① 液壓傳動知識
(一)液壓傳動概述
液壓傳動是以液體為工作介質來傳遞動力和運動的一種傳動方式。液壓泵將外界所輸入的機械能轉變為工作液體的壓力能,經過管道及各種液壓控制元件輸送到執行機構→油缸或油馬達,再將其轉變為機械能輸出,使執行機構能完成各種需要的運動。
(二)液壓傳動的工作原理及特點
1.液壓傳動基本原理
如圖2-62所示為一簡化的液壓傳動系統,其工作原理如下:
液壓泵由電動機驅動旋轉,從油箱經過過濾器吸油。當控制閥的閥心處於圖示位置時,壓力油經溢流閥、控制閥和管道(圖2-62之9)進入液壓缸的左腔,推動活塞向右運動。液壓缸右腔的油液經管道(圖2-62之6)、控制閥和管道(圖2-62之10)流回油箱。改變控制閥的閥心的位置,使之處於左端時,液壓缸活塞將反向運動。
改變流量控制閥的開口,可以改變進入液壓缸的流量,從而控制液壓缸活塞的運動速度。液壓泵排出的多餘油液經限壓閥和管道(圖2-62之12)流回油箱。液壓缸的工作壓力取決於負載。液壓泵的最大工作壓力由溢流閥調定,其調定值應為液壓缸的最大工作壓力及系統中油液經閥和管道的壓力損失之總和。因此,系統的工作壓力不會超過溢流閥的調定值,溢流閥對系統還起著過載保護作用。
在圖2-62所示液壓系統中,各元件以結構符號表示。所構成的系統原理圖直觀性強,容易理解;但圖形復雜,繪制困難。
工程實際中,均採用元件的標准職能符號繪制液壓系統原理圖。職能符號僅表示元件的功能,而不表示元件的具體結構及參數。
圖2-63所示即為採用標准職能符號繪制的液壓系統工作原理圖,簡稱液壓系統圖。
圖2-62 液壓傳動系統結構原理圖
1—油箱;2—過濾器;3—液壓泵;4—溢流閥;5—控制閥;6,9,10,12—液壓管道;7—液壓缸;8—工作台;11—限壓閥
圖2-63 液壓傳動系統工作原理圖
1—油箱;2—過濾器;3—液壓泵;4—溢流閥;5—控制閥;6,9,10,12—液壓管道;7—液壓缸;8—工作台;11—限壓閥
2.液壓傳動的特點
(1)液壓傳動的主要優點
1)能夠方便地實現無級調速,調速范圍大。
2)與機械傳動和電氣傳動相比,在相同功率情況下,液壓傳動系統的體積較小,質量較輕。
3)工作平穩,換向沖擊小,便於實現頻繁換向。
4)便於實現過載保護,而且工作油液能使傳動零件實現自潤滑,因此使用壽命較長。
5)操縱簡單,便於實現自動化,特別是與電氣控制聯合使用時,易於實現復雜的自動工作循環。
6)液壓元件實現了系列化、標准化和通用化,易於設計、製造和推廣應用。
(2)液壓傳動的主要缺點
1)液壓傳動中不可避免地會出現泄漏,液體也不可能絕對不可壓縮,故無法保證嚴格的傳動比。
2)液壓傳動有較多的能量損失(泄漏損失、摩擦損失等),故傳動效率不高,不宜作遠距離傳動。
3)液壓傳動對油溫的變化比較敏感,不宜在很高和很低的溫度下工作。
4)液壓傳動出現故障時不易找出原因。
(三)液壓傳動系統的組成及圖形符號
1.液壓傳動系統的組成
由上述例子可以看出,液壓傳動系統除了工作介質外,主要由四大部分組成:
1)動力元件——液壓泵。它將機械能轉換成壓力能,給系統提供壓力油。
2)執行元件——液壓缸或液壓馬達。它將壓力能轉換成機械能,推動負載做功。
3)控制元件——液壓閥(流量、壓力、方向控制閥等)。它們對系統中油液的壓力、流量和流動方向進行控制和調節。
