液壓閥的基本結(jié)構(gòu)與原理

1、液壓元件 液壓系統(tǒng)是以液壓泵作為向系統(tǒng)提供一定的流量和壓力的動(dòng)力元件，液壓泵由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)將液壓油從油箱吸上來并以一定的壓力輸送出去，使執(zhí)行元件推動(dòng)負(fù)載作功。 第一節(jié) 液壓動(dòng)力元件 由于這種泵是依靠泵的密封工作腔的容積變化來實(shí)現(xiàn)吸油和壓油的，因而稱為容積式泵。 容積式泵的流量大小取決于密封工作腔容積變化的大小和次數(shù)。若不計(jì)泄漏，流量與壓力無關(guān)。 液壓泵的分類方式很多，它可按壓力的大小分為低壓泵、中壓泵和高壓泵。也可按流量是否可調(diào)節(jié)分為定量泵和變量泵。又可按泵的結(jié)構(gòu)分為齒輪泵、葉片泵和柱塞泵，其中齒輪泵和葉片泵多用于中、低壓系統(tǒng)，柱塞泵多用于高壓系統(tǒng)。1.1液壓泵的工作原理 1 1、壓力、壓力1）

2、工作壓力：液壓泵實(shí)際工作時(shí)的輸出壓力稱為工作壓力。工作壓力取決于外負(fù)載的大小和排油管路上的壓力損失，而與液壓泵的流量無關(guān)。2）額定壓力：液壓泵在正常工作條件下，按試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的最高壓力稱為液壓泵的額定壓力。3）最高允許壓力：在超過額定壓力的條件下，根據(jù)試驗(yàn)準(zhǔn)規(guī)定，允許液壓泵短暫運(yùn)行的最高壓力值，稱為液壓泵的最高允許壓力，超過此壓力，泵的泄漏會(huì)迅速增加。 1. 2液壓泵的主要性能和參數(shù) 2 2、排量、排量 排量是泵主軸每轉(zhuǎn)一周所排出液體體積的理論值，如泵排量固定，則為定量泵；排量可變則為變量泵。一般定量泵因密封性較好，泄漏小，在高壓時(shí)效率較高。 3、流量流量： 為泵單位時(shí)間內(nèi)排出的液體體

3、積（l/min），有理論流量qth和實(shí)際流量qac兩種。 （21） 式中：q 泵的排量（l / r） n 泵的轉(zhuǎn)速（r/min） （22） q 泵運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，油會(huì)從高壓區(qū)泄漏到低壓區(qū)，是泵的泄漏損失。 qnqthqqqthac4 4、容積效率和機(jī)械效率、容積效率和機(jī)械效率泵的容積效率：泵的機(jī)械效率： tth 泵的理論輸入扭矩 tac 泵的實(shí)際輸入扭矩thacvqqacthmtt5 5、泵的總效率、功率、泵的總效率、功率 泵的總效率(厄塔)： 泵實(shí)際輸出功率 電動(dòng)機(jī)輸出功率 泵的功率： 式中：p 泵輸出的工作壓力（mpa） qac 泵的實(shí)際輸出流量（l /min），1l =103cm3。macvmp

4、p.acpmp)(60kwpqpacac例題21 某液壓系統(tǒng)，泵的排量q10m l/r，電機(jī)轉(zhuǎn)速n1200rpm，泵的輸出壓力p=5mpa 泵容積效率v0.92，總效率0.84，求： 1） 泵的理論流量； 2）泵的實(shí)際流量； 3）泵的輸出功率； 4）驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率。解：1）泵的理論流量 qth=q.n.10-3=10120010-312 l/min 2) 泵的實(shí)際流量 qac qth .v120.9211.04 l/min 3)泵的輸出功率 4）驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率 )(9 . 06004.11560kwpqpaac)(07. 184. 09 . 0kwppacm1. 3 液壓泵的結(jié)構(gòu) 1 1、齒輪泵：

