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1.2 液压传动工作原理与组成

1.2.1 液压传动工作原理

下面通过图1.5所示的工程机械上常见的一种举升机构(如液压起重机的变幅机构、液压挖掘机动臂的升降机构等)来简述液压系统的工作原理。在图1.5中,当换向阀处于图1.5(a)所示位置形态时,原动机带动液压泵8从油箱10经单向阀1吸油,并将有压力的油经单向阀2排至管路,压力油沿管路经过节流阀4进入换向阀5,经过换向阀5阀芯左边的环槽,经管路进入液压缸7的下腔。液压缸7的缸体被铰接在机座上,在压力油的推动下,活塞向上运动,通过活塞杆带动工作机构6产生举升运动。同时,液压缸7上腔中的油液被排出,经管路、换向阀5阀芯右边的环槽和管路流回油箱10。

如果扳动换向阀5的手柄使其阀芯移到左边位置,如图1.5(b)所示,此时压力油经过阀芯右边的环槽,经管路进入液压缸7的上腔,使举升机构降落。同时,从液压缸7下腔排出的油液,经阀芯左边的环槽流回油箱。

从图中可以看出,液压泵输出的压力油流经单向阀2后分为两路:一路通向溢流阀3,另一路通向节流阀4。改变节流阀4的开口大小,就能改变通过节流阀的油液流量,以控制举升速度。而从定量液压泵输出的油液除进到液压缸外,其余部分通过溢流阀3返回油箱。

图1.5 液压举升机构结构原理图

1、2-单向阀;3-溢流阀;4-节流阀;5-换向阀;6-工作机构;7-液压缸;8-液压泵;9-滤油器;10-油箱

这里溢流阀3起着过载安全保护和配合节流阀改变进到液压缸的油液流量的双重作用。当溢流阀3中的钢球在弹簧力的作用下将阀口堵住时,压力油不能通过溢流阀3;如果油液的压力增高到使作用在钢球上的液压作用力能够克服弹簧的作用力而将钢球顶开时,压力油就通过溢流阀3和管路直接流回油箱,油液的压力就不会继续升高。因此,只要调定溢流阀3中弹簧的压紧力大小,就可改变压力油顶开溢流阀钢球时压力的大小,这样也就控制了液压泵输出油液的最高压力,使系统具有过载安全保护作用。通过改变节流阀4的开口大小改变通过节流阀的油液流量,就可调节举升机构的运动速度(同时改变了通过溢流阀3的分流油液流量)。

此系统中换向阀5用来控制运动的方向,使举升机构既能举升又能降落;节流阀4控制举升的速度;由溢流阀3来控制液压泵的输出压力。图中9为网式滤油器,液压泵从油箱吸入的油液先经过滤油器,以滤清油液,保护整个系统不受污染。

从上面这个简单的例子可以看出:

(1)流体传动是以液体或者气体为工作介质传递动力的;

(2)流体传动是用流体的压力能传递动力的,系统的工作压力取决于负载,运动速度取决于流量;

(3)流体传动中的工作介质(液体或者气体)是在受控制和调节的状态下进行工作的,因此,流体传动与流体控制是融为一体的。

1.2.2 液压传动的组成

通过上述分析可知,一个完整的液压系统要能正常工作,一般要包括五个组成部分。

(1)动力元件:即能源装置,液压系统一般以液压泵或蓄能器作为动力元件,其气动系统是空气压缩机和储存罐。其作用是将原动机输出的机械能转换成流体压力能,并向系统或用气点供给压力流体。

(2)执行元件:包括液压缸或气缸、液压马达或气马达,前者实现往复运动,后者实现旋转运动,其作用是将液压能转化成机械能,输出到工作机构上。

(3)控制元件:包括压力控制阀、流量控制阀、方向控制阀和行程阀等,其作用是控制和调节流体系统的压力、流量和液流方向以及充当信号转换、逻辑运算、放大等功能的信号控制元件,以保证执行元件能够得到所要求的力(或扭矩)、速度(或转速)和运动方向(或旋转方向)。

(4)辅助元件:包括油箱、管路、管接头、滤油器、消声器、油雾器、滤气器以及各种仪表等。这些元件也是流体系统必不可少的。

(5)工作介质:用以传递能量,同时还起散热和润滑作用。液压系统用液压油作为工作介质,气动系统用压缩空气作为工作介质。

1.2.3 液压传动的图形符号

由图1.5可以看出,液压与气压传动结构式原理图近似于实物的断面图,虽然直观性强,比较容易理解,并且在液压系统出现故障时,根据此原理图进行检查、分析也比较方便,但是绘制麻烦,特别是当系统中元件较多时,绘制非常不方便,并且反映不出元件的职能作用,必须根据元件的结构进行分析才能了解其作用。另有一种职能符号式液压与气压系统原理图,能极大地简化液压和气压系统原理图的绘制。在这种原理图中,各液压元件都用符号表示,这些符号只表示元件的职能和连接系统的通路,并不表示元件的具体结构,这对专利元件结构更具有保密性。我国制定的液压与气动系统图形符号标准GB/T786.1-2009《流体传动系统及元件图形符号和回路图 第1部分 用于常规用途和数据处理的图形符号》就是采用职能式符号,其中规定符号都以元件的静止位置或零位置表示。所以图1.5所示的液压系统结构式原理图可用职能式符号表示成图1.6所示。

图1.6 用图形符号表示的液压系统原理图

1、2-单向阀;3-溢流阀;4-节流阀;5-换向阀;6-工作机构;7-液压缸;8-液压泵;9-滤油器;10-油箱

在图1.6(a)中,换向阀5处于中间位置,其压力油口、通液压缸的两个油口以及回油口,均被阀芯堵住。这时液压泵输出的油液全部通过溢流阀3流回油箱,工作机构6不动。如操纵手柄将换向阀5阀芯向右推,油路连通情况就如图1.6(b)所示,这时液压缸7下腔通压力油,上腔通油箱,液压缸活塞带动工作机构向上举升。如将换向阀5阀芯向左推,油路就如图1.6(c)所示,工作机构向下降落。溢流阀3上的虚线代表控制油路,控制油路中油液的压力即为液压泵的输出油压,当该压力油的作用力能够克服弹簧力时,即下压溢流阀的阀芯使液压泵出口与回油管构成通路,产生溢流保护作用。 X9M2KVwDGb2TgQERRoSbVQtVU8kNRumO+/DBrCVheThutmB2sRnmKb2ZpSBCsgSn

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