液压系统基础知识培训

液压系统基础知识培训液压系统概述液压传动的工作原理液压系统的组成及分类液压系统元件的作用及图形符号液压系统常见故障的分析与排除钻机液压回路分析液压传动的工作原理1.传动类型及液压传动的定义一部完整的机器都是由原动机、传动装置和工作机组成。原动机（电动机或内燃机）是机器的动力源；工作机是机器直接对外做功的部分；而传动装置则是设置在原动机和和工作机之间的部分，用于实现动力（或能量）的传递、转换与控制，以满足工作机对力（或转矩）、工作速度（或转速）及位置的要求。按照传动件（或工作介质）的不同，有机械传动、电气传动、流体传动（液体传动和气体传动）及复合传动等。液体传动有包括液力传动和液压传动。液力传动是以动能进行工作的液体传动。液压传动则是以受压液体作为工作介质进行动力（或能量）的转换、传递、控制和分配的液体传动。2.液压传动的工作原理及特征2.1工作原理如图所示，小液压缸10与排油单向阀3、吸油单向阀4一起构成手动液压泵，完成吸油与排油。当向上抬起杠杆时，手动液压泵的小活塞1向上运动，小活塞的下部容腔a的容积增大形成局部真空，致使排油单向阀3关闭，油箱8中的油液在大气压的作用下经吸油管5顶开吸油单向阀4进入a腔。当大活塞2在力F1作用下向下运动时，a腔的容积减小，油液因受挤压，压力升高，于是，被挤出的油液将吸油单向阀4关闭，而将排油单向阀3顶开，经排油管6进入大液压缸11的容腔b，推动大活塞2上移挤压工件（负载F2）。手摇泵的小活塞1不断上下往复运动，工件逐渐被挤扁。当工件被加工成型后，停止小活塞1的运动，则大液压缸11的b腔内油液压力将使排油单向阀3关闭，b腔内的油液被封死，大活塞2连同工件一同被闭锁不动，此时，截止阀9关闭。如打开截止阀9，则大液压缸11的b腔油液经排油管7排回油箱8，于是大活塞2将在自重的作用下下移回复到起始位置。2.2工作特征归纳上述液压模型的工作原理可知，由液压缸10与排油单向阀3、吸油单向阀4一起组成的手动液压泵，将杠杆的机械能转化为油液的压力能输出，完成吸油和排油；大液压缸11将油液的压力能转化为机械能输出，举起重物，手动液压泵和举起重物的液压缸（简称挤压液压缸）组成了简单的液压传动系统，实现了动力（包括力和运动）的传递和转换。其工作特征如下：①力的传递靠液体压力实现，系统的工作压力取决于负载；②运动速度的传递靠容积变化相等原则实现，运动速度取决于流量；③系统的动力传递符合能量守恒定律，压力和流量的乘积等于功率。液压系统的组成及分类液压传动与控制的机械设备或装置中，其液压系统大部分使用具有连续流动性的液压油的工作介质，通过液压泵将驱动泵的机械能转化成液体的压力能，经过压力、流量、方向等各种控制阀，送至执行机构（液压缸、液压马达）中，转换成机械能去驱动负载。这样的液压系统一般都是由动力源、执行机构、控制阀、液压辅助件和液压工作介质等几部分组成，各部分的功能作用见下表：组成部分功能作用动力源原动机（电动机和内燃机）和液压泵将原动机产生的机械能转变为液体的压力能，输出具有一定压力的油液执行机构液压缸、液压马达将液体的压力能转变为机械能，用以驱动工作机构的负载做功，实现往复直线运动、连续回转运动或摆动控制阀压力、流量、方向控制阀和其他控制元件控制调节液压系统中从泵到执行机构的油液的压力、流量和方向，从而控制执行器输出的力（力矩）、速度（转速）和方向，以保证执行器驱动的主机工作机构完成预定的运动规律液压辅助件油箱、油管、过滤器、热交换器、蓄能器及指示仪表等用来存放、提供和回收液压介质，实现液压元件之间的连接以及载能液压介质，滤清液压工作介质中的杂质，保持系统工作过程中所需的介质清洁度，系统加热或散热，储存和释放液压能或吸收液压脉动和冲击，显示系统压力和油温等液压工作介质各类液压油（液）作为系统的载能介质，在传递能量的同时并且润滑、冷却作用一般而言，能够实现某种特定功能的液压元件的组合，称为液压回路。