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一個完整的液壓系統(tǒng)由五個部分組成,即能源裝置、執(zhí)行裝置、控制調節(jié)裝置、輔助裝置、液體介質。液壓由于其傳遞動力大,易于傳遞及配置等特點,在工業(yè)、民用行業(yè)應用廣泛。液壓系統(tǒng)的執(zhí)行元件(液壓缸和液壓馬達)的作用是將液體的壓力能轉換為機械能,從而獲得需要的直線往復運動或回轉運動。液壓系統(tǒng)的能源裝置(液壓泵)的作用是將原動機的機械能轉換成液體的壓力能。

第一次世界大戰(zhàn)(1914-1918)后液壓傳動廣泛應用,特別是1920年以后,發(fā)展更為迅速。液壓元件大約在 19 世紀末 20 世紀初的20年間,才開始進入正規(guī)的工業(yè)生產階段。1925 年維克斯(F.Vikers)發(fā)明了壓力平衡式葉片泵,為近代液壓元件工業(yè)或液壓傳動的逐步建立奠定了基礎。20 世紀初康斯坦丁o尼斯克(GoConstantimsco)對能量波動傳遞所進行的理論及實際研究;1910年對液力傳動(液力聯(lián)軸節(jié)、液力變矩器等)方面的貢獻,使這兩方面領域得到了發(fā)展。

第二次世界大戰(zhàn)(1941-1945)期間,在美國機床中有30%應用了液壓傳動。應該指出,日本液壓傳動的發(fā)展較歐美等國家晚了近 20 多年。在1955年前后,日本迅速發(fā)展液壓傳動,1956 年成立了"液壓工業(yè)會"。近20~30 年間,日本液壓傳動發(fā)展之快,居世界領先地位。

液壓傳動有許多突出的優(yōu)點,因此它的應用非常廣泛,如一般工業(yè)用的塑料加工機械、壓力機械、機床等;行走機械中的工程機械、建筑機械、農業(yè)機械、汽車等;鋼鐵工業(yè)用的冶金機械、提升裝置、軋輥調整裝置等;土木水利工程用的防洪閘門及堤壩裝置、河床升降裝置、橋梁操縱機構等;發(fā)電廠渦輪機調速裝置、核發(fā)電廠等等;船舶用的甲板起重機械(絞車)、船頭門、艙壁閥、船尾推進器等;特殊技術用的巨型天線控制裝置、測量浮標、升降旋轉舞臺等;軍事工業(yè)用的火炮操縱裝置、船舶減搖裝置、飛行器仿真、飛機起落架的收放裝置和方向舵控制裝置等。

一個完整的液壓系統(tǒng)由五個部分組成,即動力元件、執(zhí)行元件、控制元件、輔助元件和工作介質。

動力元件的作用是將原動機的機械能轉換成液體的壓力能。動力元件指液壓系統(tǒng)中的液壓泵,它向整個液壓系統(tǒng)提供動力。液壓泵的結構形式一般有齒輪泵、葉片泵、柱塞泵、螺桿泵。

執(zhí)行元件的作用是將液體的壓力能轉換為機械能,驅動負載作直線往復運動或回轉運動。執(zhí)行元件有液壓缸和液壓馬達。

控制元件(即各種液壓閥)在液壓系統(tǒng)中控制和調節(jié)液體的壓力、流量和方向。

根據控制功能的不同,液壓閥可分為壓力控制閥、流量控制閥和方向控制閥。壓力控制閥又分為溢流閥(安全閥)、減壓閥、順序閥、壓力繼電器等;流量控制閥包括節(jié)流閥、調整閥、分流集流閥等;方向控制閥包括單向閥、液控單向閥、梭閥、換向閥等。根據控制方式不同,液壓閥可分為開關式控制閥、定值控制閥和比例控制閥。

輔助元件包括蓄能器、過濾器、冷卻器、加熱器、油管、管接頭、油箱、壓力計、流量計、密封裝置等,它們起連接、儲油、過濾和測量油液壓力等輔助作用,可參考《液壓傳動》《液壓系統(tǒng)設計叢書》。

工作介質是指各類液壓傳動中的液壓油或乳化液,有各種礦物油、乳化液和合成型液壓油等幾大類。液壓系統(tǒng)就是通過其實現(xiàn)運動和動力傳遞的。

液壓元件可分為動力元件和控制元件以及執(zhí)行元件三大類。盡管都是液壓元件,它們的自身功能和安裝使用的技術要求也不盡相同,現(xiàn)分別介紹如下:

動力元件:指的是各種液壓泵,齒輪泵、葉片泵、柱塞泵、螺桿泵。

1、齒輪油泵和串聯(lián)泵(包括外嚙合與內嚙合)兩種結構型式。

2、葉片油泵(包括單級泵、變量泵、雙級泵、雙聯(lián)泵)。

3、柱塞油泵,又分為軸向柱塞油泵和徑向柱塞油泵,軸向柱塞泵有定量泵、變量泵、(變量泵又分為手動變量與壓力補償變量、伺服變量等多種)從結構上又分為端面配油和閥式配油兩種配油方式,而徑向柱塞泵的配油型式,基本上為閥式配油。);

執(zhí)行元件:液壓缸和液壓馬達,液壓缸有活塞液壓缸、柱塞液壓缸、擺動液壓缸、組合液壓缸;液壓馬達有齒輪式液壓馬達、葉片液壓馬達、柱塞液壓馬達;

控制元件:方向控制閥、單向閥、換向閥;

