設備控制技術(shù)

機械工程系,Department of Mechanical Engineering,機械工程系簡介,機械工程學院,設備控制技術(shù),一、液壓泵和液壓馬達 液壓泵由原動機（電機）驅(qū)動，把輸入的機械能轉(zhuǎn)換成油液的壓力能再輸入到系統(tǒng)中去，是動力元件； 液壓馬達是將輸入油液的壓力能轉(zhuǎn)換成機械能，輸出扭矩和轉(zhuǎn)速，它是執(zhí)行元件。從工作原理上說，大部分液壓泵和液壓馬達是可逆的。 1. 概述 （1）液壓泵和液壓馬達的工作原理和分類 1）液壓泵的工作原理如圖1-9所示。 容積式液壓泵正常工作的必備條件為： ①應具有密閉容積，且密閉容積能發(fā)生周期性變化。 ②具有配流裝置，保證在吸油過程中使油腔a與 油箱相通，而切斷壓油管路；在壓油過程中 使油腔a與壓油管路相通，而切斷吸油管路。 ③油箱必須與大氣相通，保證充分吸油。 2）液壓泵的分類 ①按泵的結(jié)構(gòu)形式，可分為齒輪泵、葉片泵、柱塞泵等； ②按輸出的流量是否可調(diào)，可分為定量泵和變量泵； ③按泵的作用分，可分為單作用和雙作用泵； ④按泵的額定壓力高低，可分為低壓泵、中壓泵、高壓泵和超高壓泵。,1-2 液壓元件,圖1-9 液壓泵工作原理 1、3-單向閥 2-彈簧 4-泵體 5-柱塞 6-偏心輪,液壓泵的圖形符號如圖1-10所示。 常用的液壓馬達的結(jié)構(gòu)與類型同液壓泵很相似，液壓馬達是將液體的壓力能轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)的機械能輸出的裝置。與液壓泵一樣，也是依靠工作腔的密閉容積變化工作的。從能量轉(zhuǎn)換的觀點看，液壓馬達與液壓泵具有可逆性，但因二者的工作狀態(tài)不同，液壓馬達與液壓泵在結(jié)構(gòu)上又有所差異。 液壓馬達按其結(jié)構(gòu)類型分為齒輪馬達、葉片馬達、柱塞馬達。它們的結(jié)構(gòu)與同類液壓泵基本相同，只是作馬達用時要求正反轉(zhuǎn)，要求起動前能形成可靠的密封容積。為保證正反轉(zhuǎn)均有良好的工作性能，馬達要求結(jié)構(gòu)上具有對稱性，如進、出油口一般大等。 液壓馬達的圖形符號如圖1-11所示。,,,（2）液壓泵和液壓馬達的主要工作參數(shù) 1）工作壓力和額定壓力 液壓泵和液壓馬達的工作壓力是指泵（馬達）實際工作時的壓力。對泵來說，工作壓力是指它輸出油液壓力；對馬達來說，則是指它的輸入壓力。 液壓泵（馬達）的額定壓力是指泵（馬達）在正常工作條件下按試驗標準規(guī)定的連續(xù)運轉(zhuǎn)的最高壓力，超過此值就是過載。 2）排量和流量 液壓泵（液壓馬達）的排量是指泵（馬達）每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，由其密封幾何尺寸變化所算得的輸出（輸入）液體的體積用 表示，單位m3/r。 液壓泵（液壓馬達）的理論流量是指泵（馬達）在單位時間內(nèi)其密封容積幾何尺寸變化計算得出的輸入（輸出）的液體體積，它等于排量 和轉(zhuǎn)速n的乘積，用 表示。 液壓泵（液壓馬達）的額定流量是指在正常工作條件下，按試驗標準規(guī)定必須保證的流量。因泵（馬達）存在內(nèi)泄漏，所以額定流量的值和理論流量值是不同的。 3）功率和效率 液壓泵（液壓馬達）在能量傳遞和轉(zhuǎn)換過程中，由于泄漏和機械摩擦必然存在能量損失，它包括容積損失和機械損失。 液壓泵和液壓馬達的總效率 是輸出功率 和輸入功率 之比，也是容積效率和機械效率之積即：,,,,,,,,,,2. 液壓泵的結(jié)構(gòu) （1）齒輪泵 齒輪泵主要結(jié)構(gòu)形式有外嚙合和內(nèi)嚙合兩種。外嚙合式由于結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉、體積小、重量輕、自吸性能好，對油液污染不敏感，所以應用比較廣泛。但缺點是流量脈動大、噪聲大。 1）齒輪泵工作原理 外嚙合齒輪泵的工作原理如圖1-12。 在泵體內(nèi)裝有一對齒數(shù)相同、寬度和模數(shù)相等的齒輪，齒輪兩側(cè)面由端蓋密封（圖中未示出）。泵體、端蓋和齒輪的各個齒槽組成多個密封容積，被齒輪的嚙合線和齒頂分隔成左、右兩個密封油腔，即吸油腔和壓油腔。 當主動齒輪在電動機帶動按圖示方向旋轉(zhuǎn)時，左側(cè)內(nèi) 的輪齒退出嚙合，使密封容積逐漸增大，形成局部真 空，在大氣壓力的作用下從油箱吸進油液，并被旋轉(zhuǎn) 的齒輪輪槽帶到右側(cè)；右側(cè)齒進入嚙合狀態(tài)，使密封 容積逐漸變小，油液從齒槽中被擠出而給系統(tǒng)輸入壓 力油。 