液压系统设计与维护.doc

1 液压传动基本知识1.1液压油1.1.1液压油的种类 机床液压系统中使用的工作介质品种按国际标准组织（ISO）的分类见表1-1.目前90%以上的机床液压系统采用石油基液压油，为了改善液压油的性能，以满足不同液压设备的要求，往往在基油中加入各种添加剂，如改善油液的化学性能（抗氧化性、防腐性、防锈剂等）何改善油液的物理性能（入增粘剂、抗磨剂、防爬剂）表1.1 液压油的品种分类工作介质类别组成与特性代号石油基液压油无添加剂的石油基液压油HH+抗氧化剂、防腐剂HL+抗磨剂HL+增黏剂HM+增黏剂HM+防爬剂L-HHL-HLL-HML-HRL-HVL-HG难燃液压液含水液压液高含水液压液水包油乳化液L-HFAL-HFAE水的化学溶液L-HFAS油包水乳化液L-HFB水–乙二醇L-HFC合成液压液磷酸酯L-HFDR氯化烃L-HFDSHFDR+HFDSL-HFDT其他合成液压油L-HFDU1.1.2液压油的特性（1）可压缩性即液压油在所受压力变化时体积发生变化的特性一般情况下，液压油的可压缩性对液压系统的性能影响不大，尽在高压和研究系统动态特性时才考虑，所以在一般机床液压传动系统中可不考虑油的可压缩性。

2）黏性即液压油流动时其内部分子之间的内摩擦力，黏性使油液流动时产生能量损失黏性是液压油的一种纹理特性，其大小用黏度衡量，黏度分为动力黏度、运动黏度何相对黏度三种油液的牌号根据运动黏度确定，即40℃时运动黏度的平均值入N46机械油，40℃时其运动的平均值为46m㎡/s油液对温度的变化比较敏感，温度升高，黏度减小，黏度与温度间的关系成为黏-温特特性3）液压油对密封材料的影响 液压油对密封材料具有一定影响，其对不同密封材料的影响如表1-2所示表1.2 液压油对密封材料的影响密封材料石油系液压油磷酸酯脂肪酸水+乙二醇液压油W/O乳化液低苯胺点高苯胺点丙烯酸酯橡胶丁二烯橡胶苯乙烯-丁二乙烯橡胶◎××◎××◎××××◎◎×××丁腈橡胶丁基橡胶乙丙烯橡胶氟化橡胶◎××◎◎××◎×◎◎◎◎××◎◎◎◎◎◎××◎异戊二烯橡胶硅橡胶氟化硅橡胶×△◎×◎◎×△××◎○◎◎◎×○○硫化橡胶氨基甲酸乙酯氯硫化聚乙烯氯丁橡胶△○××◎◎○◎×××○×◎×◎◎××○鞣皮软皮◎◎◎◎××××××注：◎-易溶；○-比较易溶；×-不溶；△- 一般1.1.3液压油的功能 液压油是液压系统中用来传递能量的液体工作介质，它主要有一下功能。

① 传动 把由液压泵所赋予的能量传递给执行元件② 润滑 润滑液压元件的运动件③ 密封 在不能用密封圈进行密封处，由机械密封何液压油的黏度进行密封④ 冷却 吸收并带出液压系统中所产生的热量⑤ 防锈 防止液压元件各种金属材料的锈蚀1.1.4液压油的要求 液压油应能对系统的结构、工作程序及工作环境等充分发挥液压装置的技能液压油必须与液压装置完全适应，液压装置性能的提高，不然也要求液压油的品质提高油液的的品质取决于基油及所用的添加剂，他们任何性能的恶化，或添加剂组合的平衡被破坏，就不能造出具有良好品质的液压油来因此，基油、添加剂的选择及组合很重要对液压油的要求如表1-3所示表1.3 对液压油的要求项 目要 求 性 能压缩性压缩性尽可能小，响应性好黏性温度及压力对黏度的影响小，具有低温流动性，剪切安定性好润滑性对元件的滑动部位能充分润滑，能防止异常磨损何卡咬等现象的发生安定性不因热、氧化或水解而生成腐蚀性物质，沉渣生成量小，寿命长防腐性耐腐蚀性对铁及非金属的防锈性及耐腐蚀性良好脱气性消泡性 油液中裹携的气泡及液面上的泡沫少，且容易消除破乳化性除含水液压液外的油液，油水分离容易消净性尽肯呢个不包含污染物，当污染物从外部进入时，要能迅速分离，使之来不及作用与液压元件而产生不良影响相容性不能引起密封件、橡胶软管、涂料等变质防火性燃点高，挥发性小，最好具有不燃性毒性不得有毒性何异味，应无公害，且容易排水处理其他长期保存何紫外线照射不引起析出物沉淀针对不同用途，具有橡胶-金属及金属-金属之间的防爬行性难燃性1.1.5液压油的选用 液压油的选择主要是品种何黏度的选择，一般先根据液压系统的工作环境何条件选择合适的液压油有品种，然后在确定液压油牌号。