壓力控制閥:溢流閥、減壓閥、順序閥、壓力繼電器等;

流量控制閥:節(jié)流閥、調速閥、分流閥;

輔助元件:除上述三部分以外的其它元件,包括壓力表、濾油器、蓄能裝置、冷卻器、管件{主要包括: 各種管接頭(擴口式、焊接式、卡套式,sae法蘭)、高壓球閥、快換接頭、軟管總成、測壓接頭、管夾等}及油箱等,它們同樣十分重要。

優(yōu)點

與機械傳動、電氣傳動相比,液壓傳動具有以下優(yōu)點:

1、液壓傳動的各種元件,可以根據需要方便、靈活地來布置。

2、重量輕、體積小、運動慣性小、反應速度快 。

3、操縱控制方便,可實現(xiàn)大范圍的無級調速(調速范圍達2000:1)。

4、可自動實現(xiàn)過載保護。

5、一般采用礦物油作為工作介質,相對運動面可自行潤滑,使用壽命長。

6、很容易實現(xiàn)直線運動。

7、很容易實現(xiàn)機器的自動化,當采用電液聯(lián)合控制后,不僅可實現(xiàn)更高程度的自動控制過程,而且可以實現(xiàn)遙控。

缺點

1、由于流體流動的阻力和泄露較大,所以效率較低。如果處理不當,泄露不僅污染場地,而且還可能引起火災和爆炸事故。

2、由于工作性能易受到溫度變化的影響,因此不宜在很高或很低的溫度條件下工作。

3、液壓元件的制造精度要求較高,因而價格較貴。

4、由于液體介質的泄露及可壓縮性影響,不能得到嚴格的傳動比。

5、液壓傳動出故障時不易找出原因;使用和維修要求有較高的技術水平。

系統(tǒng)形式

液壓元件逐步實現(xiàn)了標準化、系列化,其規(guī)格、品種、質量、性能都有了很大提高,尤其是采用電子技術、伺服技術等新技術新工藝后,液壓系統(tǒng)的質量得到了顯著的提高,其在國民經濟及軍事工業(yè)中發(fā)揮了重大作用。從不同的角度出發(fā),可以把液壓系統(tǒng)分成不同的形式。

1、按油液的循環(huán)方式,液壓系統(tǒng)可分為開式系統(tǒng)和閉式系統(tǒng)。開式系統(tǒng)是指液壓泵從油箱吸油,油經各種控制閥后,驅動液壓執(zhí)行元件,回油再經過換向閥回油箱。這種系統(tǒng)結構較為簡單,可以發(fā)揮油箱的散熱、沉淀雜質作用,但因油液常與空氣接觸,使空氣易于滲入系統(tǒng),導致機構運動不平穩(wěn)等后果。開式系統(tǒng)油箱大,油泵自吸性能好。閉式系統(tǒng)中,液壓泵的進油管直接與執(zhí)行元件的回油管相連,工作液體在系統(tǒng)的管路中進行封閉循環(huán)。其結構緊湊,與空氣接觸機會少,空氣不易滲入系統(tǒng),故傳動較平穩(wěn)。工作機構的變速和換向靠調節(jié)泵或馬達的變量機構實現(xiàn),避免了開式系統(tǒng)換向過程中所出現(xiàn)的液壓沖擊和能量損失。但閉式系統(tǒng)較開式系統(tǒng)復雜,因無油箱,油液的散熱和過濾條件較差。為補償系統(tǒng)中的泄漏,通常需要一個小流量的補油泵和油箱。由于單桿雙作用油缸大小腔流量不等,在工作過程中會使功率利用下降,所以閉式系統(tǒng)中的執(zhí)行元件一般為液壓馬達。

2、按系統(tǒng)中液壓泵的數目,可分為單泵系統(tǒng),雙泵系統(tǒng)和多泵系統(tǒng)。

3、按所用液壓泵形式的不同,可分為定量泵系統(tǒng)和變量泵系統(tǒng)。變量泵的優(yōu)點是在調節(jié)范圍之內,可以充分利用發(fā)動機的功率,但其結構和制造工藝復雜,成本高,可分為手動變量、盡可能控變量、伺服變量、壓力補償變量、恒壓變量、液壓變量等多種方式。

4、按向執(zhí)行元件供油方式的不同,可分為串聯(lián)系統(tǒng)和并聯(lián)系統(tǒng)。串聯(lián)系統(tǒng)中,上一個執(zhí)行元件的回油即為下一個執(zhí)行元件的進油,每通過一個執(zhí)行元件壓力就要降低一次。在串聯(lián)系統(tǒng)中,當主泵向多路閥控制的各執(zhí)行元件供油時,只要液壓泵的出口壓力足夠,便可以實現(xiàn)各執(zhí)行元件的運動的復合。但由于執(zhí)行元件的壓力是疊加的,所以克服外載能力將隨執(zhí)行元件數量的增加而降低。并聯(lián)系統(tǒng)中,當一臺液壓泵向一組執(zhí)行元件供油時,進入各執(zhí)行元件的流量只是液壓泵輸出流量的一部分。流量的分配隨各件上外載荷的不同而變化,首先進入外載荷較小的執(zhí)行元件,只有當各執(zhí)行元件上外載荷相等時,才能實現(xiàn)同時動作。全液壓傳動機械性能的優(yōu)劣,主要取決于液壓系統(tǒng)性能的好壞,包括所用元件質量優(yōu)劣,基本回路是否恰當等。系統(tǒng)性能的好壞,除滿足使用功能要求外,應從液壓系統(tǒng)的效率、功率利用、調速范圍和微調特性、振動和噪聲以及系統(tǒng)的安裝和調試是否方便可靠等方面進行�，F(xiàn)代工程機械幾乎都采用了液壓系統(tǒng),并且與電子系統(tǒng)、計算機控制技術結合,成為現(xiàn)代工程機械的重要組成部分。

