第二節(jié) 液壓傳動(dòng)
一、液壓傳動(dòng)的工作原理
液壓傳動(dòng)是依靠液體靜壓力傳遞能量的液體傳動(dòng)。
觀察分析簡(jiǎn)單實(shí)例。圖2-33油壓千斤頂工作原理。從上例分析可知：液壓傳動(dòng)需要密封容積的變化傳動(dòng)運(yùn)動(dòng)，依靠液體內(nèi)部壓力傳遞動(dòng)力。
二、液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的組成
如圖2-34工作臺(tái)往復(fù)運(yùn)動(dòng)液壓原理圖。從這個(gè)例子看出，液壓系統(tǒng)組成部分是：
1、 動(dòng)力部分。把機(jī)械能轉(zhuǎn)換成液體壓力能。如液壓泵。
2、 執(zhí)行部分。把壓力能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能。如液壓缸，液壓馬達(dá)。
3、 控制部分。對(duì)液體的壓力、流量、流動(dòng)方向進(jìn)行控制調(diào)節(jié)。如溢流閥、節(jié)流閥、換向閥。
4、 輔助部分。油箱。管路、壓力表等。
圖2-35是用液壓職能符號(hào)表示的工作臺(tái)往復(fù)運(yùn)動(dòng)液壓原理圖。職能符號(hào)按國(guó)標(biāo)繪制。
三、液壓傳動(dòng)的優(yōu)缺點(diǎn)
(一)優(yōu)點(diǎn)
1、體積小，重量輕、使用靈活。
2、傳遞運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、均勻，可實(shí)現(xiàn)無級(jí)大范圍調(diào)速。
3、操作控制方便，易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制和過載保護(hù)。
4、液壓元件易實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、系列化。
(二)缺點(diǎn)
1、不能實(shí)現(xiàn)保證嚴(yán)格的傳動(dòng)比。
2、對(duì)溫度敏感，不適于高溫或低溫。
3、液壓元件制造精度高，發(fā)生故障不易診斷。
四、液壓傳動(dòng)基本參數(shù)
(一)壓力
帕斯卡原理：密封容器內(nèi)的液體當(dāng)任一處受到壓力時(shí)，這個(gè)壓力等量的向各個(gè)方向傳遞，而且壓力處處相等。
F=pA 或 p=F/A 單位帕Pa
由上邊兩例可知：壓力取決于負(fù)載。這里所說的壓力是液體單位面積上的壓力，就是物理上的壓強(qiáng)。
壓力的分級(jí)如表2-2。例4教材91頁。
(二)流量
流量是指單位時(shí)間內(nèi)流過管道或液壓缸某一截面的體積。用Q表示，Q=V/t 單位米3/秒。工程單位升/分。
Q=Av 例5教材92頁。
(三)功及功率
功 W=FS 功率 P=Pq 即功率等于壓力與流量乘積。單位KW。
五、液壓泵
如圖2-38 單柱塞油泵簡(jiǎn)圖。上述分析可以看出：液壓泵必須有一個(gè)密封容積，而且密封容積要有周期性變化。這種泵稱為容積式液壓泵。
泵的分類：1、按結(jié)構(gòu)分：齒輪泵，葉片泵，柱塞泵。
2、按壓力分：低壓，中壓，高壓泵。
3、按流量分：變量泵，定量泵。
泵的主要性能參數(shù)：
(1) 液壓泵的輸出壓力。
(2) 液壓泵的排量和流量。排量是指泵每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)所排出液體的體積。用q表示，它是由泵的幾何尺寸決定的。
理論流量QT：泵單位時(shí)間內(nèi)理論上可以排出液體的體積。QT=qn
(3) 效率 泵的輸出功率與輸入功率之比。
容積效率ηv：ηv=Q/QT
機(jī)械效率ηm：泵轉(zhuǎn)動(dòng)過程中的機(jī)械損失。
總效率η：η=ηvηm
例6：教材97頁
(一) 齒輪泵
