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液压

液压

分类: 机器人
属性: 技术
最后修改时间: 2014年07月31日
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液压是传动方式的一种,液压传动是以液体作为工作介质,利用液体的压力能来传递动力。一个完整的液压系统由五个部分组成,即能源装置、执行装置、控制调节装置、辅助装置、液体介质。液压由于其传递动力大,易于传递及配置等特点,在工业、民用行业应用广泛。液压系统的执行元件(液压缸和液压马达)的作用是将液体的压力能转换为机械能,从而获得需要的直线往复运动或回转运动。

  1发展史

  液压传动气压传动称为流体传动,是根据17世纪帕斯卡提出的液体静压力传动原理而发展起来的一门新兴技术,1795年英国约瑟夫o布拉曼(JosephBraman,1749-1814),在伦敦用水作为工作介质,以水压机的形式将其应用于工业上,诞生了世界上第一台水压机。1905年将工作介质水改为油,又进一步得到改善。

  第一次世界大战(1914-1918)后液压传动广泛应用,特别是1920年以后,发展更为迅速。液压元件大约在19世纪末20世纪初的20年间,才开始进入正规的工业生产阶段。1925年维克斯(F.Vikers)发明了压力平衡式叶片泵,为近代液压元件工业或液压传动的逐步建立奠定了基础。20世纪初康斯坦丁o尼斯克(GoConstantimsco)对能量波动传递所进行的理论及实际研究;1910年对液力传动(液力联轴节、液力变矩器等)方面的贡献,使这两方面领域得到了发展。

  第二次世界大战(1941-1945)期间,在美国机床中有30%应用了液压传动。应该指出,日本液压传动的发展较欧美等国家晚了近20多年。在1955年前后,日本迅速发展液压传动,1956年成立了“液压工业会”。近20~30年间,日本液压传动发展之快,居世界领先地位。

  液压传动有许多突出的优点,因此它的应用非常广泛,如一般工业用的塑料加工机械、压力机械、机床等;行走机械中的工程机械、建筑机械、农业机械、汽车等;钢铁工业用的冶金机械、提升装置、轧辊调整装置等;土木水利工程用的防洪闸门及堤坝装置、河床升降装置、桥梁操纵机构等;发电厂涡轮机调速装置、核发电厂等等;船舶用的甲板起重机械(绞车)、船头门、舱壁阀、船尾推进器等;特殊技术用的巨型天线控制装置、测量浮标、升降旋转舞台等;军事工业用的火炮操纵装置、船舶减摇装置、飞行器仿真、飞机起落架的收放装置和方向舵控制装置等。

  2基本信息

  液压系统组成

  一个完整的液压系统由五个部分组成,即动力元件、执行元件、控制元件、辅助元件和工作介质。

  动力元件的作用是将原动机的机械能转换成液体的压力能。动力元件指液压系统中的液压泵,它向整个液压系统提供动力。液压泵的结构形式一般有齿轮泵、叶片泵、柱塞泵、螺杆泵

  执行元件的作用是将液体的压力能转换为机械能,驱动负载作直线往复运动或回转运动。执行元件有液压缸和液压马达。

  控制元件(即各种液压阀)在液压系统中控制和调节液体的压力、流量和方向。

  根据控制功能的不同,液压阀可分为压力控制阀、流量控制阀和方向控制阀。压力控制阀又分为溢流阀(安全阀)、减压阀、顺序阀、压力继电器等;流量控制阀包括节流阀、调整阀、分流集流阀等;方向控制阀包括单向阀、液控单向阀、梭阀、换向阀等。根据控制方式不同,液压阀可分为开关式控制阀、定值控制阀和比例控制阀。

  辅助元件包括蓄能器、过滤器、冷却器、加热器、油管、管接头、油箱、压力计、流量计、密封装置等,它们起连接、储油、过滤和测量油液压力等辅助作用,可参考《液压传动》《液压系统设计丛书》。

  工作介质是指各类液压传动中的液压油或乳化液,有各种矿物油、乳化液和合成型液压油等几大类。液压系统就是通过其实现运动和动力传递的。

  液压元件可分为动力元件和控制元件以及执行元件三大类。尽管都是液压元件,它们的自身功能和安装使用的技术要求也不尽相同,现分别介绍如下:

  动力元件:指的是各种液压泵,齿轮泵、叶片泵、柱塞泵、螺杆泵。

  1、齿轮油泵和串联泵(包括外啮合与内啮合)两种结构型式。

  2、叶片油泵(包括单级泵、变量泵、双级泵、双联泵)。

  3、柱塞油泵,又分为轴向柱塞油泵和径向柱塞油泵,轴向柱塞泵有定量泵、变量泵、(变量泵又分为手动变量与压力补偿变量、伺服变量等多种)从结构上又分为端面配油和阀式配油两种配油方式,而径向柱塞泵的配油型式,基本上为阀式配油。);

