- 水利工程液壓啟閉機應(yīng)用
- 姚亮 李向東 蔣洪偉等編著
- 8745字
- 2021-11-06 14:55:34
2.2 液壓系統(tǒng)組成
2.2.1 液壓泵
1.液壓泵的工作原理及特點
液壓泵是一種能量轉(zhuǎn)換裝置,它將機械能轉(zhuǎn)換為液壓能,是液壓傳動系統(tǒng)中的動力元件(圖2.12),為系統(tǒng)提供壓力油液。

圖2.12 動力元件
2.齒輪泵
齒輪泵按結(jié)構(gòu)不同,分為外嚙合齒輪泵和內(nèi)嚙合齒輪泵。齒輪泵主要由泵體、泵蓋、兩個相互嚙合轉(zhuǎn)動的齒輪組成。
在泵的殼體內(nèi)裝有一對齒數(shù)和模數(shù)完全相同的外嚙合齒輪。齒輪兩側(cè)有端蓋蓋住。由于齒輪的齒頂和殼體內(nèi)表面及齒輪側(cè)面與端蓋之間間隙很小,故兩個齒輪輪齒的接觸線就將左右兩個腔隔開,形成兩個密封容積。當齒輪轉(zhuǎn)動時,右側(cè)密封容積因相互嚙合的齒輪逐漸脫開而逐漸增大,形成部分真空,油箱中的液壓油被吸進右側(cè)密封容積中,并將齒間充滿油液。隨著齒輪的轉(zhuǎn)動,齒間的油液被帶到左側(cè)密封容積。左側(cè)容積因輪齒逐漸進入嚙合而不斷減少,油液被擠壓出去進入系統(tǒng),隨著齒輪連續(xù)轉(zhuǎn)動,齒輪泵則連續(xù)不斷地吸油和排油。
3.葉片泵
(1)葉片泵的工作原理。單作用葉片泵由定子、轉(zhuǎn)子、葉片、配油盤、傳動軸和端蓋等主要零件組成見圖2.13。

