液壓執(zhí)行元件

今天周五又來到了湖南慧盟重工的【慧講堂】今天有請吳總為大家講解“液壓系統(tǒng)之動力元件與執(zhí)行元件簡介”小伙伴們小板凳準(zhǔn)備好，認(rèn)真聽講了哈！好好學(xué)習(xí)，天天向上！

第一節(jié) 液壓動力元件

液壓系統(tǒng)是以液壓泵作為系統(tǒng)提供一定的流量和壓力的動力元件，液壓泵將原動機(jī)（電動機(jī)或內(nèi)燃機(jī)）輸出的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為工作液體的壓力能，是一種能量轉(zhuǎn)換裝置。圖1-1清楚地顯示出了液壓泵的工作原理。

液壓泵都是依靠密封容積變化的原理來進(jìn)行工作的，故一般稱為容積式液壓泵.

圖1 所示的是一單柱塞液壓泵的工作原理圖，圖中柱塞2裝在缸體3中形成一個密封容積a，柱塞在彈簧4的作用下始終壓緊在偏心輪1上。原動機(jī)驅(qū)動偏心輪1旋轉(zhuǎn)使柱塞2作往復(fù)運(yùn)動，使密封容積a的大小發(fā)生周期性的交替變化。當(dāng)a有小變大時就形成部分真空，使油箱中油液在大氣壓作用下，經(jīng)吸油管頂開單向閥6進(jìn)入油箱a而實現(xiàn)吸油；反之，當(dāng)a由大變小時，a腔中吸滿的油液將頂開單向閥5 流入系統(tǒng)而實現(xiàn)壓油。這樣液壓泵就將原動機(jī)輸入的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成液體的壓力能，原動機(jī)驅(qū)動偏心輪不斷旋轉(zhuǎn)，液壓泵就不斷地吸油和壓油。

一、液壓泵的分類

按結(jié)構(gòu)液壓泵可以分為：齒輪泵、葉片泵、柱塞泵、螺桿泵等

按輸出流量能否調(diào)節(jié)又可以分為：定量泵、變量泵等

二、液壓泵的工作條件：

1. 密封容積變化是液壓泵實現(xiàn)吸油、排液的根本原因；

2. 具有隔離吸液腔和排液腔（即隔離低壓和高壓液體）的裝置—配流盤；

3. 油箱內(nèi)的工作液體始終具有不低于一個大氣壓的絕對壓力，液壓油箱與大 氣相通

三、液壓泵的性能參數(shù)：

3.1 壓力p

額定壓力：在正常工作條件下，根據(jù)試驗標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，允許液壓泵連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的最高壓力；

最高允許壓力（峰值壓力）：按試驗標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，超過額定壓力允許短暫運(yùn)行的最高壓力；

工作壓力：泵在實際工作時所達(dá)到的具體壓力值，與負(fù)載相關(guān)；

單位：MPa或bar,關(guān)系,1MPa=1000000Pa=10bar

3.2泵的排量和流量

排量q：液壓泵的主軸每轉(zhuǎn)動一轉(zhuǎn)，由其幾何尺寸計算而得到的排出液體的體積，單位為：ml/r ，反映泵的工作能力

排量可調(diào)節(jié)的液壓泵是變量泵，排量為常數(shù)的為定量泵

流量Q與排量關(guān)系：Q=q×n×60／1000

流量單位為：L/min

理論流量Q：不考慮液壓泵的泄漏流量的條件下，其單位時間所排出的液體的體積；

泄漏流量ΔQ：通過中各個運(yùn)動幅的間隙所泄漏的液體流量，這部分液體不傳遞有用功。也稱為容積損失。

其分為內(nèi)部泄漏（不能測量）和外部泄漏（可測量），與壓力，黏性、密封性、加工精度有關(guān)