5、、齒輪泵：液壓泵中結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單的一種，且價(jià)格便宜，故在一般機(jī)械上被廣泛使用；齒輪泵是定量泵。齒輪泵的優(yōu)缺點(diǎn)及應(yīng)用1. 優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造工藝性好，價(jià)格便宜，自吸能力較好，抗污染能力強(qiáng)，而且能耐沖擊性負(fù)載。2. 缺點(diǎn)：流量脈動(dòng)大，泄漏大，噪聲大，效率低，零件的互換性差，磨損后不易修復(fù)。3. 應(yīng)用：用于環(huán)境差、精度要求不高的場(chǎng)合，通常p10mpa，如工程機(jī)械、建筑機(jī)械、農(nóng)用機(jī)械等。2 2、葉片泵、葉片泵 其其優(yōu)點(diǎn)是：運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、壓力脈動(dòng)小，噪音小；結(jié)構(gòu)緊湊、尺寸小、流量大； 其缺點(diǎn)是：對(duì)油液要求高，如油液中有雜質(zhì)，則葉片容易卡死；與齒輪泵相比結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。 它廣泛的應(yīng)用于機(jī)械制造中的專用機(jī)床、自動(dòng)線等

6、中、低壓液壓系統(tǒng)中。 該泵有兩種結(jié)構(gòu)形式：一種是單作用葉片泵，另一種是雙作用式葉片泵。1）單作用葉片泵，其工作原理如圖26所示，單作用葉片泵由轉(zhuǎn)子1、定子2、葉片3和端蓋等組成。定子具有圓柱形內(nèi)表面，定子和轉(zhuǎn)子的間有偏心距e，葉片裝在轉(zhuǎn)子槽中，并可在槽內(nèi)滑動(dòng)，當(dāng)轉(zhuǎn)子回轉(zhuǎn)時(shí)，由于離心力的作用，使葉片緊靠在定子內(nèi)壁。 單作用葉片泵：改變轉(zhuǎn)子與定子的偏心量，即可改變泵的流量，偏心越大，流量越大，如調(diào)成幾乎是同心，則流量接近于零。因此單作用葉片泵大多為變量泵。 另外還有一種限壓式變量泵，當(dāng)負(fù)荷小時(shí)，泵輸出流量大，負(fù)載可快速移動(dòng)，當(dāng)負(fù)荷增加時(shí)，泵輸出流量變少，輸出壓力增加，負(fù)載速度降低，如此可減少能量消

7、耗，避免油溫上升。2）雙作用葉片泵 雙作用式 葉 片泵如圖27所示，定子內(nèi)表面近似橢圓，轉(zhuǎn)子和定子同心安裝，有兩個(gè)吸油區(qū)和兩個(gè)壓油區(qū)對(duì)稱布置。轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)一周，完成兩次吸油和壓油。雙作用葉片泵大多是定量泵。 葉片泵的應(yīng)用1. 用于中低壓、要求較高的系統(tǒng)中。2. 油液粘度要合適，轉(zhuǎn)速不能太低，5001500rpm。3. 要注意油液的清潔，油不清潔容易使葉片卡死（齒輪泵？）。4. 通常只能單方向旋轉(zhuǎn)，如果旋轉(zhuǎn)方向錯(cuò)誤，會(huì)造成葉片折斷。 3 3、柱塞泵：、柱塞泵： 工作原理是柱塞在液壓缸內(nèi)作往復(fù)運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)吸油和壓油。與齒輪泵和葉片泵相比，該泵能以最小的尺寸和最小的重量供給最大的動(dòng)力，為一種高效率的泵，但

8、制造成本相對(duì)較高，該泵用于高壓、大流量、大功率的場(chǎng)合。它可分為軸向式和徑向式兩種形式。 柱塞沿徑向放置的泵稱為徑向柱塞泵，柱塞軸向布柱塞沿徑向放置的泵稱為徑向柱塞泵，柱塞軸向布置的泵稱為軸向柱塞泵。置的泵稱為軸向柱塞泵。為了連續(xù)吸油和壓油，柱塞數(shù)為了連續(xù)吸油和壓油，柱塞數(shù)必須大于等于必須大于等于3。1）軸向柱塞泵：如圖28所示，可分為直軸式（圖a）所示）和斜軸式（圖b）所示）兩種，該兩種泵都是變量泵，通過調(diào)節(jié)斜盤傾角，即可改變泵的輸出流量。 2）徑向柱塞泵：（柱塞運(yùn)動(dòng)方向與液壓缸體的中心線垂直），又可分為固定液壓缸式和回轉(zhuǎn)液壓缸式兩種。 柱塞泵 特點(diǎn): 1）工作壓力高，容積效率高，p2040m

