液压与气动技术-选择液压执行元件

选择液压执行元件液压执行元件是将液压泵提供的液压能转变为机械能的能量转换装置，它包括液压缸和液压马达。液压缸主要实现直线往复运动或往复摆动。液压马达主要实现回转运动。项目重点与难点项目重点：液压缸、液压马达及应用场合。项目难点：液压泵的图形符号、典型液压泵的结构、特点和选用。项目内容任务1认识液压动力元件任务2选用液压泵任务1认识液压动力元件知识要点:1．液压缸的分类2．双作用单出杆活塞式液压缸的应用技能要点:1．液压缸的选用2．液压缸的基本图形符号任务引入相关知识任务实施任务分析知识链接任务引入液压执行元件是将液压泵输出的液压能转变为机械能的能量转换装置，它包括液压缸和液压马达。把转换成直线运动（其中包括转换成摆动运动）的液压执行元件称为液压缸，而液压马达习惯上是指转换成旋转运动的液压执行元件。图2-1所示的液压机，工作时上滑块向下运动来加工零件，加工完成后向上运动脱离零件。那么，液压机中是由什么元件来带动上滑块完成这一运动？又该如何选择这些元件呢？图2-1四柱液压机结构原理图1-床身2-工作平台3-导柱4-上滑块5-上缸6-上滑块模具7-下滑块模具分析上述任务可知，上滑块要完成工作所需的上下运动必须依靠液压传动系统中有关的元件来带动，这种元件就是液压传动系统中的执行元件，它是将液体的压力能转换成机械能的能量转换装置。液压传动系统中的执行元件有液压缸和液压马达两种，液压缸主要实现往复直线运动或往复摆动；液压马达主要实现回转运动。下面就先介绍几种典型的液压缸。任务分析相关知识1.双作用单出杆活塞式液压缸2.双作用双出杆活塞式液压缸4.其它类型的液压缸3.柱塞杠液压缸按其结构形式可以分成活塞缸、柱塞缸和摆动缸三类。按其作用方式可以分为单作用式和双作用式两大类。1.双作用单出杆活塞式液压缸图3-1双作用单杆活塞式液压缸剖面结构及实物图(c)图形符号(a)剖面结构(b)实物图1）速度计算如图所示，若泵输入液压缸的流量为q，压力为p，则当无杆腔进油时活塞运动速度υ1及推力F1为：2）推力计算如图所示，当有杆腔进油时活塞运动速度υ2及推力F2为：3）差动连接如图3-3所示，当缸的两腔同时通以压力油时，由于作用在活塞两端面上的推力产生推力差，在此推力差的作用下，活塞向右运动，这时，从液压缸有杆腔排出的油也进入液压缸的左腔，使活塞实现快速运动，这种连接方式称为差动连接。这种两端同时通压力油，利用活塞两端面积差进行工作的单出杆液压缸也叫差动液压缸。差动连接通常应用于需要快进、工进、快退运动的组合机床液压系统中。3）差动连接qq1q2A1A2Ddφ3F3图3-3差动连接示意图2.双作用双出杆活塞式液压缸图3-4双杆活塞式液压缸结构、实物图和图形符号(c)图形符号(a)结构图(b)实物图双作用双出杆活塞式液压缸的活塞两端都带有活塞杆，分为缸体固定和活塞杆固定两种安装形式。双作用双出杆活塞式液压缸常应用于需要工作部件做等速往返直线运动的场合。1）安装形式与适用场合PqυFA1A2Dd图3-5双作用双出杆液压缸2）运动速度υ和推力F由于双作用双出杆活塞式液压缸的两活塞杆的直径相等，当输入液压缸的流量和油液压力不变时，其往返的运动速度和推力相等。如图3-5所示，运动速度和推力F为3.柱塞杠图3-6柱塞式液压缸结构示意图和图形符号（b）图形符号缸体柱塞导套密封圈油口（a）结构示意图活塞式液压缸由于缸孔加工精度要求很高，当行程较长时，加工难度大，使制造成本增加。在生产实际中，某些场合所用的液压缸并不要求双向控制，柱塞式液压缸正是满足了这种使用要求的一种价格低廉的液压缸。柱塞式液压缸结构简单，制造方便，常用于工作行程较长的场合，如大型拉床、矿用液压支架等。1）特点与适用场合2）结构特点与图形符号如图3-6（a）所示，柱塞式液压缸由缸筒、柱塞、导套、密封圈等零件组成。柱塞和缸筒内壁不接触，因此，缸筒内孔不需精加工，工艺性好，成本低。