第09章 液压元件第一部分@

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控制与调节装置是指用于控制、调节系统中工作介质的压力
、流量和流动方向，从而控制执行元件的作用力、运动速度和运
动方向的装置，同时也可以用来卸载、实现过载保护等。按照功
能的不同分为压力阀、流量阀、方向阀等。
• (1)压力控制阀
• 力控制阀用于控制液压、气压传动系统中工作介质的压力，使系 统能够安全、可靠、稳定地运行。常用的压力控制阀有溢流阀、 减压阀、顺序阀等。
• 2．执行装置
• 执行装置用于连接工作部件，将工作介质的 压力能转换为工作部件的机械能，常见的有进 行直线运动的动力缸(包括液压缸和气缸)和进 行回转运动的液压马达、气马达。
类型 单级往复式 双级往复式 油冷螺杆式 无油单级往复式 无油双级螺杆式
离心式
表9-2空气压缩机的类型与性能比较
额定压力/MPa
传动系统的设计、制造变得较为容易。 • （6）液压装置与机械装置相比更易实现直线运动。
• 2．气压传动的优点
• （1）工作介质是空气，因此处理方便，不存 在介质变质及补充问题，对环境无污染。
• （2）空气粘度小，在管路中的能量损失小， 适于远程传输及控制。
• （3）所需工作压力低，元件的材料和制造精 度要求低，成本低。
变为直线往复运动机械能的装置。它可以很方便地获得直线往复 运动和很大的输出力，结构简单、工作可靠，制造容易，因此应 用广泛，是液压系统中最常用的执行元件。液压缸按结构特点的 不同可分为活塞缸、柱塞缸和摆动缸三类，活塞缸和柱塞缸用以 实现直线运动，输出推力和速度；摆动缸(或称摆动马达)用以实 现小于360°的转动，输出转矩和角速度。 • (2)液压马达 • 液压马达属液压执行元件，它将输入液体的压力能转换成机械 能，以扭矩和转速的形式输送到执行机构做功，输出的是旋转运 动。

of single-acting vane pumps） ❖ 2．单作用叶片泵的排量和流量（Displacement and
flow equation of single-acting vane pumps）
Nanyang Institute of Technology
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❖ 4.1 液压泵概述（Hydraulic pumps introduction） ❖ 液压泵是液压传动系统的动力元件，即将原动机（电
动机或柴油机）输入的机械能转换为压力能输出，为 液压传动系统提供动力，它是一种能量转换装置，是 液压传动系统的核心元件。 ❖ 4.1.1 液压泵的工作原理（Operating principles of hydraulic pumps） ❖ 4.1.2 ．液压泵的分类（Classification of hydraulic pumps） ❖ 4.1.3 液压泵的图形符号（Diagram symbols of hydraulic pumps）
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❖ 4.1.4 液压泵的基本性能参数和计算公式（Basic property and parameters and equations of hydraulic pumps）
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❖ 3．单作用叶片泵的结构特点（Structure characteristics of single-acting vane pumps）

二、液压传动系统的组成
➢动力元件 将其他形式的能量转化成液压能。主要是各种液压泵；
➢执行部分 将液压能转换为机械能，输出直线运动或旋转运动。主要是各
种液压马达和液压油缸等。 ➢控制部分
控制液体压力、流量和方向。如各种压力阀、流量阀和换向阀。 ➢辅助部分
输送液体、储存液体、过滤液体、密封等，以保证液压系统正 常工作所必需的部分。如油箱、油管、管接头、滤油器等。
❖螺杆泵
✓ 优点
➢ 耐污染；
➢ 流量大；
✓ 缺点
➢ 自吸能力强； ➢ 压力不高；
➢ 噪声和振动较少。➢ 价格较高；
➢ 加工要求较高；
➢ 装配要求高。
❖叶片泵
✓优点
运行平稳； ➢噪声相对较小; ➢输出流量大而均匀； ➢对油液敏感性相对齿轮泵低。
✓缺点
➢输出压力相对较低； ➢结构相对齿轮泵要复杂； ➢对泵的转速要求严格（不能过低，也不能过高）。
液压系统组成图示
三、液压传动的基础理论
➢帕斯卡定律 施加在封闭液体上的压力毫无损失地沿所有方向传递，并以相等
的力作用在相等的面积上，而且与面积成直角。
➢能量守恒定律 能量既不能创造也不能消灭，所以在力上有所得必在距离上有所失。
➢质量守恒定律 对于理想状态下（无粘度、没有可压缩性）的液体，如下图所示，取 流束断面1.2之间液体为控制体积：
一、液体传动的定义与分类
液体传动的定义： 利用液体（通常为液压油）为介质实现能量传递和控制的
传动方式称为液体传动。 液体传动按原理不同可以分为两类： ➢液压传动
通过液体的压力能来实现动力传递的传动方式。（常见 液压系统均属于此类，我厂的主要产品所涉及的液体传动全部 是液压传动） ➢液力传动