圖2.13 葉片泵
定子為空心圓柱體,兩側(cè)加工有進油、出油孔。轉(zhuǎn)子為圓柱體,在周圍均勻分布有轉(zhuǎn)子槽,在槽內(nèi)裝有葉片,葉片可在槽中滑動,帶有葉片的轉(zhuǎn)子裝在定子圓柱孔內(nèi)。轉(zhuǎn)子和定子的兩側(cè)裝有配油盤。配油盤上分別加工有吸油、排油窗口。轉(zhuǎn)子和定子的中心不重合,即存在偏心距。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時,在離心力以及通入葉片根部壓力油的作用下,葉片頂部緊貼在定子內(nèi)表面上,于是定子內(nèi)表面、轉(zhuǎn)子外表面、葉片及配油盤之間就形成了密封容積。
當轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時,在離心力的作用下,右半部的葉片逐漸向外伸出并緊貼定子內(nèi)表面滑動,于是右側(cè)的密封容積逐漸增大,產(chǎn)生真空,這樣油液通過吸油孔和配油盤上的窗口進入右側(cè)的密封容積。這就是單作用葉片泵的吸油過程。
在左半部的葉片被表面作用逐漸縮進轉(zhuǎn)子槽內(nèi),使左側(cè)的密封容積逐漸縮小,密封區(qū)中的高壓液體通過配油盤另一窗口和排油口被壓出而進入系統(tǒng)。這就是單作用葉片泵的排油過程。
雙作用葉片泵的工作原理與單作用葉片泵相似,所不同的是雙作用葉片泵的轉(zhuǎn)子和定子中心重合。定子表面為近似橢圓。配油盤上有四個配油窗口而形成四個密封容積。這樣轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)一圈,密封容積由小變大和由大變小各兩次,即完成兩次吸油、排油。
(2)葉片泵的分類。葉片泵根據(jù)作用次數(shù)的不同,可分為單作用和雙作用兩種。
單作用葉片泵:轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)一周完成吸油、排油各一次。
雙作用葉片泵:轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)一周完成吸油、排油各兩次。雙作用葉片泵與單作用葉片泵相比,其流量均勻性好,轉(zhuǎn)子體所受徑向液壓力基本平衡。
雙作用葉片泵一般為定量泵;單作用葉片泵一般為變量泵。
(3)葉片泵的優(yōu)點和缺點。
優(yōu)點:結(jié)構(gòu)緊湊,葉片泵的結(jié)構(gòu)決定了它油壓高,流量大,運轉(zhuǎn)平穩(wěn),流量脈動小,噪聲小,壽命較長。
缺點:吸油特性不太好,對油液的污染也比較敏感,結(jié)構(gòu)復(fù)雜,制造工藝要求比較高。
4.柱塞泵
(1)柱塞泵的工作原理。柱塞泵是依靠柱塞在缸體內(nèi)做往復(fù)運動時產(chǎn)生的容積變化進行吸油和壓油的。由于柱塞和缸體都是圓柱表面,容易做到高精度的配合,密封性能好,在高壓下工作仍能保持較高的容積效率和總效率。
軸向柱塞泵依靠柱塞在缸體內(nèi)做往復(fù)運動,使得密封油腔容積變化而實現(xiàn)吸油和壓油。油缸內(nèi)均勻分布著幾個柱塞孔,柱塞在柱塞孔里滑動。當傳動軸帶著缸體和柱塞一起旋轉(zhuǎn)時,柱塞在缸體內(nèi)做往復(fù)運動,在自下而上的回轉(zhuǎn)半周內(nèi),柱塞逐漸向外伸出,使缸體內(nèi)密封油腔容積增加,形成局部真空,于是油液就通過配油盤的油口A進入缸體中。軸向柱塞泵結(jié)構(gòu)見圖2.14。
在自上而下的回轉(zhuǎn)半周內(nèi),柱塞被變量斜盤推著逐漸向里縮回,使缸體內(nèi)密封油腔容積減少,將液體從配油盤的油口B排出去。這樣缸體每旋轉(zhuǎn)一周,完成一次吸油和一次壓油。柱塞泵的壓力通常在16MPa以上。
(2)柱塞泵分類。柱塞泵的形式很多。柱塞泵按柱塞的排列和運動方向不同,可分為徑向柱塞泵和軸向柱塞泵。軸向柱塞泵的結(jié)構(gòu)與徑向柱塞泵的結(jié)構(gòu)的主要區(qū)別在于柱塞的安裝方向。徑向柱塞泵的柱塞中心線垂直于轉(zhuǎn)軸軸線。
柱塞泵按配流方式的不同,可分為斜盤式(直軸式)和斜軸式。
(3)柱塞泵的結(jié)構(gòu)。斜盤式軸向柱塞泵由主體部分和變量機構(gòu)兩部分組成。典型主體結(jié)構(gòu)主要由斜盤、柱塞、缸體、配油盤和傳動軸等組成。
變量機構(gòu)是通過轉(zhuǎn)動手輪,使絲杠轉(zhuǎn)動,帶動變量活塞做軸向移動,通過軸銷使斜盤傾角改變,達到變量的目的。這種變量機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單,但操縱不輕便,且不能在工作過程中變量。

圖2.14 往復(fù)式柱塞泵結(jié)構(gòu)圖
徑向柱塞泵主要由轉(zhuǎn)子、定子、柱塞、配油軸組成。
(4)柱塞泵的優(yōu)點。
1)參數(shù)高:額定壓力高,轉(zhuǎn)速高,泵的驅(qū)動功率大。
2)效率高:容積效率為95%左右,總效率為90%左右。
3)壽命長。
4)變量方便,形式多。
5)單位功率的重量輕。
6)柱塞泵主要零件均受壓應(yīng)力,材料強度性能可得以充分利用。
(5)柱塞泵的缺點。
1)結(jié)構(gòu)較復(fù)雜,零件數(shù)較多。
2)自吸性差。
3)制造工藝要求較高,成本較貴。
4)對油液的污染較敏感,要求較高的過濾精度,對使用和維護要求較高。
柱塞泵被廣泛用于高壓、大流量、大功率的系統(tǒng)中和流量需要調(diào)節(jié)的場合。
2.2.2 液壓馬達
液壓馬達是做旋轉(zhuǎn)運動的執(zhí)行元件,見圖2.15。在液壓系統(tǒng)中,液壓馬達把液體的壓力能轉(zhuǎn)變成馬達軸上的轉(zhuǎn)矩輸出,把輸入液壓馬達的液流流量轉(zhuǎn)變成馬達軸的轉(zhuǎn)速運動(圖2.16),而且它輸出的角位移是無限的。

