Lesson20TheHydraulicSystemandEquipment.docx

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Lesson20TheHydraulicSystemandEquipment

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第20课液压系统和液压设备

HydraulicSystems液压系统

Hydraulicsystemsaremadeupofanoiltank,pumps,controlvalve,hydraulicmotorandpipework.Theoiltankandpumpiscommontoallequipmentactingasacentralpumpingunit.Threedifferentbasiccircuitsareused,employingeitherlowormediumpressureoilsupplies.

液压系统由油箱、油泵、控制阀、液压马达和管路构成。

油箱和油泵作为中央泵组，为所有设备公用。

无论是低压还是中压供油单元中，都采用三种基本的回路。

Theopenloopcircuittakesoilfromthetankandpumpsitthroughacontrolvalveintothehydraulicmotor.Theexhaustoilreturnstothetankandinneutraltheoilbypassesthehydraulicmotor.Thelivelinecircuitmaintainsahighpressurefromwhichthecontrolvalvedrawspressurizedoiltothehydraulicmotorasandwhenrequired.Theclosedloopcircuithastheexhaustoilreturnedtothepumpsuction.Thepumpisofthevariabledeliverytype,providingmaximumflexibilityinoilsupplytotheequipment.Lowpressuresystemsusetheopenloopcircuitandaresimpleindesignaswellasreliable.Theequipmentishoweverlarge,inefficientinoperationandoverheatsafterprolongeduse.Mediumpressuresystemsarefavoredformarineapplicationsusingeithertheopenorclosedcircuit.Smallerinstallationsareoftheopenloopcircuittype.

开式回路从油箱吸油，并经过控制阀将油泵送到液压马达。

排油回到油箱，在中位时，经过液压马达油液旁通。

在需要的情况下，根据液压系统的要求，控制阀将压力油送至液压马达，这部分液压管路一直保持高压。

在闭式回路中排油回到泵的吸入口。

油泵是变量式油泵，使得向设备的供油有了极大的灵活性。

低压系统多采用开式回路，并且设计简单，工作可靠。

然而设备体积大，操作效率低，长时间运行会发热。

船用装置中，无论是开式回路还是闭式回路，采用中压系统都是最适合的。

小型装置采用开式回路。

Manyreasonscanbesuggestedfortheuseofhydraulicsystemsinmarineengineering:

轮机工程方面采用液压系统的理由：

（a）Aconvenientmethodoftransferringpoweroverrelativelylongdistancesfrom,say,acentralpumproomtoremoteoperatingsitesintheship:

wherenecessary,completelocalcontrolofoperationscanbeachieved;

A.在相当长的距离上，比如说从船上的中央泵到遥控处所，是方便的传动方式，当必要时可以实现完全的机旁控制。

（b）Fullyvariablespeedcontrolofbothlinearandrotarymotion,withgood“inching”capabilityandsmoothtakeupofload;Inallcasespoweriscontinuouslytransmittedwhilstspeedchangestakeplace;

B.在直线运动和回转运动上可以实现无级变速，具有良好的微速性能和平稳的负载能力，在任何变速情况下都可以连续地传递动力。

（c）Highstaticforcesortorquescanbeachievedandmaintainedindefinitely；

C.可以实现并长时间保持静态力或者静扭矩

（d）Completesafetyandreliabilityisassuredunderthemostdifficultenvironmentalconditions;overloadconditionsaresafeguardedbyusingareliefvalvetolimitmaximumoutputtorquesorforces;

（的）.在最恶劣环境下可以保证安全性和可靠性；通过使用安全阀限制最大力矩或最大力的输出从而防止超负荷。

（e）Significantcostsavingscanbeshownoveralternativesolutionsformanyrequirements.Inpracticalterms,fourmaincategoriesofequipmentcanbedefinedinordertoachievethispowertransmission:

E.为满足这些需要，与其他替代方案比较可以节约大量的成本，实际上，可以定义4种实现（液压）传动所需的主要设备：

（i）Thehydraulicpumptoconvertmechanicalintohydraulicenergy；

（i）液压泵将机械能转变为液压能；

（ii）Valvestoallowthishydraulicenergytobecontrolled；

（ii）阀件使得液压能得到控制；

（iii）Hydrauliccylinderstoconvertthehydraulicenergyintolinearforceandmotion（semi-rotaryactuatorsachievepartrotation）；

（iii）液压缸将液压能转变为直线的力和运动（半回转执行器可以实现部分回转运动）；

（iv）Hydraulicmotorstoconvertthehydraulicenergyintocontinuousrotarymotion.

Althoughsystemsaredesignedtosuitparticularapplications,basiccircuitscanbeidentifiedwhichillustratethemainprinciplesandalternativetypes.

