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液压与气压传动
主讲:周晓君

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液压与气压传动
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液压与气压传动
第1章 绪论 第2章 液压泵和液压马达

目 录

第3章 液

压缸 第4章 液压阀 第5章 液压辅助元件 第6章 液压系统基本回路 第7章 典型液压系统分析 第8章 液压传动系统的设计计算

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0.1 液压传动工作介质
液压传动工作介质:液压油或其它合成液体。 0.1.1 液压工作介质的功能 (1) 传动(将液压泵输出的能量传递给执行元件) (2) 润滑(液压泵、阀、执行元件的润滑)

(3) 冷却(吸收并带走液压装置所产生的热量)
(4) 去污(带走工作中产生的磨粒及外来污染物) (5) 防锈(防止液压元件所用各种金属的锈蚀)

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0.1.2 对液压工作介质的要求 (1) 可压缩性(可压缩性尽可能小,响应性能好) (2) 粘性(要求温度及压力对粘度影响小,具有适当的粘 度,粘温特性好) (3) 润滑性(能对液压元件滑动部位充分润滑) (4) 安定性(不因热、氧化或水解而变质,剪切稳定性好, 使用寿命长) (5) 防锈和抗腐蚀性(对铁和非铁金属的腐蚀性小) (6) 抗泡沫性(介质中的气泡容易逸出并消除) (7) 抗乳化性(除含水液压介质外,油水分离要容易)

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0.1.2 对液压工作介质的要求 (8) 洁净性(质地要纯净,尽可能不含污染物,当污染物 从外部侵入时能迅速分离) (9) 相容性(对金属、密封件、橡胶软管、涂料等有良好 的相容性) (10) 阻燃性(燃点高,挥发性小,最好具有阻燃性) (11) 其他(无毒性和臭味;比热容和热导率大;体胀系 数小等)

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0.1.3 液压工作介质的种类
类 别 组成与特性
无添加剂的石油基液压液 HH+抗氧化剂、防锈剂 HL+抗磨剂 HL+增粘剂 HM+增粘剂 HM+防爬剂 无特定难燃性的合成液 (特殊性能) 高含水 液压液 水包油乳化液 水的化学溶液 含水大于80% (体积分数) 含水小于80% (体积分数)


L-HH L-HL L-HM L-HR L-HV L-HG L-HS L-HFA L-HFB L-HFC



石油基 液压液

工 作 介 质
难 燃 液 压 液 含水 液压液

L-HFAE L-HFAS

油包水乳化液 含聚合物水溶液/水-乙二醇

磷酸酯无水合成液
合成 液压液 氯化烃无水合成液 HFDR和HFDS混合的无水合成液 其他成分的无水合成液 L-HFD

L-HFDR
L-HFDS L-HFDT L-HFDU

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0.1.4 液压工作介质的物理性质 (1) 密度 (2) 可压缩性 (3) 粘性 1) 牛顿内摩擦定律

2) 动力粘度
3) 运动粘度 温度、压力、气泡对粘度的影响

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0.1.5 液压工作介质的选择 品种、粘度 (1) 品种选择 (2) 粘度选择:考虑环境温度、系统压力、执行元件运动 类型和速度、泄漏量等 选择粘度高的介质:温度高、压力高,往复运动速度低 或旋转运动时,或泄漏量大而运动速度不高时。(减少系统 泄漏) 采用粘度低的介质:温度低、压力低,往复运动或旋转 运动速度高时。(减少液流功率损失)

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0.1.6 液压工作介质的使用与维护 工作介质的维护关键是控制污染。 (1) 污染物种类:固体颗粒、水、空气、化学物质、微生 物和污染能量等。 (2) 污染原因:液压装置生产组装(切屑、毛刺、型砂、 磨粒、焊渣、铁锈等);周围环境(空气、尘埃、水滴等); 工作过程(金属微粒、锈斑、涂料和密封件的剥离片、水分、 气泡以及工作介质变质后的胶状物等)。 (3) 污染物等级(清洁度等级) 污染度:工作介质中所含固体颗粒的浓度。 1mL介质中尺寸?5?m的颗粒数等级; 1mL介质中尺寸?15?m的颗粒数等级。

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力的传递是通过液体压力来实现的,并且外负载力越大, 系统压力越高,也就是说:液压系统的压力取决于外负载, 这是液压传动的第一个工作特征。 执行机构的运动速度取决于进入执行机构的流量,这就 是液压传动的第二个工作特征。 液压系统由五个部分组成:(1)动力装置、(2)执行机构、 (3)控制、(4)辅助装置 、(5)工作介质。 气压系统由五个部分组成:(1)动力装置(气源)、(2)执 行机构 、(3)控制元件、(4)辅助装置、(5)逻辑元件。

