液压传动基本知识.ppt

,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第1章 液压传动基础,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,邮箱：qishi88888,手机：[phone],液压传动基本知识,液压支架工课件,编辑：王运福 主讲：王运福,第一章 液压传动基本知识,1-1 液压传动工作介质,1-2 液体静力学,1-3 液体动力学,一、液压传动概念,所谓,液压传动,，是指利用高压的液体经由一些机件控制之后来传递运动和动力。,二、液压装置的组成,液压装置一般由液压泵、执行元件、控制元件和一些辅助元件组成。,(1)液压泵。它由电动机带动，是将机械能转换成液体压力能的装置。,二、液压装置的组成,(2)执行元件。液压系统最终目的是要推动负载运动，一般执行元件可分为,液压缸,与,液压马达,（或摆动缸）两类；液压缸使负载作直线运动，液压马达（或摆动缸）使负载转动（或摆动）。,(3)控制元件。液压系统除了让负载运动以外，还要完全控制负载的整个运动过程。在液压系统中，用,压力阀,来控制力量，,流量阀,来控制速度，,方向阀,来控制运动方向。,2.缺点,(1)接管不良造成液压油外泄，它除了会污染工作场所外，还有引起火灾的危险。,(2)油温上升时，粘度降低；油温下降时，粘度升高。油的粘度发生变化时，流量也会跟着改变，造成速度不稳定。,2.缺点,(3)系统将马达的机械能转换成液体压力能，再把液体压力能转换成机械能来做功，能量经两次转换损失较大，能源使用效率比传统机械的低。,(4)液压系统大量使用各式控制阀、接头及管子，为了防止泄漏损耗，元件的加工精度要求较高。,1.1 流体的主要物理性质,统计表明，液压系统发生的故障有,90%,是由于使用管理不善所致。液压油过滤与处理是液压系统使用管理中的重点项目之一，不仅是减少系统故障的重要途径，也是提高使用管理水平的一个标志。,1.1 流体的主要物理性质,在液压系统中，液压油液是传递动力和信号的工作介质。同时，它还起着润滑、冷却和防锈的作用。液压系统能否可靠、有效地工作，在很大程度上取决于系统中所用的液压油液（如油液污染，堵塞阀口）。,一、密度,密度-单位体积液体的质量。,=m/v kg/m,3,密度随着温度或压力的变化而变化，但变化不大，通常忽略。,矿物油系工业液压油，比重约0.850.95，W/O型比重约0.920.94，O/W型比重约1.051.1。其比重越大，泵吸入性越差。,二、闪火点,油温升高时，部分油会蒸发而与空气混合成油气，此油气所能点火的最低温度称为闪火点，如继续加热，则会连续燃烧，此温度称为燃烧点。,三、粘度,流体流动时，沿其边界面会产生一种阻止其运动的流体摩擦作用，这种产生内摩擦力的性质称为粘性。液压油粘性对机械效率、磨耗、压力损失、容积效率、漏油及泵的吸入性影响很大。,三、粘度,粘性可分为动力粘度和运动粘度和相对三种。,1、动力粘度,式中，,表示剪应力（g/cm,2,）；,表示动力粘度，单位为帕秒,称为牛顿流体内摩擦定律,液体的粘性示意图,2、运动粘度,表示运动粘度；,表示密度（g/cm,2,）。粘度是液压油的性能指标。习惯上使用运动粘度标志液体的粘度，例如机械油的牌号就是用其在40 时的平均运动粘度（mm,2,/s）。,运动粘度单位说明：,单位中只有长度和时间量纲类似运动学量。,称运动粘度，常用于液压油牌号标注,液压油牌号标注：,老牌号20号液压油，指这种油在50,C 时的平均运动粘度为20 cst。,新牌号L,HL32号液压油，指这种油在40,C时的平均运动粘度为32cst。