液压系统基本原理.docx

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液压系统基本原理

液压系统基本原理

图8.1YT4543型动力滑台液压系统图

1—背压阀；2—顺序阀；3、6、13、15—单向阀；4、16—节流阀；5—压力继电器；7—液压缸；

8—行程阀；9—电磁阀；10—调速阀；11—先导阀；12—换向阀；14—液压泵

第一节液压传动的发展史

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，1795年英国约瑟夫•布拉曼（JosephBraman,1749-1814），在伦敦用水作为工作介以水压机的形式将其应用于工业上,诞生了世界上第一台水压机。

1905年将工作介质水改为油,又进一步得到改善。

第一次世界大战（1914-1918）后液压传动广泛应用,特别是1920年以后,发展更为迅速。

液压元件大约在19世纪末20世纪初的20年间,才开始进入正规的工业生产阶段。

1925年维克斯（F.Vikers）发明了压力平衡式叶片泵,为近代液压元件工业或液压传动的逐步建立奠定了基础。

20世纪初康斯坦丁•尼斯克（G•Constantimsco）对能量波动传递所进行的理论及实际研究;1910年对液力传动（液力联轴节、液力变矩器等）方面的贡献，使这两方面领域得到了发展。

第二次世界大战（1941-1945）期间,在美国机床中有30%应用了液压传动。

应该指出,日本液压传动的发展较欧美等国家晚了近20多年。

在1955年前后,日本迅速发展液压传动,1956年成立了“液压工业会”。

近20~30年间，日本液压传动发展之快，居世界领先地位。

液压传动有许多突出的优点，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、轧辊调整装置等；土木水利工程用的防洪闸门及堤坝装置、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。

