甲板机械-液压原理、元件、液压油.ppt

甲板机械 第三篇船舶甲板机械第七章液压技术与液压元件第一节液压技术的基本知识第二节控制元件第三节执行元件第四节辅助元件第八章舵机第一节舵机概述第二节舵的作用原理第三节液压舵机的工作原理和组成第四节液压舵机的转舵机构第五节液压舵机的遥控系统第六节舵机液压系统第七节电液操舵装置实例第九章锚装置第一节锚装置概述第二节锚装置的受力分析 工作过程和功率计算第三节锚机实例第十章起货机第一节概述第二节起货机的液压系统第三节液压起货机的操纵机构第四节回转式起货机的液压系统实例 第二篇船舶甲板机械甲板机械 舵机 锚机 绞缆机 吊艇机 舷梯升降机 舱盖板启闭装置等 甲板机械按所用动力可分为 气动 蒸汽 电动 液压等 现代船舶甲板机械主要采用液压甲板机械和电动甲板机械 气动甲板机械特点 结构简单 无污染 但漏泄多 效率低 仅用于吊艇机 舷梯升降机等小功率甲板机械 蒸汽甲板机械特点 散热损失大 管理不便 已基本不用 液压传动概论液压传动的特点 1 力的传递靠液体压力来实现 2 运动速度的传递靠液体的流量来实现 3 自锁靠液压元件对液压油的 密封 来实现 液压传动原理 以液压机械的液压系统为例 液压系统的组成 五个主要部分 及功用1 动力元件 液压泵 功用 将泵的机械能转换为液压油的压力能 液压能 2 执行元件 液压缸或液压马达 功用 将液压能转换成机械能以带动工作部件运动 3 控制元件 各种方向 流量和压力控制阀 功用 控制液压系统中的液压油的流动方向 流量大小和压力的高低 以满足工作部件的运动方向 速度和所需力的要求 4 辅助元件 油箱 滤油器 蓄能器 压力表 热交换器 油管和管接头等 功用 实现各种辅助功能 5 液压油功用 主要起动力传递作用 还有润滑 冷却 防腐防锈作用 液压元件和液压油液压控制阀分类 按在液压系统的用途分类 1 方向控制阀 控制系统中的油流方向 包括单向阀 换向阀等 2 压力控制阀 控制系统中的油压 包括溢流阀 减压阀 顺序阀等 3 流量控制阀 控制液压系统中的流量 包括节流阀 调速阀等 按动力控制方式分类 1 开关定值控制阀 又称普通液压阀 2 伺服控制阀 又称随动阀 3 电液比例阀 按结构形式分类 1 滑阀类 2 锥阀类 见下图 按连接和安装方式分类 1 管式阀 2 板式阀 3 叠加式阀 4 插装式阀 按动力操纵方法分类 1 手动阀 2 机动阀 3 电动阀 4 液动阀 5 电液阀等 选用液压阀注意两参数 公称通径Dg mm 和公称压力pg MPa 一 方向控制阀方向阀功能 通过控制液流方向来达到控制执行元件的运动方向 方向阀类型 单向阀和换向阀两大类 1 单向阀1 普通型单向阀功用 使液流只能单向流过 分类 按阀芯的形式分为钢球式和锥阀式 按阀体的形状分为直角型 见下图 和直通型 要求 正向导通时流动阻力要小 0 035 0 05MPa 反向封闭时密封性要好 应用 与其它元件组成单向式组合阀 回油管路中的背压阀 与冷却器 滤油器等附件并联作自动旁通阀使用 图单向阀实物 2 液控单向阀 功用 既有单向止回作用又能在一定条件下允许油流反向通过 即能使阀在控制油的控制下实现阀的反向开启 见下图应用 液控单向阀在船上常用作舵机液压系统的锁舵阀 由一对复合型液控单向阀组成 见后图 实物 图结构原理图 3 液压锁 复合型液控单向阀 又称双向液控阀 双向液压锁 双向闭锁阀 作用 对执行元件双向锁闭作用应用 起液压琐等作用 见图 2 换向阀功能 用于将两个或两个以上的油口接通或切断改变液流方向的换向阀 是液压系统中用量最大 品种 名称最复杂的一类阀 1 换向阀分类按阀心结构分 滑阀式 球阀式和锥阀式 按阀心在阀体内的工作位置分 二位 三位 四位等 按阀体上与外部连通的油路数分 二通 三通 四通 五通等按操纵阀心运动的方式分 手动 机动 气动 液动 电磁动 电液动等 按阀心在阀体内定位方式分 钢球定位 弹簧复位 弹簧对中等 按阀的安装方式分 管式 板式 法兰式 按阀的中位机能方式分 H P O J K X M Y C N型等 2 换向阀阀芯结构 按阀芯动作方式分类 1 转阀工作原理 见图 实物 解释 1 换向阀的 位 和 通 位 是指改变阀芯与阀体的相对位置时 所能得到的通油口切断和相通形式的种类数 有几种就叫做几位阀 通 是指阀体上的通油口数目 即有几个通油口就叫几通阀 2 换向阀的职能符号 规定和含义 1 用方框表示换向阀的 位 有几个方框就是几位阀 2 方框内的箭头表示处在这一位上的油口接通情况 并基本表示油流的实际流向 3 方框内的符号 或 表示此有油口被阀芯封闭 4 方框上与外部连接的接口即表示通油口 接口数即通油口数 5 通常 阀与液压泵或供油路相连的油口用字母P表示 阀与系统的回油路 油箱 相连的回油口用字母T 以前用O 表示 阀与执行部件相连的油口 称为工作油口 用字母A B表示 2 滑阀式换向阀常用换向阀的结构及职能符号 二位二通阀作用 控制油路的通与断二位三通阀作用 控制液流方向 二位四通阀作用 控制执行元件换向三位四通阀作用 换向 停止 二位五通阀作用 换向 两种回油方式三位五通阀作用 换向 停止 回油不同 3 换向阀结构及工作原理 按移动阀芯动力形式分类 1 电磁换向阀 也称电动换向阀 简称为电磁阀 