原理

它是由兩個大小不同的液缸組成的,在液缸里充滿水或油。充水的叫"水壓機";充油的稱"油壓機"。兩個液缸里各有一個可以滑動的活塞,如果在小活塞上加一定值的壓力,根據帕斯卡定律,小活塞將這一壓力通過液體的壓力傳遞給大活塞,將大活塞頂上去。設小活塞的橫截面積是S1,加在小活塞上的向下的壓力是F1。于是,小活塞對液體的壓強為P=F1/SI,能夠大小不變地被液體向各個方向傳遞"。大活塞所受到的壓強必然也等于P。若大活塞的橫截面積是S2,壓強P在大活塞上所產生的向上的壓力F2=PxS2,截面積是小活塞橫截面積的倍數。從上式知,在小活塞上加一較小的力,則在大活塞上會得到很大的力,為此用液壓機來壓制膠合板、榨油、提取重物、鍛壓鋼材等 。

液壓原理在一定的機械、電子系統(tǒng)內,依靠液體介質的靜壓力,完成能量的積壓、傳遞、放大,實現(xiàn)機械功能的輕巧化、科學化、最大化。

利用液壓原理,可以構建液壓傳動系統(tǒng),也可以構建液壓控制系統(tǒng)。

清洗

對于小型潤滑系統(tǒng),可利用和設備規(guī)定的液壓油相同的油品進行清洗工作。清洗過后的油不再符合潤滑的要求,而且包含雜質太多,清洗完畢后必須徹底排除。經清洗后的潤滑系統(tǒng)再加入規(guī)定的液壓油。

有些液壓設備維修后,用金屬清洗劑或肥皂水清洗系統(tǒng),再加液壓油進行試機,發(fā)現(xiàn)泡沫大,油壓不穩(wěn),認為該品牌的液壓油質量差,把油排凈后換另一品牌的油工作正常,就斷定前一油差后一油好,其實這是冤案,前油替后油"受了過",由于系統(tǒng)中殘存的金屬清洗劑中的表面活性劑組分污染了前油而使其抗泡性變差,使設備工作異常,前油排凈時也同時把系統(tǒng)沖刷干凈,后油也就正常了,類似情況經常發(fā)生。濾油就用油性濾紙,幾塊錢一張,將近半平方米。省事點就用汽車機油濾清器改裝。做或買一個夠大的油箱,側面下部裝濾紙或濾清器,箱上部裝個氣嘴接頭,接上氣泵加壓,就能濾了。其他部分可以自己想了。

1、發(fā)熱 由于傳力介質(液壓油)在流動過程中存在各部位流速的不同,導致液體內部存在一定的內摩擦,同時液體和管路內壁之間也存在摩擦,這些都是導致液壓油溫度升高的原因。溫度升高將導致內外泄漏增大,降低其機械效率。同時由于較高的溫度,液壓油會發(fā)生膨脹,導致壓縮性增大,使控制動作無法很好的傳遞。解決辦法:發(fā)熱是液壓系統(tǒng)的固有特征,無法根除只能盡量減輕。使用質量好的液壓油、液壓管路的布置中應盡量避免彎頭的出現(xiàn)、使用高質量的管路以及管接頭、液壓閥等。

2、振動 液壓系統(tǒng)的振動也是其痼疾之一。由于液壓油在管路中的高速流動而產生的沖擊以及控制閥打開關閉過程中產生的沖擊都是系統(tǒng)發(fā)生振動的原因。強的振動會導致系統(tǒng)控制動作發(fā)生錯誤,也會使系統(tǒng)中一些較為精密的儀器發(fā)生錯誤,導致系統(tǒng)故障。解決辦法:液壓管路應盡量固定,避免出現(xiàn)急彎。避免頻繁改變液流方向,無法避免時應做好減振措施。整個液壓系統(tǒng)應有良好的減振措施,同時還要避免外來振源對系統(tǒng)的影響。

3、泄漏 液壓系統(tǒng)的泄漏分為內泄漏和外泄漏。內泄漏指泄漏過程發(fā)生在系統(tǒng)內部,例如液壓缸活塞兩邊的泄漏、控制閥閥芯與閥體之間的泄漏等。內泄漏雖然不會產生液壓油的損失,但是由于發(fā)生泄漏,既定的控制動作可能會受到影響,直至引起系統(tǒng)故障。外泄漏是指發(fā)生在系統(tǒng)和外部環(huán)境之間的泄漏。液壓油直接泄漏到環(huán)境中,除了會影響系統(tǒng)的工作環(huán)境外,還會導致系統(tǒng)壓力不夠引發(fā)故障。泄漏到環(huán)境中的液壓油還有發(fā)生火災的危險。解決辦法:采用質量較好的密封件,提高設備的加工精度 。

另:對于液壓系統(tǒng)這三大頑疾,有人進行了總結:"發(fā)燒、拉稀帶得瑟"(這位總結者是東北人)。液壓系統(tǒng)用于升降機,挖掘機,泵站,強夯機,起重機,等等大型工業(yè),建筑,工廠,企業(yè),還有升降機,升降平臺,登車橋等等行業(yè)。