由上述可知齒輪泵是利用齒輪嚙合與脫開形成密封容 積的變化而進行吸、壓油的。,2）外嚙合齒輪泵流量計算 外嚙合齒輪泵實際輸出流量 式中： 模數(shù)； 齒數(shù)； 齒寬； 齒輪泵轉(zhuǎn)數(shù)； 齒輪泵容積效率。 實際上齒輪泵的瞬時流量是脈動的，齒數(shù)越少，齒槽越深，流量脈動越大。流量脈動會引起壓力波動，造成液壓系統(tǒng)的振動和噪聲。 3）外嚙合齒輪泵的結(jié)構(gòu) 齒輪泵實物結(jié)構(gòu)如圖1-13所示。齒輪泵結(jié)構(gòu)如圖1-14所示。 外嚙合齒泵在結(jié)構(gòu)上存在的幾個問題： ①困油現(xiàn)象。 ②徑向不平衡力。 ③泄漏。,,,,,,①困油現(xiàn)象。為了使齒輪泵平穩(wěn)工作，齒輪嚙合的重疊系數(shù)ε 必須大于1，齒輪泵連續(xù)供油時，總有兩對齒輪同時嚙合，并有 一部分油液被圍困在兩對輪齒所形成的封閉容腔之間，稱為閉 死容積。閉死容積由小變大，形成局部真空，由于不能及時補 油，使溶解于油液中的氣體會分離出來形成氣泡或使油液本身 汽化，產(chǎn)生氣穴現(xiàn)象，引起振動和噪聲。這就是齒輪泵的困油 現(xiàn)象。 為了消除困油現(xiàn)象，通常在前、后端蓋上各銑兩個卸荷槽，使閉 死容積由大變小時，通過右邊的卸荷槽和壓油腔相通；閉死容積 由小變大時，通過左邊的卸荷槽和吸油 腔相通。為 了防止高低 壓腔突然接 通，卸荷槽 位置偏向吸 油腔一側(cè)。,②徑向不平衡力。齒輪泵工作時，在壓油腔和吸油腔齒輪外圓分別承受著系統(tǒng)工作壓力和吸油壓力；在齒輪齒頂圓與泵體內(nèi)孔的徑向間隙中，可以認為油液壓力由高壓腔壓力逐級下降到吸油腔壓力。這些液體壓力綜合作用的合力，相當于給齒輪一個徑向不平衡作用力，使齒輪和軸承受載。工作壓力愈大，徑向不平衡力越大，嚴重時會造成齒頂與泵體接觸，產(chǎn)生磨損。通常采取縮小壓油口的辦法來減小徑向不平衡力，使高壓油僅作用在一個到兩個齒的范圍內(nèi)。 ③泄漏。外嚙合齒輪泵高壓腔（壓油腔）的壓力油向低壓腔（吸油腔）泄漏有三條路徑。一是通過嚙合處的間隙；二是泵體內(nèi)表面與齒頂圓間的徑向間隙；三是通過齒輪兩端面與兩側(cè)端蓋間的端面軸向間隙。三條路徑中，端面軸向間隙的泄漏量最大，約占總泄漏量的70%～80%左右。因此普通齒輪泵的容積效率較低，輸出壓力也不容易提高。要提高齒輪泵的壓力，首要的問題是要減少端面軸向間隙。,（2）葉片泵 葉片泵分單作用和雙作用兩種。 1）單作用葉片泵 單作用葉片泵的工作原理如圖1-15所示。定子2的內(nèi)表面是圓柱形孔，定子和轉(zhuǎn)子1有偏心量，兩側(cè)配油盤只有一個吸油腔和一個壓油腔。當轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，由于離心力的作用，使葉片3與定子內(nèi)表面貼緊，這樣在定子、轉(zhuǎn)子、葉片和兩側(cè)配油盤之間形成若干個密封容積。當轉(zhuǎn)子逆時針旋轉(zhuǎn)時，右半部密封容積逐漸增大，產(chǎn)生真空實現(xiàn)吸油；左半部密封容積逐漸減小，實現(xiàn)壓油。這種泵轉(zhuǎn)子每回轉(zhuǎn)一周，吸油、壓油各一次，稱為單作用葉片泵。又因為轉(zhuǎn)子受到了徑向不平衡液壓力的作用，又稱為非平衡式葉片泵。改變定子和轉(zhuǎn)子的偏心量，使可改變泵的排量，故這種泵都是變量泵。 單作用葉片泵實際輸出流量 式中： 葉片寬度； 轉(zhuǎn)子與定子偏心量； 定子內(nèi)徑； 泵的轉(zhuǎn)速； 泵的容積效率。 單作用葉片泵的瞬時流量是脈動的，泵內(nèi)葉片數(shù) 越多，流量脈動率越小。此外，奇數(shù)葉片泵的脈 動率比偶數(shù)葉片泵的脈動率小，所以單作用葉片 泵的葉片數(shù)一般為13或15片。,,,,,,,,,2）雙作用葉片泵 雙作用葉片泵的工作原理如圖1-16所示，雙作用葉片泵實物結(jié)構(gòu)如圖1-17所示。 葉片泵的轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)一周，兩葉片間密封容積吸油、壓油各兩次，故稱雙作用葉片泵。泵的兩個吸油腔和兩個壓油腔是徑向?qū)ΨQ的，作用在轉(zhuǎn)子的徑向液壓力平衡，所以又稱為平衡式葉片泵。 雙作用葉片泵實際輸出流量 式中： 、 定子圓弧部分 的長短半徑 葉片的傾角； 葉片數(shù)； 葉片厚。 雙作用葉片泵的瞬時流量 是脈動的，當葉片數(shù)為4的 倍數(shù)時脈動率小。為此， 雙作用葉片泵的葉片數(shù)一 般都取12或16。