和记娱乐液压执行元件解读

 

2020-08-07 14:27

  液压执行元件解读_机械/仪表_工程科技_专业资料。第三章 液压执行元件 本章主要介绍液压系统中做旋转运动或做直线往复运动的执行 元件——液压马达和液压缸。本章是以后学习和分析液压基本回路 和系统的重要基础。 重点: 1. 液压马达的主要性能参数:压力

  第三章 液压执行元件 本章主要介绍液压系统中做旋转运动或做直线往复运动的执行 元件——液压马达和液压缸。本章是以后学习和分析液压基本回路 和系统的重要基础。 重点: 1. 液压马达的主要性能参数:压力、流量、转速、转矩、功率、 容积效率、机械效率、总效率; 2. 液压马达的选用。 3. 单活塞杆液压缸的工作原理和结构; 4. 液压缸基本参数的确定。 难点: 1. 液压马达的容积效率; 2. 单活塞杆液压缸的差动连接。 本章计划学时:4学时 液压马达和液压缸是将液压系统中的压力能转换成机械 能的能量转换装置,都是执行元件。液压马达驱动机构实 现连续的回转(或摆动)运动,使系统输出一定的转矩和 转速;液压缸实现直线往复运动,输出推力和速度。 第一节 液压马达(Motor) 液压马达和液压泵在原理上可逆,结构上类似, 但由于用途不同,它们在结构上有一定差别。常用 的液压马达有柱塞式、叶片式和齿轮式等。 一、液压马达的工作原理 以斜盘式轴向柱塞马达为例说明液压马达的工作原理。如图 4-1所示。 压力油 回油 图4-1轴向柱塞马达工作原理 1-斜盘 2-缸体 3-柱塞 4-配油盘 5-马达轴 ? 设第i个柱塞和缸体的垂直中心线夹角为θ,柱塞在缸体中的分 布圆半径为R,则在该柱塞上产生的转矩为 Ti Fy r Fy R sin Fx R tg sin 液压马达产生的转矩应是处于高压腔柱塞产生转矩的总和, 即 T Fx Rtg sin 随着θ角的变化,每个柱塞产生的转矩也发生变化,故液 压马达产生的总转矩也是脉动的,它的脉动情况和讨论液压泵 流量脉动时的情况相似。 二、液压马达的主要性能参数 (一)工作压力和额定压力 1.工作压力 液压马达实际工作时的压力。 2.额定压力 液压马达在正常工作条件下,按试验标准规定能连 续运转所允许 的最高压力。 (二)排量和流量 1.理论(或几何)排量 液压马达转一周,由其密封容积几何尺 寸变化计算而得的、需输进液体的体积。 2.空载排量 在规定的最低工作压力下,用两种不同转速测出流 量,计算出排量取平均值。 3.流量 液压马达在单位时间内,需输进液体的体积,也有理论 和实际流量之分。理论流量qT是指在没有泄漏的情况下,达到要求 转速所需输入液体的流量。其值由理论排量和转速计算而得。由于 有泄漏损失,实际输入的流量q必须大于理论流量。 (三)效率和功率 1.容积效率ηMv 马达的理论流量qT与实际输入流量q的比值。 Mv 式中:Δq—马达的泄漏量。 qT q qT qT q 2.机械效率ηMm 由于有摩擦损失,液压马达实际输出的转矩T小于理 论转矩TT。如果损失转矩ΔT,则实际输出转矩M和机械效率ηMm为 T TT T1 Mm T TT TT T1 TT 1 T1 TT 3.马达的总效率ηM M Mv Mm 4.马达的输入功率Pi Pi p q 5.马达的输出功率Po Po T 2 n T 式中:Δp—马达进、出口的压力差;ω,n—马达的角速度和 转速。 (四)输出的转矩和转速 1.液压马达轴理论输出的转矩Tt和实际输出的转矩T为 p V T 2 p V T 2 Mm 2.