液压执行元件

今天周五又来到了湖南慧盟重工的【慧讲堂】今天有请吴总为大家讲解“液压系统之动力元件与执行元件简介”小伙伴们小板凳准备好，认真听讲了哈！好好学习，天天向上！

第一节 液压动力元件

液压系统是以液压泵作为系统提供一定的流量和压力的动力元件，液压泵将原动机（电动机或内燃机）输出的机械能转换为工作液体的压力能，是一种能量转换装置。图1-1清楚地显示出了液压泵的工作原理。

液压泵都是依靠密封容积变化的原理来进行工作的，故一般称为容积式液压泵.

图1 所示的是一单柱塞液压泵的工作原理图，图中柱塞2装在缸体3中形成一个密封容积a，柱塞在弹簧4的作用下始终压紧在偏心轮1上。原动机驱动偏心轮1旋转使柱塞2作往复运动，使密封容积a的大小发生周期性的交替变化。当a有小变大时就形成部分真空，使油箱中油液在大气压作用下，经吸油管顶开单向阀6进入油箱a而实现吸油；反之，当a由大变小时，a腔中吸满的油液将顶开单向阀5 流入系统而实现压油。这样液压泵就将原动机输入的机械能转换成液体的压力能，原动机驱动偏心轮不断旋转，液压泵就不断地吸油和压油。