,,,,,,,（3）柱塞泵 柱塞泵分為軸向柱塞泵和徑向柱塞泵兩大類。 軸向柱塞泵又分為直軸式（斜盤式）和斜軸式兩種。 1）斜盤式軸柱塞泵工作原理 斜盤式軸向柱塞泵工作原理如圖1-18所示。 如果改變斜盤傾角 的大小，就改變了柱塞的行程，也就改變了 泵的排量；如果改變斜盤傾角的方向，就能改變吸油、壓油的方 向，這就成為雙向變量泵。 柱塞泵每轉(zhuǎn)的排量為 流量為 式中: 柱塞直徑； 柱塞行程； 缸體上柱塞分布圓直徑； 斜盤傾角； 柱塞數(shù)。 泵的轉(zhuǎn)速； 泵的容積效率。 實際上，由于柱塞在缸體孔中運動的速度不是恒速的， 因而軸向柱塞泵的瞬時流量也是脈動的。通過理論計算 分析可以知道，當柱塞數(shù)為奇數(shù)時，脈動較小，故軸向 柱塞泵的柱塞數(shù)—般為7或9個。,,,,,,,,2）徑向柱塞泵 徑向柱塞泵的工作原理如圖1-19所示。 徑向柱塞泵可以做成單向或雙向變量泵。 柱塞的行程為兩倍偏心距 ，泵的排量 泵的實際輸出流量為 式中： 柱塞直徑； 偏心距； 柱塞數(shù)； 泵的轉(zhuǎn)速； 泵的容積效率。 徑向柱塞泵的瞬時流量也是脈動的，與軸向柱塞泵相同，為了減少脈動，柱塞數(shù)通常也取奇數(shù)。 徑向柱塞泵的優(yōu)點是制造工藝性好（主要配合面為圓柱面）,變量容易，工作壓力較高，軸向尺寸小，便于做成多排柱塞的形式。 其缺點是徑向尺寸大，配流軸受有徑向不平衡液壓力的作用，易磨損，泄漏間隙不能補償。配流軸中的吸、排油流道的尺寸受到配流軸尺寸的限制不能做大，從而影響泵的吸入性能。,,,,,,,,,3.液壓泵常見故障及排除方法 液壓泵是液壓系統(tǒng)的心臟，它一旦發(fā)生故障就會立即影響系統(tǒng)的正常工作。液壓泵常見故障的分析和排除方法見表1-2。,3.液壓泵常見故障及排除方法,3.液壓泵常見故障及排除方法,4. 液壓馬達 （1）液壓馬達的工作原理 1）葉片式液壓馬達 圖1-20所示為葉片式液壓馬達工作原理圖。 為使葉片馬達正常工作，其結(jié)構(gòu)與葉片泵有一些重要區(qū)別。根據(jù)液壓馬達有雙向旋轉(zhuǎn)的要求，馬達的葉片需要徑向放置葉片應始終緊貼定子內(nèi)表面，以保證正常啟動，因此，在吸、壓油腔通入葉片根部的通路上應設置單向閥、保證葉片底部總能與壓力油相通，此外還另設彈簧，使葉片始終處于伸出狀態(tài)，保證初始密封。 葉片馬達的轉(zhuǎn)子慣性小，動作靈敏，可以頻繁換向，但泄漏量較大，不宜在低速下工作。因此葉片馬達一般用于轉(zhuǎn)速高、轉(zhuǎn)矩小、動作要求靈敏的場合。,2）徑向柱塞式液壓馬達 圖1-21為徑向柱塞式液壓馬達工作原理圖。當壓力油經(jīng)固定的配油軸4的窗口進入缸體3內(nèi)柱塞1的底部時，柱塞向外伸出，緊緊頂住定子2的內(nèi)壁，由于定子與缸體存在一偏心距 。在柱塞與定子接觸處，定子對柱塞的反作用力為 。 力可分解為 和 兩個分力。當作用在柱塞底部的油液壓力為 ，柱塞直徑為 力 與 之間的夾角為 時，它們分別為 力 對缸體產(chǎn)生一轉(zhuǎn)矩，使缸體旋轉(zhuǎn)。缸體再通過端面 連接的傳動軸向外輸出轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速。 以上分析的一個柱塞產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的情況，由于在壓油區(qū)作 用有好幾個柱塞，在這些柱塞上所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩都使缸體 旋轉(zhuǎn)，并輸出轉(zhuǎn)矩。徑向柱塞液壓馬達多用于低速大轉(zhuǎn) 矩的情況下。,,,,,,（2）液壓馬達常見故障及其排除方法 液壓馬達常見的故障及其排除方法見表1-3,表6-3 液壓馬達常見的故障及其排除方法,液壓缸是液壓系統(tǒng)中常用的一種執(zhí)行元件，它是把液體的壓力能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能的轉(zhuǎn)換裝置。一般用于實現(xiàn)直線往復運動或擺動。,二、 液壓缸,液壓缸的分類： 液壓缸按其結(jié)構(gòu)特點的不同，可分為活塞缸、柱塞缸和擺動缸三大類。 活塞缸和柱塞缸用以實現(xiàn)往復運動，輸出推力和速度。 擺動缸能實現(xiàn)小于360°的往復運動，輸出轉(zhuǎn)矩和角速度。 液壓缸按其作用方式的不同，可分為單作用式和雙作用式兩種。 單作用式液壓缸中的液壓力只能使活塞（或柱塞）單方向運動，反方向運動必須靠外力（如彈簧或自重）來實現(xiàn)。 