p-t 图（工作压力 对时间 t 变化的曲线图）是根据液压执行器的负载循环图和 主要结构参数进行计算和编制的。表所示为液压执行器工作压力（入口压力或负载 压力） 的计算公式。q-t 图可根据液压缸速度循环图或液压马达转速循环图和上面 两个公式进行计算和编制。
表 液压执行器负载压力（入口压力或负载压力）p1 的计算公式
产品样本上通常给出泵的排量、转速范围及典型转速时不同压力下的输出流量。
泵的输出流量为
qp0 Vn 103v
（9-7）
式中， qpo ——输出流量（L/min）； V——排量（cm³/r ）； n ——转速，（r/min）； ηv ——容积效率。
（4） 计算液压泵的驱动功率并选择电动机
1）若工作循环中，工况图上 p – t 曲线和 q– t 曲线变化较为平稳，则液压泵驱
图 液压缸的工况图示例
3．液压系统图的拟定
表 液压调速方案比较
表 开式与闭式油路循环系统的比较
6）顺序动作控制方式
动作顺序随机的多执行器系统（如工程机械液压系统），往往采用手动多 路换向阀来控制；如果操纵力过大，则可采用手动伺服控制。
对于一般功率不大、动作顺序有严格要求而变化不多的系统，可采用行程 控制或压力控制等控制方式。
（4）编制液压执行器的工况图 液压执行器的工况图包括压力循环图（p-t 图）、流量循环图（q-t 图）
和功率循环图（P-t 图），它反映了一个循环周期中，液压系统对压力、流 量及功率的需要量、变化情况及峰值所在的位置，是拟定液压系统图、进行 方案对比及为均衡功率分布而调整或修改设计参数，以及选择、设计液压元 件的基础。
Pp
n
Pi2ti
i 1
n
ti
i 1

拟定系统方案
（1）为了提高系统的自动化水平，保持设定值不受外部干 扰的影响。 主要包括以下三种情形： 1）在不同的负载压力下，保持执行元件速度的稳定； 2）在执行元件输出不同的力时，保持执行机构具有确 定的位置； 3）在执行元件承受偏载时（负载作用力的方向与执行 元件的运动方向不在一条直线上），保持两个以上的液压 缸作同步运动。
开环系统（综合基本回路）：调压回路、调速回路、 方向控制回路、顺序回路、平衡回路、同步回路、保压 与卸荷回路。 闭环系统：位置控制系统、速度控制系统、加速度 控制系统、力（压力）控制系统。
元件选型
安装方式 压力等级 流量范围 信号类型
确定系统的动力源型式
确定动力源型式的原则： q V 原则1：功率要满足执行元 件最大功率要求，尽可能 做到动力源功率与执行元 件所需要的功率相适应 （节能）。
解：无杆腔面积 2
AK 4 D 4
402 106 1.256 103 m2