（iv）液压马达将液压能转变为连续的回转运动。

虽然系统的设计适用于特定的装置，然而还是可以看出说明主要原理的基本回路和其他可选形式。

AxialPistonPumps轴向柱塞泵和轴向柱塞马达

Anumberofbasictypesofpistonequipmentareavailable.Inallcases,thepumpingactionisachievedwithreciprocatingpistonsandinthemajorityofdesignsvariableoutputflowcapacityisreadilyobtained—themethoddependinguponthedetailedgeometryofthemachine.ThesimplestdesignisusuallydescribedastheswashplatetypeandtheconceptisillustratedinFig.20-1.

有多种基本形式的柱塞设备可供使用。

在所有的情况下，抽吸作用是通过活塞的往复运动实现的，在大多形式中可以实现变流量输出，变量方式依赖于机器的具体形状。

最简单的形式通常被称作倾斜盘式，其原理如图20-1所示。

Multiplepistonsarepositionedaxiallyinarotor,whichisconnectedtotheprimemoverviathedriveshaft.Astherotorrevolves,thecylindersfollowthepathofthekidney-shapedinletport.Theangleoftheswashplatecausesthepistonstomoveinthecylinderboresawayfromthekidneyport,thusallowingfluidtoenterthecylinder.Furthermovementbringsthecylinderontothepathoftheoutletkidneyportandcausesthepistontomovedownwards;thisexpelsfluidthroughtheoutletport.Boththerotorfaceandthe“slipperpads”onthepiston’sendsarepressurebalancedandlubricatedtominimizepowerlosses.Withvariablecapacityunitstheangleoftheswashplateisalteredandtheoutputflowvariedproportionally.Iftheswashplateismoved“overcenter”,thedirectionoftheflowisreversed.

多个柱塞轴向布置在转子内，转子通过驱动轴与原动机相连。

当转子转动时，柱塞缸沿肾形进油口运动。

倾斜盘的角度使得柱塞在柱塞缸内孔中运动远离腰形口，这样使得液体进入缸内。

进一步的转动使柱塞缸沿肾形出口运动，并使柱塞向下运动，这样通过出口排出液体。

转子端面和柱塞端部的滑块都压力平衡并且得到润滑，以尽量减小功率损失。

通过变量机构改变倾斜盘的角度，输出流量就会按比例改变。

如果倾斜盘移动超过中位，液流的方向将会改变。

Thebasicsimplicityofthistypeofequipmentallowsacompactvariablecapacityunittobeproducedcapableofoperatingaspumpormotorineitherdirectionofrotation.Thecontrolcanbereadilyadaptedforoperationbymeansofhandwheelsorleversorforremoteactuationbyelectrical,hydraulicorpneumaticsignals.Also,arangeofautomaticorsemi－automaticcontrolscanbeincorporatedtosimplifytheoperator’staskandimprovesafetywhilstincreasingworkrates.

这种设备的简单性使得紧凑的变量设备可以作为泵或者马达在任一方向上回转。

控制易于通过手轮或者控制杆实现，或者通过远距离的电动、液压、气动信号驱动实现。

另外，还可以包括一系列自动或者半自动的控制元件以简化操作者的任务，提高工作效率同时提高安全性。

Asecondformofswashplatepumpemploysastationaryblockcarryingthepistonswhichareoscillatedthrougharotatingswashplatemechanism.Inputandoutputflowpassesthroughnon-returnvalvesconnectedtotheindividualcylinders.

另一种倾斜盘泵采用一个静止的缸体，缸体内的柱塞由旋转的倾斜盘机构带动往复运动，液流通过与各缸相连的单向阀吸入和排出。

ThethirdformisparticularlywellestablishedinContinentalEurope.Inthisdesigntherotatingcylinderbarrelorrotoristilted（togetherwiththeportingfaces）atanangletotheinputdriveshafttoproducethebasicpistonoscillation.

第三种形式在欧洲大陆应用广泛。

这种形式中，旋转的缸体即转子（与配油口平面一起）与输入轴成一定角度倾斜，这样产生活塞的往复运动。

Thisdesignproducesparticularlycompactfixedcapacityunitsbutleadstogreaterbulkwithvariablecapacitytypes,sincethecompleterotorbearingassemblyhastobeswungaboutthedriveaxis.

既然整个转子轴承组件不得不绕驱动轴摆动，这种设计产生了特别的紧凑定量泵但是导致了不同排量泵的大量生产。

Otherequipmentusingeccentriccamsforpistondriveisusuallyofsmallercapacity,butdirectdrivefromanelectricmotorat1,440r/minispossible.Withthistypeofpumppressuresexceeding690bar（10,000lbf/in2）areregularlyachieved.

