液压系统基本原理

液压系统基本原理及液压支架基本知识支架车间2014年一季度岗位特色培训（一）一、液压系统基本原理（一）基本原理液压传动是一种以液体作为工作介质，以静压力和流量作为特性参数进行能量的转换、传递、分配的技术手段，他的特点是“以液体为工作介质，传递能力和进行控制”液压系统最基本的原理就是液体内部压强处处相等。利用油泵产生一定内部压力的液态油，通过液压管路传送到液压执行元件，比如液压油缸，高压油作用在活塞上，使得活塞两端压力不平衡，于是活塞运动做功，高压油也可以作用在周向布置的叶片上，带动叶片轴旋转，这就是油马达。液压系统就是传送压强的装置，液压油是压强传送的载体，具有一定压强的液体作用在一定大小的面积而产生作用力，该作用力驱动零件运动。（二）、液压系统的组成及其作用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（附件）和液压油。一个液压系统的好坏取决于系统设计的合理性、系统元件性能的的优劣，系统的污染防护和处理，而最后一点尤为重要。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。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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。压力控制阀又分为益流阀(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、调整阀、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。辅助元件包括油箱、滤油器、油管及管接头、密封圈、快换接头、高压球阀、胶管总成、测压接头、压力表、油位油温计等。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。一个液压系统的好坏不仅取决于系统设计的合理性和系统元件性能的的优劣，还因系统的污染防护和处理，系统的污染直接影响液压系统工作的可靠性和元件的使用寿命，据统计，国内外的的液压系统故障大约有70%是由于污染引起的。油液污染对系统的危害主要如下：1）元件的污染磨损油液中各种污染物引起元件各种形式的磨损，固体颗粒进入运动副间隙中，对零件表面产生切削磨损或是疲劳磨损。高速液流中的固体颗粒对元件的表面冲击引起冲蚀磨损。油液中的水和油液氧化变质的生成物对元件产生腐蚀作用。此外，系统的油液中的空气引起气蚀，导致元件表面剥蚀和破坏。2）元件堵塞与卡紧故障固体颗粒堵塞液压阀的间隙和孔口，引起阀芯阻塞和卡紧，影响工作性能，甚至导致严重的事故。3）加速油液性能的劣化油液中的水和空气以其热能是油液氧化的主要条件，而油液中的金属微粒对油液的氧化起重要催化作用，此外，油液中的水和悬浮气泡显著降低了运动副间油膜的强度，使润滑性能降低。污染物的来源系统油液中污染物的来源途径主要有以下几个方面：1）外部侵入的污染物：外部侵入污染物主要是大气中的沙砾或尘埃，通常通过油箱气孔，油缸的封轴，泵和马达等轴侵入系统的。主要是使用环境的影响。2）内部污染物：元件在加工时、装配、调试、包装、储存、运输和安装等环节中残留的污染物，当然这些过程是无法避免的，但是可以降到最低，有些特种元件在装配和调试时需要在洁净室或洁净台的环境中进行。3）液压系统产生的污染物：系统在运作过程当中由于元件的磨损而产生的颗粒，铸件上脱落下来的砂粒，泵、阀和接头上脱落下来的金属颗粒，管道内锈蚀剥落物以其油液氧化和分解产生的颗粒与胶状物，更为严重的是系统管道在正式投入作业之前没有经过冲洗而有的大量杂质。（三）、液压传动的优缺点1、液压传动的优点（1）体积小、重量轻，因此惯性力较小，当突然过载或停车时，不会发生大的冲击；（2）能在给定范围内平稳的自动调节牵引速度，并可实现无极调速；（3）换向容易，在不改变电机旋转方向的情况下，可以较方便地实现工作机构旋转和直线往复运动的转换；（4）液压泵和液压马达之间用油管连接，在空间布置上彼此不受严格限制；（5）由于采用油液为工作介质，元件相对运动表面间能自行润滑，磨损小，使用寿命长；（6）操纵控制简便，自动化程度高；（7）容易实现过载保护。2、液压传动的缺点（1）使用液压传动对维护的要求高，工作油要始终保持清洁；（2）对液压元件制造精度要求高，工艺复杂，成本较高；（3）液压元件维修较复杂，且需有较高的技术水平；（4）用油做工作介质，在工作面存在火灾隐患；（5）传动效率低。（四）、液压系统三大顽疾1、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，导致液体内部存在一定的内摩擦，同时液体和管路内壁之间也存在摩擦，这些都是导致液压油温度升高的原因。温度升高将导致内外泄漏增大，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。2、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。3、泄漏液压系统的泄漏分为内泄漏和外泄漏。内泄漏指泄漏过程发生在系统内部，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。内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。