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液压泵是依靠密封容积变化进行工作的,所以把液压泵 称为容积式泵。 泵和马达的主要性能参数 (1) 压力 允许压力 pmax 1)工作压力 p;2)额定压力 pn;3)最高 1)排量 V ; 2)理论流量qt

(2) 排量、流量

3)实际流量 q; 4)额定流量 (3) 功率、效率 1)理论功率 Pt 2)输入功率 Pi 3)输出功率 Po 4)容积损失与容积效率 ηv 5)机械损失与机械效率 6)总效率

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齿轮泵
优点:结构简单、制造方便、外形尺寸小、重量轻、造 价低、自吸性能好、对油液的污染不敏感、工作可靠。由于 齿轮泵中的啮合齿轮是轴对称的旋转体,因此允许转速较高。 缺点:流量和压力脉动大,噪声高,排量不能调节。齿 轮泵的低速性能较差,当其转速低于 200 ~ 300r/min 时,容积 效率降到不能允许的地步。 分类:外啮合齿轮泵和内啮合齿轮泵。

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齿轮泵
外啮合齿轮泵结构存在的突出问题 1) 泄漏 2) 困油现象 3) 径向不平衡力

内啮合齿轮泵和外啮合齿轮泵相比 优点是:流量脉动小,结构紧凑,重量轻,转速高,运 动平稳,噪声低,效率高,没有困油现象。 缺点是:齿形复杂,不易加工。

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叶片泵
叶片泵具有流量均匀、运转平稳、噪声低,体积小,重量
轻,易实现变量等优点,因而被广泛用于中、低压液压系统 中。但它也存在着结构复杂,吸油能力差,对油液污染比较 敏感等缺点。 叶片泵按结构可分为单作用式和双作用式两大类。单作用 式主要作变量泵,双作用式作定量泵。

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柱塞泵
轴向柱塞泵 优点:结构紧凑、单位功率体积小、工作压力高、容积效 率高、容易实现变量;缺点:对油液污染比较敏感、价格贵。 轴向柱塞泵按其结构特点可分为斜盘式和斜轴式两大类。 径向柱塞泵 特点:双向变量。 缺点:径向尺寸大,结构较复杂,自吸能力差,配流轴 受径向不平衡液压力的作用,易于磨损,同时配流轴与衬套 之间磨损后的间隙不能自动补偿,泄漏大,从而限制了径向 柱塞泵的转速和压力的提高。

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液压缸
? ? ?单活塞杆缸 活塞缸 ?双活塞杆缸 ? ? ? ? ? ?结构形式?柱塞缸 ?伸缩缸 ? ? ? ?摆动缸 ? ? ?单作用缸 液压缸?供油方式? ?双作用缸 ? ? ?串联缸 ? ?增压缸 ? ? 组合缸(用途) ?增速缸 ? ?多位缸 ? ?数字控制缸 ? ? ?

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液压缸

单活塞杆液压缸

双活塞杆式液压缸

柱塞式液压缸

伸缩式液压缸

增压缸

串联式液压缸

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液压缸
差动连接:单活塞杆缸的左右两腔同时通 压力油。差动连接的液压缸称为差动液压缸。

差动连接时液压缸的推力比非差动连接时小,速度比非 差动连接时大,因此,可以在不加大油源流量的情况下得到 较快的运动速度。 当 D ? 2d 时,差动连接的液压缸的快进和快退的速度 相等。

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液压阀
功能 方向控制阀 压力控制阀 流量控制阀 手动 机动 电动 液动 管式 板式 集成

液压阀

操纵方式

连接方式

集成块式 叠加阀式 插装阀式

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液压阀
(1) 单向阀 单向阀用来控制液流向一个方向流动而不能反向流动,故 又称作止回阀。其开启压力大约为 0.05MPa ,额定流量时压力 损失小于0.2MPa;作背压阀使用时,背压一般为0.2~0.6MPa。

(2) 液控单向阀 液控单向阀可根据需要使液流实现反向流动。按泄油方式 有内泄式、外泄式之分,按结构特点可分为简式和卸载式两类。

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液压阀 换向阀
利用阀芯和阀体之间的相对运动来开启和关闭油路,从 而改变液流的方向,使液压执行元件启动、停止或变换运动 方向。 分类: 阀芯的结构 滑阀 转阀 二位 三位

阀芯在阀体内的位置数

操作方式

手动 机动 电动 液动 电液动

二通 控制油口的通道数 三通 四通 五通

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液压阀 电液换向阀
先导阀的中位机能:Y

先导阀

主阀

弹簧对中式电液换向阀结构原理图

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压力阀 溢流阀
作用:维持液压系统中的压力基本恒定; 结构:直动式和先导式。
因开启和闭合时,阀芯 摩擦力方向不同,导致 开启曲线与闭合曲线不重合

