情境二復雜機械的液壓傳動任務2履帶車輛的轉(zhuǎn)向液壓傳動一、構(gòu)造與工作狀況1、構(gòu)造圖5－1履帶車輛－挖掘機的外形圖圖5－1履帶車輛－挖掘機的外形圖履帶式與輪式行駛系統(tǒng)相比，有以下特點：一是支承面積大，接地比壓小。因此履帶車輛適合在松軟或泥濘場地進行作業(yè)，下陷度小，滾動阻力也小，通過性能較好。二是履帶支承面上有履齒，不易打滑，牽引附著性能好，有助于發(fā)揮較大的牽引力。三是構(gòu)造復雜，重量大，運動慣性大，緩沖性能差，“四輪一帶”磨損嚴重，造價高，壽命短。因此履帶車輛的行駛速度不能太高，機動性能也較差。四是履帶車輛還可在高溫場地工作，加之其“低比壓”、“大牽引力”的突出優(yōu)點是輪式車輛無法替代的。

2、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)圖：圖圖5－2履帶車輛轉(zhuǎn)向系統(tǒng)發(fā)動機的功率分兩路傳遞，一路通過齒輪傳到變速機構(gòu)，由車輛根據(jù)需要換入所需擋位；另一路由變量泵定量馬達機組傳到兩側(cè)兩個匯流行星排的太陽輪。然后，通過匯流行星排將兩路動力匯合后，分別通過兩側(cè)匯流行星排的行星架輸?shù)絻蓚?cè)履帶。因兩側(cè)太陽輪轉(zhuǎn)動方向相反，因此輸出到兩側(cè)履帶的轉(zhuǎn)速大小不相等，造成兩側(cè)履帶產(chǎn)生速差而使車輛轉(zhuǎn)向。二、轉(zhuǎn)向液壓傳動系統(tǒng)1、傳動系統(tǒng)圖：圖5－3履帶車輛轉(zhuǎn)向液壓系統(tǒng)1－液壓泵2－變量泵圖5－3履帶車輛轉(zhuǎn)向液壓系統(tǒng)1－液壓泵2－變量泵4、5－單向閥向閥6、7－安全溢流閥8－換向閥9－背壓閥10－雙向馬達11－溢流閥2、工作原理當發(fā)動機帶動變量泵2轉(zhuǎn)動時，液壓泵將發(fā)動機的機械能轉(zhuǎn)換為液壓能，輸出壓力油，驅(qū)動馬達10轉(zhuǎn)動。調(diào)節(jié)變量柱塞泵斜盤擺角的大小和方向，即變化液壓泵輸出流量的大小和液流的方向，從而使馬達輸出不同大小和方向的轉(zhuǎn)速。馬達回油與變量泵的吸油口相通，形成閉式回路。由于泵、馬達構(gòu)成的是閉式液壓回路，為了補充閉式回路中因泄漏而造成的油液損失，系統(tǒng)中設有補油系統(tǒng)，如齒輪泵1、單向閥4和5、定壓溢流閥11等；為了使補油系統(tǒng)循環(huán)并帶走變量泵和定量馬達工作中因功率損失而產(chǎn)生的熱量，控制油液的溫度，系統(tǒng)中設有換向閥8和背壓閥9；為避免液壓系統(tǒng)過載，還設有安全溢流閥6和7。三、柱塞泵圖5圖5－4軸向柱塞泵的工作原理1－斜盤2－滑履3－壓板4、8套筒5－柱塞6－彈簧7－缸體9－轉(zhuǎn)軸10－配油盤1、軸向柱塞泵的工作原理軸向柱塞泵的工作原理見圖5－4。軸向柱塞泵的柱塞平行于缸體軸心線。它重要由柱塞5、缸體7、配油盤10和斜盤1等零件構(gòu)成。斜盤1和配油盤10固定不動，斜盤法線和缸體軸線間的交角為。缸體有轉(zhuǎn)軸9帶動旋轉(zhuǎn)，缸體上均勻分布了若干個軸向柱塞孔，孔內(nèi)裝有柱塞5。套筒4在彈簧6作用下，通過壓板3而使柱塞頭部的滑履2和斜盤緊貼，同時套筒8則使缸體7和配油盤10緊密接觸，起密封作用。