4)輔助元件——系統中除上述三部分以外的其他元件,如油箱、管路、過濾器、蓄能器、管接頭、壓力表開關等。由這些元件把系統連接起來,以支持系統的正常工作。
液壓系統各組成部分及作用如表2-6所示。
表2-6 液壓系統組成部分的作用
2.液壓元件的圖形符號
圖2-64是液壓千斤頂的結構原理示意圖。它直觀性強,易於理解,但難於繪制。特別是當液壓系統中元件較多時更是如此。
圖2-64 液壓千斤頂的結構原理圖
1—杠桿;2—泵體;3,11—活塞;4,10—油腔;5,7—單向閥;6—油箱;8—放油閥;9—油管;12—缸體
為了簡化原理圖的繪制,液壓系統中的元件可採用符號來表示,並代表元件的職能。使用這些圖形符號可使系統圖即簡單明了又便於繪制,如果有些液壓元件職能無法用這些符號表達時,仍可採用它的結構示意圖形式。如表27為液壓泵的圖形符號;表2-8為常用控制方式的圖形符號。欲了解更多液壓元件的圖形符號,可參閱相關書籍。
表2-7 液壓泵的圖形符號
表2-8 常用控制方式圖形符號
(四)液壓傳動的主要元件
1.液壓泵
是一種能量轉換裝置。它將機械能轉換為液壓能,為液壓系統提供一定流量的壓力油液,是系統的動力元件。
液壓泵的結構類型有齒輪式、葉片式和柱塞式等。目前鑽探設備的液壓系統中主要採用前兩種形式。
(1)齒輪泵
齒輪泵分為外嚙合和內嚙合兩種形式。外嚙合式齒輪泵由於結構簡單,價格低廉,體積小質量輕,自吸性能好,工作可靠且對油液污染不敏感,所以應用比較廣泛。
1)齒輪泵的工作原理。齒輪泵由泵殼體,兩側端蓋及由各齒間形成密封的工作空間組成。齒輪的嚙合線把容腔分隔為兩個互不相通的吸油腔和排油腔。當齒輪按圖示方向旋轉時吸油一側的輪齒逐漸分離,工作空間的容腔逐步增大,形成局部真空。此時油箱中的油液在外界大氣壓的作用下進入吸油容腔,隨著齒輪的旋轉,齒間的油液帶到排油一側。由於此側的輪齒是逐步嚙合,工作空間的容腔縮小,油液受擠壓獲得能量排出油口並輸入液壓系統。
2)齒輪泵的結構。YBC-45/80齒輪泵是鑽探設備常用的一種液壓泵,額定流量45L/min,額定泵壓8MPa(圖2-65)。該泵主要由泵體、泵蓋、主動齒輪、被動齒輪及幾個軸套等組成。齒輪與軸呈一體,以4隻鋁合金軸套支撐於泵體內,泵蓋與泵體用螺栓緊固,端面及泵軸處均以密封圈密封,兩個軸套(圖2-65之7與19)在壓力油的作用下有一定的軸向游動量,油泵運轉時與齒輪端面貼緊,減少軸向間隙同時在軸套和泵蓋之間有封嚴板等,將吸排油腔嚴格分開,防止竄通以提高泵的容積效率。在軸套靠近齒輪嚙合處開有卸荷槽。泵主軸伸出端以半圓鍵與傳動裝置連接,接受動力。
圖2-65 YBC—45/80齒輪泵
1—卡圈;2—油封;3—螺栓;4—泵蓋;5,13,20—O型密封圈;6—封嚴板;7,10,17,19—軸套;8—潤滑油槽;9—主動齒輪;11—進油口;12—泵體;14—油槽;15—排油口;16—定位鋼絲;18—被動齒輪;21—油孔;22—壓力油腔
3)齒輪泵的流量。齒輪泵的流量可看作是兩個齒輪的齒槽容積之和。若齒輪齒數為z,模數為m,節圓直徑為D(D=z·m),有效齒高h=2m,齒寬為b時,泵的流量Q為
Q=πDhb=2πzm2b
考慮齒間槽比輪齒的體積稍大一些,通常取π為3.33加以修正,還應考慮泵的容積效率ηv,則齒輪泵每分鍾的流量為
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(2)葉片泵
