第1章
绪
论
一部机器主要由动力装置,传动装置,操纵或控制装置,工作执行装置 4 部分构成. 动力装置的性能一般都不可能满足执行装置各种工况的要求,这种矛盾就由传动装置来解 决.所谓传动就是指能量(动力)由动力装置向工作执行装置的传递,即通过某种传动方式, 将动力装置的运动或动力以某种形式传递给执行装置,驱动执行装置对外做功.一般工程 技术中使用的动力传递方式有机械传动,电气传动,气压传动,液体传动以及由它们组合 而成的复合传动. 以液体作为工作介质进行能量(动力)传递的传动方式称为液体传动,液体传动分为液 力传动和液压传动两种形式.液力传动主要是利用液体的动能来传递能量;而液压传动则 主要是利用液体的压力能来传递能量. 本书主要介绍以液压油为工作介质的液压传动技术.液压传动利用液压泵,将原动机 (马达)的机械能转变为液体的压力能,然后利用液压缸(或液压马达)将液体的压力能转变为 机械能,以驱动负载,并获得执行机构所需的运动速度.液压传动的理论基础是液压流体 力学. 与机械传动相比,液压传动具有许多优点,因此在机械工程中被广泛应用.本章介绍 液压传动的工作原理,组成,优缺点及液压传动的应用.
1.1
1.1.1 液压传动的工作原理
液压传动的工作原理及组成
1. 液压千斤顶的工作原理 液压千斤顶是常见的液压传动装置.图 1.1 为其工作原理示意图.图中,大小两个液 压缸 2 和 11 内分别装有活塞,活塞可以在缸内滑动,且密封可靠.要举升重物 12 时,截 止阀 8 应关闭.当向上提起杠杆 1 时,小活塞向上移动,液压缸 I 下腔的密封容积增大, 腔内压力下降,形成一定的真空度,这时排油单向阀 3 关闭,油箱 5 中的油液在大气压力 的作用下推开吸油单向阀 4 进入液压缸 I 的下腔,从而完成了一次吸油过程.接着,压下 杠杆 1,小活塞下移,液压缸 I 下腔密封容积减小,油液受到挤压,压力上升,关闭吸油单 向阀 4,压力油推开排油单向阀 3 进入液压缸 II 的下腔,从而推动大活塞克服重物 12 的重 力 G 上升而做功.如此反复地提压杠杆 1,就可以将重物 12 逐渐升起,从而达到起重的目 的.若杠杆 1 不动,液压缸 II 中的液压力使单向阀 3 关闭,大活塞不动.当需要将大活塞放 下时,可打开截止阀 8,液压油在重力作用下经截止阀 8 排回油箱 5,大活塞下降到原位.
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液压传动
图 1.1 液压千斤顶的工作原理 1—杠杆;2—液压缸 I;3—排油单向阀;4—吸油单向阀; 5—油箱;6,7,9,10—油管;8—截止阀;11—液压缸 II;12—重物
2. 磨床工作台液压传动系统的工作原理 图 1.2 所示为磨床工作台液压传动系统的工作原理图.这个系统可克服各种阻力使工 作台作直线往复运动,并且工作台的运动速度可以调节.图中,液压泵 3 由马达驱动旋转, 从油箱 1 中吸油,油液经过滤器 2 进入液压泵.当液压油从液压泵输出进入油管后,通过 节流阀 4 流至换向阀 6.换向阀 6 有左,中,右三个工作位置.当换向阀的阀芯处于中位 时如图 1.2(a)所示,由于所有油口 P,T,A,B 均封闭,油路不通,液压油不能进入液压缸 8,活塞 9 停留在某个位置上,所以工作台 10 不动.此时,液压泵输出的液压油只能在一 定压力下通过溢流阀 5 流回油箱.
(b) 换向阀处于右位
(a) 液压传动系统原理图
(c) 换向阀处于左位
图 1.2 磨床工作台液压传动系统原理图 1—油箱;2—过滤器;3—液压泵;4—节流阀;5—溢流阀; 6—换向阀;7—手柄;8—液压缸;9—活塞;10—工作台 2
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绪论
3
若将阀芯推到右边如图 1.2(b)所示,液压泵 3 输出的液压油将流经节流阀 4,换向阀 6 的 P 口,A 口进入液压缸 8 左腔,推动活塞(和工作台)向右移动.与此同时,液压缸右腔的 油液经换向阀 6 的 B 口,T 口经回油管排回油箱. 若将阀芯推到左边如图 1.2(c)所示,则液压油经 P 口,B 口进入液压缸 8 右腔;液压缸 左腔的液压油经 A 口,T 口排回油箱,工作台向左移动. 由此可见,由于设置了换向阀 6,所以可改变液压油的流向,使液压缸不断换向实现 工作台的往复运动. 工作台的运动速度可通过节流阀 4 来调节.节流阀的作用是通过改变节流阀开口量的 大小,来调节通过节流阀油液的流量,从而控制工作台的运动速度,此时,液压泵输出的 多余的油液通过溢流阀 5 流回油箱.当节流阀口开大时,进入液压缸的油液增多,活塞(和 工作台)移动速度增大,当节流阀口关小时,进入液压缸的油液减少, 活塞(和工作台)的移 动速度减小. 工作台运动时,要克服阻力,主要是磨削力和工作台与导轨之间的摩擦力等,这些阻 力,由液压油的压力能来克服;要克服的阻力越大,液压缸内的油压越高;反之压力就越 低.根据工作情况的不同,液压泵输出油液的压力可以通过溢流阀 5 进行调整.另外,由 于节流阀有调节进入液压缸流量的作用, 泵排出的油液的流量往往多于液压缸所需的流量, 多余的油液经溢流阀 5 流回油箱.只有在液压泵出口处的油液对溢流阀 5 阀芯的作用力等 于或略大于弹簧的预紧力时,油液才能推开阀芯流回油箱.所以,在图 1.2 所示液压系统 中,液压泵出口处的油液压力是由溢流阀决定的,它和液压缸中的压力不一样大.图中 2 为 过滤器,用于滤去油液中的杂质. 综上所述,可以得出如下结论:液压传动系统是依靠液体在密封油腔容积变化中的压 力能来实现运动和动力传递的.液压传动装置从本质上讲是一种能量转换装置,它先将机 械能转换为便于输送的液压能,然后再将液压能转换为机械能做功. 1.1.2 液压传动系统的组成 液压传动系统主要由以下 5 部分组成: (1) 动力元件.主要指各种液压泵.它的作用是把原动机(马达)的机械能转变成油液的 压力能,给液压系统提供压力油,是液压系统的动力源. (2) 执行元件.指各种类型的液压缸,液压马达.其作用是将油液压力能转变成机械 能,输出一定的力(或力矩)和速度,以驱动负载. (3) 控制调节元件.主要指各种类型的液压控制阀,如上例中的溢流阀,节流阀,换 向阀等.它们的作用是控制液压系统中油液的压力,流量和流动方向,从而保证执行元件 能驱动负载,并按规定的方向运动,获得规定的运动速度. (4) 辅助装置.指油箱,过滤器,油管,管接头,压力表等.它们对保证液压系统可 靠,稳定,持久地工作,具有重要作用. (5) 工作介质.指各种类型的液压油.

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