见下图及后图实物交 直流电磁阀性能比较 交流电磁阀 电压过高 线圈容易发热和烧坏 而过低因吸力不够 难于保证正常工作 初吸力大 换向冲击大 操作频率不宜超过30次 min 使用寿命较短 吸合数在十万 一百万次就会损坏 但价格便宜 直流电磁阀 不会因铁芯不能吸合而烧坏 工作频率可达120次 min以上 工作可靠 换向平稳 寿命较长 吸合数可达千万次以上 但需要直流电源 图典型结构 图实物 三位四通电磁阀工作原理 1 当左 右电磁线圈都断电时 阀芯处于中间位置 P T A B互不相通 2 当右边电磁线圈通电而左边电磁线圈断电时 阀芯被推到左端位置 P与B通 A与T通 3 当左边电磁线圈通电而右边电磁线圈断电时 阀芯被推到左端位置 P与A通 B与T通 电磁换向阀中的密封 靠阀芯的圆柱形台肩与阀体内侧的配合间隙来保证 配合间隙通常约为0 01 0 03mm 电磁阀芯的移动阻力 摩擦阻力和液动力的合力 为了减小阀芯的移动阻力 防止阀芯卡死 通常在阀芯的凸肩上开设数圈环形的均压槽 以使阀芯四周所受的液动力大致相等 开一条均压槽 摩擦阻力可下降到不开槽时的40 左右 开三条可降到6 左右 电磁换向阀的常见故障 换向阀阀芯不能离开中位或不能回中 换向阀换向冲击大 油液流经换向阀时流动阻力过大 电磁换向阀阀芯不能离开中位的根本原因是 电磁力不足或移动阻力过大 具体原因是 电路不通或电压不足 激磁线圈脱焊或烧毁 阀芯和阀孔加工精度较差 配合间隙太小 阀芯或阀孔碰伤变形 有脏物进入间隙 油温过高 阀芯因膨胀卡死 电磁铁推杆密封处的油压过高 摩擦阻力过大 阀芯不能回中的可能原因除移动阻力过大外 还可能是弹簧断裂 漏装或弹力不足 电磁换向阀换向冲击大的原因有 对于大流量的换向阀没采用液压操纵或电液操纵 控制油路中单向节流阀开度过大造成的 油流流经电磁换向阀时流动阻力过大的主要原因是 经过阀的流量超过额定值 或是阀的开度不足 一般要求在额定流量下压力损失不大于0 3 0 5MPa 解释 1 换向阀的中位机能 阀芯处于中位时的油路沟通形式叫中位机能 有 H P O J K X M Y等型式 2 阀在中位时系统常有如下的各种要求 保压 卸荷 浮动 锁闭3 把阀设计成特殊机能的可用两个字母表示 如 OP型 MP型 4 换向阀的滑阀液压卡紧现象换向阀在停止使用一段时间后 一般约五分钟以后 从新起动时 为使阀芯移动 理论上只需要很小的力来克服粘性摩擦阻力就可以 而实际上 特别在中 高压系统中却十分费力 需要克服很大的阻力 摩擦力 也称卡紧力 才能使芯移动 把这种现象称为滑阀的液压卡紧现象 液压卡紧现象是由于阀芯和阀体的几何形状误差和中心线的不重合而造成的 5 换向阀的滑阀上的液动力1 滑阀上的稳态液动力稳态液动力是指阀芯移动完毕 开口固定后 由于流出 流入阀腔的液流的动量变化而产生的作用于阀芯上的轴向力 2 滑阀上的瞬态液动力瞬态液动力是指由于阀门开度 阀口大小 的变化 使阀腔中的液流加速或减速而产生的作用于阀芯上的轴向力 2 液动换向阀功用 液压操纵可给予阀芯很大的推力 因此液动换向阀适用于压力高 流量大 阀芯移动行程长的场合 设单向节流阀目的 如果在液动换向阀的控制油路装有单向节流阀 称阻尼器 用于控制主阀的换向速度 以免换向太快引起冲击和噪声 改善换向性能 符号 3 电液换向阀结构 由电磁换向阀 导阀 和液动换向阀 主阀 组合而成 电磁换向阀 导阀 作用 用来改换控制油液的方向 液动换向阀 主阀 作用 用控制油推动以控制主油路 导阀形式 弹簧对中型电液换向阀的电磁导阀常采用Y型或H型 能在中位时使控制油路卸荷 电液换向阀工作原理图 电液换向阀的图形符号和简化符号 外供控制油和外部泄油 4 梭阀 选择阀 具有两个进口和一个公共出口 在进口压力的作用下 出口自动地与其中一个进口接通的阀 功用 自动地进行油路压力的选择 1 或门型梭阀 三通式液控单向阀 结构和符号 如下图所示 这种阀有两个压力油入口和一个出口 当右边进口压力大于左边进口压力时 阀芯被两者的差力值推向左边 关闭左端压力油口 从而右端压力油通向出口 2 与门型梭阀图型符号 二 压力控制阀压力控制阀分类 按用途 溢流阀 减压阀 顺序阀 平衡阀 卸荷阀按阀芯结构 滑阀 球阀 锥阀按工作原理 直动式 先导式1 溢流阀溢流阀分类 按结构分 直动型和先导型溢流阀 溢流阀作用 控制阀的进口压力的压力阀 当用于防止液压系统压力过载 在紧急情况下起保护作用时 又称为安全阀 当用于维持液压系统压力基本恒定并将定量泵液压系统多余的油液溢流回油箱时 又称为定压阀 1 直动式溢流阀结构 见图 工作原理 F pAps 溢流 阻尼孔1的作用 防止油压脉动时阀芯动作过快而产生振动 使阀工作平稳 符号 图实物 2 先导式溢流阀结构 见图 职能符号 实物 先导式溢流阀工作原理 远程控制口K作用 实现远程调压 K口打开 p由控制油压决定 K口堵上 p由先导阀ps决定 先导式溢流阀特性 先导式溢流阀稳态压力变化量pT较小 一般不超出整定压力pT的5 10 可使用于高压系统 先导式溢流阀的动态压力超调量通常不超过调定压力的10 15 过渡过程时间在0 1 0 3s 但都比直动式大 转动手轮 改变导阀弹簧的初张力 即可改变溢流阀的调定压力 先导式溢流阀可作为远控卸荷阀使用 