液压系统设计与维护

1、1 液压传动基本知识1.1液压油1.1.1液压油的种类 机床液压系统中使用的工作介质品种按国际标准组织（iso）的分类见表1-1.目前90%以上的机床液压系统采用石油基液压油，为了改善液压油的性能，以满足不同液压设备的要求，往往在基油中加入各种添加剂，如改善油液的化学性能（抗氧化性、防腐性、防锈剂等）何改善油液的物理性能（入增粘剂、抗磨剂、防爬剂）表1.1 液压油的品种分类工作介质类别组成与特性代号石油基液压油无添加剂的石油基液压油hh+抗氧化剂、防腐剂hl+抗磨剂hl+增黏剂hm+增黏剂hm+防爬剂l-hhl-hll-hml-hrl-hvl-hg难燃液压液含水液压液高含水液压液水包油乳化液l

2、-hfal-hfae水的化学溶液l-hfas油包水乳化液l-hfb水乙二醇l-hfc合成液压液磷酸酯l-hfdr氯化烃l-hfdshfdr+hfdsl-hfdt其他合成液压油l-hfdu1.1.2液压油的特性（1）可压缩性即液压油在所受压力变化时体积发生变化的特性。一般情况下，液压油的可压缩性对液压系统的性能影响不大，尽在高压和研究系统动态特性时才考虑，所以在一般机床液压传动系统中可不考虑油的可压缩性。（2）黏性即液压油流动时其内部分子之间的内摩擦力，黏性使油液流动时产生能量损失。黏性是液压油的一种纹理特性，其大小用黏度衡量，黏度分为动力黏度、运动黏度何相对黏度三种。油液的牌号根据运动黏度确定

3、，即40时运动黏度的平均值。入n46机械油，40时其运动的平均值为46m/s。油液对温度的变化比较敏感，温度升高，黏度减小，黏度与温度间的关系成为黏-温特特性。（3）液压油对密封材料的影响 液压油对密封材料具有一定影响，其对不同密封材料的影响如表1-2所示。表1.2 液压油对密封材料的影响密封材料石油系液压油磷酸酯脂肪酸水+乙二醇液压油w/o乳化液低苯胺点高苯胺点丙烯酸酯橡胶丁二烯橡胶苯乙烯-丁二乙烯橡胶丁腈橡胶丁基橡胶乙丙烯橡胶氟化橡胶异戊二烯橡胶硅橡胶氟化硅橡胶硫化橡胶氨基甲酸乙酯氯硫化聚乙烯氯丁橡胶鞣皮软皮注：-易溶；-比较易溶；-不溶；- 一般。1.1.3液压油的功能 液压油是液压系统

4、中用来传递能量的液体工作介质，它主要有一下功能。 传动 把由液压泵所赋予的能量传递给执行元件。 润滑 润滑液压元件的运动件。 密封 在不能用密封圈进行密封处，由机械密封何液压油的黏度进行密封。 冷却 吸收并带出液压系统中所产生的热量。 防锈 防止液压元件各种金属材料的锈蚀。1.1.4液压油的要求 液压油应能对系统的结构、工作程序及工作环境等充分发挥液压装置的技能。液压油必须与液压装置完全适应，液压装置性能的提高，不然也要求液压油的品质提高。油液的的品质取决于基油及所用的添加剂，他们任何性能的恶化，或添加剂组合的平衡被破坏，就不能造出具有良好品质的液压油来。因此，基油、添加剂的选择及组合很重要。

5、对液压油的要求如表1-3所示。表1.3 对液压油的要求项 目要 求 性 能压缩性压缩性尽可能小，响应性好黏性温度及压力对黏度的影响小，具有低温流动性，剪切安定性好润滑性对元件的滑动部位能充分润滑，能防止异常磨损何卡咬等现象的发生安定性不因热、氧化或水解而生成腐蚀性物质，沉渣生成量小，寿命长防腐性耐腐蚀性对铁及非金属的防锈性及耐腐蚀性良好脱气性消泡性 油液中裹携的气泡及液面上的泡沫少，且容易消除破乳化性除含水液压液外的油液，油水分离容易消净性尽肯呢个不包含污染物，当污染物从外部进入时，要能迅速分离，使之来不及作用与液压元件而产生不良影响相容性不能引起密封件、橡胶软管、涂料等变质防火性燃点高，挥发

6、性小，最好具有不燃性毒性不得有毒性何异味，应无公害，且容易排水处理其他长期保存何紫外线照射不引起析出物沉淀针对不同用途，具有橡胶-金属及金属-金属之间的防爬行性难燃性1.1.5液压油的选用 液压油的选择主要是品种何黏度的选择，一般先根据液压系统的工作环境何条件选择合适的液压油有品种，然后在确定液压油牌号。确定液压油的牌号，即选择液压油的黏度等级，液压油的黏度对液压系统的性能具有显著的影响。液压油的黏度主要根据液压系统的工作压力、环境温度及运动速度等进行选择。（1）工作压力对于工作压力较高的液压系统宜选用黏度较大的液压油，以减小泄漏；反之，可选用黏度较小的液压油。（2）环境温度 环境温度较高时已

7、使用黏度较大的液压油，工作时于文雅有的黏度将会有所降低；反之宜选用黏度较小的液压油。（3）运动速度 当执行元件的运动速度较高时，为了减小液流的摩擦损失，已使用黏度较小的液压油。1.1.6液压油的污染控制 液压油被污染，主要是由于液压元件在加工、运输、安装和维修过程中带入而未清洗干净的残留物、液压系统周围环境侵入系统的污染物以及液压系统工作过程中产生的金属微粒、密封材料的磨损颗粒、油液变质后生成的胶状物等所引起。因此控制液压油的污染需要做到：严格清洗元件和系统；防止污染物从外界入侵；采用高性能的过滤器；控制工作介质的温度；保持系统所有部位良好的密封；定期检查并更换工作介质，形成制度。1.2液压传

