液壓傳動(dòng)原理及其系統(tǒng)組成課件

1、第1章液壓傳動(dòng)概述1.1液壓傳動(dòng)原理及其系統(tǒng)組成1.2液壓油的分類及選用1.3液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的壓力和流量1.4液壓沖擊和氣穴現(xiàn)象1.1液壓傳動(dòng)原理及其系統(tǒng)組成1.1.1 液壓傳動(dòng)原理 液壓傳動(dòng)的基本原理:液壓系統(tǒng)利用液壓泵將原動(dòng)機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為液體的壓力能，通過(guò)液體壓力能的變化來(lái)傳遞能量，經(jīng)過(guò)各種控制閥和管路的傳遞，借助于液壓執(zhí)行元件(液壓缸或電動(dòng)機(jī))把液體壓力能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，從而驅(qū)動(dòng)工作機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)和回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。其中的液體稱為工作介質(zhì)，一般為礦物油，它的作用和機(jī)械傳動(dòng)中的皮帶、鏈條和齒輪等傳動(dòng)元件相類似。下一頁(yè)返回1.1液壓傳動(dòng)原理及其系統(tǒng)組成1.1.2液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的組成 液壓系統(tǒng)主要

2、由:動(dòng)力元件(油泵)、執(zhí)行元件(油缸或液壓電動(dòng)機(jī))、控制元件(各種閥)、輔助元件和工作介質(zhì)等五部分組成。 1.動(dòng)力元件(油泵) 它的作用是把液體利用原動(dòng)機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成液壓力能;是液壓傳動(dòng)中的動(dòng)力部分。 2.執(zhí)行元件(油缸、液壓電動(dòng)機(jī)) 它是將液體的液壓能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能。其中，油缸做直線運(yùn)動(dòng)，電動(dòng)機(jī)做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。上一頁(yè)下一頁(yè)返回1.1液壓傳動(dòng)原理及其系統(tǒng)組成3.控制元件 包括壓力閥、流量閥和方向閥等，它們的作用是根據(jù)需要無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)液動(dòng)機(jī)的速度，并對(duì)液壓系統(tǒng)中工作液體的壓力、流量和流向進(jìn)行調(diào)節(jié)控制。 4.輔助元件 除上述三部分以外的其他元件，包括壓力表、濾油器、蓄能裝置、冷卻器、管件各種管接頭、高壓球

3、閥、快換接頭、軟管總成、測(cè)壓接頭、管夾等及油箱等。 5.工作介質(zhì) 工作介質(zhì)是指各類液壓傳動(dòng)中的液壓油或乳化液，它經(jīng)過(guò)油泵和液動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換。上一頁(yè)下一頁(yè)返回1.1液壓傳動(dòng)原理及其系統(tǒng)組成1.1.3液壓傳動(dòng)的優(yōu)缺點(diǎn) 1.液壓傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn) .質(zhì)量輕、體積小、運(yùn)動(dòng)慣性小、反應(yīng)速度快; .液壓元件操縱控制方便，可實(shí)現(xiàn)大范圍的無(wú)級(jí)調(diào)速(調(diào)速范圍達(dá)2 000: 1) ; .很容易實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng); .液壓傳動(dòng)的各種元件可根據(jù)需要方便、靈活地來(lái)布置; .一般采用礦物油為工作介質(zhì)，相對(duì)運(yùn)動(dòng)面可自行潤(rùn)滑，設(shè)備使用壽命長(zhǎng);上一頁(yè)下一頁(yè)返回1.1液壓傳動(dòng)原理及其系統(tǒng)組成 .出現(xiàn)故障時(shí)，可自動(dòng)實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù); .易實(shí)現(xiàn)機(jī)器