圖2.15 執(zhí)行元件
需要指出的是,液壓馬達是用來驅(qū)動外負載做功的,只有當外負載轉(zhuǎn)矩存在時,液壓泵進入液壓馬達的壓力油才能建立起壓力,液壓馬達才能產(chǎn)生相當?shù)霓D(zhuǎn)矩去克服它,所以液壓馬達的轉(zhuǎn)矩是隨著負載轉(zhuǎn)矩變化而變化的。

圖2.16 液壓馬達
2.2.3 液壓缸
液壓缸是液壓系統(tǒng)中的執(zhí)行元件,它的職能是將液壓能轉(zhuǎn)換成機械能。液壓缸的輸入量是流體的流量和壓力,輸出的是直線運動速度和力。液壓缸的活塞能完成直線往復(fù)運動,輸出的直線位移是有限的。擺動液壓缸實現(xiàn)往復(fù)擺動,輸出角速度。
液壓缸按結(jié)構(gòu)的不同,可分為柱塞式、活塞式和伸縮式等形式。以下就常見的柱塞式、活塞式液壓缸分別進行介紹。
1.單作用柱塞式液壓缸
(1)結(jié)構(gòu)。單作用柱塞式液壓缸由缸筒、柱塞、導(dǎo)向套、密封圈、缸蓋等組成。其特點是柱塞較粗,受力條件好,而且柱塞在缸筒內(nèi)與缸壁不接觸,兩者無配合要求,因而只需對柱塞表面進行精加工即可,缸筒內(nèi)孔不必進行精加工,而且表面粗糙度要求也不高。可見柱塞式液壓缸的制造工藝性較好,故行程特別長的單作用液壓缸多采用柱塞式結(jié)構(gòu)。另外為減輕重量,柱塞往往做成空心的。
(2)工作原理。當壓力油從液壓缸進口進入柱塞缸底腔后,液體壓力均勻作用在柱塞底面上,柱塞產(chǎn)生推力,并以一定速度向外伸出。若柱塞底腔卸壓,則柱塞在自重或彈簧力的外力作用下縮回。由于液壓力只能推動柱塞朝一個方向運動,因此,這種液壓缸屬于單作用液壓缸。
2.單桿活塞式液壓缸
(1)結(jié)構(gòu)。單桿活塞式液壓缸由缸底、缸筒、缸蓋、活塞和活塞桿等組成。其進液口、出液口的布置視安裝方式而定。工作時可以把缸筒固定,活塞桿驅(qū)動負載;也可以把活塞桿固定,缸筒驅(qū)動負載。
(2)工作原理。在缸筒固定的情況下,當A口進液,B口回液時,活塞桿伸出;當B口進液,A口回液時,活塞桿縮回。由于液壓力能推動活塞桿做正反兩個方面的運動,因此,這種液壓缸屬于雙作用液壓缸。單桿活塞式液壓缸,見圖2.17。

圖2.17 單桿活塞式液壓缸
1—缸底;2—卡鍵;3、5、9、11—密封圈;4—活塞;6—缸筒;7—活塞桿;8—導(dǎo)向套;10—缸蓋;12—防塵圈
2.2.4 方向控制閥
方向控制閥用來控制液壓系統(tǒng)的油液流動方向,接通或斷開油路,從而控制執(zhí)行機構(gòu)的啟動、停止或改變運動方向。分單向閥和換向閥兩大類。
1.單向閥
(1)普通單向閥。
1)作用。普通單向閥又稱截回閥,用于控制油液只能沿著一個方向流動,不能反向流動。
2)結(jié)構(gòu):其結(jié)構(gòu)由閥體、閥芯(鋼球式和錐閥式)、彈簧等零部件構(gòu)成,分直通式和直角式,見圖2.18。
(2)液控單向閥。
1)作用。它比普通單向閥增加了一個控制油口K。當控制油口K無壓力油通入時,起到普通單向閥作用;當控制油口K有壓力油通入時,進出油口接通,油液可以反向流動,不起單向閥作用。

