最新液压传动技术在机械制造业中的应用

最新液压传动技术在机械制造业中的应用内容摘要：

是工农业生产中应用广泛的技术。 1795 年英国 Joseph Braman 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。 安阳工学院机械工程学院毕业论文 9 1925 年 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 G Constantimsco 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。 第二次世界大战期间 ,在美国机床中有 30%应用了液压传动。 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”。 液压传动的特点 液压传动的优点 （ 1）体积小 、重量轻，因此惯性力较小，当突然过载或停车时，不会发生大的冲击； （ 2）能在给定范围内平稳的自动调节牵引速度，并可实现无极调速； （ 3）换向容易，在不改变电机旋转方向的情况下，可以较方便地实现工作机构旋转和直线往复运动的转换； （ 4）液压泵和液压马达之间用油管连接，在空间布置上彼此不受严格限制； （ 5）由于采用油液为工作介质，元件相对运动表面间能自行润滑，磨损小，使用寿命长； （ 6）操纵控制简便，自动化程度高； （ 7）容易实现过载保护。 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等等；船舶用的甲板起重机械、船头门、舱壁阀、船尾推进器等；特殊技术用的控制装置、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。 液压传动的缺点 （ 1）使用液压传动对维护的要求高，工作油要始终保持清洁； （ 2）对液压元件制造 精度要求高，工艺复杂，成本较高； （ 3）液压元件维修较复杂，且需有较高的技术水平； （ 4）用油做工作介质，在工作面存在火灾隐患； （ 5）传动效率低。 安阳工学院机械工程学院毕业论文 10 液压传动的基本原理 液压传动的基本原理是在密闭的容器内，利用有压力的油液作为工作介质来实现能量转换和传递动力的。 其中的液体称为工作介质，一般为矿物油，它的作用和机械传动中的皮带、链条和齿轮等传动元件相类似。 液压传动是利用帕斯卡原理。 帕斯卡原理是大概就是：在密闭环境中，向液体施加一个力，这个液体会向各个方向传递这个力。 力的大小不变。 液压传动就是利用这个 物理性质，向一个物体施加一个力，利用帕斯卡原理使这个力变大。 从而起到举起重物的效果。 液压传动在阀门行业也得到很大的应用，如阀门的机床制造加工设备、阀门液压试验设备、阀门的液压传动装置等。 第三章 液压传动系统的组成 液压动力原件 将动力装置的机械能转换成为液压能的装置，其作用是为液压传动系统提供压力油，是液压传动系统的动力源。 例如液压泵。 液压泵 液压泵是液压系统的动力元件，其作用是将原动机的机械能转换成液体的压力能，指液压系统中的油泵，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、叶片泵和柱塞泵。 安阳工学院机械工程学院毕业论文 11 齿轮泵（图 31）即依靠密封在一个壳体中的两个或两个以上齿轮，在相互啮合过程中所产生的工作空间容积变化来输送液体的泵。 齿轮泵的概念是很简单的，即它的最基本形式就是两个尺寸相同的齿轮在一个紧密配合的壳体内相互啮合旋转，这个壳体的内部类似“ 8”字形，两个齿轮装在里面，齿轮的外径及两侧与壳体紧密配合。 来自于挤出机的物料在吸入口进入两个齿轮中间，并充满这一空间，随着齿的旋转沿壳体运动，最后在两齿啮合时排出。 困油现象 齿轮泵要平稳工作，齿轮啮 合的重合度必须大于 1，于是总有两对齿轮同时啮合，并有一部分油液被围困在两对轮齿所围成的封闭容腔之间。 