液压与气压传动2-王积伟教授-东南大学

SchoolofMechanicalEngineering东南大学机械工程学院第二章能源装置及辅件液压与气压传动Chapter2能源装置及辅件本章主要内容：2.1能源装置的组成2.2液压泵与液压马达2.3齿轮泵的结构和工作原理2.4叶片泵、叶片马达的结构和工作原理2.5柱塞泵、柱塞马达的结构和工作原理2.6液压泵的气穴、噪声2.7液压泵的选用2.8油箱与液压辅件2.9气源装置及气动辅件SchoolofMechanicalEngineering东南大学机械工程学院第二章能源装置及辅件液压与气压传动了解液压泵主要性能参数、分类了解常用液压泵的结构及工作原理掌握泵原理、必要条件、排流量、齿轮泵原理、困油了解气源装置与气动三联件工作原理了解常用的液压与气动辅件容积式泵工作原理、必要条件齿轮泵工作原理、排流量计算容积式泵的共同弊病、困油现象的实质目的任务:重点难点:SchoolofMechanicalEngineering东南大学机械工程学院第二章能源装置及辅件液压与气压传动Part2.1能源装置的组成能源装置有两大类：液压能源装置和气源装置。液压能源装置：向液压系统输送具有一定压力和流量的清洁的工作介质；气源装置：向气动系统输送一定压力和流量洁净的压缩空气。液压能源装置可以是和主机分离的单独的液压泵站，也可以是和主机在一起的液压泵组；气源装置一般都是单独的。SchoolofMechanicalEngineering东南大学机械工程学院第二章能源装置及辅件液压与气压传动液压泵站一般由泵、油箱和一些液压辅件（过滤器、温控元件、热交换器、蓄能器、压力表及管件等）组成，这些辅件是相对独立的，可根据系统的不同要求而取舍，一些液压控制元件（各种控制阀）有时也以集成的形式安装在液压泵站上。气源装置则由空压机、压缩空气的净化储存设备（后冷却器、油水分离器、储气罐、干燥器及输送管道）、气动三联件（分水过滤器、油雾器及减压阀）组成，还有一些必要的辅件，如自动排水器、消声器、缓冲器等，这些辅件是向系统输送洁净的压缩空气所必不可少的。SchoolofMechanicalEngineering东南大学机械工程学院第二章能源装置及辅件液压与气压传动Part2.2液压泵与液压马达液压泵：将电动机或其它原动机输入的机械能转换为液压能的能量转换装置。液压泵：其为液压系统提供具有一定压力和流量的液压液，是液压系统的重要组成部分。液压泵：其性能好坏直接影响液压系统工作的可靠性和稳定性。液压马达：是液压系统中实现连续旋转或摆动的执行元件，它把输入油液的压力能转换为输出轴转动的机械能，用来推动负载作功。SchoolofMechanicalEngineering东南大学机械工程学院第二章能源装置及辅件液压与气压传动Part2.2.1液压泵的工作原理液压系统中所用的各种液压泵，其工作原理都是依靠液压泵密封工作腔容积大小交替变化来实现的。凸轮1旋转时，柱塞2在凸轮1和弹簧3作用下在缸体中左右移动。柱塞右移时，缸体中的密封工作腔4容积增大，产生真空，油液通过吸油阀5吸入，此时压油阀6关闭；柱塞左移时，缸体密封工作腔4的容积变小，将吸入的油液通过压油阀6输入液压系统中去，此时，吸油阀5关闭。液压泵就是依靠其密封工作腔容积不断的变化，实现吸入和输出液体的。图2-1单柱塞式液压泵工作原理1—凸轮2—柱塞3—弹簧4—密封工作腔5—吸油阀6—压油阀SchoolofMechanicalEngineering东南大学机械工程学院第二章能源装置及辅件液压与气压传动液压泵吸油时，油箱的油液在大气压作用下使吸油阀开启，而压油阀在阀的弹簧作用下关闭；液压泵输油时，吸油阀在液压和弹簧作用下关闭，而压油阀在液压作用下开启。这种吸入和输出油液的转换，称为配流。