8、动系统的特征1.2.1液压传动系统的组成 机床液压传动系统主要由以下几部分组成。 （1）动力元件动力元件主要包括各种液压泵，它将机械能转换为液压能，为液压系统提供既有一定压力和流量的液压油。（2）执行元件执行元件主要包括各种液压马达和液压缸，它将液压能转化为机械能，以驱动工作部件。（3）调节控制元件调节控制元件包括各种液压阀，对液压系统中油液的压力、流量和流动方向进行调节和控制，从而控制执行元件输出力的大小、速度的快慢和运动方向，以保证执行元件完成预期的工作。（4）辅助元件辅助元件包括除上述各种元件以外的液压元件，如邮箱、管道、管接头、滤油器、热交换器等，其作用是设置必要的条件，以保证液压系统

9、正常地工作。1.1.2液压传动系统的基本特征 （1）压力取决于外负载液压传动系统中油液的压力由外界负载作用而形成，如图1-4所示，压力的大小与外界负载大小及作用面积有关，即 =f/a式中 p-油液压力，pa; f-外负载，n; a-负载作用面积，.由式可见，油液压力的大小将随外负载的变化而变化，这是液压传动中的一个重要的基本概念（2）容积变化相等由于在液压传动系统中可认为液压油是不可压缩的，因此，在液压传动系统中运动的传递遵循“容积变化相等”的原则。在机床液压传动系统中使用的动力元件和执行元件都是容积式的，它们依靠密封容积大小的变化进行工作。液压泵输出的流量等于进入执行元件的流量与经各种阀流回

10、邮箱的流量之和，即液体体积的变化相等。1.2.3液压传动系统的特点 （1）液压传动系统的主要优点单位功率重量轻。在同等功率下，液压装置的体积小、重量轻、功率密度大、结构紧凑。 快速性好。由于重量轻、惯性小、反应快，故障装置易于实现快速启动、制动和频繁换向等。 可实现无级调速。液压传动系统的调速范围大，可高达2000倍，而且还在运行过程中进行调速。 易于实现自动化、省力化和远距离控制。 易于实现过载保护，一般在系统中设置安全阀即可。 液压元件已实现通用化、标准化和系列化。1.3液压传动系统的基础元件1.3.1液压泵 液压泵将机械能转化为液压能，为液压系统提供具有一定压力和流量的液体，是机床液压传

11、动系统的重要组成部分，它的性能好坏直接影响整个系统工作的可靠性和稳定性。 机床传动系统中采用的液压泵依靠密封工作腔容积大小交替变化进行工作，称为容积式泵，其正常工作的基本条件为：基油密封的工作腔；密封工作腔的容积大小能交替变换，变大时吸油，变小时压油；吸油口和压油口不能沟通。因此，在分析液压泵的工作原理时，应从液压泵是否具备正常工作的三个条件入手。 在机床液压传动系统中使用的液压泵按结构分有齿轮泵、叶片泵和柱塞泵等。外啮合齿轮泵的结构原理如图1.1所示，双作用叶片泵的结构原理如图1.2所示。当原动机驱动泵转动时，泵吸油侧的密封工作腔容积增大，完成吸油工作；泵拍油腔的密封工作腔容积减小，完成排油

12、工作。 图1.1 外啮合齿轮泵结构原理图 图1.2 双作用叶片泵结构原理 1-转子；2-定子；3-叶片；4-配油盘；5-泵体 单作用叶片泵的结构原理如图1.3(a)所示，它由转子6、定子5、叶片2何侧面两个配油盘构成密封工作腔，定子5可以左右移动，并与转子6之间具有大小可调的偏心距e。调节转子与定子间偏心距e的大小，可改变泵输出流量的大小。图1.3(a)所示为限压式变量叶片泵的结构原理，当转子按图示方向转动时，上部为压油腔，下部为吸油腔，压力油将定子推压在滚针支承座上。泵出口的压力油引入左侧反馈柱塞7，产生一向右的推力，当该推力小于右侧弹簧预紧力何定子移动摩擦力时，定子被弹簧压在流量调节螺钉上

13、，此时偏心距e最大，泵输出最大流量。随着液压泵输出压力的升高，作用于定子左侧的液压力也增大，当该液压力大于右侧的弹簧预紧力何定子移动的摩擦力时，定子向右移动，偏心距减小，泵的输出流量随之较小。当泵的输出压力达到某一直时，泵的实际输出流量变为零，此时很小的偏心距所产生的流量仅用于补充泵的内泄漏。该泵的流量-压力特性如图1.3(b)所示。(a) 限压式变量叶片泵工作原理 (b) 限压式变量叶片泵流量-压力特性图1.3 外反馈限压变量叶片泵工作原理及流量-压力特性1-滚针支座；2-叶片；3-压力调节螺钉；4-弹簧；5-定子；6-转子；7-柱塞；8-流量调节螺钉 图1.4所示为斜盘式轴向柱塞泵的工作原

14、理，它由斜盘1、柱塞2、缸体3、配油盘4、传动轴5等主要零件组成。缸体上沿圆周均匀分布若干(7-9)个轴向排列的柱塞，柱塞乐意在其中灵活滑动，由缸孔和柱塞构成密封工作腔。斜盘和配油盘固定，传动轴5带动缸体3和柱塞2转动，柱塞在低压油或机械装置作用下紧压在斜盘上。由于斜盘1相对于缸体3倾斜了一个角度，当传动轴按图示方向转动时，柱塞跟随缸体几下而上回转时逐渐外伸，由柱塞和缸孔构成的密封工作腔的容积不断增大，经配油盘的配油窗口a吸入油液；柱塞在跟随缸体自上而下回转时贝斜盘推入缸体，使密封工作腔容积不断减小，经配油盘的配油窗口b将油液压出。缸体旋转一周，每个柱塞往复运动一次，成一次吸油和压油。图1.4