4、的自動(dòng)化。當(dāng)采用電液聯(lián)合控制后，不僅可實(shí)現(xiàn)更高程度的自動(dòng)控制過(guò)程，而且可以實(shí)現(xiàn)遙控。2.液壓傳動(dòng)的缺點(diǎn) .使用液壓傳動(dòng)對(duì)維護(hù)的要求高，工作油要始終保持清潔; .對(duì)液壓元件制造精度要求高，工藝復(fù)雜，成本較高; .液壓元件維修較復(fù)雜，且需有較高的技術(shù)水平;上一頁(yè)下一頁(yè)返回1.1液壓傳動(dòng)原理及其系統(tǒng)組成 .液壓傳動(dòng)對(duì)油溫變化較敏感，這會(huì)影響它的工作穩(wěn)定性，因此液壓傳動(dòng)不宜在很高或很低的溫度下工作，一般工作溫度在-15 - 60范圍內(nèi)較合適;.液壓傳動(dòng)在能量轉(zhuǎn)化的過(guò)程中，特別是在節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)中，其壓力大，流量損失大，故系統(tǒng)效率較低。上一頁(yè)下一頁(yè)返回1.1液壓傳動(dòng)原理及其系統(tǒng)組成1.1.4液壓傳動(dòng)的典型

5、應(yīng)用1.液壓千斤頂?shù)墓ぷ鬟^(guò)程如圖1-1 (a)所示，工作時(shí)，關(guān)閉放油閥8，作用力F向上提起杠桿1，活塞3被帶動(dòng)上移，見圖1-1 (b)，泵體油腔4的工作容積逐漸增大，由于單向閥7受油腔10中油液的作用力而關(guān)閉，油腔4形成真空，油箱6中的油液在大氣壓力的作用下，推開單向閥5的鋼球，進(jìn)入并充滿油腔4。作用力向下壓杠桿1，活塞3被帶動(dòng)下移，見圖1-1 (c)，泵體油腔4的工作容積減小，其內(nèi)的油液在外力的擠壓作用下壓力增大，迫使單向閥5關(guān)閉，而單向閥7的鋼球被推開，油液經(jīng)油管9進(jìn)入缸體油腔10,缸體油腔的工作容積增大，推動(dòng)活塞11連同重物G一起上升。上一頁(yè)下一頁(yè)返回1.1液壓傳動(dòng)原理及其系統(tǒng)組成2.機(jī)

6、床工作臺(tái)液壓傳動(dòng)系統(tǒng) 圖1-2所示為簡(jiǎn)化的機(jī)床工作臺(tái)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)。其動(dòng)力部分為液壓泵3;執(zhí)行部分為雙活塞桿液壓缸6;控制部分有人力控制(手動(dòng))三位四通換向閥7、節(jié)流閥8、溢流閥9;輔助部分包括油箱1、過(guò)濾器2、壓力計(jì)4和管路等。 液壓泵由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)進(jìn)行工作，油箱中的油液經(jīng)過(guò)過(guò)濾器被吸人液壓泵，并經(jīng)液壓泵向系統(tǒng)輸出。油液經(jīng)節(jié)流閥、換向閥的P-A通道(換向閥的閥芯在圖1-2的左邊位置)進(jìn)入液壓缸的右腔，推動(dòng)活塞連同工作臺(tái)5向左運(yùn)動(dòng)，液壓缸左腔的油液則經(jīng)換向閥的B-T通道流回油箱。上一頁(yè)下一頁(yè)返回1.1液壓傳動(dòng)原理及其系統(tǒng)組成改變節(jié)流閥開口的大小以調(diào)節(jié)油液的流量，從而調(diào)節(jié)液壓缸連同工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)速度。