一、液压泵的分类

按结构液压泵可以分为：齿轮泵、叶片泵、柱塞泵、螺杆泵等

按输出流量能否调节又可以分为：定量泵、变量泵等

二、液压泵的工作条件：

1. 密封容积变化是液压泵实现吸油、排液的根本原因；

2. 具有隔离吸液腔和排液腔（即隔离低压和高压液体）的装置—配流盘；

3. 油箱内的工作液体始终具有不低于一个大气压的绝对压力，液压油箱与大 气相通

三、液压泵的性能参数：

3.1 压力p

额定压力：在正常工作条件下，根据试验标准规定，允许液压泵连续运转的最高压力；

最高允许压力（峰值压力）：按试验标准规定，超过额定压力允许短暂运行的最高压力；

工作压力：泵在实际工作时所达到的具体压力值，与负载相关；

单位：MPa或bar,关系,1MPa=1000000Pa=10bar

3.2泵的排量和流量

排量q：液压泵的主轴每转动一转，由其几何尺寸计算而得到的排出液体的体积，单位为：ml/r ，反映泵的工作能力

排量可调节的液压泵是变量泵，排量为常数的为定量泵

流量Q与排量关系：Q=q×n×60／1000

流量单位为：L/min

理论流量Q：不考虑液压泵的泄漏流量的条件下，其单位时间所排出的液体的体积；

泄漏流量ΔQ：通过中各个运动幅的间隙所泄漏的液体流量，这部分液体不传递有用功。也称为容积损失。

其分为内部泄漏（不能测量）和外部泄漏（可测量），与压力，黏性、密封性、加工精度有关

泄漏量的大小取决于泵的密封性、工作压力、液体黏度等因素

实际流量：指在考虑液压泵泄漏损失时，液压泵在单位时间内实际输出的液体体积。故实际流量小于理论流量实际流量：等于理论流量-泄漏流量

l 额定流量：指液压泵在正常工作条件下，按试验标准规定（额定压力和额定转速）必须保证的流量，铭牌上标出的流量

3.3泵的功率和效率

理论输出功率 Pｔ：不考虑液压泵的容积损失和压力损失，

实际输出功率 ：用实际流量 与泵的进出口压差 的乘积

容积效率ηv：液体泵实际流量与理论流量之比。

输入功率与总效率

机械效率ηm：泵的理论输出功率与输入功率之比ηm

总效率等于容积效率与机械效率之积η=ηm×ηv

3.4 泵的转速

额定转速:泵在额定的压力下，连续长时间动转的最大转速

最高转速:泵在额定的压力下，允许短暂运行的最大转速

最低转速 ：允许正常运行的最小速度,

4、 轴向柱塞变量泵

4.1、柱塞泵：靠柱塞在缸体中的往复运动时造成的密封工作容积的变化来实现 吸油和排油的

分类：按柱塞和柱塞缸的排列方式，分轴向柱塞泵与径向柱塞泵

按其配流方式分：a，直接配流。如：外啮合齿轮泵

b，配流盘配流。如：叶片泵、轴向柱塞泵

c ，单向阀配流。如：单柱塞泵，三柱塞泵

d，配流轴配流。如：径向柱塞泵

轴向柱塞泵按机构分为：斜盘式和斜轴式

轴向柱塞泵按流量输出特征分为：定量和变量的

柱塞泵的特点：

1. 工作压力高；最高可达100MPa；

2. 流量范围大，加大柱塞直径或增加柱塞的数目；

3. 改变柱塞的行程可改变流量；

4. 柱塞主要件均受压，寿命长，体积小功率大

缺点：对液压油污染度要求高，吸油性能差

4.2、斜盘式轴向柱塞泵：

1主要零件组成：主轴、柱塞缸体、柱塞、配流盘、滑靴、斜盘、弹簧等等

2 泵的控制方式

伺服控制：手控、液控、电液控

排量改变方法：调整斜盘与主轴的倾斜角度，引起柱塞行程和变化

3结构要点

3.1滑靴与斜盘

柱塞底部液压力将滑靴紧密压紧在斜盘上，压力过大，磨损加剧，烧坏

采用反压的方法平衡液压力，压紧系数m＝1.05-1.10，同时提高润滑性能。

3.2缸体与配流盘

缸体对配流盘的压紧力F有：定心弹簧的预压力、腰形孔产生的压力

配流盘的反推力 压紧系数 m＝1.02-1.08，

配流盘外做为辅助支撑面

设有阻尼孔和盲孔，消除困油现象及减少液压冲击

3.3 柱塞与缸体

轴向力 与柱塞底部的液压力平衡

侧向力 通过柱塞传给缸体，它可使缸体倾斜，限制倾角小于20

4 、 三对摩察副材料

柱塞：20Cr40Cr

配流盘： Cr12Mn5

斜盘： Cr15

缸体套及滑靴：青铜

如果在液压油液或泄油管路中发现有铜屑，则液压泵已损坏！

4.3、常用力士乐（Rexroth）A11VLO 为斜盘式轴向柱塞变量泵----用于开式液压回路

该泵带有恒功率控制装置（LR）、压力截流阀(D)和电控变量控制阀。

电控面板上油泵排量旋 钮由小到大范围内调节时，主油泵排量跟随在0～Vmax范围内变化。

职能符号、结构、油口分布见下图：

4.4、常用力士乐（Rexroth）A4VG 斜盘式轴向柱塞变量泵----用于闭式液压回路，该泵为双向变量泵，带内置补油泵，内置补油溢流阀调定压力3.5 Mpa。

A 、型号说明、职能符号、结构、油口分布见下图：

B、闭式主油泵工作原理

图2是主油泵的剖面图

工作时传动轴

工作时传动轴3带动缸体2旋转，当斜盘4倾角为零时，柱塞5与缸体2之间没有轴向相对运动，液压泵没有压力由输出；当斜盘4倾角为正时，柱塞5与缸体2之间有轴向相对运动，柱塞外伸时吸油，柱塞内缩时压油，吸油和压油经过配流盘8的配流窗口进行分配，分别通向吸油口和压油口；当斜盘4倾角为负时，吸油口和压油口互相颠倒。