當缸體按圖示方向轉(zhuǎn)動時，由于斜盤和壓板的作用，迫使柱塞在缸體內(nèi)做往復運動，使各柱塞與缸體間的密封容積增大或縮小變化，通過配油盤的吸油窗口和壓油窗口進行吸油和壓油。當缸孔自最低位置向前上轉(zhuǎn)動（前面半周）時，柱塞在轉(zhuǎn)角～范疇內(nèi)逐步向左伸出，柱塞端部的缸孔內(nèi)密封容積增大，經(jīng)配油盤吸油窗口吸油；柱塞在轉(zhuǎn)角～（里面半周）范疇內(nèi)，柱塞被斜盤逐步壓入缸體，柱塞端部密封容積減小，經(jīng)配油盤排油窗口而壓油。如果變化斜盤傾角的大小，就能變化柱塞的行程長度，也就變化了泵的排量。如果變化斜盤傾角的方向，就能變化泵的吸壓油方向，就成為雙向變量軸向柱塞泵。2、軸向柱塞泵的排量和流量由圖3-12所示，若柱塞數(shù)目為Z，柱塞直徑為，柱塞孔的分布圓直徑為D，斜盤傾角為時，泵的排量V為V=(5－1)設轉(zhuǎn)速為nB,容積效率為，則泵輸出的實際流量為(5－2)由于柱塞的瞬時移動速度不相似，因而輸出流量是脈動的，不同柱塞數(shù)目的柱塞泵，其輸出流量的脈動率也不同。其大小變化規(guī)律見表5-1所示。表5－1柱塞泵的流量脈動率柱塞數(shù)Z56789101112脈動率（%）4.98142.537.81.534.981.023.45由表5－1能夠看出柱塞數(shù)較多并為奇數(shù)時，脈動率較小。故柱塞泵的柱塞數(shù)普通都為奇數(shù)。從構(gòu)造和工藝考慮，常取z=7或z=93、軸向柱塞泵的構(gòu)造圖5－5為手動變量機構(gòu)的軸向柱塞泵構(gòu)造圖。變量時，轉(zhuǎn)動手輪18，使絲桿17隨之轉(zhuǎn)動，帶動變量柱16沿導向鍵作軸向移動，通過軸銷13使支承在變量殼體上的斜盤15繞鋼球的中心轉(zhuǎn)動從而變化了斜盤傾角，也就變化了泵的排量，流量調(diào)好后應將鎖緊螺母19鎖緊。圖5圖5－5斜盤式軸向柱塞泵構(gòu)造圖1－泵體2－內(nèi)套3－定心彈簧4－鋼套5－缸體6－配油盤7－前泵體8－軸9－柱塞10－套筒11－軸承12－滑履13－銷軸14－壓盤15－傾斜盤16－變量柱塞17－絲桿18－手輪19－螺母四、液壓馬達在構(gòu)造上液壓馬達和液壓泵是基本相似的，因此液壓馬達按構(gòu)造也可分為齒輪式、葉片式和柱塞式三大類。液壓馬達是把液壓能轉(zhuǎn)換為機械能的元件。由于泵和馬達兩者的任務和工作條件不同，因此在實際構(gòu)造上存在著一定區(qū)別。1、液壓馬達的重要性能參數(shù)液壓馬達的重要性能參數(shù)有轉(zhuǎn)速nM、轉(zhuǎn)矩T和效率η。（一）轉(zhuǎn)速和容積效率設液壓馬達的排量為VM，轉(zhuǎn)速為nM，不計泄漏損失，液壓馬達需要油液流量為VMnM（理論流量）。由于馬達存在泄漏，故實際所需流量應不不大于理論流量。設馬達的泄漏量為，則實際供應的流量為液壓馬達的容積效率為理論流量和實際流量之比，則液壓馬達的容積效率為（5－3）液壓馬達的轉(zhuǎn)速為（5－4）（二）轉(zhuǎn)矩和機械效率如不考慮馬達的摩擦損失，液壓馬達的理論輸出轉(zhuǎn)矩的公式與泵相似，事實上液壓馬達存在機械損失，由機械損失造成液壓馬達實際輸出轉(zhuǎn)矩T要不大于它的理論輸出轉(zhuǎn)矩Tt。