15、 斜盘式轴向柱塞泵的工作原理1-斜盘；2-柱塞；3-缸体；4-配油盘；5-传动轴1.3.2 液压缸 液压缸是将油液的压力能转化为机械能输出直线运动的执行元件。在各类机床液压传动系统中多使用活塞式液压缸，这类液压缸结构简单、工作可靠，得到广泛应用。 活塞式液压缸分为单出杆液压缸和双出杆液压缸两类。（1） 单出杆液压缸 单出杆液压缸根据输出动力的方向可分为单作用液压缸和双作用液压缸两类。 单作用液压缸 此类液压缸只能在一个方向供给动力，即液压缸一腔通压力油向前移动，返回时靠外力或弹簧力复位。双作用液压缸 双作用液压缸在两个运动方向上传递动力，由于液压缸活塞两端面积不相等，所以这种液压缸具有三种连接

16、方式，在三种不同的连接方式中，即使输入液压缸油液的压力和流量相同，输出的推力和大小也各不相同。在机床工作台的进给运动中，常利用单出杆液压缸的不同连接方式获得不同的进给速度，以满足加工工艺的要求。（2） 双出杆液压缸双出杆液压缸两端都有活塞杆，通常两端活塞杆直径相等，因此它的左、右两腔活塞的有效工作面积亦相等。当分别向两腔通入压力时，如果压力，流量都相同，则液压缸左、右两个方向输出的推力和运动速度否是一样的。这种液压缸可有两种不同的安装形式，因安装形式不同，其工作活动范围的大小也不同。当缸体固定时，其工作范围为有效行程的3倍；而当活塞杆固定时，其工作范围为有效行程的2倍。前者用于小型机械设备，后

17、者多用于大型装置。（3） 活塞式液压缸的基本结构活塞式液压缸的基本结构如图1.5所示。活塞采用优质材料并具有很低的表面粗糙度，以保证最小速度和最低压力时运动自如；液压缸各部件应具有足够的刚性和良好的密封性，以满足最大进给力的要求。液压缸还设有排气装置，以排除液压缸中存留的气体；液压缸的端盖内设有缓冲装置，以防止液压缸在带动较大惯性负载运行到行程终点时产生较大的冲击。图1.5 活塞式液压缸的基本结构1-前端盖；2，10-动密封；3-活塞；4-缓冲套；5-活塞杆；6-缸筒；7-拉杆螺栓；8-钢球；9-排气塞螺钉；11-后端盖；12-刮油防尘圈；13-导向套；14，15-静密封；16-节流阀；17-

18、单向阀.1.3.3控制阀 液压控制阀根据用途可分为方向控制阀、压力控制阀和流量控制阀三大类，分别对液压系统中的液流方向、压力和流量大小进行调节，以控制工作部件的运动方向、输出力和输出速度的大小。控制阀的操纵方式有手动、机动、电动、液动、气动及电-液动等，其连接方式有管式、板式、法兰连接式和集成块式等。 （1）方向控制阀方向龙执法包括单向阀和换向阀两类。单向阀 单向阀用于控制液流仅作单方向流动。图1.6所示为管式连接普通单向阀的结构。压力油从p1口流入，推动阀芯打开阀口，油液经阀芯上的径向孔a、轴向孔b从p2口流出。当压力油从p2口流入时，压力油作用于阀芯背后，推动阀芯关闭阀口，油液无法流向p1

19、口。单向阀的开启压力根据需要可在0.05-0.3mpa之间选择。图1.6 普通单向阀1-阀体；2-阀芯；3-弹簧 换向阀 换向阀通过阀芯与阀体渐相对位置的改变来控制油流的接通、切断或流动方向，从而控制执行元件气动、停止或运动方向。换向阀按阀芯工作位置可分为二位、三位或多为换向阀；按通油口数目可分为二通、三通、四通、五通换向阀等。换向阀按其结构可分为支座型换向阀及滑阀型换向阀两种。a 支座型换向阀 图1.7所示是一种电磁二位三通支座型换向阀，其主要为无漏油的闭塞性。支座元件是一个球体，靠弹簧的作用固定在阀体支座上。该换向阀适用于高压及非油性介质，但由于特殊结构的限制，无法达到滑阀型换向阀那种多样

20、流通的结构。图1.7 电磁二位三通支座型换向阀1-接合器；2-支座；3-钢球；4-弹簧；5-推杆；6-杠杆 b 滑阀式换向阀 滑阀式换向阀结构简单、转换效能快速、操纵力低、控制功能多，使用的也最多。滑阀式换向阀主要由阀芯和阀体构成，图1.8所示为二位四通滑阀式换向阀工作原理。当阀芯处于左位时，p口与b口相通，a口与o口相通，压力油自p口流入b口流出，回油经a口、o口流回油箱；当阀芯处于右位时，p口与a口相通，压力油由a口流出，回油经b口、o口流回油箱。通过改变阀芯与阀体的相对位置，即可改变油流的方向，从而实现执行元件的换向。（a）阀芯处于左位 （b）阀芯处于右位图1.8 换向阀的主体结构、工作

21、原理1-阀芯；2-阀体（2）压力控制阀用于控制和调节液压系统油液的压力，或以油液压力作为控制信号的元件，统称为压力控制阀。压力控制阀都是以液压力与弹簧力相平衡的原理工作的。按照压力控制阀在液压系统中所起的具体作用又分为溢流阀、减压阀、顺序阀和压力继电器等。溢流阀a 直动式溢流阀 直动式溢流阀的结构如图1.9所示。压力油从p口进入阀腔后，经孔f和阻尼孔g后作用在阀芯4的底面c上。当进口压力较低时，作用于阀芯地面上的液压力小于弹簧2的预紧力时，阀芯位于最下端位置。此时阀口关闭，p口与o口处于隔断状态。当进口p的压力升高到作用于阀芯底面上的液压力大于弹簧预紧力时，阀芯开始上移。当阀芯上移量超过阀口重