在液壓系統(tǒng)圖分析排除故障時,主要方法是"抓兩頭"——即抓動力源(液壓泵)和執(zhí)行元件(液壓油缸、液壓馬達),然后是"連中間",即從動力源到執(zhí)行元件之間經過的管路和控制元件。"抓兩頭"時,要分析故障是否就出在液壓泵、液壓油缸和液壓馬達本身。"連中間"時除了要注意分析故障是否出在所連線路上液壓元件外,還要特別注意弄清楚系統(tǒng)從一個工作狀態(tài)轉移到另一個工作狀態(tài)時是采用哪種控制方式,控制信號是否有誤,要針對實物,逐一檢查,要注意各個主油路之間及主油路與控制油路之間有無接錯而產生相互干涉現(xiàn)象,如有相互干涉現(xiàn)象,要分析是何等使用調節(jié)錯誤等。

二、利用因果圖查找液壓故障

利用因果圖(又稱魚刺圖)分析方法,對液壓設備出現(xiàn)的故障進行分析,既能較快地找出故障主次原因,又能積累排除故障的經驗。

因果圖分析法,可以用將維護管理與查找故障密切結合起來,因而被廣泛采用。

三、應用鐵譜技術對液壓系統(tǒng)的故障進行診斷和狀態(tài)監(jiān)控

鐵譜技術是以機械摩擦副的磨損為基本出發(fā)點,借助于鐵譜儀把液壓油中的磨損顆粒和其他污染顆粒分離出來,并制成鐵譜片,然后置于鐵譜顯微鏡或掃描電子顯微鏡下進行觀察,或按尺寸大小依次沉積在玻璃管內,應用光學方法進行定量檢測。通過以上分析,可以準確地獲得系統(tǒng)內有關磨損方面的重要信息。據此進一步研究磨損現(xiàn)象,監(jiān)測磨損狀態(tài),診斷故障前兆,最后作出系統(tǒng)失效預報。

鐵譜技術能有效地應用于工程機械液壓系統(tǒng)油液污染程度的檢測,監(jiān)控,磨損過程的分析和故障診斷,并且具有直觀、準確、信息多等優(yōu)點。因此,他已成為對機械工程液壓系統(tǒng)故障進行診斷分析的有力工具。

四、利用故障現(xiàn)象與故障原因相關分析表查找液壓故障

根據工作實踐,總結出故障現(xiàn)象與故障原因相關關系表(或由廠家提供),可以用于一般液壓故障的查找和處理。

五、利用設備的自診斷功能查找液壓故障

隨著電子技術的不斷發(fā)展,2012年,許多大中型工程機械,采用了電子計算機控制、通過接口電路及傳感技術,對其液壓系統(tǒng)進行自診斷,并顯示在熒光屏上,使用、維修者可根據顯示故障的內容進行故障排除。

六、液壓機的維護保養(yǎng)正確使用機器設備,認真進行維護保養(yǎng)和嚴格執(zhí)行安全操作規(guī)程,是延長設備使用壽命,保證安全生產的必要條件,因此,操作者除應熟悉機器結構性能外,還應注意以下各點。

1、液壓站的調試及維修需要專業(yè)人員,液壓組件拆卸時,應將零件放在干凈的地方。各個有密封的表面不能有劃傷現(xiàn)象。

2、液壓油是液壓站工作時的能量傳遞介質,液壓油的質量、清潔度、粘度對液壓泵、液壓閥及液壓缸的壽命起到了主導地位,故在使用液壓站時應高度重視液壓油的質量和保持液壓油的清潔。液壓系統(tǒng)用油,必須經過嚴格的過濾,在液壓系統(tǒng)中應配置濾油器。

3、在保證系統(tǒng)正常工作的條件下,液壓泵的壓力應盡量調得低些,背壓閥的壓力也盡可能調得低些,以減少能量損耗,減少發(fā)熱。

4、為了防止灰塵和水等落入油液,油箱周圍應保持清潔,應定期進行維護保養(yǎng)。

5、油箱的液面要經常保持足夠的高度,使系統(tǒng)中的油液有足夠的循環(huán)冷卻條件,并注意保持油箱、油管等設備的清潔,以有利于散熱。一般油溫在30℃-55℃為安全溫度是最適當的使用溫度,性能最高,壽命最長。油溫逾60℃,每上升8℃,其使用壽命將次第減半。

6、應盡量防止系統(tǒng)中各處的壓力低于大氣壓力,同時應使用良好的密封裝置,密封失效時應及時更換,所有受力螺釘如:缸口導套螺釘、活塞桿法蘭螺釘等,要定期緊固以防松動。防止空氣進入液壓系統(tǒng)、漏油。

7、有水冷卻器的系統(tǒng),應保持冷卻水量充足,管路暢通。有風冷卻器的系統(tǒng),應保持通風順暢。防止油溫過高。

8、有過濾器的系統(tǒng),應定期清理或更換濾芯(約一個月),防止堵塞,油溫上升過快,嚴重時會造成液壓組件或油泵破裂。

9、系統(tǒng)工作壓力是通過調壓閥來調定液壓泵的輸出壓力。一般情況,調定的壓力不能超過其原來設計的額定壓力,否則有可能造成液壓泵損壞、液壓閥卡死或電機燒壞等等現(xiàn)象。