設機械效率為，則（5－5）（5－6）表5-2各類液壓泵的性能比較及應用類型項目齒輪泵雙作用葉片泵限壓式變量葉片泵軸向柱塞泵徑向柱塞泵螺桿泵工作壓力（MPa）＜206.3～21≤720～3510～20＜10轉(zhuǎn)速范疇（r·min-1）300～7000500～4000500～600～6000700～18001000～1800容積效率0.70～0.950.80～0.950.80～0.900.90～0.980.85～0.950.75～0.95總效率0.60～0.850.75～0.850.70～0.850.85～0.950.75～0.920.70～0.85功率重量比中檔中檔小大小中檔流量脈動率大小中檔中檔中檔很小自吸特性好較差較差較差差好對油的污染敏感性不敏感敏感敏感敏感敏感不敏感噪聲大小較大大大很小壽命較短較長較短長長很長單位功率造價最低中檔較高高高較高應用范疇機床，工程機械、農(nóng)機、航空、船舶、普通機械機床、注塑機、液壓機、起重運輸機械、工廠機械、飛機機床、注塑機工程機械鍛壓機械、起重運輸機械、礦山機械、冶金機械、船舶、飛機機床、液壓機、船舶機械精密機床、精密機械、食品、化工、石油、紡織等機械（三）液壓馬達的總效率液壓馬達的總效率為馬達的輸出功率和輸入功率之比，則（5－7）從上式可知，液壓馬達的總效率等于液壓馬達的機械效率和容積效率的乘積。2、葉片式液壓馬達葉片式液壓馬達的工作原理如圖5－6所示，當壓力油通入壓油腔后，在葉片1、3（或5、7）一面上作用有壓力油，另一面則為無壓力油作用，由于葉片1、5受力面積不不大于葉片3、7，從而由于葉片受力差構(gòu)成的力矩使轉(zhuǎn)子和葉片作順時針旋轉(zhuǎn)。根據(jù)液壓馬達要雙向旋轉(zhuǎn)的規(guī)定，葉片式液壓馬達在構(gòu)造上與葉片泵有某些重要區(qū)別。馬達的葉片徑向放置。葉片應始終緊貼定子內(nèi)表面，以確保正常起動，因此，在吸、壓油腔通入葉片根部的通路上應設立單向閥，使葉片底部能與壓力油相通外，還另設彈簧，使葉片始終處在伸出狀態(tài)，確保初始密封。圖5－6圖5－6葉片式液壓馬達工作原理3、軸向柱塞式液壓馬達圖5－7軸向柱塞馬達工作原理在圖5-7的柱塞泵中，當壓力油經(jīng)配油盤通入柱塞底部孔時，此時柱塞泵就變成了軸向柱塞式液壓馬達，柱塞受壓力油作用向外伸出，并緊緊壓在斜盤上，這時斜盤對柱塞產(chǎn)生一反作用力（圖5－7）。由于斜盤傾斜角為，因此可分解為兩個分力，一種軸向力，它和作用在柱塞上的液壓作用力相平衡，另一種分力它使缸體產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。應注意，由于各柱塞在直徑D分布圓上分力產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩是不相等的，因此轉(zhuǎn)矩也是脈動的。但液壓馬達的轉(zhuǎn)速和平均轉(zhuǎn)矩也可按式（5－4）和式（5－6）計算。圖5－7軸向柱塞馬達工作原理五、減壓閥1、減壓閥的工作原理與構(gòu)造特點減壓閥作用是使系統(tǒng)某一支油路獲得比系統(tǒng)壓力低而平穩(wěn)的壓力油的液壓控制閥。減壓閥也有直動和先導式兩種，先導式減壓閥應用較多。減壓閥重要是運用出油口壓力的反饋作用，自動控制閥口的開度，確保出口壓力基本上為彈簧調(diào)定的壓力（圖5-8a圖5－8減壓閥圖5-8所示為先導式減壓閥構(gòu)造，它由先導閥和主閥構(gòu)成。