22、叠量l时，阀口打开p口和o口接通，油液溢流回油箱。此时，进口压力与弹簧力相平衡，进口压力基本保持恒定。由于液压力影响直接与弹簧力相平衡，当通过该阀溢流的流量变化较大时，阀的开口量也相应地产生较大的变化，从而使弹簧2的压缩量发生较大变化，最终导致尤其控制的系统压力发生较大变化。另外，在高压、大流量时，直动式溢流阀调压弹簧的力也要求很大，使其调压困难、调压性能变差，故其一般用于低压、小流量场合，目前以较少用。图1.9 直动式溢流阀1-调节螺母；2-弹簧；3-上盖；4-阀芯；5-阀体 b 先导式溢流阀 先导式溢流阀的工作原理与结构如图1.10所示，它主要由主阀芯1、主阀弹簧14、阀体15和先导阀6等

23、构成。先导阀6相当于一只小型直动式溢流阀。在实际结构中，先导阀多采用座阀结构而主阀可采用锥形座式或滑套式结构。图1.10 先导式溢流阀的工作原理和结构1-主阀芯；2-阻尼孔；3-主阀运动阻尼孔；4，5，10，12-流道；6-先导阀；7-防振套；8-调压弹簧；9-先导阀弹簧腔；11-手柄；13-外腔口；14-主阀弹簧；15-阀体 压力油进入溢流阀后直接作用在主阀芯1上，同时经过阻尼孔2、3及控制流道作用早先导阀阀芯和主阀芯1的上端面上。当进口压力p低于弹簧8所调定的压力值时，先导阀6关闭，阻尼孔2中无油液流过，此时主阀芯1上下两端面所受的液压力相等，主阀芯在主阀弹簧14的作用下压向阀座，主阀口关

24、闭。当进口压力p达到或超过弹簧8的调定压力时，先导阀6打开，有一小股压力油通过阻尼孔2、流道4、先导阀6、回油流道10经回油口流向油箱。同时，该控制油液在阻尼孔2上产生压降后作用于主阀芯1的上端面上，使主阀芯1两端产生一个线上的不平衡液压力，当此力大于弹簧14的作用力时，主阀芯1向上移动，打开主阀口实现溢流。 外空口k通过流道4和5，阻尼孔3与主阀芯1的弹簧腔相通，如在外控口k处接通控制油路，即可对溢流阀进行远程调压或卸荷。 减压阀 在液压系统中，当要求一台液压泵同时向几个要求不同工作压力的执行元件供油时，可在工作压力较低的分支油路中串联一个减压阀，将压力降低到某一直，并保持恒定。这种减压阀称

25、为定值减压阀。 图1.11所示为先导式减压阀的工作原理和结构，阀未工作时，主阀芯与阀套沉割槽之间形成的剑垭口处于全开状态。仅有p1经减压口和主阀芯上的油孔从出口流出，出口压力为p2。出口压力经阻尼孔2后作用在导阀阀芯和主阀芯的上端面上，当作用于导阀上的压力达到导阀的调定压力时，导阀开启，则有一股控制流量流经阻尼孔2，产生压差。该压差作用于主阀芯的上下两端面上，产生一个向上的液压力，该页压力与主阀弹簧相平衡。当作用于主阀芯上的液压力大于主阀弹簧预紧力时，主阀芯上移，关小减压阀口，使油液流过减压口时所受阻力增加，产生压力降，是压力由p1降到p2、阻尼孔上的流量越大，主阀芯所受的不平衡液压力越大，阀

26、芯的提升量越大，减压口关得越小，减压作用越明显。所以，减压口的大小可由主阀芯自动调节，从而保持出口压力p2恒定。 由于减压阀出油口通往具有一定压力的支油路，所以，经过先导阀的控制流量不能在阀内经出口流出，而必须经泄油流道引回油箱。 先导式减压阀外控口k的作用与先导式溢流阀的相同，可通过外腔口k实现远程调压。 图1.11 先导式减压阀工作原理和结构1-主阀芯；2-阻尼孔；3-主阀运动阻尼孔；4、5、12-流道；6-先导阀芯；7-防振套；8-调压弹簧；9-导阀弹簧腔；10-泄油流道；11-手柄；13-外腔口；14-主阀复位弹簧；15-阀体 顺序阀 顺序阀主要用于控制多个执行元件的顺序动作，也可以用

27、作背压阀、平衡阀或卸荷阀等。 图1.12所示为直动式内控外泄顺序阀的工作原理。阀的进口压力油，通过阀内部流道，作用于阀芯下部柱塞a上，产生一个向上的液压推力。当液压泵启动后，压力油首先克服液压缸i的负载使其先行运动。当液压缸i运动到位后，压力油p1上升到作用于柱塞面积a上的液压力超过弹簧预紧力时，阀芯上移，接通p1和p2口。压力油经顺序阀口后克服液压缸ii的负载使活塞运动。这样利用顺序阀实现了液压缸i和液压缸ii的顺序动作。若将顺序阀下部的阀盖转动180度，并将外腔口k的螺堵卸去，便成压力尽可能接近，该阀采用了截面积较小的柱塞面积a。阀芯中间加工流道，以使泄漏油经弹簧腔外泄。图1.12 顺序阀