确定液压油的牌号，即选择液压油的黏度等级，液压油的黏度对液压系统的性能具有显著的影响液压油的黏度主要根据液压系统的工作压力、环境温度及运动速度等进行选择1）工作压力对于工作压力较高的液压系统宜选用黏度较大的液压油，以减小泄漏；反之，可选用黏度较小的液压油2）环境温度 环境温度较高时已使用黏度较大的液压油，工作时于文雅有的黏度将会有所降低；反之宜选用黏度较小的液压油3）运动速度 当执行元件的运动速度较高时，为了减小液流的摩擦损失，已使用黏度较小的液压油1.1.6液压油的污染控制 液压油被污染，主要是由于液压元件在加工、运输、安装和维修过程中带入而未清洗干净的残留物、液压系统周围环境侵入系统的污染物以及液压系统工作过程中产生的金属微粒、密封材料的磨损颗粒、油液变质后生成的胶状物等所引起因此控制液压油的污染需要做到：严格清洗元件和系统；防止污染物从外界入侵；采用高性能的过滤器；控制工作介质的温度；保持系统所有部位良好的密封；定期检查并更换工作介质，形成制度1.2液压传动系统的特征1.2.1液压传动系统的组成 机床液压传动系统主要由以下几部分组成 （1）动力元件动力元件主要包括各种液压泵，它将机械能转换为液压能，为液压系统提供既有一定压力和流量的液压油。

2）执行元件执行元件主要包括各种液压马达和液压缸，它将液压能转化为机械能，以驱动工作部件3）调节控制元件调节控制元件包括各种液压阀，对液压系统中油液的压力、流量和流动方向进行调节和控制，从而控制执行元件输出力的大小、速度的快慢和运动方向，以保证执行元件完成预期的工作4）辅助元件辅助元件包括除上述各种元件以外的液压元件，如邮箱、管道、管接头、滤油器、热交换器等，其作用是设置必要的条件，以保证液压系统正常地工作1.1.2液压传动系统的基本特征 （1）压力取决于外负载液压传动系统中油液的压力由外界负载作用而形成，如图1-4所示，压力的大小与外界负载大小及作用面积有关，即 ｐ=F/A式中 p----油液压力，Pa; F----外负载，N; A----负载作用面积，㎡.由式可见，油液压力的大小将随外负载的变化而变化，这是液压传动中的一个重要的基本概念（2）容积变化相等由于在液压传动系统中可认为液压油是不可压缩的，因此，在液压传动系统中运动的传递遵循“容积变化相等”的原则在机床液压传动系统中使用的动力元件和执行元件都是容积式的，它们依靠密封容积大小的变化进行工作。

