上海工 程技術大學畢業設計（論文） ZXH54 型銑槽機設計 立柱部件設計 -1- 液壓系統 工業液壓系統環路 泵的作用當然是給油液提供壓力，從而為機器提供動力。而閥的作用是控制油液的流動，在需要的時間和地方提供動力。如圖 11.1 和 11.2 所示，簡單的說明“環路”是如何實現的：油從油箱出來，通過泵、閥、驅動部件，回到油箱。 圖 11.1 典型液壓回路 首先，大致的介紹一下圖 11.1（省略輸入機構）的回路，然后，通過上海工 程技術大學畢業設計（論文） ZXH54 型銑槽機設計 立柱部件設計 -2- 圖 11.2 包括輸入機構的簡單的細節，詳細的分析一下速度控制和換向閥的工作原理。 在圖 11.1 中，速度控制閥是打開的（閥的柱塞被推開），它允許回油通過 V 型槽（ 9）回到油箱。當機床運 動的時候，油從油箱里被抽出，按箭頭的方向通過 R1 到閥的進口（ 1），然后從（ 3）流出，進入液壓缸右手邊的末端，從而推動柱塞（和工作臺）向左運動。柱塞左邊受擠壓的油液通過（ 4）流出液壓缸，再通過滑閥上的槽（ 2）和 V 型槽（ 9）流回油箱。 當閥的狀態發生改變的時候，流過閥的油的流向也發生了改變，同時柱塞也移到了相反的方向。 圖 11.2 圖 11.1 中控制閥的放大 如圖 11.2a 所示（圖 11.1 中閥的放大），油從油箱（或泵）通過 R1 經（ 1）（ 3）進入液壓缸，推動柱塞向左運動；柱塞另一側的油從液壓缸流出，上海工 程技術大學畢業設計（論文） ZXH54 型銑槽機設計 立柱部件設計 -3- 經（ 4）（ 2）（ 9）和 R2流回油箱。注意油可以從（ 1）流入，但不能從（ 5）流入，因為它被臺階（ 8）擋住了，同樣的油也不能從（ 10）（ 12）流入，因為他們分別被臺階（ 11）和（ 13）擋住了。 在圖 11.2b 中，閥移位到了左邊。這只不過關閉了（ 1）而打開了（ 5），現在油通過 R1（ 5）（ 4）流入液壓缸的左側，與此同時液壓缸右側的油通過（ 3）流出，經（ 2）（ 9） R2 流回油箱。注意，如圖 11.2a 所示，油能像所述那樣流動，而在別處，它是被閥的柱塞上的臺階關閉的。 V 型槽是開在速度控制閥柱塞上的一個簡單的槽。輕微的旋轉柱塞可以減 小槽的尺寸，同樣也減少了流過槽的油液，因此可以改變液壓缸里驅動柱塞的速度和滑動工作臺的速度。當閥處在圖示 11.2c 所在位置時，沒有油從 V 型槽（ 9）流出，工作臺保持靜止，從泵中抽上來的油從回油槽（ 12）和空當（ 14）直接流回油箱。用這種方法停止工作臺，代替了完全切斷油路的做法，用卸荷的方法避免了油液的擠壓。 值得注意的是，擋住塞處于圖 11.2c 位置時，液壓驅動的往復運動停止，在控制閥柱塞上的空當（ 15）使油路（ 10）打開，油可以通過（ 10）流到油箱的另一端，從而實現工作臺的手動進給。也就是當工作臺通過手動后退 和前進進給時，由于柱塞的前后移動，液壓缸和管路里的油通過管路從一邊被擠壓到另一邊。這是很容易理解的，首先參考圖 11.2c，注意管路（ 10）和（ 15）是相通的，在參考圖 11.2a，想象這條路和圖 11.2c 一樣是相通的。當工作臺從右向左運動的時候，油液將從液壓缸流出，通過（ 4）（ 10）（ 15）和（ 10）的剩余部分向上經（ 3）流回液壓缸。當這一動作換向，工作臺自左向右運動時，油的流向也將換向，由（ 3）流到（ 10）經過（ 15）和（ 10）上海工 程技術大學畢業設計（論文） ZXH54 型銑槽機設計 立柱部件設計 -4- 的剩余部分到（ 4），從那里流入液壓缸的左端。 液壓泵 每一個液動系統使用一個或多 個泵增加油液的壓力。