葉片泵與齒輪泵相比較具有結構緊湊,外形尺寸小,流量均勻,工作平穩噪音小,輸出壓力較高等優點,但結構較復雜,自吸性能差,對油液污染較敏感。在液壓鑽機中也有採用。
葉片泵分為單作用和雙作用兩種。前者可作為變數泵,後者只能作定量泵。
2.液壓馬達
液壓馬達是將液壓能轉換為機械能的裝置,是液壓系統的執行元件。其結構與液壓泵基本相同,但由於功能和工作條件不同,一般液壓泵和液壓馬達不具有可逆性。
液壓馬達按結構特點分為齒輪式、葉片式和柱塞式三類。鑽探設備中常用柱塞式液壓馬達。
如圖2-66所示,當壓力油經配油盤進入缸體的柱塞時,柱塞受油的作用向外伸出,並緊緊抵在斜盤上,這時斜盤對柱塞產生一法向反作用力F。由於斜盤中心線與缸體軸線傾斜角為δM,所以F可分解為兩個分力,其中水平分力Fx與柱塞推力相平衡,而垂直分力Fg則對缸體產生轉矩,驅動缸體及馬達軸旋轉。若從配油盤的另一側輸入壓力油,則液壓馬達朝反方向旋轉。
圖2-66 軸向柱塞式液壓馬達工作原理
1—斜盤;2—缸體;3—柱塞;4—配油盤;5—主盤
若液壓馬達的排量為Q,輸入液壓馬達的液壓力為P,機械效率為ηm,則液壓馬達的輸出轉矩M為:M=PQηm/2π。
3.液壓缸
液壓缸是液壓系統的執行元件。它的作用是將液壓能轉變為機械能,使運動部件實現往復直線運動或擺動。液壓缸結構簡單,使用方便,運動平穩,工作可靠,在鑽探設備中應用十分廣泛。液壓缸的種類很多,按結構類型可分為活塞式、柱塞式和擺動式三種。其中活塞式液壓缸最常用。活塞或液壓缸可分為單出桿式和雙出桿式兩種。其固定方式可以是缸體固定或活塞桿固定。
(1)單出桿活塞式液壓缸
如圖2-67所示為液壓式鑽機給進油缸的結構。它由活塞、活塞桿、缸筒、上蓋、下蓋、密封圈和壓緊螺母等組成。活塞桿與活塞以螺紋連接成一體。活塞環槽中配裝的活塞環及上蓋處的密封圈等用以保證缸內具有良好的密封性。在液缸的上下蓋上設有輸油口,壓力油經輸油口進入液缸的上、下腔,即推動活塞移動,並通過活塞桿頂端的連接螺母帶動立軸上行或下行。由圖示結構可知,單出桿液壓缸活塞兩側容腔的有效工作面積是不相等的,因此當向兩腔分別輸入壓力和流量相等的油液時,活塞在兩個方向的推力和運行速度是不相等的。
圖2-67 鑽機給進油缸的結構
(2)雙活塞桿式液壓缸
雙活塞桿式液壓缸結構,組成件與單活塞桿液壓缸基本相同,所不同的是活塞左右兩端都有活塞桿伸出,可以連接工作部件,實現往復運動。由圖示結構可知,
兩側活塞桿直徑相同,當兩腔的供油壓力和流量都相等時,兩個方向的推力和運行速度也相等。
4.液壓控制閥
液壓控制閥是液壓系統中的控制元件,用於控制系統的油液流動方向及壓力和流量的大小,以保證各執行機構工作的可靠、協調和安全性。
液壓控制閥按其用途和工作特點不同,通常可分為方向控制閥(如單向閥和換向閥等)、壓力控制閥(如溢流閥、減壓閥和順序閥等)和流量控制閥(如節流閥和調速閥等)。這3種閥可根據需要互相組合成為集成式控制閥,如液壓式鑽機或其他工程機械就是將一個或多個換向閥、調壓溢流閥和流量閥等組裝在一起成為集中手柄控制的液壓操縱閥。
(五)液壓傳動系統的基本迴路簡介
1.壓力控制迴路
主要是利用壓力控制閥來控制系統壓力,實現增壓、減壓、卸荷、順序動作等,以滿足工作機構對力或力矩的要求。如圖2-68所示為一減壓迴路,由於油缸G往返時所需的壓力比主系統低,所以在支路上設置減壓閥,實現分支油路減壓。