10、液壓閥及集成塊的字母代號說明P為壓力油口,T為回油口。A、B為接執(zhí)行組件(液壓缸)的工作油口。X或K為液壓組件外控油口,Y或R為液壓組件外泄油口。

11、為保證壓機可靠運行,壓機某些元件在達到使用壽命周期后,建議用戶必須予以更換。12、將保養(yǎng)中已解決與未解決的主要問題記錄入檔,作為下次保養(yǎng)或安排檢修計劃的資料依據。

2、防銹:油缸安裝在機體上以后,如果活塞在伸出的情況下放置時,必須在活塞桿的露出部分涂敷油脂。

3、速度:一般規(guī)格的油缸,當動作速度超過2m/s時,其使用壽命將會受到影響。以0.3m/s作為沖程末端的場合,為了保護機構和安全起見,建議內部安裝緩沖機構。另外,使油缸停止時,為了保護油缸機構和安全起見,線路上也必須考慮,以防止發(fā)生很大的沖擊。為了增加油缸的回油量,線路設計時應該特別注意。在0.5m/min以下低速運轉時,將會影響到動作性(特別是振動),所以,低速運轉時,應該進行洽談。

4、運轉:運轉初期,必須完全排清油缸內的空氣。殘留空氣的場合,采取低速充分運轉,排除空氣。如果油缸內殘留空氣受急劇夾壓時,那么,由于液壓油的作用,有可能使密封圈燒損。另外,動作中如果油缸內部產生負壓,那么,將有可能由于氣蝕作用而發(fā)生異常。

液壓馬達習慣上是指輸出旋轉運動的,將液壓泵提供的液壓能轉變?yōu)闄C械能的能量轉換裝置。

特點及分類

從能量轉換的觀點來看,液壓泵與液壓馬達是可逆工作的液壓元件,向任何一種液壓泵輸入工作液體,都可使其變成液壓馬達工況;反之,當液壓馬達的主軸由外力矩驅動旋轉時,也可變?yōu)橐簤罕霉�況。因為它們具有同樣的基本結構要素——密閉而又可以周期變化的容積和相應的配油機構。

但是,由于液壓馬達和液壓泵的工作條件不同,對它們的性能要求也不一樣,所以同類型的液壓馬達和液壓泵之間,仍存在許多差別。首先液壓馬達應能夠正、反轉,因而要求其內部結構對稱;液壓馬達的轉速范圍需要足夠大,特別對它的最低穩(wěn)定轉速有一定的要求。因此,它通常都采用滾動軸承或靜壓滑動軸承;其次液壓馬達由于在輸入壓力油條件下工作,因而不必具備自吸能力,但需要一定的初始密封性,才能提供必要的起動轉矩。由于存在著這些差別,使得液壓馬達和液壓泵在結構上比較相似,但不能可逆工作。

液壓馬達按其結梅類型來分可以分為齒輪式、葉片式、柱塞式和其它型式。按液壓馬達的額定轉速分為高速和低速兩大類。額定轉速高于500r/min的屬于高速液壓馬達,額定轉速低于500r/min的屬于低速液壓馬達。高速液壓馬達的基本型式有齒輪式、螺桿式、葉片式 和軸向柱塞式等。它們的主要特點是轉速較高、轉動慣量小,便于啟動和制動,調節(jié)(調速及換向)靈敏度高。通常高速液壓馬達輸出轉矩不大所以又稱為高速小轉矩液壓馬達。低速液壓馬達的基本型式是徑向柱塞式,此外在軸向柱塞式、葉片式和齒輪式中也有低速的結構型式,低速液壓馬達的主要特點是排量大、體積大轉速低(有時可達每分鐘幾轉甚至零點幾轉),因此可直接與工作機構連接,不需要減速裝置,使傳動機構大為簡化,通常低速液壓馬達輸出轉矩較大,所以又稱為低速大轉矩液壓馬達。

工作原理

1、葉片式液壓馬達

由于壓力油作用,受力不平衡使轉子產生轉矩。葉片式液壓馬達的輸出轉矩與液壓馬達的排量和液壓馬達進出油口之間的壓力差有關,其轉速由輸入液壓馬達的流量大小來決定。由于液壓馬達一般都要求能正反轉,所以葉片式液壓馬達的葉片要徑向放置。為了使葉片根部始終通有壓力油,在回、壓油腔通人葉片根部的通路上應設置單向閥,為了確保葉片式液壓馬達在壓力油通人后能正常啟動,必須使葉片頂部和定子內表面緊密接觸,以保證良好的密封,因此在葉片根部應設置預緊彈簧。葉片式液壓馬達體積小,轉動慣量小,動作靈敏,可適用于換向頻率較高的場合,但泄漏量較大,低速工作時不穩(wěn)定。因此葉片式液壓馬達一般用于轉速高、轉矩小和動作要求靈敏的場合。

2、徑向柱塞式液壓馬達

徑向柱塞式液壓馬達工作原理,當壓力油經固定的配油軸4的窗口進入缸體內柱塞的底部時,柱塞向外伸出,緊緊頂住定子的內壁,由于定子與缸體存在一偏心距。在柱塞與定子接觸處,定子對柱塞的反作用力為。力可分解為 和 兩個分力。當作用在柱塞底部的油液壓力為p,柱塞直徑為d,力和之間的夾角為 X時,力對缸體產生一轉矩,使缸體旋轉。缸體再通過端面連接的傳動軸向外輸出轉矩和轉速。