7、由于節(jié)流閥開口較小，在開口前后油液存在壓力差，當(dāng)系統(tǒng)壓力達(dá)到某一數(shù)值時(shí)，溢流閥被打開，使系統(tǒng)中多余的油液經(jīng)溢流閥開口流回油箱。當(dāng)換向閥的閥芯移至右邊位置時(shí)，來(lái)自液壓泵的液壓油液經(jīng)換向閥的P-B通道進(jìn)入液壓缸的左腔，推動(dòng)活塞連同工作臺(tái)向右運(yùn)動(dòng)，液壓缸右腔的油液則經(jīng)換向閥的A-T通道流回油箱。上一頁(yè)返回1.2 液壓油的分類及選用1.2.1液壓油的分類 液壓油的種類繁多，分類方法各異，長(zhǎng)期以來(lái)，習(xí)慣以用途進(jìn)行分類，也有根據(jù)油品類型、化學(xué)組分或可燃性分類的。 GB 7631.2-1987等效采用IS06743/4的規(guī)定。 類一品種數(shù)字 L HV22 其中:L-類別(潤(rùn)滑劑及有關(guān)產(chǎn)品，GB7631. 1

8、) HV-品種(低溫抗磨) 22-牌號(hào)(赫度級(jí)，GB3141) 液壓油的赫度牌號(hào)由GB 3141做出了規(guī)定，等效采用ISO的赫度分類法，以40運(yùn)動(dòng)粘度的中心值來(lái)劃分牌號(hào)。下一頁(yè)返回1.2 液壓油的分類及選用1.液壓油的基本要求 (1)度合適，并具有較好的赫溫特性若液壓油赫度太大，則系統(tǒng)的壓力損失大，效率降低，并且磨損增加，降低泵的使用壽命。如果液壓油的赫度太小，則系統(tǒng)易泄漏，系統(tǒng)的效率也降低。 (2)在工作溫度和壓力下，具有良好的潤(rùn)滑性、剪切穩(wěn)定性和一定的油膜強(qiáng)度液壓系統(tǒng)工作時(shí)元器件總是要產(chǎn)生摩擦和磨損的，機(jī)器停止、啟動(dòng)時(shí)，摩擦力較大，啟動(dòng)時(shí)摩擦力為最大，易引起磨損。上一頁(yè)下一頁(yè)返回1.2 液

9、壓油的分類及選用 (3)具有較好的抗氧化性液壓系統(tǒng)工作時(shí)有較高的壓力和溫度，需要液壓油在此條件下不變質(zhì)老化，不析出瀝青、焦油等膠質(zhì)沉淀，因此液壓油要有較好的抗氧化性。 (4)要具有良好的抗泡性液壓油中混有氣泡是很有害的，在系統(tǒng)工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生空穴作用，形成沖擊波，若這種沖擊力和沖擊波作用于固體壁面上，就會(huì)產(chǎn)生氣蝕作用，使元器件損壞。另外，氣泡受壓會(huì)迅速壓縮，產(chǎn)生局部高溫(據(jù)計(jì)算，可達(dá)幾百度以上)，將加快油液的熱分解、蒸發(fā)和氧化，使油液變質(zhì)、變黑。上一頁(yè)下一頁(yè)返回1.2 液壓油的分類及選用 2.液壓油的選擇 一般說(shuō)，首先根據(jù)泵的種類，確定適用的赫度范圍，再具體確定液壓油的品牌型號(hào)。表1-1為液壓油的

10、主要品種及其特性和用途。3.液壓油的使用污染程度的測(cè)定有條件的情況下，可用各種儀器測(cè)試液壓油的污染程度;但在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)往往沒(méi)有專門的儀器來(lái)測(cè)試液壓油受污染的程度，大多用眼看、鼻聞的方法直接觀察液壓油的污染程度。一般人的眼睛的能見度為40 um，所以，看上去很臟的油實(shí)際上已經(jīng)污染較為嚴(yán)重了。下表1-2為液壓油污染的目測(cè)項(xiàng)目及判斷、處理措施。上一頁(yè)返回1.3液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的壓力和流量1.3.1 液壓系統(tǒng)中的壓力1.壓力的概念 油液的壓力是由油液的自重和油液受到外力作用所產(chǎn)生的。在液壓傳動(dòng)中，與油液受到的外力相比，油液的自重一般很小，可忽略不計(jì)。以后所說(shuō)的油液壓力主要是指因油液表面受外力(不計(jì)入大氣壓力

