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—1—课题一液压传动系统的应用领域一、液压传动系统的应用它是以液压油为工作介质，通过动力元件（液压泵），将原动机的机械能转变为液压油的压力能，再通过控制元件，然后借助执行元件（液压缸和液压马达）将压力能转换为机械能，驱动负载实现直线或回转运动。且通过对控制元件遥控操纵和对压力流量的调节，调定执行元件的力和速度。1、压力机如图1-1（动画）图1—12、注塑机如图1-2（动画）图1—2—2—3、外圆磨床：如图1-3（动画）图1—3二、液压传动的概念和工作原理1、液压传动的概念液压传动是通过液体进行力和位移的传递和控制的一种传动方式。2、液压传动的工作原理图1所示为液压千斤顶的传动原理图。工作原理：小液压缸与单向阀一起完成从油箱中吸油及压油。将杠杆的机械能转换为油液的压力能输出，称为（手动）液压泵。大液压缸将油液的—3—压力能转换为机械能输出，顶起重物，称为执行元件。在这里大、小液压缸组成了最简单的液压传动系统，实现了运动和动力的传递。3、液压传动系统图和职能符号图1所示的液压系统中，各元件是用结构符号表示的，称为结构式原理图。它直观性强，容易理解，但图形复杂，绘制困难。为了简化液压系统图，目前国际上均用元件的职能符号来绘制液压系统图。这些符号只表示元件的职能及连接通路，而不表示其结构。图2即为用职能符号表示的一个液压系统图。三、液压传动系统的组成1、动力部分主要元件为液压泵。它将机械能转变成油液的压力能，为系统提供压力油。2、执行部分主要元件为液压缸和液压马达。它将液压能转变为机械能，输出直线往复运动或回转运动。3、控制部分主要元件为压力控制阀、流量控制阀和方向控制阀。控制和调节液压系统的压力、流量及液流方向，以改变执行元件输出的力（转矩）、速度（转速）以及运动方向。4、辅助部分包括油管、管接头、油箱、滤油器、蓄能器和压力表等。通过这些元件把系统联结起来，以实现各种工作循环。5、工作介质指液压油。起传递动力或信息、润滑、冷却和防锈的作用。负载BADF1PTDD1PBATDW5abPS图2液压系统工作原理—4—四、液压传动的优缺点液压传动与机械传动、电气传动、气压传动相比，具有以下优点：1、在同等功率的情况下，液压传动装置的体积小，重量轻，结构紧凑。如液压马达的重量只有同等功率电机重量的10-20%。2、输出功率大，能产生很大的力。由于液压元件可以在较高的压力下工作（200-320bar），因此液压传动容易获得很大的力和转矩。3、能在大范围内实现无级调速。借助于阀或变量泵、变量马达等可以方便地进行无级调速。调速比可达2000，且可以获得较低的稳定速度。如液压马达的最低稳定转速可达1r/min；液压传动还可以在运行的过程中进行速度调整。4、液压传动惯性小，反应快，所以易于实现快速起动、制动和频繁地换向。在往复回转运动时换向达每分钟500次，往复直线运动时换向达每分钟1000次。5、布局方便灵活。可随机器的需要，借助于油管，方便灵活地布置各种元件而不受限制。用液压传动实现直线运动比用机械传动简单。6、控制调节简单、方便、省力，易于实现自动化。当液压控制和电气控制或气动控制结合使用时，能实现较复杂的顺序动作和远程控制。7、借助于安全阀，液压装置易于实现过载保护。8、有自润滑作用，所以只要正确使用和维护，液压元件使用寿命较长。液压传动的缺点是：1、液压传动不能保证严格的传动比，这是由液压油的可压缩性和泄漏等因素所造成的。2、液压传动在工作过程中常有较多的能量损失（摩擦损失、泄漏损失等），因此传动效率低，不适合远距离传动。3、液压传动对温度的变化比较敏感，它的工作稳定性容易受到温度变化的影响，因此不宜在温度变化很大的环境中工作。4、为了减少泄漏，液压元件的制造精度要求较高，因此其价格较高；且对油液的污染比较敏感。5、液压传动出现故障的原因比较复杂，而且查找困难。—5—五、液压技术的发展趋势1、高压化、大流量化：例如超高压液压技术等。