雙作用式液壓缸可由液壓力實現(xiàn)兩個方向的運動。 液壓缸可以單個使用，還可以幾個組合起來或和其他機構(gòu)組合起來，以完成特殊的功用。,1. 活塞式液壓缸 活塞式液壓缸又分為雙桿活塞缸和單桿活塞缸兩種。 其固定方式有缸體固定和活塞桿固定兩種。 （1）雙活塞桿液壓缸 缸體固定雙活塞桿液壓缸的工作原理如圖1-22所示。 雙活塞液壓缸兩根活塞桿的直徑 是相等的，因此它左、右兩腔有效作用面積 也是相等的。當供油壓力 、流量 以及回油壓力 相同時，液壓缸左、右兩個運動方向的液壓推力 和運動速度 相等，即 式中： 輸入流量； 活塞有效面積； 、 為活塞、活塞桿 直徑； 、 分別為缸進、出口 壓力。,,,,,,,,,,,,,,,缸固定，最大運動范圍是活塞有效行程的3倍，占地面積大，常用小型設備,活塞固定，最大運動范圍是活塞有效行程的2倍，占地面積小，常用大中型設備,（2）單活塞桿液壓缸 單活塞桿液壓缸工作原理如圖1-23所示。這種液壓缸工作臺的最大運動范圍都是活塞缸筒有效行程 的兩倍，結(jié)構(gòu)緊湊，應用廣泛。 單活塞桿液壓缸僅有一根活塞桿，活塞兩端的有效面積不相等。當供油壓力、流量以及回油壓力相同時，液壓缸左、右兩個運動方向的液壓推力運動速度不相等。 當無桿腔進油，有桿腔回油時如圖1-23a 當有桿腔進油，無桿腔回油時 比較以上各式，由于 ＞ ， 所以 ＞ ， ＜ 。 必須注意，單活塞桿液壓缸的回油流量 和進油流量也是不相等的。 圖形符號如圖1-23c所示。,,,,,,,（3）差動連接 單活塞桿液壓缸在其左、右兩腔相互接通并同時輸入壓力油時，稱為差動連接。 液壓缸的差動連接如圖1-24所示。 差動液壓缸左、右兩腔的壓力是相等的，因此無桿腔的推力大于有桿腔，故活塞向右移動（缸固定），并使有桿腔中的油液 也進入無桿腔。 液壓缸的液壓推力 為： 差動連接時，無桿腔的進油流量 為： 故差動連接液壓缸的運動速度 為： 式中： 、 、 活塞左、右端和活塞桿截面面積； 、 、 無桿腔進油、有桿腔進油和差動連接的推力； 、 、 無桿腔進油、有桿腔進油和差動連接速度。 將差動連接和非差動連接時相比較，可以看出，差動連接的運動速度提高了，而液壓推力減小了。 差動液壓缸常用于需要獲得“快進（差動連接）→工進（無桿腔 進油）→快退（有桿腔進油）”工作循環(huán)的組合機床和各類專機 的液壓系統(tǒng)中。,,,,,,,,差動連接 液壓缸的液壓推力 為： 差動連接時，無桿腔的進油流量 為： 故差動連接液壓缸的運動速度 為： 無桿腔進油 有桿腔進油 將差動連接和非差動連接時相比較，可以看出，差動連接的運動速度提高了，而液壓推力減小了。 差動液壓缸常用于需要獲得“快進（差動連接）→工進（無桿腔 進油）→快退（有桿腔進油）”工作循環(huán)的組合機床和各類專機 的液壓系統(tǒng)中。,,,,,,,,2. 其他缸 （1）柱塞缸 柱塞缸是單作用缸，即靠液壓力作用只能實現(xiàn)單方向運動，回程需借助其它外力來實現(xiàn)。（圖1-25a）所示為單作用柱塞缸原理圖，柱塞由缸蓋處的導向套導向，與缸體內(nèi)壁不接觸，因而缸體內(nèi)孔不需要精加工，工藝性好，制造成本低。特別適用于行程長的場合。 當柱塞缸垂直安放時，可利用負載的重力實現(xiàn)回程。當柱塞直徑大、行程長且水平安裝時，為防止柱塞因自重而下垂，常制成空心柱塞并設置支承套和托架。 在龍門刨床、導軌磨床、大型拉床等大行程設備的液壓系統(tǒng)中，為了使工作臺得到雙向運動，柱塞缸常成對使用，如圖1-25b）所示為雙作用柱塞缸原理圖。,（2）伸縮缸 伸縮缸又稱多級缸，其作用工作原理與柱塞缸相似。圖1-26所示為伸縮缸的結(jié)構(gòu)原理。圖1-26 a所示為單作用伸縮缸，圖1-26 b所示為雙作用伸縮缸。 它們由兩級或多級缸套裝而成，前一級缸的柱塞（或活塞）是后一級缸的缸筒，柱塞（或活塞）伸出后可獲得很長的行程，縮回后可保持很小的安裝尺寸。通入壓力油時，各級柱塞（或活塞）的伸出按有效工作面積的大小依次先后動作；在插入流量不變的情況下，輸出速度逐級增大。 當安裝空間受到限制，且行程又比較長時，可采用伸縮缸。,（3）擺動缸 擺動缸（亦稱擺動馬達）是一種輸出轉(zhuǎn)矩并實現(xiàn)往復擺動的液壓執(zhí)行元件，主要用來驅(qū)動做間歇回轉(zhuǎn)運動的工作機構(gòu)。它有單葉片和雙葉片兩種結(jié)構(gòu)形式，圖1-27所示為它們的工作原理圖。它們由定子塊1、葉片2、擺動軸3、缸體4、兩端支承盤及端蓋（圖中未畫出）等零件組成。定子塊固定在缸體上，葉片與輸出軸連為一體。當兩油口交替通入壓力油時，葉片即帶動輸出軸作往復擺動。 