开启压力:pk 调整压力:pn (调定压力、全流压力)

pn pk pb 要求Pk>85% Pn

qn

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压力阀 溢流阀
溢流阀的应用 1)溢流定压作用 3)背压作用 2)防止系统过载 4)远程调压和系统卸荷作用

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压力阀 减压阀
减压阀主要用于降低系统某一支路的油液压力。使系统有 几个不同的压力。按调节要求不同可分为定值减压阀和定差减 压阀。定值减压阀是使进入阀体的压力降低后输出并保持输出 的压力稳定。 减压阀的应用 1)降低和稳定某支路的压力。 2)限制工作部件的作用力以及减小压力波动,改善系统 性能等。 通常,在减压阀后要设置单向阀,以防止系统压力降低 时油液倒流,并可短时保压。

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压力阀

顺序阀
顺序阀依靠系统中的压力变化来控制阀口的启闭,进而 控制液压系统中各执行元件动作的先后顺序。 根据控制方式及泄漏油排放方式的不同,顺序阀可分为 内控外泄式、内控内泄式和外控内泄式。内控外泄式,可用 作顺序阀;外控外泄式,可用作卸荷阀。 按其结构型式划分有直动式和先导式两种:前者多用于 低压系统,后者多用于中、高压系统。

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流量阀
流量控制阀简称流量阀,它通过改变阀通流面积的大小 来调节液阻和流量,以调节执行元件的运动速度。 常用的流量控制阀有节流阀、调速阀、分流集流阀。 对流量阀的主要要求是: ⑴ 具有足够的流量调节范围。 ⑵ 能获得较低的最小稳定流量。 ⑶ 温度和压力变化对流量的影响要小。

⑷ 调节方便,泄漏小。

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插装阀
二通盖板式插装阀又称为逻辑插装阀。它的基本构件为插 装式阀芯、阀套、插装孔和盖板组件。盖板式二通插装阀与普 通液压阀相比较,具有下述特点: (1)通流能力大,特别适用于大流量的场合,其最大通径 可达200mm~250mm,通过的流量可达10000L/min。 (2)密封性好,泄漏小,油液流经阀的损失小。 (3)阀芯动作灵敏,抗污染能力强。 (4)结构简单,易于实现标准化。 因而,二通盖板式插装阀主要用于流量较大系统或对密封 性能要求较高的系统。

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插装阀
滑阀阀芯与锥阀阀芯的区别:P137-143(滑阀性能) 滑阀与锥阀的流量计算 P47-48

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液压辅件 蓄能器
蓄能器在液压系统中的用途主要有: (1) 辅助动力源; (2) 应急动力源; (3) 保压装置; (4) 吸收压力脉动和液压冲击。

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液压辅件 过滤器
常见的过滤器按滤芯的材料和结构形式的不同可分为网 式、线隙式、纸芯式、烧结式、磁性过滤器等。 按过滤器的连接方式可分为:管式、法兰式、板式等。 按过滤器安放的位置不同分为:吸滤器、压滤器、回油 过滤器。

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液压辅件 过滤器的安装
(1) 安装在泵的吸油管路上 主要用来保护泵不致吸入较大的机械杂质,一般都采 用过滤精度较低的粗过滤器或普通精度过滤器(通常为网 式过滤器)。 (2) 安装在泵的压油管路上 (3) 安在回油管路上 (4) 安装在系统的分支油管路上 (5) 单独过滤系统

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液压辅件 密封装置
(1) O形密封圈

(2) Y形密封圈
(3) V形密封圈 (4) 组合式密封

8.2 液压系统的功能设计
表8-5 三种调速回路主要性能比较
节流调速回路 主要性能
简式节流调速回路 进油节流及 回油节流 带压力补偿阀的回路 调速阀在 进油路 调速阀在旁油路及 溢流节流调速回路

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容积调速 变量泵 定量马达 较好 较好 较大 较低 较大 较低 最高 最小 高

容积节流调速回路 流量适应 功率适应

旁路 节流

负载 特性

速度 刚度 承载 能力 效率 发热

差 好 大 低 大 低

很差 较差 小 较低 较大 低 大

好 好 大

好 好 大 较高 较小 最高 负载变化较 大、速度刚 度要求大的 大中功率的 中、高压系 统 36 高 小

调速范围 功率 特性

成本

适用范围

负载变化 小、速度 大功率、 小功率、轻载或低速中的中、低压系统及 刚度要求 高速、中、 工程机械的非经常性调速场合 大的中小 高压系统 功率、中 压系统


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