为了实现对某一机器或装置的工作要求，将若干特定的基本功能回路连接或复合而成的总体叫液压系统。以传递动力为主，以传递信息为辅，在液压技术中称为液压传动系统；以传递信息为主，以传递动力为辅，在液压技术中称为液压控制系统。应该指出，传动系统和控制系统在具体结构上往往是合在一起的。按液压系统中油液的循环方式可分为开式系统和闭式系统两类。液压系统元件的作用及图形符号1.液压泵液压泵作为液压系统的动力元件，将原动机（电动机或内燃机）输入的机械能（转矩和角速度）转换为压力能（压力和流量）输出，为执行元件提供压力油。只有液压泵满足以下几个条件才能够正常工作：①结构上，必须有若干个容积可变的密封工作腔；②工作中所有工作腔都能够由小到大，由大到小平稳连续地变化；③必须保证吸油和排油严格分开，即要有配油机构。液压传动系统中使用的液压泵种类繁多，基本分类是：液压泵定量泵齿轮泵外啮合式内啮合式叶片泵单作用式双作用式柱塞泵轴向柱塞式径向柱塞式变量泵叶片泵单作用柱塞泵轴向柱塞式径向柱塞式液压泵的优缺点：①内啮合齿轮泵结构紧凑、运转平稳、噪声小、有良好的高速性能，但加工复杂、流量脉动大、高压低速时容积效率低；外啮合齿轮工艺简单、加工方便；②叶片泵具有结构紧凑、体积小、流量均匀、运动平稳、噪声小、使用寿命长、容积效率高等优点。叶片泵广泛用于完成各种中等负荷的工作。③柱塞泵的泄漏小，容积效率高，流量能调节，一般做为高压泵，但它具有自吸能力差、对油污染敏感和噪声大的缺陷，同时由于高标准的配合精度而造成加工难度大，造价高。2.液压执行元件2.1液压马达液压马达是将液压能转换为机械能的能量转换装置，可以实现连续的旋转运动，它是靠封闭容积变化来工作的。液压马达工作的必须条件和液压泵的工作条件相同，从原理上讲，泵可以作为马达用，马达也可以作为泵用。但是由于两者的功能不同，因此在结构上存在一些差异。例如：①液压泵在结构上必须保证具有自吸能力，而液压马达无这一要求；②液压马达需要较大的启动扭矩；③液压泵的吸油腔一般为真空，为改善吸油性能和抗气蚀能力，通常进口做得比出口大；而液压马达的排油腔的压力稍高于大气压力，所以没有上述要求，进、出油口的尺寸相同；④液压马达需要正、反转，所以在内部结构上具有对称性；而液压泵一般是单向旋转，其内部结构可以不对称。2.2液压缸液压缸是液压系统中的一种执行元件，是将液压能转变成直线往复式的机械能的能量转换装置，它使运动部件实现往复直线运动或摆动。液压缸按其作用方式可分为单作用式和双作用两大类；按其结构形式的不同可以分为活塞式液压缸、柱塞式液压缸、摆动式液压缸、伸缩式液压缸等形式，其中以活塞式液压缸应用最多。三者的图形符号见以下列表：3.液压控制阀液压控制阀是液压系统中用来控制液流的压力、流量及方向的控制元件，是影响液压系统性能和可靠性的重要元件。按照液压阀在系统的功能作用可分为以下三类：①压力控制阀。用来控制和调节液压系统中液体压力的阀类，如溢流阀、减压阀、顺序阀、平衡阀、压力继电器等。②方向控制阀。用来控制液压系统中液流方向的阀类，如单向阀、换向阀等。③流量控制阀。通过改变节流阀口开度来调节通过它的流量，以实现对系统某负载流量控制的阀类，如节流阀、调速阀、分（集）流阀等。按照阀的操纵方式可分为以下几类：①手动控制阀。用手柄及手轮、踏板、杠杆等进行控制。②机械控制阀。用挡块及碰块、弹簧等进行控制。③液压控制阀。利用液体压力所产生的力进行控制。④电液控制阀。采用电动控制（普通电磁铁）和液压控制的组合方式进行控制。⑤电动控制阀。用普通电磁铁。比例电磁铁。力马达、力矩马达、步进电动机等进行控制。综上，液压控制阀的基本参数认为额定流量和额定压力。阀的油口通径D表示其过流能力，因而也代表额定流量。压力控制阀方向控制阀流量控制阀4.液压辅助元件液压系统的辅助元件包括密封件、油管及接头、过滤器、蓄能器、油箱、冷却器、加热器等。①密封限制或防止液压油（或其他流体）泄漏的措施称为密封。在液压系统中，密封的作用不仅是防止液压油的泄漏，还要防止空气和尘埃进入液压系统。