單片缸的擺動角一般不超過310°，雙葉片缸當其它結(jié)構(gòu)尺寸相同時，其輸出轉(zhuǎn)矩是單葉片缸的兩倍，而擺動角度為單葉片缸的一半（一般不超過150°） 擺動液壓缸緊湊，輸出轉(zhuǎn)矩大，但密封性較差，常用于機床的送料裝置、間歇進給機構(gòu)、回轉(zhuǎn)夾具、工業(yè)機器人手臂和手腕的回轉(zhuǎn)裝置及工程機械回轉(zhuǎn)機構(gòu)等的液壓系統(tǒng)中。,在液壓系統(tǒng)中，除需要液壓泵供油和液壓執(zhí)行元件來驅(qū)動工作裝置外，還要配備一定數(shù)量的液壓控制元件，液壓控制閥就是用來對液流的流動方向、壓力的高低以及流量的大小進行預期的控制，以滿足負載的工作要求的控制元件。 液壓閥主要分為以下幾類： 1）按用途，液壓閥可以分為：壓力控制閥（如溢流閥、順序閥、減壓閥等）、流量控制閥（如節(jié)流閥、調(diào)速閥等）、方向控制閥（如單向閥、換向閥等）三大類。 2）按控制方式，可以分為：定值或開關(guān)控制閥、比例控制閥、伺服控制閥。 3）按操縱方式，可以分為：手動閥、機動閥、電動閥、液動閥、電液動閥等。 4）按安裝形式，可以分為：管式連接、板式連接、集成連接等。,三、液壓控制元件,,,2018/4/26,35,1. 壓力控制閥 壓力控制閥主要有溢流閥、減壓閥、順序閥、壓力繼電器等。 （1）溢流閥 溢流閥是通過閥口的開啟溢流，使被控制系統(tǒng)的壓力維持恒定，實現(xiàn)穩(wěn)壓、調(diào)壓或限壓作用。溢流閥有直動式溢流閥和先導式溢流閥兩種。 1）溢流閥的工作原理及結(jié)構(gòu) 圖1-28所示為直動式溢流閥。 圖1-29所示為一種先導式溢流閥。,2018/4/26,36,2） 溢流閥的主要作用： 作溢流閥用，使系統(tǒng)的壓力保持恒定。 作安全閥用，對系統(tǒng)起過載保護作用。 作背壓閥用，接在系統(tǒng)的回油路上，產(chǎn)生一定的回油阻力，以改善執(zhí)行裝置的運動平穩(wěn)性。 作卸荷閥用，由先導式溢流閥和二位二通電磁閥配合使用，可使系統(tǒng)卸荷。 作遠程調(diào)壓閥用，用管道將先導式溢流閥的控制口接至調(diào)節(jié)方便的遠程調(diào)壓閥進口處，以實現(xiàn)遠程控制的目的。,2018/4/26,37,（2）減壓閥 減壓閥是使閥的出口壓力（低于進口壓力）保持恒定的壓力控制閥，當液壓系統(tǒng)的某一部分的壓力要求穩(wěn)定在比供油壓力低的壓力上時，一般常用減壓閥來實現(xiàn)。 減壓閥有直動式和先導式之分，直動式較少單獨使用，先導式應用較多。 1）先導式減壓閥的工作原理及結(jié)構(gòu) 圖1-30所示為先導式減壓閥。,38,2）減壓閥的應用 a. 降低液壓泵輸出油液的壓力，供給低壓回路使用，如控制回路、潤滑系統(tǒng)以及夾緊、定位和分度等裝置回路。 b .穩(wěn)定壓力。減壓閥輸出的二次壓力比較穩(wěn)定，供給執(zhí)行裝置工作可以避免一次壓力油波動對它的影響。 c. 與單向閥并聯(lián)，實現(xiàn)單向減壓。 d. 遠程減壓。減壓閥遙控口K接遠程調(diào)壓閥可以實現(xiàn)遠程減壓，但必須是遠程控制減壓后的壓力在減壓閥壓力調(diào)定值的范圍之內(nèi)。,39,（3）順序閥 順序閥有直動式和先導式兩種。 1）順序閥的結(jié)構(gòu)和工作原理 圖1-31為直動式內(nèi)控順序閥的工作原理。,40,（3）順序閥 2）順序閥的應用 a. 用于實現(xiàn)多個執(zhí)行裝置的順序動作。 b. 用于壓力油卸荷，作雙泵供油系統(tǒng)中低壓泵的卸荷閥。 c. 與單向閥組合成單向順序閥，作平衡閥用。 d. 作背壓閥用，接在回油路上，增大背壓，使執(zhí)行元件的運動平穩(wěn)。,,,42,（4）壓力繼電器 1）壓力繼電器的結(jié)構(gòu)和工作原理 　 壓力繼電器按其結(jié)構(gòu)特點可分為柱塞式、彈簧式和膜片式等。 圖1-32所示為柱塞式壓力繼電器的結(jié)構(gòu)。,43,（4）壓力繼電器 2）壓力繼電器的應用 a. 用于安全保護。 b. 用于控制執(zhí)行裝置的動作順序。 c. 用于液壓泵的起閉或卸荷。,44,2. 流量控制閥 流量控制閥是通過改變閥口通流面積的大小或通流通道的長短來改變液阻，從而控制通過閥的流量，達到調(diào)節(jié)執(zhí)行元件的運行速度的目的。 按其功能和用途，可分為節(jié)流閥、調(diào)速閥等。 液壓系統(tǒng)中使用的流量控制閥應滿足以下要求： 1）調(diào)節(jié)范圍足夠大； 2）能保證穩(wěn)定的最小流量； 3）溫度和壓力對流量的影響要?。? 4）調(diào)節(jié)方便；泄漏小等。