卸荷压力一般为0 15 0 35MPa 也可作为远控调压阀使用 3 溢流阀的性能指标 1 溢流阀的稳态特性 溢流阀的开启压力pc恒小于调 整 定压力pn 即溢流阀达到额定流量QH时的油压力 pn与pc的差值称为调压偏差 稳态压力变化量 即 pT pn pc稳态特性反映的是溢流阀的精度 调压偏差大 则精度差 直动式溢流阀调压偏差大 精度差 仅适用于低压场合 最大调定压力为2 5MPa 稳态压力变化量pT可达pT的20 或更高 先导式溢流阀稳态压力变化量pT较小 一般不超出整定压力pT的5 10 可使用于高压系统 2 溢流阀的动态特性动态特性的两个指标 p 动态 压力超调量 t 过渡时间 动态稳定时间 p和 t反映的是溢流阀灵敏度 快速性 p和 t值大 则灵敏度差 直动型溢流阀的压力超调量和过渡时间要小 灵敏度比先导型溢流阀高 先导式溢流阀的压力超调量通常不超过调定压力的10 15 过渡时间在0 1 0 3s 但都比直动式大 直动式与先导式溢流阀的性能比较 1 定压精度 先导式优于直动式 2 适用场合 直动式适用于小流量 低压场合 3 快速性和稳定性 直动式溢流阀反映灵敏 动作快 但稳定性不如先导式溢流阀 4 粘滞特性 溢流阀开启时流量 压力的特性曲线与闭合时流量 压力的特性曲线不重合 称为溢流的粘滞特性 亦称启闭特性 粘滞特性的产生是由于阀芯在工作过程中受到摩擦力的作用 阀口开大和关小时的摩擦力相差越大 粘滞特性越明显 先导式溢流阀的粘滞特性 不灵敏区 比直动式溢流阀的小 5 卸荷压力 即当卸荷阀使用 先导式有卸荷能力 直动式没有 6 价格 直动式价格低 4 电磁溢流阀 5 卸荷溢流阀 卸荷溢流阀应用示例 溢流阀的应用于液压系统的情况 1 做溢流阀用 稳压和溢流起定压作用 见左图 2 做安全阀用 防超压起安全保护作用 见中图 3 做背压阀用 使回油有一定的阻力即背压 提高执行元件运动的平稳性 4 用于远程调压 见右图 5 实现系统的双级调压 见左图 6 使系统卸压 见右图 溢流阀的常见故障 阻尼孔堵塞 主阀卡阻 导阀关闭不严或弹簧失效等造成的 2 减压阀功用 使流经阀的油液节流降压 以便从系统中分出油压较低的支路 分类 按结构形式和工作原理分 1 先导式减压阀 有定值减压阀和单向减压阀 2 直动式减压阀 有定差减压阀和定比减压阀 定值减压阀 保证阀的出口压力为定值的阀为定值减压阀 简称减压阀 定差减压阀 保证阀的出口压力与进口压力之差为定值的称为定差减压阀 它控式定差减压阀 若用于控制另一阀 如节流阀 的进出口压力差为定值 又称为它控式定差减压阀 定比减压阀 保证阀的出口压力与进日压力之比为定值的称为定比减压阀 减压阀的泄油口需直通油箱 外泄 与溢流阀 可内 外泄 不同 直动式减压阀结构 见图工作原理 减压原理 节流口产生压降 pp2 p1 pp1一定 p p2 p2 p1减压 调节主弹簧予紧力 可以改变出口压力p2 稳压原理 p2 阀芯上移 阀口减小 p p2 p1 p p1一定 p p2 p2 阀芯下移 阀口开大 p p p2 ps 符号 先导式减压阀结构及工作原理 减压 稳压原理 见图 符号 减压阀的特性 减压阀的P2 f P1 特性曲线 即流量不变 二次压力P2随一次压力P1变化的特性曲线 P2随P1的变化越小 减压阀定压精度越高 减压阀的P2 f Q 特性曲线 即一次压力P1不变 二次压力P2随流量Q的变化特性曲线 P2随Q的变化越小 减压阀的稳定性越好 减压阀应用例子 使夹紧缸获得稳定低压的液压夹紧系统 工作缸 夹紧缸 3 顺序阀功用 是一种用油压信号控制油路接通或隔断的阀 常用来以油压信号自动控制液压缸或液压马达的动作顺序 分类 按工作原理可分为 直动式和先导式两种型式 直动式较为常见 按控制油可分为 直控型和外控型 结构与工作原理及图形符号 见图示 直动式顺序阀与溢流阀的区别 顺序阀的出口油路是通往执行结构 阀一旦动作就会全开 进出口压差一般小于0 5MPa 泄油口采用外泄 而溢流阀则总是使出口直通油箱 可采用内部泄油 正常溢流时进油压力与回油压力相差很大 顺序阀的应用 1 直动式顺序阀多应用于低压系统 先导式则多应用于中 高压系统 2 用以实现多缸的顺序动作 见图 3 做卸压阀用 4 顺序阀与单向阀组合 称为平衡阀 用以实现 限制重物下落速度 平衡重物 见图 5 顺序阀作为卸荷阀使用 卸荷阀作用 使油泵卸荷 减小功率消耗 见图 卸荷阀符号 提示 先导式溢流阀 先导式减压阀 先导式顺序阀的结构 职能符号和工作原理的比较 四 压力继电器作用 利用系统中压力变化 控制电路的通断 结构 见图 工作原理 p ps 微动开关闭合 发出电信号 p ps 微动开关断开 电信号撤销 应用场合 1 控制电磁阀动作 2 控制系统压力 出故障时 自动停车 符号 应用 控制电磁阀 实现油缸顺序动作 压力阀小结 作用 控制液压系统中的压力 共性 利用液压力和弹簧力比较 控制阀口的开与关 或控制开口大小 溢流阀 控制进口压力减压阀 控制出口压力顺序阀 控制阀口通与不通 进而控制执行元件的动作顺序 平衡阀 装在执行元件的回油路上 平衡重物 卸荷阀 使油泵卸荷 要求 掌握各种阀的工作原理及应用场合 三 流量控制阀作用 靠改变阀的开度来改变通流面积 从而控制流量 通常用于定量泵系统 