9、pa，pmax可到100mpa； 2）流量大，易于實(shí)現(xiàn)變量； 3）主要零件均受壓，使材料的強(qiáng)度得以充分利用，壽命長(zhǎng)，單位功率重量小。4 4、液壓泵的圖形符號(hào)、液壓泵的圖形符號(hào)1 1、選擇液壓泵的原則選擇液壓泵的原則 是否要求變量：是否要求變量：徑向柱塞泵、軸向柱塞泵、單作用葉片泵徑向柱塞泵、軸向柱塞泵、單作用葉片泵是變量泵。是變量泵。 工作壓力：工作壓力：柱塞泵壓力柱塞泵壓力31.5mpa；葉片泵壓力；葉片泵壓力6.3mpa,高壓高壓化以后可達(dá)化以后可達(dá)16mpa；齒輪泵壓力；齒輪泵壓力2.5mpa，高壓化以后可達(dá)，高壓化以后可達(dá)21mpa。 工作環(huán)境：工作環(huán)境：齒輪泵的抗污染能力最好。齒輪泵

10、的抗污染能力最好。 噪聲指標(biāo)：噪聲指標(biāo)：低噪聲泵有內(nèi)嚙合齒輪泵、雙作用葉片泵和螺低噪聲泵有內(nèi)嚙合齒輪泵、雙作用葉片泵和螺桿泵，雙作用葉片泵和螺桿泵的瞬時(shí)流量均勻。桿泵，雙作用葉片泵和螺桿泵的瞬時(shí)流量均勻。 效率：效率：軸向柱塞泵的總效率最高；同一結(jié)構(gòu)的泵，排量大軸向柱塞泵的總效率最高；同一結(jié)構(gòu)的泵，排量大的泵總效率高；同一排量的泵在額定工況下總效率最高。的泵總效率高；同一排量的泵在額定工況下總效率最高。1. 4 液壓泵與電動(dòng)機(jī)參數(shù)的選用 1 1、液壓泵的選用、液壓泵的選用 液壓泵的選擇，通常是先根據(jù)對(duì)液壓泵的性能要求來選定液壓泵的型式，再根據(jù)液壓泵所應(yīng)保證的壓力和流量來確定它的具體規(guī)格。 液壓

11、泵的的工作壓力是根據(jù)執(zhí)行元件的最大工作壓力來決定的，考慮到各種壓力損失，泵的最大工作壓力p泵可按下式確定： p泵k壓p缸 式中：p泵 一液壓泵所需要提供的壓力，pa, k壓一 系統(tǒng)中壓力損失系數(shù)，取1.3 1.5 p缸 一液壓缸中所需的最大工作壓力，pa1 1、液壓泵大小的選用、液壓泵大小的選用 液壓泵的選擇，通常是先根據(jù)對(duì)液壓泵的性能要求來選定液壓泵的型式，再根據(jù)液壓泵所應(yīng)保證的壓力和流量來確定它的具體規(guī)格。 液壓泵的輸出流量取決于系統(tǒng)所需最大流量及泄漏量，即q泵k流.q缸式中： q泵液壓泵所需輸出的流量，m3/min。 k流系統(tǒng)的泄漏系數(shù)，取1.11.3 q缸一液壓缸所需提供的最大流量，m

12、3/min。 若為多液壓缸同時(shí)動(dòng)作，q缸應(yīng)為同時(shí)動(dòng)作的幾個(gè)液壓缸所需的最大流量之和。 在p泵、q泵求出以后，就可具體選擇液壓泵的規(guī)格，選擇時(shí)應(yīng)使實(shí)際選用泵的額定壓力大于所求出的p泵值，通?？煞糯?5%。泵的額定流量略大于或等于所求出的q缸值即可。 2、電動(dòng)機(jī)參數(shù)的選擇電動(dòng)機(jī)參數(shù)的選擇驅(qū)動(dòng)液壓泵所需的電動(dòng)機(jī)功率可按下式確定： （kw）式中：pm電動(dòng)機(jī)所需的功率，kw p泵泵所需的最大工作壓力，pa, q泵泵所需輸出的最大流量，m3/min 泵的總效率。 各種泵的總效率大致為：齒輪泵0.6 0.7，葉片泵0.6 0.75；柱塞泵0.8 0.85。60泵泵qppm3、計(jì)算舉例：計(jì)算舉例：例22 已知