圖2.18 普通單向閥
(a)鋼球式直通單向閥;(b)錐閥式直通單向閥;(c)詳細符號;(d)簡化符號
2)結(jié)構(gòu)。液控單向閥由閥體、閥芯、彈簧、控制活塞等組成。分為不帶卸荷閥芯的簡式液控單向閥和帶卸荷閥芯的卸荷液控單向閥,見圖2.19和圖2.20。

圖2.19 外泄式液控單向閥
1—下蓋;2—控制活塞;3—頂桿;4—閥體;5—閥芯;6—復(fù)位彈簧;7—上蓋

圖2.20 內(nèi)泄式液控單向閥
1—閥體;2—閥芯;3—彈簧;4—上蓋;5—閥座;6—控制活塞;7—下蓋
2.換向閥
換向閥是利用改變閥芯與閥體的相對位置不同來變換各主油口的通斷關(guān)系,切斷或變換油流方向,從而實現(xiàn)對執(zhí)行元件方向的控制。
(1)分類。換向閥按閥芯可變位置可分二位和三位,通常用一個方框代表一個位置。按主油口進油口、出油口可分為二通、三通、四通、五通等。表達方式是在相應(yīng)的位置方框內(nèi)表示油口的數(shù)目和通道的方向(圖2.21)。

圖2.21 換向閥按閥芯可變位置分類
按改變閥芯位置的操縱方式,可分為手動、滾輪、電磁控制、液動、電液控制等幾種類型(圖2.22)。

圖2.22 換向閥按改變閥芯位置的操縱方式分類
按結(jié)構(gòu)型式可分為滑閥式、球閥式、錐閥式。按換向閥閥芯在閥體中的定位方式,可分為鋼球定位、彈簧定位、彈簧對中。
(2)結(jié)構(gòu)。由主閥體、主閥芯、操縱和定位機構(gòu)(先導(dǎo)電磁閥、電磁鐵、復(fù)位彈簧等)組成,見圖2.23。三位換向閥的閥芯在閥體中有左、中、右三個位置,左、右位置是使執(zhí)行元件產(chǎn)生不同的運動方向,而閥芯在中間位置時,利用不同形狀及尺寸的閥芯結(jié)構(gòu),可以得到多種油口連接方式。除了執(zhí)行元件停止運動外,還可以具有其他一些功能。因此,三位換向閥在中位時的油口連接關(guān)系又稱為滑閥機能。

圖2.23 換向閥閥體結(jié)構(gòu)
2.2.5 壓力控制閥
壓力控制閥可分為溢流閥、減壓閥、壓力繼電器。
1.溢流閥
(1)作用。溢流閥是通過閥口的溢流,調(diào)定系統(tǒng)工作壓力或限定其最大工作壓力,防止系統(tǒng)過載。在系統(tǒng)正常工作時,溢流閥處于關(guān)閉狀態(tài),而當系統(tǒng)壓力大于或等于其調(diào)定壓力時,溢流閥才開啟溢流。
(2)結(jié)構(gòu)。溢流閥由端蓋、閥體、閥芯(先導(dǎo)閥芯、主閥芯)等零部件組成,其結(jié)構(gòu)見圖2.24。

圖2.24 溢流閥
2.減壓閥
(1)作用。減壓閥是一種將利用縫隙產(chǎn)生壓力差,使其出口液體壓力調(diào)節(jié)到低于它的進口壓力的壓力控制閥。
(2)結(jié)構(gòu)。減壓閥由閥體、閥座、缸套、導(dǎo)向套、活塞、導(dǎo)閥、導(dǎo)管、主閥彈簧等組成,見圖2.25。
3.壓力繼電器
(1)作用。壓力繼電器是利用工作液體的壓力來啟、閉電氣觸點的液電信號轉(zhuǎn)換元件,用于當系統(tǒng)達到壓力繼電器調(diào)定壓力時,發(fā)出點信號,控制電氣元件的動作,實現(xiàn)泵的卸荷或加載控制,執(zhí)行元件的順序動作,以及系統(tǒng)的安全保護和連鎖等。
(2)結(jié)構(gòu)。壓力繼電器按壓力-位移轉(zhuǎn)換部件的結(jié)構(gòu)形式分為柱塞式、彈簧管式、膜片式及波紋管式4種,其中常見的彈簧管式結(jié)構(gòu)見圖2.26。

