1.1液壓傳動的工作原理及組成1.1.1液壓傳動的工作原理１.液壓千斤頂?shù)墓ぷ髟硎紫龋瑥囊簤呵Ы镯斨謥碛懻撘簤簜鲃拥墓ぷ髟?。液壓千斤頂是一種起重高度低(低于1ｍ)的最簡單的起重設(shè)備。它主要用于廠礦和交通運輸?shù)炔块T，做車輛修理及其他起重和支撐等工作。下面以液壓千斤頂為例簡述液壓傳動的工作原理。如圖1-2(a)所示，液壓千斤頂主要由手動柱塞液壓泵(杠桿1、泵體2、活塞3)和液壓缸(活塞11、缸體12)兩大部分構(gòu)成。工作時，關(guān)閉卸油閥8，向上提起杠桿，活塞3被帶動上升，如圖1-2(b)所示，泵體油腔４的工作容積增大，由于單向閥7受油腔10中油液的作用力而關(guān)閉，油腔4形成真空，油箱6中的油液在大氣壓力的作用下，推開單向閥5的鋼球，進(jìn)入并充滿油腔4。壓下杠桿，活塞3被帶動下移，如圖1-2(c)所示，泵體下一頁返回第1頁/共25頁第一頁，共25頁。1.1液壓傳動的工作原理及組成油腔4的工作容積減小，其內(nèi)的油液在外力的擠壓作用下壓力增大，迫使單向閥5關(guān)閉，而單向閥７的鋼球被推開，油液經(jīng)油管9進(jìn)入缸體油腔10，缸體油腔的工作容積增大，推動活塞11連同重物Ｇ一起上升。反復(fù)提壓杠桿，就能不斷從油箱吸入油液并壓入缸體油腔10，使活塞11和重物不斷上升，從而達(dá)到起重的目的。提壓杠桿的速度越快，單位時間內(nèi)壓入缸體油腔10的油液越多，重物上升的速度越快。重物越重，下壓杠桿的力就越大。停止提壓杠桿，單向閥7被關(guān)閉，缸體油腔中的油液被封閉。此時，重物保持在某一位置不動。若將卸油閥旋轉(zhuǎn)90°，缸體油腔直接連通油箱，油腔10中的油液在重物的作用下流回油箱，活塞11將下降直至恢復(fù)到原位。上一頁下一頁返回第2頁/共25頁第二頁，共25頁。1.1液壓傳動的工作原理及組成從以上液壓千斤頂?shù)墓ぷ鬟^程可以看出，液壓傳動有以下特點：(1)液壓傳動以液體(一般為礦物油)作為傳遞運動和動力的工作介質(zhì)，而且傳遞中必須經(jīng)過兩次能量轉(zhuǎn)換。先把機械能轉(zhuǎn)換為便于傳輸?shù)囊后w的壓力能，然后把液體的壓力能轉(zhuǎn)換為機械能做功。(2)液壓傳動是依靠密閉的容器(或密閉系統(tǒng))內(nèi)密封容積的變化來傳遞運動，通過油液內(nèi)部的壓力來傳遞動力。如果容器不密封，就不能形成必要的壓力；如果密封容積不變化，就不能實現(xiàn)吸油和壓油，也就不能利用受壓液體傳遞運動和動力。上一頁下一頁返回第3頁/共25頁第三頁，共25頁。1.1液壓傳動的工作原理及組成２.機床工作臺液壓傳動系統(tǒng)如圖1-3(a)所示為一簡化了的機床工作臺液壓傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖。液壓泵4在電動機(圖中未畫出)的帶動下旋轉(zhuǎn)，油液由油箱1經(jīng)過濾器2被吸入液壓泵，在液壓泵輸入的壓力作用下，通過手動換向閥9、節(jié)流閥13、換向閥15進(jìn)入液壓缸18的左腔，推動活塞17和工作臺19向右移動，同時液壓缸18右腔的油液經(jīng)換向閥15排回油箱。如果將換向閥15轉(zhuǎn)換成如圖1-3(b)所示的狀態(tài)，則壓力油進(jìn)入液壓缸18的右腔，推動活塞17和工作臺19向左移動，液壓缸18左腔的油液經(jīng)換向閥15排回油箱。工作臺19的移動速度由節(jié)流閥13來調(diào)節(jié)。