变量机构1可以通过外部控制手段（如压力控制、电比例控制等）实现斜盘倾角的无级调节，从而控制执行元件的工作速度。

这种闭式回路双向变量泵可以实现液压执行元件的交替动作，特别适合用在泵送系统驱动主油缸往复交替工作。

C、闭式液压泵的特点

（1）无级变量

该液压泵为用于闭式回路的斜盘式轴向柱塞泵，流量为公式为

Q =n·q·ηv

n ——转速。

q ——排量，与斜盘倾角成正比。

ηv——容积效率，取0.95。

当油泵最高转速为nmax=2500rpm，最大排量qmax=125ml/r时，则单泵最大流量为Qmax=297l/min，双泵合流流量为594l/min。

假如主油缸内径140mm，活塞杆直径80mm，输送缸内径230mm，经计算可得泵车最大输送次数为28.6次/分，最大输送量为143.5m3/h。如果不计油泵内部泄漏损失，则最大理论输送次数为30次/分，最大理论输送量为150m3/h。

主泵排量控制路线为：

遥控器排量旋钮档位—→控制器输出电流—→比例减压阀出口压力—→液压泵的伺服阀阀芯行程—→液压泵的伺服缸活塞杆行程—→斜盘倾角—→液压泵排量—→混凝土输送量。

（2）液流流动方向切换平稳

斜盘摆过中位的过程，也是排量由大到小、由小到大的变化过程，在斜盘摆过中位的瞬间，排量为零，与开式系统液压阀全流量换向相比，液压冲击很小，所以该液压泵可以较平稳地改变液流方向，实现主油缸交替泵送动作平稳切换。

（3）压力参数设定

图3是主油泵的液压原理图。

该泵在高压油侧配备两个

该泵在高压油侧配备两个高压溢流阀（实为安全阀），保护液压系统，避免超载运行。溢流阀设定压力根据管路系统承压能力不同可以设定不同的值，我公司泵车主泵高压溢流阀设定压力为320 bar。在泵的上部还配有一个低压溢流阀，用于限定辅助泵|（补油泵）工作压力。

各阀在液压泵上的安装位置见图4。

低压溢流阀的压力设定

低压溢流阀的压力设定（补油压力设定）：

在主泵Fa口接测压接头和压力表（量程60bar），挂工作挡油泵正常运行，观察压力表的指针位置，这时拧松低压溢流阀调整螺杆锁紧螺母，顺时针或逆时针拧动调整螺钉，直至压力表指针指向35bar时为止，拧紧锁紧螺母，调整完毕。

高压溢流阀的压力设定：

挂工作挡油泵正常运行，排量控制旋钮旋到最大位置。

点动主油缸，使某一侧主油缸憋压（关闭主油缸末端U型管），观察泵送压力表（量程600bar）的指针位置，这时拧松另一侧高压溢流阀调整螺杆锁紧螺母，顺时针或逆时针拧动调整螺钉，直至憋压时压力表指针指向320 bar时为止，拧紧锁紧螺母，调整完毕。然后用同样方法调整另一侧高压溢流阀压力到320 bar。

（4）补油泵的补油功能

在两侧的高压溢流阀上，各反向并联了一个单向阀，补油泵通过它起到向系统低压侧（回油）补充新油的作用（高压侧单向阀关闭）。

为了系统散热，系统通过冲洗阀溢流进行换油，因此为了补充冲洗阀的溢流损失，在液压泵内部通轴安装了一个排量为28.3ml/r的齿轮泵（补油泵）。

（5）补油泵提供伺服阀的控制油与伺服缸的工作油

该补油泵出油还有两个分支：

一路经伺服阀，最终通向伺服缸两端油口，作为伺服缸换向的动力来源（工作油路）；

另一路经Ps口通向比例减压阀，伺服阀两端油口，作为伺服阀换向的动力来源（控制油路）。

这两路液压油取自这里的原因，是因为管路连接短、压力稳定性好，控制精度高。

4．闭式液压泵的工作要求

（1）液压油要求

本液压泵要求使用矿油型液压油，液压泵工作时的油液黏度推荐为16~36 mm2/s。液压油的黏度关系到液压泵的工作效率和使用寿命。液压泵推荐按图5进行黏度选择。当工作油温为50℃时，液压油的黏度应该选择46号。当工作油温为60℃时，液压油的黏度应该选择68号。目前公司生产的泵车统一使用的液压油是美孚AW46液压油，运动黏度平均值为46mm2/s。