圖2.25 減壓閥

圖2.26 壓力繼電器
2.2.6 流量控制閥
流量控制閥靠改變通流截面開口大小來調(diào)節(jié)通過閥門的流量,以改變工作機構(gòu)的運動速度,從而實現(xiàn)對執(zhí)行元件運動速度的調(diào)節(jié)和改變分支流量的大小。油液流經(jīng)小孔或狹縫時,將是開口越小,流量越小。流量閥分節(jié)流閥、調(diào)速閥和分流集流閥等。
1.節(jié)流閥
(1)作用。節(jié)流閥借助于控制機構(gòu)使閥芯相對于閥體孔運動,通過改變閥口的通流面積來調(diào)節(jié)其通過的流量,因而可以對執(zhí)行元件進行調(diào)速。
(2)結(jié)構(gòu)。節(jié)流閥由頂蓋、導(dǎo)套、閥體、閥芯、手輪等零部件組成,見圖2.27。
2.單向節(jié)流閥
(1) 作用。當壓力油液從錐閥背面流經(jīng)時,作為節(jié)流閥使用,借助節(jié)流閥的控制機構(gòu)使閥芯相對于閥體孔運動,通過改變閥口的通流面積來調(diào)節(jié)其通過的流量,因而可以對執(zhí)行元件進行調(diào)速。油液反向流動時,油流通過閥芯壓縮復(fù)位彈簧,使閥口過流面積至最大,作為單向閥使用,油流能自由通過,以減少壓力損失。
(2)結(jié)構(gòu)。單向節(jié)流閥由一個單向閥和一個節(jié)流閥組合而成。單向閥由閥體、閥芯(鋼球式和錐閥式)、彈簧組成;節(jié)流閥由頂蓋、導(dǎo)套、閥體、上下閥芯、復(fù)位彈簧、底座等組成,其結(jié)構(gòu)見圖2.28。

圖2.27 節(jié)流閥

圖2.28 單向節(jié)流閥
1—頂蓋;2—導(dǎo)套;3—閥體;4—下閥芯;5—復(fù)位彈簧;6—底座;7—上閥芯;Pd—進口壓力;PI—出口壓力
2.2.7 電液比例閥
電液比例閥簡稱比例閥。它是一種按給定的輸入電氣信號連續(xù)地、按比例地對液流的壓力、流量和方向進行遠距離控制的液壓控制閥。
比例閥是在普通液壓控制閥的基礎(chǔ)上,以電-機械比例轉(zhuǎn)換器(如電磁鐵、動圈式力馬達、力矩馬達、侍服電機、步進電機等)代替普通傳動機構(gòu)而發(fā)展起來的。
由于比例閥實現(xiàn)了能連續(xù)地、按比例地對壓力、流量和方向進行控制,避免了壓力和流量分檔級切換時引起的沖擊。同時可采用電信號進行遠距離控制。一個比例閥可兼幾個普通閥的功能,可簡化回路,減少閥的數(shù)量,提高可靠性。
工作原理:指令信號→比例放大器→比例電磁鐵→液壓控制閥→液壓執(zhí)行元件。
1.電液比例閥
電液比例閥又稱電液比例調(diào)速閥或比例調(diào)速閥,就是在普通流量閥的基礎(chǔ)上,利用電-機械比例轉(zhuǎn)換器對節(jié)流閥口進行控制。與普通調(diào)速閥相比,其主要區(qū)別是用直流比例電磁鐵取代了手柄對節(jié)流閥的控制。比例電磁鐵的輸出力作用在節(jié)流閥閥芯上,與彈簧力、液動力、摩擦力相平衡,對一定的控制電流,對應(yīng)一定的節(jié)流開度。通過改變輸入電流大小,即可改變通過調(diào)速閥的流量。
若輸入的電流是連續(xù)的或按一定程序變化,則比例調(diào)速閥所控制的流量也按比例或按一定程序變化,其結(jié)構(gòu)見圖2.29。