液压泵输出的流量等于进入执行元件的流量与经各种阀流回邮箱的流量之和，即液体体积的变化相等1.2.3液压传动系统的特点 （1）液压传动系统的主要优点①单位功率重量轻在同等功率下，液压装置的体积小、重量轻、功率密度大、结构紧凑 ②快速性好由于重量轻、惯性小、反应快，故障装置易于实现快速启动、制动和频繁换向等 ③可实现无级调速液压传动系统的调速范围大，可高达2000倍，而且还在运行过程中进行调速 ④易于实现自动化、省力化和远距离控制 ⑤易于实现过载保护，一般在系统中设置安全阀即可 ⑥液压元件已实现通用化、标准化和系列化1.3液压传动系统的基础元件1.3.1液压泵 液压泵将机械能转化为液压能，为液压系统提供具有一定压力和流量的液体，是机床液压传动系统的重要组成部分，它的性能好坏直接影响整个系统工作的可靠性和稳定性 机床传动系统中采用的液压泵依靠密封工作腔容积大小交替变化进行工作，称为容积式泵，其正常工作的基本条件为：基油密封的工作腔；密封工作腔的容积大小能交替变换，变大时吸油，变小时压油；吸油口和压油口不能沟通因此，在分析液压泵的工作原理时，应从液压泵是否具备正常工作的三个条件入手。

在机床液压传动系统中使用的液压泵按结构分有齿轮泵、叶片泵和柱塞泵等外啮合齿轮泵的结构原理如图1.1所示，双作用叶片泵的结构原理如图1.2所示当原动机驱动泵转动时，泵吸油侧的密封工作腔容积增大，完成吸油工作；泵拍油腔的密封工作腔容积减小，完成排油工作 图1.1 外啮合齿轮泵结构原理图 图1.2 双作用叶片泵结构原理 1-转子；2-定子；3-叶片；4-配油盘；5-泵体 单作用叶片泵的结构原理如图1.3(a)所示，它由转子6、定子5、叶片2何侧面两个配油盘构成密封工作腔，定子5可以左右移动，并与转子6之间具有大小可调的偏心距e调节转子与定子间偏心距e的大小，可改变泵输出流量的大小图1.3(a)所示为限压式变量叶片泵的结构原理，当转子按图示方向转动时，上部为压油腔，下部为吸油腔，压力油将定子推压在滚针支承座上泵出口的压力油引入左侧反馈柱塞7，产生一向右的推力，当该推力小于右侧弹簧预紧力何定子移动摩擦力时，定子被弹簧压在流量调节螺钉上，此时偏心距e最大，泵输出最大流量随着液压泵输出压力的升高，作用于定子左侧的液压力也增大，当该液压力大于右侧的弹簧预紧力何定子移动的摩擦力时，定子向右移动，偏心距减小，泵的输出流量随之较小。

当泵的输出压力达到某一直时，泵的实际输出流量变为零，此时很小的偏心距所产生的流量仅用于补充泵的内泄漏该泵的流量-压力特性如图1.3(b)所示a) 限压式变量叶片泵工作原理 (b) 限压式变量叶片泵流量-压力特性图1.3 外反馈限压变量叶片泵工作原理及流量-压力特性1-滚针支座；2-叶片；3-压力调节螺钉；4-弹簧；5-定子；6-转子；7-柱塞；8-流量调节螺钉 图1.4所示为斜盘式轴向柱塞泵的工作原理，它由斜盘1、柱塞2、缸体3、配油盘4、传动轴5等主要零件组成缸体上沿圆周均匀分布若干(7-9)个轴向排列的柱塞，柱塞乐意在其中灵活滑动，由缸孔和柱塞构成密封工作腔斜盘和配油盘固定，传动轴5带动缸体3和柱塞2转动，柱塞在低压油或机械装置作用下紧压在斜盘上由于斜盘1相对于缸体3倾斜了一个角度δ，当传动轴按图示方向转动时，柱塞跟随缸体几下而上回转时逐渐外伸，由柱塞和缸孔构成的密封工作腔的容积不断增大，经配油盘的配油窗口a吸入油液；柱塞在跟随缸体自上而下回转时贝斜盘推入缸体，使密封工作腔容积不断减小，经配油盘的配油窗口b将油液压出缸体旋转一周，每个柱塞往复运动一次，成一次吸油和压油图1.4 斜盘式轴向柱塞泵的工作原理1-斜盘；2-柱塞；3-缸体；4-配油盘；5-传动轴。