,45,（1）節(jié)流閥 節(jié)流閥是一個最簡單又最基本的流量控制閥，其實質(zhì)相當于一個可變的節(jié)流口。 1）節(jié)流閥閥的結(jié)構(gòu)和工作原理 圖1-33所示為一種普通節(jié)流閥的結(jié)構(gòu)。,46,（1）節(jié)流閥 2）節(jié)流閥的應用 a. 應用在定量泵與溢流閥組成的節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)中，起節(jié)流調(diào)速作用。 b. 在流量一定的某些液壓系統(tǒng)中，改變節(jié)流閥節(jié)流口的通流截面積將導致閥的前后壓力差改變。此時，節(jié)流閥起負載阻尼作用，簡稱為液阻。節(jié)流中通流截面積越小，則閥的液阻越大。 c. 在液流壓力容易發(fā)生突變的部位安裝節(jié) 流閥，可延緩壓力突變的影響，起保護作用。 普通節(jié)流閥由于負載和溫度的變化對其 流量穩(wěn)定性影響較大，因此只適用于負載和溫度變化不大或速度穩(wěn)定性要求較低的液壓系統(tǒng)。,47,（2）調(diào)速閥 1）調(diào)速閥工作原理 圖1-34所示為調(diào)速閥工作原理圖,48,（2）調(diào)速閥 2）調(diào)速閥的應用 調(diào)速閥和節(jié)流閥一樣，也是在定量泵液壓系統(tǒng)中，與溢流閥配合組成節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)，以調(diào)節(jié)執(zhí)行元件的運動速度。由于調(diào)速閥的流量與負載變化無關(guān)，因此適用于執(zhí)行元件的負載變化大，而運動速度穩(wěn)定性又要求較高的節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)。,49,調(diào)速閥與節(jié)流閥的流量特性（與之關(guān)系）曲線如圖1-35所示。,由圖中曲線可以看出，節(jié)流閥的流量隨其進出口壓差的變化而變化；調(diào)速閥在其進出口壓差大于一定值后，流量基本不變。但在調(diào)速閥進出口壓差很小時，由于定差減壓閥閥芯被彈簧推至最右端，減壓口全部打開，不起減壓作用，此時流量特性與節(jié)流閥相同（曲線重合部分）。所以要保證調(diào)速閥正常工作，應使其進出口最小壓差＞0.5MPa。,,,51,3. 方向控制閥 在液壓系統(tǒng)中，方向控制閥通過控制閥口的通斷來控制液體流動的方向。 主要有單向閥、換向閥兩大類。 （1）單向閥 是控制油液單方向流動的控制閥 有普通單向閥和液控單向閥兩種。 1）普通單向閥 圖1-36為一種管式普通單向閥的結(jié)構(gòu)。 工作原理 2）液控單向閥 圖1-37為一種液控單向閥的結(jié)構(gòu)。 工作原理 單向閥的主要用途： a.控制油路單向接通 b.作背壓閥使用 c.接在泵的出口處，防止系統(tǒng)過載 或液壓沖擊時影響液壓泵的正常 工作或?qū)σ簤罕迷斐蓳p害 d.分隔油路，防止油路間的干擾 e.和其它控制元件組合成具有單向功 能的控制元件等。,2018/4/26,52,（2）換向閥 換向閥是利用閥芯對閥體的相對運動，使油路接通、關(guān)斷或變換液流的方向，從而實現(xiàn)液壓執(zhí)行元件及其驅(qū)動機構(gòu)的啟動、停止或變換運動方向。 換向閥按操作方式來分有手動、機動、電磁動、液動和電液動等多種； 按閥芯工作時在閥體中所處的位置有二位和三位等； 按換向閥所控制的通路數(shù)不同有二通、三通、四通和五通等。 按閥芯相對于閥體的運動方式來分有滑閥、轉(zhuǎn)閥和球閥等； 1）換向閥的工作原理 圖1-39所示為滑閥式換向閥的工作原理圖。 當閥芯向右移動一定的距離時，由液壓泵輸出的壓力油從閥的P口經(jīng)A 口輸向液壓缸左腔，液壓缸右腔的油經(jīng)B 口流回油箱，液壓缸活塞向右運動；反之，若閥芯向左移動某一距離時，液流反向，活塞向左運動。,2018/4/26,53,圖1-40為常用的二位和三位換向閥的位和通路的符號。 圖6-34所示操縱方式符號。,不同的操縱方式與圖1-40所示的換向閥的位和通路符號組合就可以得到不同的換向閥，如三位四通電磁換向閥、三位五通液動換向閥等。,54,滑閥的機能 是指閥芯在初始位置時所控制的各油口 之間的連接關(guān)系。 三位閥的中位為初始位置，其機能稱為 中位機能，它有多種形式，見表6-4所列。 三位五通閥的情況與之相似。不同的中 位機能是通過改變閥芯的形狀和尺寸實 現(xiàn)的，它可以實現(xiàn)不同的控制和滿足不 同的使用要求。