第三章 液压执行元件及辅助元件.ppt

,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第,3,章 液压执行元件及辅助元件,第,3,章 液压执行元件及辅助元件,3.1,液压缸,3.2,液压马达,3.3,液压辅助元件,思考题与习题,2,液压缸,（油缸）主要用于实现机构的直线往复运动，也可以实现摆动，其结构简单，工作可靠，应用广泛。,液压缸的输入量是液体的流量和压力，输出量是速度和力。,液压缸和液压马达都是液压执行元件，其职能是将液压能转换为机械能。,p,1,p,2,F,V,d,Q,A,液压缸,压力,p,流量,Q,液压功率,作用力,F,速度,V,机械功率,3,3.1,液压缸的类型及特点,液压缸的分类,按供油方向分：单作用缸和双作用缸。,按结构形式分：活塞缸、柱塞缸、伸缩套筒缸、摆动液压缸。,按活塞杆形式分：单活塞杆缸、双活塞杆缸。,单杆液压缸,双杆液压缸,柱塞式液压缸,4,3.1.1,活塞式液压缸,活塞式液压缸可分为双杆式和单杆式两种结构形式，其安装又有缸筒固定和活塞杆固定两种方式。,3.1.1.1,双杆活塞液压缸,双活塞杆液压缸的活塞两端都带有活塞杆，分为缸体固定和活塞杆固定两种安装形式，如图,3,1,所示。,(a),缸筒固定式,(b),活塞杆固定式,5,因为双活塞杆液压缸的两活塞杆直径相等，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。则缸的运动速度,V,和推力,F,分别为：,（,3.1,）,（,3.2,）,式中,:,、,分别为缸的进、回油压力；,分别为缸的容积效率和机械效率；,、,、,d,分别为活塞直径和活塞杆直径；,q,输入流量；,A,活塞有效工作面积。,这种液压缸常用于要求往返运动速度相同的场合。,6,3.1.1.2,单活塞杆液压缸,单活塞杆液压缸的活塞仅一端带有活塞杆，活塞双向运动可以获得不同的速度和输出力，其简图及油路连接方式如图,3.2,所示。,(a),无杆腔进油,D,d,q,(b),有杆腔进油,q,7,无杆腔进油,（,3.3,）,（,3.4,）,活塞的运动速度 和推力 分别为,:,(a),无杆腔进油,D,d,q,8,有杆腔进油,活塞的运动速度 和推力 分别为,:,(b),有杆腔进油,q,（,3.5,）,（,3.6,）,9,比较上述各式，可以看出：,；液压缸往复运动时的速度比为：,（,3.7,）,上式表明：当活塞杆直径愈小时，速度比接近,1,，在两个方向上的速度差值就愈小。,(a),无杆腔进油,D,d,q,(b),有杆腔进油,q,10,两腔进油,差动联接,(c),差动联接,q,当单杆活塞缸两腔同时通入压力油时，由于无杆腔有效作用面积大于有杆腔的有效作用面积，使得活塞向右的作用力大于向左的作用力，因此，活塞向右运动，活塞杆向外伸出；与此同时，又将有杆腔的油液挤出，使其流进无杆腔，从而加快了活塞杆的伸出速度，单活塞杆液压缸的这种连接方式被称为差动连接。,11,两腔进油,差动联接,(c),差动联接,q,（,3.8,）,（,3.9,）,在忽略两腔连通油路压力损失的情况下，差动连接液压缸的推力为：,q,等效,活塞的运动速度为：,12,两腔进油,差动联接,(c),差动联接,q,q,等效,差动连接时,液压缸的,有效作用面积,是活塞杆的横截面积，工作台运动速度比无杆腔进油时的大，而输出力则较小。,差动连接是在不增加液压泵容量和功率的条件下，实现快速运动的有效办法。,13,3.1.2,柱塞式液压缸,图,3.3,柱塞式液压缸,当活塞式液压缸行程较长时，加工难度大,使得制造成本增加。,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。