第二节液压系统地组成

一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。

一、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。

液压泵的结构形式一般有齿轮泵、叶片泵和柱塞泵。

二、执行元件（如液压缸和液压马达）的作用是将液体的压力能转换为机械能，驱动负载作直线往复运动或回转运动。

三、控制元件（即各种液压阀）在液压系统中控制和调节液体的压力、流量和方向。

根据控制功能的不同，液压阀可分为压力控制阀、流量控制阀和方向控制阀。

压力控制阀又分为溢流阀（安全阀）、减压阀、顺序阀、压力继电器等；流量控制阀包括节流阀、调速阀、分流集流阀等；方向控制阀包括单向阀、液控单向阀、梭阀、换向阀等。

根据控制方式不同，液压阀可分为开关式控制阀、定值控制阀和比例控制阀。

四、辅助元件包括油箱、滤油器、油管及管接头、密封圈、压力表、油位油温计等。

五、液压油是液压系统中传递能量的工作介质，有各种矿物油、乳化液和合成型液压油等几大类。

第三节液压的原理

一、它是由两个大小不同的液缸组成的，在液缸里充满水或油。

充水的叫“水压机”；充油的称“油压机”。

两个液缸里各有一个可以滑动的活塞，如果在小活塞上加一定值的压力，根据帕斯卡定律，小活塞将这一压力通过液体的压强传递给大活塞，将大活塞顶上去。

设小活塞的横截面积是S1，加在小活塞上的向下的压力是F1。

于是，小活塞对液体的压强为P=F1/SI,能够大小不变地被液体向各个方向传递”。

大活塞所受到的压强必然也等于P。

若大活塞的横截面积是S2，压强P在大活塞上所产生的向上的压力F2=PxS2截面积是小活塞横截面积的倍数。

从上式知，在小活塞上加一较小的力，则在大活塞上会得到很大的力，为此用液压机来压制胶合板、榨油、提取重物、锻压钢材等。

二、液压的优缺点

与机械传动、电气传动相比，液压传动具有以下优点：

1、液压传动的各种元件，可以根据需要方便、灵活地来布置。

2、重量轻、体积小、运动惯性小、反应速度快。

3、操纵控制方便，可实现大围的无级调速（调速围达2000：

1）。

4、可自动实现过载保护。

5、一般采用矿物油作为工作介质，相对运动面可自行润滑，使用寿命长；

6、很容易实现直线运动。

7、很容易实现机器的自动化，当采用电液联合控制后，不仅可实现更高程度的自动控制过程，而且可以实现遥控。

液压传动也存在着一些缺点：

1、由于流体流动的阻力和泄露较大，所以效率较低。

如果处理不当，泄露不仅污染场地，而且还可能引起火灾和爆炸事故。

2、由于工作性能易受到温度变化的影响，因此不宜在很高或

低的温度条件下工作。

3、液压元件的制造精度要求较高，因而价格较贵。

4、由于液体介质的泄漏及可压缩性影响，不能得到严格的传动比。

5、液压传动出故障时不易找出原因；使用和维修要求有较高的技术水平。

第四节液压系统的三大顽疾

一、发热由于传力介质（液压油）在流动过程中存在各部位流速的不同，导致液体部存在一定的摩擦，同时液体和管路壁之间也存在摩擦，这些都是导致液压油温度升高的原因。

温度升高将导致外泄漏增大，降低其机械效率。

同时由于较高的温度，液压油会发生膨胀，导致压缩性增大，使控制动作无法很好的传递。

解决办法：

发热是液压系统的固有特征，无法根除只能尽量减轻。

使用质量好的液压油、液压管路的布置中应尽量避免弯头的出现、使用高质量的管路以及管接头、液压阀等。

二、振动液压系统的振动也是其痼疾之一。

由于液压油在管路中的高速流动而产生的冲击以及控制阀打开关闭过程中产生的冲击都是系统发生振动的原因。

强的振动会导致系统控制动作发生错误，也会使系统中一些较为精密的仪器发生错误，导致系统故障。

解决办法：

液压管路应尽量固定，避免出现急弯。

避免频繁改变液流方向，无法避免时应做好减振措施。

整个液压系统应有良好的减振措施，同时还要避免外来振源对系统的影响。

三、泄漏液压系统的泄漏分为泄漏和外泄漏。

泄漏指泄漏过程发生在系统部，例如液压缸活塞两边的泄漏、控制阀阀芯与阀体之间的泄漏等。

泄漏虽然不会产生液压油的损失，但是由于发生泄漏，既定的控制动作可能会受到影响，直至引起系统故障。

外泄漏是指发生在系统和外部环境之间的泄漏。

液压油直接泄漏到环境中，除了会影响系统的工作环境外，还会导致系统压力不够引发故障。

泄漏到环境中的液压油还有发生火灾的危险。

解决办法：

采用质量较好的密封件，提高设备的加工精度。

另：

对于液压系统这三大顽疾，有人进行了总结：

“发烧、拉稀带得瑟”。

YT4543型组合机床动力滑台液压传动系统

（应用举例）

组合机床是由通用部件和部分专用部件组成的高效、专用、自动化程度较高的机床。

它能完成钻、扩、铰、镗、铣、攻丝等工序和工作台转位、定位、夹紧、输送等辅助动作，可用来组成自动线。

这里只介绍组合机床动力滑台液压系统。

动力滑台上常安装着各种旋转着的刀具，其液压系统的功能是使这些刀具作轴向进给运动，并完成一定的动作循环。

图8.1和表8.1分别表示YT4543型组合机床动力滑台液压系统原理图和动作循环表。

这个系统用限压式变量叶片泵供油，用电液换向阀换向，用行程阀实现快进和工进速度的切换，用电磁阀实现两种工进速度的切换，用调速阀使进给速度稳定。

在机械和电气的配合下，能够实现“快进→一工进→二工进→死挡铁停留→快退→原位停止”的半自动循环。

其工作情况如下所述。

1.快进

按下起动按钮，电磁铁1YA通电吸合，控制油路由泵14经电磁先导阀11左位、单向阀15，进入液动阀12的左端油腔，液动阀12左位接系统，液动阀12的右端油腔回油经节流器16和阀11的左位回油箱，液动阀处于左位。

