四川理工学院 液压传动及控制讲义

四川理工学院液压传动及控制讲义第96页厚德达理励志勤工绪论生产机械一般由原动机、传动部分，控制部分和工作机构等组成。传动部分的传动类型：机械传动、电力传动、液体传动、气压传动及他们的组合(复合传动)。本课程主要介绍以液体为工作介质的液压传动技术。液压传动系统的工作原理及组成液压传动系统的工作原理▲以如图1.1所示的驱动机床工作台的液压系统为例。1、介绍液压传动系统的工作过程。①二位三通换向阀9处于左位，三位四通换向阀15处于中位，液压泵4的负载为溢流阀7，这时系统的压力为溢流阀7的调定压力。工作台固定不动。②三位四通换向阀15处于左位，工作台向右运动，并且可以通过调节节流阀13的开口量大小调节工作台运动的速度。③三位四通换向阀15处于右位，工作台向左运动，并且可以通过调节节流阀13的开口量大小调节工作台运动的速度。④二位三通换向阀9处于右位时，液压泵通过其卸荷，此时液压泵工作压力为零。2、往复运动和调速的实现方法。往复运动：利用三位四通换向阀15的左位和右位。调速：利用节流阀13调节流入液压缸18的流量。3、液压泵出口压力(工作压力)液压泵的出口压力大小取决于其后所带的负载的大小。4、执行元件(液压缸)的速度执行元件的速度取决于流入执行元件(液压缸)的流量。液压传动系统的组成▲1、动力装置：机械能→液压能典型液压元件：液压泵 2、控制调节元件：控制工作介质的流动压力、流量及方向，从而控制执行元件的力(力矩)、运动速度及运动方向。3、执行元件：液压能→机械能典型液压元件：液压缸，液压马达4、辅助装置：除动力装置、控制调节装置、执行元件以外的其他器件都称为辅助装置。5、工作介质：用来传递压力能，并起到润滑和冷却的作用。液压传动系统中通常称为液压油液。液压传动的特点1、与电动机相比，在相等体积下，液压装置能产生更大的动力。▲2、对速度的无级调节，且调速范围大。▲3、工作平稳，换向冲击小，便于实现频繁的换向。4、易于实现过载保护，能实现自润滑，使用寿命长。5、易于实现自动化。6、易于实现系列化、标准化和通用化，便于设计、制造和推广使用。7、无法保证严格的传动比。▲8、传动效率低。9、对油温的变化比较敏感。▲10、液压传动系统在出现故障时不易诊断。液压传动的概况液压传动的现状(学生自学)液压传动的发展高压，高速，大功率，高效率，低噪声，长寿命，高度集成化、小型化与轻量化、一体化和执行元件柔性化等方面。液压传动的图形符号液压元件的表示方法：图形符号(图1.2)、半结构式(图1.1)。一般用图形符号表示液压元件，液压元件的图形符号由GB/T786.1-2001规定。在图形符号不能表达或特殊需要时，才采用半结构式。液压传动工作介质的性质和选择液压工作介质的种类一、种类石油基液压油、合成液体、乳化液(水包油/油包水)二、石油基液压油石油基液压油是以精炼后的机械油为基料，按需要加入适当的添加剂而制成。三、石油基液压油中使用的添加剂1、改善油液化学性质的添加剂，如抗氧化剂，防绣剂等2、改善油液物理性质的添加剂，如增粘剂，抗磨剂等。液压工作介质的性质(可压缩性/粘性)▲一、密度ρ单位体积的液体质量称为密度。一般认为密度不受温度和压力的影响。二、可压缩性和膨胀性▲可压缩性指液体受压力的作用而使体积发生变化的性质。膨胀性指液体受温度影响而使体积发生变化的性质。可压缩性的表示方法：液体的体积压缩系数k；液体的体积弹性模量K。且K＝1/k。三、粘性及其表示方法▲1、液体在外力作用下，流动或有流动趋势时，液体内部分子间的内聚力要阻碍液体分子的相对运动，由此产生一种内摩擦力，这种现象称为粘性。2、液体粘性的大小用粘度来表示。液体粘度有三种表示方法：①动力粘度μ(Pa·s)。又称绝对粘度②运动粘度ν。液体的动力粘度μ与其密度ρ的比值称为液体的运动粘度，即：(1.7)不同运动粘度单位之间的换算关系：在工程实际中经常用到液体的运动粘度。机械油的牌号用用40℃时，运动粘度(单位为cSt)的平均值来表示的。例如：VG32，表示这种机械油在40℃时运动粘度的平均值为32③相对粘度，又称条件粘度我国常采用恩氏粘度。恩氏粘度与运动粘度之间的关系：(1.8)3、粘度与液体压力和温度之间的关系。对液压工作介质的要求(学生自学)液压工作介质的选择一、选择液压油液的类型首选专用液压油。二、选择液压油液的粘度根据液压泵的要求来确定液压油液的粘度；使用时注意控制液压油液的油温。液压传动工作介质的污染及控制液压油液的污染是液压系统发生故障的主要原因。工作介质污染的原因1、残留物的污染2、侵入物的污染3、生成物的污染工作介质污染的危害工作介质污染的控制1、减少外来的污染2、滤除系统产生的杂质3、控制液压油液的工作温度4、定期检查更换液压油液本章作业：1-11(P17)，1-13(P18)液压传动流体力学基础液体静力学液体的压力(指的是物理学中讲的压强p=F/A)作用在液体上的力有两种：质量力和表面力静止液体的压力的重要性质：1、方向：沿内法线方向作用于承压面；2、大小：液体内任一点处的压力在各个方向上都相等。静止液体中的压力分布▲一、分布特点：1、压力组成：质量力形成的压力和表面力形成的压力；2、静止液体内部的压力p随液体深度h呈直线规律分布；3、距离自由液面深度相同的各点组成等压面，这一等压面为水平面。二、应用举例例1：教材例2.1(P20)。(学生自学)重要结论：从例2.1可以看出，表面力形成的压力远远大于质量力形成的压力，因此，在液压传动系统中近似地认为整个液体内部的压力是处处相等的，并且等于表面力形成的压力。例2：如图所示，有一直径为d，重量为G的活塞侵在液体中，并在力F的作用下处于静止状态，若液体的密度为ρ，活塞侵入深度为h，试确定液体在测量管内的上升高度x。解：活塞受力分析：活塞受到向下的力：F下＝F＋G①活塞受到向上的力：②由于活塞在F作用下受力平衡，则F下＝F上③根据①、②、③式可得：压力的表示方法和单位压力有两种表示方法：绝对压力和相对压力。绝对压力：以绝对真空为基准来进行度量的压力。相对压力：以标准大气压为基准来进行度量的压力，高于大气压称表压力，低于大气压称真空度。压力的法定计量单位是帕(Pa)，1Pa=1N/m2。1at(工程大气压，即Kgf/cm2)=1.01972×105帕。1atm(标准大气压)=0.986923×105帕。静止液体中的压力传递▲一、帕斯卡原理在密闭容器内，施加于静止液体上的压力可以等值传递到液体内各点。二、应用举例例1：P22，例2.4例2：液压缸直径D＝150mm，柱塞直径d＝100mm，液压缸中充满油液。如果柱塞上作用着F＝50000N的力，不计油液重量，求图示两种情况下液压缸中的的压力分别等于多少？解：如图a）所示，柱塞受力平衡，假设液压缸中的压力等于p1，则：所以：如图b)所示，柱塞缸受力平衡，假设液压缸中的压力等于p2，则：所以：液体静压力作用在固体壁面上F＝PA(学生自学)液体动力学液压传动技术关注的问题：整个液体在空间某一特定点处或特定区域的平均运动情况。基本概念一、理想液体，定常流动和一维流动1、理想液体：既无粘性又不可压缩的假想液体称为理想液体。2、定常流动：液体流动时，如果液体中任一空间点处的压力、速度和密度等都不随时间变化，则称这种流动为定常流动(或稳定流动，恒定流动)。3、一维流动：当液体整个作线性流动时，称为一维流动。二、流线，流管和流束1、流线是流场中一条条的曲线，它表示同一瞬时流场中各质点的运动状态。2、流管：在流场中给出一条不属于流线的任意封闭曲线，沿该封闭曲线上的每一点作流线，由这些流线组成的表面称为流管。