,14,图,3.3,柱塞式液压缸,如图,3.3,（,a,）所示，柱塞缸由,缸筒、柱塞、导套、密封圈和压盖,等零件组成，柱塞和缸筒内壁不接触，因此缸筒内孔不需精加工，工艺性好，成本低。,15,柱塞式液压缸是单作用的，它的回程需要借助自重或弹簧等其它外力来完成。如果要获得双向运动，可将两柱塞液压缸成对使用为减轻柱塞的重量，有时制成空心柱塞。,图,3.3,柱塞式液压缸,Q,Q,V,d,d,式中：,d,柱塞直径，,p,1,进油压力，,p,2,另一缸的回油压力。,p,1,p,2,16,3.1.3,摆动式液压缸,图,3.4,摆动液压缸,摆动液压缸能实现小于,360,角度的往复摆动运动，由于它可直接输出扭矩，故又称为摆动液压马达，主要有单叶片式和双叶片式两种结构形式。,17,图,3.4,摆动液压缸,单叶片摆动液压缸,主要由定子块,1,、缸体,2,、摆动轴,3,、叶片,4,、左右支承盘和左右盖板等主要零件组成。定子块固定在缸体上，叶片和摆动轴固连在一起，当两油口相继通以压力油时，叶片即带动摆动轴作往复摆动。,18,q,单叶片摆动液压缸的,摆角,一般不超过,280,，双叶片摆动液压缸的,摆角,一般不超过,150,。,当输入压力和流量不变时，双叶片摆动液压缸摆动轴,输出转矩,是相同参数单叶片摆动缸的两倍，而摆动角速度则是单叶片的一半。,19,q,摆动缸结构紧凑，输出转矩大，但密封困难，一般只用于中、低压系统中往复摆动，转位或间歇运动的地方。,20,缸体,3.1.4,伸缩式液压缸,伸出,缩回,套筒活塞,活塞,伸缩式单作用缸,21,伸缩式双作用缸,伸出,B,A,二级活塞,缸体两端有进、出油口,A,和,B,。当,A,口进油，,B,口回油时，先推动一级活塞向右运动。一级活塞右行至终点时，二级活塞在压力油的作用下继续向右运动。,伸缩式液压缸的特点是：活塞杆伸出的行程长，收缩后的结构尺寸小，适用于翻斗汽车，起重机的伸缩臂等。,22,伸出,B,A,二级活塞,3.1.5,液压缸结构,如图,3-3,所示为液压缸，它由缸筒、盖板、活塞、活塞杆、缓冲装置、放气装置和密封装置等组成。选用液压缸时，首先应考虑活塞杆的长度,(,由行程决定,),，再根据回路的最高压力选用适合的液压缸。,图,3-3,液压缸结构,(a),外观；,(b),结构；,(c),职能符号,(1),缸筒。缸筒主要由钢材制成。缸筒内要经过精细加工，表面粗糙度,R,a,0.08 nm,，以减少密封件的摩擦。,(2),盖板。通常它由钢材制成，有前端盖和后端盖之分，它们分别安装在缸筒的前后两端。盖板和缸筒的连接方法有焊接、拉杆、法兰、罗纹连接等。,(3),活塞。活塞的材料通常是钢或铸铁，有时也采用铝合金。活塞和缸筒内壁间需要密封，采用的密封件有,“,O,”,形环、,“,V,”,形油封、,“,U,”,形油封、,“,X,”,形油封和活塞环等。而活塞应有一定的导向长度，一般取活塞长度为缸筒内径的,0.6,1.0,。,(4),活塞杆。它是由钢材做成的实心杆或空心杆。其表面经淬火再镀铬处理并抛光。,(5),缓冲装置。为了防止活塞在行程的终点与前后端盖板发生碰撞，引起噪音，影响工件精度或使液压缸损坏，常在液压缸前后端盖上设有缓冲装置，以使活塞移到快接近行程终点时速度减慢下来直至停止。,26,当活塞移至端部，缓冲柱塞开始插入缸端的缓冲孔时，活塞与缸端之间形成封闭空间，该腔中受困挤的剩余油液只能从节流小孔或缓冲柱塞与孔槽之间的节流环缝中挤出，从而造成背压迫使运动柱塞降速制动，实现缓冲。,(6),放气装置。在安装过程中或停止工作一段时间后，空气将侵入液压系统内，缸筒内如存留空气，将使液压缸在低速时产生爬行、颤抖等现象，换向时易引起冲击，因此在液压缸结构上要能及时排除缸内留存的气体。一般双作用式液压缸不设专门的放气孔，而是将液压油出入口布置在前、后盖板的最高处。大型双作用式液压缸则必须在前、后端盖板设放气栓塞。