當(dāng)節(jié)流閥開大時，進(jìn)入液壓缸18的油液增多，工作臺的移動速度增大；當(dāng)節(jié)流閥關(guān)小時，工作臺的移動速度減小。液壓泵4輸出的壓力油除了進(jìn)入節(jié)流閥13以外，其余的打開溢流閥7流回油箱。如果將手動換向閥9轉(zhuǎn)換成如圖1-3(c)所示的狀態(tài)，液壓泵輸出的油液經(jīng)手動換向閥9流回油箱，這時工作臺停止運動，液壓系統(tǒng)處于卸荷狀態(tài)。上一頁下一頁返回第4頁/共25頁第四頁，共25頁。1.1液壓傳動的工作原理及組成1.1.2液壓傳動系統(tǒng)的組成從以上兩個例子可以看出，液壓系統(tǒng)主要由五部分組成。1.動力元件動力元件是將電動機輸入的機械能轉(zhuǎn)換為液體壓力能的能量轉(zhuǎn)換裝置。其作用是為液壓系統(tǒng)提供壓力能。在液壓系統(tǒng)中動力元件是各種液壓泵。2.執(zhí)行元件執(zhí)行元件是將液壓泵輸入的液體壓力能轉(zhuǎn)化為機械能的能量轉(zhuǎn)換裝置。其作用是在壓力油的推動下輸出力和速度(直線運動)，或力矩和轉(zhuǎn)速(回轉(zhuǎn)運動)。這類元件包括液壓缸和液壓電動機。上一頁下一頁返回第5頁/共25頁第五頁，共25頁。1.1液壓傳動的工作原理及組成3.控制調(diào)節(jié)元件控制調(diào)節(jié)元件是用來控制或調(diào)節(jié)液壓系統(tǒng)中油液的壓力、流量和流動方向，保證執(zhí)行元件完成預(yù)期工作的元件。這類元件包括各種壓力控制閥、流量控制閥和方向控制閥等。這些元件的不同組合便形成了不同功能的液壓傳動系統(tǒng)。4.輔助元件輔助元件是指各種管接件、油管、油箱、過濾器、蓄能器和壓力表等。它們主要起連接、輸油、貯油、過濾、貯存壓力能和測量等作用，以保證系統(tǒng)正常工作，是液壓系統(tǒng)不可缺少的組成部分。5.工作介質(zhì)工作介質(zhì)在液壓傳動及控制中起傳遞運動、動力及信號的作用。工作介質(zhì)為液壓油或其他合成液體。上一頁下一頁返回第6頁/共25頁第六頁，共25頁。1.1液壓傳動的工作原理及組成1.1.3液壓傳動系統(tǒng)的符號如圖1-2和圖1-3所示的液壓千斤頂和機床工作臺液壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖，具有直觀性強、容易理解的特點。但其繪制較復(fù)雜，特別是當(dāng)系統(tǒng)中元件較多時，繪制更為困難。為了方便閱讀、分析、設(shè)計和繪制液壓系統(tǒng)，工程實際中，國內(nèi)外都采用圖形符號來表示液壓元件。這些符號只表示元件的功能、操作(控制)方法及外部連接口，不表示元件的具體結(jié)構(gòu)及參數(shù)、連接口的實際位置和元件的安裝位置，并以元件的靜止?fàn)顟B(tài)或零位狀態(tài)來表示。若液壓元件無法用圖形符號表述時，仍允許用半結(jié)構(gòu)原理表示。GB/T7861—1993《液壓氣動圖形符號》對液壓氣動元件的圖形符號作了具體規(guī)定，常用液壓元件及液壓系統(tǒng)其他有關(guān)裝置或器件的圖形符號見相關(guān)手冊。圖1-4所示為使用圖形符號表示的機床工作臺液壓系統(tǒng)工作原理圖。上一頁返回第7頁/共25頁第七頁，共25頁。1.2液壓傳動的優(yōu)缺點及應(yīng)用發(fā)展1.2.1液壓傳動的優(yōu)缺點液壓傳動與機械傳動、電氣傳動、氣壓傳動等相比較，具有以下特點。1.