3、流束：流管内的流线群称为流束。三、通流截面，流量和平均流速1、通流截面：在流束中与所有流线正交的截面称为通流截面。2、流量：在单位时间内流过某一截面的液体的体积称为体积流量，简称流量。3、平均流速：假设通过某一通流截面上各点的流速均匀分布，液体以此均布流速v流过此通流截面的流量等于以实际流速u流过的流量，即：所以，通流截面上的平均流速：连续性方程一、连续性方程连续性方程是质量守恒定律在流体力学中的一种具体的表现形式。液体在同一连通管道内作定常流动的连续方程：即：在同一连通管道内，任意两个通流截面的流量相等，并且等于平均流速与通流截面的面积之积。二、应用举例例1：如图2.10所示，已知流量qt＝25L/min，小活塞杆直径d1＝20mm，小活塞直径D1＝75mm，大活塞杆直径d2=40mm，大活塞直径D2＝125mm，假设没有泄漏流量，求大小活塞的运动速度v1，v2。(P25，例2.5)解：根据液体在同一连通管道中作定常流动的连续方程，求大小活塞的运动速度v1，v2。伯努利方程1、理想液体作恒流流动时，任意微元体具有的三种能量形式：压力能(p/ρg)、位能(z)、动能(u2/ρg)。2、根据能量守恒和转换定律，液流微元体具有的三种形式的能量可以相互转换，在三者的总和为定值。所以，理想液体伯努利方程：p/ρg＋z＋u2/ρg＝const(常数)(2.13)3、实际的液体：①在流动过程中会产生能量损耗(粘性存在产生的内磨擦力；管道形状和尺寸骤然变化使液体产生扰动，消耗能量)。②用平均流速v代替实际流速u。引入动能修正系数α.。所以实际液体的伯努利方程：p1/ρg＋z1＋α1v12/ρg＝p2/ρg＋z2＋α2v22/ρg+hw(2.14)hw——能量损耗；α1、α2——动能修正系数。4、伯努利方程应用举例(学生自学)动量方程1、动量方程是动量定律在流体力学中的具体应用，利用动量方程可以求解在某一方向上，液流对通道固体壁面的作用力。2、作恒定流动的液体的在某一方向上的动量定理：(2.25)液体流动时的压力损失液体的流动状态一、液体的流动状态1、层流：层流时，液体的流速低，液体质点受粘性约束，不能随意运动，粘性力起主导作用，液体的能量主要消耗在液体之间的摩擦损失上。2、紊流：紊流时，液体的流速较高，粘性的制约作用减弱，惯性力起主导作用，液体的能量主要消耗在动能损失上。二、液体在管道中流动状态的判断依据：临界雷诺数Recr1、雷诺数Re(2.26)2、临界雷诺数Recr液流由层流转变为紊流时的雷诺数和用紊流转变为层流时的雷诺数是不同的，后者的数值小，所以一般用后者作为判断液流状态的依据，称为临界雷诺数，记作Recr。三、常见液流管道的临界临界雷诺数P32，表2.2所示。沿程压力损失1、层流时的沿程压力损失(2.33)λ为沿程阻力系数。层流时，与雷诺数Re有关。2、紊流时的沿程压力损失(2.34)λ为沿程阻力系数，紊流时，除与雷诺数有关外，还与管壁的粗糙度有关，即：。局部压力损失一、局部压力损失产生的原因液体流经管道的弯头、接头、突变截面以及阀口、滤网等局部装置时，液流方向和流速发生变化，在这些地方形成旋涡、气穴、并发生强烈的撞击现象，由此而造成的压力损失称为局部压力损失。二、局部压力计算公式1、计算公式一(2.35)ξ为局部阻力系数。2、计算公式二(2.36)Δpn为阀在额定流量qn下的压力损失(可以从阀的产品样本或设计手册中查出)qn为通过阀的额定流量q为通过阀的实际流量管路系统总压力损失一、整个管路系统的总压力损失应为所有沿程压力损失和所有局部压力损失之和，即：(2.37)二、应用举例例1：P35，例2.8提示：圆管层流时，动能修正系数α＝2，动量修正系数β＝4/3。圆管紊流时，动能修正系数α＝1.05，动量修正系数β＝1.04孔和隙缝流量孔口流量1.薄壁孔口流量(l/d≤0.5)：(2.39)流量系数Cq查P37，图2.202、短孔孔口流量短孔流量计算公式仍是式(2.39)，只是流量系数Cq查P37，图2.21。3、细长孔口流量(2.41)4、各种孔口通用流量计算公式(主要用于定性分析)(2.42)5、孔口流量计算应用举例例：圆柱形滑阀如图所示，已知阀心直径d＝2cm，进口处压力p1＝98×105Pa，出口处压力p2＝95×105Pa，油的密度为ρ＝900kg/m3，阀口的流量系数Cq＝0.65，阀口开口度x=0.2cm。求通过阀的流量解：阀口类型：薄壁孔口薄壁小孔流量计算公式：①已知：流量系数Cq＝0.65；密度为ρ＝900kg/m通流截面为底面直径为d，高度x的圆柱面，所以通流截面积：AT＝πdx=3.14×2×10－2×0.2×10－2＝1.26×10－4阀口两端的压差：Δp＝p1－p2=98×105－95×105＝3×105Pa注意：在计算的时候一定要单位统一，建议采用国际单位：力(N)、长度(m)、时间(s)、质量(kg)隙缝流量一、平行平板隙缝流量1、压差流量：由于隙缝前后存在压差引起的液流流量。对于平行平板的压力流动的流量为：。2、剪切流量：由于构成隙缝的平板的相对运动引起的液流流量。对于平行平板的压力流动的流量为：。3、平行平板隙缝流量等于压差流动与剪切流动之和，即：(2.45)二、圆环隙缝流量1、流过同心圆环隙缝的流量，将πd取代平行板隙缝公式(2.45)中的b，则有：(2.49)应用举例：P39，例2.9(学生自习)2、流过偏心圆环隙缝的流量(2.51)3、圆环平面隙缝流量(2.52)注意：圆环平面隙缝流动的流量只有压差流量，无剪切流量；圆环平面隙缝得位置。空穴现象和液压冲击空穴现象一、空穴现象的定义：当流动液体中某处的压力低于空气分离压时，原先溶于液体中的空气就会分离出来，产生大量气泡，这种现象称为空穴现象。二、空穴现象易发处：阀口和液压泵的进口处。三、空穴现象的危害(P51)1、液体在低压部分产生空穴后，到高压部分气泡又重熔解于液体中，周围得高压液体迅速填补原来的空间，形成无数微小范围内的液压冲击，这将引起噪声，振动等有害现象。2、液压系统受到空穴引起的液压冲击而造成零件得损坏。3、空穴现象使液体中带有一定量的气泡，从而引起流量的不连续及压力的波动。四、减小空穴和气蚀的措施(P51)1、减小孔口或隙缝前后的压力降。2、降低泵的吸油高度，适当加大吸油管直径，限制吸油管的流速，尽量减小吸油管路中的压力损失。自吸能力差的泵要安装辅助泵供油。3、管路要有良好的密封，防止空气进入。4、提高液压零件的抗气蚀能力，采用抗腐蚀能力强的金属材料，减小零件表面粗糙度值等。液压冲击一、液压冲击的定义液体压力突然急剧上升，形成很高的压力峰值，这种现象称为液压冲击。二、液压冲击的危害(P51)1、液压冲击损坏密封装置、管道或液压元件，还会引起设备振动，产生很大噪声。2、有时液压冲击会使某些液压元件，如压力继电器、顺序阀等，产生误动作，影响系统正常工作。三、液压冲击产生的原因(P51)阀门突然关闭或运动部件快速制动等情况下，液体在系统中得流动会突然受阻，使得运动部件的动能在动能和压力能之间反复地进行转换，形成压力振荡(由于磨擦力和管壁弹性力不断消耗能力，压力振荡逐渐衰减，趋向稳定)。四、冲击的计算。1、管道阀口关闭时的液压冲击(2.91)2、运动部件制动时的液压冲击(2.92)五、减小液压冲击的措施1、尽可能延长阀门关闭和运动部件制动换向的时间。2、正确设计阀口，限制管道流速及运动部件速度，使运动部件制动时速度变化比较均匀。例如：机床液压传动系统中，管道流速限制在4.5m/s以下，液压缸驱动的运动部件速度不宜超过10m/min等。3、在某些精度要求不高的工作机械上，使液压缸两腔油腔在换向阀回到中位时瞬时互通。