以上分析的一個柱塞產生轉矩的情況,由于在壓油區(qū)作用有好幾個柱塞,在這些柱塞上所產生的轉矩都使缸體旋轉,并輸出轉矩。徑向柱塞液壓馬達多用于低速大轉矩的情況下。

3、軸向柱塞馬達

軸向柱塞泵除閥式配流外,其它形式原則上都可以作為液壓馬達用,即軸向柱塞泵和軸向柱塞馬達是可逆的。軸向柱塞馬達的工作原理為,配油盤和斜盤固定不動,馬達軸與缸體相連接一起旋轉。當壓力油經配油盤的窗口進入缸體的柱塞孔時,柱塞在壓力油作用下外伸,緊貼斜盤斜盤對柱塞產生一個法向反力p,此力可分解為軸向分力及和垂直分力Q。Q與柱塞上液壓力相平衡,而Q則使柱塞對缸體中心產生一個轉矩,帶動馬達軸逆時針方向旋轉。軸向柱塞馬達產生的瞬時總轉矩是脈動的。若改變馬達壓力油輸入方向,則馬達軸按順時針方向旋轉。斜盤傾角a的改變、即排量的變化,不僅影響馬達的轉矩,而且影響它的轉速和轉向。斜盤傾角越大,產生轉矩越大,轉速越低。

4、齒輪液壓馬達

齒輪馬達在結構上為了適應正反轉要求,進出油口相等、具有對稱性、有單獨外泄油口將軸承部分的泄漏油引出殼體外;為了減少啟動摩擦力矩,采用滾動軸承;為了減少轉矩脈動齒輪液壓馬達的齒數比泵的齒數要多。

齒輪液壓馬達由干密封性差,容租效率較低,輸入油壓力不能過高,不能產生較大轉矩。并且瞬間轉速和轉矩隨著嚙合點的位置變化而變化,因此齒輪液壓馬達僅適合于高速小轉矩的場合。一般用于工程機械、農業(yè)機械以及對轉矩均勻性要求不高的機械設備上 。

參數計算

工作壓力:輸入馬達油液的實際壓力,其大小決定于馬達的負載。

馬達進口壓力與出口壓力的差值稱為馬達的壓差。

額定壓力:按試驗標準規(guī)定,使馬達連續(xù)正常工作的最高壓力。

排量:VM (m/rad)

不計泄漏時的流量稱理論流量qMt,考慮泄漏流量為實際流量qM。

容積效率ηMv:理論輸入流量與實際輸入流量的比值。

在不計馬達的損失情況下,其輸出功率等于輸入功率。

實際轉矩T:由于馬達實際存在機械損失而產生損失扭矩ΔT,使得比理論扭矩Tt小,即馬達的機械效率ηMm:等于馬達的實際輸出扭矩與理論輸出扭矩的比。

馬達實際輸入功率為pqM,實際輸出功率為Tω。

馬達總效率 ηM:實際輸出功率與實際輸入功率的比值。

因此,密封件和密封裝置是液壓設備的一個重要組成部分。它的工作的可靠性和使用壽命,是衡量液壓系統(tǒng)好壞的一個重要指標。除間隙密封外,都是利用密封件,使相鄰兩個偶合表面間的間隙控制在需要密封的液體能通過的最小間隙以下。在接觸式密封中,分為自封式壓緊型密封和自封式自緊型密封(即唇形密封)兩種。

由于液壓系統(tǒng)的振動和噪聲本身不可避免,而且近幾年,隨著液壓技術向高速、高壓和大功率方向的發(fā)展,液壓系統(tǒng)的噪聲也日趨嚴重,并且成為妨礙液壓技術進一步發(fā)展的因素,聲音超過70dB便成為噪聲,使人聽起來極不舒服,甚至使人煩躁不安,噪聲作為污染已經日益受到人們的重視。因此研究和分析液壓噪聲和振動的機理,從而減少與降低振動和噪聲,并改善液壓系統(tǒng)的性能,有著積極而深遠的意義。

噪聲源

在液壓傳動系統(tǒng)中,各元件或部件產生噪聲和傳遞噪聲程度不同,表1列出了液壓元件或部件產生和傳遞噪聲的名次。表1 液壓元(部)件產生和傳遞噪聲名次表元件與部件 名稱液壓泵溢流閥壓力閥@節(jié)流閥方向閥液壓缸油箱管路產生噪聲的 名次12345556傳遞噪聲的 名次23343212 注:表中@指的是溢流閥之外的壓力控制閥 由于液壓系統(tǒng)的噪聲不只一種,因此最終表現(xiàn)出來的是其合成值,一般來講,液壓系統(tǒng)的噪聲不外乎機械噪聲和流體噪聲兩種,下面予以分析說明。

常見問題分析

機械噪聲是由于零件之間發(fā)生接觸、撞擊和振動而引起的。

① 回轉體的不平衡

在液壓系統(tǒng)中,電動機、液壓泵和液壓馬達都以高速回轉,如果它們的轉動部件不平衡,就會產生周期性的不平衡力,引起轉軸的彎曲振動,因而產生噪聲,這種振動傳到油箱和管路時,發(fā)出很大的聲響,為了控制這種噪聲,應對轉子進行精密的動平衡實驗,并注意盡量避開共振區(qū)。