28、工作原理 图1.13 节流阀 1-螺母；2-阀体；3-阀芯 （3）流量控制阀通过在一定的压差下，依靠改变通流截面积的大小来改变进入执行元件流量的大小，从而控制执行元件云佛那个速度的大小。通常使用的有普通节流阀、调速阀等。 节流阀 普通节流阀的结构原理如图1.13所示，该节流阀时通过调节阀芯上的三角槽与阀体间构成的节流面积的大小实现流量调节的。当旋转阀芯3时，阀芯将在螺母1中上下移动，便可改变阀芯上的三角槽与阀体2构成的节流口面积的大小，从而调节流过阀的流量的大小。采用三角槽结构的阀口可提高分辨率，即减小节流口面积对阀芯位移的变化率，提高调节的精确性。 调速阀 普通节流阀在工作时，若作用于执行元

29、件上的负载发生变化，将会引起节流阀两端的压差发生变化，从而导致流过节流阀的流量随之变化，最终引起执行元件的速度不随负载而变，就需要采取措施，使流量阀节流口两端的压差不随负载而变。调速阀即是一种常用的可保持流量基本恒定的流量控制阀。 图1.14所示为用调速阀进性调速的工作原理。它在节流阀前面串联了一个定差式减压阀，当压力油进入调速阀时，压力油首先经减压阀产生一次压力降，将压力降到pm。该压力同时引到减压阀阀芯的无弹簧腔，作用于阀芯的下端面上，产生一个向上的液压推力。压力油经过节流口后，其压力由pm再降至负载压力p2，该负载压力同时引到减压阀阀芯的弹簧腔，产生一个向下的液压推力。所以，作用于减压阀

30、阀芯两端面的压力差即为节流口前后的压力差，该压力差产生的液压推力与减压阀弹簧力相平衡。当负载变化而引起负载压力p2变化时，作用于减压阀阀芯上的液压力与弹簧力的平衡被破坏 ，减压阀阀芯产生一定的位移，以调节减压口的开口大小，使减压口后的压力pm随之发生变化，直到其液压力与弹簧力达到新的平衡为止。由于减压阀的弹簧较软，且减压阀芯的位移量较小，所以，由减压阀芯的位移所引起的弹簧力的变化较小，减压阀芯两端的压力差基本保持恒定。调速阀利用减压阀阀芯的自动调节作用，使节流口前后的压差p=pm-p2基本保持不变，从而使流过调速阀的流量与节流口开口面积成比例，而不随负载压力变化。 由于当整个调速阀两端的压差p

31、1-p2还较小时，作用于减压阀阀芯两端的压力差也较小，还不足以克服弹簧力推动阀芯起调节作用，只有当调速阀两端的压差达到一定值以后，减压阀才开始起调节作用。所以调速阀工作时有一最小压差要求，只有当调速阀两端的压差大于最小压差时，才能保持流量恒定。调速阀的最小压差一般为0.5-1mpa图1.14 调速阀1-定差减压阀；2-节流阀；3-流量调节杆2 机床液压系统分析2.1机床典型液压系统分析2.1.1数控机床液压系统 随着机电技术的不断发展，特别是数控技术的飞速发展，机床设备的自动化程度和精度越来越高，使适合于电控和自控的液压与气动技术得到了充分应用。无论是一般数控机床还是加工中心，液压与气动都是其

32、有效的传动与控制方式。（1） 数控机床液压系统 mj50数控车床卡盘加紧与松动、卡盘夹紧力的高低压转换、回转刀架的松开与夹紧、刀架刀盘的正传和反转、尾座套筒的伸出与退回，都是由液压系统驱动的。丫丫系统中各电磁阀电磁铁的动作是由数控系统的plc控制实现的。mj50数控车床的液压系统原理如图2.1所示。 该机床的液压系统采用单向变量液压泵供油，系统压力调至4mpa，由压力计14显示。液压泵出口的压力油经过单向阀进入系统，以防止压力油回流，卡盘油缸和套筒油缸经减压阀供油，已获得较系统压力低而稳定油液压力，刀架转位速度和套筒退回速度由单向调速阀进行调节。图2.1 数控机床液压系统原理1-5-电磁换向阀

33、；6-8-减压阀；9-11-单向调速阀；12-14-压力表（2）液压系统的工作原理 该液压系统主要完成卡盘的夹紧与松开、刀架的回转、刀架刀盘的夹紧与松开和套筒的伸缩等动作。 卡盘的夹紧与松开 卡盘的夹紧根据加工的需要有高压夹紧和低压夹紧两种状态。a 卡盘正卡高压夹紧 当卡盘处于正卡且高压夹紧状态下，夹紧力的大小由减压阀6来调整，由压力计12显示卡盘压力。卡盘夹紧时，电磁铁3dt失电、1dt得电，换向阀2和换向阀1的左位接入系统，压力油进入液压缸右腔，活塞杆左移，卡盘夹紧，其油路为： 进油路 液压泵单向阀减压阀6换向阀换向阀1液压缸右腔； 回油路 液压缸座腔换向阀1油箱。 卡盘松开时，电磁铁3d

34、t和1dt失电、2dt得电，换向阀2的左位和换向阀1的右位接入系统，压力油进入液压缸左腔，活塞杆右移，卡盘松开，其油路为： 进油路 液压泵单向阀减压阀6换向阀2换向阀1液压缸左腔； 回油路 液压缸右腔换向阀1油箱。 b 卡盘正卡低压夹紧 当卡盘处于正卡且在低压夹紧状态下，夹紧力的大小由减压阀7调整。此时使电磁铁3dt得电，换向阀2置换为右位，将减压阀7接入系统，压力油经减压阀7接入液压缸，其夹紧力即由减压阀7进行调整。除此之外，卡盘夹紧和松开的油路，与高压夹紧状态的油路相同。 刀架的回转 回转刀架换刀时的动作过程时：刀盘松开刀盘转到指定的刀位刀盘复位夹紧。 二位四通电磁换向阀4控制刀盘的夹紧与

