液压传动-电梯培训.ppt

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1、液 压 传 动,河北省特种设备监督检验院 井科学,第1章 液压传动概论,章 节 目 录,1.1 液压传动的研究内容1.2 液压传动的工作原理1.3 液压传动系统的组成1.4 液压传动的特点1.5 液压传动发展及应用概况,河北省特种设备监督检验院,第1章 液压传动概论,能源介质：液压传动是以有压流体（压力油）为能源介质。实现传动和控制的方法：液压传动实现传动和控制的方法：利用各种控制元件组成能够实现特定功能的基本回路，再由若干回路有机组合成能完成一定控制功能的传动系统，从而进行能量的传递、转换与控制。了解的内容：(1)传动介质的基本物理性能及其静力学、动力学特性；(2)组成系统的各类液压元件的结

2、构、工作原理、工作性能以及由这些元件所组成的各种控制回路的性能和特点；(3)进行液压传动控制系统的设计。,能源介质控制方法应该要理解的内容,1.1 液压传动的研究内容,第1章 液压传动概论,1.2 液压传动的工作原理,帕斯卡定律：在密闭容器内，施加于静止液体上的压力将以等值同时穿液体中各点。,图1-1 液压千斤顶工作原理图,第1章 液压传动概论,视频演示1-1 液压千斤顶工作原理,第1章 液压传动概论,（1-2）,1.力的传递,据上式，系统压力与外负载密切相关。由此得出液压传动工作原理的第一个重要特征：液压传动中工作压力取决于外负载。,（1-1）,液压缸中所产生的液体压力P2：,作用在液压泵活

3、塞上的作用力F1,第1章 液压传动概论,由此得出液压传动工作原理的第二个重要特征：活塞的运动速度只取决于输入流量的大小，而与外负载无关。从上面的讨论还可以看出，压力和流量是液压传动中两个最基本的参数。,2.运动的传递,液压泵排出的液体体积等于进入液压缸的液体体积，则有：,（1-3）,上式两边同除以运动时间t得：,q1=v1A1=v2A2=q2,（1-4）,第1章 液压传动概论,1.3 液压传动系统的组成,图1-2 典型液压系统原理图,1-液压泵 2-流量控制阀 3-换向阀4-液压缸 5-工作台6-溢流阀 7-过滤器 8-油箱,第1章 液压传动概论,视频演示1-2 典型液压系统原理图,第1章 液

4、压传动概论,2.从上面的例子可以看出，液压传动系统主要由以下五个部分组成：,（1）功率输入装置（能源装置）：把机械能流体压力能。如液压泵。（2）功率输出装置（执行元件）：把流体的压力能机械能。如液压缸、液压马达。（3）控制元件：对系统中流体压力、流量和流动方向进行控制或调节的装置，如溢流阀等。（4）辅助元件：保证系统正常工作所需的上述三种以外的装置。如油箱、过滤器等。（5）工作介质：液压油等。为了简化液压系统的表示方法，通常采用图形符号来绘制系统原理图。图1-2（b）就是按GB/T786-93绘制的图1-2(a)所示液压系统原理图。,第1章 液压传动概论,1.4 液压传动的特点,1.液压传动的

5、优点,2.液压传动的缺点,优点：1）在同等体积下，液压装置比电气装置产生更高的动力。在同等功率下，液压装置体积小，重量轻，功率密度大，结构紧凑。2）工作比较平稳。3）能在大范围内实现无级调速 4）易于自动化 5）易于实现过载保护 6）液压系统的设计、制造和使用比较方便。7）用液压传动实现直线运动远比用机械传动简单。,缺点：1）较多的能量损失。2）工作性能易受温度变化的影响。3）液压元件的制造精度要求较高，因而价格较贵 4）液压传动出现故障时不易找原因,第1章 液压传动概论,主要经历如下阶段：17、18世纪液压基础理论的建立（流体运动原理、物体在流动的液体中的粘性和阻力问题、流体能量传递原理、静

6、压传递原理）18世纪末世界上第一台水压机由英国制造 19世纪至今流体运动方程进一步发展，液压传动在工程上得到了广泛的应用,应用举例：,1.5 液压传动发展及应用概况,表1-1液压传动在各类机械行业中的应用举例,第1章 液压传动概论,第2章 液压流体力学基础,2.1 液压油的性质2.2 液体静力学2.3 液体动力学2.4 管道中液流的特性2.5 孔口及缝隙的压力流量特性2.6液压冲击和气穴现象,2.1 液压油的性质2.2 液体静力学2.3 液体动力学2.4 管道中液流的特性2.5 孔口及缝隙的压力流量特性2.6液压冲击和气穴现象,章 节 目 录,第2章 液压流体力学基础,2.1.1 主要性质2.