如圖2-40 齒輪泵的工作原理。
特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕、制造容易、成本低、工作可靠維護(hù)方便。缺點(diǎn)，漏油，不能適應(yīng)于較大的工作壓力。
(二) 葉片泵
如圖2-41 雙作用葉片泵的工作原理。泵每轉(zhuǎn)一周完成兩次吸壓油。
特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕、流量均勻、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、噪聲低。缺點(diǎn)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，吸油條件苛刻，對(duì)油液污染敏感。
(三)柱塞泵
如圖2-42 徑向柱塞泵的工作原理。
特點(diǎn)：缸體內(nèi)孔均為圓柱表面，加工方便，配合精度高，密封性能好，適應(yīng)于高壓，結(jié)構(gòu)緊湊，效率高，流量能調(diào)節(jié)。缺點(diǎn)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。
六、液壓馬達(dá)與液壓缸。
七、液壓控制閥
液壓控制閥分為三大類：
(1) 方向控制閥。(2)壓力控制閥。(3)流量控制閥。
(一)方向控制閥 包括單向閥和換向閥
單向閥結(jié)構(gòu)如圖2-48。工作原理：當(dāng)進(jìn)油口進(jìn)油時(shí)，在油液的壓力下頂開閥芯、壓縮彈簧，油液流入出油口。反之如果出油口進(jìn)油，油液不能流通。職能符號(hào)如圖所示。
液控單向閥如圖2-49：進(jìn)油口進(jìn)油時(shí)原理同上，但是，從出油口進(jìn)油時(shí)，控制油口先進(jìn)油使活塞1向右運(yùn)動(dòng)，頂桿2頂開單向閥3，油液流通。職能符號(hào)如圖2-49b
換向閥是利用閥芯在閥體孔中做相對(duì)運(yùn)動(dòng)使油路接通或斷開。工作原理如圖2-50。換向閥的功能主要由它的位數(shù)和通數(shù)來決定。
表2-3是幾種常見的滑閥的結(jié)構(gòu)原理圖及圖形符號(hào)。
圖形符號(hào)的含義：
1、 有幾個(gè)方框表示幾位。
2、 每個(gè)方框內(nèi)的線與方框線的相交點(diǎn)數(shù)有幾個(gè)表示幾通。
3、 方框內(nèi)線的箭頭方向基本表示油液流向。
4、 方框內(nèi)的┻或┳表示此油口被閥芯封住，不通。
5、 通常P表示與油液泵或供油口相通，O表示與油箱相通，A、B表示與執(zhí)行件相通。
(二)壓力控制閥
常用的有溢流閥、減壓閥、順序閥和壓力繼電器。
1、溢流閥
分類：直動(dòng)式和先導(dǎo)式
直動(dòng)式溢流閥：如圖2-51。工作原理：進(jìn)油口P進(jìn)油，經(jīng)a流入閥芯3底部，壓力小于調(diào)定壓力時(shí)，閥芯不動(dòng)。當(dāng)系統(tǒng)壓力大于調(diào)定壓力時(shí)閥芯3被壓力油頂起使P和O接通，溢流。職能符號(hào)如圖2-51b。
2、減壓閥。 用途是減低油液系統(tǒng)中某一支路的壓力，使其比泵的壓力低且穩(wěn)定。職能符號(hào)如圖5-52。
3、壓力繼電器。 作用將壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)操縱的確元件實(shí)現(xiàn)動(dòng)作。職能符號(hào)如圖2-53。
(三)流量控制閥
它是靠改變工作開口的大小來調(diào)節(jié)通過閥口的流量，以改變執(zhí)行件的運(yùn)動(dòng)速度。工作原理如圖2-54。職能符號(hào)如圖2-55所示。
八、液壓輔件 蓄能器、過濾器、油箱。
九、液壓基本回路
液壓基本回路就是由一些液壓元件組成的，完成特定功能的油路結(jié)構(gòu)。
