液压元件符号及其基本知识

液压元件符号及其基本知识一、液压传动定义与发展概况1.1液压传动定义与发展概况1.1.1液压传动的定义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。原动机包括电动机、内燃机等。工作机即完成该机器之工作任务的直接工作部分，如剪床的剪刀，车床的刀架、车刀、卡盘等。由于原动机的功率和转速变化范围有限，为了适应工作机的工作力和工作速度变化范围较宽，以及其它操纵性能的要求，在原动机和工作机之间设置了传动机构，其作用是把原动机输出功率经过变换后传递给工作机。传动机构通常分为机械传动、电气传动和流体传动机构。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。液压传动和液力传动均是以液体作为工作介质来进行能量传递的传动方式。液压传动主要是利用液体的压力能来传递能量；而液力传动则主要是利用液体的动能来传递能量。由于液压传动有许多突出的优点，因此，它被广泛地应用于机械制造、工程建筑、石油化工、交通运输、军事器械、矿山冶金、轻工、农机、渔业、林业等各方面。同时，也被应用到航天航空、海洋开发、核能工程和地震预测等各个工程技术领域。1.1.2液压传动的发展概况液压传动相对于机械传动来说，它是一门新学科，从17世纪中叶帕斯卡提出静压传动原理，18世纪末英国制成第一台水压机算起，液压传动已有2～3百年的历史，只是由于早期技术水平和生产需求的不足，液压传动技术没有得到普遍地应用。随着科学技术的不断发展，对传动技术的要求越来越高，液压传动技术自身也在不断发展，特别是在第二次世界大战期间及战后，由于军事及建设需求的刺激，液压技术日趋成熟。第二次世界大战前后，成功地将液压传动装置用于舰艇炮塔转向器，其后出现了液压六角车床和磨床，一些通用机床到本世纪30年代才用上了液压传动。第二次世界大战期间，在兵器上采用了功率大、反应快、动作准的液压传动和控制装置，它大大提高了兵器的性能，也大大促进了液压技术的发展。战后，液压技术迅速转向民用，并随着各种标准的不断制订和完善及各类元件的标准化、规格化、系列化而在机械制造，工程机械、农业机械、汽车制造等行业中推广开来。近30年来，由于原子能技术、航空航天技术、控制技术、材料科学、微电子技术等学科的发展，再次将液压技术推向前进，使它发展成为包括传动、控制、检测在内的一门完整的自动化技术，在国民经济的各个部门都得到了应用，如工程机械、数控加工中心、冶金自动线等。采用液压传动的程度已成为衡量一个国家工业水平的重要标志之一。二、液压泵和液压马达2.1液压泵、马达概述2.1.1容积式泵、马达的工作原理液压泵和液压马达都是液压传动系统中的能量转换元件。液压泵由原动机驱动，把输入的机械能转换成为油液的压力能，再以压力、流量的形式输入到系统中去，它是液压系统的动力源；液压马达则将输入的压力能转换成机械能，以扭矩和转速的形式输送到执行机构做功，是液压传动系统的执行元件。在液压传动系统中，液压泵和液压马达都是容积式的，依靠容积变化进行工作。图1为容积式泵的工作原理简图，凸轮1旋转时，柱塞2在凸轮和弹簧3的作用下，在缸体的柱塞孔内左、右往复移动，缸体与柱塞之间构成了容积可变的密封工作腔4。柱塞向右移动时，工作腔容积变大，产生真空，油液便通过吸油阀5吸入；柱塞2向左移动时，工作腔容积变小，已吸入的油液便通过压油阀6排到系统中去。在工作过程中。吸、排油阀5、6在逻辑上互逆，不会同时开启。由此可见，泵是靠密封工作腔的容积变化进行工作的。液压泵定量泵齿轮泵外啮合齿轮泵内啮合齿轮泵楔块式渐开线内啮合齿轮泵直齿及其共轭齿廓内啮合齿轮泵摆线式内啮合齿轮泵螺杆泵定量叶片泵定量径向柱塞泵轴向柱塞泵斜盘式轴向柱塞泵斜轴式轴向柱塞泵变量泵变量叶片泵变量径向柱塞泵轴向柱塞泵变量斜盘式轴向柱塞泵变量斜轴式轴向柱塞泵液压马达是实现连续旋转运动的执行元件，从原理上讲，向容积式泵中输入压力油，迫使其转轴转动，就成为液压马达，即容积式泵都可作液压马达使用。