2、结构小型化、轻量化、功能复合化、集成化：如叠加式、插装式、多功能综合控制液压阀、微型液压元件以及集动力源、控制器和执行器于一体的多功能单元和电液集成元件的开发。3、延长元件寿命、提高元件及系统的可靠性：液压元件强化快速寿命试验方法、污染控制技术、元件及系统的故障诊断技术、系统可靠性预测技术的研究和应用；运用新材料（如涂层材料、陶瓷和塑料），改进摩擦副工作性能等。4、降低能耗、提高效率、实现节能：节能型液压元件的开发（如低功耗电磁阀等），系统设计中应用负载参数适应技术、二次调节技术、微机自适应控制技术等节能技术；研究和运用原动机与液压装置的最优联合调节方法，进一步改进密封技术与连接技术，减小泄漏损失和污染。5、降低液压振动和噪声：运用管道网络动态分析及液流数值计算技术，优化运动、流动和结构，应用隔振技术、消声技术，减小振动和噪声并提高元器件的综合性能。6、用电子技术强化液压技术，提高控制系统性能：具有数字接口的电液元件的开发；采用现代控制理论对系统动态进行补偿，液压伺服系统的非线性控制和智能控制，用于液压伺服控制的神经网络计算法及相应硬件的实现，机器人伺服系统的解耦与特性补偿等；元件、系统的设计、试验、制造等采用计算机技术，如CAD、CAT/CAD/CAM一体化。—6—课题二方向控制元件及其应用方向控制元件的作用是控制油液的流动方向；主要应用于方向控制回路中，方向控制回路即是用来控制液压系统各油路中液流的接通、切断或变向，从而使各执行元件按需要相应地实现启动、停止或换向等一系列动作。方向控制元件中包括单向阀和换向阀。方向控制回路中包括一般方向控制回路和复杂方向控制回路等。一、方向控制元件◆换向阀换向阀的作用是用以控制执行元件的启动、停车以及运动方向。工作原理：主要是利用阀芯在阀体中的相对运动来改变阀芯和阀体间的相对位置，使液流的通路接通、关闭或变换流动方向，从而使执行元件启动、停止或改变运动方向（图2-1换向阀外观）。换向阀的油口标记写在阀的初始位置上：P——压力油口（泵口）T——油箱A、B——使用装置的接口换向阀的名称与职能符号示例如下：例如：三位四通手动换向阀从名称和职能符号能够了解以下几点：1、位数：指阀芯能够实现的工作位置数目，用粗实线的方框表示；2、通路数：指换向阀的主油路通路数（不含控制油路和泄油路），即对外接口数；3、阀门控制方式，包括手动、机动、电磁、液动、电液动和气动等；4、阀门复位方式，常用的是弹簧复位；5、阀门初始位置。常用的液压换向阀职能符号如下（图2-2）：一个阀门附带两个有效油口和两个通断位置，即称为两位两通(2/2)换向阀。BTPA图2-1换向阀外观—7—一个阀门附带三个有效油口和两个通断位置，即称为两位三通(3/2)换向阀。一个阀门附带四个有效油口和两个通断位置，即称为两位四通(4/2)换向阀。一个阀门附带四个有效油口和三个通断位置，即称为三位四通(4/3)换向阀。换向阀的类型主要有座阀式、滑阀式和转阀式三种，而滑阀式应用最广。（一）滑阀式换向阀工作原理在阀体1中沿着纵向阀孔安排有环形沟槽4（多是浇注的，又叫沉割槽）。环形沟槽分别与阀体上的各油口（P、A、B、T）连接。在纵向阀孔中有一活动的圆柱形阀芯2，该阀芯可以在阀体孔内轴向滑动，形成不同的接通形式。阀芯的形状构成不同的控制功能，同规格的阀体一般都是一样的。如图2-3所示，阀芯有左、中、右三个工作位置，当阀芯2处于图示位置时，四个油口P、A、B、T都关闭，互不相通；当阀芯移向左端时，油口P与A相通，油口B与T相通；当阀芯移向右端时，油口P与B相通，油口A与T相通。圆柱形的阀芯有利于将阀芯上所受的轴向和径向力平衡，减少阀芯驱动力。PATPABTPABTPA图2-2常用的液压换向阀职能符号图2-3滑阀式换向阀工作原理1——阀体2——滑动阀芯3——主油口4——沉割槽5——台肩—8—（二）典型结构1、手动换向阀手动换向阀是依靠手动杠杆操纵驱动阀芯运动而实现换向的。按操纵阀芯换向后的定位方式有钢球定位式和弹簧自动复位式两种。