,3、相对粘度,0,E,、,不易直接测量，只用于理论计算,常用相对粘度,相对粘度又称条件粘度，是在某一条件下测得的。这些相对粘度测试方法很简单、方便，但精度不太高。,关系式,工程上“,相对粘度,”,或v,换 算,恩氏度,0,E,中国、德国、前苏联等用,赛氏秒SSU,美国用,雷氏秒R,英国用,口决：美塞英雷中德恩,换算关系：,油的粘性易受温度影响，温度上升，粘度降低，造成泄漏、磨损增加、效率降低等问题；温度下降，粘度增加，造成流动困难及泵转动不易等问题。如运转时油液温度超过60，就必须加装冷却器，因油温在60 以上，每超过10，油的劣化速度就会加倍。,几种国产液压油的粘度温度曲线,四、压缩性,液压油在低、中压时可视为非压缩性液体，但在高压时压缩性就不可忽视了，纯油的可压缩性是钢的100150倍。压缩性会降低运动的精度，增大压力损失而使油温上升，压力信号传递时，会有时间延迟，响应不良的现象。,五、其他性质,稳定性、抗泡沫性、抗乳化性、防锈性、润滑性以及相容性等。,1）粘度和压力的关系,P，F，,随p而，压力较小时忽略，32Mpa以上才考虑,2）粘度和温度的关系,温度，内聚力，,粘度随温度变化的关系叫粘温特性，粘度随温度的变化 较小，即粘温特,性较好,。,液压油的用途,(1)传递运动与动力。将泵的机械能转换成液体的压力能并传至各 处，由于油本身具有粘度，因此，在传递过程中会产生一定的动力损失。,(2)润滑。液压元件内各移动部位都可受到液压油充分润滑，从而降低元件磨耗。,(3)密封。油本身的粘性对细小的间隙有密封的作用。,(4)冷却。系统损失的能量会变成热，被油带出。,液压油的种类,1.矿物油系液压油,矿物油系液压油主要由石腊基的原油精制而成，再加抗氧化剂和防锈剂，为用途最广的一种。其缺点为耐火性差。,2.耐火性液压油,耐火性液压油是专用于防止有引起火灾危险的乳化型液压油，有水中油滴型（O/W）和油中水滴型（W/O）两种。水中油滴型（O/W）的润滑性差，会侵蚀油封和金属；油中水滴型（W/O）化学稳定性很差。,对液压油的要求,1、液压油的任务,工作介质传递运动和动力,润滑剂 润滑运动部件,2、对液压油的要求,1）具有适当的粘度与良好的粘温特性；,粘度是液压油的重要性能指标，直接影响系统运动部件的润,滑、油泵的吸入特性、缝隙漏泄、压力损失以及系统发热等。在,使用范围内，油液粘度随温度的变化愈小愈好。粘度指数一般不要低于90。,对液压油的要求,2）除具有良好的润滑性外，还要有足够的油膜强度，运动副在高,速高压下，避免产生干摩擦。,3）对人体无害，对环境污染小，成本低，价格便宜。,液压油的选用,液压油有很多品种，可根据不同的使用场合选用合适的品种，在品种确定的情况下，最主要考虑的是油液的粘度，其选择主要考虑如下因素。,液压油的选用,1)液压系统的工作压力,工作压力较高的系统宜选用粘度较高的液压油，以减少泄露；反之便选用粘度较低的油。,例如，当压力p=7.020.0 MPa时，宜选用N46N100的液压油；当压力p7.0 MPa 时，宜选用N32N68的液压油。,2)运动速度,执行机构运动速度较高时，为了减小液流的功率损失，宜选用粘度较低的液压油。,3)液压泵的类型,在液压系统中，对液压泵的润滑要求苛刻，不同类型的泵对油的粘度有不同的要求，具体可参见有关资料。,液压油的污染与保养,液压油使用一段时间后会受到污染，常使阀内的阀芯卡死，并使油封加速磨耗及液压缸内壁磨损。造成液压油污染的原因有污染、恶化、泄漏三个方面。,1)污染,（1）外部侵入的污物：液压设备在加工和组装时残留的切屑、焊渣、铁锈等杂物混入所造成的污物，只有在组装后立即清洗方可解决。