,2018/4/26,55,2）換向閥的結(jié)構(gòu),③電動換向閥,②機動換向閥,①手動換向閥,,,2018/4/26,57,④液動換向閥 液動換向閥是利用控制油路的壓力油來改變閥芯位置的換向閥，圖6-39所示為三位四通液動換向閥的結(jié)構(gòu)。 閥芯是由其兩端密封腔中油液的壓差來移動的，當控制油路的壓力油從閥右邊的控制油口K2進入滑閥右腔時，K1接通回油，閥芯向左移動，使壓力油口P與B相通，A與T相通；當K1接通壓力油，K2接通回油時，閥芯向右移動，使得P與A相通，B與T相通；當K1、K2都通回油時，閥芯在兩端彈簧和定位套作用下回到中間置。,58,液壓系統(tǒng)中的輔助元件，是指除液壓動力元件，執(zhí)行元件和控制元件以外的其它各類組成元件，包括管道、管接頭、油箱、蓄能器、過濾器及密封件等。 這些元件，在液壓系統(tǒng)中應用數(shù)量多，分布很廣，影響很大，必須給予足夠的重視。除油箱常需自行設計外，其余的輔助元件已標準化和系列化，皆為標準件，但應注意合理選用。,四、液壓輔助元件,1. 管道及管接頭 管道和管接頭是液壓系統(tǒng)中傳導工作液的重要元件，系統(tǒng)用管道輸送油液，用管接頭把油管和油管及油管與元件連接起來構(gòu)成管路系統(tǒng)。 （1）管道的種類和選用 液壓系統(tǒng)中使用的油管有鋼管、銅管、尼龍管、塑料管和橡膠管等材料。采用哪種油管，主要根據(jù)液壓系統(tǒng)各部位的壓力、工作要求、各部件間的位置關(guān)系和使用環(huán)境等確定。油管的特點和使用范圍如表6-5所示。 表6-5油管的特點和使用范圍,,60,（2）管接頭 管接頭是油管與油管、油管與液壓件間可拆裝的連接件。它應滿足拆裝方便、連接牢固、密封可靠、外形尺寸小、通油能力大、壓力損失小及工藝性好等要求。 管接頭分類： 按通路數(shù)和流向可分為直通、彎頭、三通和四通等； 按管接頭和油管的連接方式可分為擴口式、焊接式、卡套式等。 應用時可參閱有關(guān)手冊。管接頭與液壓件之間都采用螺紋連接，在中、低壓系統(tǒng)中采用英制螺紋，外加防漏填料；在高壓系統(tǒng)中則采用公制細牙螺紋，外加端面墊圈。常用管接頭的特點及其使用范圍見表6-6。,61,2. 油箱 油箱用于儲存系統(tǒng)所需的足夠油液，并且有散熱、沉淀雜質(zhì)和分離油中氣泡等作用。 液壓系統(tǒng)中的油箱有總體式和分離式兩種。 總體式是利用機器設備機身內(nèi)腔作為油箱； 分離式是單獨設置油箱與主機分開。油箱還有開式和閉式之分，開式油箱上部開有通氣孔，使油面與大氣相通，用于一般的液壓系統(tǒng)。閉式油箱完全封閉，箱內(nèi)充有壓縮氣體，用于水下、高空或?qū)ぷ鞣€(wěn)定性等有嚴格要求的地方。 本節(jié)只介紹廣泛應用的開式油箱。 油箱不是標準件，一般要根據(jù)具體情況自行設計， 圖6-44所示是一個油箱的結(jié)構(gòu)簡圖。,62,2. 油箱 如果將壓力不高的壓縮空氣引入油箱中，使油箱中的壓力大于外部壓力，這就是所謂壓力油箱，壓力油箱中通氣壓力一般為0.05MPa左右，這時外部空氣和灰塵絕無滲入的可能，這又提高液壓系統(tǒng)的抗污染能力，改善吸入條件都是有益的。,63,3. 蓄能器 蓄能器是液壓系統(tǒng)中一種能夠儲存油液的壓力能并在需要時釋放出來供給系統(tǒng)的能量儲存裝置。 （1）蓄能器的類型、結(jié)構(gòu)及特點 充氣式蓄能器按結(jié)構(gòu)的不同可分為活塞式、氣囊式等。 1）活塞式蓄能器 活塞式蓄能器的結(jié)構(gòu)如圖6-45所示。 優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，安裝容易，維護方便、壽命長。 缺點是由于受活塞運動時慣性和摩擦力的影響，反應 不夠靈敏，不適于作吸收脈動和液壓沖擊用。此外， 缸筒和活塞之間有密封性能要求，且密封件磨損后， 會使氣液混合，影響系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性。 2）氣囊式蓄能器 氣囊式蓄能器的結(jié)構(gòu)如圖6-46所示。 這種蓄能器的優(yōu)點是氣囊慣性小，反映靈敏，可吸收 急速的壓力沖擊和脈動，體積小，重量輕，是目前應 用最廣泛的一種蓄能器，已形成系列化批量生產(chǎn)。,,,65,（2）蓄能器功用 1）作應急動力源 在有些液壓系統(tǒng)中，當泵或電源發(fā)生故障，供油突然中斷時，可能會發(fā)生事故。如果在液壓系統(tǒng)中增設蓄能器作為應急動力源，當供油突然中斷時，在短時間內(nèi)仍可維持一定的壓力，使執(zhí)行元件繼續(xù)完成必要的動作。 