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1、 学习情境二 复杂机械的液压传动 学习目标：通过对本学习情境系列工作任务的教学实施，使学生了解常见汽车起重机 等复杂机械的工作过程，掌握其液压传动系统的组成、结构原理；熟悉各液压元件的性能 与使用；能分析其液压系统常见故障产生的原因并具有一定的调试能力。工作任务二 履带车辆的转向液压传动 一、履带车辆的转向系统工作原理 1 特点:与轮式行驶系统相比，有如下特点：一是支承面积大，接地比压小。因此履带车辆适 合在松软或泥泞场地进行作业，下陷度小，滚动阻力 也小，通过性能较好。二是履带支承面上有履齿，不易打滑，牵引附着 性能好，有利于发挥较大的牵引力。三是结构复杂，重量大，运动惯性大，缓冲性能 差，
2、“四轮一带”磨损严重，造价高，寿命短。因此 履带车辆的行驶速度不能太高，机动性能也较差。四是履带车辆还可在高温场地工作，加之其“低 比压”、“大牵引力”的突出优点是轮式车辆无法代替的 2、转向系统工作原理：发动机的功率分两路传递，一路通过齿轮 传到变速机构，由车辆根据需要换入所需挡 位；另一路由变量泵定量马达机组传到两侧两 个汇流行星排的太阳轮。然后，通过汇流行星 排将两路动力汇合后，分别通过两侧汇流行星 排的行星架输到两侧履带。因两侧太阳轮转动 方向相反，所以输出到两侧履带的转速大小不 相等，造成两侧履带产生速差而使车辆转向 二、转向液压传动系统 1 传动系统图：组成：变量柱塞泵、补油齿轮泵
3、、定量柱塞马达、换向阀、单向阀、溢流阀、油箱、油管和滤油器等。调速原理：该系统采用的是双向变量泵和定量马达组成的容积式调速方式，通过调节液压泵的排 罠汇流行呆排 门:心；门 量来改变液压马达的输出转速，以实现履 带车辆的双向无级转向。2、工作原理 当发动机带动变量泵 2转动时，液压 泵将发动机的机械能转换为液压能，输出 压力油，驱动马达 0 转动。调节变量柱塞 泵斜盘摆角的大小和方向，即改变液压泵 输出流量的大小和液流的方向，从而使马 达输出不同大小和方向的转速。马达回油 与变量泵的吸油口相通，形成闭式回路。由于泵、马达组成的是闭式液压回 路，为了补充闭式回路中因泄漏而造成的油液损失，系统中设
4、有补油系统，如齿轮泵 1、单向阀 4 和 5、定压溢流阀 11等；为了使补油系统循环并带走变量泵和定量马达工作中因 功率损失而产生的热量，控制油液的温度，系统中设有换向阀 8 和背压阀 9;为防止液压 系统过载，还设有安全溢流阀 6和 7。三、柱塞泵 1、特点:柱塞泵是依靠柱塞在缸体内往复运动，使密封容积产生变化来实现吸油和压油的。具有加工方便、配合精度高、密封性能好、容积效率高、压力高、结构紧凑、效率 高、流量调节方便等优点。根据其排列方向不同可分为径向柱塞泵和轴向柱塞泵。径向柱塞泵径向尺寸大，结构较复杂，自吸能力差，且配油轴受到径向不平衡液压 力的作用，易于磨损，这些都限制了它的转速和压力
5、的提高，因此目前应用不多。2、轴向柱塞泵的工作原理：原理图 组成：柱塞 5、缸体 7、配油盘 10和斜盘 1等零件 工作原理等复杂机械的工作过程掌握其液压传动系统的组成结构原理熟悉各液压元件的性能与使用能分析其液压系统常见故障产生的原因并具有一定的调试能力工作任务二履带车辆的转向液压传动一履带车辆的转向系统工作原理特点与轮式阻力也小通过性能较好二是履带支承面上有履齿不易打牵引附着性能好有利于发挥较大的牵引力三是结构复杂重量大运动惯性大缓冲性能差四轮一带磨损严重造价高寿命短因此履带车辆的行驶速度不能太高机动性能也较差四是履带率分两路传递一路通过齿轮传到变速机构由车辆根据需要换入所需挡位另一路由变
