1.1?液壓傳動的工作原理和基本特征

1.1.1 液壓傳動的工作原理

液壓傳動在機床上應用很廣,具體的結構也比較復雜。下面介紹一個簡化了的機床液壓傳動系統,用以概括地說明液壓傳動的工作原理。

圖1?1所示為簡化了的機床工作臺往復送進的液壓系統圖。液壓缸10固定不動,活塞8連同活塞桿9帶動工作臺14可以做向左或向右的往復運動。圖中所示為電磁換向閥7的左端電磁鐵通電而右端的電磁鐵斷電狀態,將閥芯推向右端。液壓泵3由電動機帶動旋轉,通過其內部的密封腔容積變化,將油液從油箱1中,經濾油器2、油管15吸入,并經油管16、節流閥5、油管17、電磁換向閥7、油管20,壓入液壓缸10的左腔,迫使液壓缸左腔容積不斷增大,推動活塞及活塞桿連同工作臺向右移動。液壓缸右腔的回油,經油管21、電磁換向閥7,油管19排回油箱。當撞塊12碰上行程開關11時,電磁換向閥7左端的電磁鐵斷電而右端的電磁鐵通電,便將閥芯推向左端。這時,從油管17輸來的壓力油經電磁換向閥7,由油管21進入液壓缸的右腔,使活塞及活塞桿連同工作臺向左移動。液壓缸左腔的回油,經油管20、電磁換向閥7、油管19排回油箱。電磁換向閥的左、右端電磁鐵交替通電,活塞及活塞桿連同工作臺便循環往復左、右移動。當電磁換向閥7的左、右端電磁鐵都斷電時,閥芯在兩端的彈簧作用下,處于中間位置。這時,液壓缸的左腔、右腔、進油路及回油路之間均不相通,活塞及活塞桿連同工作臺便停止不動。由此可見,電磁換向閥是控制油液流動方向的。

調節節流閥5的開口大小,可控制進入液壓缸的油液流量,改變活塞及活塞桿連同工作臺移動的速度。

在進油路上安裝溢流閥6,且與液壓泵旁路連接。液壓泵的輸出壓力,可從壓力表4中讀出。當油液的壓力升高到稍超過溢流閥的調定壓力時,溢流閥開啟,油液經油管18排回油箱,這時油液的壓力不再升高,穩定在調定的壓力值范圍內。溢流閥在穩定系統壓力和防止系統過載的同時,還起著把液壓泵輸出的多余油液排回油箱的作用。

電磁換向閥7的閥芯兩端彈簧腔泄漏油,通過油管22(泄漏口)排回油箱。

在圖1?1所示液壓系統中,所采用的液壓泵為定量泵,即在單位時間內所輸出壓力油的體積(稱為流量)為定值。定量泵所輸出的壓力油,除供給系統工作所需外,多余的油液由溢流閥排回油箱,能量損耗就增大。為了節約能源,可以采用在單位時間內所輸出的流量根據系統工作所需而調節的變量泵。如果機床液壓系統的工作是旋轉運動,則可以將液壓缸改用液壓馬達。

通過上述例子可以看到:

①?液壓傳動是以有壓力的油液作為傳遞動力的介質,液壓泵把電動機供給的機械能轉換成油液的液壓能,油液輸入液壓缸后,又通過液壓缸把油液的液壓能轉變成驅動工作臺運動的機械能。

②?在液壓泵中,電動機旋轉運動的機械能是依靠密封容積的變化轉變為液壓能,即輸出具有一定壓力與流量的液壓油。在液壓缸中,也是依靠其密封容積的變化,把輸入的液壓能轉換為活塞直線往復運動的機械能。這種依靠密封容積變化來實現能量轉換與傳遞的傳動方式稱為液壓傳在液壓泵中,電動機旋轉運動的機械能是依靠密封容積的變化轉變為液壓能,即輸出具有一定壓力與流量的液壓油。在液壓缸中,也是依靠其密封容積的變化,把輸入的液壓能轉換為活塞直線往復運動的機械能。這種依靠密封容積變化來實現能量轉換與傳遞的傳動方式稱為液壓傳動。它與主要依靠液體的動能來傳遞動力的“液力傳動”(例如水輪機、離心泵、液力變矩器等)不同,后者在機床上用得極少。液壓傳動與液力傳動,都是液體傳動。

③?工作臺運動時所能克服的阻力大小與油液的壓力和活塞的有效工作面積有關,工作臺運動的速度決定于在單位時間內通過節流閥流入液壓缸中油液體積的多少。

④?在液壓傳動系統中,控制液壓執行元件(液壓缸或液壓馬達)的運動(速度、方向和驅動負載能力)是通過控制與調節油液的壓力、流量及液流方向來實現的,即液流是處在液壓控制的狀態下進行工作的,因此液壓傳動與液壓控制是不可分割的。然而通常所謂的液壓控制系統是指具有液壓動力機構的反饋控制系統。

1.1.2　液壓傳動的基本特征

液壓傳動是以液體為工作介質,通過驅動裝置將原動機的機械能轉換為液體的壓力能,然后通過管道、液壓控制及調節裝置等,借助執行裝置,將液體的壓力能轉換為機械能,驅動負載實現直線或回轉等運動。

液壓傳動的基本特征如下。

(1)力的傳遞

如圖1?1所示,設大活塞面積為A2,作用其上的負載力為F2,該力在大缸中所產生的液體壓力為p2=F2/A2。根據帕斯卡原理,小缸中的液體壓力p1等于大缸中的液體壓力p2,即p1=p2=p。由此可得

式中　?F1——小活塞上的作用力;

??A1——小活塞面積。

在A1、A2一定時,負載力F2越大,系統中的壓力p也越大,所需要的作用力F1也就越大,即系統壓力與外負載密切相關。這是液壓傳動工作原理的第一個特征,即液壓傳動中工作壓力取決于外負載(包括外力和液阻力)。

(2)運動的傳遞

如圖1?2所示,如果不考慮液體的可壓縮性、漏損和缸體、管路的變形等,小缸排出的液體體積必然等于進入大缸的液體體積。設小活塞位移為s1,大活塞位移為s2,則有

上式兩邊同除以運動時間t,得

式中?　1,2——小缸活塞、大缸活塞的平均運動速度;

??q1,q2——小缸排出液體的平均流量、進入大缸液體的平均流量。

由上所述可見,液壓傳動是靠密閉腔工作容積變化相等的原理實現運動(速度和位移)的傳遞。調節進入大缸的流量q2,即可調節其活塞的運動速度2,這是液壓傳動工作原理的第二個特征,即活塞的運動速度取決于輸入流量的大小。