圖2.29 電液比例閥(比例調(diào)速閥)
2.電液比例換向閥
電液比例換向閥也稱比例方向流量閥,見圖2.30,它不僅可以改變液流的方向,而且同時可以控制流量的大小。它是以比例電磁鐵取代普通電磁換向閥中的電磁鐵。當輸入控制電流后,比例電磁鐵的輸出力與彈簧力平衡,滑閥開口量的大小與輸入的電信號成比例。當控制電流輸入另一端的比例電磁鐵時,即可實現(xiàn)液流換向。顯然它既可以改變液流方向也可以控制流量大小,兼有節(jié)流與換向兩種功能。

圖2.30 電液比例換向閥
它具有如下特點:能把電的快速、靈活與液壓傳動功率大等特點結(jié)合起來;能實現(xiàn)自動控制、遠程控制和程序控制;能連續(xù)地、按比例地控制執(zhí)行元件的力、速度和方向,并能防止壓力或速度變化及換向時的沖擊現(xiàn)象;簡化了系統(tǒng),減少了元件的數(shù)量;抗污染性能好;具有優(yōu)良的靜態(tài)性能和適宜的動態(tài)性能;主要用于開環(huán)系統(tǒng),也可組成閉環(huán)系統(tǒng)。
2.2.8 液壓輔助元件
液壓系統(tǒng)的輔助元件包括油箱、溫控裝置、過濾器、蓄能器、密封件、管件等,它們是保證液壓元件和系統(tǒng)安全、可靠運行以及延長使用壽命的重要輔助裝置。下面分別介紹幾種典型輔助元件。
1.油箱
油箱的作用是盛放油液、散發(fā)熱量、逸出空氣、沉淀雜質(zhì)、分離水分、安裝元件。
油箱的主要部件有箱體、安裝板、端蓋或檢修孔、注油器、回油管、泄油管、吸油管、隔板、空氣濾清器、液位儀、溫度計等,有的油箱還裝有冷卻器或電加熱裝置。
2.過濾器
過濾器的作用是濾清外部混入或系統(tǒng)工作時內(nèi)部產(chǎn)生在液壓油中的固體雜質(zhì),保持液壓油的清潔,延長液壓元件的使用壽命,保證液壓系統(tǒng)的工作可靠性,見圖2.31。
過濾器的結(jié)構(gòu)按濾芯分為網(wǎng)式、線隙式、紙芯式、燒結(jié)式、磁式;按連接方式分為管式、板式、法蘭式。
過濾精度是首先考慮的一項重要參數(shù),它直接關(guān)系液壓系統(tǒng)中油液的清潔程度。過濾精度是指過濾器對各種不同尺寸的固體顆粒的濾除能力,通常以被過濾的雜質(zhì)顆粒的尺寸(μm)直接度量。一般分為100μm以上、10~100μm、5~10μm和5μm以下。

圖2.31 過濾器
3.蓄能器
蓄能器是一種儲存壓力液體的液壓元件,當液壓系統(tǒng)需要時,蓄能器所儲存的壓力液體在其加載裝置作用下被釋放出來,輸送到液壓傳動系統(tǒng)上去工作,見圖2.32。