这个封闭的容腔开始随着齿轮的转动逐渐减小，以后又逐渐加大。 封闭腔容积的减小会使被困油液受挤压而产生很高的压力，并且从缝隙中挤出，导致油液发热，并致使机件受到额外的负载；而封闭腔容积的增大又造成局部真空，使油液中溶解的气体分离，产生气穴现象。 这些都将产生强烈的振动和噪声，这就是齿轮泵的困油现象 图 31 齿轮泵 危害： 径向不平衡力很大时能使轴弯曲，齿顶与壳体接触，同时加速轴承的磨损，降低轴承的寿命。 消除 困油现象方法： 消除困油的方法，通常是在两侧盖板上开卸荷槽，使封闭腔容积减小时通过左边的卸荷槽与压油腔相通，容积增大时通过右边的卸荷槽与吸油腔相通。 叶片泵（图 32）即通过叶轮的旋转，将动力机的机械能转换为水能 (势能、动能、压能 )的水力机械。 因为历史的叶片泵根据中类型的不同有两种 安阳工学院机械工程学院毕业论文 12 （ 1） 专门指容积泵中的滑片泵。 （ 2）指动力式 泵的三泵（离心泵、混流泵、轴流泵）或其他特殊的泵。 这类泵产品一般不会叫叶片泵。 但作为专著，叶片泵几乎全部是指离心泵、混流泵、轴流泵等。 根据其每转的理论排量是固定值还是可变值，可以分为叶片式变量泵和叶片式定量泵。 叶片泵转子旋转时，叶片在离心力和压力油的作用下，尖部紧贴在定子内表面上。 这样两个叶片与转子和定子内表面所构成的工作容积，先由小到大吸油后再由大到小排油，叶片旋转一周时，完成两次吸油与排油。 图 32 叶片泵 柱塞泵即利用柱塞在泵缸体内往复运动，使柱塞与 泵壁间形成容积改变，反复吸入和排出液体并增高其压力的泵。 安阳工学院机械工程学院毕业论文 13 图 33 柱塞泵 柱塞泵（图 33）是液压系统的一个重要装置。 它依靠柱塞在缸体中往复运动，使密封工作容腔的容积发生变化来实现吸油、压油。 柱塞泵具有额定压力高、结构紧凑、效率高和流量调节方便等优点，被广泛应用于高压、大流量和流量需要调节的场合，诸如液压机、工程机械和船舶中。 机械原理概述： 柱塞泵柱塞往复运动总行程 L 是不变的，由 凸轮 的升程决定。 柱塞每循环的供油量大小取决于供油行程 ,供油行程不受凸轮轴控制是可变的。 供油开始时刻不随供油行程的变化而变化。 转动柱塞可改变供油终了时刻，从而改变供油量。 柱塞泵工作时，在喷油泵凸轮轴上的凸轮与柱塞 弹簧 的作用下，迫使柱塞作上、下往复运动，从而完成泵油任务，泵油过程可分为以下三个阶段： 当凸轮的凸起部分转过去后，在弹簧力的作用下，柱塞向下运动，柱 塞上部空间（称为泵油室）产生真空度，当柱塞上端面把柱塞套上的进油孔打开后，充满在油泵上体油道内的柴油经油孔进入泵油室，柱塞运动到下止点，进油结束。 当凸轮轴转到凸轮的凸起部分顶起滚轮体时，柱塞弹簧被压缩，柱塞向上运动，燃油受压，一部分燃油经油孔流回喷油泵上体油腔。 当柱塞顶面遮住套筒上进油孔的上缘时，由于柱塞和套筒的配合间隙很小（ ）使柱塞顶部的泵油室成为一个密封油腔，柱塞继续上升，泵油室内的油压迅速升高，泵油压力 出油阀弹簧力 +高压油管剩余压力时，推开出油阀，高压 柴油 经出油阀进入高压油管，通过喷油器喷入 燃烧室。 柱塞向上供油，当上行到柱塞上的斜槽（停供边）与套筒上的回油孔相通时，泵油室低压油路便与柱塞头部的中孔和径向孔及斜槽沟通，油压骤然下降，出油阀在弹簧力的作用下迅速关闭，停止供油。 此后柱塞还要 上行，当凸轮的凸起部分转过去后，在弹簧的作用下，柱塞又下行。 此时便开始了下一个循环。 柱塞泵以一个柱塞为原理介绍，一个柱塞泵上有两个单向阀，并且方向相反，柱塞向一个方向运动时缸内出现负压，这时一个单向阀打开液体被吸入缸内，柱塞向另安阳工学院机械工程学院毕业论文 14 一个方向运动时，将液体压缩后另一个单向阀被打开，被吸入缸内的液体被排出。 这种工作方式连续运动后就形成了连续供油。 液压执行元件 将液压能转换为机械能的装置，其作用是在压力油的推动下输出力和速度或转矩和速度，以驱动工作装置做工。 例如液压缸、液压马达。 液 压马达 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。 