柱塞式液压缸是单作用的，它的回程需要借助自重或弹簧等其他外力来完成，如果要获得双向运动，可将两个柱塞式液压缸成对使用。柱塞式液压缸的柱塞端面是受压面，其面积大小决定了柱塞式液压缸的输出速度和推力。为保证柱塞式液压缸有足够的推力和稳定性，一般柱塞较粗，质量较大，若采用水平安装则易产生单边磨损，故柱塞式液压缸适宜垂直安装使用。为减轻柱塞的重量，有时将其制成空心柱塞。图3-6（b）所示为柱塞式液压缸图形符号。4.其它类型的液压缸1）增压缸2）伸缩缸3）摆动缸1）增压缸增压液压缸又称增压器。在液压系统中，整个系统需要低压，而局部需要高压，为节省一个高压泵，常用增压缸与低压大流量泵配合作用，使输出油压由低压变为高压。这样，只有局部是高压，而整个液压系统调整压力较低，因此减少了功率损耗。2）伸缩缸伸缩缸又称多套缸，它是由两个或多个活塞缸套装而成的。这种液压缸在各级活塞依次伸出时可获得很长的行程，而当它们依次缩回后，又能使液压缸轴向尺寸很短，因此广泛用于起重运输车辆上。3）摆动缸摆动缸又称回转式液压缸，也称摆动液压马达。当它通入液压油时，主轴可以输出小于360º的往复摆动。摆动缸常用于夹紧装置、送料装置、转位装置以及需要周期性进给的系统中。任务实施通过前面的学习，可以了解各种液压缸的结构工作特点。在实际应用中，应根据不同的工作要求和使用情况来合理选择液压缸。双作用单出杆液压缸带动工作部件往复运动的速度不相等，常用于实现机床设备中的快速退回和慢速工作进给。双作用单出杆液压缸两端有效作用面积不同，无杆腔进油产生的推力大于有杆腔进油的推力，当无杆腔进油时，能克服较大的外载荷。因此，它也常用在需要液压缸产生较大推力的场合。图2-1所示的液压机，向下工进时需要慢速运动并要克服较大的工作阻力，向上退回时需要快速返回，这时选择双作用单出杆液压缸就非常合适。液压缸的组成液压缸由缸筒组件、活塞组件、密封装置、缓冲装置和排气装置5大部分组成。知识链接1．密封装置液压缸高压腔中的油液向低压腔泄漏称为内泄漏；液压缸中的油液向外部泄漏称为外泄漏。由于液压缸存在内泄漏和外泄漏，使得液压缸的容积效率降低，从而影响液压缸的工作性能，严重时使系统压力上不去甚至无法工作，并且外泄漏还会污染环境。液压缸一般不允许外泄漏并要求内泄漏尽可能小，因此为了防止泄漏的产生，液压缸中需要密封的地方必须采取相应的密封措施。液压缸中需要密封的部位主要有活塞、活塞杆、端盖等处。常用的密封方法有间隙密封和密封件密封。1）间隙密封图3-10间隙密封原理图图3-10所示为间隙密封原理图，它是靠相对运动件配合面之间保持微小间隙，使其产生液体摩擦阻力来防止泄漏的一种密封方法。它常用于直径较小、压力较低的液压缸与活塞之间的密封。为了提高间隙密封的效果，一般可以在活塞上开几条环形均压槽。其作用一是提高间隙密封的效果，当油液从高压腔向低压腔泄漏时，由于油路截面突然改变，在小槽中形成旋涡而产生阻力，使油液的泄漏量减少；二是阻止活塞轴线的偏移，从而有利于保持配合间隙，保证润滑效果，减少活塞与缸壁的磨损，增强间隙密封性能。2）密封件密封图3-11液压缸密封圈及其安装位置密封件密封目前多用非金属材料制成的各种形状的密封圈及组合式密封装置，如图3-11所示液压缸的活塞和活塞杆、端盖和缸筒需要静密封，一般采用“O”形密封圈。液压缸的活塞和缸筒、活塞杆和端盖需要动密封，一般采用“Y”型或“V”型密封圈。在液压系统中，当运动速度较高时，由于负载及液压缸活塞杆本身的质量较大，造成运动时的动量很大，使活塞运动到行程末端时，易与端盖发生很大的冲击。这种冲击不仅会引起液压缸的损坏，而且会引起各类阀、配管及相关机械部件的损坏，具有很大的危害性。所以在大型、高速或高精度的液压装置中，常在液压缸末端设置缓冲装置，使活塞在接近行程末端时，使回油阻力增加，从而减缓运动件的运动速度，避免活塞与液压缸端盖的撞击。图3-12所示即为带缓冲装置的液压缸，它采用的缓冲装置是可调节流缓冲装置。