4、适当加大管道直径，尽量缩短管道长度。5、采用软管，增加系统的弹性，以减少压力冲击。作业：P532-7P542-12液压传动动力元件动力元件是液压系统的核心，它的性能直接影响到系统是否正常工作。其作用是将机械能转换为液体的压力能，再输出到液压系统中去。典型的动力元件：液压泵。概述液压泵的工作原理一、液压泵的工作原理1、液压泵的工作原理：依靠密闭工作腔容积的交替变化来实现吸油和压油，称为容积式液压泵。2、图形符号注意：输入的是机械能(T，n)；输出的是液体的压力能(p，q)二、构成液压泵的基本条件1、密闭的工作腔2、密闭工作腔容易交替变化。容积增大时与吸油腔相通；容积减小时与压油腔相通。3、吸、压油腔要互相分开并且具有良好密封性。液压泵的性能参数一、压力：工作压力和额定压力1、工作压力p是指液压泵在实际工作时输出油液的压力值，即液压泵出油口处压力值，也称系统压力。它取决于负载的大小。2、额定压力pn是指在保证液压泵的容积效率、使用寿命和额定转速的前提下，泵连续长期运转时允许使用的压力最大限定值。二、流量和排量1、排量V是指在无泄漏的情况下，泵每转一转所能排出的液体的体积。常用单位：mL/r。国际单位：m3/r。2、流量是指单位时间内泵输出的油液的流量，常用单位：L/min。国际单位：m3/s。液压泵的流量又分为：理论流量qt，实际流量q、额定流量qn和瞬时流量qin。理论流量qt是指在无泄漏的情况下，单位时间泵所能排出液体的体积。理论流量与排量、转速的关系：qt＝Vn。实际流量q是指泵工作时的输出流量。额定流量qn是泵在额定转速和额定压力下输出的流量。瞬时流量qin是泵在每一瞬时的流量，一般指泵瞬时理论(几何)流量。三、功率1、理论功率：Pt＝Δpqt＝Ttω＝2πnTt2、输入功率：Pi＝Tω＝2πnT3、输出功率：Po＝Δpq四、效率液压泵的输入功率Pi到输出功率Po总会有能量损失。这个能量损失包括：容积损失和机械损失。1、容积损失，是由于泄漏、空穴和液体受压力而被压缩引起的流量上的损失。容积损失用容积效率ηpv来表征。(3.7)一般认为泄漏量Δq与泵的工作压力p近似成线性关系。因此由公式(3.7)可以看出容积效率与工作压力p成线性关系。2、机械效率，是由于泵内摩擦而引起的转矩上的损失。机械损失用机械效率ηpm来表征。(3.10)3、总效率，泵的总效率是泵的输出功率Po与输入功率Pi之比。即：(3.11)由公式(3.11)可以看出，总效率等于容积效率ηpv和机械效率ηpm的乘积。五、应用举例例1：P59，例3.1(学生自学)例2：设液压泵转速n＝950r/min，排量为Vp＝168mL/r。在额定压力pn=295×105Pa和同样转速下，测得的实际流量为150L/min，额定工况下的总效率为0.87，求：1)泵的理论流量qt；2)泵在额定工况下，泵的容积效率ηpv3)泵在额定工况下，泵的机械效率ηpm4)泵在额定工况下，所需电机驱动功率5)泵在额定工况下，驱动泵的转矩解：1)泵的理论流量qt分析：理论流量计算公式：①qt=Vpn；②qt=q/ηpv。由于已知排量Vp和转速n，所以用公式①。即：qt=Vpn=168mL/r×950r/min＝159.6L/min2)泵在额定工况下，泵的容积效率ηpv分析：容积效率计算公式：①ηpv＝q/qt；②ηpv＝ηp/ηpm。由于已知理论流量和实际流量，所以用公式①，即：3)泵在额定工况下，泵的机械效率ηpm分析：机械效率计算公式：①ηpm＝Tt/T；②ηpm＝ηp/ηpv。由于已知总效率和容积效率ηpv，所以用公式②，即：ηpm＝ηp/ηpv＝0.87/0.94=0.834)泵在额定工况下，所需电机驱动功率分析：电机驱动功率即液压泵的输入功率Pi，输入功率的计算公式：①Pi＝Tω＝2πnT；②Pi＝Po/η＝pq/η。由于已知实际流量q、工作压力p及总效率，所以用公式②。即：5)泵在额定工况下，驱动泵的转矩分析：驱动泵的转矩即实际转矩T。实际转矩的计算公式：①T＝Tt/ηpm；②T＝Pi/2πn。由于已知输入功率、转速，所以选用公式②，即：注意：液压泵各性能参数之间的联系。齿轮泵齿轮泵的工作原理一、结构简图明确外啮合齿轮泵的构成。二、齿轮泵的工作原理1、密闭工作腔：两端盖、泵体内表面、齿轮外表面。2、密闭工作腔容积交替变化：齿轮旋转过程中轮齿反复的进入、脱离啮合。进入啮合一侧为压油腔，脱离啮合一侧为吸油腔。3、吸、压油腔分开。啮合点沿啮合线移动，将吸、压油腔分开。所以齿轮泵没有专门的配油盘。齿轮泵的排量和流量1、排量(3.13)2、流量平均流量：注意：齿轮泵的瞬时流量是脉动的，流量脉动的大小用流量脉动率来表征。并且齿数越少，流量脉动率越大，相同情况下，内啮合齿轮泵的流量脉动率要小得多。齿轮泵的结构特点一、泄漏外啮合齿轮泵压油腔的压力油泄漏到低压腔去的三条途径：1、泵体内表面和齿顶径向间隙的泄漏。漏油量占总漏油量的10%～15%左右。2、齿面啮合处间隙的泄漏。漏油量很少。3、齿轮端面间隙的泄漏。漏油量占总漏油量的70%～75%左右。是齿轮泵泄漏的主要途径。二、径向不平衡力1、产生径向不平衡力的原因：由于压油腔和吸油腔之间存在压差，泵体内表面与齿顶之间的径向间隙，使压油腔压力逐渐分级下降到吸油腔压力。这些液压力的合力F就是作用在轴上的径向不平衡力。径向不平衡随着齿轮泵压力提高而加剧。(如图3.6所示)2、径向不平衡力的危害使轴弯曲，从而引起齿顶与泵壳体相接触，产生磨损，降低轴承寿命。3、减小径向不平衡力及危害的方法①缩小压油口的直径。②增大泵体内表面与齿顶圆的间隙，使齿轮在径向不平衡力作用下，齿顶也不能和泵体相接触。③开压力平衡槽。此法较小了径向不平衡力，但使内泄漏增加，容积效率降低，使用少。(如图3.7所示)三、困油现象1、困油现象产生的原因为了保证齿轮平稳地啮合运转，吸、压油腔严格地密封以及连续均匀地供油，根据齿轮啮合原理，必须使齿轮的重合度ε＞1(ε＝1)，这样就使得齿轮泵在工作时总有两对轮齿同时进入啮合，形成一个封闭容腔(困油区)。2、困油区的特点困油区容积先随着齿轮转动逐渐减小，然后又逐渐增大。3、困油现象的危害困油区容积减小会使被困油液受挤压而产生高压，并从隙缝中流出，导致油液发热，轴承等机件受到附加的不平衡负载；困油区容积增大又会造成局部真空，产生空穴现象。4、消除困油的方法：在两端盖板上开一对矩形卸荷槽①开卸荷槽的原则困油区容积减小时，使卸荷槽与压油腔相通；困油区容积增大时，使卸荷槽与吸油腔相通；保证压油腔、吸油腔任何时候都不能通过卸荷槽直接相通；保证能够彻底消除困油现象。②根据以上原则，无变位的标准齿轮泵，卸荷槽的间距应为：(3.18)式中：α为齿轮分度圆上的压力角。pb为标准齿轮的基节。提高外啮合齿轮泵压力的措施1、限制外啮合齿轮泵压力提高的原因是泄漏，而外啮合齿轮泵泄漏的主要途径是端面泄漏。所以，要提高外啮合齿轮泵的压力就要减小端面泄漏。2、减小端面泄漏的方法：齿轮端面间隙自动补偿装置。3、常见的齿轮端面自动补偿装置：浮动轴套(P65，图3.10)或弹性侧板。内啮合齿轮泵(学生自学)螺杆泵(学生自学)叶片泵叶片泵按结构来分有：双作用叶片泵、单作用叶片泵。单作用叶片泵主要作变量泵；双作用叶片泵作定量泵。双作用叶片泵一、双作用叶片泵的工作原理1、结构简图(P67，图3.14)明确双作用叶片泵的构成。2、双作用叶片泵的工作原理①密闭工作腔：由相邻两叶片、定子、转子、两端配油盘构成。