对于单作用式液压缸，液压油出入口一般设在缸筒底部，放气栓塞一般设在缸筒的最高处。,(7),密封装置。液压缸的密封装置用以防止油液的泄漏。液压缸的密封主要是指活塞、活塞杆处的动密封和缸盖等处的静密封。常采用“,O”,形密封圈和“,Y”,形密封圈。,3.2,液压马达,3.2.1,液压马达分类及特点,液压马达按其结构类型来分，可以分为齿轮式、叶片式、柱塞式等形式；也可按液压马达的额定转速分，可分为高速和低速两大类：额定转速高于,500 r/min,的属于高速液压马达，额定转速低于,500 r/min,的属于低速液压马达。高速液压马达的基本形式有齿轮式、螺杆式、叶片式和轴向柱塞式等。高速液压马达的主要特点是转速高，转动惯量小，便于启动和制动等。,通常高速液压马达输出转矩不大（仅几十牛,米到几百牛,米），所以又称为高速小转矩马达。,低速液压马达的基本形式是径向柱塞式，低速液压马达的主要特点是排量大，体积大，转速低（几转甚至零点几转每分钟），输出转矩大（可达几千牛,米到几万牛,米），所以又称为低速大转矩液压马达。,3.2.2,液压马达的工作原理及职能符号,叶片式液压马达,体积小，动作灵敏，但泄漏大，低速工作时不稳定，用于转速高、转矩小、动作要求灵敏的场合。,图,3-11,液压马达的职能符号,(a),单向定量液压马达；,(b),单向变量液压马达；,(c),双向定量液压马达；,(d),双向变量液压马达,3.2.3,液压马达参数计算,1,、马达的排量、流量与容积效率,排量,V,：马达每转一周所需的流量，单位,m,3,/r,输入流量,q,：由泵输入给马达的流量，不考虑系统泄漏 的情况下等于泵的实际输出流量。,容积效率 ：由于马达内部有泄漏，设泄漏流量为,q,l,2,、马达的转速,理论转速,n,T,：不考虑马达泄漏情况下的转速,实际转速,n,：考虑马达泄漏情况下的转速,马达的调速范围：最大允许转速和最低稳定转速之比,3,、马达的输出转矩与机械效率,理论输出转矩,T,t,：不考虑马达内部能量损失时，马达理论上所能输出的转矩。,当马达的输入功率为,pq,，输出转速为,时，有,pq,=,T,t,实际输出转矩,T,：马达在实际工况下的输出转矩,机械效率,马达的总效率,3.2.4,液压泵与液压马达的比较,35,液压泵和液压马达都是液压传动系统中的能量转换元件。,液压泵,由原动机驱动，把输入的机械能转换成为油液的压力能，再以压力、流量的形式输入到系统中去，它是液压系统的动力源。,液压马达,则将输入的压力能转换成机械能，以扭矩和转速的形式输送到执行机构做功，是液压传动系统的执行元件。,液压输出,J,液压马达,液压泵,机械输入,液压输入,机械输出,36,液压输出,J,液压马达,液压泵,机械输入,液压输入,机械输出,液压马达是实现连续旋转运动的执行元件，从原理上讲，向容积式泵中输入压力油，迫使其转轴转动，就成为液压马达，即容积式泵都可作液压马达使用。,但在实际中由于性能及结构对称性等要求不同，一般情况下，液压泵和液压马达不能互换。,3.3,液压辅助元件,3.3.1,油箱,油箱的主要功能是储存油液，此外，还有散热,(,以控制油温,),，阻止杂质进入，沉淀油中杂质，分离气泡等功能。,油箱容量如果太小，就会使油温上升。油箱容量一般设计为泵每分钟流量的,2,4,倍，或所有管路及元件均充满油，且油面高出过滤器,50,100 mm,，而液面高度只占油箱高度的,80%,时的油箱容积。,1),油箱形式,油箱可分为开式和闭式两种，开式油箱中油的油液面和大气相通，而闭式油箱中的油液面和大气隔绝。液压系统中大多数采用开式油箱。,2),油箱结构,开式油箱大部分是由钢板焊接而成的，图,3-12,所示为工业上使用的典型焊接式油箱,3),隔板及配管的安装位置,隔板装在吸油侧和回油侧之间，如图,3-13,所示，以起到沉淀杂质、分离气泡及散热的作用。