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常用液压元件的结构及原理分析

作者:小编 日期:2025-09-29 18:00:25 点击次数:

信息摘要:

常用液压元件的结构及原理分析

  一部完整的机器是由原动机、传动机构及控制部分、工作机(含辅助装置)组成。

  ◆流体传动是以流体为工作介质进行能量转换、传递和控制的传动。它包括液压传动、液力传动和气压传动。

  液压传动(Hydraulics)是以液体为工作介质,通过驱动装置将原动机的机械能转换为液压的压力能,然后通过管道、液压控制及调节装置等,借助执行装置,将液体的压力能转换为机械能,驱动负载实现直线或回转运动。

  从上图可以看出,液压传动是以液体作为工作介质来进行工作的,一个完整的液压传动系统由以下几部分组成:

  (l)液压泵(动力元件):是将原动机所输出的机械能转换成液体压力能的元件,其作用是向液压系统提供压力油,液压泵是液压系统的心脏。

  (2)执行元件:把液体压力能转换成机械能以驱动工作机构的元件,执行元件包括液压缸和液压马达。

  (3)控制元件:包括压力、方向、流量控制阀,是对系统中油液压力、流量、方向进行控制和调节的元件。如换向阀15即属控制元件。

  (4)辅助元件:上述三个组成部分以外的其它元件,如:管道、管接头、油箱、滤油器等为辅助元件。

  齿轮泵是一种常用的液压泵,它的主要优点是结构简单,制造方便,价格低廉,体积小,重量轻,自吸性好,对油液污染不敏感,工作可靠;其主要缺点是流量和压力脉动大,噪声大,排量不可调。

  齿轮泵被广泛地应用于采矿设备、冶金设备、建筑机械、工程机械和农林机械等各个行业。

  齿轮泵按照其啮合形式的不同,有外啮合和内啮合两种,外啮合齿轮泵应用较广,内啮合齿轮泵则多为辅助泵。

  泵体内相互啮合的主、从动齿轮与两端盖及泵体一起构成密封工作容积,齿轮的啮合点将左、右两腔隔开,形成了吸、压油腔。

  当齿轮按图示方向旋转时,右侧吸油腔内的轮齿脱离啮合,密封腔容积不断增大,构成吸油并被旋转的轮齿带入左侧的压油腔。

  左侧压油腔内的轮齿不断进入啮合,使密封腔容积减小,油液受到挤压被排往系统,这就是齿轮泵的吸油和压油过程。

  图2.7为单作用叶片泵的工作原理。泵由转2、定子3、叶片4和配流盘等件组成。

  定子的内表面是圆柱面,转子和定子中心之间存在着偏心,叶片在转子的槽内可灵活滑动,在转子转动时的离心力以及叶片根部油压力作用下,叶片顶部贴紧在定子内表面上,于是两相邻叶片、配油盘、定子和转子便形成了一个密封的工作腔。

  图中,当转子顺时针方向旋转时,密封工作腔的容积在左上角和右下角处逐渐增大,为吸油区,在左下角和右上角处逐渐减小,为压油区;吸油区和压油区之间有一段封油区将吸、压油区隔开。

  这种泵的转子每转一转,每个密封工作腔完成吸油和压油动作各两次,所以称为双作用叶片泵。

  液压泵的工作压力取决于外负载,为了防止压力过高,泵的出口常常要采取限压措施。

  变量泵可以通过调节排量来改变流量,定量泵只有用改变转速的办法来调节流量。

  当液压马达的惯性负载大、转速高,并要求急速制动或反转时,会产生较高的液压冲击,应在系统中设置必要的安全阀或缓冲阀。

  由于内部泄漏不可避免,因此将马达的排油口关闭而进行制动时,仍会有缓惯的滑转,所以,需要长时间精确制动时,应另行设置防止滑转的制动器。

  单向阀只允许经过阀的液流单方向流动,而不许反向流动。单向阀有普通单向阀和液控单向阀两种。

  直角式单向阀的进出油口A(P1)、B(P2)的轴线均和阀体轴线(a)所示的阀属于板式连接阀,阀体用螺钉固定在机体上,阀体的平面和机体的平面紧密贴合,阀体上各油孔分别和机体上相对应的孔对接,用“O”形密封圈使它们密封。