圖2-68 減壓迴路
2.速度控制迴路
主要有定量泵的節流調速、變數泵和節流閥的調速、容積調速等迴路,可以實現執行機構不同運動速度(或轉速)的要求。在定量泵的節流調速迴路中,採用節流閥,調速閥或溢流調速閥來調節進入液壓缸(或液壓馬達)的流量。根據閥在迴路中的安裝位置,分為進口節流、出口節流和旁路節流3種。
3.換向控制迴路
換向控制迴路是利用各種換向閥或單向閥組成的控制執行元件的啟動、停止或換向的迴路。常見的有換向迴路、閉鎖迴路、時間制動的換向迴路和行程制動的換向迴路等。
如圖2-69所示是簡化的工作台作往復直線運動的液壓系統圖。為了控制工作台的往復運動,在這個系統中設置了一個手動換向閥,用來改變液流進入液壓缸的方向。當手動換向閥的閥心在最右端時(圖2-69a),壓力油由P—A,進入液壓缸左腔。此時,右腔中的油液由B—O流回油箱,因而推動了活塞連同工作台一起向右運動。
若把手動換向閥的閥心扳到中間位置(圖2-69b),壓力油的進油口P與回油口O都被閥心封閉,工作台停止運動。
如果把閥心扳到最左端,壓力油從P—B進入液壓缸右腔(圖2-69c),左腔中的油液由A—O回油箱,從而推動活塞連同工作台向左運動,完成換向動作。
圖2-69 換向工作原理圖
4.同步迴路
當液壓設備上有兩個或兩個以上的液壓油缸,在運動時要求能保持相同的位移和速度,或要求以一定的速度比運動時,可採用同步迴路。
5.順序動作迴路
當用一個液壓泵驅動幾個要求按照一定順序依次動作的工作機構時,可採用順序動作迴路。實現順序動作可以採用壓力控制、行程式控制制和時間控制等方法。
② 液壓傳動的工作原理、系統組成是什麼
1液壓傳動的工作原理
機床工作台的液壓傳動系統如圖4-17所示,它由油箱、濾油器、液壓泵、溢流閥、開停閥、節流閥、換向閥、液壓缸以及連接這些元件的油管、接頭組成。其工作原理如下:液壓泵由電動機驅動後,從油箱中吸油;油液經濾油器進入液壓泵,油液在泵腔中從入口低壓到泵出口高壓,在圖4-17(a)所示狀態下,通過開停閥、節流閥、換向閥進入液壓缸左腔,推動活塞使工作台向右移動;這時,液壓缸右腔的油經換向閥和回油管6排回油箱。
圖4-17機床工作台液壓傳動系統
1—工作台;2—液壓缸;3—活塞;4—換向手柄;5—換向閥;6,8,16—迴流管;7—節流閥;9—開停手柄;10—開停閥;11—壓力管;12—壓力支管;13—溢流閥;14—鋼球;15—彈簧;17—液壓泵;18—濾油器;19—油箱
如果將換向閥手柄轉換成圖4-17(b)所示狀態,則壓力管中的油將經過開停閥、節流閥和換向閥進入液壓缸右腔,推動活塞使工作台向左移動,並使液壓缸左腔的油經換向閥和回油管6排回油箱。
工作台的移動速度是通過節流閥來調節的。當節流閥開大時,進入液壓缸的油量增多(在單位時間內),工作台的移動速度增大;反之,當節流閥關小時,單位時間內進入液壓缸的油量減少,工作台的移動速度降低。為了克服移動工作台時所受到的各種阻力,液壓缸必須產生一個足夠大的推力,這個推力是由液壓缸中的油液壓力所產生的。要克服的阻力越大,對應液壓缸中的油液壓力就越高;反之阻力小,壓力就低。這種現象正說明了液壓傳動的一個基本原理——壓力取決於負載。
需要說明的是,液壓傳動利用液體的壓力能工作,它與在非密閉狀態下利用液體的動能或勢能工作的液力傳動有本質的區別。