,（2）外部生成的不纯物：泵、阀、执行元件、“O”形环长期使用后，因磨损而生成的金属粉末和橡胶碎片在高温、高压下和液压油发生化学反应所生成的胶状污物。,2)恶化,液压油的恶化速度与含水量、气泡、压力、油温、金属粉末等有关，其中以温度影响为最大，故液压设备运转时，须特别注意油温之变化。,3)泄漏,液压设备配管不良、油封破损是造成泄漏的主要原因，泄漏发生时，空气、水、尘埃便可轻易地侵入油中，故当泄漏发生时，必须立即加以排除。,液压油经长期使用，油质必会恶化，一般采用目视法判定油质是否恶化，当油的颜色混蚀并有异味时，须立即更换。液压油的保养方法有两种：一种是定期更换（约为500020 000小时）；另一种是使用过滤器定期过滤。,1.2 流体静力学基础,一、液体静压力,静止液体在单位面积上所受的法向力称为静压力。静压力在,液压传动,中简称,压力,在,物理学,中则称为,压强,。,静止液体中某点处微小面积A上作用有法向力F,则该点的压力定义为,若法向作用力,F,均匀地,作用在面积,A,上,则压力可表示为,我国采用法定计量单位Pa来计量压力,1 Pa=1 N/m,2,，,液压技术中习惯用MPa（N/mm,2,）,在企业中还习惯使用bar（kgf/cm,2,）作为压力单位，,各单位关系为 1MPa=10,6,Pa10 bar。,液体静压力有如下两个重要特性:,(1)液体静压力,垂直于承压面,其方向和该面的内法线方向一致。这是由于液体质点间的内聚力很小,不能受拉只能受压所致。,(2)静止液体内任一点所受到的压力,在各个方向上都相等,。如果某点受到的压力在某个方向上不相等,那么液体就会流动,这就违背了液体静止的条件。,液体静压力的基本方程,在静止不动的液体中有如图所示的一个高度为h,底面积为A的假想微小液柱。表面上的压力为p,0,，其在A点的压力为,p,=,p,0,+,gh,离液面,h,深处的压力,p,=,p,0,+,gh,为静压力的基本方程，此式表明：,(1)静止液体中任何一点的静压力为作用在液面的压力,p,0,和液体重力所产生的压力,gh,之和。,(2)液体中的静压力随着深度h的增加而线性增加。,(3)在连通器里，静止液体中只要深度h相同，其压力就相等。,【例1-1】如图所示，容器内盛有油液。已知油的密度,=900kg/m,3,，活塞上的作用力F=1000N，活塞的面积,A,=110,-3,m,2,，假设活塞的重量忽略不计。问活塞下方深度为,h,=0.5,m,处的压力等于多少？,图1-3 静止液体内的压力,解：活塞与液体接触面上的压力均匀分布，有,根据静压力的基本方程式，深度为h处的液体压力为,从本例可以看出：,液体在受外界压力作用的情况下，液体自重所形成的那部分压力,gh,相对甚小，在液压系统中常可忽略不计，因而可近似认为整个液体内部的压力是相等的。以后我们在分析液压系统的压力时，一般都采用这一结论。,二、,绝对压力、表压力及真空度,以当地大气压力,p,at,(atomosphere)为基准所表示的压力称为表压力p(又称相对压力)；,以绝对零压力作为基准所表示的压力称为绝对压力,p,abs,。,若液体中某点处的,绝对压力小于大气压力,，则此时该点的绝对压力比大气压力小的那部分压力值，称为真空度。,真空度=大气压力-绝对压力,注意：如不特别指明，液、气压传动中所提到的压力均为,表压力,。,绝对压力、表压力和真空度的关系,真空度=大气压力-绝对压力,三、,帕斯卡原理,在密封容器内，施加于静止液体上的各点压力将以等值同时传递到液体内各点，容器内压力方向垂直于内表面，,容器内的液体各点压力为,上式建立了一个很重要的概念，即：,在液压传动中工作的,压力取决于负载,，而与流入的流体多少无关。