环形腔面积 AR A 8.76 104 (m 2 ) 面积比
AR 8.76 104 0.7 3 AK 1.256 10
液压缸—负载系统固有频率的估算
恒压泵串联减压阀
确定系统的动力源型式
原则3：液压动力源应满足控制系统的稳定性和快速性要求 常见问题和解决方案： 1）多缸系统中的各个执行元件顺序动作，且对流量的需求差别很大。 采用的办法： ①按需要最大流量的执行元件选择液压泵的流量。 ②采用单泵+蓄能器供油 ③采用将液压泵分组的方案，将流量相近的执行元件分组，由相应 的液压泵供油。 ④采用比例流量控制泵供油，适应执行元件的不同流量需求，如注 塑机液压系统。 2）多缸系统的执行元件同时动作和顺序动作相互组合，应求出系统 需要的最大流量，再依据上述方法确定液压泵的数量。 3）多缸系统中，不同执行元件的工作压力相差大，其对应的控制回 路对液压动力源的压力要求差别也大。

45、法律的制定是为了保证每一个人 自由发 挥自己 的才能 ，而不 是为了 束缚 ——德 谟克利 特 67、今天应做的事没有做，明天再早也 是耽误 了。——裴斯 泰洛齐 68、决定一个人的一生，以及整个命运 的，只 是一瞬 之间。 ——歌 德 69、懒人无法享受休息之乐。——拉布 克 70、浪费时间是一桩大罪过。——卢梭
常用液压元件的结构及原理 分析图文讲解
41、实际上，我们想要的不是针对犯 罪的法 律，而 是针对 疯狂的 法律。 ——马 克·吐温 42、法律的力量应当跟随着公民，就 像影子 跟随着 身体一 样。— —贝卡 利亚 43、法律和制度必须跟上人类思想进 步。— —杰弗 逊 44、人类受制于法律，法律受制于情 理。— —托·富 勒

变量泵 实物图
工作原理
原理图
变量泵工作原理
双向变量泵是指一 台泵，在原动机转动方 向不变的情况下，通过 改变变量机构例如轴向 柱塞泵的斜盘的倾斜方 向或压缩比等方式改变 排量的方法。
气动单向隔膜泵
实物图
工作原理
简图
气动单向隔膜泵的工作原理
SS-2A型气动单向隔膜泵由工 作腔和气动腔两大部分组成，中 间由隔膜片隔开，如下图示：压 缩空气由进气口进入气动腔，由 于压力增大使隔膜片向左移，主 弹簧被压缩，单向阀开启，将工 作腔中的介质压出，气动阀芯左 移关闭进气口，空气经阀瓣、气 动套、气压室，由出气口排出， 气动腔减压，隔膜片复位并向右 推，进气口开启，进入下一个动 作周期。连续往复式运动引导介 质吸入和排出，完成介质的输送 工作。
工作原理图
叶片式齿轮泵
实物图
结构图
叶片式齿轮泵工作原理
双作用叶片泵
叶片泵转子旋转 时，叶片在离心力和压 力油的作用下，尖部紧 贴在定子内表面上。这 样两个叶片与转子和定 子内表面所构成的工作 容积，先由小到大吸油 后再由大到小排油，叶 片旋转一周时，完成两 次吸油与排油。
单作用叶片泵
柱塞泵
实物图
方向控制阀实物图工作原理液压阀方向控制阀压力控制阀流量控制阀方向控制阀方向控制阀控制液压系统中油液流动的方向或液流的通与断单向阀换向阀双向液压锁单向阀二换向阀工作原理利用阀芯和阀体的相对运动使油路接通关断或变换油流的方向从而实现液压执行元件及其驱动机构的启动停止或变换运动方向分类按操作方式分
液压元件
压力控制阀 实物图
工作原理
溢流阀工作原理 溢流阀，阀芯的一 端是液压油产生的压力， 另一端是机械力。普通 溢流阀通过调节弹簧力， 来调整液压压力。而比 例溢流阀是电磁铁直接 产生推力，作用在阀芯 上，电磁铁上的输入电 压可以在0-24伏之间变 化，产生的推力就随之 变化，从而得到连续变 化的液压压力。