11、)作用所產(chǎn)生的壓力，即相對(duì)壓力或表壓力。如圖1 -3 (a)所示，油液充滿于密閉的液壓缸左腔，當(dāng)活塞受到向左的外力F作用時(shí)，液壓缸左腔內(nèi)的油液(被視為不可壓縮)受活塞的作用，處于被擠壓狀態(tài)，同時(shí)，油液對(duì)活塞有一個(gè)反作用力FP而使活塞處于平衡狀態(tài)。不考慮活塞的自重，則活塞平衡時(shí)的受力情形如圖1-3 (b)所示。下一頁(yè)返回1.3液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的壓力和流量作用于活塞的力有兩個(gè)，一是外力F，另一是油液作用于活塞的力FP。兩力大小相等，方向相反，如果活塞的有效作用面積為A，油液作用在活塞單位面積上的壓力則為FP/A，活塞作用在油液?jiǎn)挝幻娣e上的壓力為F/A。油液?jiǎn)挝幻娣e上承受的作用力稱為壓強(qiáng)，在工程上習(xí)慣稱

12、為壓力，用符號(hào)P表示，即式中P油液的壓力(Pa); F作用在油液表面的外力(N); A油液表面的承壓面積，即活塞的有效作用面積(m2)。上一頁(yè)下一頁(yè)返回1.3液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的壓力和流量壓力的國(guó)際計(jì)量單位是Pa(帕，N/m2 )，還有非國(guó)際計(jì)量單位，各種壓力單位之間的換算關(guān)系如下: 1 Pa(帕)=1 N/m2 1 at(工程大氣壓)=1 kgf/cm2=9. 8 x 104N/m2 1 mH20(米水柱)=9. 8 x 103 N/m2 1 mmHg(毫米汞柱)=1. 33 x 102 N/m2 液壓傳動(dòng)的壓力分級(jí)見表1-3。上一頁(yè)下一頁(yè)返回1.3液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的壓力和流量 2.靜壓傳遞原理 靜壓

13、傳遞原理，又稱為帕斯卡原理，它是指在密閉容器中的靜止液體，當(dāng)一處受到壓力作用時(shí)，這個(gè)壓力將通過(guò)液體傳到連通器的任一點(diǎn)上，而且其壓力值處處相等。液壓千斤頂就是利用這個(gè)原理工作的。 如圖1 -4所示，當(dāng)柱塞泵活塞1受到外力F，作用(液壓千斤頂壓油)時(shí)，柱塞泵油腔5中油液產(chǎn)生的壓力為上一頁(yè)下一頁(yè)返回1.3液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的壓力和流量 此壓力通過(guò)油液傳遞到液壓缸油腔3，即油腔3中的油液以P2 (P2 =P1)垂直作用于液壓缸活塞2，活塞2上受到作用力F2，且有 式中F1作用在活塞1上的力(N); F2作用在活塞2上的力(N); A1,A2活塞1,2的有效作用面積(m2)。上一頁(yè)下一頁(yè)返回1.3液壓傳動(dòng)系統(tǒng)

14、的壓力和流量上式表明，活塞2上所受液壓作用力F2與活塞2的有效作用面積A2成正比。如果A2遠(yuǎn)大于A1，則只要在柱塞泵活塞1上作用一個(gè)很小的力F1，便能獲得很大的力F2 ，用以推動(dòng)重物。這就是液壓千斤頂在人力作用下能頂起很重物體的道理。例1-1如圖1-4所示，已知柱塞泵活塞1的面積A1 =1. 13 x 10-4m2，液壓缸活塞2的面積A2=9.6x10-4m2，作用在活塞1上的力F1 = 5. 78 x 103 N。試問(wèn)柱塞泵油腔5內(nèi)的油液壓力P1為多大?液壓缸能頂起多重的重物?上一頁(yè)下一頁(yè)返回1.3液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的壓力和流量3.液壓傳動(dòng)的壓力損失 由于油液具有赫性，在油液流動(dòng)時(shí)，油液的分子之間