泄漏量的大小取決于泵的密封性、工作壓力、液體黏度等因素

實際流量：指在考慮液壓泵泄漏損失時，液壓泵在單位時間內(nèi)實際輸出的液體體積。故實際流量小于理論流量實際流量：等于理論流量-泄漏流量

l 額定流量：指液壓泵在正常工作條件下，按試驗標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定（額定壓力和額定轉(zhuǎn)速）必須保證的流量，銘牌上標(biāo)出的流量

3.3泵的功率和效率

理論輸出功率 Pｔ：不考慮液壓泵的容積損失和壓力損失，

實際輸出功率 ：用實際流量 與泵的進(jìn)出口壓差 的乘積

容積效率ηv：液體泵實際流量與理論流量之比。

輸入功率與總效率

機(jī)械效率ηm：泵的理論輸出功率與輸入功率之比ηm

總效率等于容積效率與機(jī)械效率之積η=ηm×ηv

3.4 泵的轉(zhuǎn)速

額定轉(zhuǎn)速:泵在額定的壓力下，連續(xù)長時間動轉(zhuǎn)的最大轉(zhuǎn)速

最高轉(zhuǎn)速:泵在額定的壓力下，允許短暫運(yùn)行的最大轉(zhuǎn)速

最低轉(zhuǎn)速 ：允許正常運(yùn)行的最小速度,

4、 軸向柱塞變量泵

4.1、柱塞泵：靠柱塞在缸體中的往復(fù)運(yùn)動時造成的密封工作容積的變化來實現(xiàn) 吸油和排油的

分類：按柱塞和柱塞缸的排列方式，分軸向柱塞泵與徑向柱塞泵

按其配流方式分：a，直接配流。如：外嚙合齒輪泵

b，配流盤配流。如：葉片泵、軸向柱塞泵

c ，單向閥配流。如：單柱塞泵，三柱塞泵

d，配流軸配流。如：徑向柱塞泵

軸向柱塞泵按機(jī)構(gòu)分為：斜盤式和斜軸式

軸向柱塞泵按流量輸出特征分為：定量和變量的

柱塞泵的特點：

1. 工作壓力高；最高可達(dá)100MPa；

2. 流量范圍大，加大柱塞直徑或增加柱塞的數(shù)目；

3. 改變柱塞的行程可改變流量；

4. 柱塞主要件均受壓，壽命長，體積小功率大

缺點：對液壓油污染度要求高，吸油性能差

4.2、斜盤式軸向柱塞泵：

1主要零件組成：主軸、柱塞缸體、柱塞、配流盤、滑靴、斜盤、彈簧等等

2 泵的控制方式

伺服控制：手控、液控、電液控

排量改變方法：調(diào)整斜盤與主軸的傾斜角度，引起柱塞行程和變化

3結(jié)構(gòu)要點

3.1滑靴與斜盤

柱塞底部液壓力將滑靴緊密壓緊在斜盤上，壓力過大，磨損加劇，燒壞

采用反壓的方法平衡液壓力，壓緊系數(shù)m＝1.05-1.10，同時提高潤滑性能。

3.2缸體與配流盤

缸體對配流盤的壓緊力F有：定心彈簧的預(yù)壓力、腰形孔產(chǎn)生的壓力

配流盤的反推力 壓緊系數(shù) m＝1.02-1.08，

配流盤外做為輔助支撐面

設(shè)有阻尼孔和盲孔，消除困油現(xiàn)象及減少液壓沖擊

3.3 柱塞與缸體

軸向力 與柱塞底部的液壓力平衡

側(cè)向力 通過柱塞傳給缸體，它可使缸體傾斜，限制傾角小于20

4 、 三對摩察副材料

柱塞：20Cr40Cr

配流盤： Cr12Mn5

斜盤： Cr15

缸體套及滑靴：青銅

如果在液壓油液或泄油管路中發(fā)現(xiàn)有銅屑，則液壓泵已損壞！

4.3、常用力士樂（Rexroth）A11VLO 為斜盤式軸向柱塞變量泵----用于開式液壓回路

該泵帶有恒功率控制裝置（LR）、壓力截流閥(D)和電控變量控制閥。

電控面板上油泵排量旋 鈕由小到大范圍內(nèi)調(diào)節(jié)時，主油泵排量跟隨在0～Vmax范圍內(nèi)變化。

職能符號、結(jié)構(gòu)、油口分布見下圖：

4.4、常用力士樂（Rexroth）A4VG 斜盤式軸向柱塞變量泵----用于閉式液壓回路，該泵為雙向變量泵，帶內(nèi)置補(bǔ)油泵，內(nèi)置補(bǔ)油溢流閥調(diào)定壓力3.5 Mpa。