35、松开。三位四通电磁换向阀3控制刀盘的正传和反转，单向调速阀9和10控制刀盘旋转速度。 a 刀盘的夹紧与松开 当电磁铁4dt得电时，换向阀4的右位接入系统，压力油经换向阀4进入刀盘液压缸下腔，刀盘松开；当电磁铁4dt失电时，换向阀4进入刀盘液压缸下腔，刀盘松开；当电磁铁4dt失电时，换向阀4复位，压力油经换向阀4进入刀盘液压缸上腔，刀盘夹紧。 b 刀架的转位 当电磁铁8dt得电时，换向阀3的左位接入系统，压力有经换向阀3和单向调速阀9进入刀架转位液压马达，刀架正转；当电磁铁7dt得电时，换向阀3的右位接入系统，压力油经阀3和单向调速阀10进入刀架回转液压马达，刀架反转。单向调速阀9和10在刀架正

36、、反转时均构成进油节流调速。 尾座套筒伸缩动作 尾座套筒的伸缩与缩回由三位四通电磁换向阀5控制。当电磁铁6dt得电、5dt失电时，换向阀5的左位接入系统，压力油经减压阀8和换向阀5进入套筒伸缩液压缸左腔，液压缸右腔的油液经单向调速阀11中的调速阀和换向阀5回油箱，套筒伸出。当电磁铁6dt失电。5dt得电时，换向阀右位接入系统，压力油经减压阀8、换向阀5、单向调速阀11中的单向阀进入液压缸右腔；液压缸左腔的油液经换向阀5直接回油箱，套筒缩回。 套筒伸出时的工作预紧力大小通过减压阀8来调整，并由压力计13显示；伸出速度由单向调速阀11控制，该调速阀在回路中构成回油调速，使套筒伸出时液压缸中具有一定

37、的背压，以提高套筒伸出运动的稳定性。（2） 液压系统的特点 系统采用单向变量液压泵供油，泵的输出流量可根据系统工作压力的大小自动调节，既保证了系统对工作压力的要求，又可减小功率损失，提高系统效率； 卡盘夹紧力的大小可根据被加工零件的粗要分别由减压阀6和减压阀7调节，以满足高压夹紧和低压夹紧两种工况的要求； 采用单向调速阀9和10.与刀架转位马达在正、反转方向均构成进油调速回路，使刀架正、反转位速度均分别可调； 采用单向调速阀11与套筒伸缩油缸在套筒伸出时构成出口节流调速回路，不仅使套筒伸出速度可调，而且使套筒伸出运动平稳；套筒退回时，压力油经单向阀进入油缸，使套筒快速退回。3 机床液压系统故障

38、特征3.1机床液压系统故障特征3.1.1液压系统故障的特点 液压系统在运行的不同阶段，其故障分别具有不同的特征，液压系统不同运行阶段的故障特征如表3.1所示。表3.1液压系统故障的特征不同的阶段的故障故 障 特 征故 障 现 象新试制液压设备故障率较高，存在的问题液比较复杂，其特征时设计、制造、安装、管理等问题交织在一起接头或连接处泄漏严重；速度不稳定；污物卡死阀芯等使执行结构动作失灵；阀类元件泄漏装弹簧或密封件或管道接错造成动作混乱；阻尼孔被堵造成压力不稳定或无压力；系统发热量大、同步动作不协调或位置精度达不到要求等定型设备调试阶段故障率较低，主要由管理不善、安装不当、运输中损坏而引起有外泄

39、漏、压力不稳定或动作不灵活、有污物进入系统。装配时泄漏或错装弹簧等零件、加工质量或安装质量差造成精度达不到要求等设备运行初期故障率最低，系统运行状态最佳接头振动松脱、少数密封件损坏造成泄漏，由于堵塞造成压力不稳定和工作速度变化，由于油温升高而引起泄漏、工作压力和速度不稳定等设备运行中期元件芯工作频率和负荷条件不同，各易损元件先后开始正常性的超常磨损故障率较高泄漏量增加系统效率降低注意控制油液污染设备运行后期元件殷工作频率和负荷条件不同，各易损元件先后开始正常性的超差磨损，故障率较高，泄漏量增加，系统效率降低对液压系统和元件进行全面检查，对有严重缺陷和已失效的元件进行修理或更换，对系统进行全面修

40、复，以防止液压设备不能运行被迫停产突发性故障突发性，故障发生区域和产生原因明显发生碰撞、弹簧突然折断、管道破裂、异物堵塞、密封件损坏等，与设备安装不当、维护不良有关。加强设备维护管理，严格执行岗位责任制，加强人员素质培育3.1.2诊断故障的步骤 诊断液压系统的故障，需按一定的步骤进行，一遍准确判断出故障并予以排除，诊断液压系统故障的步骤如表3.2所示。表3.2 液压系统故障的诊断步骤诊 断 步 骤诊 断 内 容熟悉性能和资料详细了解设备与各液压元件的结构、技术性能、特点、工作原理、运行要求以及主要技术参数调查了解情况现场了解故障前后的工作状态及异常现象、产生故障的部位。故障现象，以及过去排除此

41、类故障的经验现场观察如设备还能启动运行，则由设备运行情况观察故障现象，查找故障部位，观察系统压力变化，速度变化、动作顺序等工作情况，噪音、泄漏等各种现象查阅技术档案查阅设备技术方案，了解设备的制造日期、液压件状况、运输途中有无损坏、调试及验收的原始记录及以往是否有过类似故障还是新出的故障归纳分析判断对所有有关该故障的情况和资料进行综合分析，由系统外部到内部逐步查找原因，并要将机械、电气、液压三方面联系在一起考虑，找出故障的可能原因。归纳分析是找出故障原因的基础组织实施在摸清情况的基础上，制订出切实可行的排除故障的措施，并组织实施。若是必然故障则必须彻底排除，若是偶然故障则做出相应处理即可总结经