(一)速度控制回路
1、速度控制回路應(yīng)滿足的要求：(1)在規(guī)定的調(diào)速范圍內(nèi)調(diào)節(jié)執(zhí)行元件的工作速度。(2)液壓系統(tǒng)有足夠的速度剛性。(3)具有驅(qū)動(dòng)執(zhí)行元件所需的力和力矩。(4)損失小、效率高。
2、速度控制回路分類：節(jié)流調(diào)速、容積調(diào)速、容積節(jié)流調(diào)速。
(1)節(jié)流調(diào)速。 可分以下三種
①進(jìn)油節(jié)流調(diào)速回路。如圖2-58a 優(yōu)點(diǎn)油缸回油管路壓力較低，工作進(jìn)給油缸作用面積大，可得到大推力較低的進(jìn)給速度。缺點(diǎn)沒背壓載荷變小時(shí)運(yùn)動(dòng)不平穩(wěn)。
②回油節(jié)流調(diào)速回路。如圖2-58b 優(yōu)點(diǎn)節(jié)流閥在回油路，有較大背壓，運(yùn)動(dòng)較平穩(wěn)。 ③旁油路節(jié)流調(diào)速回路。如圖2-58c所示。特點(diǎn)能量利用合理，但運(yùn)動(dòng)速度受載荷影響較大，低速工作不穩(wěn)定。
(2) 容積調(diào)速。依靠改變量變泵或變量馬達(dá)的排量來實(shí)現(xiàn)調(diào)速。如圖2-59
特點(diǎn)：效率高，發(fā)熱少，變量泵、變量馬達(dá)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高。
(3)容積節(jié)流調(diào)速。依靠變量泵和流量控制閥的聯(lián)合調(diào)速。如圖2-60 適用于要求效率高，又要求低速穩(wěn)定性好的場(chǎng)合。
(二)壓力控制回路
壓力控制回路是利用壓力控制閥來控制整個(gè)液壓系統(tǒng)或局部油路的壓力，達(dá)到調(diào)壓、減壓、增壓、平衡、保壓的目的。如圖2-61 增壓回路。圖2-62卸荷回路。
一、液壓傳動(dòng)的工作原理
液壓傳動(dòng)是依靠液體靜壓力傳遞能量的液體傳動(dòng)。
觀察分析簡(jiǎn)單實(shí)例。圖2-33油壓千斤頂工作原理。從上例分析可知：液壓傳動(dòng)需要密封容積的變化傳動(dòng)運(yùn)動(dòng)，依靠液體內(nèi)部壓力傳遞動(dòng)力。
二、液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的組成
如圖2-34工作臺(tái)往復(fù)運(yùn)動(dòng)液壓原理圖。從這個(gè)例子看出，液壓系統(tǒng)組成部分是：
1、 動(dòng)力部分。把機(jī)械能轉(zhuǎn)換成液體壓力能。如液壓泵。
2、 執(zhí)行部分。把壓力能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能。如液壓缸，液壓馬達(dá)。
3、 控制部分。對(duì)液體的壓力、流量、流動(dòng)方向進(jìn)行控制調(diào)節(jié)。如溢流閥、節(jié)流閥、換向閥。
4、 輔助部分。油箱。管路、壓力表等。
圖2-35是用液壓職能符號(hào)表示的工作臺(tái)往復(fù)運(yùn)動(dòng)液壓原理圖。職能符號(hào)按國(guó)標(biāo)繪制。
三、液壓傳動(dòng)的優(yōu)缺點(diǎn)
(一)優(yōu)點(diǎn)
1、體積小，重量輕、使用靈活。
2、傳遞運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、均勻，可實(shí)現(xiàn)無級(jí)大范圍調(diào)速。
3、操作控制方便，易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制和過載保護(hù)。
4、液壓元件易實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、系列化。