  上图所示的阀属于管式连接阀,此类阀的油口可通过管接头和油管相连,阀体的重量靠管路支承,因此阀的体积不能太大太重。

  若在控制口K加控制压力,先顶开卸荷阀芯3,B腔压力降低,活塞5继续上升并顶开主阀芯2,大量液流自B腔流向A腔,完成反向导通。此阀适用于反向压力很高的场合。

  换向阀能改变液流方向,将换向阀与缸连接可以很方便地使缸的活塞改变运动方向。

  按阀的工作位置数和控制的通道数:二位二通阀、二位三通阀、二位四通阀、三位四通阀、三位五通阀等。

  如下图,换向阀阀体2上开有4个通油口 P、A、B、T。换向阀的通油口永远用固定的字母表示,它所表示的意义如下:

  下图表示阀芯处于中位时的情况, 此时从P 口进来的压力油没有通路。 A 、B 两个油口也不和T口相通。

  下图表示人向一侧搬动控制手柄,阀芯左移,或者说阀芯处于左位的情况。此时P口和A口相通,压力油经P、A到其它元件;从其它元件回来的油经B、阀芯中心孔,T 回油箱。

  下图表示人向另一侧搬动控制手柄阀芯右移, 或者说阀芯处于右位时的情况。此时,从P口进来的压力油经P、B 到其它元件。从其它元件回来的油经A、T回油箱。

  “通”和“位”是换向阀的重要概念。不同的“通”和“位”构成了不同类型的换向阀。

  “位” (Position)一指阀芯的位置,通常所说的“二位阀” 、 “三位阀”是指换向阀的阀芯有两个或三个不同的工作位置,“位”在符号图中用方框表示。

  所谓“二通阀” 、 “三通阀” 、 “四通阀”是指换向阀的阀体上有两个、三个、四个各不相通且可与系统中不同油管相连的油道接口,不同油道之间只能通过阀芯移位时阀口的开关来沟通。

  一般,阀与系统供油路连接的进油口用字母P表示;阀与系统回油路连通的回油口用T(有时用O)表示;而阀与执行元件连接的油口用A、B等表示。有时在图形符号上用 L 表示泄漏油口。

  换向阀都有两个或两个以上的工作位置,其中一个为常态位,即阀芯未受到操纵力时所处的位置,图形符号中的中位是三位阀的常态位。利用弹簧复位的二位阀则以靠近弹簧的方框内的通路状态为其常态位。绘制系统图时,油路一般应连接在换向阀的常态位上。

  滑阀式换向阀处于中间位置或原始位置时,阀中各油口的连通方式称为换向阀的滑阀机能。

  三位阀的机能是指阀芯处于中位时,阀各油口的通断情况。三位阀有多种机能现只介绍最常用的几种。

  二位阀的原始位置:若为手动控制,则是指控制手柄没有动作的位置;若为液压控制则是指失压的位置若为电磁控制则是指失电的位置。

  三位四通换向阀的滑阀机能有很多种,常见的有表5.1中所列的几种。中间一个方框表示其原始位置,左右方框表示两个换向位。其左位和右位各油口的连通方式均为直通或交叉相通,所以只用一个字母来表示中位的型式。

  ③可用于多个换向阀并联的系统。当一个分支中的换向阀处于中位时, 仍可保持系统压力,不致影响其它分支的正常工作。

  ①缸的两腔被封闭,活塞在任一位置均可停住, 且能承受一定的正向负载和反向负载。

  ②不管活塞原来是左行还是右行,缸的各腔均无压力冲击,也不会出现负压。换向平稳无冲击,换向时无精度可言

  ④不能用于多个换向阀并联的系统。因一个分支的换向阀一旦处于中位,泵即卸荷,系统压力为零,其它分支也就不能正常工作了。

  阀芯处于中位时, A 、B 油口被封闭,P、T 油口互通。M型机能是取O型机能的上半部,H型机能的下半部组成的,故兼有二者的特点。M型机能如下:

  图5.17(c)所示为旋转移动式手动换向阀,旋转手柄可通过螺杆推动阀芯改变工作位置。这种结构具有体积小、调节方便等优点。由于这种阀的手柄带有锁,不打开锁不能调节,因此使用安全。

  此类控制方式的“信号源”是缸的运动件。例如将挡块固定在运动的活塞杆上,当挡块触压阀推杆2的滚滚轮1时 ,推杆2即推动阀芯3换向。挡块和推杆2端部的滚轮脱离接触后,阀芯即可靠弹簧复位。此种阀的控制方式因和缸的行程有关,也有管此类阀叫“行程阀”。