7、1.2 对液压油的要求和选用,2.1 液压油的性质,第2章 液压流体力学基础,2.1 液压油的性质,密度(Kg/m3),2.可压缩性 液体的压缩系数:,2.1.1 主要性质,它的倒数称为液体的体积弹性模量，以K表示:,（2-2）,（2-3）,（2-1）,液压油的K值很大，所以几乎可认为不可压缩，但当混入空气，其可压缩性将显著增加，而影响液压系统的工作性能。,第2章 液压流体力学基础,3.粘性,牛顿液体的内磨擦定律：其中：比例系数，动力粘度。,图2-1 粘性示意图,第2章 液压流体力学基础,液体的粘性表示方法:液体粘性的大小用粘度来表示。常用的粘度有三种，即：,(1)动力粘度：单位是：(Pas)

8、（帕秒）或用(N s/m2)表示。,(2)运动粘度：其单位：2/s，（米2/秒）。,（2-4）,(3)相对粘度（条件粘度）,动力粘度、运动粘度和相对粘度。,第2章 液压流体力学基础,图2-3 几种国产油液粘温图,第2章 液压流体力学基础,1.要求 工作油液具有双重作用，一是作为介质，二是作为润滑剂，对其是要求：合适的粘度，粘温特性好，良好的润滑性，化学稳定性和环境稳定性，与系统元件的材料的兼容性好等等,2.1.2 对液压油的要求和选用,2.选用 选择液压用油首先要考虑的是粘度问题。一般液压系统的油液粘度在 之间。,在液压系统中，常根据液压泵的要求选择液压油的粘度。各类液压泵适用的粘度范围如表2

9、-2所示。,第2章 液压流体力学基础,表2-1 各类液压泵适用的粘度范围,第2章 液压流体力学基础,2.2.1 静压力及其特性2.2.2 静压力基本方程式2.2.3 帕斯卡原理2.2.4 静压力对固体壁面的作用力,2.2 液体静力学,第2章 液压流体力学基础,1.液体的静压力 液体静压力在物理学上称为压强，在工程实际应用中习惯上称为压力。2.液体静压力的特性(1)液体静压力垂直于其承压面，其方向和该面的内法线方向一致。(2)静止液体内任一点所受到的静压力在各个方向上都相等。,2.2.1 静压力及其特性,第2章 液压流体力学基础,由于液柱受力平衡，故：,2.2.2 静压力基本方程式,1.静压力基

10、本方程式 在重力作用下的静止液体所受的力，其受力情况如图2-4所示。,图2-4 静止液体内压力分布规律,（2-9）,将式（2-9）两边同除以，则得静压力基本方程式：,（2-10）,第2章 液压流体力学基础,静止液体内任一点处的压力由两部分组成：,由上式可知：重力作用下的液体其压力分布具有如下的特征：,(2)静止液体内压力随液体深度呈直线规律递增。,(3)离液面深度相同处各点的压力均相等，而压力相等的所有点组成的面叫做等压面。,(4)能量守恒。,（2-11）,（2-12）,式中，p0为静止液体中单位质量液体的压力能，h为单位质量液体的势能。,第2章 液压流体力学基础,（1）绝对压力（2）相对压力

11、（表压力）：用压力表测得的压力数值是相对压力。（3）真空度,1Pa（帕）1 N/m2；1bar（巴）1105 Pa1105 N/m2;1at（工程大气压）1kgf/cm2=9.8104 N/m2;1mH2O（米水柱）9.8103 N/m2;1mmHg(毫米汞柱)1.33102 N/m2,绝对压力、相对压力和真空度的关系见图2-5（下页）,第2章 液压流体力学基础,2.压力的表示方法及单位压力的单位以及各种表示法之间的换算关系如下：,图2-5 绝对压力、相对压力和真空度,由图2-5可知，以大气压为基准计算压力时，基准以上的正值是表压力，基准以下的负值就是真空度。,第2章 液压流体力学基础,2.2

12、.3 帕斯卡原理,即：在密闭容器内，施加于静止液体的压力可以等值地传递到液体中各点,应用实例如下：,图2-7 帕斯卡原理应用实例,第2章 液压流体力学基础,（1）当固体壁面为一平面时：F=PA（2）当固体壁面为一曲面时：,2.2.4 静压力对固体壁面的作用力,第2章 液压流体力学基础,2.3 液体动力学,2.3.1流量连续性方程质量守恒定律2.3.2 伯努利方程能量守恒定律2.3.3 动量方程动量守恒,描述流动液体力学规律的三个基本方程式是流动液体的连续性方程、伯努利方程、动量方程,2.3.1 流量连续性方程质量守恒定律,图2-9 液流连续性方程 推导简图,根据质量守恒定律可得：不考虑液体的压

13、缩性：或写成：式（2-16）为液流的流量连续性方程,（2-14）,（2-15）,（2-16）,第2章 液压流体力学基础,假设液体无能量损失，据能量守恒定律可得：或写成：以上两式即为理想液体的伯努利方程。其物理意义：理想流体具有压力能、动能、势能。三者可以互相转换，但总的能量不变。,2.3.2 伯努利方程能量守恒定律,图2-10 伯努利方程推导简图,（2-17）,1.理想液体的伯努利方程,第2章 液压流体力学基础,2.3.3 动量方程动量守恒,图2-13 带有压力容器的管道流动示意图,图2-14 液压油在一个管道中流动的示意图,图2-15 液压油流过弯曲的管道示意图,三图均满足：上式与牛顿第二定