(二)缺點(diǎn)
1、不能實(shí)現(xiàn)保證嚴(yán)格的傳動(dòng)比。
2、對(duì)溫度敏感，不適于高溫或低溫。
3、液壓元件制造精度高，發(fā)生故障不易診斷。
四、液壓傳動(dòng)基本參數(shù)
(一)壓力
帕斯卡原理：密封容器內(nèi)的液體當(dāng)任一處受到壓力時(shí)，這個(gè)壓力等量的向各個(gè)方向傳遞，而且壓力處處相等。
F=pA 或 p=F/A 單位帕Pa
由上邊兩例可知：壓力取決于負(fù)載。這里所說的壓力是液體單位面積上的壓力，就是物理上的壓強(qiáng)。
壓力的分級(jí)如表2-2。例4教材91頁。
(二)流量
流量是指單位時(shí)間內(nèi)流過管道或液壓缸某一截面的體積。用Q表示，Q=V/t 單位米3/秒。工程單位升/分。
Q=Av 例5教材92頁。
(三)功及功率
功 W=FS 功率 P=Pq 即功率等于壓力與流量乘積。單位KW。
五、液壓泵
如圖2-38 單柱塞油泵簡(jiǎn)圖。上述分析可以看出：液壓泵必須有一個(gè)密封容積，而且密封容積要有周期性變化。這種泵稱為容積式液壓泵。
泵的分類：1、按結(jié)構(gòu)分：齒輪泵，葉片泵，柱塞泵。
2、按壓力分：低壓，中壓，高壓泵。
3、按流量分：變量泵，定量泵。
泵的主要性能參數(shù)：
(1) 液壓泵的輸出壓力。
(2) 液壓泵的排量和流量。排量是指泵每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)所排出液體的體積。用q表示，它是由泵的幾何尺寸決定的。
理論流量QT：泵單位時(shí)間內(nèi)理論上可以排出液體的體積。QT=qn
(3) 效率 泵的輸出功率與輸入功率之比。
容積效率ηv：ηv=Q/QT
機(jī)械效率ηm：泵轉(zhuǎn)動(dòng)過程中的機(jī)械損失。
總效率η：η=ηvηm
例6：教材97頁
(一) 齒輪泵
如圖2-40 齒輪泵的工作原理。
特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕、制造容易、成本低、工作可靠維護(hù)方便。缺點(diǎn)，漏油，不能適應(yīng)于較大的工作壓力。
(二) 葉片泵
如圖2-41 雙作用葉片泵的工作原理。泵每轉(zhuǎn)一周完成兩次吸壓油。
特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕、流量均勻、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、噪聲低。缺點(diǎn)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，吸油條件苛刻，對(duì)油液污染敏感。
(三)柱塞泵
如圖2-42 徑向柱塞泵的工作原理。
特點(diǎn)：缸體內(nèi)孔均為圓柱表面，加工方便，配合精度高，密封性能好，適應(yīng)于高壓，結(jié)構(gòu)緊湊，效率高，流量能調(diào)節(jié)。缺點(diǎn)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。
六、液壓馬達(dá)與液壓缸。
七、液壓控制閥
液壓控制閥分為三大類：
(1) 方向控制閥。(2)壓力控制閥。(3)流量控制閥。
(一)方向控制閥 包括單向閥和換向閥
單向閥結(jié)構(gòu)如圖2-48。工作原理：當(dāng)進(jìn)油口進(jìn)油時(shí)，在油液的壓力下頂開閥芯、壓縮彈簧，油液流入出油口。反之如果出油口進(jìn)油，油液不能流通。職能符號(hào)如圖所示。
液控單向閥如圖2-49：進(jìn)油口進(jìn)油時(shí)原理同上，但是，從出油口進(jìn)油時(shí)，控制油口先進(jìn)油使活塞1向右運(yùn)動(dòng)，頂桿2頂開單向閥3，油液流通。職能符號(hào)如圖2-49b