  ②直流电磁铁。需要专用直流电源,使用寿命较长。 ③本整型电磁铁。本整型指交流本机整流型。

  不管是直流还是交流电磁,都可做成干式和湿式的。湿式电磁铁具有吸着声小、寿命长、温升低等优点。

  图5.20所示为交流式二位三通电磁换向阀。当电磁铁断电时,阀芯2被弹簧7推向左端,P 和A接通;当电磁铁通电时,铁芯通过推杆3将阀芯2推向右端,使P和B接通。

  图5.21为直流湿式三位四通电磁换向阀。当两边电磁铁都不通电时,阀芯2在两边对中弹簧4的作用下处于中位,P、T、A、B口互不相通;当右边电磁铁通电时,推杆6将阀芯2推向左端,P 与A通,B与T通;当左边电磁铁通电时,P与B通,A与T通。

  液动换向阀是利用控制压力油来改变阀芯位置的换向阀。对三位阀而言,按阀芯的对中形式,分为弹簧对中型和液压对中型两种。

  阀芯两端分别接通控制油口K1和K2。当对液动滑阀换向平稳性要求较高时,还应在滑阀两端K1、K2控制油路中加装阻尼调节器。调节阻尼调节器节流口大小即可调整阀芯的动作时间。

  电磁换向阀起先导作用,控制液动换向阀的动作;液动换向阀作为主阀,用于控制液压系统中的执行元件。

  电液换向阀有弹簧对中和液压对中两种型式。若按控制压力油及其回油方式进行分类则有:外部控制、外部回油;外部控制、内部回油;内部控制、外部回油;内部控制、内部回油等四种类型。

  液压辅助元件和液压元件一样,都是液压系统中不可缺少的组成部分。它们对系统的性能、效率、温升、噪声和寿命的影响不亚于液压元件本身。

  液压油中往往含有杂质,会造成液压元件相对运动表面的磨损、滑阀卡滞、节流孔口堵塞。在系统中安装一定精度的滤油器,是保证液压系统正常工作的必要手段。

  过滤器的过滤精度是指滤芯能够滤除的最小杂质颗粒的大小,以直径d作为公称尺寸表示。按精度可分为粗过滤器(d<100)、普通过滤器(d<10)、精过滤器(d<5)、特精过滤器(d<1)。

  按滤芯的材料和结构形式,滤油器可分为网式、线隙式、纸质滤芯式、烧结式滤油器及磁性滤油器等。按滤油器安放的位置不同,还可以分为吸滤器、压滤器和回油过滤器,考虑到泵的自吸性能,吸油滤油器多为粗滤器。

  滤芯以铜网为过滤材料,在周围开有很多孔的塑料或金属筒形骨架上,包着一层或两层铜丝网,其过滤精度取决于铜网层数和网孔的大小。这种滤油器一般用于液压泵的吸油口。

  线所示,用钢线或铝线密绕在筒形骨架的外部来组成滤芯,依靠铜丝间的微小间隙滤除混入液体中的杂质。其结构简单、通流能力大、过滤精度比网式滤油器高,但不易清洗。多为回油过滤器。

  滤芯用金属粉末烧结而成,利用颗粒间的微孔来挡住油液中的杂质通过,其滤芯能承受高压。

  粗滤油器用来保护泵,使其不致吸入较大的机械杂质。为了不影响泵的吸油性能,防止发生气穴现象,滤油器的过滤能力应为泵流量的两倍以上,压力损失不得超过0.01~0.035MPa。

  主要用来滤除进入液压系统的污染杂质,一般采用过滤精度10~15m的滤油器。它应能承受油路上的工作压力和冲击压力,其压力降应小于0.35MPa,并应有安全阀或堵塞状态发讯装置,以防泵过载和滤芯损坏。

  大型液压系统可专设一液压泵和滤油器构成的滤油子系统,滤除油液中的杂质,以保护主系统。

  因回油路压力很低,可采用滤芯强度不高的精滤油器,并允许滤油器有较大的压力降。

  在间歇工作或周期性动作中,蓄能器可以把泵输出的多余压力油储存起来。当系统需要时,由蓄能器释放出来。这样可以减少液压泵的额定流量,从而减小电机功率消耗。

  蓄能器能吸收系统压力突变时的冲击,也能吸收液压泵工作时的流量脉动所引起的压力脉动。

  对于执行元件长时间不动作,而要保持恒定压力的系统,可用蓄能器来补偿泄漏,从而使压力恒定。对某些系统要求当泵发生故障或停电时,执行元件应继续完成必要的动作时,需要有适当容量的蓄能器作紧急动力源。