A 、型號說明、職能符號、結(jié)構(gòu)、油口分布見下圖：

B、閉式主油泵工作原理

圖2是主油泵的剖面圖

工作時傳動軸

工作時傳動軸3帶動缸體2旋轉(zhuǎn)，當(dāng)斜盤4傾角為零時，柱塞5與缸體2之間沒有軸向相對運(yùn)動，液壓泵沒有壓力由輸出；當(dāng)斜盤4傾角為正時，柱塞5與缸體2之間有軸向相對運(yùn)動，柱塞外伸時吸油，柱塞內(nèi)縮時壓油，吸油和壓油經(jīng)過配流盤8的配流窗口進(jìn)行分配，分別通向吸油口和壓油口；當(dāng)斜盤4傾角為負(fù)時，吸油口和壓油口互相顛倒。

變量機(jī)構(gòu)1可以通過外部控制手段（如壓力控制、電比例控制等）實現(xiàn)斜盤傾角的無級調(diào)節(jié)，從而控制執(zhí)行元件的工作速度。

這種閉式回路雙向變量泵可以實現(xiàn)液壓執(zhí)行元件的交替動作，特別適合用在泵送系統(tǒng)驅(qū)動主油缸往復(fù)交替工作。

C、閉式液壓泵的特點

（1）無級變量

該液壓泵為用于閉式回路的斜盤式軸向柱塞泵，流量為公式為

Q =n·q·ηv

n ——轉(zhuǎn)速。

q ——排量，與斜盤傾角成正比。

ηv——容積效率，取0.95。

當(dāng)油泵最高轉(zhuǎn)速為nmax=2500rpm，最大排量qmax=125ml/r時，則單泵最大流量為Qmax=297l/min，雙泵合流流量為594l/min。

假如主油缸內(nèi)徑140mm，活塞桿直徑80mm，輸送缸內(nèi)徑230mm，經(jīng)計算可得泵車最大輸送次數(shù)為28.6次/分，最大輸送量為143.5m3/h。如果不計油泵內(nèi)部泄漏損失，則最大理論輸送次數(shù)為30次/分，最大理論輸送量為150m3/h。

主泵排量控制路線為：

遙控器排量旋鈕檔位—→控制器輸出電流—→比例減壓閥出口壓力—→液壓泵的伺服閥閥芯行程—→液壓泵的伺服缸活塞桿行程—→斜盤傾角—→液壓泵排量—→混凝土輸送量。

（2）液流流動方向切換平穩(wěn)

斜盤擺過中位的過程，也是排量由大到小、由小到大的變化過程，在斜盤擺過中位的瞬間，排量為零，與開式系統(tǒng)液壓閥全流量換向相比，液壓沖擊很小，所以該液壓泵可以較平穩(wěn)地改變液流方向，實現(xiàn)主油缸交替泵送動作平穩(wěn)切換。

（3）壓力參數(shù)設(shè)定

圖3是主油泵的液壓原理圖。

該泵在高壓油側(cè)配備兩個

該泵在高壓油側(cè)配備兩個高壓溢流閥（實為安全閥），保護(hù)液壓系統(tǒng)，避免超載運(yùn)行。溢流閥設(shè)定壓力根據(jù)管路系統(tǒng)承壓能力不同可以設(shè)定不同的值，我公司泵車主泵高壓溢流閥設(shè)定壓力為320 bar。在泵的上部還配有一個低壓溢流閥，用于限定輔助泵|（補(bǔ)油泵）工作壓力。