②密闭工作腔容积交替变化：定子内表面曲线吸油：如图3.15所示，转子逆时针旋转，右上、左下1/4周，密闭工作腔容积↑，产生局部真空，油箱中的油液在大气压的作用下进入吸油腔，实现吸油。压油：右下、左上1/4周，密闭工作腔容积↓，压力↑，油液受挤压，进入液压系统，实现压油。转子每转一转，密闭工作腔吸油、压油两次。所以称为双作用叶片泵。③吸、压右腔分开是通过配油盘来实现的。二、双作用叶片泵的排量和流量(学生自学)三、双作用叶片泵的结构特点1、定子工作表面曲线①定子工作面曲线组成：两端大半径为R的圆弧b1，b2和两段小半经为r的圆弧a1，a2，以及圆弧之间的四段过渡曲线b1a2和a1b2②对过渡曲线的要求：保证叶片在转子槽中滑动时径向速度和加速度变化均匀，并且使叶片在过渡曲线和圆弧的交界处的加速度突变较小。③常用过渡曲线：阿基米德螺线，等加速－等加速曲线等。2、配油盘①封油区夹角ε(3.23)②卸荷三角槽△原因：当相邻两叶片从定子封油区突然转入压油窗口时，其油液迅速达到泵的输出压力，油液瞬间被压缩，使压油腔中油液倒流进来，泵的瞬时流量较少，引起流量脉动和噪声。△位置：卸荷三角槽开在从定子封油区进入压油窗口一边。△尺寸：卸荷三角槽的尺寸通常由实验来确定。③环形槽使叶片根部始终与压油腔相通。④吸、压油区对称分布，径向液动力基本平衡，使泵轴及轴承的寿命长。所也称为平衡式叶片泵。3、叶片倾角①叶片倾角的方向及大小：沿旋转方向向前，一般α＝10°～12°②叶片倾角的作用：使叶片的压力角减小，保证叶片在转子槽中能够灵活移动，较少磨损。(见图3.22)四、高压双作用叶片泵的结构特点即：提高双作用叶片泵压力的措施。1、减小泄漏。端面间隙自动补偿(同齿轮泵)2、较小叶片对定值内表面的作用力由于F＝ΔpA，所以要减小作用力，就必须减小Δp或A。①减小作用在叶片底部的油压力。(减小Δp)②减小叶片底部受压力油作用的面积。(减小A)③采用双叶片结构。(减小Δp)④采用复合叶片(子母叶片)结构(减小Δp)单作用叶片泵一、单作用叶片泵的工作原理1、密闭工作腔：由相邻两叶片、定子、转子、两端配油盘构成。2、密闭工作腔容积交替变化：定子和转子之间的偏心。吸油：如图3.25所示，转子逆时针转动，在右侧1/2周，密闭工作腔容积↑，产生局部真空，油箱中的油液在大气压的作用下进入吸油腔，实现吸油。压油：在左侧1/2周，密闭工作腔容积↓，压力↑，油液受挤压，进入液压系统，实现压油。转子每转一周，实现一次吸油和压油。所以称为单作用叶片泵。3、吸、压右腔分开是通过配油盘来实现的。二、单作用叶片泵的排量和流量(学生自学)三、单作用叶片泵的结构特点1、定子和转子偏心：通过改变偏心量可以改变单作用叶片泵的排量，因此可以把单作用叶片泵做成变量泵。2、叶片倾角①叶片倾角的方向及大小：沿旋转方向向后，一般α＝20°～30°②叶片倾角的作用：使叶片所受的惯性力和叶片的离心力等的合力与转子中叶片槽的方向一致，以免叶片叶片伸出受阻。(如图3.26a)所示3、配油盘①吸油腔一侧，叶片根部与吸油腔相通；压油腔一侧，叶片根部与压油腔相通。②吸、压油腔分布不对称，称为非平衡式叶片泵，或非卸荷式叶片泵。单作用变量叶片泵－限压式变量叶片泵一、限压式变量叶片泵的工作原理与特性1、外反馈限压式变量叶片泵①通过偏心调节螺钉1，使定子、转子之间具有偏心e0(它决定泵的最大流量)；调节预紧力调剂螺钉2，使限压弹簧有一个预压缩量x0。②当系统压力较小，且pA＜Ksx0，即：(pb称为拐点压力)。定子不动，偏心保持最大偏心e0不变，泵也保持最大流量qmax，此时为定量泵。③当系统压力增大，且pA＞Ksx0，即：。定子向右移动Δx，偏心量e=e0－Δx，泵的流量q减小；④当偏心逐渐较小为量时，液压泵出口压力达到最大pc。此时，弹簧的压缩量为x＝x0＋e0。且有pcA＝Ks(x0＋e0)，即：pc＝Ks(x0＋e0)/A。2、内反馈限压式变量叶片泵①吸、压油窗口相对泵中心线y不是对称的，存在偏角θ。②依靠压油腔压力直接作用在定子上来控制定子和转子之间的偏心。二、限压式变量叶片泵的压力－流量特性(图3.31)1、当时，定量泵(AB段)。2、当时，变量泵，并且p↑，q↓(BC段)。3、BC段的斜率与Ks的关系：Ks↑,BC越平缓；Ks↓,BC越陡。4、调节流量调节螺钉1，可以改变偏心e0，改变最大流量qmax。使AB段上下平移；调剂预紧力调节螺钉2，可以改变弹簧预压缩量x0，改变拐点压力pb和最大压力pc，使BC段左右平移。三、限压式变量叶片泵的应用用于执行机构需要快慢速的液压系统。常与调速阀构成限压式变量叶片泵－调速阀容积节流调速回路。柱塞泵柱塞泵的特点：工作压力高；易于变量(变量泵)；流量范围大。径向柱塞泵一、径向柱塞泵工作原理1、密闭工作腔：由配油轴、柱塞孔、柱塞构成。2、密闭工作腔容积交替变化：定子和转子之间的偏心。吸油：如图3.32所示，转子顺时针旋转，在上面1/2周，密闭工作腔容积↑，产生局部真空，油箱中的油液在大气压的作用下进入吸油腔，实现吸油。压油：在下面1/2周，密闭工作腔容积↓，压力↑，油液受挤压，进入液压系统，实现压油。注意：配油轴固定不动。3、吸、压油腔通过配油轴分开。二、径向柱塞泵排量和流量(学生自学)三、阀配流径向柱塞泵的工作原理径向柱塞泵的配油方式：轴配油(图3.32)、阀配油(图3.33)1、密闭工作腔：由单向阀4、5及柱塞2，阀体孔构成2、密闭工作腔容积交替变化：偏心轮的偏心旋转运动。吸油：如图3.33，当偏心e从emin→emax时，密闭工作腔容积↑，产生局部真空，油箱中的油液在大气压的作用下进入吸油腔，实现吸油。压油：当偏心e从emax→emin时，密闭工作腔容积↓，压力↑，油液受挤压，进入液压系统，实现压油。3、吸、压油腔通过单向阀4、5分开。轴向柱塞泵(简要介绍)一、轴向柱塞泵的工作原理1、斜盘式(图3-34)2、斜轴式改变缸体轴线与斜盘法线之间的夹角γ，可以做成变量泵。二、轴向柱塞泵的排量和流量(学生自学)三、轴向柱塞泵的结构(学生自学)各种液压泵的性能比较及应用(学生自学)作业：P953-53-93-103-17液压传动执行元件(液压缸、液压马达)液压缸的分类和特点按照液压缸的结构特点不同分为：活塞式、注塞式、摆动式。活塞缸活塞式液压缸按结构形式分为：双杆活塞缸、单杆活塞缸活塞式液压缸的固定方式分为：缸筒固定、活塞杆固定一、双杆活塞杆1、固定，活塞缸的运动范围是活塞有效行程的3倍；活塞固定，活塞缸的运动范围是活塞有效行程的2倍。2、活塞缸的速度和推力(3.1)(3.2)二、单杆活塞缸1、无杆腔进油(图4.2a)所示)(4.3)(4.4)2、有杆腔进油(图4.2b)所示)(4.5)(4.6)3、差动连接(图4.3所示)(4.8)(4.9)注意：差动连接时，活塞向有杆腔一方运动(缸体固定)；差动连接用于快进与快退速度相同的场合。差动连接实现快进，有杆腔进油实现快退，即v2=v3，则：。三、活塞缸的安装和选用(学生自学)四、应用举例1、活塞缸并联例：图示液压系统，液压缸活塞的面积A1＝A2＝A3＝20cm2，所受的负载F1＝4000N，F2＝6000N，F3＝8000N，泵的流量q，试分析：1)三个液压缸是怎样动作的？2)液压泵的工作压力有何变化？3)各液压缸的运动速度？解：推动液压缸Ⅰ运动所需的压力：推动液压缸Ⅱ运动所需的压力：推动液压缸Ⅲ运动所需的压力：1)三个缸的动作顺序：缸Ⅰ、缸Ⅱ、缸Ⅲ。2)液压泵的工作压力变化：缸Ⅰ运动时，液压泵工作压力p＝2Mpa。缸Ⅱ运动时，液压泵工作压力p＝3Mpa。缸Ⅲ运动时，液压泵工作压力p＝4Mpa。三缸运动都停止时，液压泵工作压力p＝5Mpa。