马达轴实际输出的转速n为 式中:V—马达的排量 n qT q M v VV 三、液压马达的类型 与液压泵类似,从结构上看,常用的液压马达有柱塞式、叶片式和齿轮式 等三大类。根据其排量是否可调,可分为定量马达和变量马达;根据转速高低 和转矩大小,液压马达又分为高速小转矩和低速大转矩马达等。另外,有些液 压马达只能作小于某一角度的摆动运动,称为摆动式液压马达。各类液压马达 。 图形符号见图4-2 (a)定量马达 (b)变量马达 (c)双向定量马达 (d)双向变量马达 (e)摆动液压马达 图4-2 液压马达图形符号 四、典型液压马达的结构和工作原理 1.齿轮液压马达 b h o1 K p a o2 h 图 4-3 齿轮马达工作原理图 2.叶片马达 1 5 2 p 4 3 图 4-4 叶片马达的工作原理 3.摆动式液压马达 摆动式液压马达是将油液的压力能转变成为摆动形式的机械能。 特点:动力是靠叶片的回转运动传递的,输出的是周期性的回转运动,单 叶片回转角小于300°,双叶片回转角小于150°,密封性差。 应用:低压、送料夹紧和回转夹具等辅助装置。 3 2 b 1 2 3 a 1 图 4-5 摆动液压马达工作原理 (a) 单叶片式 (b) 双叶片式 1 叶片 2-定子块 3-缸筒 单叶片和双叶片 摆动液压马达动画: 第二节 液压缸(Cylinder) 液压缸是将液压系统的压力能转换成直线往复运动形式的机械 能。它结构简单,工作可靠,在各种机械的液压系统中得到广泛应 用。 ? 分类: 根据常用液压缸的结构形式,可以分为活塞缸、柱塞缸和 伸缩 缸等。 ? 结构及工作原理 图4-6(a)是工程机械采用的一种单活塞杆液压缸,图4-6(b) 是它的图形符号。 1 2 34 3 5 A B 67 10 9 8 图 4-6(a)单活塞杆式液压缸基本结构 1-端盖 2-缸筒 3-支撑环 4、9、10-密封圈 5-活塞 6-导向套 7-防尘圈 8-活塞杆 (b) 一、液压缸的分类及其特点 (一)活塞式液压缸 1.双杆活塞缸(双作用) ① 特点:图形符号见图4-7。如果两腔分别通入相同流量和压力 油液时,则活塞往返两个方向的运动速度和推力均相等,即 F1 F2 A ( p1 p2 ) 4 (D2 d 2 ) ( p1 p2 ) Cm v1 v2 q 1 (D2 d2) Cv 4 ②应用: 缸体固定结构 活塞杆固定结构 图 4-7双活塞杆液压缸图形符号 2.单杆活塞液压缸(分单作用和双作用) ① 单作用特点及应用 ②双作用特点及应用 F1 p1 A1 p2 A2 4 [D 2 p1 (D2 d 2 ) p2 ] Cm F2 p1 A2 p A1 4 [(D 2 d 2 ) p1 D2 p2 ] Cm 式中:F1、F2—压力油分别进入无杆腔,有杆腔时的推力; p1、p2—高压腔、回油腔的压力; A1、A2—活塞无杆腔、有杆腔的活塞有效面积; D、d—活塞和活塞杆直径; ηcm—液压缸的机械效率。 , 如图4-8所示。如果液压缸容积效率为ηcv 其往返速度分别为 在活塞v1往复运4D动q速2 度有Cv一定要求的情况v2下,单(活D4塞2q杆 液d 2压)缸的C活v 塞杆 直径d通常根据无杆腔和有杆腔活塞有效面积比A1/A2(速度比)φ的要 求以及 缸内径D来确定。 v1 F1 A1 v2 1 v2 A2 v1 1 d 2 D F2 q p1 p2 p2 p1 q (a)从左腔通压力油 (b)从右腔通压力油 d D 1 图 4-8 液压缸推力和速度计算 ? 