  执行元件:液压缸和液压马达,液压缸有活塞液压缸、柱塞液压缸、摆动液压缸、组合液压缸;液压马达有齿轮式液压马达、叶片液压马达、柱塞液压马达;

  控制元件:方向控制阀、单向阀、换向阀;

  压力控制阀:溢流阀、减压阀、顺序阀、压力继电器等;

  流量控制阀:节流阀、调速阀、分流阀;

  辅助元件:除上述三部分以外的其它元件,包括压力表、滤油器、蓄能装置、冷却器、管件{主要包括:各种管接头(扩口式、焊接式、卡套式,sae法兰)、高压球阀、快换接头、软管总成、测压接头、管夹等}及油箱等,它们同样十分重要。

  优点

  与机械传动、电气传动相比,液压传动具有以下优点:

  1、液压传动的各种元件,可以根据需要方便、灵活地来布置。

  2、重量轻、体积小、运动惯性小、反应速度快。

  3、操纵控制方便,可实现大范围的无级调速(调速范围达2000:1)。

  4、可自动实现过载保护。

  5、一般采用矿物油作为工作介质,相对运动面可自行润滑,使用寿命长。

  6、很容易实现直线运动。

  7、很容易实现机器的自动化,当采用电液联合控制后,不仅可实现更高程度的自动控制过程,而且可以实现遥控。

  缺点

  1、由于流体流动的阻力和泄露较大,所以效率较低。如果处理不当,泄露不仅污染场地,而且还可能引起火灾和爆炸事故。

  2、由于工作性能易受到温度变化的影响,因此不宜在很高或很低的温度条件下工作。

  3、液压元件的制造精度要求较高,因而价格较贵。

  4、由于液体介质的泄露及可压缩性影响,不能得到严格的传动比。

  5、液压传动出故障时不易找出原因;使用和维修要求有较高的技术水平。

  系统形式

  液压元件逐步实现了标准化、系列化,其规格、品种、质量、性能都有了很大提高,尤其是采用电子技术、伺服技术等新技术新工艺后,液压系统的质量得到了显著的提高,其在国民经济及军事工业中发挥了重大作用。从不同的角度出发,可以把液压系统分成不同的形式。

  (1)按油液的循环方式,液压系统可分为开式系统和闭式系统。开式系统是指液压泵从油箱吸油,油经各种控制阀后,驱动液压执行元件,回油再经过换向阀回油箱。这种系统结构较为简单,可以发挥油箱的散热、沉淀杂质作用,但因油液常与空气接触,使空气易于渗入系统,导致机构运动不平稳等后果。开式系统油箱大,油泵自吸性能好。闭式系统中,液压泵的进油管直接与执行元件的回油管相连,工作液体在系统的管路中进行封闭循环。其结构紧凑,与空气接触机会少,空气不易渗入系统,故传动较平稳。工作机构的变速和换向靠调节泵或马达的变量机构实现,避免了开式系统换向过程中所出现的液压冲击和能量损失。但闭式系统较开式系统复杂,因无油箱,油液的散热和过滤条件较差。为补偿系统中的泄漏,通常需要一个小流量的补油泵和油箱。由于单杆双作用油缸大小腔流量不等,在工作过程中会使功率利用下降,所以闭式系统中的执行元件一般为液压马达。

  (2)按系统中液压泵的数目,可分为单泵系统,双泵系统和多泵系统。

  (3)按所用液压泵形式的不同,可分为定量泵系统和变量泵系统。变量泵的优点是在调节范围之内,可以充分利用发动机的功率,但其结构和制造工艺复杂,成本高,可分为手动变量、尽可能控变量、伺服变量、压力补偿变量、恒压变量、液压变量等多种方式。

  (4)按向执行元件供油方式的不同,可分为串联系统和并联系统。串联系统中,上一个执行元件的回油即为下一个执行元件的进油,每通过一个执行元件压力就要降低一次。在串联系统中,当主泵向多路阀控制的各执行元件供油时,只要液压泵的出口压力足够,便可以实现各执行元件的运动的复合。但由于执行元件的压力是叠加的,所以克服外载能力将随执行元件数量的增加而降低。并联系统中,当一台液压泵向一组执行元件供油时,进入各执行元件的流量只是液压泵输出流量的一部分。流量的分配随各件上外载荷的不同而变化,首先进入外载荷较小的执行元件,只有当各执行元件上外载荷相等时,才能实现同时动作。全液压传动机械性能的优劣,主要取决于液压系统性能的好坏,包括所用元件质量优劣,基本回路是否恰当等。系统性能的好坏,除满足使用功能要求外,应从液压系统的效率、功率利用、调速范围和微调特性、振动和噪声以及系统的安装和调试是否方便可靠等方面进行。现代工程机械几乎都采用了液压系统,并且与电子系统、计算机控制技术结合,成为现代工程机械的重要组成部分。