3)各个液压的运动速度：总结：液压缸并联时，负载最小的液压缸最先动作；当一个缸在运动时，其他液压缸静止，液压泵输出的流量全部流入运动的液压缸。2、液压缸串联图示两个结构相同相互串联的液压缸，无杆腔的面积A1＝100cm2，有杆腔面积A2＝80cm2，缸1输入压力p1=9×105Pa，输入流量q1=12L/min，不计损失和泄漏，求：1)两缸承受相通负载时(F1=F2)，该负载的数值及两缸的运动速度？2)缸2的输入压力时缸1的一半时()，两缸各能承受多少负载？3)缸1不承受负载时(F1=0)，缸2能承受多大的负载。解：1)求F1、F2？求两个的运动速度v1，v2？2)已知：，求F1、F2？3)已知F1＝0，求F2？总结：液压串联时，求速度时，前一液压缸的输出为后一液压缸的输入；求力时对每一个液压进行受力平衡分析。柱塞缸(简单介绍)1、柱塞缸只能制成单作用缸，要实现往复运动，则必须使用两个柱塞缸。回程可用缸径较小的柱塞缸。2、柱塞缸可用于大型或超长行程的场合。(这时活塞缸不易实现)3、柱塞缸的输出力F及运动速度v的计算公式(4.10)(4.11)摆动缸1、摆动缸输出转矩并实现往复摆动，它有单叶片和双叶片两种形式。如图4.7所示。2、摆动液压缸的摆动轴输出转矩T和角速度ω的计算公式。(4.12)(4.13)其它型式的常用缸(学生自学)1、增压缸2、多级缸3、齿条活塞缸4、气－液阻尼缸缸的结构液压缸一般由缸体组件(缸筒、缸盖等)、活塞组件(活塞、活塞杆等)、密封件和连接件、缓冲装置和排气装置等五部分组成。缸体组件1、缸体组件的组成缸体组件通常由缸筒、缸盖、缸底、导向环和支承环等组成。2、缸体组件的连接形式(缸筒和缸盖)3、导向套对活塞杆或活塞气导向的和支承的作用。活塞组件活塞组件由活塞、活塞杆和连接件等构成。一、活塞组件的连接形式(活塞与活塞杆)1、螺纹式连接结构。如图4.21a)2、半环式连接结构。如图4.21b)3、整体式结构4、焊接式结构5、锥销式连接二、活塞和活塞杆的材料活塞一般用铸铁或钢制造，要求有一定强度和良好的耐磨性。活塞杆用钢制造，它必须有足够的强度和刚度，并要求其表面耐磨、防绣。因此表面需镀铬。三、活塞的密封形式a)O形密封圈密封b)L形密封圈密封c)Y形密封圈密封d)小Y形密封圈密封四、活塞杆伸出端结构1、液压缸常用的伸出端端盖结构(如图4.23所示)2、活塞杆头部的连接形式(如图4.25所示)内、外螺纹连接常用于标准化液压缸；双耳环连接、半耳连接多用于非标准化液压缸。缓冲装置1、缓冲原理：使活塞或缸筒在其走向行程终端时，在出口腔内产生足够的缓冲压力，即增大工作介质出口阻力，从而降低液压缸的运动速度，避免活塞与缸盖相撞。2、液压缸中常用的缓冲装置排气装置1、排气装置一般都是安装在液压缸的最高部位处。2、应用场合：速度稳定性要求高的液压缸和大型液压缸。3、排气装置的两种结构形式：排气阀和排气塞。液压缸的设计缸主要尺寸的计算对于活塞缸，缸主要尺寸指：1、缸内径D和活塞杆直径。根据最大总负载Fmax和选取的工作压力p来确定。2、液压缸的缸筒长度。由活塞最大行程，活塞长度，活塞导向长度，活塞杆密封长度和特殊要求的的其它长度确定。活塞长度B=(0.6～1.0)D；导向套长度A＝(0.6～1.5)d；液压缸缸筒的长度不应大于内径的20～30倍。3、缸的进出口直径d0。(4.25)v为液压缸配管内液体的平均流速(一般取v＝4～5m/s)。注意：缸的进出口直径d0是一个标准值。计算出来之后需圆，然后整按照标准选取。缸的强度计算和校核(学生自学)1、缸筒壁厚δ的计算2、活塞杆直径的校核3、液压缸固定螺栓直径计算4、活塞杆稳定性计算。缓冲装置的设计计算缓冲装置的工作原理(学生自学)液压缸缓冲装置的设计计算一、缓冲装置的设计计算主要是确定：缓冲行程l(缓冲柱塞的长度)、缓冲柱塞直径d。二、设计计算的步骤：1、先确定缓冲行程的长度即缓冲柱塞直径。2、校核强度，合格则采用初选值；不合格则重新选择。液压马达液压马达的分类、特点及应用液压马达的主要性能参数(简要讲述)1、压力2、流量和排量3、转速和容积效率4、转矩和机械效率5、功率和总效率高速液压马达1、高速液压马达的特点转速高，转动惯量小，便于启动、制动、调速和换向。2、高速液压马达的结构型式齿轮式、叶片式、柱塞式。低速大转矩液压马达1、低速大转矩液压马达的特点转矩大，低速稳定性好，因此可以直接与工作机构相连，不需要减速装置，使传动结构大为简化。2、低速大转矩液压马达的结构型式单作用曲轴连杆径向柱塞使液压马达、多作用内曲线径向注塞式液压马达。作业：P1294-104-11思考：P1294-14-9液压传动控制调节元件概述控制阀的分类1、2、3、4、控制阀的性能参数阀的性能参数是对阀进行评价和选用的依据，它反映了阀的规格大小和工作特性。方向控制阀(单向阀、换向阀)单向阀一、单向阀的作用及分类1、作用：控制液体只能向一个方向流动、反向截止或有控制的反向流动。2、分类：普通单向阀、液控单向阀、梭阀、双压阀等二、普通单向阀1、作用：控制液体只能单向流动、不允许反向流动。2、工作原理及图形符号：3、应用①装在泵的出口处，隔离油路，防止液压冲击影响泵。②分隔通道，防止管路间的压力相互干扰。三、液控单向阀1、作用：通入控制压力油即允许流体双向流动。2、工作原理及图形符号。3、应用①常用于保压(P221，图7.12)、锁紧(图5.2.1)和平衡回路(P222，图7.14)；②对液压缸进行锁闭、保压(P221，图7.12)；③用于防止立式液压缸停止时的自动下滑(P222，图7.14)。四、梭阀、双压阀1、梭阀(或门)的图形符号及工作原理工作原理：①P1、P2中只有一个信号输入，则有信号的通道与A接通的；②P1、P2中都有信号输入：P1＝P2时，先输入信号的通道与A接通；P1≠P2时，压力大的通道与A接通。2、双压阀的图形符号及工作原理工作原理：①P1、P2中只有一个信号输入，输出口A无输出；②P1、P2中都有信号输入时，A口才有输出：P1＝P2时，后输入信号的通过A输出；P1≠P2时，压力小的通道与A接通。换向阀一、换向阀的分类换向阀的作用：借助于阀心与阀体之间的相对位置，使与阀体相通的各通道之间实现接通或断开来改变液体流动的方向。二、滑阀式换向阀(一)、滑阀换向阀的结构和工作原理1、主体结构：阀心和阀体(P137，表5.1)2、“位”和“通”的概念“位”：阀心移动后可停留的工作位置。“通”：滑阀阀体上的通道数。换向阀的名称按其工作位置和通道数称为几位几通。3、换向阀的图形符号图形符号的意义：方框表示阀的工作位置，即二框表示二位、三框表示三位；方框中↑，↓，↖，↗表示通道处于接通状态，但不一定表示液体流动的实际方向；方框内堵塞符号“⊥”或“〒”表示通道不同；一个方框外部的接口数有几个，就表示有几通；一般来说，进口用子母P表示，出口用O或T表示，本书用O表示，连接执行机构的接口用A、B等表示；换向阀通常有两个或两个以上的工作位置，其中1个为常位(即阀心未受操作时所处的位置)，通常三维阀的中位为常位，二位阀的常位是靠近弹簧的那个框。注意：绘制系统图时，通道一般应连接在常位上。举例说明：二位三通、三位四通。(二)、三位滑阀换向阀的中位机能1、三位换向阀的特点三位换向阀的左位和右位用于实现流体方向的改变，因此不同的三位换向阀，左位和右位时各通道的连通状态是不变的，只是中位时不同。2、三位换向阀常用的中位机能、代号、图形符号及其特点。掌握O、H、M、Y、P型中位机能。P139，表5.23、分析选择阀的中位机能的几个要点①系统保压：P口关闭，系统保持压力；P口与O口连接不通畅，系统能保持一定压力，供控制部分使用。