圖2.32 蓄能器
而當液壓傳動系統(tǒng)中液體過剩或需要時,這些液體又會克服加載裝置的作用力,進入蓄能器儲存起來。因此蓄能器既是液壓系統(tǒng)的液壓源,又是液壓系統(tǒng)多余能量的吸收和儲存裝置。
蓄能器按加載方式不同,可分為彈簧式、充氣式和重錘式三類。而應(yīng)用最廣泛的是充氣式蓄能器,它一般充入氮氣,利用密封氣體的壓縮、膨脹來儲存和釋放油液的壓力能。
4.管件
液壓管接頭有鋼制、銅制、橡膠軟管、卡式接頭等。油管在可能的條件下,應(yīng)盡量“短”而“直”。
2.2.9 液壓回路
1.壓力控制回路
壓力控制回路在液壓系統(tǒng)中不可缺少,它利用壓力控制閥來控制和調(diào)節(jié)整個液壓系統(tǒng)或液壓系統(tǒng)局部油路上的工作壓力,以滿足液壓系統(tǒng)不同執(zhí)行元件對工作壓力的不同要求。壓力控制回路主要有調(diào)壓回路、減壓回路、增壓回路、卸荷回路、保壓回路、平衡回路等。下面對常見的調(diào)壓回路、減壓回路、卸荷回路、保壓回路分別進行介紹。
(1)調(diào)壓回路。調(diào)壓回路用來調(diào)定或限制液壓系統(tǒng)的最高壓力,或者使執(zhí)行元件在工作過程的不同階段能夠?qū)崿F(xiàn)多種不同的壓力變換。這一功能一般用溢流閥來實現(xiàn)。當液壓系統(tǒng)工作時,如果溢流閥始終處于溢流狀態(tài),就能保持溢流閥進口的壓力基本不變;如果將溢流閥并接在液壓泵的出油口,就能達到調(diào)定液壓泵出口壓力基本保持不變之目的。
(2)減壓回路。液壓系統(tǒng)的壓力是根據(jù)系統(tǒng)主要執(zhí)行元件的工作壓力來設(shè)計的,當系統(tǒng)有較多的執(zhí)行元件且其工作壓力又不完全相同時,在系統(tǒng)中就需要設(shè)計減壓回路或增壓回路來滿足系統(tǒng)各部分不同的壓力要求。減壓回路的功能在于使系統(tǒng)某一支路上具有低于系統(tǒng)壓力的穩(wěn)定工作壓力。最常見的減壓回路是在所需低壓的分支路上串接一個定值輸出減壓閥。
(3)卸荷回路。許多機電設(shè)備在使用時,執(zhí)行裝置并不是始終在連續(xù)工作的,在執(zhí)行裝置間歇的過程中,一般設(shè)備的動力源卻是始終在工作的,以避免動力源頻繁開停。當執(zhí)行裝置處在工作的間歇狀態(tài)時,要設(shè)法讓液壓系統(tǒng)輸出的功率接近于零,使動力源在空載狀態(tài)下工作,以減少動力源和液壓系統(tǒng)的功率損失,節(jié)省能源,降低液壓系統(tǒng)發(fā)熱,這樣的壓力控制回路稱為卸荷回路。
卸荷回路的作用是在液壓泵不停轉(zhuǎn)動時,使其輸出的流量在壓力很低的情況下流回油箱,以減少功率損耗,降低系統(tǒng)發(fā)熱,延長泵和電機的壽命。
液壓系統(tǒng)卸荷有如下兩種方法。
1)壓力卸荷:將液壓泵出口的流量通過液壓閥的控制直接接回油箱,使液壓泵在接近零壓的狀況下輸出流量。
2)流量卸荷:使液壓泵在輸出流量在接近零的狀態(tài)下工作,此時盡管液壓泵工作壓力很高,但其輸出的流量接近零,液壓功率也接近零。
(4)保壓回路。保壓回路的功能在于使系統(tǒng)在液壓缸加載不動或因工件變形而產(chǎn)生微小位移的工況下能保持穩(wěn)定不變的壓力,并且使液壓泵處于卸荷狀態(tài)。保壓性能的兩個主要指標為保壓時間和壓力的穩(wěn)定性。對采用液控單向閥的保壓回路來說,閥座的磨損和油液的污染會使保壓性能降低,它適用于保壓時間短,對保壓穩(wěn)定性要求不高的場合。