6、量泵定量马达机组传到两侧两个汇流行星排的太阳轮然后通过汇流行星排将两路动力汇合后分别通过两侧汇流行星排的行星架输到两侧履带因两侧太当缸体按图示方向转动时，由于斜盘和压板的作用，迫使柱塞在缸体内做往复运动，使各柱塞与缸体间的密封容积增大或缩小变化，通过配油盘的吸油窗口和压油窗口进行吸 油和压油。如果改变斜盘倾角 的大小，就能改变柱塞的行程长度，也就改变了泵的排量。如果 改变斜盘倾角的方向，就能改变泵的吸压油方向，就成为双向变量轴向柱塞泵。3、排量和流量 若柱塞数目为乙柱塞直径为 d，柱塞孔的分布圆直径为 D,斜盘倾角为 时，泵的排 量 V为：V=d2Dtg Z 4 设转速为 nB,容积效率为.，
7、则泵输出的实际流量为：q d2 Dtg Zn V 4 4、轴向柱塞泵的结构 I-眾祥 旳窘 崔心諭颦 1 惘套 E-制休 6 Rtilti&7IWJUM；a-i卜-”車*ft I I 抽点 12 w n Hi fir 临辭盘 IQ tttkx 17lbiIlf-W flt 四、液压马达 等复杂机械的工作过程掌握其液压传动系统的组成结构原理熟悉各液压元件的性能与使用能分析其液压系统常见故障产生的原因并具有一定的调试能力工作任务二履带车辆的转向液压传动一履带车辆的转向系统工作原理特点与轮式阻力也小通过性能较好二是履带支承面上有履齿不易打牵引附着性能好有利于发挥较大的牵引力三是结构复杂重量大运动惯性
8、大缓冲性能差四轮一带磨损严重造价高寿命短因此履带车辆的行驶速度不能太高机动性能也较差四是履带率分两路传递一路通过齿轮传到变速机构由车辆根据需要换入所需挡位另一路由变量泵定量马达机组传到两侧两个汇流行星排的太阳轮然后通过汇流行星排将两路动力汇合后分别通过两侧汇流行星排的行星架输到两侧履带因两侧太nM 二 q VM 理论转矩：Tt-PM VM 2 PM q pM VM nM 1、用途及分类 用途：液压马达是把液压能转换为机械能的元件，在结构上液压马达与液压泵是 基本相同的，但由于二者的任务和工作条件不同，所以在实际结构上存在一定的区别。分类：按结构也可分为齿轮式、叶片式和柱塞式三大类。节流阀的结构
9、：2、液压马达的主要性能参数 容积效率 设液压马达的排量为 匕，转速为 nM,不计泄漏损失，液压马达需要油液流量为 VMIM（理 论流量）。由于马达存在泄漏，故实际所需流量应大于理论流量。设马达的泄漏量为,则实际供给的流量为 液压马达的容积效率为理论流量和实际流量之比，则液压马达的容积效率为”VM nM V 转速 转矩 由机械损失造成液压马达实际输出转矩 T要小于它的理论输出转矩 Tt。机械效率m 总效率:液压马达的总效率为马达的输出功率 T2 nM和输入功率 PMq 之比，则 T2 nM 二 T2 nM pM VM 2 等复杂机械的工作过程掌握其液压传动系统的组成结构原理熟悉各液压元件的性能