油液的壓力依次作用在液動系統的輸出部分。因此，常用壓力油來推動液壓缸內的柱塞和驅動液壓馬達的軸。 液動系統里泵的作用是增加油液的壓力，從而進行工作。一些液動系統使用低壓泵來工作 100 磅 /英寸 2或者更低。還有一些要求大功率輸出的場合，常常使用高壓泵 10000 磅 /英寸 2或者更高的。所以，我們可以看到每一個現代的液動系統至少使用一個泵來提高油液的壓力。 1 泵的種類 液動系統常用的三種泵： 1）回轉泵， 2）往復式泵， 3）離心泵。 簡單的液動系統可能僅僅只使用一種類型的泵。 因此，泵的選擇應該發揮它 最好的特性曲線以適應不同的特殊工作。有時為了和液動系統所需的泵的特性曲線相匹配，經常可以看見兩種類型的泵串聯。例如：離心泵可能用于給往復式的泵加壓，回轉泵則提供壓力油以控制變排量往復式泵的換向。 2 回轉泵 回轉泵有許多不同的樣式，是液壓系統中用的最為普遍的泵。目前，用的最普遍的回轉泵的形式有外嚙合齒輪泵、內嚙合齒輪泵、轉子泵、滑動葉片泵和螺桿泵。每一種泵都有各自適當的應用。 外嚙合齒輪泵（圖 11.3），他由在密封的殼體內相互嚙合的兩個齒輪組成。主動輪旋轉帶動從動輪的旋轉，主軸與上級泵的齒輪相聯接。當泵開上海工 程技術大學畢業設計（論文） ZXH54 型銑槽機設計 立柱部件設計 -5- 始工作 時，齒輪的轉動把殼體內的空氣擠出，擠入出油管。泵殼體內空氣的減少，在泵的吸油口處形成一個局部的真空。油液在大氣壓的作用下從外部油箱吸入泵的進油口，在那里油被密封在兩個嚙合齒輪和外殼之間。齒輪繼續轉動將油擠出泵體。 圖 11.3 外嚙合齒輪泵 1 出口 2 主動輪 3 工作腔，油被密封和帶動 4 進口 5 齒輪脫開區域，油從油箱 被吸入 6 齒輪嚙合區域，油被壓出 齒輪泵中壓力的升高是由于對油液的擠壓作用而產生的。因此，油液在齒輪進入嚙合的部分被排出泵體。在齒輪脫開嚙合的空間，形 成局部真空，使更多的油液被吸入泵體。外嚙合齒輪泵是一個定量泵，它的排量在給定的轉速下是個常數。而要控制圖 11.3 所示的齒輪泵的排量，唯一的方法就是改變軸的轉速。現在的齒輪泵可以提升的壓力大概是 3000 磅 /英寸 2。 3 滑動式葉片泵 這種類型的泵有許多葉片，在泵轉動的時候葉片可以在葉片槽中任意的滑動。電機帶動泵轉動，葉片在離心力、彈力和葉片底部壓力油的作用下，向外伸出，其頂部緊貼定子橢圓形的內表面上。在轉動的過程中，當上海工 程技術大學畢業設計（論文） ZXH54 型銑槽機設計 立柱部件設計 -6- 工作腔經過吸油口時，油液進入兩個葉片形成的腔內。并且被密封在工作腔內隨葉片轉動，直到達到出油口， 在那里油被壓出泵體進入出油管。 控制閥 壓力控制閥是用來保持液壓回路中各部分調定壓力的閥。壓力控制閥保持調定壓力的方法有下面兩種（ 1）轉移高壓油到低壓區域，從而限制高壓區的壓力。（ 2）限制流量。用于轉移油液的閥的類型有安全閥、溢流閥、單向閥、順序閥和卸荷閥。調節流量到另一區域的閥類可能是減壓型的。 壓力閥也可以定義為常閉式或常開式二通閥。溢流閥、順序閥、卸荷閥和單向閥是常閉式的二通閥，當它們在執行設定的功能時才部分或完全打開。減壓閥是常開式的二通閥，它的作用是限制和阻礙油液流入下一個區域。任何一種形式閥的動 作，可以看作是通過開啟一個自動的控制口來實現調定壓力的控制。當閥是由外部控制時，控制口往往是關閉的。卸荷閥就是一個這種類型的閥 它不是自動控制的，它需要一個外部的信號來控制。而溢流閥、減壓閥、單向閥和順序閥則可以通過內部的控制信號實現自動控制。 1 壓力控制閥的類型 一些常用的壓力控制閥有： 安全閥。