油壓為P1的壓力油流入減壓閥，經(jīng)口x減壓后由出油口流出，其壓力減為p2。出油口油液經(jīng)閥體和下閥蓋上的孔及主閥芯上的阻尼孔e流入主閥芯上腔及先導閥右腔。當出口壓力p2低于先導閥彈簧的調(diào)定壓力時，先導閥呈關閉狀態(tài)，使主閥芯上、下腔油壓相等，它在主閥彈簧力作用下處在最下端位置。這時減壓閥口x開度最大，不起減壓作用，其進、出口油壓基本相等。當p2達成先導閥彈簧調(diào)定壓力時，先導閥啟動，主閥芯上腔油經(jīng)先導閥流回油箱，下腔油經(jīng)阻尼孔向上流動，由于阻尼孔的減壓作用使主閥芯兩端產(chǎn)生壓力差。主閥芯在此壓差作用下向上抬起關小減壓閥口x，閥口壓降△p增加，又由于出口壓力為調(diào)定壓力p2，因而其進口壓力p1值會升高，即P1=P2+△P（或P2=P1－△P），減壓閥開始起減壓作用，使出口壓力P2穩(wěn)定在調(diào)定壓力上。若由于負載增大或進口壓力向上波動而使P2增大，在P2不不大于彈簧調(diào)定值的瞬時，主閥芯立刻上移，使開口x快速減少，△P進一步增大，由上式可知，出口壓力P圖5－8減壓閥減壓閥的閥口為常開型，其泄油口必須由單獨設立的油管通往油箱，且泄油管不能插入油箱液面下列，以免造成背壓，使泄油箱不暢，影響閥的正常工作。當閥的外控口K接一遠程調(diào)壓閥，且遠程調(diào)壓閥的調(diào)定壓力低于減壓閥的調(diào)定壓力時，能夠?qū)崿F(xiàn)二級減壓。2、減壓回路圖5圖5－9減壓回路圖5-9是夾緊機構(gòu)中慣用的減壓回路。回路中串聯(lián)一種減壓閥，這樣能使夾緊支路獲得穩(wěn)定的夾緊力，當系統(tǒng)壓力有波動時，減壓閥出口壓力可穩(wěn)定不變。圖中單向閥的作用是當主系統(tǒng)壓力下降到低于減壓閥調(diào)定壓力（如主油路中液壓缸快速運動）時，避免油倒流，起到短時保壓作用，使夾緊缸的夾緊力在短時間內(nèi)保持不變。為了確保安全，夾緊回路中常采用帶定位的二位四通電磁換向閥，或采用失電夾緊的二位四通電磁換向閥換向，避免在電路出現(xiàn)故障時松開工件出事故。為使減壓回路可靠地工作，其減壓閥的最高調(diào)定壓力應比系統(tǒng)調(diào)定壓力低一定的數(shù)值。例如，中壓系統(tǒng)約低0.5MPa，中高壓系統(tǒng)約低1MPa，否則減壓閥不能正常工作。六、容積調(diào)速回路節(jié)流調(diào)速回路有節(jié)流或溢流損失，只適合于小功率液壓系統(tǒng)。而運用變化變量泵或變量液壓馬達的排量來調(diào)節(jié)執(zhí)行元件運動速度的回路稱為容積調(diào)速回路。這種調(diào)速回路無溢流損失和節(jié)流損失，故效率高、發(fā)熱少，合用于高壓大流量的液壓系統(tǒng)。容積調(diào)速回路按油液循環(huán)方式的不同，有開式和閉式兩種。根據(jù)液壓泵與執(zhí)行元件組合方式的不同，容積調(diào)速回路有四種形式，它們的構(gòu)成及調(diào)速特性分析以下：1、變量泵—液壓缸容積調(diào)速回路 圖5-10a設液壓泵的排量為VB，轉(zhuǎn)速為nB，液壓缸的有效工作面積為A，活塞的速度為，液壓泵輸出壓力為PB，液壓泵輸出功率為PBN，則（5－8）（5－9）圖圖5－10變量泵－液壓缸容積調(diào)速回路1－變量泵2－單向閥3－安全閥4－換向閥5－液壓缸6－背壓閥由式（5－8）可見，活塞的運動速度與泵的排量VB成正比，即變化變量泵的排量時，即可變化活塞的速度。