⑴钢球定位式如图2-4所示，其中位机能为O型。阀芯的三个位置依靠钢球12定位。定位套上开有3条定位槽，槽的间距即为阀芯的行程。当阀芯移动到位后，定位钢球12就卡在相应的定位槽中，此时即使松开手柄，阀芯仍能保持在工作位置上。⑵弹簧复位式如图2-5所示。阀芯依靠复位弹簧的作用自动弹回到中位。与钢球定位式相比，弹簧复位式的阀芯移动距离可以由手柄调节，从而调节各油口的开口度。弹簧复位式手动换向阀适用于动作频繁、工作持续时间短的场合，操作较安全，常应用于工程机械中。2、机动换向阀机动换向阀因常用于控制机械设备的行程，故又称为行程阀。它借助主机运动部件上可以调整的凸轮或活动挡块的驱动力，自动周期地压下或（依靠弹簧）抬起装在1——阀体2——阀芯3——球座4——护球圈5——定位套6——弹簧7——后盖8——前盖9——螺套10——手柄11——防尘套12——钢球图2-4三位四通手动换向阀(钢球定位式)1——阀体2——阀芯3——前盖4——手柄5——弹簧6——后盖图2-5三位四通手动换向阀(弹簧自动复位式)—9—滑阀阀芯端部的滚轮，从而改变阀芯在阀体中的相对位置，实现换向。机动换向阀一般只有二位阀，阀芯都是靠弹簧自动复位。它所控制的阀可以是二通、三通、四通、五通等。图2-6所示为二位三通机动换向阀。图示位置，由弹簧5作用，阀芯2处于上端位置，油口P、B相通，A口封闭；当滚轮4被压下时，阀芯移至下端，油口P、A相通，B口封闭。3、电磁换向阀（1）二位二通电磁换向阀如图2-7所示。它有两个工作油口，即进油口P和出油口A。它有两个工作位置：电磁铁断电，复位弹簧9将阀芯2推向左边的初始位置和电磁铁通电，推杆8将阀芯2推到右边（压缩复位弹簧9）的换向位置。图示阀为常开型（H型）滑阀机能。另外还有常闭型（O型）。泄油口L将通过阀芯间隙泄漏到阀芯两端容腔中的油液排到油箱。推杆8上的O形圈和O形圈座7在弹簧4的作用下将阀体的泄油腔L与干式电磁铁隔开，以免油液进入电磁铁而出现外漏现象。（2）三位电磁换向阀（如图2-9）工作原理同上。图中磁体都装配有应急操纵装置7以便能自外部手动操纵控制活塞。这样，便于检验磁体的接通功能。1——阀体2——阀芯3——前盖4——滚轮5——弹簧6——后盖图2-6二位三通机动换向阀图2-7二位二通电磁换向阀—10—（4）液动换向阀大流量液压系统的换向通常采用液动换向阀，它是通过外部提供的压力油控制阀芯换向。它的类型可分为不带阻尼调节器和带阻尼调节器两种。①不带阻尼调节器的液动换向阀图2-10是不带阻尼调节器的三位四通液动换向阀。该阀为O型中位机能，除了四个主油口P、T、A、B外；阀上还设有两个控制口K1和K2，控制换向阀换向。1——阀体2——阀芯3——挡圈4、7——弹簧5——端盖6——盖板图2-10三位四通液动阀(不带阻尼调节器)图2-9三位换向阀—11—②带阻尼调节器的液动换向阀图2-11是带阻尼调节器的三位四通液动换向阀。该阀也为O型中位机能，主油口与控制油口与图2-10所示的换向阀相同。不同处有两点：一是在两个控制口K1和K2分别接有一个单向节流器，用于控制阀芯的换向速度（回油调速控制）；另一个是在阀芯左、右两端增设了调节螺钉2，用以调节阀芯行程以改变各主油口的开度大小，以便控制主油路的流量。1——双单向节流器2——调节螺钉图2-11带阻尼调节器的三位四通液动换向阀—12—（三）三位换向阀的中位机能（如表2-1）三位阀常态位时各油口的连通方式称为中位机能。不同机能的阀，阀体通用，仅阀芯台肩结构、尺寸及内部通孔情况有区别。表2-1三位换向阀的中位机能机能代号结构原理图中位机能符号机能特点和作用O各油口全封闭，缸两腔封闭，系统不卸荷。液压缸充满油，从静止到启动平稳；制动时运动惯性引起液压冲击较大；换向位置精度高H各油口全部连通，系统卸荷。缸成浮动状态。液压缸两腔接油箱，，从静止到启动有冲击；制动时油口互通，故制动较O型平稳；但换向位置变动大P压力油P与缸两腔连通，可形成差动回路，回油口封闭。从静止到启动较平稳；制动时缸