿伸出，減壓閥出口壓力小于系統(tǒng)壓力，且恒定。,液壓缸活塞桿現(xiàn)處于完全伸出狀態(tài)，此時出口壓力不斷升高，閥口完全關(guān)閉。,3、流量控制閥,液壓系統(tǒng)中執(zhí)行元件運動速度的大小，由輸入執(zhí)行元件的油液流量的大小來確定。流量控制閥就是依靠改變閥口通液面積(節(jié)流口局部阻力)的大小或通流通道的長短來控制流量的液壓閥類。,(1)節(jié)流閥,影響節(jié)流口流量穩(wěn)定性的因素 節(jié)流口前后壓差 油溫 小流量時的節(jié)流口阻塞,可通過調(diào)節(jié)手柄使閥芯作軸向