液压基础教程

第1部分液压传动的工作原理1.1机器的传动方式任何一部机器：动力装置：柴油机、汽油机、电动机传动装置：改变速度、方向、力矩工作装置：铲刀、挖掘斗、熨平板…动力装置工作装置传动装置转速/力矩变化范围不大转速/力矩变化范围大理想的传动：较高的效率！！传动的分类与特点机械传动优点：古典、成熟、可靠、不易受负载影响缺点：笨重、体积大、自由度小、结构复杂、不好实现自动控制电气传动优点：远距离控制、无污染、信号传递迅速、易于实现自动化等缺点：体积重量偏大、惯性大、调速范围小、易受外界负载的影响，受环境影响较大；气体传动优点：结构简单、成本低，易实现无级变速；气体粕性小，阻力损失小，流速可以很高，能防火、防爆，可在高温下工作。缺点：空气易压缩，负载对传动特性的影响较大，不宜在低温下工作，只适于小功率传动。液压传动：后起之秀、优势很多1.2液压传动的工作原理液压传动：以液体作为工作介质来实现能量的传递和转换。机械能液体压力能机械能分类：静液压传动（简称液压传动，也称容积式液压传动）动力液力传动（简称液力传动）液压传动的工作原理p1A1p2A2F1F2v1v2压力相等：p1=p2F1/A1=F2/A2，或：F1/F2=A1/A2液压传动的工作原理p1A1p2A2F1F2v1v2压力相等：p1=p2F1/A1=F2/A2，或：F1/F2=A1/A2容积相等：W1=W2A1L1=A2L2或L1/L2=A2/A1同样时间段t内：v1/v2=A2/A1v1=L1/tv2=L2/t等压特性：帕斯卡定律“平衡液体内某一点的液体压力等值地传递到液体内各处”等体积特性：假设液压缸1让出的液体体积等于液压缸2吸纳的体积液压传动可传递力：力比等于二活塞面积之比液压传动可传递速度：速比等于二活塞面积之反比力比和速比v2/v1=A1/A2可写成：A1v1=A2v2=Q（流量）这在流体力学中称为液流连续性原理，它反映了物理学中质量守恒这一现实。F1v1=F2v2=N=pQ（功率）说明能量守恒。综上所述，可归纳出液压传动的基本特征是：以液体为传动介质，靠处于密闭容器内的液体静压力来传递动力，其静压力的大小取决于外负载；负载速度的传递是按液体容积变化相等的原则进行的，其速度大小取决于流量。因此采用液压传动可达到传递动力，增力，改变速比等目的，并在不考虑损失的情况下保持功率不变。液压传动中两个重要的概念：液体压力取决于负载流量决定速度液压传动的优点：（1）体积小、重量轻、惯性小、响应速度快（2）能够实现无级调速，调速范围广（3）可缓和冲击，运动平稳（4）容易实现过载保护（5）液压元件有自我润滑作用，使用寿命较长（6）容易实现自动控制1.3液压传动的特点（1）泄露问题（可通过工艺克服）（2）控制复杂一些：非线性因素多、难于精确建模（3）能量经过两次转换，效率比其它两种传动方式低（4）液压元件的制造和维护要求均较高液压传动的缺点1.4液压技术的发展概况1650年帕斯卡提出了静止液体中的压力传播规律——帕斯卡原理，1686年牛顿揭示了粘性液体的内摩擦定律，18世纪流体力学的两个重要原理——连续性方程和伯努利能量方程相继建立，为液压技术的发展奠定了基础。1795年英国制成世界上第一台水压机，液压传动开始进入工程领域，1900年：德国科学家研制出第一台液压传动装置。二次世界大战前后，液压传动在大型军事武器装备上得到广泛应用。二战结束后，液压技术很快进入民用领域。工程机械：1951年，法国波克兰——第一台全液压挖掘机日本：1966年：32%，1972年：72%我国：60年代引进，抚顺挖掘机厂，未成功，70年底：探索1.5液压传动系统的组成部分与图形符号1.3液压传动系统的组成部分与图形符号能源装置：将机械能转换成液压能，即液压泵。