借以控制执行机构 油缸 油马达 的运动速度 分类 节流阀 调速阀 一 流量控制原理和节流口的流口形式1 流量控制原理 流量控制阀 简称流量阀 在液体流经阀门时 通过改变节流口过流断面积的大小或液流通道的长短改变液阻 压力降 压力损失 进而控制通过阀门的流量 以达到调节执行元件 液压缸或液压马达 运动速度的目的 流量阀节流口的结构形式有近似薄壁孔和近似细长孔的两种类型 解释 薄壁小孔和细长孔 薄壁小孔 孔长小于孔径的一半 细长孔 孔长远大于孔径 m 压差指数 与节流口形状有关 薄壁小孔m 0 5细长孔m 1多数节流孔介于薄壁孔和细长孔之间 即 0 5 m 1 2 节流口的流量特性 节流口一般非绝对的细长孔或薄壁小孔 节流口的流量用下式计算 C 流量系数 与节流口形状 液体流态 油液性质有关 A 节流口通流截面积 p 节流口前后压差 m 压差指数 与节流口形状有关 0 5 m 1 3 影响节流口流量稳定的因素 1 压差对流量稳定性的影响 当pA一定时 F变 pB变 p变 因为细长孔m 1 薄壁小孔m 0 5根据 在 p变化下 对于薄壁孔 流量Q影响要小 2 温度 粘度 对流量稳定性的影响 结论 温度 粘度 变化时 细长孔的流量系数C有变化 而薄壁孔基本不受温度变化的影响 所以 细长孔的流量Q受温度的影响较大 3 节流口堵塞对流量稳定性的影响 堵塞现象 当 p一定 A较小时 流量时大时小甚至断流 堵塞与水力半径关系 水力半径 过流面积 湿周 大 不易堵塞 防止堵塞措施 加大水力半径 选择稳定性好的油液 精心过滤 结论 薄壁孔不易附着 阻塞 所以薄壁小孔式比细长孔式的节流口流量特性好 二 普通节流阀结构 上 下图 工作原理 借移动或转动阀芯的方法直接改变阀口的通流面积 从而改变流阻的阀 对节流阀的主要要求 1 流量调节范围宽 调速比一般要在50以上 2 调定后流量受负载 出口压力 和油温的影响要尽可能小 小流量时也不易堵塞 3 阀口的通流面积最好与阀的升程成正比 以便调节 节流阀最小稳定流量 指在不发生节流口堵塞现象条件下的最小流量 这个值越小 说明节流阀节流口的通流性越好 允许系统的最低速度越低 一般要求 最小稳定流量qmin 0 05L min流量调节范围 节流阀的特性曲线 节流阀最常见的故障是在小流量时阀易堵塞 预防阀堵塞措施有 使用不易极化的油液 防止油温过高 对油进行过滤 定期换用新油 减少每级节流口的压降 选用合适的阀芯和阀口材料 尽可能选用薄壁型节流口 以提高抗堵塞性能 节流阀的应用 运动平稳性要求不高的调速系统 节流阀也可以做背压阀用 三 调速阀 也称普通型调速阀 串联调速阀 结构 由定差减压阀和节流阀串联而成 作用 提供稳定的流量使执行元件运动速度稳定 工作原理 来自定压液压源 压力为p1的油液 先经减压阀节流降压至p2 如使减压阀的阀芯开度依节流阀前后压差 p1 p2 的变动而自动进行调节 以使p1 p2之差基本保持不变 则节流阀的流量也可大体保持稳定 图叠加式调速阀实物 调速阀的特性曲线 右图 调速阀要求 调速阀正常工作 p 0 4 0 5MPa p 0 4MPa时减压阀不起作用 只和普通节流阀一样 溢流节流阀与调速阀比较 溢流节流阀的流量稳定性不如普通型调速阀 但与定量油源配合使用 功率损耗较小 油液发热程度较轻 更适合对流量稳定性要求并不很高的场合 四 溢流节流阀 也称并联调速阀 旁通型调速阀 结构 由定差溢流阀和节流阀并联而成 亦称溢流节流阀 工作原理及符号 右图 四 比例控制阀作用 传统形式的液压控制阀只能对液流进行定值控制 如调定压力 流量或阀的开度 或开关控制 例如液流方向的通断切换 而比例控制阀可以电信号为输入量 使被控制的压力 流量与输入的电信号成正比 从而实现连续的自动控制 分类 按功能分 比例压力控制阀 比例溢流阀 比例减压阀等 比例流量控制阀 比例节流阀 比例调速阀等 比例方向控制阀 1 比例压力阀 比例溢流阀 结构 由直流比例电磁铁和先导式溢流阀组成 是一种电液比例阀 作用 输入电流按比例或按一定程序地变化 则比例溢流阀所控制的系统压力也按比例地或按一定程序地变化 工作原理及符号 下图 实物 应用实例 三级压力控制回路 采用比例控制阀不仅大大减少了液压元件 简化管路 方便了安装 使用和维修 降低了成本 而且显著提高了控制性能 使原来溢流阀控制的压力调整由阶跃式变为比例阀控制的缓变式 因此避免了压力调整引起的液压冲击和振动 2 比例调速阀结构 由直流比例电磁铁和调速阀组成 是一种电磁比例阀 作用 输入直流电流按比例或按一定程序地变化 则比例调速阀所控制的流量也按比例地或按一定程序地变化 工作原理及符号 下左图 与普通调速阀比较 调节节流阀开度是由电磁力代替手动调节 下左 右图 3 比例方向阀 有电磁式 电动式 电液式 电磁比例换向阀结构 由直流比例电磁铁和换向阀组成 是一种电磁比例阀 作用 输入直流电流按比例或按一定程序地变化 则比例换向阀所控制的油流方向可变 流量也按比例地或按一定程序地变化 工作原理及符号 下左图 BOSCH比例伺服阀 图7 32为定差减压型比例流量电液换向阀 五 逻辑阀 简称插装阀或CV阀 特点 这种阀的主要元件大都采用插入的连接方法 不仅能实现常规液压控制阀的各种功能 而且结构简单 通用性强 在功率相同时重量轻 