液压油的泄漏分内泄和外泄两种。内泄指油液从高压腔向低压腔的泄漏，所泄漏的油液并没有对外做功，其压力能绝大部分转化为热能，使油温升高，油黏度降低，又进一步增加泄漏量，从而降低系统的容积效率，损耗功率。外泄是指油液泄漏于元件外部，会弄脏周围物件，污染环境，外泄一般是不允许的。②油管和管接头油管的作用是保证液压系统工作液体的循环和能量的传输；管接头用于把油管与油管或油管与元件连接起来而构成管路系统。油管和管接头应有足够的强度、良好的密封、较小的压力损失和装拆方便。油管的种类有以下几种：无缝钢管、橡胶软管、纯铜管、棉纶管。③过滤器保持液压油的清洁是保障液压系统能正常工作的重要条件。由于外界尘埃、赃物、装配时元件内的残留物（沙子、铁屑、氧化皮）及油液变质析出物的混入，会使元件相对运动的表面加速磨损、划伤甚至卡死或堵塞细小通道（如阻尼孔），影响工作稳定性，使控制元件失灵。因此，对工作液体进行过滤是十分必要的，这一任务由过滤器来完成。④蓄能器蓄能器又称蓄压器、贮能器，它是一种能把压力油的液压能贮存在耐压容器里，待需要时又将其释放出来的装置。它在液压系统中能起到调节能量、均衡压力、减少设备容积、降低功能消耗及减少系统发热等作用。⑤油箱及冷却器a.油箱油箱是用来贮油、散热、分离油中所含空气和杂质的。b.冷却器建筑机械液压系统油箱中的温度最高不超过80OC。如果油箱靠自然散热作用，其最高油温超过允许值，就应采取冷却措施。液压传动系统根据冷却介质的不同，可分为风冷式和水冷式两种。5.液压工作介质在液压系统中，液压油液是传递动力和信号的工作介质。同时，它还起到润滑、冷却和防锈的作用，液压系统能否有效、可靠地运行，在很大程度上取决于系统中所用的液压油液的性能。对液压工作介质的主要要求：①黏度合适，随温度的变化小。②润滑性良好。③抗氧化。④防锈和不腐蚀金属。⑤同密封材料相容。⑥消泡抗泡性好。液压工作介质使用要点①日常维护a)保持环境整洁，正常操作，防止水分、杂物或空气混入。b)含水型液压油的使用温度不要超过规定值，以免水分过分蒸发。②及时更换③安全液压系统常见故障的分析与排除•液压系统的泄露•水分进入系统产生的故障和内部锈蚀•液压系统的压力失常液压系统的泄漏①泄露的分类泄露分内泄漏和外泄漏两种。根据泄漏的程度有油膜刮漏、渗漏、滴漏和喷漏等多种表现形式。油膜刮漏发生在相对运动部位之间，例如回转体的滑动副、往复运动（如液压缸的活塞杆、手动换向阀的阀芯外伸部位等）；渗漏发生在端盖阀板结合等处；滴漏多发生在管接头等处；喷漏多发生在管子破裂、漏装密封件等处。①漏油的危害外漏造成工作环境污染、浪费资源；内漏造成油温升高、效率下降、工作压力上不去、系统无力、运动速度减慢等多种故障。③漏油的原因a.密封件质量不好、装配不正确而破损、使用日久老化变质、与工作介质不相容等原因造成密封失效。b.相对运动副磨损使配合间隙增大、内泄漏增大，或配合面拉伤而产生内外泄漏。c.油温太高。d.系统使用压力过高。e.密封部件尺寸设计不正确、加工精度不良、装配不好产生内外泄漏。④消除和减少泄漏的方法可在查明产生内外泄漏原因的基础上对症采取对应措施。水分进入系统产生的故障和内部锈蚀①水分等进入液压系统的危害a.水分进入油中，会使液压油乳化，成为白浊状态。这种白浊的乳化油进入液压系统内部，不仅使液压元件内部生锈，同时还降低摩擦运动副的润滑性能，零件磨损加剧，降低系统效率。b.进入水分使液压系统内的铁系金属生锈，剥落的铁锈在液压系统管道和液压元件内流动，蔓延扩散，导致整个系统内部生锈，产生更多的剥落铁锈和氧化生成物，甚至出现很多油泥。这些水分污染物和氧化生成物即成为进一步氧化的催化剂，更导致液压元件的堵死、卡死现象，引起液压系统动作失常、配管堵塞、冷却器效率降低、滤油器堵塞等一系列故障。②水分进入的原因和途径a.油箱盖上因冷热交替而使空气中的水分凝结，变成水珠落入油中。b.液压回路中的水冷式冷却器因密封破坏或冷却管破裂等原因，水漏入油中