液壓傳動的優(yōu)點(1)在同等功率的情況下，液壓傳動裝置的體積小、質(zhì)量輕、結(jié)構(gòu)緊湊，如液壓電動機的質(zhì)量只有同等功率電動機質(zhì)量的10％～20％。當(dāng)液壓傳動采用同等高壓時，則更容易獲得較大的力或力矩。(2)液壓系統(tǒng)執(zhí)行機構(gòu)的運動比較平穩(wěn)，能在低速下穩(wěn)定運動。當(dāng)負(fù)載變化時，其運動也較穩(wěn)定。同時因其慣性小、反應(yīng)快，所以易于實現(xiàn)快速啟動、制動和頻繁地?fù)Q向。在往復(fù)回轉(zhuǎn)運動時換向可達(dá)每分鐘500次，往復(fù)直線運動時換向可達(dá)每分鐘1000次。下一頁返回第8頁/共25頁第八頁，共25頁。1.2液壓傳動的優(yōu)缺點及應(yīng)用發(fā)展(3)液壓傳動可在大范圍實現(xiàn)無級調(diào)速，調(diào)速比一般可達(dá)100以上，最大可達(dá)2000以上，并且可在液壓裝置運行的過程中進(jìn)行調(diào)速。(4)液壓傳動容易實現(xiàn)自動化，因為它是對液體的壓力、流量和流動方向進(jìn)行控制或調(diào)節(jié)，操縱很方便。當(dāng)采用電液聯(lián)合控制，甚至計算機控制后，可實現(xiàn)大負(fù)載、高精度、遠(yuǎn)程自動控制。(5)液壓裝置易于實現(xiàn)過載保護(hù)且液壓件能自行潤滑，因此使用壽命較長。(6)液壓元件實現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化，便于設(shè)計、制造和使用。上一頁下一頁返回第9頁/共25頁第九頁，共25頁。1.2液壓傳動的優(yōu)缺點及應(yīng)用發(fā)展2.液壓傳動的缺點(1)液壓傳動不能保證嚴(yán)格的傳動比。這是由液壓油的可壓縮性和泄漏等因素所造成的。(2)液壓傳動在工作過程中常有較多的能量損失(如摩擦損失和泄漏損失等)。(3)液壓傳動對油溫的變化比較敏感，工作穩(wěn)定性容易受到溫度變化的影響，因此不宜在溫度變化很大的環(huán)境中工作。(4)為了減少泄漏，液壓元件在制造精度上的要求比較高，因此其造價較高，且對油液的污染比較敏感。(5)液壓傳動出現(xiàn)故障的原因較復(fù)雜，因此故障查找困難?？偟恼f來，液壓傳動的優(yōu)點較為突出，且一些缺點現(xiàn)已大為改善。相信隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，其缺點將得到進(jìn)一步地克服。上一頁下一頁返回第10頁/共25頁第十頁，共25頁。1.2液壓傳動的優(yōu)缺點及應(yīng)用發(fā)展1.2.2液壓傳動技術(shù)發(fā)展概況相對于機械傳動來說，液壓傳動是一門新學(xué)科。從17世紀(jì)中葉帕斯卡提出靜壓傳動原理，繼而18世紀(jì)末英國制成第一臺水壓機算起，液壓傳動技術(shù)至今已有二三百年的歷史。只是由于早期技術(shù)水平和生產(chǎn)需求的不足，液壓傳動技術(shù)沒有得到普遍地應(yīng)用。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，對傳動技術(shù)的要求越來越高，液壓傳動技術(shù)也得到了不斷發(fā)展。特別是在第二次世界大戰(zhàn)期間及戰(zhàn)后，在軍事及建設(shè)需求的刺激下，液壓傳動技術(shù)日趨成熟。上一頁下一頁返回第11頁/共25頁第十一頁，共25頁。