42、验总结分析排除故障的成功经验，为今后开展故障诊断提供依据。积累维修工作经验时开展故障诊断技术的重要依据纳入设备档案将本次产生故障现象、部位、排除方法及注意事项作为资料纳入设备技术档案，以便今后对故障诊断进行查阅3.1.3故障诊断方法 从长期实践总结积累的故障诊断方法可归纳为；看、问、听、摸、闻。看即观察液压系统的真实现象；问即了解设备平时的运行情况；听即判别液压系统工作声音是否正常；摸即体察正在运动的部件表面；闻即了解油液是否有异味变质。一般液压系统故障诊断方法如表3.3所示。 此外，可采用浇油法查找进气部位，当油浇到怀疑部位时故障现象消失即找到故障根源。 在分析故障原因时，主观诊断只是简单的

43、定性情况，有时为了查清液压系统的故障原因，还需停机拆卸某些元件，送到试验台上做定量的性能测试。表3.3 液压系统故障诊断方法诊 断 方 法诊 断 内 容看看速度执行机构的运行速度有无变化和异常现象看压力系统的压力值是否正常、有无波动等现象看油液油液是否清洁、是否变质、油表面是否有气泡、油量是否满足要求、黏度是否符合要求看泄漏系统是否有外泄漏和出现油垢现象看产品根据产品质量判断运动机构的工作状态及系统的压力和流量的稳定性看回油总回油管的回油情况问一问液压系统是否正常及液压泵有无异常现象二问液压油的更换时间及滤网清洗或更换情况三问故障前调压阀和调速阀的调节情况四问故障前密封件或解压件的更换情况五问

44、故障前后系统工作时有哪些不正常现象六问过去出现故障情况及故障原因与排除方法听听噪音液压泵及系统噪声是否过大，元件是否有尖叫声听冲击声系统工作时各元件是否有冲击声听泄漏声油路板内部是否有微细而连续的泄漏声听敲打声液压泵、油箱和阀体外表面，判断其温升是否正常摸摸温升液压泵、油箱和阀体外表面，判别其温升是否正常摸振动运动部件和管子有无振动摸爬升工作台低速运动时有无“爬行”现象摸松紧程度挡铁、微动开关。紧固螺钉等的松紧程度闻闻异味闻一闻油液是否有异味变质3.1.4查定故障部位的方法 为了能迅速而有效地排除故障，顺利完成修理工作，正确判断故障部位是非常重要的。在分析故障原因时，应逐步排除无关的区域和因素

45、，逐步把目标缩小到某个单元或元件，是行之有效的方法。此外，查找故障原因时，除抓住产生故障的主要因素外，还需要其他相关领域的知识和丰富的实际经验，所以，平时注意相关知识和经验的积累是很重要的。 查找故障部位可应用方框图法或鱼刺法等方法进行。方框图法是根据故障现象，逐级画出出现该故障现象的各种可能的原因，再逐一进行排查，最终找出故障的部位和原因。鱼刺图是对故障现象进行分析后，根据产生故障的主要因素绘制的故障分析图，在用鱼刺图法进行分析时，先根据产生故障的因果原关系，找出两三个主要因素，再根据鱼刺图来寻找液压系统的故障，既能很快找出产生故障的主要原因，又能积累排除故障的经验，还能使管理技术与专业技术

46、有机地结合起来，时一种非常有效的查找故障的方法。方框图和鱼刺图的画法可参考相关手册并根据系统的具体情况进行绘制。 在查找故障原因时，也可根据液压传动系统图进行分析。首先要熟悉本系统的工作原理，以及本系统所使用的元件结构和技术性能，然后逐步找出故障原因，并提出排除对策。3.1.5建立故障档案 故障档案是设备维修工作的真实记录和原始依据，它对了解设备使用的历史情况、对分析故障原因和制订排除对策都很有价值，是实现故障管理的基础资料。 故障档案的主要作用有：根据产生故障的原因和性质改进管理，制订相管的规章制度及进行技术培训；根据易出故障部位、系统缺陷和修理中的遗留问题，制定改进维修计划；根据故障记录，

47、改进修理方法和完善维修计划。4 机床液压系统的保养与维护4.1机床液压系统的保养与维护4.1.1机床液压系统的使用维护要求 对机床液压系统的维护需要满足以下要求。 要按计划规定和工作要求，合理调节液压系统的工作压力和工作速度，在有关压力阀和调速阀调节好后，应将调节螺钉紧固牢靠，以防松动。 要选用规定油品牌号的液压油，并经过滤后再注入油箱，同时，要定期对油进行取样化验，若发现油质不符合使用要求必须更换。 机床液压系统油液的工作温度应控制在35-55范围内，不得超过60,若超过规定范围，应检查原因，予以排除。 要保证电磁阀的电压稳定，其波动值不应超过额定电压的5-15。 要使用完好无损的压力表，工

48、作或调压时应有压力表监测。 电气柜、电气盒、操作台和指令控制箱等应有盖子或门，不得敞开使用，以免积污。 当液压系统某部位产生故障时，要及时分析原因并进行处理，不要勉强运转，以免造成大事故。 定期检查润滑管路是否完好，润滑元件是否可靠，润滑油质量时否达到要求，油量是否充足，若有异常应及时排除。 经常观察蓄能器工作性能，若发现气压不足或油气混合时，应及时充气和修理。 经常检查和定期紧固管件接头、法兰盘等，以防止松动，对高压软管要定期更换，要定期换密封件，还要定期对主要液压元件进行性能测试或实行定期更换维修。4.1.2机床液压系统的维护、保养规章 机床液压系统的操作保养，除应满足对一般机械设备的保养