14、律相似，即：,（2-20）,（2-21）,第2章 液压流体力学基础,由于液体具有粘性，以及液体流动是会突然转弯和通过阀口会产生撞击或出现漩涡等，液体流动时，会产生阻力，必然会损耗一部分能量，这种能量损失可以用压力损失hw表示：它由两部分组成：（1）沿程压力损失，（2）局部压力损失。沿程压力损失：液体在直径不变的直管中流动时克服摩擦阻力的作用而产生的能量消耗称为沿程压力损失。局部压力损失：液体流过进出阀口，突然的扩大管，弯管等局部位置时候产生的压力损失。,2.5.1 液压冲击2.5.2 气穴现象,2.5 液压冲击和气穴现象,第2章 液压流体力学基础,2.5.1 液压冲击,液压冲击现象、危害,液压

15、冲击的类型按其产生的原因分为：液流的惯性导致的液压冲击；工作部件的惯性引起的液压冲击。,下面分别根据这两种情况进行分析：,第2章 液压流体力学基础,当管道的末端突然关闭时，液体立即停止运动。根据能量守恒定律，则：所以：,（1）液体突然停止运动时产生的液压冲击,图2-31 液压冲击,（2-70）,第2章 液压流体力学基础,（2）运动部件制动时产生的液压冲击根据动量定理，可求得系统中的冲击压力的近似值p为：,第2章 液压流体力学基础,减小液压冲击的措施 分析前面各式中p的影响因素，可以归纳出减小液压冲击的主要措施有：延长阀门关闭和运动部件制动换向的时间，可采用换向时间可调的换向阀。限制管道流速及运

16、动部件的速度。适当增大管径。尽量缩短管道长度，使完全冲击改变为不完全冲击。用橡胶软管或在冲击源处设置蓄能器，也可以在容易出现液压冲击的地方，安装限制压力升高的安全阀。,第2章 液压流体力学基础,2.6.2 气穴现象,1.气穴现象的机理及危害,气穴现象机理：为什么最容易产生气穴处的是泵的吸油腔和阀口：危害：使金属表面产生气蚀，缩短零件的寿命。,第2章 液压流体力学基础,减少气穴现象的措施 为减少气穴现象和气蚀的危害，一般采取如下一些措施：（1）减小阀孔或其它元件通道前后的压力降，一般使压力比p1p23.5。（2）在设计液压元件和管路时，尽量避免设计成狭窄油道或急转弯油道，以防止产生低压区。（3）

17、尽量降低液压泵的吸油高度。（4）各元件的联接处要密封可靠、防止空气进入。（5）对容易产生气蚀的元件，如泵的配油盘等，要采用抗腐蚀能力强的金属材料，增强元件的机械强度。,第2章 液压流体力学基础,第3章 液压泵,章 节 目 录,3.1 液压泵概述3.2 柱塞泵3.3 叶片泵3.4 齿轮泵,第3章 液压泵,3.1 液 压 泵,3.1.1 液压泵的基本工作原理,液压泵是一种能量转换装置，它将机械能转换为液压能，是液压传动系统中的动力元件，为系统提供压力油。,图3-1 容积式（单柱塞泵）的工作原理图,第3章 液压泵,图3-1视频演示（标准）：容积式（单柱塞泵）的工作原理图,第3章 液压泵,液压系统中的

18、各种液压泵，其工作原理都是依靠密闭容积变化来进行工作的。构成液压泵的基本条件是：具有密闭的容积空间。具有相应的配流机构。油箱内体积的绝对压力必须等于或大于大气压力。,第3章 液压泵,3.1.2 液压泵的图形符号,液压泵的图形符号如图3-4所示。,图3-4 液压泵的图形符号,第3章 液压泵,3.1.3 液压泵的分类,液压泵按主要运动构件的形状和运动方式分为齿轮泵、叶片泵、柱塞泵、螺杆泵。（1）齿轮泵分为外啮合齿轮泵和内啮合齿轮泵；（2）叶片泵分为双作用叶片泵、单作用叶片泵和凸轮转子叶片泵；（3）柱塞泵分为径向柱塞泵和轴向柱塞泵；（4）螺杆泵分为单螺杆泵、双螺杆泵和三螺杆泵。液压泵按排量能否改变分

19、为定量泵和变量泵，其中变量泵可以是单作用叶片泵、径向柱塞泵、轴向柱塞泵。,第3章 液压泵,3.1.4 液压泵的主要性能参数,1.液压泵的压力(1)吸入压力泵进口处的压力，自吸泵的吸入压力低于大气压力。(2)工作压力P液压泵工作时的出口压力，其大小取决于负载。(3)额定压力PS在正常工作条件下，按试验标准连续运转的最高压力。,2.液压泵的排量、流量和容积效率(1)排量V,第3章 液压泵,（2）流量 液压泵的流量又分为平均理论流量、实际流量、额定流量。平均理论流量t 实际流量q 额定流量qs,第3章 液压泵,3.液压泵的功率和效率(1)输入功率pr(2)输出功率P(3)容积效率v,第3章 液压泵,