15、、油液與管壁之間的摩擦和碰撞會(huì)產(chǎn)生阻力，這種阻礙油液流動(dòng)的阻力稱為液阻。液壓傳動(dòng)系統(tǒng)存在著液阻，油液流動(dòng)時(shí)會(huì)引起能量損失，主要表現(xiàn)為壓力損失。如圖1 -5所示，油液從A處流到B處，中間經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)的直管路、彎曲管路、各種閥孔和管路截面的突變等，由于液阻的影響致使油液在A處的壓力PA與在B處的壓力PB不相等，顯然PA PB，引起的壓力差為p，即p =PA PB。 p就稱為這段管路中的壓力損失。上一頁(yè)下一頁(yè)返回1.3液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的壓力和流量影響壓力損失的因素很多，精確計(jì)算較為復(fù)雜，通常采用近似估算的方法。液壓泵最高工作壓力的近似計(jì)算式為 式中P泵液壓泵最高工作壓力(Pa ) ; P缸液壓缸最高工作壓力

16、(Pa ) ; K壓系統(tǒng)的壓力損失系數(shù)，一般瓜=1. 3-1. 5。系統(tǒng)復(fù)雜或管路較長(zhǎng)取大值，反之取小值。上一頁(yè)下一頁(yè)返回1.3液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的壓力和流量1.3.2流量、流量損失和平均流速流量和平均流速是描述油液流動(dòng)時(shí)的兩個(gè)主要參數(shù)。液體在管道中流動(dòng)時(shí)，通常將垂直于液體流動(dòng)方向的截面稱為通流截面。1.流量 流量就是在單位時(shí)間內(nèi)流體通過(guò)一定截面積的量。這個(gè)量用流體的體積來(lái)表示稱為瞬時(shí)體積流量，用符號(hào)qv表示。若在時(shí)間t內(nèi)流過(guò)管路或液壓缸某一通流截面的油液體積為V，則油液的流量上一頁(yè)下一頁(yè)返回1.3液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的壓力和流量流量的單位為m3/s(立方米/秒)，常用單位L/min(升/分)，它們之間的換

17、算關(guān)系為1 m3/s=6 x 104L/min。2.平均流速由于液體都具有赫性，液體在管中流動(dòng)時(shí)，在同一截面上各點(diǎn)的流速是不相同的，分布規(guī)律為拋物線，如圖1-6所示。 為了方便計(jì)算，因而引入一個(gè)平均流速的概念，即假設(shè)通流截面上各點(diǎn)的流速均勻分布。油液通過(guò)管路或液壓缸的平均流速v可用下式計(jì)算上一頁(yè)下一頁(yè)返回1.3液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的壓力和流量式中v油液通過(guò)管路或液壓缸的平均流速 (m/s); qv油液的流量(m3/s); A管路的通流截面的面積或液壓缸(或活塞)的有效作用面積(m2)。液壓缸工作時(shí)，活塞運(yùn)動(dòng)的速度就等于缸內(nèi)液體的平均流速。上一頁(yè)下一頁(yè)返回1.3液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的壓力和流量3.液壓傳動(dòng)的流量

18、損失 在液壓系統(tǒng)正常工作的情況下，從液壓元件的密封間隙漏過(guò)少量油液的現(xiàn)象稱為泄漏。由于液壓元件必然存在著一些間隙，當(dāng)間隙的兩端有壓力差時(shí)，就會(huì)有油液從這些間隙中流過(guò)。流量損失一般也采用近似估算的方法。液壓泵輸出流量的近似計(jì)算式為 q泵=K漏q缸式中q泵液壓泵最大輸出流量(m3/s ) ; q缸液壓缸的最大流量(m3/s) K漏系統(tǒng)的泄漏系數(shù)，一般 K漏=1. 1-1. 3。系統(tǒng)復(fù)雜或管路較長(zhǎng)取大值，反之取小值。圖1 -7表示了液壓缸的兩種泄露方式。上一頁(yè)下一頁(yè)返回1.3液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的壓力和流量1.3.3液流的連續(xù)性 理想液體(不可壓縮的液體)在無(wú)分支管路中作穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)，通過(guò)每一截面的流量相等，