各閥在液壓泵上的安裝位置見圖4。

低壓溢流閥的壓力設(shè)定

低壓溢流閥的壓力設(shè)定（補(bǔ)油壓力設(shè)定）：

在主泵Fa口接測壓接頭和壓力表（量程60bar），掛工作擋油泵正常運(yùn)行，觀察壓力表的指針位置，這時擰松低壓溢流閥調(diào)整螺桿鎖緊螺母，順時針或逆時針擰動調(diào)整螺釘，直至壓力表指針指向35bar時為止，擰緊鎖緊螺母，調(diào)整完畢。

高壓溢流閥的壓力設(shè)定：

掛工作擋油泵正常運(yùn)行，排量控制旋鈕旋到最大位置。

點動主油缸，使某一側(cè)主油缸憋壓（關(guān)閉主油缸末端U型管），觀察泵送壓力表（量程600bar）的指針位置，這時擰松另一側(cè)高壓溢流閥調(diào)整螺桿鎖緊螺母，順時針或逆時針擰動調(diào)整螺釘，直至憋壓時壓力表指針指向320 bar時為止，擰緊鎖緊螺母，調(diào)整完畢。然后用同樣方法調(diào)整另一側(cè)高壓溢流閥壓力到320 bar。

（4）補(bǔ)油泵的補(bǔ)油功能

在兩側(cè)的高壓溢流閥上，各反向并聯(lián)了一個單向閥，補(bǔ)油泵通過它起到向系統(tǒng)低壓側(cè)（回油）補(bǔ)充新油的作用（高壓側(cè)單向閥關(guān)閉）。

為了系統(tǒng)散熱，系統(tǒng)通過沖洗閥溢流進(jìn)行換油，因此為了補(bǔ)充沖洗閥的溢流損失，在液壓泵內(nèi)部通軸安裝了一個排量為28.3ml/r的齒輪泵（補(bǔ)油泵）。

（5）補(bǔ)油泵提供伺服閥的控制油與伺服缸的工作油

該補(bǔ)油泵出油還有兩個分支：

一路經(jīng)伺服閥，最終通向伺服缸兩端油口，作為伺服缸換向的動力來源（工作油路）；

另一路經(jīng)Ps口通向比例減壓閥，伺服閥兩端油口，作為伺服閥換向的動力來源（控制油路）。

這兩路液壓油取自這里的原因，是因為管路連接短、壓力穩(wěn)定性好，控制精度高。

4．閉式液壓泵的工作要求

（1）液壓油要求

本液壓泵要求使用礦油型液壓油，液壓泵工作時的油液黏度推薦為16~36 mm2/s。液壓油的黏度關(guān)系到液壓泵的工作效率和使用壽命。液壓泵推薦按圖5進(jìn)行黏度選擇。當(dāng)工作油溫為50℃時，液壓油的黏度應(yīng)該選擇46號。當(dāng)工作油溫為60℃時，液壓油的黏度應(yīng)該選擇68號。目前公司生產(chǎn)的泵車統(tǒng)一使用的液壓油是美孚AW46液壓油，運(yùn)動黏度平均值為46mm2/s。

另外，由于每種液壓油都有不同的粘溫特性，液壓油的黏度會隨油溫的高低發(fā)生變化。限制如下：當(dāng)油溫較高時（如

另外，由于每種液壓油都有不同的粘溫特性，液壓油的黏度會隨油溫的高低發(fā)生變化。限制如下：當(dāng)油溫較高時（如+115℃），運(yùn)動黏度平均值不得小于5mm2/s；當(dāng)油溫較低時（如-40℃），運(yùn)動黏度平均值不得大于1600mm2/s。