2）作輔助動力源 當執(zhí)行元件作間歇運動或只作短時間的快速運動時，為了節(jié)省能源和功率，降低油溫，提高效率，可采用蓄能器做輔助動力源和液壓泵聯(lián)合使用的方式。當執(zhí)行元件慢進或不動時，蓄能器儲存液壓泵的輸油量，當執(zhí)行元件需快速動作時，蓄能器和液壓泵一起供油。 3）補漏保壓 當執(zhí)行元件停止運動時間較長，且要求保壓時，如果在液壓系統(tǒng)中增設蓄能器，利用蓄能器儲存的壓力油補償油路上的泄漏損失，就可保持系統(tǒng)所需壓力。此時泵可卸荷。 4）吸收脈動壓力 緩和液壓沖擊 在液壓系統(tǒng)中，液壓泵存在著不同程度的流量和壓力脈動。另一方面，運動部件的啟動、停止和換向又會產(chǎn)生液壓沖擊。壓力脈動過大會影響液壓系統(tǒng)的工作性能，沖擊壓力過大會使元件損壞。若在脈動源處設置蓄能器，就可達到吸收脈動壓力，緩和液壓沖擊的效果。 （3）蓄能器的安裝和使用 ①蓄能器一般應垂直安裝，油口向下。 ②蓄能器工作時，承受液壓力的作用，因此必須牢固地固定在托架或基礎上。 ③泵和蓄能器之間應設置單向閥，防止泵停止工作時，蓄能器內(nèi)的壓力油向泵倒流而使泵反轉(zhuǎn)。 ④用作吸收脈動壓力時，蓄能器的安裝位置應盡可能靠近振源。 ⑤搬運和拆裝蓄能器時，應先將充入蓄能器內(nèi)的壓縮氣體排去。 ⑥蓄能器應安裝在便于檢查和維修的位置，并遠離熱源。,66,4. 過濾器 （1）過濾器的種類、結(jié)構(gòu)及特點 過濾器的種類和結(jié)構(gòu)特點見表6-7所示 （2）過濾器的選用 1）過濾精度 2）通流能力 3）系統(tǒng)的壓力和溫度 4）要便于清洗或更換濾芯 安裝過濾器時應注意一般的過濾器都只能單向使用，所以應安裝在液流單向通過的地方，最好不要裝在液流方向經(jīng)常要改變的油路上。若必須這樣設置時，應適當增設單向閥和過濾器，以保證雙向過濾。,67,5. 密封裝置 （1）間隙密封 間隙密封是依靠相對運動零件配合表面之間的微小間隙來防止泄漏的。如圖6-47所示。間隙密封屬于非接觸式密封 （2）接觸密封 在液壓系統(tǒng)中廣泛使用接觸式密封，即密封圈密封。 1）O型密封圈 O型密封圈由耐油橡膠制成，其結(jié)構(gòu)如圖6-48所示。 2）唇型密封圈 ①Y型密封圈。Y型密封圈的結(jié)構(gòu)如圖6-49所示。密封側(cè)呈唇型，其材料為耐油橡膠。 Y型密封圈的結(jié)構(gòu)簡單，摩擦阻力小，適用于壓力＜21MPa時作內(nèi)徑或外徑的滑動密封。其缺點是在滑動速度高，壓力變化大時，易產(chǎn)生“翻轉(zhuǎn)”現(xiàn)象。 ②Yx型密封圈。它是一種斷面的高寬比等于或大于2的 Y型密封圈，也稱小Y型密封圈，其材料有耐油橡膠和聚 氨脂兩種，結(jié)構(gòu)如圖6-50所示。 ③V型加織物密封圈。它由支承環(huán)、密封環(huán)和壓環(huán)三個 型狀不同的零件組成，三個環(huán)疊在一起使用， 三個環(huán)的結(jié)構(gòu)如圖6-51所示。 ④油封。 它由耐油橡膠制成， 常用的骨架油封結(jié)構(gòu) 如圖6-52所示。,復習思考題 6-1 液壓泵要完成吸油和壓油的工作過程，須具備什么條件？ 6-2 液壓泵的工作壓力取決于什么？泵的工作壓力和額定壓力有何區(qū)別？ 6-3 什么是齒輪泵的困油現(xiàn)象？有何危害？如何解決？ 6-4 說明葉片泵的工作原理。試述單作用葉片泵和雙作用葉片泵各有什么優(yōu)缺點？ 6-5 為什么軸向柱塞泵適用于高壓？ 6-6 液壓控制閥在液壓系統(tǒng)中的作用是什么？通常分為幾大類？ 6-7 限壓式變量葉片泵的限定壓力、最大流量如何調(diào)節(jié)？ 6-8 溢流閥在液壓系統(tǒng)中起什么作用？一般安裝在什么位置？直動型溢流閥與先導型 溢流閥各用在什么場合？ 6-9 何謂減壓閥？哪一種減壓閥應用最廣？ 6-10 何謂順序閥？按其控制及泄油方式不同分為哪幾種？各用在什么場合？ 6-11從結(jié)構(gòu)原理圖和符號圖，說明溢流閥、順序閥、減壓閥的不同特點。 6-12簡述壓力繼電器的工作原理及作用。 6-13何謂流量控制閥？它是利用什么原理工作的？ 6-14液壓系統(tǒng)中液壓泵的出口常裝有單向閥，請說明其功用。 6-15何謂換向閥的“位”、“通”，繪圖形符號舉例說明。 6-16換向閥按操作方式分為哪幾種？各適用于什么場合？ 6-17何謂換向滑閥的中位機能？說明中位機能為“0”、“H”、“P”、“Y”型的三位閥的特點及在液壓系統(tǒng)中的應用。 6-18畫出插裝閥圖形符號，并說明其結(jié)構(gòu)特點。,