制桶設備液壓與氣壓傳動系統的使用與維護(1)

楊文亮

在制桶設備中，目前已廣泛應用了液壓傳動和氣動傳動系統，其兩種傳動方式的基本原理是相同的。因為液壓傳動在制桶設備中的應用更為廣泛，遠遠超過了氣壓傳動，而且從使用和維護的復雜程度上來講，液壓傳動比氣壓傳動更難以掌握。所以在這里我們主要學習液壓傳動系統，氣壓傳動系統根據其不同特點作以簡單介紹。

第一章 液壓（氣壓）傳動的原理及特點

一、液壓（氣壓）傳動系統的基本原理

1、液壓（氣壓）傳動的基本原則

液壓系統中油液的壓力由外界負載作用而形成，如圖1所示。壓力（p）的大小與外界負載（F）大小及作用面積（A）有關，即

由上式可見，油液壓力的大小將隨外負載的變化而變化，這是液壓傳動中的一個重要的基本概念。即單位面積上的外負載越大，油壓就越大。

圖1 壓力的形成

液壓傳動的基本工作原理是容積變化相等的理論。假設液體是不可壓縮的，于是，在液壓傳動系統中運動的傳遞遵循“容積變化相等”的原則。

圖2 運動和壓力的傳遞

如圖1所示，在活塞1和活塞2上分別作用力F1和F2，活塞面積分別為A1和A2，位移分別為L1和L2。由于流體不可壓縮，所以活塞1下行掃過的容積等于活塞2上行掃過的容積，即：

將該式兩端同除以時間t，經整理得：

此式為運動速度傳遞的基本方程。即速度與活塞面積與反比。（液壓機械快速反應原理）

液壓傳動中力的傳遞遵循帕斯卡原理：在密閉容器內，施加于靜止液體上的力以等值傳到液體的各點。兩個活塞的壓力傳遞關系是：，即

即：

此式為運動壓力傳遞的基本方程。即壓力與活塞面積成正比。（千斤頂的原理）

在制桶設備液壓傳動系統中使用的動力元件和執行元件（各種液壓泵、液壓馬達和液壓缸）都是容積式的，它們依靠密封容積大小的變化進行工作。液壓泵輸出的流量等于進入執行元件的流量與經各種閥流回油箱的流量之和，即液體體積的變化相等。

2、制桶機械液壓傳動系統的基本原理

現以圖3所示一驅動制桶設備工作臺的液壓傳動系統為例，說明這它們的工作原理。它由油箱1、過濾器2、液壓泵3、溢流閥4、換向閥5、節流閥6、換向閥7、液壓缸8以及連接這些元件的油管、管接頭等組成。該系統的工作原理是：液壓泵由電動機帶動旋轉后，從油箱中吸油，油液經過濾器2進入液壓泵的吸油腔，當它從液壓泵中輸出進入壓力油路后，在圖3（a）所示的狀態下，通過換向閥5、節流閥6、經換向閥7進入液壓缸左腔，此時液壓缸右腔的油液經換向閥7和回油管排回油箱，液壓缸中的活塞推動工作臺9向右移動。

如果將換向閥7的手柄移動成圖3（b）所示的狀態，則經節流閥的壓力油將由換向閥7進入液壓缸的右腔，此時液壓缸左腔的油經換向閥7和回油管排回油箱，液壓缸中的活塞將推動工作臺向左移動。因而，換向閥7的主要功用就是控制液壓缸及工作臺的運動方向。系統中換向閥5若處于圖3（c）所示的位置，則液壓泵輸出的壓力油將經換向閥5直接回油箱，系統處于卸荷狀態，液壓油不能進入液壓缸，所以換向閥5又稱為開停閥。

圖3 制桶設備液壓傳動系統的工作原理圖
1－油箱 2－過濾器 3－液壓泵 4－溢流閥 5、7－換向閥 6－節流閥 8－液壓缸 9－工作臺

工作臺的移動速度是通過節流閥6來調節的，當節流閥的開口大時，進入液壓缸的油液流量就大，工作臺移動速度就快；反之，工作臺移動速度狀減小。因而，節流閥6的主要功用是控制進入液壓缸的流量，從而控制液壓缸活塞的移動速度。

