5.1 Hydraulic System在线视频

大家好

在日常生活中

您有可能见过这么一个场景

汽车的轮胎被扎破了

需要卸下来修补

这时

维修人员会使用一个小小的液压千斤顶

压动这个杠杆

就能把汽车很轻松的顶起来了

同学们可能会有疑问了

哪怕是顶起1吨多重的小汽车

也需要很大的力啊

这其中隐藏着什么秘密呢

这一讲 我们就来说一说

个头小 本领大的液压系统

我们先总体了解一下

常见的几种船驱动或传动方式

从能量来源的角度讲

机械驱动方式主要有

内燃机驱动 蒸汽驱动 电力传动

液压传动和气压传动

首先看内燃机驱动

内燃机是指柴油机 汽油机和燃气轮机

它们主要用于驱动船舶 汽车等载运工具

这是我们很熟悉的了

其次看蒸汽驱动

蒸汽机 蒸汽轮机都是蒸汽驱动的机械

尤其是蒸汽轮机

在火电厂 核电厂中

广泛用来驱动发电机

也会在少数的液化气体船上用作主机

第三是电力传动

发电机发出的电驱动电动机转动

电动机再驱动机械设备运转

可以说电力传动是最常见的一种驱动方式

各种泵 风机等

几乎都是电力传动的

第四是液压传动

液压泵输出的压力油驱动液压马达或液压油缸

进而驱动工作机械

船上的起货机 锚机等甲板机械

和生活常见的铲车 吊车等

都会用到液压系统

气压传动和液压传动的道理类似

不再赘述

接下来

我们详细介绍一下在船舶甲板机械中

使用最广泛的液压传动

就以开篇提到的液压千斤顶为例

分析它的传动原理

液压千斤顶主要用于汽车维修

或工业建筑等方面

用来顶动重物

这是它的实物

这是它的传动系统

如果向下压动杠杆1

小活塞3会向下运动

使小液压缸2里面的油液产生压力

压力油经管路6 单向阀7进入大液压缸9

并推动大活塞上升

进而顶动重物

比如一辆汽车

这样就可以更换漏气的轮胎了

当向上抬起杠杆时

小活塞会对油液产生抽吸作用

促使单向阀4打开

经吸油管5从油箱12吸入油液

同时 单向阀7关闭

防止大液压缸中的油液回流

这样

适当的选择大 小活塞的面积和杠杆比例

用很小的力就能驱动很重的负载

我们来总结一下液压系统的组成

一是动力元件

它指的是液压泵

用来把机械能转换为液体的压力能

在这里

小活塞3和小液压缸2

就构成了一台往复式液压泵

只不过它是手动的

二是执行元件

它指的是液压缸或液压马达

用于把液压能转换为机械能

驱动机械做功

在这里

大活塞8和大液压缸9就构成了执行元件

三是控制元件

指的是各类液压控制阀

包括方向 流量和压力控制阀三类

其中 方向控制阀通过控制油液的流动方向

来控制执行元件的运动方向

流量控制阀通过控制油液的流量

来调节执行元件的运动速度

压力控制阀通过控制系统中的油压

来调节执行元件产生的力或力矩的大小

在这里

单向阀4是一种方向控制阀

它确保油液只能从下向上流动

四是辅助元件

包括油箱 滤器 换热器 油管等

另外 液压油作为传递液压能的媒介

还起着润滑 冷却 减振 防锈等作用

它对液压设备的性能和寿命也有着巨大的影响

由于液压泵和液压马达在液压系统中

发挥着至关重要的作用

下面我们来认识一下它们的基本结构

首先看液压泵

一般而言

容积式泵才能作为液压泵

常用的有齿轮泵 螺杆泵 叶片泵

柱塞泵等不同类型

这里主要介绍叶片泵和柱塞泵

根据转子每转一转 吸排油次数的不同

叶片泵分为单作用和双作用两类

这是单作用叶片泵

定子2的内表面是圆形的

转子1的中心与定子圆心存在一定的偏心距

转子每转一转 它吸排油一次

一般用作定量泵

这是双作用叶片泵

定子2的内表面是曲线