  大型液压系统可专设一液压泵和滤油器构成的滤油子系统,滤除油液中的杂质,以保护主系统。

  因回油路压力很低,可采用滤芯强度不高的精滤油器,并允许滤油器有较大的压力降。

  在间歇工作或周期性动作中,蓄能器可以把泵输出的多余压力油储存起来。当系统需要时,由蓄能器释放出来。这样可以减少液压泵的额定流量,从而减小电机功率消耗。

  蓄能器能吸收系统压力突变时的冲击,也能吸收液压泵工作时的流量脉动所引起的压力脉动。

  对于执行元件长时间不动作,而要保持恒定压力的系统,可用蓄能器来补偿泄漏,从而使压力恒定。对某些系统要求当泵发生故障或停电时,执行元件应继续完成必要的动作时,需要有适当容量的蓄能器作紧急动力源。

  活塞式蓄能器中的气体和油液由活塞隔开。活塞1的上部为压缩空气,活塞1随下部压力油的储存和释放而在缸筒2内来回滑动。这种蓄能器活塞有一定的惯性,和O形密封圈存在较大的摩擦力,所以反应不够灵敏。

  皮囊式蓄能器中气体和油液用皮囊隔开。皮囊用耐油橡胶制成,内充入惰性气体,壳体下端的提升阀能防止皮囊膨胀挤出油口。

  油箱的基本功能是:储存工作介质;散发系统工作中产生的热量;分离油液中混入的空气;沉淀污染物及杂质。

  按油面是否与大气相通,可分为开式油箱与闭式油箱。开式油箱广泛用于一般的液压系统;闭式油箱则用于水下和高空无稳定气压的场合,这里仅介绍开式油箱。

  (1) 泵的吸油管与系统回油管之间的距离应尽可能远些,管口都应插于最低液面以下,但离油箱底要大于管径的2-3倍,以免吸空和飞溅起泡。吸油管端部所安装的滤油器,离箱壁要有3倍管径的距离,以便四面进油。回油管口应截成45斜角,以增大回流截面,并使斜面对着箱壁,以利散热和沉淀杂质。

  (2) 在油箱中设置隔板,以便将吸、回油隔开,迫使油液循环流动,利于散热和沉淀。

  (3) 设置空气滤清器与液位计。空气滤清器的作用是使油相箱与大气相通,保证泵的自吸能力,滤除空气中的灰尘杂物,有时兼作加油口。它一般布置在顶盖上靠近油箱边缘处。

  (5) 油箱正常工作温度应在15-66C之间,必要时应安装温度控制系统,或设置加热器和冷却器。

  (6) 最高油面只允许达到油箱高度的80%,油箱底脚高度应在150mm以上,以便散热、搬移和放油,油箱四周要有吊耳,以便起吊装运。

  (4) 设置放油口与清洗窗口。将油箱底面做成斜面,在最低处设放油口,平时用螺塞或放油阀堵住,换油时将其打开放走油污。为了便于换油时清洗油箱,大容量的油箱一般均在侧壁设清洗窗口。

  管道应尽量短,最好横平竖直,拐弯少。为避免管道皱折,减少压力损失,管道装配的弯曲半径要足够大,管道悬伸较长时要适当设置管夹。

  管道尽量避免交叉,平行管距要大于100mm,以防接触振动,并便于安装管接头。

  按管接头和管道的连接方式分,有扩口式管接头,卡套式管接头和焊接式管接头三种。

  当旋紧螺帽3时,通过套管2使被连接管1端部的扩口压紧在接头体4的锥面上。

  被扩口的管子只能是薄壁且塑性良好的管子如铜管。此种接头的工作压力不高于8MPa。

  拧紧接头螺母2后,卡套3发生弹性变形便将管子1夹紧。它对轴向尺寸要求不严,装拆方便,但对连接用管道的尺寸精度要求较高。

  如果液压系统靠自然冷却仍不能使油温控制在上述范围内时,就须安装冷却器;反之,如环境温度太低,无法使液压泵启动或正常运转时,就须安装加热器。

  液压系统的工作温度一般希望保持在30~50C的范围之内,最高不超过65C,最低不低于15C。

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