液压泵的配流方式：确定式配流（如叶片泵的配流盘、径向柱塞泵的配流轴）阀式配流（如逆止阀等）SchoolofMechanicalEngineering东南大学机械工程学院第二章能源装置及辅件液压与气压传动液压泵的密封工作腔处于吸油时称为吸油腔，处于输油时称为压油腔。吸油腔压力取决于液压泵吸油口至油箱液面高度和吸油管路压力损失；压油腔压力决定于负载和压油管路压力损失。输出的理论流量只决定于工作腔的几何尺寸和柱塞的往复次数（或角速度），而与压油腔压力无关。液压泵的基本原理吸油：密封容积增大，产生真空压油：密封容积减小，油液被迫压出容积式SchoolofMechanicalEngineering东南大学机械工程学院第二章能源装置及辅件液压与气压传动构成液压泵的基本条件（必要条件）1）形成密封工作腔；2）密封工作腔容积大小交替变化；（变大时与吸油口相通，变小时与压油口相通）3）吸压油腔隔开（配流装置）。液压泵的基本特点1）具有一个或若干个周期性变化的密封容积；2）具有配流装置；3）油箱内液体的绝对压力必须恒等于或大于大气压力。SchoolofMechanicalEngineering东南大学机械工程学院第二章能源装置及辅件液压与气压传动Part2.2.1液压马达的工作原理下图所示为轴向柱塞式液压马达的工作原理。斜盘1和配油盘4固定不动，柱塞3可在缸体2的孔内移动，斜盘中心线与缸体中心线相交一个倾角δ。高压油经配油盘的窗口进入缸体的柱塞孔时，处在高压腔中的柱塞被顶出，压在斜盘上，斜盘对柱塞的反作用力F可分解为两个分力，轴向分力Fx和作用在柱塞上的液压力平衡，垂直分力Fy使缸体产生转矩，带动马达轴5转动。图3-26轴向柱塞式液压马达的工作原理1—斜盘2—缸体3—柱塞4—配油盘5—马达轴设第i个柱塞和缸体的垂直中心线夹角为θ，则在柱塞上产生的转矩为式中R——柱塞在缸体中的分布圆半径。sintansinRFRFrFTxyyi液压马达产生的转矩应是处于高压腔柱塞产生转矩的总和，即随着角θ的变化，每个柱塞产生的转矩也发生变化，故液压马达产生的总转矩也是脉动的，它的脉动情况和讨论液压泵流量脉动时的情况相似。sintanRFTxSchoolofMechanicalEngineering东南大学机械工程学院第二章能源装置及辅件液压与气压传动液压马达工作原理:转矩脉动;马达的进、回油口互换时，马达将反向转动;改变斜盘倾角δ的大小，既改变了马达的排量，也使输出转矩T发生变化；改变斜盘倾角δ的方向，就改变了马达的旋转方向。液压马达与液压泵在原理上互逆，结构上类似，功用上相反。SchoolofMechanicalEngineering东南大学机械工程学院第二章能源装置及辅件液压与气压传动Part2.2.2液压泵的主要性能参数1.液压泵的压力工作压力是指液压泵出口处的实际压力，其大小取决于负载。额定压力pS是指液压泵在连续使用中允许达到的最高压力。2.液压泵的排量、流量排量V是指在没有泄漏情况下，泵轴转过一转时所能排出的油液体积。排量的大小仅与液压泵的几何尺寸有关。额定压力pS（公称压力、铭牌压力）SchoolofMechanicalEngineering东南大学机械工程学院第二章能源装置及辅件液压与气压传动额定流量qs：在额定转速和额定压力下输出的流量。理论流量qt：在没有泄漏情况下，单位时间内所输出的油液体积。其大小与泵轴转速n和排量V有关，即qt=Vn常用单位为m3/s和L/min。实际流量q：单位时间内实际输出的油液体积。液压泵在运行时，泵的出口压力不等于零，因而存在部分油液泄漏，使实际流量小于理论流量。液压泵的流量可分为理论流量、实际流量和额定流量。SchoolofMechanicalEngineering东南大学机械工程学院第二章能源装置及辅件液压与气压传动3.功率与效率如果不考虑液压泵在能量转换过程中的损失，则输入功率等于输出功率，即是它们的理论功率：Pt=pVn=Ttω=2πnTt(2-1)1）输入功率Pi为驱动液压泵轴的机械功率。2）输出功率Po为液压泵输出的液压功率。