如果不計回路的損失，則液壓缸的輸出功率PM與液壓泵輸出功率相等，由式（5－9）可知，液壓缸的輸出功率也與泵的排量VB成正比。該回路的調(diào)速特性如圖5－10b所示。從公式（5－8）知，只要泵的排量和轉(zhuǎn)速不變，液壓缸的速度就不變，但當負載增加壓力升高時，其泄漏量增加，使活塞速度明顯減少，這就是υ—F特性向下傾斜的因素，如圖5－10C所示。這種容積調(diào)速回路慣用于插床、拉床、壓力機、推土機、升降機等大功率的液壓系統(tǒng)中。2、變量泵—定量液壓馬達容積調(diào)速回路圖5－11變量泵－定量馬達容積調(diào)速回路及其特性圖5－11變量泵－定量馬達容積調(diào)速回路及其特性1－輔助泵2－變量泵3－安全閥4－定量液壓馬達5－溢流閥6－單向閥設液壓馬達的排量VM，轉(zhuǎn)速為nM，工作壓力為PM，輸出轉(zhuǎn)矩為TM，；輸出功率為PMN，若不考慮回路損失，則有(5－10)(5－11)由式（5－10）可知，液壓馬達的輸出轉(zhuǎn)速nM與變量泵的排量VB成正比，調(diào)節(jié)VB即可調(diào)節(jié)馬達的轉(zhuǎn)速。由式（6-4）可知，馬達的輸出功率PMN等于泵的輸出功率PBN，它也與變量泵的排量VB成正比。若不計損失，液壓馬達的液壓功率（）與其輸出的機械功率（）相等，即 故 (5－12)由于采用定量液壓馬達，為定值，而回路的工作壓力由安全閥限定不變，因此液壓馬達能輸出的最大轉(zhuǎn)矩為定值，故該回路為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速?；芈返恼{(diào)速特性如圖5－11b所示。上述兩種容積調(diào)速回有下列共同特性：（1）調(diào)節(jié)變量泵的排量便可調(diào)節(jié)液壓缸的速度或液壓馬達的轉(zhuǎn)速。由于變量泵的流量能夠調(diào)的很小，因此液壓缸或液壓馬達能夠獲得很低的速度，調(diào)速范疇寬。（2）在不計系統(tǒng)損失和變量泵輸出壓力調(diào)定的狀況下，從上述公可知，液壓缸能輸出恒推力和液壓馬達能輸出恒轉(zhuǎn)矩。以上兩點對于設計液壓系統(tǒng)時可充足運用。3、定量泵—變量液壓馬達容積調(diào)速回路圖5－12a(5－13)(5－14)由式（5－13）可知，液壓馬達輸出轉(zhuǎn)速與馬達的排量成反比。即越小時，越高。但不能太小，更不能為零。否則將會因太高而出事故。由式（5－14）可知，液壓馬達的輸出轉(zhuǎn)矩與馬達的排量成正比，即馬達的排量越大，其輸出的轉(zhuǎn)矩也越大。圖圖5－12定量泵－變量液壓馬達容積調(diào)速回路及其特性1－單向閥2－定量泵3－安全閥4－變量液壓馬達5－溢流閥6－輔助泵若不計損失，液壓馬達的輸出功率等于定量泵的輸出功率=定值)。即由上式可知，液壓馬達的輸出功率在調(diào)速過程中保持恒定，因此也稱為恒功率調(diào)速。由此可知液壓馬達的輸出轉(zhuǎn)矩與液壓馬達的轉(zhuǎn)速成反比，即隨著液壓馬達的轉(zhuǎn)速的提高，其輸出轉(zhuǎn)矩減小?；芈返恼{(diào)速特性如圖5－12b所示。這種調(diào)速回路調(diào)速范疇較小，由于