体积小 流阻小 密封性好 抗污染能力强 动作灵敏并易于组合 结构 插装阀是基本组件插入特定设计加工的阀体内 配以盖板 先导阀组成的一种多功能的复合阀 因插装阀基本组件只有两个主油口 因此被称为二通插装阀 见图 分类 插装式方向控制阀 插装式压力控制阀 插装式流量控制阀 锥阀式插装阀的工作原理 阀芯两端作用力的平衡方程式为 FS FY pkAk pAAA pBAB式中 FS 弹簧力 FY 液动力 pA pB pk 分别代表A B K口的液压力 AA Ak 分别代表A口和阀芯的横截面积 AB Ak AA当A为进油口 B为出油口 且pA pB时 如使控制腔与油箱相通 即pk 0 则pAAA pBAB FS FY 于是阀芯抬起 A口的压力油得以自由地流向B口 当B为进油口 A为出油口 而且pB pA时 如使K腔与油箱相通 则阀芯同样也将开启 这样B口的压力油将流向A口 但如果将控制油液引入K腔 且pk pA或pk pB 则pkAk pAAA pBAB 在加上弹簧力FS的帮助 阀在开启状态还有液动力FY的作用 即可使阀关闭 二通插件实物 一 插装式方向控制阀 1 插装式单向阀 右图 2 插装式换向阀 下图 图插装式二位三通和三位四通式电液换向阀 插装式电液换向阀与滑阀式电液换向阀比较 1 插装阀为锥阀结构 阀口关闭时为线密封 密封性能比滑阀的间隙密封好 而且阀口开启时无死区 阀动作灵敏 阀口开启后压力损失小 通流能力好 2 因滑阀式换向阀的阀口的启闭由滑阀阀心的位移完成 因此各阀口只能同步增大或减小 不能实现单独控制 变换中位机能需变换液动主阀芯 二通插装阀组成回路时 一个插装阀组件控制一个阀口 插装阀组件可以单个动作 也可成组动作 只需改变先导电磁换向阀即可实现不同机能 3 二通插装阀组成回路完全可以按各组件实际通过的流量选取通径值 而电液换向滑阀理论上应按两倍额定流量选取阀的通径 4 在先导阀部分加缓冲器后 可保证插装阀启闭时无冲击 因阀口为锥阀 抗污染能力强 特别适用于各种难燃介质 5 电液换向阀仅具有单一的换向功能 用于系统时还需要加上流量控制阀和压力控制阀才能满足执行元件的工作要求 而二通插装阀可以采用不同组件组成复合控制回路满足执行元件的要求 右图 6 因插装阀需先导电磁换向阀控制组件阀口的启闭 因此在小流量系统不如采用电磁换向滑阀经济方便 系统的流量越大 控制功能越复杂 采用二通插装阀的优越性越大 二 插装式压力控制阀结构 在锥阀式插装阀的控制口上 配上不同的先导式调压阀 则可得到不同种类的压力控制阀 1 插装式溢流阀 左图 2 插装式顺序阀 右图 三 插装式流量调节阀阀芯不带阻尼孔的插装式节流阀 单向节流阀及其图形符号 左图 插装式溢流节流阀 并联调速阀 右图 液压缸是将液压能转化为机械功 驱动负载实现直线往复运动或摆动的执行机构 简称为油缸 液压缸 一 分类 柱塞式油缸 输入油缸的流量与柱塞运动速度之间的关系为 单活塞杆式双作用油缸 因为有效工作面积不相等 所以左右两个方向的推力和运动速度也不相等 双活塞杆式双作用油缸 当供给相同压力和流量时 油缸左右两个方向的推力和运动速度相同 摆动式油缸 密封装置 间隙密封 O型密封圈 Y型密封圈 要求 开口必须朝向压力油方向 Yx型密封圈 分孔用和轴用 V型圈和防尘圈 V型圈为橡胶织布用于低速防尘圈为丁晴橡胶或聚氨酯 液压马达 又称油马达 作用 将液压油的压力能转换为回转的机械能输出 以带动工作机械设备 一 液压马达的工作性能参数 工作性能 液压马达输入的液压能 可用工作油的压力p和流量Q来表示 而输出的机械能 则以输出轴的扭矩M和转速n来度量 主要性能参数 工作油的压力p 流量Q 输出轴的扭矩M 转速n 容积效率 v 机械效率 m 总效率 液压马达的每转排量q 输入功率P1t 输出功率P2 性能参数 理论输入功率 P1t pQW 1 理论输出功率 P2t Mt t 2 ntMt 60W 2 理论转速 nt 60Q qr min 3 q 液压马达的每转排量由上面3式可求得液压马达的 理论扭矩 Mt pq 2 Nm容积效率 v Qe QQe 有效流量实际转速 n 60Qe q 60Q v qr min机械效率 m M Mt实际扭矩 M Mt m pq m 2 Nm实际的输出功率 P2 2 Mn 60 pQ m v pQ W总效率 P2 P1t m v 液压马达工作性能的讨论 1 液压马达的实际转速n 主要取决于供入液压马达的流量Q 液压马达的工作容积 即每转排量 q和容积效率 v 因此 要改变液压马达的转速 可采用的方法有容积调速 采用变量油泵 改变其流量 或采用变量油马达 改变其排量 也可以采用节流调速 通过流量控制阀来改变供入油马达的流量 2 液压马达的扭矩M 主要取决于工作油的压力p和液压马达的每转排量q 提高最大工作油压p 不仅可增大液压马达的输出扭矩M 而且还可在功率不变的前提下 使液压元件和管路的尺寸相应减小 但是也受到强度与密封等的条件限制 并给管理工作带来不利的影响 3 增大液压马达的容积 亦即提高液压马达的每转排量q 则可在工作油压不变的情况下增大扭矩 而转速则相应较低 从而构成低速大扭矩液压马达 一般认为额定转速低于500r min即属于低速马达 高于500r min的属于高速马达 