13、某液壓系統(tǒng)如圖212所示，工作時(shí)，活塞上所受的外載荷為f=9720n，活塞有效工作面積a0.008m2，活塞運(yùn)動(dòng)速度v=0.04m/s。.問應(yīng)選擇額定壓力和額定流量為多少的液壓泵？驅(qū)動(dòng)它的電機(jī)功率應(yīng)為多少?例23如圖212所示的液壓系統(tǒng)，巳知負(fù)載f=30000n，活塞有效面積a=0.01m2，空載時(shí)的快速前進(jìn)的速度為0.05 m/s，負(fù)載工作時(shí)的前選速度為0.025 m/s，選取k壓1.5，k流1.3 0.75 ，.試從下列已知泵中選擇一臺(tái)合適的泵，并計(jì)算其相應(yīng)的電動(dòng)機(jī)功率。 已知泵如下：yb-32型葉片泵，q額32l/min，p額63kgf/cm2yb-40型葉片泵，q額.40 l/min，

14、p額63kgf/cm2yb-50型葉片泵，q. 額.50 l/min，p額63 kgf/cm227 某液壓泵的轉(zhuǎn)速為950r/min，排量為q168ml/r 在額定壓力29.5mpa和同樣轉(zhuǎn)速下，測(cè)的實(shí)際流量為150l/min，額定工況下的總效率為0.87，求：1） 泵的理論流量；2） 泵的容積效率和機(jī)械效率；3） 泵在額定工況下，所需電機(jī)驅(qū)動(dòng)功率。28 已知某液壓系統(tǒng)工作時(shí)所需最大流量q5104m3/s，最大工作壓力p40105pa，取k壓1.3，k流1.1，試從下列表中選擇液壓泵。若泵的效率0.7，計(jì)算電機(jī)功率。 cbb50型泵 q50 l/min，p25105pa yb40型泵 q40

15、l/min，p63105pa思考題與習(xí)題思考題與習(xí)題液壓缸液壓缸 液壓缸是使負(fù)載作直線運(yùn)動(dòng)的執(zhí)行元件。1 1、液壓缸分類、液壓缸分類分為單作用式液壓缸和雙作用式液壓缸兩類。單作用式液壓缸又分為無彈簧式、附彈簧式、柱塞式三種，如圖31所示。雙作用式液壓缸又分為單桿形，雙桿形兩種，如圖32所示。第二節(jié) 液壓執(zhí)行元件 液壓缸及其液壓缸及其分類柱塞式液壓缸柱塞式液壓缸單活塞桿式液壓缸單活塞桿式液壓缸雙活塞桿式液壓缸雙活塞桿式液壓缸伸縮式液壓缸伸縮式液壓缸液壓缸及其液壓缸及其分類單活塞桿式液壓缸單活塞桿式液壓缸雙活塞桿式液壓缸雙活塞桿式液壓缸伸縮式液壓缸伸縮式液壓缸液壓缸及其分類液壓缸及其分類增壓缸增壓

16、缸彈簧復(fù)位式液壓缸彈簧復(fù)位式液壓缸串聯(lián)式液壓缸串聯(lián)式液壓缸伸縮式液壓缸伸縮式液壓缸2 2、液壓缸結(jié)構(gòu)：、液壓缸結(jié)構(gòu)：圖33為液壓缸結(jié)構(gòu)圖，選用液壓缸時(shí)，首先考慮活塞桿長(zhǎng)度（由行程決定），再根據(jù)回路的最高壓力選出適合的液壓缸。1）缸筒主要是由鋼材制成，缸筒內(nèi)要經(jīng)過精細(xì)加工，表面粗糙度ra0.08um，以減少密封件的摩擦。2）蓋板通常由鋼材制成，有前端蓋和后端蓋，安裝在缸筒的前后兩端，蓋板和缸筒的連接方法有焊接、拉桿、法蘭、羅紋連接等。3）活塞的材料通常用鋼或鑄鐵，也可采用鋁合金。活塞和缸筒內(nèi)壁間需要密封，采用的密封件有o形環(huán)、v形油封、u形油封、x形油封和活塞環(huán)等。而活塞應(yīng)有一定的導(dǎo)向長(zhǎng)度，一般