10、与使用能分析其液压系统常见故障产生的原因并具有一定的调试能力工作任务二履带车辆的转向液压传动一履带车辆的转向系统工作原理特点与轮式阻力也小通过性能较好二是履带支承面上有履齿不易打牵引附着性能好有利于发挥较大的牵引力三是结构复杂重量大运动惯性大缓冲性能差四轮一带磨损严重造价高寿命短因此履带车辆的行驶速度不能太高机动性能也较差四是履带率分两路传递一路通过齿轮传到变速机构由车辆根据需要换入所需挡位另一路由变量泵定量马达机组传到两侧两个汇流行星排的太阳轮然后通过汇流行星排将两路动力汇合后分别通过两侧汇流行星排的行星架输到两侧履带因两侧太3、工作原理:等复杂机械的工作过程掌握其液压传动系统的组成结构原理
11、熟悉各液压元件的性能与使用能分析其液压系统常见故障产生的原因并具有一定的调试能力工作任务二履带车辆的转向液压传动一履带车辆的转向系统工作原理特点与轮式阻力也小通过性能较好二是履带支承面上有履齿不易打牵引附着性能好有利于发挥较大的牵引力三是结构复杂重量大运动惯性大缓冲性能差四轮一带磨损严重造价高寿命短因此履带车辆的行驶速度不能太高机动性能也较差四是履带率分两路传递一路通过齿轮传到变速机构由车辆根据需要换入所需挡位另一路由变量泵定量马达机组传到两侧两个汇流行星排的太阳轮然后通过汇流行星排将两路动力汇合后分别通过两侧汇流行星排的行星架输到两侧履带因两侧太 叶片式液压马达的工作原理 当压力油通入压油腔
12、后，在叶片 1、3(或 5、7)面上作用有压力油，另一面则为无压力油 作用，由于叶片 1、5 受力面积大于叶片 3、7,从而由于叶片受力差构成的力矩使转子和叶片 作顺时针旋转。叶片式液压马达的转子惯性小，动作灵敏，可以频繁换向，但泄漏量较大，不宜在低速下 工作。因此叶片式马达一般用于转速高、转矩 小、动作要求灵敏的场合。轴向柱塞液压马达的工作原理 由于斜盘倾斜角为，所以 F 可分解为两 个分力，一个轴向力 Fx，它和作用在柱塞上的 液压作用力相平衡，另一个分力 F它使缸体 产生转矩 五、减压阀 1、减压阀的工作原理 作用：使系统某一支油路获得比系统压力低而平稳的压力油的液压控制阀。分类：直动式
13、和先导式。原理：减压阀主要是利用出油口压力的反馈作用，自动控制阀口的开度，保证出 口压力基本上为弹簧调定的压力，因此，它也被称为定值减压阀。当出口压力 P2低于先导阀弹簧的调定压力时，先导阀呈关闭状态，使主阀芯上、下 腔油压相等，它在主阀弹簧力作用下 处于最下端位置。这时减压阀口 x 开 度最大，不起减压作用，其进、出口 油压基本相等。当 P2达到先导阀弹簧 调定压力时，先导阀开启，主阀芯上 腔油经先导阀流回油箱，下腔油经阻 尼孔向上流动，由于阻尼孔的减压作 用使主阀芯两端产生压力差。主阀芯 在此压差作用下向上抬起关小减压阀 口 X,阀口压降厶 p增加，又由于出口 压力为调定压力 P2，因而其
14、进口压力 pi值会升高，即 R=F2+A P(或 P2=Pi P)，减压阀开始起减压作用，使 出口压力 R稳定在调定压力上。等复杂机械的工作过程掌握其液压传动系统的组成结构原理熟悉各液压元件的性能与使用能分析其液压系统常见故障产生的原因并具有一定的调试能力工作任务二履带车辆的转向液压传动一履带车辆的转向系统工作原理特点与轮式阻力也小通过性能较好二是履带支承面上有履齿不易打牵引附着性能好有利于发挥较大的牵引力三是结构复杂重量大运动惯性大缓冲性能差四轮一带磨损严重造价高寿命短因此履带车辆的行驶速度不能太高机动性能也较差四是履带率分两路传递一路通过齿轮传到变速机构由车辆根据需要换入所需挡位另一路由变