,四、连续定理,1-3 液体动力学,1、理想液体：既无粘性又不可压缩的液体。,2、,稳流,：液体在流动时，通过任一通流横截面的速度、压力和密度不随时间改变的流动称为稳流；,3、,非稳流：,速度、压力和密度其中一项随时间改变的，就称为非稳流。,4、流量单位时间内流过某通流截面液体体积q。,5、平均流速通流截面上各点均匀分布假想流速。,6、连续定理,对稳流而言，液体以稳流流动,通过管内任一截面的液体质量必然相等。,如图所示管内两个流通截面面积为,A,1,和,A,2,，流速分别为,v,1,和,v,2,，则通过任一截面的流量Q为,Q,=,Av,=,A,1,v,1,=,A,2,v,2,=常数,管路中液体的流量对各截面而言皆相等,流量的单位通常用L/min 表示，与m,3,/s 换算式子如下：,1L110,-3,m,3,1m,3,/s610,4,L/min,Q,=,Av,=,A,1,v,1,=,A,2,v,2,=常数,称为连续定理，此式还得出另一个重要的基本概念，即,运动速度取决于流量，而与流体的压力无关。,【例1-2】图所示为相互连通的两个液压缸，,已知大缸内径D=100 mm，小缸内径d=20 mm，大活塞上放一质量为5000 kg的物体G。,问:(1)在小活塞上所加的力F有多大才能使大活塞顶起重物？(2)若小活塞下压速度为0.2 m/s，大活塞上升速度是多少?,解(1)物体的重力为,G,=,mg,=5000kg9.8 m/s,2,=49 000kgm/s,2,=49 000N,根据帕斯卡原理，因为外力产生的压力在两缸中均相等，即,解(2)由连续定理：Q=Av=常数,故大活塞上升速度为,五、伯努利方程,能量守恒定律,1、能量守恒定律,：,理想液体在管道中稳定流动时，根据能量守恒定律，同一管道内任一截面上的总能量应该相等。,或：外力对物体所做的功应该等于该物体机械能的变化量。,2、伯努利定理,（理想液体）：,在没有粘性和不可压缩的稳流中，依能量守恒定律可得,上式称为伯努利定理，,式中，,p,表示压力(Pa)；,表示密度(,kg,/,m,3,)；v表示流速(,m,/s)；,g,表示重力加速度(,m,/,s,2,)；h表示水位高度（,m,）。,3、方程的物理意义：,（1）,在密闭管道内作恒定流动的理想液体具有三种形式的能量，即压力能、位能和动能；,（2）在流动过程中，三种能量之间可以互相转化，但各个过流断面上三种能量之和恒为定值。,式中，H,表示因粘性而产生的能量损失（m）。,点和点截面的能量相等,在有粘性和不可压缩的稳流中，依能量守恒定律得,六、孔口与阻流管,液体流动时，改变流通截面面积可改变流体的压力和流量，这就是,节流阀的工作原理。,1、孔口：当l/d0.5时称为孔口，其流量Q为,式中,表示流量系数，通常取0.620.63。,2、阻流管,如图所示，此时，l/d4称为阻流管，流量Q为,式中，,表示运动粘度（St，cm,2,/s）。,七、液体流动中的压力和流量的损失,1压力损失,由于液体具有粘性，在管路中流动时又不可避免地存在着摩擦力，因此液体在流动过程中必然要损耗一部分能量。这部分能量损耗主要表现为,压力损失,。,压力损失有,沿程损失和局部损失,两种。,沿程损失,是当液体在直径不变的直管中流过一段距离时，因,摩擦,而产生的压力损失；,局部损失,是由于管子截面形状突然变化、液流方向改变或其他形式的液流阻力而引起的压力损失。,总的压力损失,等于沿程损失与局部损失之和。,由于零件结构不同(尺寸的偏差与表面粗糙度的不同)，因此，要,准确地计算,出总的压力损失的数值是,比较困难,的，但压力损失又是液压传动中一个必须考虑的因素，它关系到确定系统所需的供油压力和系统工作时的温升，所以，生产实践中也希望压力损失,尽可能小些,。