后者用于船舶甲板机械往往需要增加机械减速机构 常用的低速大扭矩液压马达 主要有 径向柱塞式和叶片式等 而径向柱塞式又有 连杆式 五星轮式和内曲线式 二 连杆式液压马达结构 下图为斯达发 Staffa 液压马达的结构图 连杆式液压马达的特点 结构简单 工艺性较差 球铰以及连杆与偏心轮接触比压大 工作时容易磨损和咬死 转矩和转速的脉动效率大 低速时 n 10r min 易产生 爬行现象 启动转矩小 80 85 额定转矩 配油轴处易漏泄 马达的径向力不平衡 故工作压力较低 连杆式液压马达工作原理 图示 五星轮式 静力平衡式 液压马达 结构 下图为一双列的五星轮式液压马达 五星轮式液压马达的工作原理 主要部件的静力平衡 柱塞 压力环和五星轮上承受的油压就可基本实现静力平衡 如图7 53所示 五星轮式液压马达特点 可做成双排来平衡径向力 偏心轮偏心方向相差180 并在控制阀作用下可进行有级调速 五星轮式液压马达因实现了油压的静力平衡 使摩擦力大为减小 工作可靠 寿命长 转矩和转速的脉动率小 低速稳定性好 5r min以下 工艺性好 并能做成壳转或双输出轴的型式 但它的外形尺寸和重量都较大 容积效率较低 内曲线式液压马达结构与工作原理 内曲线式液压马达有级调速方法 改变有效作用次数 改变柱塞排数 图7 55为内曲线式变量油马达改变有效作用次数的原理图 内曲线式液压马达特点 该型马达为多柱塞 多作用液压马达 故它的输出转矩大 低速稳定性好 0 5r min以下 只要选用合适的导轨曲线就能十分均匀的转速与转矩 只要作用次数与柱塞数的最大公约数 2时 油马达上的径向力完全平衡 工作可靠 机械效率 容积效率都较高 制造工艺复杂 对材料要求高 结构也较复杂 叶片式液压马达工作原理 一般是双作用式 也有三作用式 叶片径向布置 特点 叶片式油马达体积小 转动惯量小 因此动作灵敏 但其泄漏较大 不能在很低转速下工作 所以一般用于高速 小转矩以及要求动作灵敏的工作场合 叶片式油马达与叶片泵相比较 在结构上有如下特点 1 转于的两侧面开有环形槽 槽内放有燕式弹簧 它起预紧叶片的作用 使叶片始终压向定子内表面并紧密接触 以保证起动时有足够的起动转矩 2 叶片式油马达要求能正反转 因此叶片沿转子径向放置 叶片倾角为零 3 为获得高的容积效率 工作时叶片底部始终要与压力油腔连通 为了油马达正反转时都有压力油通入叶片底部 要把叶片底部的环形槽接两个并联单向阀 分别与吸 压油腔相通 以达到上述要求 液压马达的使用注意事项 1 液压油的压力和工作转速不得超过其规定数值 2 保证马达与被驱动机械的同心度 3 保证马达回油具有一定背压 0 5 1MPa 4 不能超负荷使用 5 必要时可脱开液压马达泄油管测量它在工作时的漏泄量 以检查液压马达是否内部磨损严重或有其它故障 6 马达壳体上的泄漏油管应单独回油箱 防壳体内压力 小于0 1MPa 过高 7 工作油应清洁 粘度适中 工作温度不宜超过65 最高不超过70 80 在低温工况下起动 应先作轻载运行 以防配合面咬伤 液压系统的辅助元件辅助元件 滤油器 油箱 蓄能器 热交换器 油管 管接头 压力表以及密封件等 一 滤油器1 滤油器的作用及性能参数作用 净化油液 使油液的污染程度控制在所允许的范围内 分类 按精度分 粗过滤公称尺寸 100um以上普通过滤公称尺寸 10 100um精过滤公称尺寸 5 10um超精过滤器公称尺寸 1 5um按滤芯形式分 金属网式 线隙式 纸质 烧结式 磁性 纤维型 缝隙式等滤油器 按工作原理分 表面型 深度型和磁性滤油器 性能参数 过滤精度 额定流量 额定压差 最高工作压力等 1 过滤精度 滤油器的过滤精度参数 过滤比 过滤比 滤油器上游油液单位容积中大于某一给定尺寸的颗粒数与下游油液单位容积中大于同一尺寸的颗粒数之比 即 Nu Nd当对某一尺寸x的过滤比 x值为20时 则x可认为是滤油器的公称过滤精度 当对某一尺寸y的过滤比 y值为75时 则y可认为是滤油器的绝对过滤精度 常用 图各种滤油器实物 2 压力损失初始压降 初始压力损失 饱和压降 最大饱和压力损失 3 公称流量和公称压力公称流量 滤油器在初始压降不超过标示值时所允许通过的最大流量 公称压力 滤油器允许的最大工作压力 4 纳垢量 滤油器达到饱和压降时所容纳的纳垢量 g 2 滤油器类型 有 金属网式 线隙式 纸质 烧结式 磁性等滤油器 1 金属网式滤油器等级 在压油管路上分为三种标准等级 80um 200目 即每英寸长度上有200个网孔 100um 150目 180um 100目 在额定流量下 压力损失不大于0 025MPa 特点 结构简单 通油能力大 压力损失小 清洗方便 但过滤精度低 主要用在泵的吸油管路上 以保护油泵 结构 实物 2 线隙式滤油器等级 在压油管路上分为三种标准等级 30um 50um 80um 在额定流量下 压力损失约为0 03 0 06MPa 特点 结构简单 通油性能好 过滤精度较高 所以应用较普遍 缺点是不易清洗 结构 实物 3 纸质滤油器等级 在压油管路上分为二种标准等级 10um 20um 在额定流量下 压力损失约为0 01 0 04MPa 特点 结构简单 通油性能好 过滤精度较高 缺点是不易清洗 过滤精度高 但堵塞后无法清洗 只能更换纸芯 