15、量泵定量马达机组传到两侧两个汇流行星排的太阳轮然后通过汇流行星排将两路动力汇合后分别通过两侧汇流行星排的行星架输到两侧履带因两侧太2、减压回路 应用：某一支油路的工作压力低于系统的工作压 力。实例：夹紧机构中常用的减压回路。回路中串联一个减压阀，这样能使夹紧支路获得稳 定的夹紧力，当系统压力有波动时，减压阀出口压力可 稳定不变。图中单向阀的作用是当主系统压力下降到低于减压 阀调定压力（如主油路中液压缸快速运动）时，防止油 倒流，起到短时保压作用，使夹紧缸的夹紧力在短时间 内保持不变。为使减压回路可靠地工作，其减压阀的最高调定压 力应比系统调定压力低一定的数值。例如，中压系统约 低 0.5MPa
16、,中高压系统约低 1MPa 否则减压阀不能正常 工作。六、容积调速回路 1、特点 概念：利用改变变量泵或变量液压马达的排量来调节执行元件运动速度的回路称为 容积调速回路。分类：按油液循环方式的不同，有开式和闭式两种。根据液压泵与执行元件组合 方式的不同，容积调速回路有四种形式。优点：节流调速回路有节流或溢流损失，只适合于小功率液压系统。而容积调速 回路无溢流损失和节流损失，故效率高、发热少，适用于高压大流量的液压系统。2、变量泵一液压缸容积调速回路 图：a）系统组成图 b）负载特性曲线图 c）速度特性曲线图 等复杂机械的工作过程掌握其液压传动系统的组成结构原理熟悉各液压元件的性能与使用能分析其
17、液压系统常见故障产生的原因并具有一定的调试能力工作任务二履带车辆的转向液压传动一履带车辆的转向系统工作原理特点与轮式阻力也小通过性能较好二是履带支承面上有履齿不易打牵引附着性能好有利于发挥较大的牵引力三是结构复杂重量大运动惯性大缓冲性能差四轮一带磨损严重造价高寿命短因此履带车辆的行驶速度不能太高机动性能也较差四是履带率分两路传递一路通过齿轮传到变速机构由车辆根据需要换入所需挡位另一路由变量泵定量马达机组传到两侧两个汇流行星排的太阳轮然后通过汇流行星排将两路动力汇合后分别通过两侧汇流行星排的行星架输到两侧履带因两侧太转速:功率：PMN-PBN-PB VB nB 原理：改变变量泵 1的排量，即可调
18、节液压缸中活塞的运动速度。单向阀 2的作用 是当泵停止工作时，防止液压缸的油向泵倒流和进入空气。安全阀 3 起过载保护作用，背 压阀 6使液压缸运动平稳。特性：只要泵的排量和转速不变，液压缸的速度就不变，但当负载增加压力升高时，其泄漏量增加，使活塞速度明显降低。功率：PBN=PBVBnB 3、变量泵一定量液压马达调速回路 图：a)系统组成图 b)特性曲线图 原理：设液压马达的排量VM,转速为 nM,工作压力为PM,输出转矩为TM,;输出功率为PMN,若不考虑回路损失，则有：特性：(1)调节变量泵的排量便可调节液压缸的速度或液压马达的转速。由于变量泵的流 量可以调的很小，因此液压缸或液压马达可以
19、获得很低的速度，调速范围宽。(2)在不计系统损失和变量泵输出压力调定的情况下，从上述公可知，液压缸能输 出恒推力和液压马达能输出恒转矩。转矩：TM 等复杂机械的工作过程掌握其液压传动系统的组成结构原理熟悉各液压元件的性能与使用能分析其液压系统常见故障产生的原因并具有一定的调试能力工作任务二履带车辆的转向液压传动一履带车辆的转向系统工作原理特点与轮式阻力也小通过性能较好二是履带支承面上有履齿不易打牵引附着性能好有利于发挥较大的牵引力三是结构复杂重量大运动惯性大缓冲性能差四轮一带磨损严重造价高寿命短因此履带车辆的行驶速度不能太高机动性能也较差四是履带率分两路传递一路通过齿轮传到变速机构由车辆根据需
