8第八章液压传动系统

第8章液压传动系统液压传动广泛应用在机械制造、冶金、轻工、起重运输、工程机械、船舶、航空等各个领域。根据液压主机的工作特点、工作环境、动作循环以及工作要求，其液压传动系统的组成、作用和特点不尽相同。液压系统是根据液压设备的工作要求，选用适当的基本回路构成的，它一般用液压系统图来表示。在液压系统图中，各个液压元件及它们之间的连接与控制方式，均按标准图形符号(或半结构式符号）画出。分析液压系统，首先必须对系统的工况进行分析，看系统是如何满足工况的要求的;其次，再分析系统的特点。分析液压系统一般可以按照以下步骤进行。(1)了解液压设备的功用。重点是液压传动装置实现了哪些运动；具体工艺对于液压传动系统的要求等。⑵分清主次。首先分析各个主运动所需的主油路和控制油路，然后分析润滑油路一类的辅助油路。⑶分析系统中各液压元件的作用。搞清系统由哪些基本回路组成，并对重点问题进行分析。(4)归纳总结整个液压系统的优缺点。8.1液压传动系统的形式液压系统应用领域不同，其特点也不同。在航空、国防领域，可靠性是系统所追求的；在大型重载设备行列，节能降耗是设计系统必须考虑的。液压传动系统按其应用行业可分为航空液压系统、工程机械液压系统、冶金液压系统、机床液压系统等;按系统特点可以分为以压力控制为主的液压系统、以速度变换为主的液压系统、以换向精度为主的液压系统；按系统的功率可分为大功率液压系统、中功率液压系统、小功率液压系统；按系统压力等级可分为超高压液压系统、高压液压系统、中高压液压系统、中压液压系统、低压液压系统；按油液的循环方式不同，有开式系统和闭式系统之分；按系统中液压泵的数目，可分为单泵系统、双泵系统和多泵系统。8.1.1幵式系统与闭式系统液压系统按照液流循环方式的不同，可以分为开式系统与闭式系统。1.开式系统一般情况下所见的液压系统均为开式系统，如图8-1所示系统就是一个开式系统。液压泵从油箱吸入液压油，经过换向阀送入液压缸（或液压马达）的进油腔，其回油腔的油最终返回油箱，工作油液可以在油箱中进行冷却和沉淀，然后再进行工作循环。开式系统的特点如下：(1)液压油在系统中循环使用时，油箱是一个重要环节；学习要点:液压传动在机械制造、工程机械、冶金机械、石化机械、航空、船舶等各个行业部门均有广泛的应用，根据主机不同的工况要求，液压系统有着不同的组成形式，形成了繁多的种类。本章有选择地介绍四种典型的液压系统，通过对这些液压系统的分析，可以加深对基本回路的认识，了解液压系统组成的规律，为今后分析其他液压系统和设计新的液压系统打下基础。图8-1开式液压系统1—液压泵；2—溢流阀；3—换向阀；4—液压缸图8-2闭式液压系统1—液压泵2—补油泵3—液压马达；4—溢流阀；5—安全阀；6—背压阀；7—液动换向阀；8，9，10，11—单向阀(2)执行元件的启动、停止、换向均由方向控制阀进行控制；(3)系统结构简单、油液散热条件好；⑷开式系统所需油箱的容积较大，且系统结构不紧凑；(5)油液与空气长期接触，空气容易混入。由于开式系统具有上述特点，因而它多用于一些固定设备如各种机床和压力机等液压系统中。2.闭式系统图8-2所示系统为闭式循环系统。液压泵1排出的压力油直接进入液压马达3的进油口，驱动马达3旋转，马达3的回油返回液压泵1的进油口，这样工作油液不断在液压泵1和液压马达3之间循环流动，形成一个闭合回路。为了补偿系统中的泄漏（包括液压泵、液压马达和控制阀等处的泄漏)损失，防止泵1因供油不足而引起吸空现象，及其补偿泵1和马达3瞬时流量的不均，闭式循环系统必须设置一个补油泵2,以便向低压支路进行补油。为了解决闭式循环回路的散热问题，系统中一般都要设置液动换向阀.使低压支路的一部分热油可以通过它并经背压阀1和冷却器流回油箱，由此减少的油液由补油泵2进行补充。因而液动阀7也称为热交换阀。图中溢流阀4是补油泵2的低压溢流阀，为使补油泵2的油全部进入回油支路，则流阀4的调整压力要高于背压阀1的调整压力，溢流阀5是限制系统最高压力的安全阀。