差动连接:当液压油同时通入单活塞杆液压缸的两腔时(图4-8),由于 作用在活塞两侧端面上的推力不等,无杆腔的作用力较大,使活塞杆向 右伸出,此时有杆腔排出的油液与泵供给油液汇合后进入液压缸的无杆 腔,从而提高了运动速度。这种工况称为差动连接,差动连接时的推力 F3和差动速度v3为 A1 A2 v3 F3 p1 ( A1 A2 ) Cm 4 [D2 (D2 d 2 )] p1 Cm q q p1 F3 4 d 2 p1 Cm 图 4-9 差动连接 v3 q q A1 Cv q 4 (D2 d 2 ) v3 4q v3 d 2 Cv ㈡ 柱塞式液压缸(单作用) 12 3 4 56 伸出靠油压,回程靠外力(成对使用)。 如图4-10,柱塞缸有下列特点: 1.结构简单,制造容易。 2. 应用:用于行程较长 的场合 87 图 4-10 (a) 柱塞式液压缸 1-缸体 2-柱塞 3-导向套 4-密封装置 5、6-密封压紧装置 7-防尘圈 8-泄油口 (b) 图形符号 ㈢ 伸缩式液压缸 1 23 4 B 5 6A 7 图 4-11 伸缩式液压缸结构示意图 1-活塞 2-套筒 3-小缸 4-套筒 5-大活塞 6-大缸 7-缸盖 ㈣ 增速缸 1 2 b I a II III 3 c 图 4-12 增速缸结构示意图 1-柱塞 2-活塞 3-缸筒 二 、液压缸的结构和设计计算 液压缸的设计是在对整个液压系统进行工况分析,编制了负载图,选 定了工作压力的基础上进行的。因此它首先根据使用上要求确定结构类型, 再依照负载的情况、运动要求、最大行程以及各种压力等决定主要尺寸,最 后再进行结构设计确定缸筒壁厚,验算液压缸的稳定性。 ㈠ 主要零件的结构 1. 缸体组件 缸盖尺寸没有严格规定, 一般根据经验来确定它 的尺寸,设计时可采用 类比法。缸筒和缸盖的 联接方式很多,常用的 有焊接、法兰,半环、 螺纹等联接(图4-13)。 (a) (b) (c) (d) 图4-13 缸筒和端盖连接结构 2. 活塞组件 活塞和活塞杆一般采用螺纹和半环联接(图4-14)。 3 2 1 (a) 3 2 4 1 45 (b) 12 3 (c) (d) 图 4-14 活塞和活塞杆连接的结构 ㈡ 缓冲装置 , 当液压缸所驱动的工作部件质量较大 移动速度较快时,由于具有的动量大, 致使在行程终了时,活塞与端盖发生撞击,造成液压冲击和噪声,甚至严重影响工作 精度和发生破坏性事故,因此在大型、高速或要求较高的液压缸中往往须设置有缓 冲装置,如图4-15。 δ v 1 (a) 2 (b) 1 (c) 图 4-15 液压缸的缓冲装置 当液压系统长时间停止工作,系统中的油液由于本身重量的作用和 其它原因而流出时,易使空气吸入系统,如果液压缸中有空气或油中混 入空气,都会使液压缸运动不平稳,因此一般在工作前应使系统中的空 气排出,为此可在液压缸的最高部位(那里往往是空气聚积的地方)设置 排气装置 排气装置通常有两种:一种是在液压缸的最高部位处开排气孔,并用 管道连接排气阀进行排气,当系统工作时该阀应关闭(图4-16 a)。另 一种是在液压缸的最高部位处装排气阀(图4-16 b、c) 1 2 3 (a) 4 (b) 图 4-16 排气装置 1-缸盖 2-放气小孔 3-缸筒 4-活塞杆 (c) 二、液压缸的设计计算 □设计液压缸需要注意的问题 1) 要尽量缩小外型尺寸,使结构紧凑; 2) 设计活塞杆最好受拉,不受压,以免产生纵向弯曲; 3) 选择合适的密封方式,减小摩擦损失,提高密封效果,防止泄漏; 4) 根据具体情况适当考虑缓冲装置(防止终了活塞杆端部与缸盖撞击)和排气装 置。 (一) 液压缸主要尺寸的确定 液压缸的主要尺寸有缸筒内径、活塞杆直径和缸筒长度等。 