② 電動機噪聲

電動機噪聲主要是指機械噪聲、通風噪聲和電磁噪聲。機械噪聲包括轉子不平衡引起的低頻噪聲,軸承有缺陷和安裝不合適而引起的高頻噪聲以及電動機支架與電動機之間共振所引起的噪聲�？刂频姆椒ㄊ�,軸承與電動機殼體和電動機軸配合要適當,過盈量不可過大或過小,電動機兩端蓋上的孔應同軸;軸承潤滑要良好。

③聯(lián)軸器引起噪聲

聯(lián)軸器是液壓泵與電動機之間的連接機構,如果電動機和液壓泵不同軸以致聯(lián)軸器偏斜,則將產生振動與噪聲。因此在安裝時,兩者應保持在最小范圍內。

折疊常見問題分析
在液壓系統(tǒng)中,流體噪聲占相當大的比例。這種噪聲是由于油液的流速、壓力的突然變化以及氣穴等原因引起的。

① 液壓泵的流體噪聲

液壓泵的流體噪聲主要是由泵的壓力、流量的周期性變化以及氣穴現(xiàn)象引起的。在液壓泵的吸油和壓油循環(huán)中,產生周期性的壓力和流量變化,形成壓力脈動,從而引起液壓振動,并經出口向整個系統(tǒng)傳播。同時液壓回路的管道和閥類將液壓泵的壓力反射,在回路中產生波動,使泵產生共振,發(fā)出噪聲;另一方面,液壓系統(tǒng)中(指開式回路)溶解了大約5%的空氣。當系統(tǒng)中的壓力因某種原因而低于空氣分離壓時,其中溶解于油中的氣體就迅速地大量分離出來,形成氣泡,這些氣泡遇到高壓便被壓破,產生較強的液壓沖擊。對于前者的控制辦法,設計時齒輪模數盡量取小,齒數盡量取多,缺載槽的形狀和尺寸要合理,柱塞泵的柱塞個數應為奇數,最好為7~9個,并在進、排油配流盤上對稱開上三角槽,以防柱塞泵的困油。為防止空氣混入,

降低噪聲

為減少噪聲,必須對噪聲源進行實際調查,測量分析液壓系統(tǒng)的聲壓級,進行頻率分析,從而掌握噪聲源的大小及頻率特性,采取相應辦法,具體列舉如下:

① 使用低噪聲電機;并使用彈性聯(lián)軸器,以減少該環(huán)節(jié)引起的振動和噪聲;

② 在電動機,液壓泵和液壓閥的安裝面上應設置防振膠墊;

③ 盡量用液壓集成塊代替管道,以減少振動;

④ 用蓄能器和橡膠軟管減少由壓力脈動引起的振動,蓄能器能吸收10 Hz以下的噪聲,而高頻噪聲,用液壓軟管則十分有效;⑤ 用帶有吸聲材料的隔聲罩,將液壓泵罩上也能有效地降低噪聲;

⑥ 系統(tǒng)中應設置放氣裝置。

液壓件的表面要求及加工

缸筒作為油缸、礦用單體支柱、液壓支架、炮管等產品的主要部件,其加工質量的好壞直接影響整個產品的壽命和可靠性。缸筒加工要求高,其內表面粗糙度要求為Ra0.4~0.8µm,對同軸度、耐磨性要求嚴格。缸筒的基本特征是深孔加工,其加工一直困擾加工人員。

采用滾壓加工,由于表面層留有表面殘余壓應力,有助于表面微小裂紋的封閉,阻礙侵蝕作用的擴展。從而提高表面抗腐蝕能力,并能延緩疲勞裂紋的產生或擴大,因而提高缸筒疲勞強度。通過滾壓成型,滾壓表面形成一層冷作硬化層,減少了磨削副接觸表面的彈性和塑性變形,從而提高了缸筒內壁的耐磨性,同時避免了因磨削引起的燒傷。滾壓后,表面粗糙度值的減小,可提高配合性質。

液壓閥作為液壓系統(tǒng)的控制樞紐,運動頻繁,對各組成部分器件的精度要求、密封性、可靠性都要求非常高,國外大部分企業(yè)都采用滾壓來提高精度配合。

滾壓及加工

滾壓加工是一種無切屑加工,在常溫下利用金屬的塑性變形,使工件表面的微觀不平度輾平從而達到改變表層結構、機械特性、形狀和尺寸的目的。因此這種方法可同時達到光整加工及強化兩種目的,是磨削無法做到的。

無論用何種加工方法加工,在零件表面總會留下微細的凸凹不平的刀痕,出現(xiàn)交錯起伏的峰谷現(xiàn)象,

滾壓加工原理:它是一種壓力光整加工,是利用金屬在常溫狀態(tài)的冷塑性特點,利用滾壓工具對工件表面施加一定的壓力,使工件表層金屬產生塑性流動,填入到原始殘留的低凹波谷中,而達到工件表面粗糙值降低。由于被滾壓的表層金屬塑性變形,使表層組織冷硬化和晶粒變細,形成致密的纖維狀,并形成殘余應力層,硬度和強度提高,從而改善了工件表面的耐磨性、耐蝕性和配合性。滾壓是一種無切削的塑性加工方法。 無切削加工技術安全、方便,能精確控制精度,幾大優(yōu)點:

1、提高表面粗糙度,粗糙度基本能達到Ra≤0.08µm左右。

2、修正圓度,橢圓度可≤0.01mm。

3、提高表面硬度,使受力變形消除,硬度提高HV≥4°

4、加工后有殘余應力層,提高疲勞強度提高30%。

5、提高配合質量,減少磨損,延長零件使用壽命,但零件的加工費用反而降低。

滾壓刀

油缸是工程機械最主要部件,傳統(tǒng)的加工方法是:拉削缸體——精鏜缸體——磨削缸體。采用滾壓方法 是:拉削缸體——精鏜缸體——滾壓缸體,更多技術可咨詢:

工序是3部分,但時間上對比:磨削缸體1米大概在1-2天的時間,滾壓缸體1米大概在10-30分鐘的時間。投入對比:磨床或絎磨機(幾萬——幾百萬),滾壓刀(1仟——幾萬)。液壓設備的方式

滾壓后,孔表面粗糙度由幢滾前Ra3.2~6.3µm減小為Ra0.4~0.8µm,孔的表面硬度提高約30%,缸筒內表面疲勞強度提高25%。油缸使用壽命若只考慮缸筒影響,提高2~3倍,鏜削滾壓工藝較磨削工藝效率提高3倍左右。以上數據說明,滾壓工藝是高效的,能大大提高缸筒的表面質量。

油缸經過滾壓后,表面沒有鋒利的微小刃口,長時間的運動摩擦也不會損傷密封圈或密封件,這點在液壓行業(yè)特別重要。

1、產生液壓沖擊的原因

(1)閥門突然關閉引起液壓沖擊

如圖2-20所示有一較大容腔(如液壓缸、蓄能器等)和在另一端裝有閥門K的管道相通。閥門開啟時,管內液體流動。當閥門突然關閉時,從閥門處開始迅速將液體動能逐層轉化為壓力能,相應產生一從閥門向容腔推進的高壓沖擊波;此后又從容腔開始將液體壓力能逐層轉化為動能,液體反向流動;然后,再次將液體動能轉化為壓力能而形成一高壓沖擊波,如此反復地進行能量轉化,在管道內形成壓力震蕩。由于液體內摩擦力和管道彈性變形等的影響,振蕩過程會逐漸衰漸而趨于穩(wěn)定。

2)運動部件突然制動或換向時引起液壓沖擊

換向閥突然關閉液壓缸的回油通道而使運動部件制動時,這一瞬間運動部件的動能會轉化為封閉油液的壓力能,壓力急劇上升,出現(xiàn)液壓沖擊。

(3)某些液壓元件動作失靈或不靈敏產生的液壓沖擊

當溢流閥在系統(tǒng)中做安全閥使用時,如果系統(tǒng)過載安全閥不能及時打開或根本打不開,也會導致系統(tǒng)管道壓力急劇升高,產生液壓沖擊。

2、液壓沖擊的危害

(1)巨大的瞬時壓力峰值使液壓元件,尤其是液壓密封件遭受破壞。

(2)系統(tǒng)產生強烈震動及噪聲,并使油溫升高。

(3)使壓力控制元件(如壓力繼電器、順序閥等)產生誤動作,造成設備故障及事故。

3、減小液壓沖擊的措施

(1)延長閥門關閉和運動部件換向制動時間

當閥門關閉和運動部件換向制動時間大于0.3s時,液壓沖擊就大大減小。為控制液壓沖擊可采用換向時間可調的換向閥。如采用帶阻尼的電液換向閥可通過調節(jié)阻尼以及控制通過先導閥的壓力和流量來減緩主換向閥閥芯的換向(關閉)速度,液動換向閥也與此類似。

(2)限制管道內液體的流速和運動部件速度

機床液壓系統(tǒng),常常將管道內液體的流速限制在5.0m/s以下,運動部件速度一般小于10m/min等。

(3)適當加大管道內徑或采用橡膠軟管

可減小壓力沖擊波在管道中的傳播速度,同時加大管道內徑也可降低液體的流速,相應瞬時壓力峰值也會減小。

(4)在液壓沖擊源附近設置蓄能器

使壓力沖擊波往復一次的時間短于閥門關閉時間,而減小液壓沖擊

空穴現(xiàn)象一般發(fā)生在閥口和液壓泵的進油口處。油液流過閥口的狹窄通道時,液流速度增大,壓力大幅度下降,就可能出現(xiàn)空穴現(xiàn)象。液壓泵的安裝高度過高,吸油管道內徑過小,吸油阻力太大,或液壓泵轉速過高,吸油不充足等,均可能產生空穴現(xiàn)象。

液壓系統(tǒng)中出現(xiàn)空穴現(xiàn)象后,氣泡隨油液流到高壓區(qū)時,在高壓作用下氣泡會迅速破裂,周圍液體質點以高速來填補這一空穴,液體質點間高速碰撞而形成局部液壓沖擊,使局部的壓力和溫度均急劇升高,產生強烈的振動和噪聲。

在氣泡凝聚處附近的管壁和元件表面,因長期承受液壓沖擊及高溫作用,以及油液中逸出氣體的較強腐蝕作用,使管壁和元件表面金屬顆粒被剝落,這種因空穴現(xiàn)象而產生的表面腐蝕稱為氣蝕。

為了防止產生空穴現(xiàn)象和氣蝕,一般可采取下列措施:

1、減小流徑小孔和間隙處的壓力降,一般希望小孔和間隙前后的壓力比p1/p2<3.5。

2、正確確定液壓泵吸油管內徑,對管內液體的流速加以限制,降低液壓泵的吸油高度,盡量減小吸油管路中的壓力損失,管接頭良好密封,對于高壓泵可采用輔助泵供油。

3、整個系統(tǒng)管路應盡可能直,避免急彎和局部窄縫等。

4、提高元件抗氣蝕能力。