  原理

  它是由两个大小不同的液缸组成的,在液缸里充满水或油。充水的叫“水压机”;充油的称“油压机”。两个液缸里各有一个可以滑动的活塞,如果在小活塞上加一定值的压力,根据帕斯卡定律,小活塞将这一压力通过液体的压力传递给大活塞,将大活塞顶上去。设小活塞的横截面积是S1,加在小活塞上的向下的压力是F1。于是,小活塞对液体的压强为P=F1/SI,能够大小不变地被液体向各个方向传递”。大活塞所受到的压强必然也等于P。若大活塞的横截面积是S2,压强P在大活塞上所产生的向上的压力F2=PxS2,截面积是小活塞横截面积的倍数。从上式知,在小活塞上加一较小的力,则在大活塞上会得到很大的力,为此用液压机来压制胶合板、榨油、提取重物、锻压钢材等。

  清洗

  对于小型润滑系统,可利用和设备规定的液压油相同的油品进行清洗工作。清洗过后的油不再符合润滑的要求,而且包含杂质太多,清洗完毕后必须彻底排除。经清洗后的润滑系统再加入规定的液压油。

  有些液压设备维修后,用金属清洗剂或肥皂水清洗系统,再加液压油进行试机,发现泡沫大,油压不稳,认为该品牌的液压油质量差,把油排净后换另一品牌的油工作正常,就断定前一油差后一油好,其实这是冤案,前油替后油“受了过”,由于系统中残存的金属清洗剂中的表面活性剂组分污染了前油而使其抗泡性变差,使设备工作异常,前油排净时也同时把系统冲刷干净,后油也就正常了,类似情况经常发生。滤油就用油性滤纸,几块钱一张,将近半平方米。省事点就用汽车机油滤清器改装。做或买一个够大的油箱,侧面下部装滤纸或滤清器,箱上部装个气嘴接头,接上气泵加压,就能滤了。其他部分可以自己想了。

  3三大顽疾

  液压系统主要有以下缺点:

  1、发热由于传力介质(液压油)在流动过程中存在各部位流速的不同,导致液体内部存在一定的内摩擦,同时液体和管路内壁之间也存在摩擦,这些都是导致液压油温度升高的原因。温度升高将导致内外泄漏增大,降低其机械效率。同时由于较高的温度,液压油会发生膨胀,导致压缩性增大,使控制动作无法很好的传递。解决办法:发热是液压系统的固有特征,无法根除只能尽量减轻。使用质量好的液压油、液压管路的布置中应尽量避免弯头的出现、使用高质量的管路以及管接头、液压阀等。

  2、振动液压系统的振动也是其痼疾之一。由于液压油在管路中的高速流动而产生的冲击以及控制阀打开关闭过程中产生的冲击都是系统发生振动的原因。强的振动会导致系统控制动作发生错误,也会使系统中一些较为精密的仪器发生错误,导致系统故障。解决办法:液压管路应尽量固定,避免出现急弯。避免频繁改变液流方向,无法避免时应做好减振措施。整个液压系统应有良好的减振措施,同时还要避免外来振源对系统的影响。

  3、泄漏液压系统的泄漏分为内泄漏和外泄漏。内泄漏指泄漏过程发生在系统内部,例如液压缸活塞两边的泄漏、控制阀阀芯与阀体之间的泄漏等。内泄漏虽然不会产生液压油的损失,但是由于发生泄漏,既定的控制动作可能会受到影响,直至引起系统故障。外泄漏是指发生在系统和外部环境之间的泄漏。液压油直接泄漏到环境中,除了会影响系统的工作环境外,还会导致系统压力不够引发故障。泄漏到环境中的液压油还有发生火灾的危险。解决办法:采用质量较好的密封件,提高设备的加工精度。

  另:对于液压系统这三大顽疾,有人进行了总结:“发烧、拉稀带得瑟”(这位总结者是东北人)。液压系统用于升降机,挖掘机,泵站,强夯机,起重机,等等大型工业,建筑,工厂,企业,还有升降机,升降平台,登车桥等等行业。

  4查找故障编辑一、根据液压系统图查找液压故障

  在液压系统图分析排除故障时,主要方法是“抓两头”——即抓动力源(液压泵)和执行元件(液压油缸、液压马达),然后是“连中间”,即从动力源到执行元件之间经过的管路和控制元件。“抓两头”时,要分析故障是否就出在液压泵、液压油缸和液压马达本身。“连中间”时除了要注意分析故障是否出在所连线路上液压元件外,还要特别注意弄清楚系统从一个工作状态转移到另一个工作状态时是采用哪种控制方式,控制信号是否有误,要针对实物,逐一检查,要注意各个主油路之间及主油路与控制油路之间有无接错而产生相互干涉现象,如有相互干涉现象,要分析是何等使用调节错误等。