20、(4)机械效率m(5)总效率和机械效率m,4.液压泵的转速(1)额定转速ns:在额定压力下，能连续长时间正常运转的最高转速，称为液压泵的额定转速。(2)最高转速nmax:在额定压力下，超过额定转速允许短时间运行的最高转速。(3)最低转速nmin:正常运转所允许的液压泵的最低转速。(4)转速范围:最低转速与最高转速之间的转速为液压泵工作的转速范围。,第3章 液压泵,3.1 齿轮泵,3.1.1 外啮合齿轮泵,齿轮泵是利用齿轮啮合原理工作的，根据啮合形式不同分为外啮合齿轮泵和内啮合齿轮泵两种。因螺杆的螺旋面可视为齿轮曲线作螺旋运动所形成的表面，螺杆的啮合相当于无数个无限薄的齿轮曲线的啮合，因此将螺杆

21、泵放在齿轮泵一起介绍。,1.工作原理,图3-15 齿轮泵结构图,第3章 液压泵,图3-16 齿轮泵工作原理图,第3章 液压泵,图3-16视频演示（标准）：齿轮泵工作原理图,第3章 液压泵,结构特点(1)降低齿轮泵的噪声(2)泄漏,第3章 液压泵,(3)液压径向不平衡力:在齿轮泵中，由于在压油腔和吸油腔之间存在着压差，液体压力的合力作用在齿轮和轴上，是一种径向不平衡力，如图3-18a所示。,图3-18 径向压力分布及合力,第3章 液压泵,(4)因油现象与卸荷措施 1)因油现象,图3-19 齿轮泵的困油现象,第3章 液压泵,3.应用 外啮合齿轮泵在采取了一系列的高压化措施后，额定压 力可达32MP

22、a。由于它具有转速高、自吸能力好、抗污染能力强等一系列优点，因此得到了广泛地应用。,2)卸荷措施 困油现象使齿轮泵产生强烈的噪声和气蚀，影响、缩短其工作的平稳性和寿命。消除困油的方法，通常是在两端盖板上开卸荷槽。,第3章 液压泵,3.1.2 内啮合齿轮泵,图3-20 内啮合齿轮泵工作原理,第3章 液压泵,图3-20视频演示内啮合齿轮泵工作原理,第3章 液压泵,3.1.3 螺杆泵 螺杆泵实质上是一种外啮合摆线齿轮泵，图3-21所示为一种三螺杆泵的结构图。,图3-21 螺杆泵,第3章 液压泵,叶片泵分为单作用叶片泵和双作用叶片泵两种，前者用作变量泵，后者为定量泵。,1.工作原理,图3-10 双作用

23、叶片泵结构,3.3.1 双作用叶片泵 双作用叶片泵因转子旋转一周，叶片在转子叶片槽内滑动两次，完成两次吸油和两次压油而得名。,第3章 液压泵,3.2.1 双作用叶片泵 双作用叶片泵因转子旋转一周，叶片在转子叶片槽内滑动两次，完成两次吸油和两次压油而得名。,图3-11 泵的工作原理图,a),b),第3章 液压泵,图3-11视频演示（标准）双作用叶片泵的工作原理图,第3章 液压泵,2.结构特点（1）配流盘的两个吸油窗口和两个压油窗口对称布置，因此作用在转子和定子上的液压径向力平衡，轴承承受的径向力小，寿命长。（2）为保证叶片在转子叶片槽内自由滑动并始终紧贴定子内环，双作用叶片泵一般采用叶片槽根部全

24、部通压油腔的办法。,第3章 液压泵,（3）由于双作用叶片泵的吸、压油经常是在定子的大半径圆弧和小半径圆弧段进行的，每个圆弧段半径不变，因此转子每转一圈的排量是个定值。与其他泵相比，双作用叶片泵运行更平稳，产生的噪声较小。（4）为了提高双作用叶片泵的工作压力，除了对有关零件选用合适的材料和热处理外，结构上采取必要的措施解决叶片卸荷问题，使叶片压向定子的作用力减小。通常有双叶片式，弹簧叶片式和母子叶片式等。,第3章 液压泵,3.2.2 单作用叶片泵,单作用叶片泵转子每转一周，吸、压油各一次，故称为单作用。1.工作原理,图3-12 单作用叶片泵工作原理图,第3章 液压泵,图3-12视频演示（标准）单

25、作用叶片泵的工作原理图,第3章 液压泵,2.限压式变量叶片泵的变量原理,图3-13 YBX型外反馈限压式变量泵的结构,第3章 液压泵,3.3 柱塞泵,3.3.1 配流轴式径向往塞泵,柱塞液压泵是依靠柱塞在缸体孔内作往复运动时产生的容积变化进行吸油和压油的。下面介绍几种典型的柱塞泵的结构和工作原理。,1、工作原理,图3-5 阀配轴式径向柱塞泵,第3章 液压泵,2.结构特点（1)配流轴上的吸、压油窗口由中间隔墙分开，同时对应的方向开有平衡油槽，使作用在配流轴上的液压径向力实现了平衡，既减少了滑动表面的磨损，又减小了间隙泄漏，提高了容积效率。（2)改变定子与转子的偏心量e，可改变泵的排量；改变偏心量