一般用于需要精过滤的场合 结构 实物 滤芯 4 烧结式滤油器等级 在压油管路上分为二种标准等级 10um 20um 在额定流量下 压力损失约为0 01 0 04MPa 结构 其滤芯是由颗粉状青铜粉压制后烧结而成 它是利用铜颗粒之间的微孔滤去油液中杂质的 过滤精度与微孔的大小有关 选择不同粒度的粉末制成不同壁厚的滤芯就能获得不同的过滤精度 特点 可烧结成各种不同形状 强度大 抗腐蚀性好 制造简单 过滤精度高 适用精过滤 缺点是颗粒容易脱落 堵塞后不容易清洗 5 磁性滤油器等级 过滤精度可达6 36um 特点 结构简单 通油性能好 堵塞后容易清洗 过滤精度较高 缺点是过滤杂质种类单一 结构 其滤芯主要材料是永久磁铁 图双筒回油过滤器 图精细滤油车 滤油器的堵塞指示装置作用 在滤油器堵塞时 发出报警信号 以便及时清洗和更换滤芯 堵塞指示装置形式 还有磁力式等其它形式 它还可以通过电气装置发出灯光等信号进行报警 3 滤油器的选用注意事项1 系统的工作压力越高 应选择滤油器的精度也越高 但滤油器的过滤精度一般是按被保护元件的要求来确定 2 根据系统的流量选择足够的过流面积 使压力损头尽量小 按通过最大流量时的工况 吸油管路滤油器的压力降原则上不应大于0 015MPa 回油管路滤油器的压力降不应大于0 03MPa 3 滤芯应具有足够的强度 耐压强度 5 滤油器在系统中的安装位置 安装在吸油管路上 安装在油泵的输油管路上 并在其他各元件之前 安装在主回油管路或支回油管路上 安装单独的过滤系统 安装在重要元件的前面 安装要求 见表 二 油箱作用 储存油液 沉淀杂质 散热和驱气 典型结构 油箱设计要求 1 油箱应有足够的容量 以满足散热的要求 在系统工作时油面必须保持足够的高度 以防止液压泵吸空 在系统停止工作时因油液全部流回油箱 不会造成油液溢出油箱 油箱的容量可按液压泵2 6倍的流量来估计 油箱内油面的高度一股不应超过油箱高度的90 应设置油位计 2 吸油管和回油管应隔开 最好用一块或几块隔板隔开 以增加油液循环距离 使油液有允分时间沉淀污物 排出气泡和冷却 隔板高度 般取油面高度的四分之三 3 泵的吸油管上应安装100 200目的网式滤油器 滤油器与箱底间的距离不应小于20mm 泵的吸油管和系统的回油管应插入最低油面以下 管口与箱底 箱壁的距离均不能小于管径的三倍 吸油及回油管口须斜切成45 并面向箱壁 泄油管不宜插入油中 4 油箱底应有坡度 以方便放油 箱底与地面有一定距离 最低处应装有放油塞 5 油箱用2 5 4mm的钢板做成 应有足够刚性 6 为了防止油液被污染 箱盖上各盖板 管口都要加密封装置 注油口应安装滤油网 通气孔要装空气滤油器 7 油箱中若安装热交换器时 必须在结构上考虑其位置 油箱上可装设油温计 8 油箱应便于安装 吊运和维修 9 箱壁应涂耐油防锈涂料 蓄能器蓄能器是储存和释放液体压力能的装置 可作为辅助动力源 热膨胀补偿器和脉动 冲击吸收器等 一 蓄能器类型 重力式 弹簧式 充气式 1 重力式蓄能原理 利用重物的位置变化来储存和释放能量 特点 结构简单 压力稳定 但容量较小 体积 重量大 反应不灵敏 运动惯性大 易漏油 只在少数大型固定设备上使用 2 弹簧式蓄能原理 利用弹簧的伸缩来储存和释放能量 特点 结构简单 反应较灵敏 适用低压 小容量场合 结构及符号 型号名称 GXQ隔膜式蓄能器压力 至10MPa 3 充气式 有气瓶式 活塞式和气囊式 1 气瓶式蓄能器蓄能原理 利用气体 氮气 的压缩性来储存和释放能量 特点 结构简单 容量大 体积 惯性小 反应较灵敏 但气体容易混入油液 必须经常补气 2 活塞式蓄能器蓄能原理 利用气体 氮气 的压缩性来储存和释放能量 特点 属于隔离式 结构简单 工作可靠 安装 维修方便 但气体仍能混入油液 须经常补气 3 气囊式蓄能器蓄能原理 利用气囊里的气体的可压缩性来储存和释放能量 特点 属于完全隔离式 结构尺寸小 重量轻 安装 维修方便 耐高压 广泛使用 但制造要求较高 结构及符号实物 产品编号 NXQ型囊式蓄能器公称容量 0 63至6 3L压力 至31 5MPa 二 蓄能器的功用1 短期大量供油右上图目的 可满足系统的最大速度即最大流量的要求 又使液压泵的容量减少 减轻电机功率 从而节约能耗并降低温升 或者在不减少泵的容量情况下 可进一步提高系统的速度 2 系统保压右下图目的 补充系统泄漏 维持系统压力 3 应急能源右上图目的 当停电或原动机发生故障而使系统供油中断时 蓄能器可做为系统的应急能源 4 缓冲压力冲击和吸收压力脉动右下图目的 在产生压力冲击和压力脉动的部位加接蓄能器 可使压力冲击得到缓和 也能吸收液压泵工作时的压力脉功 三 蓄能器的选用一般是根据蓄能器在系统所需维持的最高和最低压力 以及根据蓄能器在系统所需输出的流量 计算出所需蓄能器的容量 然后再查产品目录或设计手册选购蓄能器 容量是蓄能器的一个重要性能参数 计算方法略 四 蓄能器的使用 安装注意事项 1 皮囊式蓄能器应垂直安装 油口向下 2 装在管路上的蓄能器 必须用支承架将其固定 3 蓄能器与管路系统之间应安装截止阀 以便必要时将蓄能器与主油路切断 4 蓄能器与液压泵之间应安装单向阀 以防止液压泵停时蓄能器内储存的压力油倒流 热交换器油温要求 以30 50 