  二、利用因果图查找液压故障

  利用因果图(又称鱼刺图)分析方法,对液压设备出现的故障进行分析,既能较快地找出故障主次原因,又能积累排除故障的经验。

  因果图分析法,可以用将维护管理与查找故障密切结合起来,因而被广泛采用。

  三、应用铁谱技术对液压系统的故障进行诊断和状态监控

  铁谱技术是以机械摩擦副的磨损为基本出发点,借助于铁谱仪把液压油中的磨损颗粒和其他污染颗粒分离出来,并制成铁谱片,然后置于铁谱显微镜或扫描电子显微镜下进行观察,或按尺寸大小依次沉积在玻璃管内,应用光学方法进行定量检测。通过以上分析,可以准确地获得系统内有关磨损方面的重要信息。据此进一步研究磨损现象,监测磨损状态,诊断故障前兆,最后作出系统失效预报。

  铁谱技术能有效地应用于工程机械液压系统油液污染程度的检测,监控,磨损过程的分析和故障诊断,并且具有直观、准确、信息多等优点。因此,他已成为对机械工程液压系统故障进行诊断分析的有力工具。

  四、利用故障现象与故障原因相关分析表查找液压故障

  根据工作实践,总结出故障现象与故障原因相关关系表(或由厂家提供),可以用于一般液压故障的查找和处理。

  五、利用设备的自诊断功能查找液压故障

  随着电子技术的不断发展,2012年,许多大中型工程机械,采用了电子计算机控制、通过接口电路及传感技术,对其液压系统进行自诊断,并显示在荧光屏上,使用、维修者可根据显示故障的内容进行故障排除。

  六、液压机的维护保养正确使用机器设备,认真进行维护保养和严格执行安全操作规程,是延长设备使用寿命,保证安全生产的必要条件,因此,操作者除应熟悉机器结构性能外,还应注意以下各点。1、液压站的调试及维修需要专业人员,液压组件拆卸时,应将零件放在干净的地方。各个有密封的表面不能有划伤现象。2、液压油是液压站工作时的能量传递介质,液压油的质量、清洁度、粘度对液压泵、液压阀及液压缸的寿命起到了主导地位,故在使用液压站时应高度重视液压油的质量和保持液压油的清洁。液压系统用油,必须经过严格的过滤,在液压系统中应配置滤油器。3、在保证系统正常工作的条件下,液压泵的压力应尽量调得低些,背压阀的压力也尽可能调得低些,以减少能量损耗,减少发热。4、为了防止灰尘和水等落入油液,油箱周围应保持清洁,应定期进行维护保养。5、油箱的液面要经常保持足够的高度,使系统中的油液有足够的循环冷却条件,并注意保持油箱、油管等设备的清洁,以有利于散热。一般油温在30℃-55℃为安全温度是最适当的使用温度,性能最高,寿命最长。油温逾60℃,每上升8℃,其使用寿命将次第减半。6、应尽量防止系统中各处的压力低于大气压力,同时应使用良好的密封装置,密封失效时应及时更换,所有受力螺钉如:缸口导套螺钉、活塞杆法兰螺钉等,要定期紧固以防松动。防止空气进入液压系统、漏油。7、有水冷却器的系统,应保持冷却水量充足,管路畅通。有风冷却器的系统,应保持通风顺畅。防止油温过高。8、有过滤器的系统,应定期清理或更换滤芯(约一个月),防止堵塞,油温上升过快,严重时会造成液压组件或油泵破裂。9、系统工作压力是通过调压阀来调定液压泵的输出压力。一般情况,调定的压力不能超过其原来设计的额定压力,否则有可能造成液压泵损坏、液压阀卡死或电机烧坏等等现象。10、液压阀及集成块的字母代号说明P为压力油口,T为回油口。A、B为接执行组件(液压缸)的工作油口。X或K为液压组件外控油口,Y或R为液压组件外泄油口。11、为保证压机可靠运行,压机某些元件在达到使用寿命周期后,建议用户必须予以更换。12、将保养中已解决与未解决的主要问题记录入档,作为下次保养或安排检修计划的资料依据。

  5油缸安装

  1开箱:油缸内封有气化性防锈剂,所以,在装配前不得拆下入口的塞子。如果拆下塞子,必须立即安装在机体上,而且在油缸内放满油

  2防锈:油缸安装在机体上以后,如果活塞在伸出的情况下放置时,必须在活塞杆的露出部分涂敷油脂。

  3速度:一般规格的油缸,当动作速度超过2m/s时,其使用寿命将会受到影响。以0.3m/s作为冲程末端的场合,为了保护机构和安全起见,建议内部安装缓冲机构。另外,使油缸停止时,为了保护油缸机构和安全起见,线路上也必须考虑,以防止发生很大的冲击。为了增加油缸的回油量,线路设计时应该特别注意。在0.5m/min以下低速运转时,将会影响到动作性(特别是振动),所以,低速运转时,应该进行洽谈。

  4运转:运转初期,必须完全排清油缸内的空气。残留空气的场合,采取低速充分运转,排除空气。如果油缸内残留空气受急剧夹压时,那么,由于液压油的作用,有可能使密封圈烧损。另外,动作中如果油缸内部产生负压,那么,将有可能由于气蚀作用而发生异常。