3.1、液压系统泄漏的原因（1）设计及制造的缺陷所造成的；（2）冲击和振动造成管接头松动；（3）动密封件及配合件相互磨损（液压缸尤甚）；（4）油温过高及橡胶密封与液压油不相容而变质。下面就结合以上几个方面浅谈一下控制泄漏的措施。3.2、控制液压系统泄漏的控制方案方案一：设计及制造缺陷的解决方法：l、液压元件外配套的选择往往在液压系统的泄漏中起着决定性的影响。这就决定我们技术人员在新产品设计、老产品的改进中，对缸、泵、阀件，密封件，液压辅件等的选择，要本着好中选优，优中选廉的原则慎重的、有比较的进行。2、合理设计安装面和密封面：当阀组或管路固定在安装面上时，为了得到满意的初始密封和防止密封件被挤出沟槽和被磨损，安装面要平直，密封面要求精加工，表面粗糙度要达到0．8μm，平面度要达到0．01/100mm。表面不能有径向划痕，连接螺钉的预紧力要足够大，以防止表面分离。3、在制造及运输过程中，要防止关键表面磕碰，划伤。同时对装配调试过程要严格的进行监控，保证装配质量。4、对一些液压系统的泄露隐患不要掉已轻心，必须加以排除。方案二：减少冲击和振动：为了减少承受冲击和振动的管接头松动引起的液压系统的泄漏，可以采取以下措施：①使用减震支架固定所有管子以便吸收冲击和振动；②使用低冲击阀或蓄能器来减少冲击；③适当布置压力控制阀来保护系统的所有元件；④尽量减少管接头的使用数量，管接头尽量用焊接连接；⑤使用直螺纹接头，三通接头和弯头代替锥管螺纹接头；⑥尽量用回油块代替各个配管；⑦针对使用的最高压力，规定安装时使用螺栓的扭矩和堵头扭矩，防止结合面和密封件被蚕食；⑧正确安装管接头。方案三：减少动密封件的磨损：大多数动密封件都经过精确设计，如果动密封件加工合格，安装正确，使用合理，均可保证长时间相对无泄漏工作。从设计角度来讲，设计者可以采用以下措施来延长动密封件的寿命：1、消除活塞杆和驱动轴密封件上的侧载荷；2、用防尘圈、防护罩和橡胶套保护活塞杆，防止磨料、粉尘等杂质进入；3、设计选取合适的过滤装置和便于清洗的油箱以防止粉尘在油液中累积；4、使活塞杆和轴的速度尽可能低。方案四：对静密封件的要求：静密封件在刚性固定表面之间防止油液外泄。合理设计密封槽尺寸及公差，使安装后的密封件到一定挤压产生变形以便填塞配合表面的微观凹陷，并把密封件内应力提高到高于被密封的压力。当零件刚度或螺栓预紧力不够大时，配合表面将在油液压力作用下分离，造成间隙或加大由于密封表面不够平而可能从开始就存在的间隙。随着配合表面的运动，静密封就成了动密封。粗糙的配合表面将磨损密封件，变动的间隙将蚕食密封件边缘。方案五：控制油温防止密封件变质：密封件过早变质可能是由多种因素引起的，一个重要因素是油温过高。温度每升高10℃则密封件寿命就会减半，所以应合理设计高效液压系统或设置强制冷却装置，使最佳油液温度保持在65℃以下；工程机械不许超过80℃；另一个因素可能是使用的油液与密封材料的相容性问题，应按使用说明书或有关手册选用液压油和密封件的型式和材质，以解决相容性问题，延长密封件的使用寿命。（五）液压系统故障诊断的一般原则正确分析故障是排除故障的前提，系统故障大部分并非突然发生，发生前总有预兆，当预兆发展到一定程度即产生故障。引起故障的原因是多种多样的，并无固定规律可寻。统计表明，液压系统发生的故障约90%是由于使用管理不善所致为了快速、准确、方便地诊断故障，必须充分认识液压故障的特征和规律，这是故障诊断的基础。以下原则在故障诊断中值得遵循（1）首先判明液压系统的工作条件和外围环境是否正常需首先搞清是设备机械部分或电器控制部分故障，还是液压系统本身的故障，同时查清液压系统的各种条件是否符合正常运行的要求。（2）区域判断根据故障现象和特征确定与该故障有关的区域，逐步缩小发生故障的范围，检测此区域内的元件情况，分析发生原因，最终找出故障的具体所在。（3）掌握故障种类进行综合分析根据故障最终的现象，逐步深入找出多种直接的或间接的可能原因，为避免盲目性，必须根据系统基本原理，进行综合分析、逻辑判断，减少怀疑对象逐步逼近,最终找出故障部位。（4）验证可能故障原因时，一般从最可能的故障原因或最易检验的地方开始，这样可减少装拆工作量，提高诊断速度。（5）故障诊断是建立在运行记录及某些系统参数基础之上的。建立系统运行记录，这是预防、发现和处理故障的科学依据；建立设备运行故障分析表，它是使用经验的高度概括总结，有助于对故障现象迅速做出判断；具备一定检测手段，可对故障做出准确的定量分析。6.2故障诊断方法日常查找液压系统故障的传统方法是逻辑分析逐步逼近断。基本思路是综合分析、条件判断。即维修人员通过观察、听、触摸和简单的测试以及对液压系统的理解，凭经验来判断故障发生的原因。当液压系统出现故障时，故障根源有许多种可能。采用逻辑代数方法，将可能故障原因列表，然后根据先易后难原则逐一进行逻辑判断，逐项逼近，最终找出故障原因和引起故障的具体条件。故障诊断过程中要求维修人员具有液压系统基础知识和较强的分析能力，方可保证诊断的效率和准确性。但诊断过程较繁琐，须经过大量的检查，验证工作，而且只能是定性地分析，诊断的故障原因不够准确。二、液压支架基本知识（一）工作原理液压支架是以高压液体为动力，由液压元件（液压缸和液压阀）与金属结构件组成的一种用来支护和管理顶板的设备。液压支架的两个基本动作是升降和推移。利用乳化泵站提供的高压乳化液体，通过立柱、推移千斤顶来完成各种动作。升降指液压支架升起支撑顶板到下降脱离顶板整个工作过程，这个工作过程包括初撑、承载、降架三个动作阶段。综采工作面布置简图：（二）工作特点通过立柱产生的初撑力给顶