液压马达亦称为油马达，主要应用于注塑机械、船舶、起扬机、工程机械、建筑机械、煤矿机械、矿山机械、冶金机械、船舶机械、石油化工、港口机械等。 高速马达 齿轮马达 具有体积小、重量轻、结构简单、工艺性好、对油液的污染不敏感、耐冲击和惯性小等优点。 缺点有扭矩脉动较大、效率较低、起动扭矩较小（仅为额定扭矩的 60%—— 70%）和低速稳定性差等。 叶片马达与其他类型马达相比较具有结构紧凑、轮廓尺寸较小、噪声低、寿命长等优点，其惯性比 柱塞马达 小、但抗污染能力比齿轮马达差、且转速不能太高、一般在 200r/min 以下工作。 叶片马达由于泄漏较大，故负载变化或低速时不稳定。 马达种类 :径向柱塞马达 、 轴向柱塞马达 斜轴式柱塞马达、斜盘式柱塞马达、低速液压马达径 向柱塞马达，连杆式液压马达是结构简单、工作可靠、品种规格多、价格低。 其缺点是体积和重量较大，扭矩脉动较大无连杆式液压马达、摆缸式液压马达 、滚柱式液压马达、轴向柱塞马达双斜盘式柱塞马达、轴向球塞式马达、叶片马达、齿轮液压马达 液压缸 液压缸是将液压能转变为机械能的、做直线往复运动（或摆动运动）的液压执行元件。 它结构简单、工作可靠。 用它来实现往复运动时，可免去减速装置，并且没有传动间隙，运动平稳，因此在各种机械的液压系统中得到广泛应用。 液压缸输出力和活塞有效面积及其两边的压差成正比；液压缸基本上由 缸筒和缸盖、活塞和活塞杆、密封装置、缓冲装置与排气装置组成。 缓冲装置与排气装置视具体应用场合而定，其他装置则必不可少。 安阳工学院机械工程学院毕业论文 15 类型：根据常用液压缸的结构形式，可将其分为四种类型： 单活塞杆液压缸只有一端有活塞杆。 如图所示是一种单活塞液压缸。 其两端进出口油口 A和 B都可通压力油或回油，以实现双向运动，故称为双作用缸。 （ 1） 并列直列式电动液压缸柱塞式液压缸是一种单作用式液压缸，靠液压力只能实现一个方向的运动，柱 塞回程要靠其它外力或柱塞的自重； （ 2） 柱塞只靠缸套支承而不与缸套 接触，这样缸套极易加工，故适于做长行程液压缸； （ 3） 工作时柱塞总受压，因而它必须 有足够的刚度； （ 4）柱塞重量往往较大，水平放置时 容易因自重而下垂，造成密封件和导向 单边磨损，故其垂直使用更有利。 伸缩式液压缸具有二级或多级活塞，伸缩式液压缸中活塞伸出的顺序式从大到小，而空载缩回的顺序则一般是从小到大。 伸缩缸可实现较长的行程，而缩回时长度较短，结构较为紧凑。 此种液压缸常用于工程机械和农业机械上，双作用单活塞 杆式液压缸。 摆动式液压缸是输出扭矩并实现往复运动的执行元件，也称摆动式液压马达。 有单叶片和双叶片两种形式。 定子块固定在缸体上，而叶片和转子连接在一起。 根据进油方向， 叶片将带动转子作往复摆动。 液压控制调节元件 用来控制液压传动系统中油液的流动方向、压力和流量，以保证液压执行元件和工作装置完成指定工作。 例如各种液压阀类零件。 液压阀一种用压力油操作的自动化元件，它受配压阀压力油的控制，通常与电磁配压阀组合使用，可用于远距离控制水电站油、气、水管路系统的通断。 用于降低并稳定系统中某一支路的油液压力，常用于夹紧、控制、润滑等油路。 有直动型、先导型、叠加型之分。 安阳工学院机械工程学院毕业论文 16 液压传动中用来控制液体压力﹑流量和方向的元件。 其中控制压力的称为压力控制阀，控制流量的称为流量控制阀，控制通﹑断和流向的称为方向控制阀。 液压阀的分类 ﹑减压阀和顺序阀 (1)溢流阀：能控制液压系统在达到调定压力时保持恒定状态。 用於过载保护的溢流阀称为安全阀。 当系统发生 故障，压力升高到可能造成破坏的限定值时，阀口会打开而溢流，以保证系统的安全。 (2)减压阀：能控制分支回路得到比主回路油压低的稳定压力。 减压阀按它所控制的压力功能不同，又可分为定值减压阀 (输出压力为恒定值 )﹑定差减压阀 (输入与输出压力差为定值 )和定比减压阀 (输入与输出压力间保持一定的比例 )。 (3)顺序阀：能使一个执行元件 (如液。