1. 缸筒内径 根据负载大小和选定的工作压力、运动速度和输入流量,按本章有 关公式计算确定后,再从GB/T2348-93标准中选取相近尺寸加以圆整。 2. 活塞杆直径 按工作时受力情况来决定,见教材表4-2。对单活塞杆液压缸,值 也可由和速度比来决定。按GB/T2348-93标准进行圆整。 ? 3. 缸筒长度L≤(20-30)D H L A CB d D K 图 4-17 最小导向长度 由最大工作行程决定及结构上的需要确定,液压缸筒长度=活塞行程+活塞 长度+活塞导向长度+活塞杆密封及导向长度+其它长度。其中活塞长度B= (0.6~1)D;活塞杆导向长度A=(0.6~1.5)d。其它长度是指一些特殊装 置所需长度,例如液压缸两端缓冲装置所需长度等。对某些单杆活塞缸有时 提出最小导向长度H的问题,见图4-17,要求 H L D 20 2 式中 L—活塞最大行程; 其它符号见图。为了满足这一要求,图中增加一个环C。 ? 3.液压缸强度计算与 校核 ? 对于液压缸的缸筒壁厚、端盖处固定螺钉的螺纹强度和活塞杆直径,在高 压系统中,必须进行强度计算。 ? 对于液压缸的缸筒壁厚、端盖处固定螺钉的螺纹强度和活塞杆直径,在高压 系统中,必须进行强度计算。 ? (1)缸筒壁厚计算 ? 在中、低压液压系统中,缸筒壁厚往往由结构工艺要求决定,一般不要求校 核计算。在高压系统中,可按下列情况分别进行计算。 ? 当缸筒壁厚δ/D ≤0.08时, ? 可按薄壁缸筒的实用计算公式计算,即 ? pmax D 2 ? 当壁厚δ/D =0.08~0.3时 pmax D 2.3 3 pmax ? ? 当壁厚δ/D ≥0.3时 ? D 2 0.4 pmax 1.3 pmax 1 式中:pmax—最高允许压力(MPa),当额定压力pn≤16MPa时,取pmax=1.5; 当额定压力pn>16MPa时,取p max=1.25;军用产品规范规定pmax=(2~2.5) ? ? — 缸筒材料的许用应力 n-安全系数,n=5(薄壁) b / n(MPa),σb为缸筒材料的抗拉强度(MPa) (2)活塞杆的稳定性校核 活塞杆受轴向压力作用时,有可能产生弯曲,当活塞杆最大工作负荷达到或 超过某一临界负荷时,会出现压杆不稳定现象。临界负荷的大小与活塞杆长度和 直径以及液压缸的安装方式等因素有关。当液压缸安装长度l≥(10~15)d时, 须考虑活塞杆的弯曲稳定性验算。活塞杆通常是细长杆体,因此活塞杆的弯曲计 算一般可按“欧拉公式”进行。 活塞杆弯曲失稳临界负荷,可按下式计算 2 E J 106 Fcr K2 l2 (N) ? 在弯曲失稳临界负荷时,活塞杆将纵向弯曲。因此活塞杆最大工作负荷 应按下式验证 F Fcr ncr ? 式中:K—安装及导向系数,其值见表4-1; ? E—活塞杆材料的弹性模数(MPa),钢材:E=210×103(MPa); ? J—活塞杆横截面惯性矩(m4);圆截面: J d 4 0.049 d 4 (m4); ? ncr—安全系数,一般取;ncr=2~6 64 ? l—安装长度,其值与安装方式有关,见表4-2。 表 4-1 液压缸安装及导向系数 安装形式 类型 l F l l F K l l F 一端自由,一端刚性固 定 两端铰接,刚性导向 l l F 一端铰接,刚性导向。 一端刚性固定 l 两端刚性固定和导向 安装及导向系数 k=2 k= 1 k≈0.707 k=0.5

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