26、e的方向（即使偏心量e由正值转为负值）时，泵的吸、压油方向改变。因此径向柱塞泵可做成单向或双向变量泵。,第3章 液压泵,3.3.2 斜盘式轴向柱塞泵,1.工作原理,图3-7 斜盘式轴向柱塞泵,第3章 液压泵,当传动轴以3-7图示方向带动缸体转动时。若柱塞直径为d,缸体柱塞孔分布圆直径为，柱塞数为z，斜盘倾角为，则斜盘式轴向柱塞泵的排量(3-2)图3-7为手动变量泵,若轴销距斜盘回转中心的力臂为L,则可得tgmax=smax/L又由于轴销随同变量活塞一起位移，因此轴销的位移即变量活塞的位移s，于是有tg=s/L,代入公式(3-2)，则有(3-3)泵的排量与变量活塞的位移成正比：为限制柱塞所受的液

27、压侧向力不致过大，斜盘的最大倾角max一般小于1820。,第3章 液压泵,2.结构特点（1)在构成吸压油腔密闭容积的三对运动摩擦副中，柱塞与缸体柱塞孔之间的圆柱环形间隙加工精度易于保证；缸体与配流盘、滑履与斜盘之间的平面缝隙采用静压平衡，间隙磨损后可以补偿，因此轴向柱塞泵的容积效率较高，额定压力可达32MPa。（2)为防止柱塞底部的密闭容积在吸、压油腔转换时因压力突变而引起的压力冲击，一般在配流盘吸、压油窗口的前端开设减振槽(孔)，或将配流盘顺缸体旋转方向偏转一定角度放置。,第3章 液压泵,（3)泵内压油腔的高压油经三对运动摩擦副的间隙泄漏到缸体与泵体之间的空间后，再经泵体上方的泄漏油口直接引

28、回油箱，这不仅可保证泵体内的油液为零压，而且可随时将热油带走，保证泵体内的油液不致过热。（4)斜盘式轴向柱塞泵以及前面介绍的径向往塞泵和后面介绍的斜轴式轴向柱塞泵的瞬时理论流量随缸体的转动而周期性变化，其变化频率与泵的转速和柱塞数有关，由理论推导柱塞数为奇数时的脉动小于偶数，因此柱塞泵的柱塞取为奇数，一般为5、7或9。,第3章 液压泵,第4章 液压执行元件,章 节 目 录,4.1 液压马达4.2 液压缸,第4章 液压执行元件,4.1 液压马达,1.液压马达的分类 按照工作特性马达可分为两大类：额定转速在500（r/min）以上为高速液压马达；额定转速在500（r/min）以下为低速液压马达。高

29、速液压马达有齿轮马达、叶片马达、轴向柱塞马达、螺杆马达等。低速液压马达有单作用连杆型径向柱塞马达和多作用内曲线径向柱塞马达等。按其排量能否改变可分为定量马达和变量马达。,2.液压马达的图形符号,图4-1 液压马达的图形符号,第4章 液压执行元件,4.1.1 液压马达概述,从工作原理上讲，液压传动中的泵和马达都是靠工作腔密闭容积的容积变化而工作的。,4.1 液压马达,4.1.2 高速液压马达,1.轴向柱塞马达,图4-2 轴向柱塞马达的工作原理,第4章 液压执行元件,4.1 液压马达,4.1.2 高速液压马达,叶片液压马达 常用叶片液压马达为双作用式，现以双作用式来说明其工作原理。,图4-3 叶片

30、液压马达的工作原理,第4章 液压执行元件,图4-3视频演示（标准）叶片液压马达的工作原理,第4章 液压执行元件,4.1 液压马达,4.1.2 高速液压马达,3.齿轮液压马达,图4-4 外啮合齿轮液压马达工作原理,第4章 液压执行元件,图4-4视频演示（标准）外啮合齿轮液压马达工作原理,第4章 液压执行元件,4.1 液压马达,3.液压马达特性参数（1）功率与总效率,马达输入功率PMi为(4-1)马达输出功率PM0为(4-2)马达的总效率M等于马达的输出功率PM0与输入功率PMi之比，即(4-3),第4章 液压执行元件,4.1 液压马达,（2）马达的转矩和机械效率（a）理论转距 即(4-4),第4

31、章 液压执行元件,4.1 液压马达,（c）机械效率 由(4-6)得(4-7),（3）流量与容积效率(4-8),第4章 液压执行元件,4.1 液压马达,(4-9)（4）马达的排量与转速(4-10)（5）工作压力与额定压力,第4章 液压执行元件,4.1 液压马达,4.1.3 低速液压马达,低速液压马达通常是径向柱塞式结构，为了获得低速和大转矩，采用高压和大排量，它的体积和转动惯量很大，不能用于反应灵敏和频繁换向的场合。低速液压马达按其每转作用次数，可分单作用式和多作用式。若马达每旋转一周，柱塞作一次往复运动，称为单作用式，若马达转一周，柱塞作多次往复运动，称为多作用式。,第4章 液压执行元件,4.