如：O、P型中位机能。②系统卸荷：P口和O口通畅连接。如H、M、Y型中位机能。③执行机构换向精度与平稳性A、B口都堵塞时，换向过程易产生冲击、换向不平稳，但换向精度高；如：O型中位机能。A、B口都与O口相通时，换向过程中工作部件不易制动，换向精度低，但换向的冲击小，平稳。如：H型中位机能。④启动平稳性液压缸某腔通油箱(A、B或其一与O口通时)，则启动时，该腔因无油液起缓冲作用，启动不平稳。如：Y、H型中位机能。⑤执行机构“浮动”和任意位置停止A、B口互通(如：U、H型)，A、B两口与P口相通(双杆活塞缸，如：P型)，A、B口与O口相通(如：Y型)，卧式液压缸呈“浮动”状态。A、B口封闭，或A、B口分别与两个不同的P口相通，液压缸可在任意位置停止。(三)、换向阀的主要性能(学生自学)(四)、换向阀的操作方式根据推动阀心移动方式分：手动换向阀、机动换向阀、电磁换向阀、液动换向阀、电液换向阀和气动换向阀等。1、手动换向阀①弹簧钢球定位式，弹簧自动复位式。②多路换向阀并联式：可以同时对三个或单独对其中一个执行元件供油。串联式：液压泵依次向各个执行元件供油。注意：所有执行元件上的负载压力之和不应超过泵压。顺序单动式：液压泵按顺序向各执行元件供油。操作前面一个阀时，就切断了后面的油路，从而可以防止各执行元件之间的动作干扰。2、机动换向阀(行程阀)图5.9机动换向阀(行程阀)图5.10电磁换向阀3、电磁换向阀利用电磁铁吸力推动阀心来改变阀的工作位置。注意：电磁换向阀的使用寿命在很大程度上取决于电磁铁的寿命；电磁换向阀只适用于流量不大的场合。当流量较大时，采用液动或电液动控制。4、液动换向阀液动换向阀是利用控制油路的压力油来改变阀心位置的换向阀。①换向时间不可调式②换向时间可调式③液动换向阀的应用场合压力高、流量大、阀心移动行程长的场合。5、电液换向阀①应用场合：高压、大流量，自动化要求高的场合。②电磁换向阀起先导作用，时间可调的液动换向阀为主阀；为了保证先导阀在中位时，主阀也在中位，电磁换向阀为Y型中位机能。三、球阀式换向阀(学生自学)四、插装式换向阀(在5.5节中介绍)压力控制阀压力控制阀的种类：溢流阀、减压阀、顺序阀、压力继电器。溢流阀一、溢流阀的功用和分类1、功用：调压(保持系统压力恒定)；限压(对系统起过载保护作用)。2、按结构原理分为：直动式溢流阀、先导式溢流阀。二、溢流阀的结构和工组原理1、直动式溢流阀①工作原理及图形符号原理：开始P口和O口相通，随着P口压力的增加，阀心下移接通P口和O口，P口的压力保持基本恒定(压力大小由阀心上端的弹簧调定)。通过调节螺母调节弹簧的预紧力，从而调节P口的压力。②应用场合小流量、压力较低的场合。压力较高时采用先导式溢流阀。2、先导式溢流阀①先导式溢流阀组成：溢流阀由先导调压阀(一般由溢流阀充当)和溢流阀两部分组成。②先导式溢流阀工作原理及图形符号远程控制口K口的作用：K口接油箱，系统卸荷，P口压力为零；K口被堵塞，P口压力由先导阀调定；K口接远程调压阀，P口压力由远程调压阀和先导阀中调定压力低者调定。③P口输入的流量，大部分流量经主阀节流口流回油箱，少部分流量经先导阀流回油箱三、溢流阀的主要性能1、压力调节范围。2、压力－流量特性。3、启闭特性。四、溢流阀的应用1、调压或溢流(P155，图5.22)2、远程调压(P155，图5.23)3、安全保护(P155，图5.24)，注意与调压应用相互比较。安全保护时，系统正常工作时，溢流阀中无流量通过。4、造成被压。举例说明。5、系统卸荷。只有先导式溢流阀具有此作用。6、多级调压。见教材第七章，调压回路。五、溢流阀应用分析1、溢流阀的串联：系统的压力为所有溢流阀调定压力之和。例1：如图所示的回路，求系统最大压力？答案：系统最大压力P＝SUM(P1，P2)＝5Mpa2、溢流阀并联：系统压力取决于所以溢流阀中，调定压力最小的。例1：如图所示的回路，求系统最大压力？答案：系统最大压力P＝min(P1，P2)＝2Mpa3、先导式溢流阀K口的作用例1：K口接油箱。系统卸荷，系统压力为零。如图所示的回路，求系统最大压力？答案：系统最大压力P＝0Mpa。系统卸荷。例2：K口接远程调压阀。系统压力取决于先导阀和远程调压阀调定压力中的最小值。如图所示，求系统最大压力。答案：系统最大压力P＝2Mpa。例3：K口被堵塞。系统压力由先导阀调定。如图所示，求系统的最大压力。答案：系统最大压力P＝2Mpa。例四：综合应用。如图所示，系统中溢流阀的调整压力分别为pA＝4Mpa，pB=3Mpa，pC=2Mpa。当系统负载为无穷大时，液压泵的出口压力各为多少？减压阀一、分类及作用1、分类2、作用定值减压阀的作用：降压并保持出口压力恒定。定差减压阀的作用：降压并保持进、出口压差恒定。二、定值减压阀的结构和工作原理1、直动式减压阀当p≤p调时，p1、p2口直接相通。当p>p调时，依靠进油口的节流作用减压，依靠阀心上受力平衡来稳定输出压力，调整弹簧预压缩量可使输出压力在一定范围内变化。2、先导式减压阀特点：先导阀调压，主要减压。原理：原理和直动式减压阀基本相同，只是其采用先导阀调压，这样主阀心上的弹簧就可以做得较软，增加对阀心控制的灵敏度，及提高稳压精度。应用场合：输出压力高，通径较大的场合。三、减压阀的主要性能(略讲)1、调压范围；2、压力特性；3、流量特性。四、减压阀应用－用在需要减压或稳压的场合注意：在减压阀后要使用单向阀，以防系统压力降低时，液体倒流，并可短时保压。五、减压阀的串联、并联例1：如图所示，随着负载压力的增加，当两个不同调定压力的减压阀串联后的出口压力决定于那个阀？为什么？另一个阀处于什么状态？又当两个不同调定压力的减压阀并联后的出口压力决定于那个阀？为什么？另一个阀处于什么状态？答：减压阀串联时，出口压力取决于调定压力小的。并且一个阀工作时，另一个阀相当于一个液流通道。当两个减压阀串联时，出口压力取决于调定压力大的。并且一个阀工作时，另一个阀处于完全关闭的状态。顺序阀一、顺序阀的功用及分类1、功用：以进口压力(内控式)或外来压力(外控式)为信号，控制阀口开启，实现多个执行元件的顺序动作。2、分类按照结构的不同分：直动式和先导式按照控制压力的来源不同分：内控式和外控式二、顺序阀的结构和工作原理1、直动式顺序阀泵起动后，泵的出口压力p1克服负载使液压缸I运动。当I缸运动到终点时，泵的出口压力继续升高，当压力大于顺序阀的调定压力时，顺序阀阀口打开。泵的出口压力达到p2克服负载时液压缸II运动。实现I、II缸的顺序动作。注意：要实现顺序动作，则必须p2>p1；顺序阀的调定压力p2>p>p1。2、先导式顺序阀注意：K口的作用。三、顺序阀的应用1、顺序动作回路。P163，图5.31a)2、卸荷阀(双泵供油回路)。P163，图5.31b)3、单向顺序阀。P163，图5.31a把单向阀于顺序阀并联，构成单向顺序阀。4、平衡回路。P163，图5.32a)内控式顺序阀，功率损耗大(下行时顺序阀起被压阀的作用，前后有压差，消耗的功率大)；b)外控式顺序阀，效率高(下行时顺序阀卸荷，前后压差近似为零，消耗的功率小)。压力继电器(略)一种液电转换元件，将压力信号转换为电信号。流量控制阀流量控制原理：常用的流量控制阀：节流阀、调速阀、分流节流阀节流阀一、节流阀的工作原理由孔口流量计算通用公式(2.42)可知，改变节流口过流面积，则可调节进入到液压系统中的流量。二、节流阀的流量特性1、压差Δp对流量稳定性的影响。对于薄壁小孔，φ＝0.5，细长孔φ＝1。所以薄壁小孔时，压差Δp对流量稳定型性的影响较小。