  6系统马达

  液压马达习惯上是指输出旋转运动的,将液压泵提供的液压能转变为机械能的能量转换装置。

  特点及分类

  从能量转换的观点来看,液压泵与液压马达是可逆工作的液压元件,向任何一种液压泵输入工作液体,都可使其变成液压马达工况;反之,当液压马达的主轴由外力矩驱动旋转时,也可变为液压泵工况。因为它们具有同样的基本结构要素--密闭而又可以周期变化的容积和相应的配油机构。

  但是,由于液压马达和液压泵的工作条件不同,对它们的性能要求也不一样,所以同类型的液压马达和液压泵之间,仍存在许多差别。首先液压马达应能够正、反转,因而要求其内部结构对称;液压马达的转速范围需要足够大,特别对它的最低稳定转速有一定的要求。因此,它通常都采用滚动轴承或静压滑动轴承;其次液压马达由于在输入压力油条件下工作,因而不必具备自吸能力,但需要一定的初始密封性,才能提供必要的起动转矩。由于存在着这些差别,使得液压马达和液压泵在结构上比较相似,但不能可逆工作。

  液压马达按其结梅类型来分可以分为齿轮式、叶片式、柱塞式和其它型式。按液压马达的额定转速分为高速和低速两大类。额定转速高于500r/min的属于高速液压马达,额定转速低于500r/min的属于低速液压马达。高速液压马达的基本型式有齿轮式、螺杆式、叶片式和轴向柱塞式等。它们的主要特点是转速较高、转动惯量小,便于启动和制动,调节(调速及换向)灵敏度高。通常高速液压马达输出转矩不大所以又称为高速小转矩液压马达。低速液压马达的基本型式是径向柱塞式,此外在轴向柱塞式、叶片式和齿轮式中也有低速的结构型式,低速液压马达的主要特点是排量大、体积大转速低(有时可达每分钟几转甚至零点几转),因此可直接与工作机构连接,不需要减速装置,使传动机构大为简化,通常低速液压马达输出转矩较大,所以又称为低速大转矩液压马达。

  工作原理

  1、叶片式液压马达

  由于压力油作用,受力不平衡使转子产生转矩。叶片式液压马达的输出转矩与液压马达的排量和液压马达进出油口之间的压力差有关,其转速由输入液压马达的流量大小来决定。由于液压马达一般都要求能正反转,所以叶片式液压马达的叶片要径向放置。为了使叶片根部始终通有压力油,在回、压油腔通人叶片根部的通路上应设置单向阀,为了确保叶片式液压马达在压力油通人后能正常启动,必须使叶片顶部和定子内表面紧密接触,以保证良好的密封,因此在叶片根部应设置预紧弹簧。叶片式液压马达体积小,转动惯量小,动作灵敏,可适用于换向频率较高的场合,但泄漏量较大,低速工作时不稳定。因此叶片式液压马达一般用于转速高、转矩小和动作要求灵敏的场合。

  2、径向柱塞式液压马达

  径向柱塞式液压马达工作原理,当压力油经固定的配油轴4的窗口进入缸体内柱塞的底部时,柱塞向外伸出,紧紧顶住定子的内壁,由于定子与缸体存在一偏心距。在柱塞与定子接触处,定子对柱塞的反作用力为。力可分解为和两个分力。当作用在柱塞底部的油液压力为p,柱塞直径为d,力和之间的夹角为X时,力对缸体产生一转矩,使缸体旋转。缸体再通过端面连接的传动轴向外输出转矩和转速。

  以上分析的一个柱塞产生转矩的情况,由于在压油区作用有好几个柱塞,在这些柱塞上所产生的转矩都使缸体旋转,并输出转矩。径向柱塞液压马达多用于低速大转矩的情况下。

  3、轴向柱塞马达

  轴向柱塞泵除阀式配流外,其它形式原则上都可以作为液压马达用,即轴向柱塞泵和轴向柱塞马达是可逆的。轴向柱塞马达的工作原理为,配油盘和斜盘固定不动,马达轴与缸体相连接一起旋转。当压力油经配油盘的窗口进入缸体的柱塞孔时,柱塞在压力油作用下外伸,紧贴斜盘斜盘对柱塞产生一个法向反力p,此力可分解为轴向分力及和垂直分力Q。Q与柱塞上液压力相平衡,而Q则使柱塞对缸体中心产生一个转矩,带动马达轴逆时针方向旋转。轴向柱塞马达产生的瞬时总转矩是脉动的。若改变马达压力油输入方向,则马达轴按顺时针方向旋转。斜盘倾角a的改变、即排量的变化,不仅影响马达的转矩,而且影响它的转速和转向。斜盘倾角越大,产生转矩越大,转速越低。

