流体传动与控制基础综述

1、流体传动与控制基础综述摘要：液压传动有许多突岀的优点，因此它的应用非常广泛，如一般工业 用的塑料加工机械、压力机械、机床等；行走机械中的工程机械、建筑机械、农 业机械、汽车等关键词：液压元件 基本回路 控制wabstract: there are many outstanding advantages, therefore its application is very extensive, such as general industrial use of plastic processing machinery, pressure machine, machine tool; walk i

2、n machinery engineering machinery, construction machinery, agricultural machinery, auto etc.keywords： hydraulic component fundamental circuit concrl valve一液压传动概述1.1.液压传动是用液体作为工作介质来传递能量和进行控制的传动方式。液压传动和气压传动称为流体传动，是根据17世纪帕斯卡提出的液体静压力传 动原理而发展起来的一门新兴技术，是工农业生产屮广为应用的一门技术。如今, 流休传动技术水平的高低已成为一个国家工业发展水平的重要标志。1.

3、 2.液压传动的基本原理：液压系统利用液压泵将原动机的机械能转换为液 体的压力能,通过液体压力能的变化來传递能量，经过齐种控制阀和管路的传递, 借助于液压执行元件（液压缸或马达）把液体压力能转换为机械能，从而驱动工作 机构，实现直线往复运动和冋转运动。其屮的液体称为工作介质,一般为矿物油， 它的作用和机械传动中的皮带、链条和齿轮等传动元件相类似。1. 3液压传动的应用：液压传动冇许多突岀的优点，因此它的应用非常广泛, 如一般工业用的塑料加工机械、压力机械、机床等；行走机械中的工程机械、建 筑机械、农业机械、汽车等；钢铁工业用的冶金机械、提升装置、轧辘调整装置 等；土木水利工程用的防洪闸门及堤坝

4、装置、河床升降装置、桥梁操纵机构等; 发电厂涡轮机调速装置、核发电厂等等；船舶用的甲板起重机械（绞车）、船头 门、舱壁阀、船尾推进器等；特殊技术用的巨型天线控制装置、测量浮标、升降 旋转舞台等；军事工业用的火炮操纵装置、船舶减摇装置、飞行器仿真、飞机起 落架的收放装置和方向舵控制装置等。二、液压元件2.1-个完整的液压系统由五个部分组成，即动力元件、执行元件、控制元 件、辅助元件和液压油。2. 1. 1动力元件的作用是将原动机的机械能转换成液体的压力能，指液压系 统中的油泵，它向整个液压系统提供动力。2.1.2.执行元件（油缸、液压马达）它是将液体的液压能转换成机械能。 其中，油缸做直线运动，

5、马达做旋转运动。2.1.3控制元件包括压力阀、流量阀和方向阀等。它们的作用是根据需要无 级调节液动机的速度，并对液压系统屮工作液体的压力、流量和流向进行调节控 制。2.1.4. 辅助元件除上述三部分以外的其它元件，包括压力表、滤油器、蓄能 装置、冷却器、管件主要包括:各种管接头（扩口式、焊接式、卡套式,sac法兰）、 高压球阀、快换接头、软管总成、测压接头、管夹等及油箱等，它们同样十分 重要。2.1.5. 工作介质是指各类液压传动中的液压油或乳化液，它经过油泵和液动 机实现能量转换。2. 2液压动力元件液压动力元件是液压系统的动力源，是心脏。它是一种能量转换装置，主要作用 是将原动机（电动机或

6、内燃机）输入的机械能转换为工作液体的压力能输出，为 系统提供压力油，它是系统不可缺少的核心元件。液压泵就是典型的液压系统动 力元件。液压泵按其结构形式不同，可分为齿轮泵、叶片泵、柱塞泵等类型；2.2.1齿轮泵：齿轮泵是液压系统屮广泛采用的一种液压泵，它一般都是做 成定量泵。齿轮泵按其结构不同，可分为外啮合齿轮泵和内啮合齿轮泵,而以外 啮合齿轮泵应用最为广泛。2. 2.2叶片泵：叶片泵的结构较齿轮泵复朵，但因为叶片泵工作压力较高， 流量脉动小，工作平稳且噪声较小，寿命较长，所以叶片泵被广泛地应用于机械 制造中的专用机床、自动生产线等中低液压系统中；叶片泵的不足之处是结构比 较复杂，吸油特性不太好