,注意：,由于压力损失的必然存在性，因此，,泵的额定压力,要,略大于,系统工作时所需的,最大工作压力,。,一般可将系统工作所需的最大工作压力乘以一个,1.31.5,的系数来估算。,2 流量损失,由于泄漏造成实际流量有所减少的现象称为流量损失。,造成泄漏情况：,（1）在液压系统中，各液压元件都有相对运动的表面（如液压缸内表面和活塞外表面），所以它们之间都有一定的间隙，如果间隙的一边为高压油，另一边为低压油，那么高压油就会经间隙流向低压区，从而造成泄漏。,造成泄漏情况：,（2）由于液压元件密封不完善，因此，一部分油液也会向外部泄漏。,流量损失影响运动速度，而泄漏又难以绝对避免，所以在液压系统中泵的,额定流量,要,略大于,系统工作时所需的,最大流量,。通常也可以用系统工作所需的最大流量乘以一个,1.11.3,的系数来估算。,八、液压冲击和空穴现象,1 液压冲击,在液压系统中，当油路突然关闭或换向时，会产生急剧的压力升高，这种现象称为液压冲击。,造成液压冲击的主要,原因,是：液压速度的急剧变化、高速运动工作部件的惯性力和某些液压元件的反应动作不够灵敏。,当导管内的油液以某一速度运动时，若在某一瞬间迅速截断油液流动的通道（如关闭阀门），则油液的流速将从某一数值在某一瞬间突然降至零，此时油液流动的动能将转化为油液挤压能，从而使压力急剧升高，造成液压冲击。高速运动的工作部件的惯性力也会引起系统中的压力冲击。,产生液压冲击的,主要危害,是：,（1）产生液压冲击时，系统中的压力瞬间就要比正常压力大好几倍，特别是在压力高、流量大的情况下，极易引起系统的振动、噪音，甚至会导致导管或某些液压元件的损坏。这样既影响了系统的工作质量，又会缩短系统的使用寿命。,产生液压冲击的,主要危害,是：,（2）由于压力冲击产生的高压力可能会使某些液压元件（如压力继电器）产生误动作而损坏设备。,避免液压冲击的,主要办法是,：,（1）避免液流速度的急剧变化。,（2）延缓速度变化的时间，能有效地防止液压冲击，如将液动换向阀和电磁换向阀联用可减少液压冲击，这是因为液动换向阀能把换向时间控制得慢一些。,2 空穴现象,在液流中当某点压力,低于液体所在温度下的空气分离压力时,，原来溶于液体中的气体会分离出来而产生气泡，这就叫空穴现象。,当压力进一步减小直至,低于液体的饱和蒸气压时，,液体就会迅速汽化形成大量蒸气气泡，使空穴现象更为严重，从而使液流呈不连续状态。,空穴现象的危害：,如果液压系统中发生了空穴现象，液体中的气泡随着液流运动到压力较高的区域时，一方面，气泡在较高压力作用下将迅速破裂，从而,引起局部液压冲击，造成噪音和振动；,另一方面，由于气泡破坏了液流的连续性，降低了油管的通油能力，造成流量和压力的波动，使液压元件承受冲击载荷，因此,影响了其使用寿命,。同时，气泡中的氧也会,腐蚀金属元件的表面,，我们把这种因发生空穴现象而造成的腐蚀,叫汽蚀,。,在液压传动装置中，汽蚀现象可能发生在油泵、管路以及其他具有节流装置的地方，特别是油泵装置(这种现象最为常见)。,发生空穴现象时产生的气泡中的氧,腐蚀金属元件的表面,的现象,叫汽蚀,。,减少汽蚀现象的方法：,（1）,应使液压系统内所有点的压力均高于液压油的空气分离压力。例如，应注意油泵的吸油高度不能太大，吸油管径不能太小（因为管径过小就会使流速过快，从而造成压力降得很低）；,（2）油泵的转速不要太高；,（3）管路应密封良好；,（4）油管出口应没入油面以下等。,总之，应避免流速的剧烈变化和外界空气的混入。,汽蚀现象是液压系统产生各种故障的原因之一，特别在高速、高压的液压设备中更应注意这一点。,题图1-6,题图1-7,题图1-10,