液压系统的组成和原理及各部分的作用
液压是机械和电气工业中的核心术语,其动力可用于推动液压传动装置,同时也可作为控制模式,被称为液压控制。
液压传动采用液体作为工作介质,通过液体的压力能量来传递动力。这种传动方式具有独特的优势,如灵活的工作介质安排、重量轻、体积小、惯性小、反应速度快等。液压传动还可以实现大范围的无级调速,操作简单,控制方便,甚至可以自动实现过载保护。
液压控制系统则是基于压力液体作为控制信号传输模式的控制。由液压技术组成的控制系统被称为液压控制系统,其包括液压开环控制和液压闭环控制,后者又称为液压伺服控制,构成了液压伺服系统。
一个完整的液压系统由五大部分组成:能量装置、执行器、控制和调节装置、辅助装置以及液体介质。其中,能量装置即液压泵,负责将原动机的机械能转换为液体的压力能,为整个液压系统提供动力。而液压泵的种类包括齿轮泵、叶片泵、柱塞泵和螺杆泵等。
执行器,包括液压缸和液压马达,负责将液体的压力能转换为机械能,以驱动负载进行直线往复运动或旋转运动。控制和调节装置则是指各种液压阀,它们负责控制和调节液压系统中液体的压力、流量和方向。
辅助装置包括蓄能器、过滤器、冷却器、加热器、油管、管接头、油箱等,它们在油压的连接、储油、过滤和测量中起到辅助作用。而工作介质,即各种液压传动系统中的液压油或乳化液,包括矿物油、乳化液和合成液压油,是实现运动和动力传递的关键。
液压元件可分为三大类别:动力元件、控制元件和执行元件。虽然它们都是液压元件,但它们的功能和安装使用的技术要求各不相同。具体来说,动力元件主要包括各种液压泵;执行元件包括液压缸和液压马达;控制元件则包括方向控制阀、压力控制阀和流量控制阀等。还有一些辅助部件如压力表、过滤器、储能装置、冷却器、各种管接头和油箱等同样重要。
与机械传动和电气传动相比,液压传动具有诸多优点。它可以实现灵活的部件安排、具有重量轻、体积小、惯性小、反应速度快等特点。而且操作简单,控制方便,可实现大范围的无级调速,甚至可以自动实现过载保护。液压传动还易于实现机器的自动化,采用组合式电液控制时,不仅可以实现更高程度的自动控制过程,而且可以实现远程控制。这一切的优势都源于液体介质的独特性质以及液压系统精妙的工程设计。
最后要提及的是叶片液压马达的工作原理。由于压力油的作用,不平衡力使得转子产生扭矩。叶片液压马达的输出扭矩与液压马达的位移和液压马达的进出口之间的压力差有关,而其速度则取决于输入液压马达的流量。这样的工作原理使得液压马达在工业生产中能够发挥巨大的作用。叶片式液压马达设计精巧,适用于多种旋转需求。由于其叶片径向放置,可轻松实现正向和负向旋转。为了确保液压马达的高效运行,压力油被巧妙地保持在叶片根部。单向阀的安装确保了压力油在叶片后的稳定供应,使叶片液压马达得以平稳启动。叶片顶部与定子内表面的紧密接触,形成了高效的密封,保证了马达的灵活动作。预紧弹簧的安装进一步增强了叶片的稳定性,使得液压马达体积小巧、惯性小、动作灵敏。特别适用于需要高频换向的场合,尽管在泄漏和低速稳定性方面存在一定挑战,但其仍是叶片液压马达广泛应用于高速、小扭矩和敏感动作要求领域的原因。
径向柱塞液压马达的工作原理令人着迷。当压力油通过固定油分配轴进入气缸体时,柱塞开始向外延伸,紧紧贴合定子的内壁。这种接触点的特殊设计使得反作用力达到平衡状态。当柱塞底部的液压达到一定值时,产生的力在气缸体上产生扭矩,促使气缸体旋转。这种旋转通过端对端的连接驱动汽缸体,进而产生轴向和外部输出扭矩和速度。径向柱塞液压马达主要用于低速和高扭矩的应用场景。
轴向柱塞马达与径向柱塞液压马达在某些方面有相似之处,但也有其独特之处。除了阀门分配,轴向柱塞泵原则上可以作为液压马达使用,也就是说,轴向柱塞泵和轴向柱塞马达具有可逆性。当压力油进入气缸体的柱塞孔时,柱塞受到压力作用向外延伸。这种延伸产生的力可以分解为轴向力和垂直力。垂直力平衡了柱塞上的液压,而轴向力则使柱塞在气缸体中心产生扭矩,从而驱动马达轴旋转。这种马达的瞬时总扭矩是脉动的,通过改变电机压力油的输入方向,就可以改变马达轴的旋转方向。斜盘的倾斜角度对电动机的转矩、速度和转向都有影响。
齿轮液压马达为了满足正负旋转的要求,采用了对称的进出口设计,以减少轴承部件的漏油。为了减少启动摩擦力矩,使用了滚动轴承。为了减小扭矩波动,液压马达的齿数通常大于泵的齿数。这种马达的特点是干密度差、租金效率低、输入油压高、扭矩大。其瞬时速度和扭矩随着齿轮啮合点的位置而变化,因此更适用于高速和小扭矩的场合。在建筑机械、农业机械和机械设备中,特别是在对扭矩均匀性要求不高的领域,齿轮液压马达有着广泛的应用。
不同类型的液压马达各有其独特的工作原理和应用优势。从叶片式到径向柱塞、轴向柱塞再到齿轮液压马达,每一种都为实现高效的旋转运动提供了有效的解决方案。这些液压马达的应用范围广泛,从小型机械设备到大型建筑机械都能看到它们的身影,为现代工业的发展做出了重要贡献。