49、要求外，还有它的特殊要求，其主要内容如下。 操作者必须熟悉本系统所使用的主要液压元件的工作原理和作用，熟悉液压系统原理，掌握系统动作顺序。 操作者要经常监视液压系统工作状况，观察工作压力和速度情况，检查工件尺寸及刀具磨损情况，以保证液压系统工作稳定可靠。 在开动设备前，应检查所有运动机构及电磁阀是否处于原始状态，检查油箱位是否正常，若发现异常或油量不足，应及时找维修人员进行处理。 在冬季当油温未达到25时，只能启动液压泵电机使液压泵空运转，而不能进行各执行机构的顺序工作。在夏季当油温高于60时，要逐一液压系统的工作状况，并通知维修人员进行处理。 当停机4h以上时，在开始工作前，应先启动液压泵电

50、机5-10min。然后才能带压力工作。 操作者不准损坏电气系统的互锁装置，不准用手推动电控阀，不准损坏或任意移动各操作挡块的位置。 未经主管部门同意，操作者不准对各液压元件私自调节或拆换。 当液压设备出现故障时，操作者不准私自乱动，应立即报告维修部门。维修部门有关人员应尽快到现场，对故障原因进行分析并排除。 液压设备应经常保持清洁，防止灰尘、切削用切削液、切削、棉纱等杂物进入油箱。 操作者要按设备点检卡上规定的部位和项目进行认真点检。4.1.3系统的维修与检查 液压系统的维修和检查可分三个不同阶段进行：日常检查、定期检查和综合检查。 （1）日常检查 日常检查是减少液压系统故障最重要的环节。正常

51、工作时，每天均应检查。通过检查，可以较早地发现一些异常现象（即故障预兆），如外渗漏、压力不稳定、温度较高、声音异常及油液变色等。同时应对油泵启动前后、运转和停止三种情况进行检查。 油泵启动前应检查油箱油量、油温及压力表。油箱油量不足应予以补充，油温过低应小心启动或加温启动。对压力表要检查有无损坏或异常现象。 油泵启动时不能突然启动连续运转，而应该用点动的方式逐渐启动，以便于发现异常现象，而又不至发现成事故性故障。油泵启动后要检查油泵输出是否正常等、溢流阀压力是否调节到规定值、油泵的噪声是否在规定范围内、回路中各有关元件动作是否正常等。 油泵停止运转前应检查邮箱中的有无气泡和变色现象、温升是否正

52、常、压力表是否稳定、油泵的噪声是否正常、泵壳的温升、系统泄漏、执行元件及各液压工作是否正常以及系统振动等情况。 在检查过程中如发现有异常情况，应及时找有关维修人员进行处理。 （2）定期检查 为保证液压系统正常工作，提高其寿命与可靠性，必须进行定期检查。以便早发现潜在故障，及时进行修复或排除。 定期检查的内容包括以下方面。 定期紧固 液压设备在工作过程中由于空气侵入系统、换向冲击、管道自振、系统共振等原因，将可能使管接头和紧固螺钉松动。若不定期检查和紧固，将会引起严重泄漏导致设备和人身事故。因此，要对收冲击影响较大的螺钉、螺母和接头等进行紧固。对中压以上的液压设备，其管接头、软管接头、法兰盘螺钉

53、、液压缸紧固螺钉和压盖螺钉、液压缸活塞杆止动调节螺钉、蓄能器的连接管路、行程开关和挡铁固定螺钉等，应每月紧固一次。对中压以下的液压设备，可每隔三个月紧固一次。同时，对每个螺钉的拧紧力都要均匀，并要达到一定的拧紧力矩。 定期更换密封件 泄漏和吸空是液压系统常见的故障，所以密封是一个非常重要的问题。液压系统中的密封主要有两大类，即间隙密封和利用弹簧性材料进行密封。间隙密封的密封效果与间隙两端的压力差、两滑动面之间的间隙大小、封油长度和油液的黏度有关。液压元件由于长期工作，两滑动面之间频繁地往复运动、油液中的杂质和污物会带入间隙成为研磨膏等，将使滑动面加速磨损，配合间隙增大，丧失密封性，使内泄漏量增

54、加，造成系统效率下降，油温升高，所以要定期更换修理。利用弹性材料进行的密封，即利用橡胶密封件密封，其密封效果与密封件结构、材料、工作压力及使用安装等因素有关。目前弹性密封件材料一般为耐油定腈橡胶和聚氨酯橡胶。经长期使用，不仅会自然老化，而且因长期在受压状态下工作，使密封件永久变形，丧失密封性，因此必须定期更换。定期更换密封件时液压设备维护工作的主要内容之一，应根据液压装置的具体使用条件制订更换周期，并将周期表纳入设备技术档案。根据我国目前的密封件胶料和压制硫化工艺，密封件的使用寿命一般为一年半左右。 定期清洗或更换液压件 液压元件在工作过程中，由于零件之间互相摩擦产生的金属磨耗物、密封件磨耗物

55、和碎片，以及液压元件在装配时带入的脏物和油液中的污染物等，都随液流一起流动，它们之中有些被过滤掉了，但有一部分积聚在液压元件的流道腔内，有时会影响元件的正常工作，因此要定期对液压元件进行清洗。由于液压元件处于连续工作状态，某些零件（如弹簧等）疲劳到一定限度也需要定期更换。定期清洗与更换是确保液压系统可靠工作的重要措施。一般液压阀每三个月、液压缸每一年清洗一次。在清洗的同时应更换密封件，装配后应对主要技术参数进行测试，需要达到使用要求。 定期清洗或更换滤芯 滤油器经过一段时间的使用，固体杂质会严重地堵塞滤芯，影响过滤能力，是液压泵产生噪音、油温升高、容积效率下降等，从而使液压系统工作不正常。因此要根据滤油器的具体使用条左右清洗一次，滤油器的清洗周期应纳入设备档案。 定期清洗油箱 液压系统工作时，随液流流动的一部分脏物积聚在油箱底部，若不定期清除