32、1 液压马达,.多作用内曲线径向柱塞马达,图4-6 多作用内曲线径向柱塞马达,第4章 液压执行元件,4.1 液压马达,多作用内曲线径向柱塞马达的排量为(4-12)式中 d 柱塞直径；s 柱塞行程；x 作用次数；y 柱塞排数；z 每排柱塞数。,第4章 液压执行元件,4.2 液压缸,4.2.1 液压缸的类型和速度推力特性,液压缸的种类繁多，通常根据其结构特点分为活塞式、柱塞式和摆动式三大类；按其作用来分，有单作用式（活塞只单向受力而运动，反向运动依靠活塞自重或其它外力）和双作用式（活塞双向受液压力而运动）。下面介绍几种常用的液压缸。,活塞式液压缸(1）双杆活塞缸,a),图4-7 双杆活塞缸,b),

33、第4章 液压执行元件,图4-7a视频演示（标准）：双杆活塞缸,第4章 液压执行元件,图4-7b视频演示（标准）：双杆活塞缸,第4章 液压执行元件,4.2 液压缸,因双活塞杆液压缸的两端活塞杆直径相等，所以当输入流量和油液压力不变时，其往返运动速度和推力相等。则缸的推力F和运动速度分别为：(4-13)(4-14)式中 A 液压缸的有效面积；m液压缸的机械效率；V液压缸的容积效率；D活塞直径；d活塞杆直径；q输入液压缸的流量；p1进油腔压力；p2回油腔压力。,第4章 液压执行元件,4.2 液压缸,（2）单杆活塞缸,a)b)c),图4-8 单杆活塞缸,如图4-8所示，活塞只有一端带活塞杆，单杆活塞缸

34、也有缸筒固定和活塞杆固定的两种安装形式。两种安装方式的工作台运转范围均为活塞有效行程的2倍。单杆活塞缸因左、右两腔有效面积A1和A2不等，因此当进油腔和回油腔压力分别为P1和P2，输入左、右两腔的流量均为q 时，液压缸左、右两个方向的推力和速度不相同。,第4章 液压执行元件,图4-8a视频演示（标准）：单杆活塞缸,第4章 液压执行元件,图4-8b视频演示（标准）：单杆活塞缸,第4章 液压执行元件,图4-8c视频演示（标准）：单杆活塞缸,第4章 液压执行元件,4.2 液压缸,3.柱塞液压缸,图4-9 柱塞液压缸,第4章 液压执行元件,图4-9a视频演示（标准）：柱塞液压缸,第4章 液压执行元件,

35、图4-9b视频演示（标准）：柱塞液压缸,第4章 液压执行元件,4.2 液压缸,前面所讨论的活塞式液压缸的应用非常广泛,但这种液压缸由于缸孔加工精度要求很高，当行程较长时，加工难度大,使得制造成本增加。在生产实际中,某些场合所用的液压缸并不要求双向控制,柱塞式液压缸正是满足了这种使用要求的一种价格低廉的液压缸。柱塞式液压缸只能作为单作用液压缸 当柱塞直径为d，输入液压油流量为q时，柱塞上所产生的推力F和速度v分别为：(4-23)(4-24),第4章 液压执行元件,4.2 液压缸,3.其它形式液压缸,（1）伸缩液压缸 伸缩式液压缸又称多套缸，它是由两级或多级活塞式液压缸套装而成的，前一级活塞缸的活

36、塞是后一级活塞的缸筒。当通入压力油时，活塞有效面积最大的缸筒以最低油压力开始伸出，当行至终点时，活塞有效面积次之的缸筒在压力油的作用下开始伸出。各级伸出速度取决于外伸缸筒的有效面积，外伸缸筒有效面积越小，伸出速度加快。伸缩式液压缸可以获得很长的行程，缩回时轴向尺寸又很小。下图4-10和4-11分别为双作用伸缩液压缸和单作用伸缩液压缸工作原理图。,第4章 液压执行元件,4.2 液压缸,图4-11 单作用伸缩液压缸,图4-10 双作用伸缩液压缸,第4章 液压执行元件,图4-10视频演示（标准）：双作用伸缩液压缸,第4章 液压执行元件,图4-11视频演示（标准）：单作用伸缩液压缸,第4章 液压执行元

37、件,4.2 液压缸,（2）齿条活塞液压缸,图4-12 齿条活塞液压缸,第4章 液压执行元件,图4-12视频演示（标准）：齿条活塞液压缸,第4章 液压执行元件,4.2 液压缸,（3）增压缸（增压器）,图4-13 增压缸,第4章 液压执行元件,图4-13视频演示（标准）：增压缸,第4章 液压执行元件,4.2.2 液压缸的典型结构和组成,1.液压缸典型结构,图4-14 单活塞杆液压机构,4.2 液压缸,第4章 液压执行元件,4.2 液压缸,4.2.2 液压缸的典型结构和组成,2.液压缸的组成,液压缸按结构组成分为缸体组件、活塞组件、密封装置、缓冲装置和排气装置等。除密封装置将在第六章单独叙述外，下面

38、介绍其它部分。（1）缸体组件,图4-15 缸筒与缸盖连接方式,第4章 液压执行元件,4.2 液压缸,（2）活塞组件,图4-16 活塞与活塞杆的连接,第4章 液压执行元件,4.2 液压缸,（3）缓冲装置,图4-17 液压缸的缓冲装置a)圆柱形环隙式 b)圆锥形环隙式 c)可变节流槽式 d)可调节流孔式,第4章 液压执行元件,4.2 液压缸,（4)排气装置,图4-18 排气装置,第4章 液压执行元件,第5章 液压控制阀,章 节 目 录,5.1 液压阀概述5.2 方向控制阀5.3 压力控制阀5.4 流量控制阀5.5 叠加阀和插装阀5.6 电液伺服阀5.7 电液比例阀5.8 电液数字阀,第5章 液压控