液壓缸推動工作臺移動時必須有一定的油液壓力，而在圖3所示系統中液壓泵出口處的油液壓力是由溢流閥4決定的，所以溢流閥在液壓系統中的主要功用是控制系統的工作壓力。

通過上述例子可以看出液壓傳動的基本特征是：以液體為工作介質，依靠處于密封工作容積內的液體壓力能來傳遞能量；壓力的高低取決于負載；負載速度的大小取決于進入液壓缸的流量；壓力和流量是液壓傳動中最基本、最重要的兩個參數。

液壓傳動是得用液體壓力能來傳遞力的一種傳動形式，液壓傳動的過程是將機械能進行轉換和傳遞的過程。

二、液壓（氣壓）傳動系統的組成和特點

1、液壓（氣壓）傳動系統的組成

從上述例子中可以看出，一個完整的液壓系統由以下五部分組成。

（1）動力裝置（能源裝置）：將電動機輸出的機械能轉換成液體的壓力能的裝置。一般最常見的是液壓泵（氣壓傳動是空氣壓縮機）。

（2）執行裝置：把液體的壓力能轉換成機械能的裝置，一般指做直線運動的液壓缸、做回轉運動的液壓馬達等（氣壓傳動是氣缸和氣動馬達）。

（3）控制調節裝置：對液壓系統中液體的壓力、流量和流動方向進行控制和調節的裝置，如溢流閥、節流閥、換向閥等（氣壓

傳動還有減壓閥）。這些元件的不同組合可以組成能完成不同功能的對液壓系統進行控制或調節的裝置。

（4）輔助裝置：指除上述三部分以外的其他裝置，如油箱、過濾器、油管等（氣壓傳動還有儲氣罐、分水濾氣器、油霧器）。它們對保證液壓系統正常工作起著重要的作用。

（5）傳動介質：傳遞能量的液體，即液壓油（氣壓傳動是壓縮空氣）。

如圖3所示的液壓傳動系統的工作原理是半結構的，它直觀性強，容易理解，但難于繪制。在實際工作中，除少數特殊情況外，一般都采用國標所規定的液壓圖形符號來繪制，如圖4所示，圖形符號表示元件的功能，而不表示元件的具體結構和參數。使用圖形符號既便于繪制，又可使液壓系統簡單明了。

圖4 用圖形符號表示的制桶設備液壓傳動系統的工作原理圖
1－油箱 2－過濾器 3－液壓泵 4－溢流閥 5、7－換向閥 6－節流閥 8－液壓缸 9－工作臺

2、液壓（氣壓）傳動的特點

液壓、氣壓傳動與機械傳動、電氣傳動等相比有很多不同之外，液壓與氣壓傳動均屬流體傳動與控制，它們有共同的優缺點。但由于液體與氣體的來源不同，可壓縮性也相差甚遠，故液壓與氣壓傳動又有各自的特點。

（1）共同的優點

·各種組成元件，可根據需要方便、靈活地布置。

·操縱控制方便，可實現大范圍的無級調速。

·容易實現自動化。

·可實現過載保護。

·各種組成元件易于實現系列化、標準化和通用化，便于系統設計、制造。

·可以減少振動與沖擊，能高速啟動、制動和換向。

·很容易實現直線運動。

（2）共同的缺點

·由于傳動介質易泄漏和流體的可壓縮性，無法保證嚴格的傳動比，氣動尤為突出。

·系統傳動效率不高。

·元件制造精度高，液壓元件尤為如此，系統故障不易診斷排除。

（3）液壓傳動特點

·同樣功率時，液壓系統質量小，結構緊湊。同樣體積下，液壓系統能產生更大的動力。

·運動平穩且反應快，但液壓傳動有油液污染，因液體流動能量損失大而不能運程輸送，對溫度變化較敏感等問題。

（4）氣壓傳動特點

·空氣取自大氣，排向大氣，無成本費用，無污染。

·氣體流動阻力損失遠小于液體，流速快，反應靈敏，可以遠程傳輸和控制。

·氣壓傳動壓力低、輸出力小，運動不夠平穩。

總的來說，液壓與氣壓傳動的優點是主要的，它們的一些缺點隨著生產技術水平的提高正在被逐步克服。液壓與氣壓傳動技術在現代化制桶生產中有著廣闊的發展前景。