液壓泵內(nèi)溫度最高的地方是泄漏油的地方，對于本液壓泵，由于軸封材料為丁腈橡膠，所以泄漏油的油溫不得大于90℃。如果油溫大于90℃，必須使用氟橡膠軸封。

（2）各油口工作壓力范圍：

補(bǔ)油泵的補(bǔ)油壓力：最低20bar。

補(bǔ)油泵的吸油壓力：絕對壓力≥0.8bar。也就是真空度≤0.2 bar，吸油過濾器上的真空表指針不能超過綠區(qū)；冷啟動時，由于油液溫度較低，允許絕對壓力≥0.5bar，即真空度≤0.5 bar，經(jīng)怠速運(yùn)轉(zhuǎn)，絕對壓力≥0.8bar后，才允許提高發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速。

殼體壓力：

殼體壓力：T1、T2油口為泄油口，允許泄油絕對壓力為4 bar，相對壓力為3 bar；啟動時，允許短時泄油絕對壓力為5 bar。泄油壓力過高會造成油封泄漏。

設(shè)置兩個泄油口的目的，是為了適應(yīng)液壓泵的不同安裝方向，只要保證總有一個泄油口朝上即可，這樣可以排掉殼體里的空氣，保證運(yùn)動零件之間都有潤滑油膜，防止出現(xiàn)燒泵現(xiàn)象。

（3）液壓油清潔度

按NAS 1638標(biāo)準(zhǔn)，要達(dá)到9級，見表2-1。

按ISO4406標(biāo)準(zhǔn)，要達(dá)到18/15，見表2-2。

表2-1 NAS1638污染度等級（100ml中的顆粒數(shù)）

18 / 15

1ml油液中尺寸大于15μm的顆粒數(shù)等級

1ml油液中尺寸大于5μm的顆粒數(shù)等級

下表為ISO4406規(guī)定的油液污染度等級數(shù)碼和相應(yīng)的顆粒濃度。

表2-2 ISO4406污染度等級數(shù)碼

如果液壓油工作溫度很高，長時間達(dá)到了90℃，那么液壓油的清潔度等級必須再提高一級。

泵車上設(shè)置了冷卻器和高溫保護(hù)電路，當(dāng)溫度傳感器感受到的工作溫度達(dá)到40℃時，電控系統(tǒng)令冷卻風(fēng)扇開始轉(zhuǎn)動；當(dāng)工作溫度到了85℃時，強(qiáng)制泵送機(jī)構(gòu)停止工作。所以工作溫度總在85℃以下，清潔度按NAS 1638的9級或按ISO4406的18/15規(guī)定，可以滿足工作要求。

為了保證進(jìn)入主泵液壓油的清潔度，在輔助泵吸油口上要設(shè)置一個絕對過濾精度為10μm的吸油過濾器。

5. 液壓泵的變量控制

該液壓泵為液控變量泵，排量大小與兩個控制油路（油口Y1和Y2）的控制壓力Pst有關(guān)，控制壓力作用到伺服閥的某一側(cè)，使閥芯產(chǎn)生一個與控制壓力成正比的位移，使伺服閥與閥套之間產(chǎn)生微小開口量，使補(bǔ)油泵的壓力油驅(qū)動變量活塞產(chǎn)生跟隨運(yùn)動，牽動斜盤擺動一定的角度，同時變量活塞桿帶動伺服閥套也移動相同的距離，并使伺服閥開口量減為零，斜盤就穩(wěn)定在相應(yīng)的傾角上，液壓泵就以某一確定的排量工作。由于控制壓力無級可調(diào)，所以閉式液壓泵排量也就可以無級可調(diào)。

當(dāng)控制壓力作用到伺服閥閥芯的另一側(cè)時，斜盤反向傾斜，液壓泵進(jìn)出油口發(fā)生反轉(zhuǎn)。這樣就可以控制執(zhí)行元件反向運(yùn)動。

控制壓力

控制壓力Pst=6~18bar（油口Y1和Y2）

變量起點6 bar

變量終點18 bar（最大排量Vgmax）

之所以控制壓力在-6bar~+6bar范圍內(nèi)存在死區(qū)，主要原因是由于伺服缸活塞桿兩側(cè)的彈簧在中位時有預(yù)壓力。