,图,3-12,焊接式油箱,图,3-13,隔板的位置,油箱中常见的配油管有回油管、吸油管及排泄管等，有关安装尺寸见图,3-14,所示。,吸油管的口径应为其余供油管径的,1.5,倍，以免泵吸入不良。回油管末端要浸在液面下，且其末端切成,45,倾角并面向箱壁，以使回油冲击箱壁而形成回流，这样有利于冷却油温和沉淀杂质。,系统中排泄管应尽量单独接入油箱。各类控制阀的排泄管端部应在液面以上，以免产生背压；泵和马达的外泄油管其端部应在液面之下，以免吸入空气。,图,3-14,配管的安装及尺寸,4),附设装置,为了监测液面，油箱侧壁应装油面指示计。为了检测油温，一般在油箱上装温度计，且温度计直接浸入油中。在油箱上亦装有压力计，可用以指示泵的工作压力。,3.3.2,滤油器,1.,滤油器的结构,滤油器（,filter,）一般由滤芯,(,或滤网,),和壳体构成。其通流面积由滤芯上无数个微小间隙或小孔构成。当混入油中的污物（杂质）大于微小间隙或小孔时，杂质被阻隔而滤清出来。若滤芯使用磁性材料时，则可吸附油中能被磁化的铁粉杂质。,滤油器可以安装在油泵的吸油管路上或某些重要零件之前，也可安装在回油管路上。,滤油器可分成液压管路中使用的和油箱中使用的两种。油箱内部使用的滤油器亦称为滤清器和粗滤器，是用来过滤掉一些太大的，容易造成泵损坏的杂质（在,0.1mm,3,以上）的，图,3-15,为壳装滤清器（,strainer,），装在泵和油箱吸油管途中。如图,3-16,所示为无外壳滤清器，安装在油箱内，拆装不方便，但价格便宜。,图,3-15,壳装滤清器,(a),结构；,(b),职能符号,图,3-16,无外壳滤清器,(a),外观；,(b),结构；,(c),职能符号,管用滤油器有压力管用滤油器及回油管用滤油器。如图,3-17,所示为压力管用滤油器，因要受压力管路中的高压力，所以耐压力问题必须考虑；回油管用滤油器是装在回油管路上的，压力低，只需注意冲击压力的发生即可。就价格而言，压力管用滤油器较回油管用滤油器贵出许多。,图,3-17,压力管用滤油器,(a),外观；,(b),结构,2.,滤油器的选用,选用滤油器时应考滤到如下问题：,(1),过滤精度。原则上大于滤芯网目的污染物是不能通过滤芯的。滤油器上的过滤精度常用能被过滤掉的杂质颗粒的公称尺寸大小来表示。系统压力越高，过滤精度越低。,(2,）液压油通过的能力。液压油通过的流量大小和滤芯的通流面积有关。一般可根据要求通过的流量选用相对应规格的滤油器。（为降低阻力，滤油器的容量为泵流量的,2,倍以上。,),(3,）耐压。选用滤油器时必须注意系统中冲击压力的发生。而滤油器的耐压包含滤芯的耐压和壳体的耐压。一般滤芯的耐压为,0.01,0.1 MPa,，这主要靠滤芯有足够的通流面积，使其压降小，以避免滤芯被破坏。滤芯被堵塞，压降便增加。,必须注意：滤芯的耐压和滤油器的使用压力是不同的，当提高使用压力时，要考虑壳体是否承受得了，而与滤芯的耐压无关。,3.,滤油器的安装位置,如图,3-18,所示为液压系统中滤油器的几种可能安装位置。,图,3-18,滤油器的安装位置,(1),滤油器（滤清器）,1,：安装在泵的吸入口，其作用如前文所述。,(2),滤油器,2,：安装在泵的出口，属于压力管用滤油器，用来保护泵以外的其他元件。,一般装在溢流阀下游的管路上或和安全阀并联，以防止滤油器被堵塞时泵形成过载。,(3),滤油器,3,：安装在回油管路上，属于回油管用滤油器，此滤油器的壳体耐压性可较低。,(4),滤油器,4,：安装在溢流阀的回油管上，因其只通泵部分的流量，故滤油器容量可较小。,(5),滤油器,5,：为独立的过滤系统，其作用是不断净化系统中的液压油，常用在大型的液压系统里。,3.3.3,空气滤清器,为防止灰尘进入油箱，通常在油箱的上方通气孔装有空气滤清器。