式中Tt——液压泵的理论转矩；ω——泵的角速度；n——泵的转速。SchoolofMechanicalEngineering东南大学机械工程学院第二章能源装置及辅件液压与气压传动3.功率与效率（1）容积损失——因内泄漏、气穴和油液在高压下受压缩而造成的流量上的损失。——由于液压泵内工作构件之间存在间隙所造成的内泄漏是主要原因，因而泵的压力增高，输出的实际流量就减小。功率损失可分为容积损失和机械损失。实际上，液压泵在能量转换过程中是有损失的，因此输出功率总是比输入功率小，即POPI。两者之差值即为功率损失。SchoolofMechanicalEngineering东南大学机械工程学院第二章能源装置及辅件液压与气压传动用容积效率ηv来表征容积损失的大小：（1）容积损失ttttvqqqqqqq1（2-2）式中Δq——某一工作压力下液压泵的流量损失，即泄漏量。如果将泄漏油液的流态看作为层流，则泄漏量Δq与泵的输出压力成正比，即Δq=k1p，k1为泄漏系数。有：Vnpkqpk1111tv（2-3）由式（2-3）中可看出：泵的输出压力越高，泄漏系数越大，泵的排量越小，转速越低，容积效率ηv就越小。SchoolofMechanicalEngineering东南大学机械工程学院第二章能源装置及辅件液压与气压传动（2）机械损失——因泵内摩擦而造成的转矩上的损失。设转矩损失为ΔT，实际输入转矩为T=Tt+ΔT，用机械效率ηm来表征机械损失：TTTTTtttm（2-4）对液压泵而言，驱动泵的转矩总是大于理论上需要的转矩。pVnpqnTtt2πt2pVTTpVπm2SchoolofMechanicalEngineering东南大学机械工程学院第二章能源装置及辅件液压与气压传动总效率η——液压泵的输出功率与输入功率之比（2-5）式（2-5）表明：液压泵的总效率等于容积效率与机械效率之乘积mvtttioTqqTTpVnpqTTpqPPSchoolofMechanicalEngineering东南大学机械工程学院第二章能源装置及辅件液压与气压传动Part2.2.2液压马达的主要性能参数容积效率v:转速n：理论转矩Tt：机械效率m：qqtvVnqtvVqnpVnnTtπ2πt2pVTtmTTSchoolofMechanicalEngineering东南大学机械工程学院第二章能源装置及辅件液压与气压传动Part2.2.2液压马达的主要性能参数实际转矩T：总效率：vmvVioπππ222pVTVnpnTpqnTPPmπ2pVTSchoolofMechanicalEngineering东南大学机械工程学院第二章能源装置及辅件液压与气压传动Part2.2.3液压泵的特性曲线液压泵的性能曲线是在一定的介质、转速和温度下，通过试验得出的。其表示液压泵的工作压力与容积效率ηv（或实际流量）、总效率η与输入功率之间的关系。图2-2液压泵的性能曲线由图示性能曲线可以看出：容积效率ηv（或实际流量q）随压力增高而减小，压力p为零时，泄漏流量Δq为零，容积效率ηv=100%，实际流量q等于理论流量qt。总效率η随工作压力增高而增大，且有一个最高值。SchoolofMechanicalEngineering东南大学机械工程学院第二章能源装置及辅件液压与气压传动对于某些工作转速可在一定范围内变化的液压泵或排量可变的液压泵，为了显示在整个允许工作的转速范围内的全性能特性，常用泵的通用特性曲线表示，如图2-3所示。图中除表示工作压力p、流量q、转速n的关系外，还表示了等效率曲线ηi、等功率曲线Pii等。SchoolofMechanicalEngineering东南大学机械工程学院第二章能源装置及辅件液压与气压传动Part2.2.4液压泵的分类液压泵种类繁多。按泵的排量可否调节，可分为定量泵和变量泵。其中变量泵有单作用叶片泵、径向柱塞泵、轴向柱塞泵等。按结构形式，可分为柱塞泵、叶片泵、齿轮泵和螺杆泵