39、制阀,5.1 液压阀概述,5.1.1 液压阀的基本共同点,液压控制阀的种类繁多，但他们在液压系统的作用主要有三个方面：控制液压油的压力(压力控制阀)、流量（流量控制阀）和流动方向（方向控制阀），保证执行元件按照负载的需求进行工作。,尽管液压阀的种类繁多，且各种阀的功能和结构形式也有较大的差异，但都具有基本共同点：,第5章 液压控制阀,1.在工作原理上，所有液压阀的开口大小、进出口间的压差以及通过阀的流量之间的关系都符合孔口流量公式，只是各种阀控制的参数各不相同而已。,图 5-1 阀的结构型式,第5章 液压控制阀,2.在结构上，所有液压阀均由阀体、阀芯（锥阀，滑阀或球阀）和驱动阀芯动作的元、部件

40、组成。其中阀芯的结构如图51所示。,表5-1 液压控制阀的分类,第5章 液压控制阀,5.1.3对液压阀的基本要求,1.动作灵敏、使用可靠、工作时冲击和振动要小。2.阀口全开时，液流压力损失小；阀口关闭时，密封性能好。3.所控制的参量（压力或流量）稳定，受外干扰时变化量要 小。4.结构紧凑，安装、调试、维护方便，通用性好。,5.1.2 液压阀的分类,液压阀可按不同的特征进行分类，如表5-1所示。,第5章 液压控制阀,5.2 方向控制阀,方向控制阀主要有单向阀和换向阀两类。,5.2.1单向阀,常用的单向阀有：普通单向阀和液控单向阀两种。,1.普通单向阀（单向阀）,普通单向阀的作用是只允许液流沿一个

41、方向通过，不能反向流动。普通单向阀如图5-2所示。,第5章 液压控制阀,图 5-2普通单向阀,第5章 液压控制阀,2.液控单向阀,第5章 液压控制阀,普通单向阀（正向）,内泄式液控单向阀（控制油口不通压力油时）,外泄式液控单向阀,需要指出的是，控制压力油油口不工作时，应使其通回油箱，否则控制活塞难以复位，单向阀反向不能截止液流。,第5章 液压控制阀,普通单向阀(正向）,第5章 液压控制阀,内泄式液控单向阀（控制油口不通压力油时）,第5章 液压控制阀,外泄式液控单向阀,第5章 液压控制阀,5.2.2 换向阀,1）功能：换向阀是利用阀芯在阀体中作相对运动，使油路接通、切断或改变流动方向，从而使执行

42、元件启动、停止或变换运动方向。2）分类：,（1）按结构类型可分为滑阀式、转阀式和球阀式。（2）按阀体连通的主油路数可分为二通、三通、四通等。（3）按阀芯在阀体内的工作位置可分为二位、三位，四位等。（4）按操作阀芯运动的方式可分为手动、机动、电磁动、液动和电液动等。,第5章 液压控制阀,3滑阀或换向阀的结构,不同的通数和位数构成了不同类型的换向阀，所谓二位阀、三位阀是指换向阀的阀芯有两个或三个不同的工作位置；二通阀、三通阀、四通阀是指其阀体上有两个、三个、四个各不相通且与系统中不同油管连接的油路接口。换向阀的功能主要就是由其控制的通路数和工作位置所决定。,换向阀都有两个或两个以上的工作位置，其中

43、一个是常位，即阀芯未受外部操纵时所处的位置，绘制液压系统图时，油路一般应连接在常位上。,4滑阀式换向阀的操纵方式,滑阀式换向阀的操纵方式包括：手动(机动)、电磁动、液动和电液联合驱动等，见图5-4、5-5、5-6。,第5章 液压控制阀,图5-4 三位四通手动换向阀,第5章 液压控制阀,图5-4 视频演示（标准）三位四通手动换向阀（弹簧自动复位式）(外力作用于杠杆),第5章 液压控制阀,图5-5 二位二通电磁换向阀（电磁铁得电时）,第5章 液压控制阀,图5-5 视频演示（标准）：二位三通电磁换向阀（电磁铁得电时）,第5章 液压控制阀,图5-6 三位四通电液换向阀,第5章 液压控制阀,图5-6 三

44、位四通电液换向阀(右电磁铁得电时）,第5章 液压控制阀,图5-6 视频演示（标准）：三位四通电液换向阀（左电磁铁得电时）,第5章 液压控制阀,Graphics symbol（图形符号）,Simplified graphics（简化图形）,第5章 液压控制阀,5.滑阀的中位机能,三位阀有三个工作位置，根据需要，执行元件可在左位或右位工作。三位换向阀的阀芯在中间位置时，各通口间有不同的连通方式，可满足不同的使用要求，这种连通方式称为换向阀的中位机能。不同的中位机能是在阀体的尺寸不变的情况下，通过改变阀芯的形状和尺寸得到的。常见的中位机能、符号及其特点如表5-3所列。,第5章 液压控制阀,表5-3