溢流閥的作用是調節與穩定系統的最大工作壓力並溢出多餘的油液。當工作台工作進給時,液壓缸活塞(工作台)需要克服大的負載和慢速運動。進入液壓缸的壓力油必須有足夠的穩定壓力才能推動活塞帶動工作台運動。調節溢流閥的彈簧力,使之與液壓缸最大負載力相平衡,當系統壓力升高到稍大於溢流閥的彈簧力時,溢流閥便打開,將定量泵輸出的部分油液經迴流管16溢回油箱。這時系統壓力不再升高,工作台保持穩定的低速運動(工作進給)。當工作台快速退回時,因負載小所以油的壓力低,溢流閥打不開,泵的流量全部進入液壓缸,工作台則實現了快速運動。
從上面這個例子可以看到:液壓泵將電動機(或其他原動機)的機械能轉換為液體的壓力能,然後通過液壓缸(或液壓馬達)將液體的壓力能再轉換為機械能以推動負載運動。液壓傳動的過程就是機械能—液壓能—機械能的能量轉換過程。
2液壓傳動系統的組成
由上述例子可以看出液壓傳動系統的基本組成為:
(1)能源裝置——液壓泵。它將動力部分(電動機或其他原動機)所輸出的機械能轉換成液壓能,給系統提供壓力油液。
(2)執行裝置——液壓機(液壓缸、液壓馬達)。通過它將液壓能轉換成機械能,推動負載做功。
(3)控制裝置——液壓閥(分為流量、壓力、方向三類控制閥)。通過它們的控制或調節,使液流的壓力、流量和方向得以改變,從而改變執行元件的力(或力矩)、速度和方向。
(4)輔助裝置——油箱、管路、蓄能器、濾油器、管接頭、壓力表開關等。通過這些元件把系統連接起來,以實現各種工作循環。
(5)工作介質——液壓油。絕大多數液壓油採用礦物油,系統用它來傳遞能量或信息。
③ 解釋下液壓傳動的工作原理
:(1) 液壓傳動工作原理
液壓傳動的工作原理涉及將液體壓力能轉換為機械能,以驅動工作部件運動。圖示的磨床工作台液壓傳動原理中,電動機驅動的液壓泵3從油箱1吸取油液,並輸送壓力油至管路。油液流經節流閥4和管路,最終到達換向閥6。換向閥6的閥芯可處於不同的工作位置,改變油液流向,從而控制工作台10的運動。當閥芯位於中間位置時,工作台停止;若向右推,活塞9帶動工作台向右移動;若向左推,則向左移動。速度可通過節流閥4調節,而系統壓力則由溢流閥5控制。溢流閥在油壓升高至調定壓力時開啟,將油液排回油箱,保持油壓穩定。過濾器用於保持油液清潔。簡言之,液壓傳動通過液體壓力能傳遞動力,並利用執行元件如液壓缸將壓力能轉換為機械能。
(2) 液壓系統組成
完整的液壓系統由以下五部分組成:
1) 動力裝置:如圖中的液壓泵3,將電動機的機械能轉換為油液的壓力能,為系統提供動力。
2) 執行元件:包括液壓缸8,將壓力能轉換為機械能,以驅動磨床工作台直線運動。
3) 控制調節裝置:包括壓力閥、流量閥和方向閥等,如圖中的溢流閥5、節流閥4和換向閥6,用於控制壓力、流量和方向,確保執行元件完成預定動作。
4) 輔助裝置:如管接頭、油管、油箱、過濾器和壓力計等,用於連接、儲油、過濾和測量油壓,保證系統的可靠性和穩定性。
5) 工作介質:液壓系統中的油液,承受壓力並傳遞壓力能。
液壓系統的基本原理是液體在傳遞壓強時方向改變,而壓力與壓強關系為F=PS,即承壓面積越大,壓力越大。
④ 簡述液壓傳動的工作原理
液壓傳動的工作原理是:利用液體的壓力傳遞運動和動力。
先利用動力元件將內原動機的機械能轉換成液體的壓力容能,再利用執行元件將體液的壓力能轉換為機械能,驅動工作部件運動。
以上就是液壓傳動的工作原理。