1.2液壓傳動的優(yōu)缺點及應(yīng)用發(fā)展第二次世界大戰(zhàn)成功地將液壓傳動裝置用于艦艇炮塔轉(zhuǎn)向器，其后出現(xiàn)了液壓六角車床和磨床。第二次世界大戰(zhàn)期間，隨著功率大、反應(yīng)快、動作準(zhǔn)的液壓傳動和控制裝置在兵器制造上的廣泛應(yīng)用，兵器的性能得到了很大的提高，同時也大大促進(jìn)了液壓技術(shù)的發(fā)展。戰(zhàn)后，液壓技術(shù)迅速轉(zhuǎn)向民用，并隨著各種標(biāo)準(zhǔn)的不斷制訂和完善及各類元件的標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)格化、系列化趨勢，在機械制造，工程機械、農(nóng)業(yè)機械和汽車制造等行業(yè)中推廣開來。近30年來，原子能技術(shù)、航空航天技術(shù)、控制技術(shù)、材料科學(xué)和微電子技術(shù)等學(xué)科的發(fā)展，再次使液壓技術(shù)得到進(jìn)一步發(fā)展，使其發(fā)展成為包括傳動、控制、檢測在內(nèi)的一門完整的自動化技術(shù)，在國民經(jīng)濟(jì)的各個部門都得到應(yīng)用。如今采用液壓傳動的程度已成為衡量一個國家工業(yè)化程度的重要標(biāo)志之一。上一頁下一頁返回第12頁/共25頁第十二頁，共25頁。1.2液壓傳動的優(yōu)缺點及應(yīng)用發(fā)展1.2.3液壓傳動的主要應(yīng)用及發(fā)展方向１.液壓傳動的主要應(yīng)用由于液壓傳動的顯著優(yōu)點，如今，液壓傳動已被廣泛地應(yīng)用在各個領(lǐng)域之中。在機床上，液壓傳動常應(yīng)用在以下的一些裝置中。(1)進(jìn)給運動傳動裝置：磨床砂輪架和工作臺的進(jìn)給運動大部分采用液壓傳動；車床、六角車床、自動車床的刀架或轉(zhuǎn)塔刀架；銑床、刨床、組合機床的工作臺等的進(jìn)給運動也都采用液壓傳動。這些部件有的要求快速移動，有的要求慢速移動。有的則既要求快速移動，也要求慢速移動。這些運動多半要求有較大的調(diào)速范圍，要求在工作中無級調(diào)速；有的要求持續(xù)進(jìn)給，有的要求間歇進(jìn)給；有的要求在負(fù)載變化下速度恒定，有的要求有良好的換向性能等。所有這些要求都是可以用液壓傳動來實現(xiàn)的。上一頁下一頁返回第13頁/共25頁第十三頁，共25頁。1.2液壓傳動的優(yōu)缺點及應(yīng)用發(fā)展(2)往復(fù)主體運動傳動裝置：龍門刨床的工作臺、牛頭刨床或插床的滑枕，由于要求作高速往復(fù)直線運動，并且要求換向沖擊小、換向時間短、能耗低，因此都可以采用液壓傳動(3)仿形裝置：車床、銑床、刨床上的仿形加工可以采用液壓伺服系統(tǒng)來完成。其精度可達(dá)0.01～0.02ｍｍ。此外，磨床上的成形砂輪修正裝置亦可采用這種系統(tǒng)。(4)輔助裝置：機床上的夾緊裝置、齒輪箱變速操縱裝置、絲桿螺母間隙消除裝置、垂直移動部件平衡裝置、分度裝置、工件和刀具裝卸裝置、工件輸送裝置等，采用液壓傳動后，有利于簡化機床結(jié)構(gòu)，提高機床自動化程度。(5)靜壓支承重型機床、高速機床、高精度機床上的軸承、導(dǎo)軌、絲杠螺母機構(gòu)等處采用液體靜壓支承后，可以提高工作平穩(wěn)性和運動精度。液壓傳動在其他機械工業(yè)部門的應(yīng)用情況如表1-1所列。上一頁下一頁返回第14頁/共25頁第十四頁，共25頁。1.2液壓傳動的優(yōu)缺點及應(yīng)用發(fā)展2.