45、三位四通滑阀的中位机能,第5章 液压控制阀,表5-3 三位四通滑阀的中位机能(续）,第5章 液压控制阀,5.3 压力控制阀,5.3.1 溢流阀,普通的压力控制阀包括溢流阀、减压阀、顺序阀和压力继电器，它们用来控制液压系统中的油液压力或通过压力信号实现控制。,溢流阀按结构型式分：（1）直动型；（2）先导型。它旁接在液压泵的出口保证系统压力恒定或限制其最高压力，有时也旁接在执行元件的进口，对执行元件起安全保护作用。,第5章 液压控制阀,1.结构及工作原理（1）直动型,图5-7 直动型溢流阀,第5章 液压控制阀,图5-7 视频演示：直动型溢流阀,第5章 液压控制阀,(2)先导型,若系统压力和流量较大

46、时，通常使用先导型溢流阀。其常见的结构如图5-8所示，它们由先导阀和主阀两部分组成。这种阀的工作原理是利用主阀上下两端油液压力差来使主阀阀芯移动的。,第5章 液压控制阀,图5-8 先导溢流阀,3.溢流阀的基本性能主要有：,（1）调压范围 在规定的范围内调节时，阀的输出压力能平稳地升降，无压力突跳或迟滞现象。（2）压力流量特性 溢流阀的进口压力随流量变化而波动的性能称为压力流量特性或启闭特性，如图 5-9所示。（3）压力超调量 压力峰值与额定压力之差称为压力超调量，一般限制超调量不得大于额定值的30%。图5-10为溢流阀由零压、零流量过渡为额定压力、额定流量的动态过程曲线。,第5章 液压控制阀,

47、图5-9 溢流阀的压力流量特性曲线,第5章 液压控制阀,图5-10 溢流阀的动态过程曲线,第5章 液压控制阀,5.3.2 减压阀,减压阀是一种利用液流流过缝隙产生压力损失，使其出口压力低于进口压力的压力控制阀。,按调节要求不同有：（1）用于保证出口压力为定值的定值减压阀；（2）用于保证进出口压力差不变的定差减压阀；（3）用于保证进出口压力成比例的定比减压阀。其中定值减压阀应用最广，又简称为减压阀。,第5章 液压控制阀,1.减压阀结构及工作原理,图5-11 先导型减压阀,第5章 液压控制阀,图5-11 视频演示：先导型减压阀,第5章 液压控制阀,2.减压阀功用和特点,比较减压阀与溢流阀的工作原理

48、和结构，可以将二者的差别归纳为以下三点：,（l）减压阀保持出口压力为定值；而溢流阀则保持进口压力恒定。（2）阀不工作时，减压阀进出油口相通；而溢流阀则进出油口不通。（3）减压阀进出油口都有压力，先导阀弹簧腔的泄漏油需单独引回油 箱；而溢流阀的出口直接接回油箱，因此先导阀弹簧腔的泄漏油经阀体内流道内泄至出口。,第5章 液压控制阀,5.3.3 顺序阀1.顺序阀功能2.工作原理,顺序阀是一种利用压力控制阀口通断的压力阀，因用于控制多个执行元件的动作顺序而得名。,图5-12为直动式顺序阀的工作原理。,第5章 液压控制阀,图5-12 直动型顺序阀,第5章 液压控制阀,图5-12 视频演示：直动型顺序阀,

49、第5章 液压控制阀,3.顺序阀的控制形式：,依控制压力的不同，顺序阀可分为内控和外控式两种。见图5-14。,图5-14 顺序阀的四种控制形式,第5章 液压控制阀,4.特点,其中内控内泄用在系统中作平衡阀或背压阀；外控内泄用作卸载阀；外控外泄相当于一个液控二位二通阀。将其特点归纳如下：,内控外泄顺序阀与溢流阀的相同之点是：,阀口常闭，由进口压力控制阀口的开启。区别是内控外泄顺序阀调整压力油去工作，当因负载建立的出口压力高于阀的调定压力时，阀的进口压力等于出口压力，作用在阀芯上的液压力大于弹簧力和液动力，阀口全开；当负载所建立的出口压力低于阀的调定压力时，阀的进口压力等于调定压力，作用在阀芯上的液

50、压力、弹簧力、液动力平衡，阀的开口一定，满足压力流量方程。,第5章 液压控制阀,5.3.4 压力继电器1.功能 2.结构特点,压力继电器是一种将液压系统的压力信号转换为电信号输出的元件。其作用是，根据液压系统压力的变化，通过压力继电器内的微动开关，自动接通或断开电气线路，实现执行元件的顺序控制或安全保护。,压力继电器按结构特点可分为柱塞式、弹簧管式和膜片式等。图5-15为单触点柱塞式压力继电器。,第5章 液压控制阀,图5-15 单触点柱塞式压力继电器,第5章 液压控制阀,图5-15视频演示：单触点柱塞式压力继电器,第5章 液压控制阀,5.4 流量控制阀,5.4.1 流量控制原理,流量控制阀是通