  4、齿轮液压马达

  齿轮马达在结构上为了适应正反转要求,进出油口相等、具有对称性、有单独外泄油口将轴承部分的泄漏油引出壳体外;为了减少启动摩擦力矩,采用滚动轴承;为了减少转矩脉动齿轮液压马达的齿数比泵的齿数要多。

  齿轮液压马达由干密封性差,容租效率较低,输入油压力不能过高,不能产生较大转矩。并且瞬间转速和转矩随着啮合点的位置变化而变化,因此齿轮液压马达仅适合于高速小转矩的场合。一般用于工程机械、农业机械以及对转矩均匀性要求不高的机械设备上。

  参数计算

  工作压力:输入马达油液的实际压力,其大小决定于马达的负载。

  马达进口压力与出口压力的差值称为马达的压差。

  额定压力:按试验标准规定,使马达连续正常工作的最高压力。

  排量:VM(m/rad)

  不计泄漏时的流量称理论流量qMt,考虑泄漏流量为实际流量qM。

  容积效率ηMv:理论输入流量与实际输入流量的比值,

  在不计马达的损失情况下,其输出功率等于输入功率.

  实际转矩T:由于马达实际存在机械损失而产生损失扭矩ΔT,使得比理论扭矩Tt小,即马达的机械效率ηMm:等于马达的实际输出扭矩与理论输出扭矩的比.

  马达实际输入功率为pqM,实际输出功率为Tω.

  马达总效率ηM:实际输出功率与实际输入功率的比值.

  7系统密封

  在液压系统及其系统中,密封装置用来防止工作介质的泄漏及外界灰尘和异物的侵入。其中起密封作用的元件,即密封件。外漏会造成工作介质的浪费,污染机器和环境,甚至引起机械操作失灵及设备人身事故。内漏会引起液压系统容积效率急剧下降,达不到所需要的工作压力,甚至不能进行工作。侵入系统中的微小灰尘颗粒,会引起或加剧液压元件摩擦副的磨损,进一步导致泄漏。

  因此,密封件和密封装置是液压设备的一个重要组成部分。它的工作的可靠性和使用寿命,是衡量液压系统好坏的一个重要指标。除间隙密封外,都是利用密封件,使相邻两个偶合表面间的间隙控制在需要密封的液体能通过的最小间隙以下。在接触式密封中,分为自封式压紧型密封和自封式自紧型密封(即唇形密封)两种。

  8系统噪声

  由于液压系统的振动和噪声本身不可避免,而且近几年,随着液压技术向高速、高压和大功率方向的发展,液压系统的噪声也日趋严重,并且成为妨碍液压技术进一步发展的因素,声音超过70dB便成为噪声,使人听起来极不舒服,甚至使人烦躁不安,噪声作为污染已经日益受到人们的重视。因此研究和分析液压噪声和振动的机理,从而减少与降低振动和噪声,并改善液压系统的性能,有着积极而深远的意义。

  噪声源

  在液压传动系统中,各元件或部件产生噪声和传递噪声程度不同,表1列出了液压元件或部件产生和传递噪声的名次。表1液压元(部)件产生和传递噪声名次表元件与部件名称液压泵溢流阀压力阀@节流阀方向阀液压缸油箱管路产生噪声的名次12345556传递噪声的名次23343212注:表中@指的是溢流阀之外的压力控制阀由于液压系统的噪声不只一种,因此最终表现出来的是其合成值,一般来讲,液压系统的噪声不外乎机械噪声和流体噪声两种,下面予以分析说明。

  常见问题分析

  机械噪声是由于零件之间发生接触、撞击和振动而引起的。

  ①回转体的不平衡

  在液压系统中,电动机、液压泵和液压马达都以高速回转,如果它们的转动部件不平衡,就会产生周期性的不平衡力,引起转轴的弯曲振动,因而产生噪声,这种振动传到油箱和管路时,发出很大的声响,为了控制这种噪声,应对转子进行精密的动平衡实验,并注意尽量避开共振区。

  ②电动机噪声

  电动机噪声主要是指机械噪声、通风噪声和电磁噪声。机械噪声包括转子不平衡引起的低频噪声,轴承有缺陷和安装不合适而引起的高频噪声以及电动机支架与电动机之间共振所引起的噪声。控制的方法是,轴承与电动机壳体和电动机轴配合要适当,过盈量不可过大或过小,电动机两端盖上的孔应同轴;轴承润滑要良好。