19、這稱為液流連續(xù)性原理。油液的可壓縮性極小，通?？梢曌骼硐胍后w。 如圖1-8所示管路中，流過(guò)截面1和2的流量分別為qv1和qv2，根據(jù)液流連續(xù)性原理，qv1=qv2，代入，則可得式中A1,A2截面1,2的面積(m2); v1,v2-液體流經(jīng)截面1,2時(shí)的平均流速(m/s)。上一頁(yè)下一頁(yè)返回1.3液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的壓力和流量1.3.4液壓傳動(dòng)的功率計(jì)算1.液壓缸的輸出功率P缸 功率等于力和速度的乘積。對(duì)于液壓缸來(lái)說(shuō)，其輸出功率等于負(fù)載阻力F和活塞(或液壓缸)運(yùn)動(dòng)速度。的乘積，即 P缸=Fv (1-8)由于F= p缸A, v = q缸/A，所以液壓缸的輸出功率(不計(jì)液壓缸的損失)， P缸= p缸q缸 (

20、1-9)上一頁(yè)下一頁(yè)返回1.3液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的壓力和流量式中P缸液壓缸的輸出功率(W) ; p缸液壓的最高工作壓力(Pa) ; q缸液壓缸的流量(m3/s)。2.液壓泵的輸出功率P泵 P泵=p泵q泵 (1-10)式中P泵液壓泵的輸出功率(W) ; p泵液壓泵的最高工作壓力(Pa) ; q泵液壓泵輸出的流量(m3/s)。對(duì)于輸出流量為定值的定量液壓泵，振即為該泵的額定流量。上一頁(yè)下一頁(yè)返回1.3液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的壓力和流量3.液壓泵的效率和液壓泵驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)功率的計(jì)算 由于液壓泵在工作中也存在因泄漏和機(jī)械摩擦所造成的流量損失及機(jī)械損失，所以驅(qū)動(dòng)液壓泵的電動(dòng)機(jī)所需的功率P電要比液壓泵的輸出功率P泵大，液壓

21、泵的總效率 為因此，驅(qū)動(dòng)液壓泵的電動(dòng)機(jī)功率P電為上一頁(yè)返回1.4液壓沖擊和氣穴現(xiàn)象1.4.1液壓沖擊 在液壓系統(tǒng)中，當(dāng)突然關(guān)閉或開啟液流通道時(shí)，在通道內(nèi)液體壓力發(fā)生急劇交替升降的波動(dòng)過(guò)程稱為液壓沖擊。 液壓系統(tǒng)中產(chǎn)生液壓沖擊的原因很多，如液流速度突變(如關(guān)閉閥門)或突然改變液流方向(換向)等因素將會(huì)引起系統(tǒng)中油液壓力的迅速升高而產(chǎn)生液壓沖擊。當(dāng)出現(xiàn)液壓沖擊時(shí)，液體中的瞬時(shí)峰值壓力往往比正常工作壓力高好幾倍，它不僅會(huì)損壞密封裝置、管道和液壓元件，而且還會(huì)引起震動(dòng)和噪聲;有時(shí)使某些壓力控制元件產(chǎn)生誤動(dòng)作，造成事故。下一頁(yè)返回1.4液壓沖擊和氣穴現(xiàn)象避免產(chǎn)生液壓沖擊的基本措施是盡量避免液流速度發(fā)生急劇變化，延緩速度變化的時(shí)間，其具體辦法是: .緩慢開關(guān)閥門; .限制管路中液流的速度; .系統(tǒng)中設(shè)置蓄能器和溢流閥; .在液壓元件中設(shè)置緩沖裝置(如節(jié)流孔)。上一頁(yè)下一頁(yè)返回1.4液壓沖擊和氣穴現(xiàn)象1.4.2氣穴現(xiàn)象 氣穴現(xiàn)象是指液流內(nèi)，壓力局部降低至液體汽化壓力，形成