什么是液压传动?液压系统的组成及其作用

　　液压传动是用液体作为工作介质来传递能量和进行控制的传动方式。液压系统利用液压泵将原动机的机械能转换为液体的压力能，通过液体压力能的变化来传递能量，经过各种控制阀和管路的传递，借助于液压执行元件(缸或马达)把液体压力能转换为机械能，从而驱动工作机构，实现直线往复运动和回转运动。

　　液压系统的组成及其作用

　　一个完整的液压系统由五个部分组成，即动力元件、执行元件、控制元件、无件和液压油。

　　动力元件的作用是将原动机的机械能转换成液体的压力能，指液压系统中的油泵，它向整个液压系统提供动力。液压泵的结构形式一般有齿轮泵、叶片泵和柱塞泵，它们的性能比较如1-1所示

　　执行元件(如液压缸和液压马达)的作用是将液体的压力能转换为机械能，驱动负载作直线往复运动或回转运动。

　　控制元件(即各种液压阀)在液压系统中控制和调节液体的压力、流量和方向。根据控制功能的不同，液压阀可分为村力控制阀、流量控制阀和方向控制阀。压力控制阀又分为益流阀(安全阀)、减压阀、顺序阀、压力继电器等;流量控制阀包括节流阀、调整阀、分流集流阀等;方向控制阀包括单向阀、液控单向阀、梭阀、换向阀等。根据控制方式不同，液压阀可分为开关式控制阀、定值控制阀和比例控制阀。

　　辅助元件包括油箱、滤油器、油管及管接头、密封圈、压力表、油位油温计等。

　　液压油是液压系统中传递能量的工作介质，有各种矿物油、乳化液和合成型液压油等几大类。

　　表1-1 各种液压泵性能比较

　　项目 齿轮泵(外啮合) 叶片泵 斜轴式柱塞泵 斜盘式柱塞泵

　　排量(cm3/r) 1-500 平衡式1-350

　　不平衡式10-230 100-1000 4-500

　　最高压力(MPa) 1-25 平衡式3.5-40

　　不平衡式3.5-14 21-40 21-40

　　最高转速(r/min) 900-4000 平衡式1200-3000

　　不平衡式1200-1800 750-3600 750-3600

　　最高效率(%) 70-85 平衡式70-90

　　不平衡式60-70 88-95 85-92

　　对污染敏感性 不易受污染影响，随着齿轮的磨损，效率有所降低 对污染较敏感，叶片磨损时，效率降低到很小 对污染最敏感，配流盘受损伤时效率降低 对污染的斜轴式高，配流盘滑靴磨损时效率降低

　　吸油性能 转速为1800r/min时，允许吸入真空度为-26664.4-54328.8Pa(-20-40cmHg) 转速为1800r/min时，允许吸入真空度为-13332.2~-26664.4Pa(-10-20cmHg) 转速为1800r/min时，允许吸入真空度为-3.9997-0Pa(-3-0cmHg) 同轴斜式柱塞泵

　　噪声(dB) 额定转速300r/min时，噪声83dB 额定转速1450-2400r/min时，噪声76dB 额定转速1450-2400r/min时，噪声87dB 额定转速1450-2400r/min时，噪声77dB

　　对过滤精度要求 30-50μm 20-30μm 15-25μm 15-25μm

　　易出故障的部位 内部摩擦副;支承轴套端面、齿轮及轴颈磨损，引起橡胶密封损坏、泵体内孔及两侧板磨损 配油盘三角槽极易堵塞，污染物侵入摩擦副，发生异常磨损或卡殆，应注意油液清洁和吸油通畅，易出现突发性故障 连杆组件磨损，连杆球头从驱动轴球窝中脱出，功率调节弹簧失效，两对摩擦副磨损 所有变量泵的变量机构，三对摩擦副磨损 .