安全閥通常是一個二通式的提升閥，它的作用是當油液的壓力接近于閥控制口調定壓力時，釋放一定得油也到別的地方，已達到控制壓力的目的。這種閥可以在超壓的情況下保護管路和液壓設備。 溢流閥。溢流閥是回路中該閥所聯結的區域 內限制可以施加的最大壓力的閥。 單向閥。單向閥的作用是使油液只能向一個方向流動，而不能反向流上海工 程技術大學畢業設計（論文） ZXH54 型銑槽機設計 立柱部件設計 -7- 動。 順序閥。順序閥的作用是使油液可以按一定的順序流入回路的多個部分。 卸荷閥。該閥允許壓力升到某一可調的設定值，然后只要控制油源在控制口處保持事先調定的壓力值，它就使液流旁路。 減壓閥。其作用是不管進油口壓力如何，保持出油口的一個降低了的穩定壓力。 2 速度控制 調速閥是用來控制執行機構的速度。早期的設計，執行機構速度的控制是通過控制每秒鐘抽取油液的多少來實現的。它需要一個變量泵來控制流量，但對于大多數的回路來說，使用 一個定量泵和速度控制閥來改變流速是比較實際的。 3 流量控制的方法 這里有三種基本的形式關于應用調速閥來控制執行機構速度的方法：進口節流調速，出口節流調速和旁路節流調速。 進口節流調速用于進油控制。流量控制閥安裝在進油路上，串聯在定量泵和執行元件之間，調節和控制進入執行元件的流量。而泵提供的多余的油液通過溢流閥流回油箱。 流量控制閥安裝在進油管路里，控制一個方向的流量。控制閥必需在流量控制閥中或是與其并聯。如果想要在兩個方向上控制流速，流量控制閥就必需安裝在泵的出口，方向閥之前。 進口節流調速較高的精度，它使用 于克服連續載荷作用下運動的執行元件，例如在負載作用下垂直提升液壓缸或者以一個控制的速度推動負載。 出口節流調速使用在負載可能“失去控制”的場合。它調節和控制流上海工 程技術大學畢業設計（論文） ZXH54 型銑槽機設計 立柱部件設計 -8- 出執行元件的流量。 為了在兩個方向上控制流速，控制閥應該安裝在經過方向閥的出油管路上。但大多數的控制只要求單方向的，所以控制閥安裝在執行元件和方向閥之間。為使油缸快速退回，這里要求配置一個旁路單向閥。 旁路節流調速，在旁路節流調速回路中，流速控制不是在油泵的供油管路里，確定執行元件速度的是有泵傳遞給油箱的那部分流量。這樣泵可以在工作所需得的壓力下運行， 因為多余的油液可以通過流量控制閥流回油箱而不是溢流閥。 采用旁路節流時，被控制流量是進入油箱的流量，而不是進入液壓缸的流量，因而，由于工作載荷的變化，泵對液壓缸的供液量也會發生變化，這是一個缺點。 旁路節流調速不能用于出油回路中。 4 流量控制的類型 流量控制可以歸為兩個基本的類型：壓力補償型和非壓力補償型，后者常用在負載壓力相對穩定，進給率要求不太嚴格的地方。它們可能是一個簡單控制口或是一個可調的針形閥，也可能是類似允許油液反向流動的單向閥似的復雜元件。使用非壓力補償型的閥在有些情況下受到限制，因為通過控制口 的流量從本質上講與其兩端的壓力差（ P）的平方根成正比。這就意味著，工作負載的變化將會影響到進給率。 液壓動力在機床中的應用 液壓動力控制機床的這種應用并不是什么新鮮事，然而，液壓像現在這樣廣泛的使用，還是比較近期的事。事實上，正是現代整體泵的出現，上海工 程技術大學畢業設計（論文） ZXH54 型銑槽機設計 立柱部件設計 -9- 促進了這種機床操作形式的發展。 液壓機床具有許多的優點。第一，它可以提供相當寬范圍的無級變速控制。另外，它們還可以輕易的改變驅動方向就像改變速度一樣。因此，在許多其它類型的機床里，使用液壓系統可以簡化許多復雜的機械聯結，甚至將它們整體刪除。 液壓動力的適應性和順 應性是這種