制桶设备液压与气压传动系统的使用与维护(1)

杨文亮

在制桶设备中，目前已广泛应用了液压传动和气动传动系统，其两种传动方式的基本原理是相同的。因为液压传动在制桶设备中的应用更为广泛，远远超过了气压传动，而且从使用和维护的复杂程度上来讲，液压传动比气压传动更难以掌握。所以在这里我们主要学习液压传动系统，气压传动系统根据其不同特点作以简单介绍。

第一章 液压（气压）传动的原理及特点

一、液压（气压）传动系统的基本原理

1、液压（气压）传动的基本原则

液压系统中油液的压力由外界负载作用而形成，如图1所示。压力（p）的大小与外界负载（F）大小及作用面积（A）有关，即

由上式可见，油液压力的大小将随外负载的变化而变化，这是液压传动中的一个重要的基本概念。即单位面积上的外负载越大，油压就越大。

图1 压力的形成

液压传动的基本工作原理是容积变化相等的理论。假设液体是不可压缩的，于是，在液压传动系统中运动的传递遵循“容积变化相等”的原则。

图2 运动和压力的传递

如图1所示，在活塞1和活塞2上分别作用力F1和F2，活塞面积分别为A1和A2，位移分别为L1和L2。由于流体不可压缩，所以活塞1下行扫过的容积等于活塞2上行扫过的容积，即：

将该式两端同除以时间t，经整理得：

此式为运动速度传递的基本方程。即速度与活塞面积与反比。（液压机械快速反应原理）

液压传动中力的传递遵循帕斯卡原理：在密闭容器内，施加于静止液体上的力以等值传到液体的各点。两个活塞的压力传递关系是：，即

即：

此式为运动压力传递的基本方程。即压力与活塞面积成正比。（千斤顶的原理）

在制桶设备液压传动系统中使用的动力元件和执行元件（各种液压泵、液压马达和液压缸）都是容积式的，它们依靠密封容积大小的变化进行工作。液压泵输出的流量等于进入执行元件的流量与经各种阀流回油箱的流量之和，即液体体积的变化相等。

2、制桶机械液压传动系统的基本原理

现以图3所示一驱动制桶设备工作台的液压传动系统为例，说明这它们的工作原理。它由油箱1、过滤器2、液压泵3、溢流阀4、换向阀5、节流阀6、换向阀7、液压缸8以及连接这些元件的油管、管接头等组成。该系统的工作原理是：液压泵由电动机带动旋转后，从油箱中吸油，油液经过滤器2进入液压泵的吸油腔，当它从液压泵中输出进入压力油路后，在图3（a）所示的状态下，通过换向阀5、节流阀6、经换向阀7进入液压缸左腔，此时液压缸右腔的油液经换向阀7和回油管排回油箱，液压缸中的活塞推动工作台9向右移动。

如果将换向阀7的手柄移动成图3（b）所示的状态，则经节流阀的压力油将由换向阀7进入液压缸的右腔，此时液压缸左腔的油经换向阀7和回油管排回油箱，液压缸中的活塞将推动工作台向左移动。因而，换向阀7的主要功用就是控制液压缸及工作台的运动方向。系统中换向阀5若处于图3（c）所示的位置，则液压泵输出的压力油将经换向阀5直接回油箱，系统处于卸荷状态，液压油不能进入液压缸，所以换向阀5又称为开停阀。

图3 制桶设备液压传动系统的工作原理图
1－油箱 2－过滤器 3－液压泵 4－溢流阀 5、7－换向阀 6－节流阀 8－液压缸 9－工作台

工作台的移动速度是通过节流阀6来调节的，当节流阀的开口大时，进入液压缸的油液流量就大，工作台移动速度就快；反之，工作台移动速度状减小。因而，节流阀6的主要功用是控制进入液压缸的流量，从而控制液压缸活塞的移动速度。

液压缸推动工作台移动时必须有一定的油液压力，而在图3所示系统中液压泵出口处的油液压力是由溢流阀4决定的，所以溢流阀在液压系统中的主要功用是控制系统的工作压力。

通过上述例子可以看出液压传动的基本特征是：以液体为工作介质，依靠处于密封工作容积内的液体压力能来传递能量；压力的高低取决于负载；负载速度的大小取决于进入液压缸的流量；压力和流量是液压传动中最基本、最重要的两个参数。

液压传动是得用液体压力能来传递力的一种传动形式，液压传动的过程是将机械能进行转换和传递的过程。

二、液压（气压）传动系统的组成和特点

1、液压（气压）传动系统的组成

从上述例子中可以看出，一个完整的液压系统由以下五部分组成。

（1）动力装置（能源装置）：将电动机输出的机械能转换成液体的压力能的装置。一般最常见的是液压泵（气压传动是空气压缩机）。

（2）执行装置：把液体的压力能转换成机械能的装置，一般指做直线运动的液压缸、做回转运动的液压马达等（气压传动是气缸和气动马达）。

（3）控制调节装置：对液压系统中液体的压力、流量和流动方向进行控制和调节的装置，如溢流阀、节流阀、换向阀等（气压

传动还有减压阀）。这些元件的不同组合可以组成能完成不同功能的对液压系统进行控制或调节的装置。

（4）辅助装置：指除上述三部分以外的其他装置，如油箱、过滤器、油管等（气压传动还有储气罐、分水滤气器、油雾器）。它们对保证液压系统正常工作起着重要的作用。

（5）传动介质：传递能量的液体，即液压油（气压传动是压缩空气）。

如图3所示的液压传动系统的工作原理是半结构的，它直观性强，容易理解，但难于绘制。在实际工作中，除少数特殊情况外，一般都采用国标所规定的液压图形符号来绘制，如图4所示，图形符号表示元件的功能，而不表示元件的具体结构和参数。使用图形符号既便于绘制，又可使液压系统简单明了。

图4 用图形符号表示的制桶设备液压传动系统的工作原理图
1－油箱 2－过滤器 3－液压泵 4－溢流阀 5、7－换向阀 6－节流阀 8－液压缸 9－工作台

2、液压（气压）传动的特点

液压、气压传动与机械传动、电气传动等相比有很多不同之外，液压与气压传动均属流体传动与控制，它们有共同的优缺点。但由于液体与气体的来源不同，可压缩性也相差甚远，故液压与气压传动又有各自的特点。

（1）共同的优点

·各种组成元件，可根据需要方便、灵活地布置。

·操纵控制方便，可实现大范围的无级调速。

·容易实现自动化。

·可实现过载保护。

·各种组成元件易于实现系列化、标准化和通用化，便于系统设计、制造。

·可以减少振动与冲击，能高速启动、制动和换向。

·很容易实现直线运动。

（2）共同的缺点

·由于传动介质易泄漏和流体的可压缩性，无法保证严格的传动比，气动尤为突出。

·系统传动效率不高。

·元件制造精度高，液压元件尤为如此，系统故障不易诊断排除。

（3）液压传动特点

·同样功率时，液压系统质量小，结构紧凑。同样体积下，液压系统能产生更大的动力。

·运动平稳且反应快，但液压传动有油液污染，因液体流动能量损失大而不能运程输送，对温度变化较敏感等问题。

（4）气压传动特点

·空气取自大气，排向大气，无成本费用，无污染。

·气体流动阻力损失远小于液体，流速快，反应灵敏，可以远程传输和控制。

·气压传动压力低、输出力小，运动不够平稳。

总的来说，液压与气压传动的优点是主要的，它们的一些缺点随着生产技术水平的提高正在被逐步克服。液压与气压传动技术在现代化制桶生产中有着广阔的发展前景。