转子中心与定子中心重合

每转一转 它吸排油两次

一般用作变量泵

另一种常用的液压泵是柱塞泵

它分为轴向和径向柱两类

船上常用的是轴向柱塞泵

它又分为斜盘式和斜轴式

都适合用作变量泵

这是斜盘式轴向柱塞泵

它主要由转动的泵轴 缸体

柱塞和不转动的斜盘 配流盘等组成

改变斜盘的倾角方向

就可以改变油泵的排油方向

改变斜盘的倾角大小

就可以改变泵的流量

斜轴式轴向柱塞泵

与斜盘式的基本结构是类似的

只是泵轴相对于缸体是倾斜的

通过拨动中心连杆

改变缸体的倾角方向或大小

就可以改变泵的排油方向或流量

其次 我们来了解一下液压马达

就工作原理来说

液压泵是输出液压油的

如果对它输入液压油

它就变成了液压马达

这个动画就显示了这个特性

左侧这个是斜盘式

右侧这个是斜轴式

我们看红色的油液

排出油液的是液压泵

流入油液的就是液压马达

在这个过程中

我们还能看到

左侧油泵或油马达的斜盘倾斜方向一旦变化

油流方向就改变了

根据转速范围的不同

液压马达有高速和低速之分

高速液压马达主要有齿轮式

螺杆式 叶片式和轴向柱塞式

它们的结构和相应的液压泵大同小异

低速液压马达主要有径向柱塞式和叶片式

常用的是径向柱塞式

有活塞连杆式 五星轮等常见的类型

这里不再一一介绍了

下面我们来学习液压马达的几个关键指标

包括排量 流量 转速 扭矩和功率

排量小q

是液压马达每转一转所需要油液的体积

它是结构参数

流量大Q

是单位时间内输入液压马达的油液体积

它等于排量小q乘以转速n

是工作参数

反过来

转速n就等于流量大Q除以排量小q

这意味着

要想改变液压马达的转速

就可以通过改变流量或排量来实现

扭矩M

等于系统的油压小p乘以马达的排量小q

再除以2π

这表明

在排量一定时

压力越高

液压马达的扭矩就越大

液压马达的输出功率大P

等于2π乘以转速n再乘以扭矩M

也就是等于压力小p乘以流量大Q

液压马达一般是由电动机驱动的

由于电动机的额定功率恒定

那么马达的压力和流量是成反比的

对于定排量的马达而言

压力决定了扭矩

流量决定了转速

所以它的转速和扭矩总是成反比的

这就形成了低速大扭矩和高速小扭矩的特性

现在我们总结一下液压系统的特点

首先看优点

它有六个优点

第一

液压元件的功率质量比大 体积小 重量轻

第二

动力元件与执行元件可以分开布置

易于实现转动 摆动

或直线运动等多种运动形式

第三

易于实现大范围的无级调速和微速运动

对电网冲击小

非常适用于频繁起动的船舶甲板机械

第四

液压油可以防锈 润滑 减振

耐冲击 寿命长

第五

液压元件已经标准化 系列化 通用化

便于设计 选用和更换

第六

容易把电气 机械和液压元件有机地结合起来

做成机电一体化产品

当然

从辩证的角度看

任何事物都有两面性

液压传动也有一些缺点

第一

它对液压油和系统的清洁度

以及元件的精度要求很高

第二

油液的流动阻力和漏泄会使效率降低

不宜在油温过高或过低的情况下工作

第三

油的可压缩性会影响传动比的精确性

第四

若漏泄会污染环境并有火灾隐患

最后还要提一下液压系统的额定压力

它是一个非常重要的设计参数

额定压力高

则设备和管路的重量 尺寸小 效率高

但对制造和管理的要求也更高

船舶液压甲板机械

一般采用额定压力在10MPa以上的

中 高压系统

同学们 这一讲

我们简要介绍了五种不同的机械驱动方式

并详细学习了液压传动系统的原理

组成和特点

您是否想知道液压传动在船上的具体应用呢

那么我们下一讲再见