有的油箱利用此通气孔当注油口，如图,3-19,所示为带注油口的空气滤清器。空气滤清器的容量必须能使当液压系统达到最大负荷状态时，仍能保持大气压力的程度。,图,3-19,带注油口的空气滤清器,(a),外观；,(b),结构；,(c),职能符号,3.3.4,油冷却器,液压油的工作温度以,40,60,为宜，最高不得大于,60,，最低不得低于,15,，液压系统在运转时难免会有能量损失，其损失大部分变成了热量。热量一小部分由元件或管路等表面散掉了，另外大部分被液压油带回油箱而促使油温上升。油温如超过,60,，将加速液压油的恶化，促使系统性能下降。如果油箱的表面散热量能够和所产生的热量相平衡，那么油温就不会过高，否则必须加油冷却器来抑制油温的上升。,油冷却器可分成水冷式和气冷式两大类。,1.,水冷式油冷却器,水冷式油冷却器通常采用壳管式油冷却器。它是由一束小管子（冷却管）装置在一个外壳里所构成的。,图,3-20,水冷式直管型油冷却器,(a),外观；,(b),结构,2.,气冷式油冷却器,气冷式冷却器的构造如图,3-21,所示，由风扇和许多带散热片的管子所构成。油在冷却管中流动，风扇使空气穿过管子和散热片表面，以冷却液压油。其冷却效率较水冷低，但如果在冷却水不易取得或水冷式油冷却器不易安装的场所，有时还必须采用气冷式，尤以行走机械的液压系统使用较多。,图,3-21,气冷式油冷却器,3.,油冷却器安装的场所,油冷却器安装在热发生体附近，且液压油流经油冷却器时，压力不得大于,1 MPa,。有时必须用安全阀来保护，以使它免于高压的冲击而造成损坏。一般将油冷却器安装在如下一些场所：,(1,）热发生源，如溢流阀附近，如图,3-22,所示。,(2,）发热为配管的磨擦阻抗产生热以及外来的辐射热，常把油冷却器装在配管的回油侧，如图,3-23,所示。图中切断阀为保养用，方便油冷却器拆装。单向阀在防止油冷却器受各自机器的冲击力的破坏以及在大流量时，仅让需要流量通过油冷却器。,图,3-22,冷却溢流阀流出来的油的回路,图,3-23,冷却溢流阀流出来的油的回路,(3,）当液压装置很大且运转的压力很高时，使用独立的冷却系统，如图,3-24,所示。,图,3-24,独立冷却回路,4.,油冷却器的冷却水,为防止冷却器累积过多的水垢而影响热交换效率，可在冷却器内装一滤油器。冷却水要用清洁的软水。,3.3.5,蓄能器,1.,蓄能器（,accumulators,）功用,蓄能器是液压系统中的一种储存油液压力能的装置，其主要功用如下：,(1),作辅助动力源。,(2),保压和补充泄漏。,(3),吸收压力冲击和消除压力脉动。,2.,蓄能器的分类和选用,蓄能器有弹簧式、重锤式和充气式三类。常用的是充气式，它利用气体的压缩和膨胀储存、释放压力能，在蓄能器中，气体和油液被隔开，而根据隔离的方式不同，充气式又分为活塞式、皮囊式和气瓶式等三种。下面主要介绍常用的活塞式和皮囊式两种蓄能器。,1),活塞式蓄能器,如图,3-25(a),所示为活塞式蓄能器，用缸筒,2,内浮动的活塞,l,将气体与油液隔开，气体,(,一般为惰性气体氮气,),经充气阀,3,进入上腔，活塞,1,的凹部面向充气阀，以增加气室的容积，蓄能器的下腔油口,a,充液压油。,图,3-25,充气式蓄能器,(a),活塞式；,(b),皮囊式；,(c),职能符号,2),皮囊式蓄能器,如图,3-25(b),所示为皮囊式蓄能器，采用耐油橡胶制成的气囊,2,内腔充入一定压力的惰性气体，气囊外部液压油经壳体,1,底部的限位阀,4,通入，限位阀还保护皮囊不被挤出容器之外。此蓄能器的气、液是完全隔开的，皮囊受压缩储存压力能的影响，其惯性小，动作灵敏，适用于储能和吸收压力冲击，工作压力可达,32 MPa,。,如图,3-25(c),所示为蓄能器的职能符号。,