2、温度变化对流量稳定性的影响。油温变化，液体的粘度变化，从而影响流量。油液细长小孔的流量于粘度关系密切，所以油温变化对细长小孔阀口的的流量影响十分明显。而锐边或薄壁小孔型阀口，油温变化对流量影响较小。3、最小稳定流量和流量调节范围。了解节流堵塞的原因：由于油液中的杂质、油液高温氧化后析出的胶质等附在节流口表面上所致。减小节流堵塞的措施：采用水力半径大的节流口；选择化学稳定性和抗氧化稳定性好的油液；精细过滤；定期换油等。三、节流口的结构形式－P167，图5.36四、节流阀的典型结构1、普通节流阀。如图5.35a)所示，P1652、单向节流阀。P167，图5.37调速阀定差减压阀与节流阀串联而成。一、调速阀的工作原理在节流阀的基础上，利用定差减压阀维持节流阀前后压差基本恒定，从而使，稳定性更好。两种形式：先减压再节流、先节流后减压。二、调速阀的流量特性如图5.39d)所示。三、温度补偿调速阀的工作原理分流节流阀分流节流阀是分流阀、集流阀和分流集流阀的总称。分流阀的作用：使液压系统中由同一油源向两个执行元件供应相同流量(等量分流)、或按一定比例供应流量(比例分流)，以实现两个执行元件的速度保持同步或定比关系。集流阀的作用：从两个执行元件收集等量或按比例的回油量，以实现其相互之间的速度同步或定比关系。分流节流阀具有分流阀和集流阀的功能。a)分流阀b)集流阀c)分流节流阀插装阀插装阀概述一、插装阀的组成主阀、盖板、先导控制阀、阀块体二、插装阀工作原理及插装阀(插装件)单元的结构1、插装阀元件结构：阀套、阀心、弹簧、盖板2、插装阀工作原理：相当于一个液控单向阀。与液控单向阀的区别：X通压力油不能使插装阀反向通油。插装方向阀1、插装单向阀2、插装换向阀重点介绍如何判断“位”数和“通”数。插装压力阀用直动式溢流阀作为先导阀控制主阀，构成不同的压力阀。1、溢流阀、顺序阀2、卸荷阀。注意比较卸荷阀与溢流阀、顺序阀的区别3、减压阀(详细说明一下)插装流量阀1、插装节流阀2、插装调速阀插装阀及其集成系统的特点(学习自学)电液数字控制阀用数字信号直接控制的阀称为电液数字控制阀，简称数字阀。数字阀的结构一、增量式数字阀二、脉宽调制式数字阀原理：控制阀的开和关、以及开和关的时间间隔(即脉宽)，从而控制液流的方向、流量和压力。三、数字阀的应用：数控系统中电液比例控制阀(比例阀)电－机转换器(比例阀的控制部分)常用的电－机转换器有：比例电磁阀、动圈式马达、力矩马达、伺服电机和步进电机等五种。1、比例电磁铁－移动式电－机转换器吸力(或位移)与输入电流成正比，运动件是轭铁。2、动圈式力马达－移动式电－机转换器运动件是线圈，力的大小与磁场强度及电流大小成正比。3、力矩马达P179图5.574、伺服电机连续旋转的电－机转换器。5、步进电机数字式旋转运动的电－机转换器，将脉冲信号转换位相应的角位移。比例阀的结构(简要介绍)在普通液压阀上用电－机转换器取代原有的控制部分。要求掌握下列比例阀的图形符号。1、比例压力阀2、比例流量阀(比例调速阀)3、比例方向控制阀功用：不仅能够改变液流的方向，还可以控制流量的大小。应用场合：要求对液压参数进行连续远程控制或程序控制，但对控制精度和动态特性要求不太高的场合。液压参数超过三个时，应用比例阀控制最恰当。作业及思考：5-35-65-95-115-125-16液压系统辅助元件畜能器畜能器的功能1、短时内向系统提高压力液体2、吸收系统的压力脉冲和减小压力冲击等畜能器的类型1、重力式畜能器2、弹簧式畜能器3、充气式畜能器：气瓶式、活塞式、气囊式4、薄膜式畜能器畜能器容积计算(学生自学)1、作为辅助动力源时的容量计算2、作为吸收冲击用的容量计算畜能器的应用(重点介绍)1、辅助动力源液压缸慢进和保压时，畜能器存储压力油；液压缸快进、快退时，畜能器与泵一起供油。2、应急动力源3、保压装置4、吸收压力脉冲和液压冲击过滤器过滤器的类型和结构一、过滤器分类1、网式过滤器－粗滤2、线隙式过滤器－作吸滤器或回流过滤器，普通过滤器3、金属烧结式过滤器－精滤4、纸质过滤器－过滤精度高，缺点：无法清洗，为一次性使用，需要经常更换滤心。5、磁性过滤器－过滤铁质杂质6、复式过滤器。二、过滤器发信装置(学生自学)三、过滤器的图形符号过滤器的选用1、有足够的过滤能力2、能承受一定的工作压力3、有足够的过滤精度4、过滤器滤芯应易于清洗更换5、在一定温度下，过滤器应有足够的耐久性过滤器的安装1、安装在泵的吸油管路上2、安装在泵的压油管上3、安装在回油路上4、安装在系统的分支油路上5、单独过滤系统注意：一般过滤器只能单向使用，进出有口不能反用，以利于滤芯清洗和安全，因此过滤器不能安装在液流方向可能改变的油路上。可以将单向阀和过滤器组合构成双向过滤装置，如下图所示。密封装置根据两个需要密封的耦合面间是否有相对运动，将密封分为：动密封、静密封。对密封装置的要求(学生自学)1、具有良好的密封性2、具有良好的安定性3、磨擦力小，运动灵活，工作寿命长4、结构简单，制造，使用，维修简单。密封件的材料1、丁腈橡胶，一种最常用的耐油橡胶。2、聚氨酯，耐油性比丁腈橡胶好，常用于动密封。常用的密封方法1、间隙密封依靠相对运动零件的配合面间的微小间隙来防止泄漏。活塞外圆表面开的平衡槽的作用：①使压力平衡，使活塞能够自动对中，减小磨擦力。②增大工作介质泄漏阻力，减小偏心量，提高密封性能。③对于油缸来说可存储油液，使活塞能自动润滑。2、活塞环密封活塞环密封依靠装在活塞环形槽内的弹性金属环紧贴缸筒内壁实现密封。应用场合：高压、高速和高温的场合。3、密封圈密封密封圈的类型：O形、V形、Y形及组合形密封圈材料：耐油橡胶、尼龙等。密封件的类型1、O形密封圈O形密封圈的安装要点：①必须保证适当的预压缩量，过小不能密封，过大则摩擦力增大；②当用于动密封使，P>10Mpa，则O形圈低压侧设置1.25～2.5mm厚的四氟乙烯或尼龙制成的挡圈。如图6.40所示。2、唇形密封圈安转要点：唇形密封圈安装时，唇口应对着压力高的一侧，当压力变化较大，动速度较高时，要使用支承环，以固定密封圈。注意：不等高唇形密封，短唇与密封面接触。3、V形密封安装时，V形密封圈的开口应面向压力高的一侧。4、组合密封将不同形状和不同密封材料的密封圈组合在一起，取长补短，达到良好的密封效果。液压传动基本回路概述1、2、基本回路的分类方向控制回路一般方向控制回路采用普通换向阀构成换向回路。如图7.1所示，利用三位四通换向阀的左位和右位换向。复杂方向控制回路频繁连续动作且对换向过程有很多附加要求时，需要采用复杂方向控制回路。一、时间控制制动式换向回路。如图7.3所示1、换向原理：先导阀2控制换向阀3的工作位置，主油路方向由换向阀3控制，换向阀3换向之前要阀心要移动l，使活塞先停止，制动时间：，制动时间可通过节流阀J1、J2调节。2、应用场合：工作部件运动速度较高，要求换向平稳，无冲击，但换向精度要求不高的场合。二、行程控制制动式换向回路。如图7.4所示1、换向原理：先导阀2先移动一段固定行程l，使工作部件进行预制动，再由换向阀3来完成主油路的换向。注意：制动时间与运动部件的运动速度v有关，v↑，t↓。2、应用场合：由于先导阀的制动行程恒定不变，所以换向精度高，但运动部件速度较快时，制动时间短，换向冲击大。所以，主要用于工作部件运动速度不大但换向精度要求高的场合。压力控制回路调压回路主要液压元件：溢流阀。1、调压回路的作用：使系统整体或一部分的压力保持恒定(稳压)或不超过某个值(限压)。2、常见的调压回路单级调压、多极调压、比例调压(比例溢流阀)。减压回路主要液压元件：减压阀一、减压回路是使系统中某一部分具有较低的稳定压力。