与开式系统相比，闭式系统的特点如下：⑴系统中液压泵的出油管直接与液压马达进油管相接，液压马达的出油管直接接入液压泵的进油管；⑵执行元件的转向和转速由双向变量泵来控制；(3)系统结构复杂，油液散热条件差；(4)油箱容积小，但系统结构紧凑；(5)系统封闭性能好。闭式系统常用于大功率传动的行走机械中，采煤机的液压牵引系统和其他许多工程机械的液压系统。8.1.2单泵系统和多泵系统按照系统中液压泵的个数，可将系统分为单泵系统、双泵系统和多泵系统。由一个液压泵向一个或一组执行元件供油的液压系统，称为单泵液压系统。两个单泵液压系统组成双泵液压系统。在液压系统中采用两台以上的液压泵向系统供油，即为多泵液压系统。1.单泵系统单泵系统在液压系统中应用较为广泛。它既可以控制一个执行元件，也可以控制多个执行元件动作。在单泵多执行元件系统中，按照执行元件与液压泵的连接关系不同，可分为并联回路、串联回路和串并联回路等三种主回路形式。1）并联回路图8-3所示，液压泵排出的压力油同时进入两个以上的执行元件，而它们的回油共同流回油箱，这种回路称为并联回路，这种回路的特点是各执行元件中的油液压力均相等，都等于油泵的调定压力，而流量可以不相等，但其流量之和应等于泵的输出流量。另一特点是各执行元件可单独操作，而且相互影响小。并联回路常采用多路阀操纵各执行元件的动作。2）串联回路如图8-4所示，液压泵排出的液压油进入第一个执行元件，而此元件的回油又作为下一个执行元件的进油，这种连接的油路称为串联回路。串联回路的特点是进入各执行元件的流量相等，各执行元件的压力之和等于液压泵的工作压力。图8-3并联回路图8-4串联回路3）串并联回路系统中执行元件有的串联、有的并联的回路称为串并联回路。这种回路兼有串联回路和并联回路的特点。2.双泵系统双泵供油液压系统由两个油泵供油。系统中每一个泵可以分别向各自回路的执行元件供油，为其提供动力。每个泵的功率根据各自回路所需而定。当系统中只需要进行单个动作，同时又要考虑发动机功率的充分利用，此时可采用合流供油方式，即两个液压泵同时向一个执行元件供油。这样，执行机构速度可增加一倍。这种双泵液压系统在中小型挖掘机、起重机、组合机床液压系统中已被广泛使用。3.多泵系统多泵液压系统由三个或三个以上的液压泵组成，每个泵分别向不同执行元件供油，也可以按照需要把两个或多个泵合流使用。8.2典型液压系统8.2.1液压压力机液压系统液压压力机是锻压、冲压、冷挤、校直、弯曲、粉末冶金、成形、打包等工艺中广泛应用的压力加工机械，可用于加工金属、塑料、木材、皮革、橡胶等各种材料，是最早应用液压传动的压力加工机械。液压压力机的结构形式很多，最常用的是三梁四柱式液压压力机，通常由横梁、立柱、工作台、滑块和顶出机构等部件组成。液压压力机的主运动为滑块和顶出机构的运动。滑块由主液压缸（上缸）驱动，顶出机构由辅助液压缸（下缸）驱动。其典型动作循环图如图8-5所示。液压机液压系统的特点是压力高、流量大、功率大，以压力的变换和控制为主。图8-5液压机动作循环图1.3150KN通用液压机工作原理以3150KN通用液压压力机为例，分析其液压系统的工作原理和特点。由图8-6可见，系统有两个泵，主泵1是一个高压、大流量恒功率(压力补偿)变量泵，最高压力由溢流阀的远程调压阀调定。辅助泵是一个低压小流量定量泵，用于供应液动阀的控制油，其压力由溢流阀3调定。这台液压机的主液压缸能实现快速下行、慢速下行、加压、保压、释压、快速返回、原位停止的动作循环;辅助液压缸(下缸)能实现向上顶出、向下退回、原位停止的动作循环。液压机的液压系统实现空载启动；按下启动按钮后，液压泵启动，此时所有电磁阀的电磁铁都处于断电状态，三位四通电液换向阀6和12处于中位，它们的中位机能分别是M型和K型。油液流向为：主泵1(电液换向阀6(电液换向阀12(油箱。