液壓傳動的發(fā)展方向(1)液壓傳動正向著高壓、高速、高效、大功率、低噪聲、經(jīng)久耐用、高度集成化的方向發(fā)展。(2)與計算機科學(xué)相結(jié)合。新型液壓元件和液壓系統(tǒng)的計算機輔助設(shè)計(CAD)、計算機輔助測試(CAT)、計算機直接控制(CDC)、計算機實時控制技術(shù)、機電一體化技術(shù)、計算機仿真技術(shù)和優(yōu)化技術(shù)相結(jié)合。(3)與其他相關(guān)科學(xué)結(jié)合。如污染控制技術(shù)和可靠性技術(shù)等方面也是當(dāng)前液壓技術(shù)發(fā)展和研究的方向。(4)開辟新的應(yīng)用領(lǐng)域。上一頁返回第15頁/共25頁第十五頁，共25頁。知識拓展實驗液壓系統(tǒng)組成１.實驗?zāi)康耐ㄟ^對簡單液壓系統(tǒng)的組裝和調(diào)試，更加形象、準(zhǔn)確地了解液壓傳動系統(tǒng)的組成部分，加深對液壓傳動系統(tǒng)工作原理和特點的認(rèn)識。２.實驗設(shè)備液壓傳動實驗臺1部。３.實驗內(nèi)容組裝液壓系統(tǒng)，對液壓系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試。觀察及了解各零件在液壓系統(tǒng)中的作用，分析液壓系統(tǒng)的工作原理，更加直觀地體會液壓傳動的工作特點。液壓傳動系統(tǒng)的組成如圖1-5所示。(1)實驗原理。電機驅(qū)動液壓泵3從油箱中吸油，下一頁返回第16頁/共25頁第十六頁，共25頁。知識拓展將油加壓后輸入油路，經(jīng)節(jié)流閥5、換向閥6進(jìn)入液壓缸7左腔，推動活塞向右運動。液壓缸右腔的油經(jīng)換向閥6和回油管流回油箱。操縱換向閥6的手柄，可改變換向閥的工作位置，從而使油液分別進(jìn)入液壓缸兩腔，推動活塞左右運動。活塞運動速度的大小是靠調(diào)節(jié)節(jié)流閥5節(jié)流口的大小實現(xiàn)的。系統(tǒng)調(diào)壓和穩(wěn)壓則要通過調(diào)節(jié)溢流閥4來實現(xiàn)。液壓系統(tǒng)中負(fù)載大，則系統(tǒng)油壓上升，反之，系統(tǒng)油壓降低。當(dāng)油壓大于溢流閥的調(diào)定壓力時，溢流閥打開，系統(tǒng)油壓穩(wěn)定在溢流閥的調(diào)定值上。由此可見，系統(tǒng)壓力取決于負(fù)載，并隨負(fù)載大小的變化而變化。(2)實驗報告要求。分析本液壓系統(tǒng)各組成部分涉及的液壓元件，分析液壓系統(tǒng)中各元件的作用。上一頁返回第17頁/共25頁第十七頁，共25頁。本章小結(jié)本章主要通過液壓千斤頂和機床工作臺的兩個實例介紹了液壓傳動的工作原理及其組成，以及液壓傳動的特點、應(yīng)用和發(fā)展方向。通過本章的學(xué)習(xí)，對典型液壓系統(tǒng)應(yīng)能區(qū)分其各部分的組成情況，為后面的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。返回第18頁/共25頁第十八頁，共25頁。圖1-1液壓千斤頂返回第19頁/共25頁第十九頁，共25頁。圖1-2液壓千斤頂?shù)墓ぷ髟矸祷?a)工作原理圖；(b)泵的吸油過程；(c)泵的壓油過程1—杠桿；2—泵體；3,11—活塞；4，10—油腔；5，7—單向閥；6—油箱；8—卸油閥；9—油管；12—缸體第20頁/共25頁第二十頁，共25頁。