但在实际中由于性能及结构对称性等要求不同，一般情况下，液压泵和液压马达不能互换。液压泵按其在单位时间内所能输出油液体积能否调节而分为定量泵和变量泵两类；按结构形式可以分为齿轮式，叶片式和柱塞式三大类；液压马达也具有相同的形式。第二章常规液压阀一、液压控制阀的分类液压控制阀（简称液压阀）是液压系统中的控制元件，用来控制液压系统中流体的压力、流量及流动方向，从而使之满足各类执行元件不同动作的要求。不论何种液压系统，都是由一些完成一定功能的基本液压回路组成，而液压回路主要是由各种液压控制阀按一定需要组合而成。对于实现相同目的的液压回路，由于选择的液压控制阀不同或组合方式不同，回路的性能也不完全相同。因此熟悉各种液压控制阀的性能、基本回路的特点，对于设计和分析液压系统极为重要。液压控制阀按其作用可分为方向控制阀、压力控制阀和流量控制阀三大类。其中压力控制阀详细分为：溢流阀、顺序阀、比例压力控制阀、缓冲阀、仪表截止阀、限压切断阀、压力继电器等；流量控制阀则分为：节流阀、单向节流阀、挑苏阀、分流阀、集流阀、比例流量控制阀；方向控制阀的则分为：单向阀、夜控单向阀、换向阀、形程减速阀、充液阀、梭阀、比例方向控制阀。二、压力控制阀2.1溢流阀2.1.1溢流阀的主要用途有以下两点：1）调压和稳压。如用在由定量泵构成的液压源中，用以调节泵的出口压力，保持该压力恒定。2）限压。如用作安全阀，当系统正常工作时，溢流阀处于关闭状态，仅在系统压力大于其调定压力时才开启溢流，对系统起过载保护作用。溢流阀的特征是：阀与负载相并联，溢流口接回油箱，采用进口压力负反馈。根据结构不同，溢流阀可分为直动型和先导型两类。2.1.2直动式溢流阀直动式溢流阀是作用在阀芯上的主油路液压力与调压弹簧力直接相平衡的溢流阀。如图2所示，直动型溢流阀因阀口和测压面结构型式不同，形成了三种基本结构：图2(a)所示阀采用滑阀式溢流口，端面测压方式；图2(b)所示阀采用锥阀式溢流口，同样采用端面测压方式；图2(c)所示阀采用锥阀式溢流口，锥面测压方式，测压面和阀口的节流边均用锥面充当。但无论何种结构，直动型溢流阀均是由调压弹簧和调压手柄、溢流阀口、测压面等三个部分构成。锥阀式直动型溢流阀的结构如图3所示。阀芯在弹簧的作用下压在阀座上，阀体上开有进出油口P和T，油液压力从进油口P作用在阀芯上。当液压作用力低于调压弹簧力时，阀口关闭，阀芯在弹簧力的作用下压紧在阀座上，溢流口无液体溢出；当液压作用力超过弹簧力时，阀芯开启，液体从溢流口T流回油箱，弹簧力随着开口量的增大而增大，直至与液压作用力相平衡。调节弹簧的预压力，便可调整溢流压力。直动型溢流阀结构简单，灵敏度高，但因压力直接与调压弹簧力平衡，不适于在高压、大流量下工作。在高压、流量条件下，直动型溢流阀的阀芯摩擦力和液动力很大，不能忽略，故定压精度低，恒压特性不好。2.1.3先导式溢流阀先导型溢流阀有多种结构。图4所示是一种典型的三节同心结构先导型溢流阀，它由先导阀和主阀两部分组成。图中，锥式先导阀1、主阀芯上的阻尼孔（固定节流孔）5及调压弹簧9一起构成先导级半桥分压式压力负反馈控制，负责向主阀芯6的上腔提供经过先导阀稳压后的主级指令压力P2。主阀芯是主控回路的比较器，上端面作用有主阀芯的指令力P2A2，下端面作为主回路的测压面，作用有反馈力P1A1，其合力可驱动阀芯，调节溢流口的大小，最后达到对进口压力P1进行调压和稳压的目的。从图4可以看出，导阀体上有一个远程控制口K，当K口通过二位二通阀接油箱时，先导级的控制压力P2≈0；主阀芯在很小的液压力（基本为零）作用下便可向上移动，打开阀口，实现溢流，这时系统称为卸荷。若K口接另一个远离主阀的先导压力阀(此阀的调节压力应小于主阀中先导阀的调节压力)的入口连接，可实现远程调压。此外，由于先导阀的溢流量仅为主阀额定流量的1％左右，因此先导阀阀座孔的面积和开口量、调压弹簧刚度都不必很大。所以，先导型溢流阀广泛用于高压、大流量场合。