表8-1所示是3150KN通用图8-63150KN通用液压机液压系统图1—主泵；2—辅助泵；3，4，18—溢流阀；5—远程调压阀；6,21—电液换向阀；7—压力继电器；8—电磁换向阀;9—液控单向阀10，20—背压阀；11—顺序阀；12—液动换向阀；13—单向阀；14—充液阀；15—充液油箱16—主液压缸17—辅助液压缸；19—节流器；22—压力表液压机动作顺序表。表8-13150KN通用液压机电磁铁动作顺序表动作程序1Y2Y3Y4Y5Y主缸快速下行++慢速加压+保压泄压、回程+停止辅缸顶出+退出+压边+1）快速下行液压泵启动后，按下工作按钮，电磁铁1YA、5YA通电，使电液换向阀6和电磁换向阀8右位工作，液控单向阀9处于打开的状态。上缸滑块在自重作用下迅速下降，泵1虽输出最大流量，依然不能满足需要，因而充液油箱15给液压缸16上腔充液。进油路:主泵1(电液换向阀6(右位)(单向阀13(液压缸16(上腔）。充液油箱15(充液阀14(液压缸16上腔。回油路:液压缸16(下腔)(液控单向阀9(电液换向阀6(右位）电液换向阀21(中位）(油箱。2）慢速下行、加压当液压缸16滑块下行触动行程开关2S后，电磁铁5YA断电，液控单向阀9关闭。充液单向阀14亦处于关闭状态。液压缸16慢速接近工件。当滑块接触工件后，上腔压力升高，主泵1流量随之减小。进油路：主泵1(电液换向阀6(右位)(单向阀13(主液压缸16(上腔）。回油路:主液压缸16(下腔)(背压阀10(电液换向阀6(右位)(电液换向阀21(中位)(油箱。3）保压当主液压缸16(上腔)压力达到预定值时，压力继电器7发出信号，使电磁铁1YA失电，电液换向阀6中位，单向阀13和充液阀14的锥面保证了液压缸16(上腔）密封良好，使（上腔)保压，保压时间由压力继电器7控制的时间继电器调整。保压期间，泵1经电液换向阀6及电液换向阀21的中位卸载。4）释压保压过程结束后，时间继电器发讯，电磁铁2YA得电，电液换向阀6换至左位。由于液压缸16上腔压力很高，液动换向阀12处于上位，压力油经电液换向阀6及液动换向阀12,控制外控顺序阀11，使其开启。此时主液压泵1输出油液经顺序阀11回油箱。主液压泵1在低压下工作，此压力不足以打开充液阀14的主阀芯，而是先打开充液阀14中的卸载阀芯，使主液压缸16(上腔）的油液经此卸载阀阀口泄回充液油箱15,压力逐渐降低。5）快速返回当液压缸上腔的压力卸至一定值时，液动换向阀12下位工作，则外控顺序阀11关闭，主液压泵1供油压力升高，充液阀14完全打开，此时油液流动情况如下。进油路：主泵1(电液换向阀6(左位)(液控单向阀9(主液压缸16(下腔）。回油路：主液压缸16(上腔)(充液阀14(充液油箱15,实现主缸快速回程。6）主液压缸原位停止当液压缸滑块上升触动行程开关1S，使电磁铁2YA失电，电液换向阀6处于中位，液控单向阀9将液压缸16下腔封闭，液压缸16原位停止。液压泵1输出油液经电液控制阀6、电液控制阀21中位回油箱，液压泵1卸载。7）辅助液压缸顶出及退回按下顶出按钮，电磁铁3YA得电，换向阀21左位工作。进油路:液压泵1→电液换向阀6(中位)→电液换向阀21(左位)→辅助液压缸17(下腔）。回油路:液压缸17(上腔）→电液换向阀21(左位）→油箱。辅助液压缸17活塞上升，顶出。图8-7充液阀1—阀体;2—控制活塞;3—主阀芯;4—卸载小阀芯;5—复位弹簧；6—弹簧座;7—电磁换向阀;8—阻尼按下退回按钮，使电磁铁3YA失电，4YA得电，电液换向阀21右位工作，液压缸活塞下行，退回。8）浮动压边作薄板拉伸压边时，要求液压缸16活塞上升到一定位置后，既保持一定压力，又能随液压缸16滑块的下压而下降。这时，电液换向阀21处于中位，液压缸16滑块下压时液压缸17活塞被迫随之下行，液压缸1下腔油液经节流器19和背压阀20流回油箱，使液压缸17下腔保持所需的压变压力。调节背压阀20即可改变浮动压边压力。液压缸17上腔则经阀21中位从油箱补油。溢流阀18为液压缸17下腔安全阀。综上可知，该液压机液压系统主要由压力控制回