  ③联轴器引起噪声

  联轴器是液压泵与电动机之间的连接机构,如果电动机和液压泵不同轴以致联轴器偏斜,则将产生振动与噪声。因此在安装时,两者应保持在最小范围内。

  常见问题分析

  在液压系统中,流体噪声占相当大的比例。这种噪声是由于油液的流速、压力的突然变化以及气穴等原因引起的。

  ①液压泵的流体噪声

  液压泵的流体噪声主要是由泵的压力、流量的周期性变化以及气穴现象引起的。在液压泵的吸油和压油循环中,产生周期性的压力和流量变化,形成压力脉动,从而引起液压振动,并经出口向整个系统传播。同时液压回路的管道和阀类将液压泵的压力反射,在回路中产生波动,使泵产生共振,发出噪声;另一方面,液压系统中(指开式回路)溶解了大约5%的空气。当系统中的压力因某种原因而低于空气分离压时,其中溶解于油中的气体就迅速地大量分离出来,形成气泡,这些气泡遇到高压便被压破,产生较强的液压冲击。对于前者的控制办法,设计时齿轮模数尽量取小,齿数尽量取多,缺载槽的形状和尺寸要合理,柱塞泵的柱塞个数应为奇数,最好为7~9个,并在进、排油配流盘上对称开上三角槽,以防柱塞泵的困油。为防止空气混入,

  降低噪声

  为减少噪声,必须对噪声源进行实际调查,测量分析液压系统的声压级,进行频率分析,从而掌握噪声源的大小及频率特性,采取相应办法,具体列举如下:

  ①使用低噪声电机;并使用弹性联轴器,以减少该环节引起的振动和噪声;

  ②在电动机,液压泵和液压阀的安装面上应设置防振胶垫;

  ③尽量用液压集成块代替管道,以减少振动;

  ④用蓄能器和橡胶软管减少由压力脉动引起的振动,

  油缸简图

  蓄能器能吸收10Hz以下的噪声,而高频噪声,用液压软管则十分有效;⑤用带有吸声材料的隔声罩,将液压泵罩上也能有效地降低噪声;

  ⑥系统中应设置放气装置。

  液压件的表面要求及加工

  缸筒作为油缸、矿用单体支柱、液压支架、炮管等产品的主要部件,其加工质量的好坏直接影响整个产品的寿命和可靠性。缸筒加工要求高,其内表面粗糙度要求为Ra0.4~0.8µm,对同轴度、耐磨性要求严格。缸筒的基本特征是深孔加工,其加工一直困扰加工人员。

  采用滚压加工,由于表面层留有表面残余压应力,有助于表面微小裂纹的封闭,阻碍侵蚀作用的扩展。从而提高表面抗腐蚀能力,并能延缓疲劳裂纹的产生或扩大,因而提高缸筒疲劳强度。通过滚压成型,滚压表面形成一层冷作硬化层,减少了磨削副接触表面的弹性和塑性变形,从而提高了缸筒内壁的耐磨性,同时避免了因磨削引起的烧伤。滚压后,表面粗糙度值的减小,可提高配合性质。

  液压阀作为液压系统的控制枢纽,运动频繁,对各组成部分器件的精度要求、密封性、可靠性都要求非常高,国外大部分企业都采用滚压来提高精度配合,如:日本的小松机械、日立机械等,在一些重要部件图纸中都明确要求滚压加工。

  滚压及加工

  滚压加工是一种无切屑加工,在常温下利用金属的塑性变形,使工件表面的微观不平度辗平从而达到改变表层结构、机械特性、形状和尺寸的目的。因此这种方法可同时达到光整加工及强化两种目的,是磨削无法做到的。

  无论用何种加工方法加工,

  滚压原理

  在零件表面总会留下微细的凸凹不平的刀痕,出现交错起伏的峰谷现象,

  滚压加工原理:它是一种压力光整加工,是利用金属在常温状态的冷塑性特点,利用滚压工具对工件表面施加一定的压力,使工件表层金属产生塑性流动,填入到原始残留的低凹波谷中,而达到工件表面粗糙值降低。由于被滚压的表层金属塑性变形,使表层组织冷硬化和晶粒变细,形成致密的纤维状,并形成残余应力层,硬度和强度提高,从而改善了工件表面的耐磨性、耐蚀性和配合性。滚压是一种无切削的塑性加工方法。无切削加工技术安全、方便,能精确控制精度,几大优点:

  1、提高表面粗糙度,粗糙度基本能达到Ra≤0.08µm左右。

  2、修正圆度,椭圆度可≤0.01mm。

  3、提高表面硬度,使受力变形消除,硬度提高HV≥4°

  4、加工后有残余应力层,提高疲劳强度提高30%。

  5、提高配合质量,减少磨损,延长零件使用寿命,但零件的加工费用反而降低。

  滚压刀

  油缸是工程机械最主要部件,传统的加工方法是:拉削缸体——精镗缸体——磨削缸体。采用滚压方法是:拉削缸体——精镗缸体——滚压缸体,更多技术可咨询:宁波高新区镜博士科技有限公司周刚

  工序是3部分,但时间上对比:磨削缸体1米大概在1-2天的时间,滚压缸体1米大概在10-30分钟的时间。投入对比:磨床或绗磨机(几万——几百万),滚压刀(1仟——几万)。液压设备的方式