另有用偏心凸轮驱动柱塞的装置，通常体积较小，但可以由1440r/min转速的电机直接驱动。

这种形式的泵通常可以实现超过690bar（10000磅）的高压。

Motors马达

Mostdesignsofpositivedisplacementmechanismarecapableofactingaspumpormotor.Theprinciplesofpumpinghavebeendescribedabovebutifinsteadofdrivingtheshaft,fluidisintroducedintotheinletportatsomepressuretheninmanydesignsthemechanismwillrotateandinturndrivetheshatTheefficiencyachievedforthisactiondependsuponthemechanicalarrangement.

大多数形式的容积式装置可以用作泵或者马达。

泵的原理前面己经说过，然而，如果不是驱动轴（转动），而是将油液以一定的压力引入进口，那么大多数形式的装置将会旋转，从而带动轴（转动）。

这样实现的效率依赖于机械布置。

Severalparticularunitdesignsarewidelyemployed.Obviously,therelativelylowoutputtorquefromthemajorityofpumpmotorequipmentresultsintherequirementforsomeformofspeedreductiongearboxinmanycasestoachieveacceptabletorquelevelsforwinchdrivesforinstance.Thisarrangementcanbeentirelysatisfactorybutanalternativeapproachisalsopossibleusingequipmentofinherentlylowerspeedandhigheroutputtorquecapability.Anumberofdifferentdesignsof“slowspeed”motorsareavailableandarecommonlyusedinmarinesystemssuchaswinchdrives.

然而某些广泛使用的形式中，是不允许反转的，这将在后面讲述。

外齿轮式、叶片式和轴向柱塞式的几何结构通常是可逆使用的，它们在用作泵和马达时具有细节上的差别以在各自用途下获得较好的性能。

显然，由于大多数泵用作马达时产生的扭矩输出相对较低，这使得在很多情况下需要某种形式的减速齿轮箱以获得可接受的扭矩，比如用于驱动绞盘时。

这样的布置完全可以令人满意，但另一种方法是使用自身具有低转速、大扭矩输出的设备。

PressureControlValves压力控制阀

Therearetwomaintypesofpressurecontrolvalve－reliefandreducing.Thebasicdifferencebeingthatthereliefvalveisclosedbyaspring,andthereducingvalveopenedbyaspring.

压力控制阀主要有两种：

安全阀和减压阀，它们基本的区别是，安全阀由弹簧关闭，而减压阀由弹簧打开。

（a）ReliefValves（a）安全阀

Theseareusedtoprotectthesystemfromoverpressure.Thedirectactingreliefvalveisusedforcontrollinglowflowsupto172bar（2,500lbf/in2）orhigher.Forhigherpressuresandlargerflows,pilotoperatedvalvesareused.Thistypeofvalve,inconjunctionwithavariableorificeandsuitablecircuitry,canalsobeusedforbleed-offcontrol.

Thepressureatwhichthevalveopensandcontrolscanbeadjustedbyalteringthepreloadofthepilotvalvespring.

安全阀用来保护系统以免超压。

直接作用式安全阀用于172bar或者压力更高些的小流量系统，对于更高压力的大流量系统，采用先导式安全阀。

这种形式的阀装有可调节流孔和适当的回路，也可以用作溢流控制。

启阀压力和控制压力可以通过改变先导阀弹簧的预加载负荷来进行调整。

（b）ReducingValves（b）减压阀

Theseareusedtolimitthepressureinanyparticularportionofthecircuit,andagainmaybeofdirectactingorpilotoperatedtypes.

Directactingvalvesareusedmainlyforprovidingalowflowandreducedpressureforpilotoperationofothervalvesandforcertaintypesofremoteorsequencingcontrol.

Pilotoperatedunitsareusedforgreaterflows,andtolimitthepressureappliedtocertainequipmentinthecircuit.Whenusedinconjunctionwithasuitableorifice,theymayalsobeusedtocontrolorlimitflowaswellaspressure.

减压阀用于限制回路中的某一部分的压力，同样可能以是直接作用式或者是先导式的。

直接作用式减压阀主要用于提供小流量的减压压力，用于其他阀件的控制操作以及某些形式的遥控或者顺序控制。

先导式减压阀用于较大流量场合，并且限制回路中施加于某些设备的压力。

当与合适的孔口配合使用时，它们除了用于控制限制压力，同样也可以用来控制或者限制流量。

FlowControlValves流量控制阀

Therearethreemainvariantsofthistypeofcontrol.

主要有三种流量控制阀：

（a）Restrictor（a）节流阀

Asimpleneedlevalve,creatingavariablerestrictioneffectivelycontrolsflowifused