主油路：

泵14→单向阀13→液动阀12左位→行程阀8（常态位）→液压缸左腔（无杆腔）。

回油路：

液压缸右腔→阀12左位→单向阀3→阀8→液压缸左腔。

由于动力滑台空载，系统压力低，液控顺序阀关闭，液压缸成差动连接，且变量泵14有最大的输出流量，滑台向左快进（活塞杆固定，滑台随缸体向左运动）。

表8.1　YT4543型动力滑台液压系统的动作循环表

元件

动作

1YA

2YA

3YA

压力继电器

行程阀

快进（差动）

+

-

-

-

导通

一工进

+

-

-

-

切断

二工进

+

-

+

-

切断

死挡铁停留

+

-

+

+

切断

快退

-

+

-

切断→导通

原位停止

-

-

-

-

导通

2.一工进

快进到一定位置，滑台上的行程挡块压下行程阀8，使原来通过阀8进入液压缸无杆腔的油路切断。

此时阀9的电磁铁3YA处于断电状态，调速阀4接入系统进油路，系统压力升高。

压力的升高，一方面使液控顺序阀2打开，另一方面使限压式变量泵的流量减小，直到与经过调速阀4后的流量相同为止。

这时进入液压缸无杆腔的流量由调速阀4的开口大小决定。

液压缸有杆腔的油液则通过液动阀12后经液控顺序阀2和背压阀1回油箱（两侧的压力差使单向阀3关闭）。

液压缸以第一种工进速度向左运动。

3.二工进

当滑台以一工进速度行进到一定位置时，挡块压下行程开关，使电磁铁3YA通电，经阀9的通路被切断。

此时油液需经调速阀4与10才能进入液压缸无杆腔。

由于阀10的开口比阀4小，滑台的速度减小，速度大小由调速阀10的开口决定。

3.死挡铁停留

当滑台以二工进速度行进到碰上死挡铁后，滑台停止运动。

液压缸无杆腔压力升高，压力继电器5发出信号给时间继电器（图中未表示），使滑台在死挡铁上停留一定时间后再开始下一动作。

滑台在死挡铁上停留，主要是为了满足加工端面或台肩孔的需要，使其轴向尺寸精度和表面粗糙度达到一定要求。

当滑台在死挡铁上停留时，泵的供油压力升高，流量减少，直到限压式变量泵流量减小到仅能满足补偿泵和系统的泄漏量为止，系统这时处于需要保压的流量卸荷状态。

3.快退

当滑台在死挡铁上停留一定时间（由时间继电器调整）后，时间继电器发出使滑台快退的信号。

此时电磁铁1YA断电，2YA通电，阀11和阀12处于右位。

进油路：

泵14→阀13→液动阀12右位→液压缸右腔；回油路：

液压缸左腔→单向阀6→阀12右位→油箱。

由于此时为空载，系统压力很低，泵14输出的流量最大，滑台向右快退。

3.原位停止

当滑台快退到原位时，挡块压下原位行程开关，使电磁铁1YA、2YA和3YA都断电，阀11和阀12处于中位，滑台停止运动，泵14通过阀12的中位卸荷（这时系统处于压力卸荷状态）。

YT4543型组合机床动力滑台液压系统包括以下一些基本回路：

由限压式变量叶片泵和进油路调速阀组成的容积节流调速回路，差动连接快速运动回路，电液换向阀的换向回路，由行程阀、电磁阀和液控顺序阀等联合控制的速度切换回路以及中位为M型机能的电液换向阀的卸荷回路等。

液压系统的性能就由这些基本回路所决定。

该系统有以下几个特点：

1采用了由限压式变量叶片泵和进油路调速阀组成的容积节流调速回路。

它既能满足系统调速围大，低速稳定性好的要求，又提高了系统的效率。

进给时，在回油路上增加了一个背压阀，这样一方面可改善速度稳定性，另一方面可使滑台能承受一定的与运动方向一致的切削力（负值负载）。

2采用限压式变量泵和差动连接两个措施实现快进，既能得到较高的快进速度，又不致使系统效率过低。

动力滑台快进和快退均为最大工作进给速度的倍，泵的流量自动变化，系统无溢流损失，效率高。

3采用行程阀和液控顺序阀使快进转换为工进时，动作平稳可靠，转换的位置精度比较高。

至于两个工进之间的换接则由于两者速度都较低，采用电磁阀完全能保证换接精度。

第五节动力元件常见故障与排