7、，对油液的污染也比较頌感。2. 2. 3柱塞泵是依靠柱塞在缸体中作往复运动造成密封容积的变化来实现吸 汕与压汕的液压泵，与齿轮泵和叶片泵相比，这种泵有许多优点。1）构成密封容积的零件为圆柱形的柱塞和缸孔，加工方便，可得到较高的 配合精度，密封性能好，在高压工作仍有较高的容积效率；2）只需改变柱塞的工作行程就能改变流量，易于实现变量；3）柱塞泵屮的主要零件均受压应力作用，材料强度性能可得到充分利用。由于柱塞泵压力高，结构紧凑，效率高，流量调节方便，故在需要高压、大 流量、大功率的系统屮和流量需要调节的场合，如龙门刨床、拉床、液压机、工 程机械、矿山冶金机械、船舶上得到广泛的应用。2. 3液压执行

8、元件 液压执行元件有液压缸和液压马达2.3.1液压马达液压马达是把液体的压力能转换为机械能的装置，从原理上 讲，液压泵可以作液压马达用，液压马达也可作液压泵用。但事实上同类型的液 压泵和液压马达虽然在结构上相似，但由于两者的工作情况不同，使得两者在结 构上也有某些差异。高速液压马达的基本型式是径向柱塞式，例如单作用曲轴连杆式、液压平衡 式和多作用内曲线式等。此外在轴向柱塞式、叶片式和齿轮式屮也有低速的结构 型式。低速液压马达的主要特点是排量大、体积大、传速低（有时可达每分种几 转甚至零点几转），因此可直接与工作机构连接，不需耍减速装置，使传动机构 大为简化，通常低速液压马达输出转矩较大（可达几

9、千牛顿米到几万牛顿米）， 所以乂称为低速大转矩液压马达2.3.2液压缸又称为油缸，它是液压系统屮的一种执行元件，其功能就是将 液压能转变成直线往复式的机械运动，常见的液压缸有：1) 活塞两端都冇一根直径相等的活塞杆仲岀的液压缸称为双杆式活塞缸， 它一般由缸体、缸盖、活塞、活塞杆和密封件等零件构成。2) .柱塞缸 如图4-8(a)所示为柱塞缸，它只能实现一个方向的液压传动, 反向运动要靠外力。若需要实现双向运动，则必须成对使用。如图4-8(b)所示， 这种液压缸中的柱塞和缸筒不接触，运动时由缸盖上的导向套來导向，因此缸筒 的内壁不需精加工，它特别适用于行程较长的场合。液压缸的结构基本上可以分为缸

10、筒和缸盖、活塞和活塞杆、密封装置、缓冲 装置和排气装置五个部分2. 4液压控制元件液压阀是用来控制液压系统屮油液的流动方向或调节其压力和流量的，因此 它可分为方向阀、压力阀和流量阀三大类。一个形状相同的阀，可以因为作用机 制的不同，而具有不同的功能。压力阀和流量阀利用通流截面的节流作用控制着 系统的压力和流量，而方向阀则利用通流通道的更换控制着油液的流动方向。这 就是说，尽管液压阀存在着各种各样不同的类型，它们之间还是保持着一些基本 共同z点的。2. 4.1方向控制阀1) 液压系统中常见的单向阀有普通单向阀和液控单向阀两种。普通单向阀 的作用，是使油液只能沿一个方向流动，不许它反向倒流。用液控

11、单向阀油液就 可在两个方向自由通流。2) 换向阀利用阀芯相对于阀体的相对运动，使油路接通、关断，或变换 油流的方向，从而使液压执行元件启动、停止或变换运动方向。2. 4. 3压力控制阀：在液压传动系统屮，控制油液压力高低的液压阀称z为压 力控制阀，简称压力阀。这类阀的共同点是利用作用在阀芯上的液压力和弹簧力 相平衡的原理工作的。 在具体的液压系统屮，根据工作需要的不同，对压力控 制的要求是各不相同的：有的需要限制液压系统的最高压力，如安全阀；有的需 耍稳定液压系统屮某处的压力值（或者压力差，压力比等），如溢流阀、减压阀 等定压阀；还有的是利用液压力作为信号控制其动作，如顺序阀、压力继电器等2.