17、取活塞長(zhǎng)度為缸筒內(nèi)徑的（0.61.0）倍。4）活塞桿是由鋼材做成實(shí)心桿或空心桿，表面經(jīng)淬火再鍍鉻處理并拋光。5）緩沖裝置為了防止活塞在行程的終點(diǎn)與前后端蓋板發(fā)生碰撞，引起噪音，影響工件精度或使液壓缸損壞，常在液壓缸前后端蓋上設(shè)有緩沖裝置，以使活塞移到快接近行程終點(diǎn)時(shí)速度減慢下來終至停止。3 3、液壓缸的參數(shù)計(jì)算、液壓缸的參數(shù)計(jì)算 圖34所示，液壓缸缸體固定，液壓油從a口進(jìn)入作用在活塞上，產(chǎn)生一推力f，通過活塞桿以克服負(fù)荷w，活塞以速度向前推進(jìn)，同時(shí)將活塞桿側(cè)內(nèi)的油液通過b口流回油箱。相反，如高壓油從b口進(jìn)入，則活塞后退。1）速度和流量 若忽略泄漏，則速度和流量的關(guān)系如下： q =a （31）

18、=q/a （32）式中：q 液壓缸的輸入流量（m3/s或l/min ,l=1103m3） a 液壓缸活塞上有效工作面積 活塞移動(dòng)速度 通?；钊瞎ぷ饔行娣e是固定的，由式（32）可知，活塞的速度取決于輸入液壓缸的流量，又由理論上可知，速度和負(fù)載無關(guān)。2）推力和壓力 推力f是壓力為p的液壓油作用在工作有效面積為a的活塞上，以平衡負(fù)載w，若液壓缸回油接油箱，則p0 =0，故： f = w = p.a ( n) (33)式中：p 液壓缸的工作壓力（mpa） a 液壓缸活塞上有效工作面積（mm2） 推力f可看成是液壓缸的理論推力，因?yàn)榛钊挠行娣e固定，故壓力取決于總負(fù)載。4 4、其他液壓缸、其他液壓

19、缸1）擺動(dòng)缸：擺動(dòng)式液壓缸也稱擺動(dòng)馬達(dá)。2）增壓缸：在某些短時(shí)或局部需要高壓的液壓系統(tǒng)中，常用增壓缸與低壓大流量泵配合作用，單作用增壓缸的工作原理如圖38a所示，輸入低壓力p1的液壓油，輸出高壓力為p2的液壓油，增大壓力關(guān)系如式（312）。 （312） 單作用增壓缸不能連續(xù)向系統(tǒng)供油，圖38 b為雙作用式增壓缸，可由兩個(gè)高壓端連續(xù)向系統(tǒng)供油。212ddpp3）伸縮缸：圖39所示，伸縮式液壓缸由兩個(gè)或多個(gè)活塞式液壓缸套裝而成，前一級(jí)活塞缸的活塞是后一級(jí)活塞缸的缸筒，可獲得很長(zhǎng)的工作行程。伸縮缸廣泛的用于起重運(yùn)輸車輛上。 圖39a是單作用式，圖39b是雙作用式。4）齒輪缸：圖310所示，它由兩個(gè)柱塞和一套齒輪齒條傳動(dòng)裝置組成，當(dāng)液壓油推動(dòng)活塞左右往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，齒條就推動(dòng)齒輪往復(fù)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而由齒輪驅(qū)動(dòng)工作部件作往復(fù)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。 液壓馬達(dá)是使負(fù)載作連續(xù)旋轉(zhuǎn)的執(zhí)行元件，其內(nèi)部構(gòu)造與液壓泵類似，差別僅在于液壓泵的旋轉(zhuǎn)是由電機(jī)所帶動(dòng)，輸出的是液壓油；液壓馬達(dá)則是輸入液壓油，輸出的是轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速。因此，液壓馬達(dá)和液壓泵在細(xì)部結(jié)構(gòu)上存在一定的差別。液壓馬達(dá)液壓馬達(dá) 1 1、液壓馬達(dá)分類及特點(diǎn)、液壓馬達(dá)分類及