另外，由于每种液压油都有不同的粘温特性，液压油的黏度会随油温的高低发生变化。限制如下：当油温较高时（如

另外，由于每种液压油都有不同的粘温特性，液压油的黏度会随油温的高低发生变化。限制如下：当油温较高时（如+115℃），运动黏度平均值不得小于5mm2/s；当油温较低时（如-40℃），运动黏度平均值不得大于1600mm2/s。

液压泵内温度最高的地方是泄漏油的地方，对于本液压泵，由于轴封材料为丁腈橡胶，所以泄漏油的油温不得大于90℃。如果油温大于90℃，必须使用氟橡胶轴封。

（2）各油口工作压力范围：

补油泵的补油压力：最低20bar。

补油泵的吸油压力：绝对压力≥0.8bar。也就是真空度≤0.2 bar，吸油过滤器上的真空表指针不能超过绿区；冷启动时，由于油液温度较低，允许绝对压力≥0.5bar，即真空度≤0.5 bar，经怠速运转，绝对压力≥0.8bar后，才允许提高发动机转速。

壳体压力：

壳体压力：T1、T2油口为泄油口，允许泄油绝对压力为4 bar，相对压力为3 bar；启动时，允许短时泄油绝对压力为5 bar。泄油压力过高会造成油封泄漏。

设置两个泄油口的目的，是为了适应液压泵的不同安装方向，只要保证总有一个泄油口朝上即可，这样可以排掉壳体里的空气，保证运动零件之间都有润滑油膜，防止出现烧泵现象。

（3）液压油清洁度

按NAS 1638标准，要达到9级，见表2-1。

按ISO4406标准，要达到18/15，见表2-2。

表2-1 NAS1638污染度等级（100ml中的颗粒数）

18 / 15

1ml油液中尺寸大于15μm的颗粒数等级

1ml油液中尺寸大于5μm的颗粒数等级

下表为ISO4406规定的油液污染度等级数码和相应的颗粒浓度。

表2-2 ISO4406污染度等级数码

如果液压油工作温度很高，长时间达到了90℃，那么液压油的清洁度等级必须再提高一级。

泵车上设置了冷却器和高温保护电路，当温度传感器感受到的工作温度达到40℃时，电控系统令冷却风扇开始转动；当工作温度到了85℃时，强制泵送机构停止工作。所以工作温度总在85℃以下，清洁度按NAS 1638的9级或按ISO4406的18/15规定，可以满足工作要求。

为了保证进入主泵液压油的清洁度，在辅助泵吸油口上要设置一个绝对过滤精度为10μm的吸油过滤器。

5. 液压泵的变量控制

该液压泵为液控变量泵，排量大小与两个控制油路（油口Y1和Y2）的控制压力Pst有关，控制压力作用到伺服阀的某一侧，使阀芯产生一个与控制压力成正比的位移，使伺服阀与阀套之间产生微小开口量，使补油泵的压力油驱动变量活塞产生跟随运动，牵动斜盘摆动一定的角度，同时变量活塞杆带动伺服阀套也移动相同的距离，并使伺服阀开口量减为零，斜盘就稳定在相应的倾角上，液压泵就以某一确定的排量工作。由于控制压力无级可调，所以闭式液压泵排量也就可以无级可调。

当控制压力作用到伺服阀阀芯的另一侧时，斜盘反向倾斜，液压泵进出油口发生反转。这样就可以控制执行元件反向运动。

控制压力

控制压力Pst=6~18bar（油口Y1和Y2）

变量起点6 bar

变量终点18 bar（最大排量Vgmax）

之所以控制压力在-6bar~+6bar范围内存在死区，主要原因是由于伺服缸活塞杆两侧的弹簧在中位时有预压力。