二、减压阀的使用要点：最低调整压力不应小于0.5Mpa；最高调整压力应比系统压力压力低0.5Mpa。三、如图7.7所示的减压回路中，单向阀的作用：防止油缸4中的压力油倒流。四、减压阀应用举例例1(减压阀并联)：在图示回路中，已知活塞在运动时，所需克服的摩擦阻力为F＝1500N，活塞面积A＝15cm2，溢流阀调整压力pY＝4.5Mpa，两个减压阀的调整压力分别为pJ1=2Mpa，pJ2=3.5Mpa，如果管道和换向阀处的压力损失均可不计，试问：1)DT吸合合不吸合时对夹紧压力有无影响？2)如减压阀的调整压力改为pJ1=3.5Mpa，pJ2=2Mpa，DT吸合和不吸合时对夹紧压力有何影响？解：1)摩擦阻力在液压缸中引起的负载压力为：可见不管DT是否吸合，夹紧都能正常进行。当DT吸合时，减压阀1和减压阀2并联，出口压力取决于两者中调整压力高者，又因为pJ1=2Mpa＜pJ2=3.5Mpa。所以出口压力最高可达pmax=pJ2=3.5Mpa，最高的夹紧压力可达3.5Mpa。当DT不吸合时，减压阀2没有接入回路，只有减压阀1起作用，此时出口压力最高可达pmax=pJ1=2Mpa，最高的夹紧压力可达2Mpa。显然，DT吸合与不吸合时夹紧压力是不同的。2)当pJ1=2Mpa，pJ2=3.5Mpa时DT吸合时，减压阀1、2并联，夹紧力取决于两者中调整压力高者(减压阀1)，为3.5Mpa。DT不吸合时，减压阀2没有没有接入回路，只有减压阀1起作用，夹紧力为3.5Mpa。所以，DT吸合和不吸合时对夹紧压力无影响总结：减压阀并联时，起作用的是调整压力大的那个，并且当出口达到最大压力时，调整压力小的阀口被关闭。例2(减压阀串联)：图示回路中，已知活塞运动时的负载F=1200N，活塞面积A＝15cm2，溢流阀调整压力pY＝4.5Mpa，两个减压阀的调整压力分别为pJ1=3.5Mpa，pJ2=2Mpa，如果管道和换向阀处的压力损失均可不计，试确定活塞在运动时和停在终端位置处时，A、B、C三点的压力。解：1)活塞运动时，A、B、C三点的压力。推动负载运动所需的压力：在活塞运动时，根据受力平衡，C点处的压力pC=0.8Mpa。由于此时，减压阀1、2后的负载没有达到其调定压力，所以它们不起减压作用，相当于通油通道，所以A、B、C三点的压力的压力相等。都为0.8Mpa。2)活塞停在终端位置处时，A、B、C三点的压力从输出端开始，减压阀2出口压力只能为pC＝2Mpa，减压阀1出口压力为pA＝3.5Mpa，泵的出口处压力有溢流阀限定，为pB＝4.5Mpa。结论：减压阀串联时，减压阀的出口压力取决于调定压力小。增压回路主要液压元件：增压缸一、作用：使系统某一个部分具有较高的稳定压力，能使系统中的局部压力远高于液压泵的输出压力。二、增压原理，当F一定的情况下，要增大压力p，则需要减小承压面积A。保压回路一、作用：使执行元件在一段时间内，保持压力基本不变。二、常见的保压回路1、利用畜能器保压的回路。如图7.10主换向阀左位时，活塞向右一定，进行夹紧工作；当压力增加到压力继电器调定值时，发出信号，使二位二通阀通电，液压泵卸荷，液压缸则由畜能器进行保压。2、用液压泵的保压回路。如图7.11所示当压力较小时，即：小于卸荷阀4(外控制式顺序阀)调定压力，低压大流量泵和高压小流量泵同时给系统供油；当压力升高到卸荷阀调定压力时，低压大流量泵卸荷，高压小流量泵起保压作用，溢流阀3调定系统压力。3、用液控单向阀的保压回路采用液控单向阀和电接点压力表的自动补油保压。①当电磁铁2YA+时，换向阀右位工作，油缸上腔压力上升，当上升至电接点压力表上限调定压力值时，发出信号，使电磁铁2YA－，换向阀处于中位，液压泵卸荷，液压缸上腔由液控单向阀保压；当液压缸上腔压力下降到电接点压力表下限值时，发出信号，电磁铁2YA通电，换向阀再次右位工作，液压泵给系统补油，加压。②当加压完成之后，使2YA－，1YA＋，活塞向上运动，加压结束。卸荷回路1、用先导溢流阀的卸荷回路如图7.10所示2、用三位换向阀中位的卸荷回路如图7.12所示。平衡回路一、平衡回路的作用：防止垂直液压缸及其工作部件因自重自行下落或下行运动中因自重造成失控失速。二、常见的平衡回路1、用单向顺序阀构成的平衡回路。如图7.13所示注意：回路中顺序阀和溢流阀的调定压力的计算。举例说明。例：如图7.13所示的平衡回路中，若液压缸无杆腔面积A1＝80×10－4m2，有杆腔面积A2＝40×10－4m2，活塞与运动部件自重G＝6000N，运动时活塞上的磨擦力Ff解：①顺序阀的最小调整压力：顺序阀的作用就是要能支承负载的自重，因此顺序阀的调整压力至少大于活塞与运动部件自重需要的压力F/A2。所以，顺序阀的最小调整压力：②溢流阀的最小调整压力：溢流阀的调整压力，必须要保证活塞向上、向下的正常运动。活塞向下时运动时溢流阀的最小调整压力pYmin：活塞向上运动时溢流阀的最小调整压力pYmin：为了保证活塞能够向上、向下运动，则溢流阀的调整压力应为以上两种情况下的大值，所以溢流阀的最小调整压力pYmin＝3.25Mpa。2、用液控单向阀锁紧的平衡回路。如图7.14所示。释压回路作用：为使高压、大容量液压缸中存储的能量缓慢释放，以免产生很大的压力冲击。释压原理：如图7.15所示，换向阀4右位工作时，液压缸向下加压；当加压完成时，换向阀处于中位工作，这时液压缸上腔通过节流阀5→单向阀6→换向阀4的中位→油箱释压。当压力降低到压力继电器调定值时，发出信号，使换向阀4左位工作，液压缸回退。速度控制回路概述一、调速原理1、液压缸的运动速度(7.1)由于液压的通流截面积一般都不能被改变，所以，对于液压缸而言，主要是通过调节流入液压缸的流量q来调速的。2、液压马达的运动速度(转速)(7.2)由于液压马达的排量是可以改变的，所以，对于液压马达而言，可以通过调节流入液压马达的流量q和改变其排量V来调速。二、调速回路的分类节流调速回路一、节流调速回路组成：定量泵＋流量阀(普通节流阀、调速阀)＋溢流阀二、分类定压：指泵的出口压力不随负载变化；变压：指泵的出口压力要随负载变化。三、进口节流调速1、回路结构和调速原理①调速原理：通过调节节流阀的开口量，调节通过节流阀流入液压缸流量，从而调节液压缸的速度。②各液压元件的作用：节流阀调速；溢流阀维持液压泵出口压力恒定(在回路工作时，溢流阀始终处于开启的状态，即Δq≠0)。③进口节流调速回路中，液压缸的速度④溢流阀的调定压力(即液压泵的工作压力)(7.4)ΔpTmin表示节流阀最小工作压差。2、速度－负载特性1)速度大小：①节流阀通流截面积AT一定时，负载F↑，↓，从而使↓，液压缸的运动速度↓，并且当Δp=0时，q＝0，速度为零。②负载F一定时，则一定，AT↑，则↑，液压缸的运动速度↑。2)速度刚度①速度刚度的定义：液压缸运动速度受负载影响的程度的评定方法。速度刚度表示引起单位速度变化时，负载的变化量。即：(7.6)式中：tanα表示机械特性曲线上任意点的斜率。其α的含义与与图7.17所示的不一样。②进口节流调速回路中，影响速度刚度的因素(7.7)当AT一定时，F↑，kv↓；反之，F↓，kv↑。当F一定时，AT↑，v↑，kv↓；反之，AT↓，v↓，kv↑。结论：要使进口节流调速回路有较好的速度稳定性(kv大)，则要求负载要小，速度要低。所以进口节流调速回路一般用于低速、小负载的场合。③功率特性调速回路的功率特性包括输入功率、输出功率、功率损失和回路效率。不包括液压泵、液压元件和管路中的功率损失。A、节流调速回路的输入功率。即液压泵的输出功率(7.8)B