为宜 最高不超过60 最低不低于15 1 冷却器分类 冷却器按冷却介质可分为水冷 风冷和风冷等形式 常用的是水冷和风冷 冷却器典型结构 蛇形管式水冷却器和多管冷却器 冷却器的安装 见右上图2 加热器电加热器及安装 见右下图 液压油一 液压油的作用 要求和选择液压油作用 l 传递能量和信号 2 润滑液压元件 减少摩擦和磨损 3 散热 4 防止锈蚀 5 密封液压元件对偶摩擦副中的间隙 6 传输 分离和沉淀非可溶性污染物 7 为元件和系统失效提供诊断信息 对液压油的要求 1 粘度适当 粘温特性好 2 防锈性好 3 抗氧化性好 4 抗乳化性好 5 抗泡沫性好 6 凝固点低 7 闪点高 8 水解稳定性好 9 相容性好 解释 粘温特性 油液粘度是随温度而变化的特性 要求液压油液的粘度随温度变化越小越好 即油液具有良好的粘温特性 粘度指数 对于油液粘度随温度变化的程度 常用粘度指数VI来表示 它代表被测油液的粘度随温度变化的程度与标准油的粘度随温度变化的程度之间的相对比较值 粘度指数越高 表示油液粘度受温度的影响越小 其粘温特性越好 为了提高油液的粘度并改善其粘温特性 往往添加粘度指数添加剂 它是一种高分子聚合物 常用的有聚异丁烯 聚甲基丙烯酸酯等 粘压指数 对于油液粘度随压力变化的程度 常用粘压指数来表示 一般而言 压力升高 由于分子间距离缩小 油液粘度增加 液压油的选用根据 1 液压泵的类型 2 液压系统的工作压力 3 液压系统的环境温度 4 液压系统中工作部件的运动速度 选用液压油时 应根据泵的种类 当中温度 系统压力等 首先确定适用的粘度范围 然后再选择合适的液压油品种 液压油的分类 矿油型液压油是以石油的精炼物为基础 加入各种添加剂调制而成 在ISO分类中的HH HL HM HR HV HG型液压油均属矿油型液压油 这类油的品种多 性能比较全面 成本较低 需要量大 使用范围广 目前约占液压介质总量的85 左右 液压及润滑油的粘度分级标准 按照ISO规定 采用40 时油液的运动粘度 mm2 s 的某一中心值作为油液粘度牌号 共分为10 15 22 32 46 68 100 150等8个粘度等级 见下表各国常用液压油对照见P159表 液压油污染的原因及对液压系统的影响液压油污染的主要形式 固体污染 水污染和空气污染 污染物的来源 主要有以下三方面 1 系统内原来残留的污染物 包括元件和系统在加工 装配 试验 包装 储存及运输过程中残留下来而最后未被清除的污染物 如铸造型沙 焊渣 锈片 尘埃及清洗溶剂等 2 系统运转过程中生成的污染物 如元件磨损产生的磨屑 管道内的锈蚀剥落物 以及油液氧化和分解产生的颗粒和胶状物质等 3 工作过程中从外界侵入的污染物 如通过液压缸活塞杆密封和油箱呼吸孔侵入系统的污染物 以及注油和维修过程中带入的污染物等 据统计 由于固体颗粒污染物所引起的液压系统故障占总污染故障的70 以上 液压油的污染等级标准固体颗粒污染程度表示方法 1 总体表示法 称重法 也称重量法 污染物与油液的质量或体积比 2 分散表示法 以颗粒数为基础 形式有 间隔的颗粒浓度 累计颗粒浓度等级标准 NAS 美国航天学会 1638固体污染物重量法等级标准 如表7 4所示 NAS1638还有一种累计颗粒浓度表示法 它是基于自然污染的颗粒数按尺寸分布通常呈指数曲线的情况 尺寸越大的颗粒数量越少 将5 m以上的颗粒分为5个尺寸范围计数 以各尺寸范围颗粒数同时按等比级数递增来分级 ISO等级标准 属于分散表示法 它采用两个数码代表液压油的污染度等级 前面的数码代表100ml油液中尺寸大于5 m的颗粒数等级 后面的数码代表100ml油液中尺寸大于15 m的颗粒数等级 两个数码之间用一个斜线分隔 如 18 13 16 12等 ISO对污染度等级要求更高的液压油 还在制定新的等级标准 采用的是三个数码 例如 18 16 13 前面的数码代表100ml油液中尺寸大于2 m的颗粒数等级 后面是5 m和15 m 船上液压油污染简易检测法现场简易判断法 望 闻 问 切 作外观检查 察看颜色与新油有无差异 有无水分和沉淀 闻 有无异常臭味 比较 与新油比较 看摇动后泡沫消失的快慢 滤纸滴油法判断 根据滤纸油滴痕迹判断 后图表7 6列出液压油污染变质情况的外观判断与处理措施和滤纸滴油法判断油液污染的方法 液压油的更换确定换油期的方法一般有三种方法 l 规定固定的换油期 新建系统500工作小时首次换油 以后5000工作小时换油 这种方法虽广泛应用 但不够科学 有时油液可能已变质或严重污染 换油期未到仍继续使用 也可能油液未变质 因换油期已到而当废油换掉了 2 根据经验和对油样的观察来决定是否换油 操作人员定期 例如每月一次 从正在运行的液压系统中抽取油样 通过与新油的对比或通过滤纸的过滤分析来确定是否换油 这种方法也很不精确 由于操作人员经验不同 对于同一油样可能得出不同的判断 3 规定换油指标 根据油样检验结果来决定是否换油 定期取样检验 一旦检验结果中有一项超过表7 8中规定 可继续使用但应加强监督 有三项超过换油指标 就必须换油 应尽量采用这种方法 但船上无此条件 费用较高 一般当下列指标达到所用品牌液压油的使用极限 就应及时换油 1 酸值 2 粘度 3 Pk值 油膜强度 和Pd 液压油的抗结性能 值