2.1.4电磁溢流阀电磁溢流阀是电磁换向阀与先导式溢流阀的组合，用于系统的多级压力控制或卸荷。为减小卸荷时的液压冲击，可在电磁阀和溢流阀之间加装缓冲器。对电磁溢流阀的主要性能要求是升压时间短，具有通电卸载和继电卸载的功能；卸载时无明显冲击；具有内腔加载和多控多级加载功能。图5为电磁溢流阀的结构图，它是由先导型溢流阀与常闭型二位二通电磁阀的组合。电磁阀的二个油口分别与主阀上腔（导阀前腔）及主阀溢流口相连。当电磁铁断电时，电磁阀两油口断开，对溢流阀没有影响。当电磁铁通电换向时，通过电磁阀将主阀上腔与主阀溢流口相连通，溢流阀溢流口全开，导致溢流阀进口卸压（即压力为零），这种状态称之为卸荷。先导型溢流阀与常闭型二位二通电磁阀的组合时称为O型机能电磁溢流阀；与常开型二位二通电磁阀的组合时称为H型机能电磁溢流阀。电磁溢流阀除应具有溢流阀的基本性能外，还要满足以下要求：1）建压时间短；2）具有通电卸荷或断电卸荷功能；3）卸荷时间短且无明显液压冲击；2.1.5先导式溢流阀的应用1）作溢流阀，使系统稳定。2）作安全阀，起过载保持作用。3）与电磁阀组成电磁溢流阀，控制系统卸载。4）做远程调压用。5）多级调压。6）作溢流型调速阀的压力补偿阀。7）作制动阀，对执行机构进行缓冲、制动。8）作加载阀和背压阀。2.1.6卸荷溢流阀卸荷溢流阀是先导式溢流阀和单向阀的组合，主要用于蓄能器液压系统和高低压泵供油系统中。在蓄能器液压系统中，它能实现泵的自动卸荷和自动建压；在高低压大流量泵供油系统中，则可实现低压大流量泵的自动卸荷。2.2顺序阀顺序阀是当控制压力达到调定值时，阀芯开启，使流体通过，以控制执行元件动作的控制阀。通过改变控制方式、泄油方式和二次油路的接法，顺序阀还可以构成多种功能，作为背压阀、卸荷阀和平衡阀使用。2.2.1直动型顺序阀直动型顺序阀如图6所示，图6（a）为实际结构图，图6（C）为原理图。直动式顺序阀通常为滑阀结构其工作原理与直动式溢流阀相似，均为进油口测压，但顺序阀为减小调压弹簧刚度，还设置了断面积比阀芯小的控制活塞A。顺序阀与溢流阀的区别还有：其一，出口不是溢流口，因此出口P2不接回油箱，而是与某一执行元件相连，弹簧腔泄漏油口L必须单独接回油箱；其二，顺序阀不是稳压阀，而是开关阀，它是一种利用压力的高低控制油路通断的“压控开关”，严格地说，顺序阀是一个二位二通液动换向阀。工作时，压力油从进油口P1（两个）进入，经阀体上的孔道a和端盖上的阻尼孔b流到控制活塞（测压力面积为A）的底部，当作用在控制活塞上的液压力能克服阀芯上的弹簧力时，阀芯上移，油液便从p2流出。该阀称为内控式顺序阀，其图形符号如图6(b)所示。必须指出，当进油口一次油路压力p1低于调定压力时，顺序阀一直处于关闭状态；一旦超过调定压力，阀口便全开（溢流阀口则是微开），压力油进入二次油路（出口p2），驱动另一个执行元件。若将图6（a）中的端盖旋转90°安装，切断进油口通向控制活塞下腔的通道，并打开螺堵K，引入控制压力油，便成为外控式顺序阀，外控顺序阀阀口开启与否，与阀的进口压力p1的大小没有关系，仅取决于控制压力的大小。2.2.2先导式顺序阀先导式顺序阀工作原理与先导式溢流阀相似，所不同的是二次油路及出口不接回油箱，泄漏口L必须单独接回油箱。油液经主阀阻尼孔，由下腔进入上腔。当一次油路压力低于调定压力时，导阀关闭，主阀芯在弹簧力的作用下处于下方，使主阀关闭；当一次压力达到调定压力时，导阀开启，主阀芯阻尼孔中有油液流动，从而产生压差，使主阀芯上移，主阀开启，油液进入二次回路应用：1）控制多个执行元件的顺序动作；2）用作保压回路；3）作平衡阀用；4）用于外腔顺序阀作卸荷阀；5）用于内腔顺序阀作背压阀。2.3减压阀2.3.1功能与性能要求减压阀用于降低系统中某一回路的压力。使其出口压力降低且恒定的减压阀称为定值输出减压阀，简称减压阀。使其出口压力与某一负载压力之差恒定的减压阀称为定差减压阀；使其入口压力与出口压力比值一定的减压阀称为定比减压阀。对定值输