20、要换入所需挡位另一路由变量泵定量马达机组传到两侧两个汇流行星排的太阳轮然后通过汇流行星排将两路动力汇合后分别通过两侧汇流行星排的行星架输到两侧履带因两侧太4、定量泵一变量液压马达容积调速回路 图：a）系统组成图 b）特性曲线图 原理:转速：VB nB VM 转矩：PMV M TM=C 2 兀 功率：PM N=TM 2-nM 二 PBN 二定值 特性：调速范围较小，因为若VM调得过小，TM的值会很小，以致不能带动负载,造成液压马达“自锁”，故这种回路很少单独使用。5、变量泵一变量液压马达容积调速回路 图：a）系统组成图 b）特性曲线图 原理:JL1 等复杂机械的工作过程掌握其液压传动系统的组成结
21、构原理熟悉各液压元件的性能与使用能分析其液压系统常见故障产生的原因并具有一定的调试能力工作任务二履带车辆的转向液压传动一履带车辆的转向系统工作原理特点与轮式阻力也小通过性能较好二是履带支承面上有履齿不易打牵引附着性能好有利于发挥较大的牵引力三是结构复杂重量大运动惯性大缓冲性能差四轮一带磨损严重造价高寿命短因此履带车辆的行驶速度不能太高机动性能也较差四是履带率分两路传递一路通过齿轮传到变速机构由车辆根据需要换入所需挡位另一路由变量泵定量马达机组传到两侧两个汇流行星排的太阳轮然后通过汇流行星排将两路动力汇合后分别通过两侧汇流行星排的行星架输到两侧履带因两侧太若泵 2逆时针转动时，液压马达的回油及辅
22、助泵 9的供油经单向阀 4 进入主泵 2 的下 油口，贝U其上油口排出的压力油进入液压马达的上油口并使液压马达逆时针转动，液压马 达下油口的回油又进入泵 2 的下油口，构成闭式循环回路。这时单向阀 3 和 6 关闭；4 和 5 打开，如果液压马达过载可由安全阀 8 起保护作用。若泵 2顺时针转动，则单向阀 3 和 6 打开 4 和 5 关闭，主泵 2上油口为进油口，下油口为排油口，液压马达也顺时针转动，实现了液压马达的换向。这时若液压马达过载，安全阀 8 仍可起到保护作用。特性：是恒转矩调速和恒功率调速的组合。在低速段，液压马达的排量调至最大值 VMma，并固定不变（相当于定量液压马达），调
23、节变量泵的排量VB,液压马达的转速即由 0 升至 nM该段调速属于恒转矩调速。在高速段调节泵的排量固定为 VBmax（最大值），然后调节液压马达的排量，液压马达的 转速就由门M升至 nMma。该段调速属于恒功率调速。优点：由于液压泵和液压马达的排量均可调，因此调速范围大，适用于低速时要求输出大转 矩，高速时要求恒功率，且工作效率要求高调速范围要求大的设备，使用比较广泛。等复杂机械的工作过程掌握其液压传动系统的组成结构原理熟悉各液压元件的性能与使用能分析其液压系统常见故障产生的原因并具有一定的调试能力工作任务二履带车辆的转向液压传动一履带车辆的转向系统工作原理特点与轮式阻力也小通过性能较好二是履带支承面上有履齿不易打牵引附着性能好有利于发挥较大的牵引力三是结构复杂重量大运动惯性大缓冲性能差四轮一带磨损严重造价高寿命短因此履带车辆的行驶速度不能太高机动性能也较差四是履带率分两路传递一路通过齿轮传到变速机构由车辆根据需要换入所需挡位另一路由变量泵定量马达机组传到两侧两个汇流行星排的太阳轮然后通过汇流行星排将两路动力汇合后分别通过两侧汇流行星排的行星架输到两侧履带因两侧太