讲授内容
作业与补充
最大流量则由执行元件速度图中的最大速度计算出来。这与执行元件结构参数有关。
液压系统执行元件各个阶段的压力和流量工况如图9-2所示。它是在执行元件结构参数确定后，根据设计任务要求，算出不同阶段中的实际工作压力、流量作出的工况分析图，它显示了液压系统整个工作循环中这两个参数的变化情况。当系统中包含多个执行元件时，其工况图是各个执行元件工况图的综合。
液压泵的流量必须大于或等于几个同时工作的执行元件总流量的最大值，同时要考虑泄漏量的影响。液压执行元件总流量的最大值可以从工况图中找到，回路中的泄漏量可按总流量最大值（10～30）%选取。
在参照产品样本选取液压泵时，其额定压力选取比液压泵的最大工作压力高出(25～60)%，以便留有压力储备，额定流量按上述最大流量选取即可。
2)选择液压基本回路是根据液压系统的设计要求和工况图出发，同时符合节省能源、减少发热、减少冲击等原则。首先从对工作机主要性能起决定作用的调速回路开始，然后再根据工作机需要考虑其他辅助回路。例如，对垂直运动部件的系统要考虑平衡回路；有快速运动部件的系统要考虑缓冲和制动回路；有多个执行元件的系统要考虑顺序动作、同步或互不干扰回路；有空运转要求的系统要考虑卸荷回路等等。
9.2.1设计题目
现以组合机床动力滑台液压系统为例，该动力滑台为卧式单面多轴钻孔机床，以实现“快进→工进→快退→停止”的工作循环。已知：机床上设有16根主轴，加工φ13.9 mm的孔14个，加工φ8.5 mm的孔2个；选用刀具材料为高速钢，工件材料为铸铁，硬度为240HBS；机床工作部件总重量G=9810N；快进、快退速度υ1=υ3 =7 m/min，快进行程长度为l1 =100 mm，工进行程长度为l2 = 50 mm，往复运动的加速、减速时间不超过0.2s；动力滑台采用平导轨，其静摩擦因数为fs=0.2,动摩擦因数为fd=0.1；液压系统的执行元件使用液压缸。

（1）满足用户足够的电力（数量、质量）；
（2）保证汽轮发电机组始终在额定转速左右运行。
* *
除了调速系统之外，汽轮机组还必须具有保护系统（超速保护、轴
向位移保护等）。
2
3.
汽轮发电机组转子运动方程式：
机组在工作时，作用在转子上的力矩有三个：蒸汽主力矩、发电机
反力矩、摩擦力矩（图9-1）。在稳定状态下，三者的代数和为零：
二、汽轮机调速系统的基本原理
（一）具有一级放大的汽轮机液压调速系统（图9-5） 图9-5a是具有一级放大的汽轮机液压调速系统：图9-5b是其方框图。 1. 2. 主要部件：调速器，滑阀（错油门），油动机，调节阀。 油路：Po---高压油，Pn---排油。
图9-5a,b
8
3. 工作原理：

当外界负荷N减少，机组转速n升高，调速器飞锤向外扩张，滑环A上
18
1.波纹管—蝶阀放大器（图9-12 ）：
（1）结构：主同步器，主同步器，杠杆，波纹管，碟阀。
油路：一次油压
p1
p2 进入波纹管下油室，二次油压
从油口S排出。
Байду номын сангаас
p 2、主同步器弹簧力、主同步器弹簧力，四个力在杠杆上保 p1 、 力平衡：
持平衡，油口S有一定开度。
（2）工作原理：
当转速n升高，一次油压
11
第二节
汽轮机机械液压调节系统
汽轮机机械液压调节系统是理解汽轮机调节的基础，应予以了解。
一、机械液压调节系统的典型元件
（一）转速感受器 转速感受器是测量汽轮机转速信号并转换成其他物理量的元件。它是 利用将部件的离心力转换成位移信号或压力变化信号的原理。离心式转速感 受器的分类如下图：