　　液压系统的形式及评价

　　液压元件逐步实现了标准化、系列化、化，其规格、品种、质量、性能都有了很大提高，尤其是采用电子技术、伺服技术等新技术新工艺后，液压系统的质量得到了显著的提高，其在国民经济及军事工业中发挥了重大作用。

　　从不同的角度出发，可以把液压系统分成不同的形式。

　　(1)按油液的循环方式，液压系统可分为开式系统和闭式系统。开式系统是指液压泵从油箱吸油，油经各种控制阀后，驱动液压执行元件，回油再经过换向阀回油箱。这种系统结构较为简单，可以发挥油箱的散热、沉淀杂质作用，但因油液常与空气接触，使空气易于渗入系统，导致机构运动不平稳等后果。开式系统油箱大，油泵自吸性能好。闭式系统中，液压泵的进油管直接与执行元件的回油管相连，工作液体在系统的管路中进行封闭循环。其结构紧凑，与空气接触机会少，空气不易渗入系统，故传动较平稳。工作机构的变速和换向靠调节泵或马达的变量机构实现，避免了开式系统换向过程中所出现的液压冲击和能量损失。但闭式系统较开式系统复杂，因无油箱，油液的散热和过滤条件较差。为补偿系统中的泄漏，通常需要一个小流量的补油泵和油箱。由于单杆双作用油缸大小腔流量不等，在工作过程中会使功率利用下降，所以闭式系统中的执行元件一般为液压马达。

　　(2)按系统中液压泵的数目，可分为单泵系统，双泵系统和多泵系统。

　　(3)按所用液压泵形式的不同，可分为定量泵系统和变量泵系统。变量泵的优点是在调节范围之内，可以充分利用发动机的功率，但其结构和制造工艺复杂，成本高，可分为手动变量、尽可能控变量、伺服变量、压力补偿变量、恒压变量、液压变量等多种方式。

　　(4)按向执行元件供油方式的不同，可分为串联系统和并联系统。串联系统中，上一个执行元件的回油即为下一个执行元件的进油，每通过一个执行元件压力就要降低一次。在串联系统中，当主泵向多路阀控制的各执行元件供油时，只要液压泵的出口压力足够，便可以实现各执行元件的运动的复合。但由于执行元件的压力是叠加的，所以克服外载能力将随执行元件数量的增加而降低。

　　并联系统中，当一台液压泵向一组执行元件供油时，进入各执行元件的流量只是液压泵输出流量的一部分。流量的分配随各件上外载荷的不同而变化，首先进入外载荷较小的执行元件，只有当各执行元件上外载荷相等时，才能实现同时动作。

　　全液压传动机械性能的优劣，主要取决于液压系统性能的好坏，包括所用元件质量优劣，基本回路是否恰当等。系统性能的好坏，除满足使用功能要求外，应从液压系统的效率、功率利用、调速范围和微调特性、振动和噪声以及系统的安装和调试是否方便可靠等方面进行。

　　现代工程机械几乎都采用了液压系统，并且与电子系统、计算机控制技术结合，成为现代工程机械的重要组成部分。

　　国内外工程机械液压油污染等级比较

　　说明 规定清洁度 实测清洁度

　　中国挖掘机行业 NAS8-10级 63%低于NAS12级

　　30%为NAS11-12级

　　美国太平洋公司调查 -- 工程机械，NAS9-10级

　　美国流体动力中心调查 -- 起重机，NAS9级

　　挖掘机，NAS10-11级

　　日本产业机械工业会 NAS8-9级 --

　　日本油压工业会 NAS10级 --

　　英国流体力学协会 NAS10-11级 --

　　日本混凝土泵车 NAS10-11级 --

　　日本对500台工程机械的调查 -- 36.2%为NAS8-9级

　　59.6%为NAS10-12级

　　4.2%低于NAS12级

　　工程机械液压系统油液劣化标准

　　项目 标准值 备注

　　粘度变化 ±(10-15)% 其中有三项指标超过标准值时应更换新油

　　酸值(mg(KOH)/g) ±(20-30)%

　　水分(体积) >0.15%

　　颗粒杂质 不得低于规定的污染度等级

　　比重变化 ±0.05

　　锈蚀试验 生锈

　　腐蚀试验 腐蚀

　　乳化状况 已乳化

　　油的状态变化 发自、发黑

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