自動補油保壓回路:采用液控單向閥和電觸點壓力表的自動補油保壓回路,當三位四通電磁換向閥電磁鐵通電左位處于工作狀態(tài)時,液壓泵輸出的壓力油經(jīng)過三位四通電磁換向閥左位進入液壓缸無桿腔,液壓缸活塞桿向下運動到夾緊工件位置停止;當液壓缸無桿腔壓力達到電觸點壓力表的上限最大值時,電觸點壓力表上觸點通電,使三位四通電磁換向閥電磁鐵斷電,三位四通電磁換向閥回到中位,液壓泵卸荷,液壓缸無桿腔由液控單向閥保壓。當液壓缸無桿腔壓力因泄漏等原因下降到電觸點壓力表的下限最小值時,電觸點壓力表發(fā)出信號又使三位四通電磁換向閥電磁鐵通電左位處于工作狀態(tài),液壓泵又開始向液壓缸供油,使液壓缸無桿腔壓力上升,再次達到電觸點壓力表上限最大值時,電觸點壓力表又使三位四通電磁換向閥電磁鐵斷電。因此,這種回路能夠長時間、自動地為液壓缸補油,使其壓力穩(wěn)定在所需范圍內(nèi)。
2.方向控制回路
方向控制回路的用途是利用方向閥控制油路中液流的接通、切斷或改變流向,使執(zhí)行元件啟動、停止或改變運動方向。
(1)換向回路。換向回路用于控制液壓系統(tǒng)中油流的方向,從而改變執(zhí)行元件的運動方向。為此要求換向回路應(yīng)具有較高的換向精度、換向靈敏度、換向平穩(wěn)性,多采用電磁換向閥來實現(xiàn)。
(2)鎖緊回路。鎖緊回路的功能是使液壓執(zhí)行機構(gòu)能在任意位置停留,且不會因外力作用而移動位置。
3.速度控制回路
常用調(diào)速回路有節(jié)流調(diào)速、容積調(diào)速、容積節(jié)流調(diào)速三種。節(jié)流調(diào)速回路又分為進油節(jié)流調(diào)速回路、回油節(jié)流調(diào)速回路、旁路節(jié)流調(diào)速回路。下面以回油節(jié)流調(diào)速回路和旁路節(jié)流調(diào)速回路為例加以說明。
(1)回油節(jié)流調(diào)速回路。回油節(jié)流調(diào)速回路在油缸兩腔的油路都裝有并聯(lián)的單向閥與節(jié)流閥。進油時油液走單向閥,而回油時經(jīng)節(jié)流閥節(jié)流,以控制啟閉閘門的速度。
(2)旁路節(jié)流調(diào)速回路。在油泵的出口接一個節(jié)流閥通油箱。在油泵排量一定的情況下,油壓越高,經(jīng)節(jié)流閥回油箱的油量越多,進入油缸的油量就越少,而油壓又決定于油缸的荷載。這樣啟閉閘門的速度與啟閉荷載成反比。
在旁路節(jié)流調(diào)速回路中,在油泵排量一定的情況下,將會出現(xiàn)油壓越高啟閉閘門速度越慢的情況。
4.典型回路及工作原理
(1)單吊點雙作用液壓啟閉系統(tǒng)。它由空載啟動回路、電液三位四通換向閥、回油節(jié)流回路、上腔調(diào)壓回路和半縮緊回路組成。
(2)雙吊點雙作用液壓啟閉系統(tǒng)。雙吊點液壓啟閉機,兩個油缸吊點的運動速度和位移速度必須保持相同,即速度同步和位移同步。
然而,兩個吊點的啟閉會因門槽的制造安裝誤差和門槽內(nèi)有無污垢異物而不同。兩個油缸的內(nèi)泄漏、內(nèi)摩擦和油管系統(tǒng)的阻力、滲漏也會因制造安裝不同而有差異。這樣兩個油缸因阻力不同而流量不等,它們的運動速度和位移也就不相同,以致造成閘門歪斜和卡阻。
解決的方法有兩種:一是對一臺油泵供油的兩個油缸,不管其中任一油缸的負荷如何變化,分到兩缸的油量始終一樣;二是兩個油缸分別用兩個油泵供油,其中一個為定量泵,另一個為變量泵,并使變量泵供油的油缸自動追蹤另一個油缸的運動。
常見的有分流集流閥的速度同步回路、伺服變量泵的位置同步回路、用電磁比例調(diào)速閥控制的位置等同步回路。
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