換向閥是利用閥芯在閥體孔中做相對(duì)運(yùn)動(dòng)使油路接通或斷開。工作原理如圖2-50。換向閥的功能主要由它的位數(shù)和通數(shù)來決定。
表2-3是幾種常見的滑閥的結(jié)構(gòu)原理圖及圖形符號(hào)。
圖形符號(hào)的含義：
1、 有幾個(gè)方框表示幾位。
2、 每個(gè)方框內(nèi)的線與方框線的相交點(diǎn)數(shù)有幾個(gè)表示幾通。
3、 方框內(nèi)線的箭頭方向基本表示油液流向。
4、 方框內(nèi)的┻或┳表示此油口被閥芯封住，不通。
5、 通常P表示與油液泵或供油口相通，O表示與油箱相通，A、B表示與執(zhí)行件相通。
(二)壓力控制閥
常用的有溢流閥、減壓閥、順序閥和壓力繼電器。
1、溢流閥
分類：直動(dòng)式和先導(dǎo)式
直動(dòng)式溢流閥：如圖2-51。工作原理：進(jìn)油口P進(jìn)油，經(jīng)a流入閥芯3底部，壓力小于調(diào)定壓力時(shí)，閥芯不動(dòng)。當(dāng)系統(tǒng)壓力大于調(diào)定壓力時(shí)閥芯3被壓力油頂起使P和O接通，溢流。職能符號(hào)如圖2-51b。
2、減壓閥。 用途是減低油液系統(tǒng)中某一支路的壓力，使其比泵的壓力低且穩(wěn)定。職能符號(hào)如圖5-52。
3、壓力繼電器。 作用將壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)操縱的確元件實(shí)現(xiàn)動(dòng)作。職能符號(hào)如圖2-53。
(三)流量控制閥
它是靠改變工作開口的大小來調(diào)節(jié)通過閥口的流量，以改變執(zhí)行件的運(yùn)動(dòng)速度。工作原理如圖2-54。職能符號(hào)如圖2-55所示。
八、液壓輔件 蓄能器、過濾器、油箱。
九、液壓基本回路
液壓基本回路就是由一些液壓元件組成的，完成特定功能的油路結(jié)構(gòu)。
(一)速度控制回路
1、速度控制回路應(yīng)滿足的要求：(1)在規(guī)定的調(diào)速范圍內(nèi)調(diào)節(jié)執(zhí)行元件的工作速度。(2)液壓系統(tǒng)有足夠的速度剛性。(3)具有驅(qū)動(dòng)執(zhí)行元件所需的力和力矩。(4)損失小、效率高。
2、速度控制回路分類：節(jié)流調(diào)速、容積調(diào)速、容積節(jié)流調(diào)速。
(1)節(jié)流調(diào)速。 可分以下三種
①進(jìn)油節(jié)流調(diào)速回路。如圖2-58a 優(yōu)點(diǎn)油缸回油管路壓力較低，工作進(jìn)給油缸作用面積大，可得到大推力較低的進(jìn)給速度。缺點(diǎn)沒背壓載荷變小時(shí)運(yùn)動(dòng)不平穩(wěn)。
②回油節(jié)流調(diào)速回路。如圖2-58b 優(yōu)點(diǎn)節(jié)流閥在回油路，有較大背壓，運(yùn)動(dòng)較平穩(wěn)。 ③旁油路節(jié)流調(diào)速回路。如圖2-58c所示。特點(diǎn)能量利用合理，但運(yùn)動(dòng)速度受載荷影響較大，低速工作不穩(wěn)定。
(2) 容積調(diào)速。依靠改變量變泵或變量馬達(dá)的排量來實(shí)現(xiàn)調(diào)速。如圖2-59
特點(diǎn)：效率高，發(fā)熱少，變量泵、變量馬達(dá)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高。
(3)容積節(jié)流調(diào)速。依靠變量泵和流量控制閥的聯(lián)合調(diào)速。如圖2-60 適用于要求效率高，又要求低速穩(wěn)定性好的場(chǎng)合。
(二)壓力控制回路
壓力控制回路是利用壓力控制閥來控制整個(gè)液壓系統(tǒng)或局部油路的壓力，達(dá)到調(diào)壓、減壓、增壓、平衡、保壓的目的。如圖2-61 增壓回路。圖2-62卸荷回路。