2．缓冲装置2．缓冲装置图3-12液压缸缓冲过程及剖面结构图3．排气装置液压缸运行前应将缸内的空气排净，否则运行时缸内气体被压缩，造成液压缸的抖动或爬行，并产生噪声。水平安装的液压缸进出油口最好向上，便于气体的排出，或在液压缸的最高部位设置排气装置。对于速度稳定性要求较高的液压缸和大型液压缸，则必须安装排气装置。排气装置通常有两种：一种是在液压缸的最高部位开排气孔，并用管道连接排气阀进行排气；另一种是在液压缸的最高部位安装排气塞。这两种排气装置都是在液压缸排气时打开，排气完成后关闭。任务2选择液压马达知识要点:液压马达的分类和工作原理技能要点:液压马达的图形符号任务分析相关知识任务实施任务引入任务引入汽车起重机是一种使用广泛的工程机械，这种机械能以较快速度行走，机动性好、适应性强、能在野外作业、操作简便灵活。一般在汽车起重机上采用液压起重技术，在功能上有这样的要求，即：使吊臂实现360°任意回转，在任何位置能够锁定停止。那么，我们采用什么元件来实现这一动作要求呢？分析上述任务可知，汽车起重机吊臂所需360°任意回转运动必须靠液压系统中的相关元件来驱动，这个元件就是液压传动系统中的执行元件——液压马达。液压马达可以将液压力转化为连续的旋转运动。现对液压马达简介如下。任务分析相关知识1.液压马达的分类和特点2．齿轮式液压马达3．叶片式液压马达4．柱塞式液压马达1.液压马达的分类和特点1）分类2）特点3）图形符号1）分类液压马达按其结构类型主要分为齿轮式、叶片式和柱塞式三大类；按额定转速可分为高速液压马达和低速液压马达两类。2）特点（1）液压马达的排油口压力稍大于大气压力，进、出油口直径相同。（2）液压马达往往需要正、反转，所以在内部结构上应具有对称性。（3）在确定液压马达的轴承形式时，应保证在很宽的速度范围内都能正常工作。它通常采用滚动轴承或静压滑动轴承。（4）液压泵在结构上必须保证具有自吸能力，液压马达在启动时必须保证较好的密封性。（5）液压马达一般需要外泄油口。（6）为改善液压马达的起动和工作性能，要求扭矩脉动小，内部摩擦小。3）液压马达的图形符号图3-13液压马达的图形符号2．齿轮式液压马达1）齿轮式液压马达结构和工作原理2）齿轮式马达实物图1）齿轮式液压马达结构和工作原理齿轮式液压马达结构和工作原理与齿轮式液压泵类似，比较简单，主要用于高转速、小转矩的场合，也用作笨重物体旋转的传动装置。由于笨重物体的惯性起到飞轮作用，可以补偿旋转的波动性，因此齿轮式液压马达在起重设备中应用比较多。但是齿轮式液压马达输出转矩和转速的脉动性较大，径向力不平衡，在低速及负荷变化时运转的稳定性较差。2）齿轮式马达实物图图3-14齿轮式液压马达实物图3．叶片式液压马达1）叶片式液压马达的工作原理及特点2）叶片式液压马达工作原理图及实物图1）叶片式液压马达的工作原理及特点叶片式液压马达是利用作用在转子叶片上的压力差工作的，其输出转矩与液压马达的排量及进、出油口压力差有关，转速由输入流量决定。叶片式液压马达的叶片一般径向放置，叶片底部应始终通有压力油。叶片马达的最大特点是体积小、惯性小，因此动作灵敏，可适用于换向频率较高的场合。但是，这种液压马达工作时泄漏较大，机械特性较软，低速工作时不稳定，调速范围较小。所以叶片式液压马达主要适用于高转速、小转矩和动作要求灵敏的场合，也可以用于对惯性要求较小的各种随动系统中。2）叶片式液压马达工作原理图及实物图图3-15叶片式液压马达工作原理图及实物图4．柱塞式液压马达1）分类及特点2）柱塞式液压马达实物图1）分类及特点柱塞式液压马达按其柱塞的排列方式不同，可分为径向柱塞式液压马达和轴向柱塞式液压马达。柱塞泵和柱塞式液压马达的结构基本相同，工作原理是可逆的，这里不再赘述。轴向柱塞式液压马达由于排量较小，输出转矩不大，所以是一种高速、小转矩的液压马达；径向柱塞式液压马达由于排量大、体积大、转速低、输出转矩大，因此是一种