12、 4. 4流量控制阀：液压系统屮执行元件运动速度的大小，由输入执行元件 的油液流量的大小来确定。流量控制阀就是依靠改变阀i i通流面积（节流1 i局部 阻力）的大小或通流通道的长短来控制流量的液压阀类。常用的流量控制阀有普 通节流阀、压力补偿和温度补偿调速阀、溢流节流阀和分流集流阀等。1）普通节流阀：这种节流阀的节流通道呈轴向三角槽式。压力油从进油口 p1流入孔道 和阀芯1左端的三角槽进入孔道b,再从岀油口 p2流出。调节手 柄3,可通过推杆2使阀芯作轴向移动，以改变节流口的通流截面积来调节流量。 阀芯在弹簧的作用下始终贴紧在推杆上，这种节流阀的进出油口可互换。2）调速阀和温度补偿调速阀：普通

13、节流阀由于刚性差，在节流开口一定的 条件下通过它的工作流量受工作负载（亦即其出口压力）变化的影响，不能保持 执行元件运动速度的稳定，因此只适用于工作负载变化不大和速度稳定性耍求不 高的场合，曲于工作负载的变化很难避免，为了改善调速系统的性能，通常是对 节流阀进行补偿，即采取措施使节流阀前后压力差在负载变化时始终保持不变3）溢流节流阀（旁通型调速阀）溢流节流阀也是一种压力补偿型节流阀2. 5液压辅助元件2. 5.1过滤器的类型及特点按滤芯的材料和结构形式，滤油器可分为网式、线隙式，纸质滤芯式、烧结式滤油器及磁性滤油器等。按滤油器安放的位 置不同，还可以分为吸滤器，压滤器和回汕过滤器，考虑到泵的自

14、吸性能，吸汕 滤油器多为粗滤器。2. 5. 2蓄能器蓄能器的作用是将液压系统中的压力油储存起來，在需要时又重新放出。其 主要作用表现在以下几个方面。1）作辅助动力源在间歇工作或实现周期性动 作循环的液压系统中，蓄能器可以把液压泵输出的多余压力油储存起来。当系统 需耍时，由蓄能器释放出來。这样可以减少液压泵的额定流量，从而减小电机功 率消耗，降低液压系统温升。2）系统保压或作紧急动力源对于执行元件长 时间不动作，而要保持恒定压力的系统，可用蓄能器来补偿泄漏，从而使压力恒 定。对某些系统耍求当泵发生故障或停电时，执行元件应继续完成必要的动作时, 需要有适当容量的蓄能器作紧急动力源。 3）吸收系统脉

15、动，缓和液压冲击; 蓄能器能吸收系统压力突变时的冲击，如液压泵突然启动或停止，液压阀突然关 闭或开启，液压缸突然运动或停止；也能吸收液压泵工作时的流量脉动所引起的 压力脉动，相当于油路中的平滑滤波（在泵的出口处并联一个反应灵敏而惯性小 的蓄能器）。2. 5.3油箱油箱的基木功能是：储存工作介质；散发系统工作屮产牛的热量；分离油液屮混 入的空气；沉淀污染物及杂质。 按油面是否与大气相通，可分为开式油箱与闭 式油箱。开式油箱广泛用丁一般的液压系统；闭式油箱则用于水下和高空无稳定 气压的场合2. 5. 4管件包括管道、管接头和法兰等，其作用是保证油路的连通，并便于拆卸、安 装；根据工作压力、安装位置

16、确定管件的连接结构；与泵、阀等连接的管件应由 其接口尺寸决定管径。2. 5. 5热交换器 液压系统的工作温度一般希望保持在3050 c的范围z内, 最高不超过65 c,最低不低于15 c,如果液压系统靠自然冷却仍不能使油温 控制在上述范围内吋，就须安装冷却器；反之，如环境温度太低，无法使液压泵 启动或正常运转时，就须安装加热器。三、液压基本回路3.1液压基木冋路是由相关液压元件组成，能实现某一特定功能的基木油路。基 本冋路按其在系统中的功用可分为：压力控制冋路-控制整个系统或局部油路的 工作压力；速度控制回路一控制和调节执行元件的速度；方向控制回路一控制执 行元件运动方向的变换和锁停；同步和顺

17、序回路一控制几个执行元件同时动作或 先后次序的协调等。3.1.1液压控制回路 压力控制冋路是利用压力控制阀来控制整个液压系统或 局部油路的工作压力，以满足执行机构对力或力矩的要求，或者使工作机构平衡 或顺序动作。，它包括调压、减压、增压、卸荷、保压或缓冲回路。3. 12速度控制回路是讨论液压系统的速度调节和变换的问题。冇关速度调节回 路的组成，工作特性分析和应用将有专门章节讲述。木节讲述速度变换的基木回 路，也就是使执行元件从一种速度变换到另一种速度的回路，它们冇增速、减速 和二次速度转换冋路3. 1. 3方向控制回路 方向控制冋路是控制执行元件的运动方向，它是利用控制 进入执行元件的液流的通、断或改变方向来实现的。高品质的换向回路要求换向 迅速