  滚压后,孔表面粗糙度由幢滚前Ra3.2~6.3µm减小为Ra0.4~0.8µm,孔的表面硬度提高约30%,缸筒内表面疲劳强度提高25%。油缸使用寿命若只考虑缸筒影响,提高2~3倍,镗削滚压工艺较磨削工艺效率提高3倍左右。以上数据说明,滚压工艺是高效的,能大大提高缸筒的表面质量。

  油缸经过滚压后,表面没有锋利的微小刃口,长时间的运动摩擦也不会损伤密封圈或密封件,这点在液压行业特别重要。

  9液压冲击

  在液压系统中,由于某种原因引起液体压力在某一瞬间突然急剧上升,而形成很高的压力峰值,这种现象称为液压冲击。

  1、产生液压冲击的原因(1)阀门突然关闭引起液压冲击

  如图2-20所示有一较大容腔(如液压缸、蓄能器等)和在另一端装有阀门K的管道相通。阀门开启时,

  阀门突然关闭而产生液压冲击

  管内液体流动。当阀门突然关闭时,从阀门处开始迅速将液体动能逐层转化为压力能,相应产生一从阀门向容腔推进的高压冲击波;此后又从容腔开始将液体压力能逐层转化为动能,液体反向流动;然后,再次将液体动能转化为压力能而形成一高压冲击波,如此反复地进行能量转化,在管道内形成压力震荡。由于液体内摩擦力和管道弹性变形等的影响,振荡过程会逐渐衰渐而趋于稳定。

  2)运动部件突然制动或换向时引起液压冲击

  换向阀突然关闭液压缸的回油通道而使运动部件制动时,这一瞬间运动部件的动能会转化为封闭油液的压力能,压力急剧上升,出现液压冲击。

  (3)某些液压元件动作失灵或不灵敏产生的液压冲击

  当溢流阀在系统中做安全阀使用时,如果系统过载安全阀不能及时打开或根本打不开,也会导致系统管道压力急剧升高,产生液压冲击。

  2、液压冲击的危害

  (1)巨大的瞬时压力峰值使液压元件,尤其是液压密封件遭受破坏。

  (2)系统产生强烈震动及噪声,并使油温升高。

  (3)使压力控制元件(如压力继电器、顺序阀等)产生误动作,造成设备故障及事故。

  3、减小液压冲击的措施

  (1)延长阀门关闭和运动部件换向制动时间

  当阀门关闭和运动部件换向制动时间大于0.3s时,液压冲击就大大减小。为控制液压冲击可采用换向时间可调的换向阀。如采用带阻尼的电液换向阀可通过调节阻尼以及控制通过先导阀的压力和流量来减缓主换向阀阀芯的换向(关闭)速度,液动换向阀也与此类似。

  (2)限制管道内液体的流速和运动部件速度

  机床液压系统,常常将管道内液体的流速限制在5.0m/s以下,运动部件速度一般小于10m/min等。

  (3)适当加大管道内径或采用橡胶软管

  可减小压力冲击波在管道中的传播速度,同时加大管道内径也可降低液体的流速,相应瞬时压力峰值也会减小。

  (4)在液压冲击源附近设置蓄能器

  使压力冲击波往复一次的时间短于阀门关闭时间,而减小液压冲击

  10空穴现象

  在液压系统中,如果某处压力低于油液工作温度下的空气分离压时,油液中的空气就会分离出来而形成大量气泡;当压力进一步降低到油液工作温度下的饱和蒸汽压力时,油液会迅速汽化而产生大量气泡。这些气泡混杂在油液中,产生空穴,使原来充满管道或液压元件中的油液成为不连续状态,这种现象一般称为空穴现象。

  空穴现象一般发生在阀口和液压泵的进油口处。油液流过阀口的狭窄通道时,液流速度增大,压力大幅度下降,就可能出现空穴现象。液压泵的安装高度过高,吸油管道内径过小,吸油阻力太大,或液压泵转速过高,吸油不充足等,均可能产生空穴现象。

  液压系统中出现空穴现象后,气泡随油液流到高压区时,在高压作用下气泡会迅速破裂,周围液体质点以高速来填补这一空穴,液体质点间高速碰撞而形成局部液压冲击,使局部的压力和温度均急剧升高,产生强烈的振动和噪声。

  在气泡凝聚处附近的管壁和元件表面,因长期承受液压冲击及高温作用,以及油液中逸出气体的较强腐蚀作用,使管壁和元件表面金属颗粒被剥落,这种因空穴现象而产生的表面腐蚀称为气蚀。

  为了防止产生空穴现象和气蚀,一般可采取下列措施:

  1、减小流径小孔和间隙处的压力降,一般希望小孔和间隙前后的压力比p1/p2<3.5。

  2、正确确定液压泵吸油管内径,对管内液体的流速加以限制,降低液压泵的吸油高度,尽量减小吸油管路中的压力损失,管接头良好密封,对于高压泵可采用辅助泵供油。

  3、整个系统管路应尽可能直,避免急弯和局部窄缝等。

  4、提高元件抗气蚀能力。

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