执行元件：将液压能重新转换成机械能，克服负载，带动机器完成所需的运动，即油缸、马达。控制元件：控制压力、流量及流动方向的装置，即各种阀。辅助元件：除上述装置以外的其它必不可少的装置，如滤油器、油箱、管路及检测装置(压力表、温度计等)。工作介质：即液体第2部分液压元件及其基本参数与单元回路第2部分液压元件及其基本参数2.1液压泵和液压马达2.2液压缸2.3液压辅助装置2.4液压控制阀与典型液压回路2.1液压泵和液压马达液压泵的工作原理1-偏心轮；2-柱塞；3-弹簧；4-缸体；5-单向阀；6-单向阀液压泵的主要性能参数泵的流量:泵在单位时间内排出液流的体积。理论流量:QT=qp·np实际流量:Q=QT-ΔQ，ΔQ:泵的泄露流量。泵的实际流量和理论流量之比称为容积效率，即：pv=Q/QT=(QT-ΔQ)/QT=1-ΔQ/QT即：Q=QT·pv（1）排量、流量和容积效率泵的排量qp：液压泵旋转一周所排出液体的体积。单位为m3/r或ml/r。工作压力：指泵的输出压力，其数值决定于外负载。额定压力：是指根据实验结果而推荐的可连续使用的最高压力，反映了泵的能力（一般为泵铭牌上所标的压力）。在额定压力下运行时，泵有足够的流量输出，并且能保证较高的效率和寿命。最高压力：比额定压力稍高，可看作是泵的能力极限。一般不希望泵长期在最高压力下运行。（2）压力泵的输入功率：驱动泵轴的输入机械功率＝2πTnp泵的输出功率：泵输出的液压功率＝ppQp机械效率ηpm：泵工作时由于相对运动零件之间的摩擦及液体粘性摩擦而引起摩擦损失，因此，驱动泵所需的实际输入转矩必然大于理论转矩；此外还有一些其它损失，如发热、振动等，一般我们把除容积效率外的所有效率均归为机械效率。总效率p：泵的输出功率与输入功率之比，可表示为：p=pm.pv（3）功率、机械效率和总效率排量qm:液压马达转一转需要的液体体积转速nm理论流量：QT=nmqm实际流量：Q=QT+ΔQ=nmqm+ΔQ容积效率mv=理论流量/实际流量=nmqm/Q=nmqm/(nmqm+ΔQ)或nm=(Q/qm)·mv可见，qm和mv是决定液压马达转速的主要参数。液压马达的主要性能参数（1）流量、排量和转速（2）扭矩理论输出扭矩:TT=pmqm/2π实际输出扭矩:Tm=TT.mm机械效率:mm可见液压马达的排量是决定其输出扭矩的主要参数。总效率:ηm=mvmm容积效率和机械效率是液压泵和马达的重要性能指标。因总效率为其二者的乘积，故液压传动系统效率低下。因此提高泵和马达的效率有其重要意义。（3）最低稳定转速衡量液压马达转速性能的一个重要指标是最低稳定转速，它是指液压马达在额定负载下不出现爬行（时转时停）现象的最低转速。液压马达结构形式不同、最低稳定转速也不同。因此，实际使用时应注意所选择液压马达的最低稳定转速。按结构分：柱塞式、叶片式和齿轮式按排量分：定量和变量按调节方式分：手动式和自动式，自动式又分电控式、限压式、恒功率式、恒压式和恒流式等。按自吸能力分：自吸式和非自吸式液压马达：低速大扭矩和高速小扭矩液压泵和液压马达的类型液压泵和液压马达的图形符号2.2液压缸液压缸是将液压能转变为机械能的、做直线往复运动（或摆动运动）的液压执行元件。活塞式柱塞式伸缩式摆动式单活塞杆式双活塞杆式{单活塞杆液压缸有杆腔进油：力小速度快差动连接往返行程推力相等双活塞杆液压缸1214VVQQvAD22224()VVQQvADd1112222212()44FpApADDdpp2122122212()44FpApADdDpp无杆腔进油：力大速度慢4)(2213dpAApF22134dQAAQvVV)(422dDQAQvVV221212()()4DdFpApApp柱塞式液压缸特点：单作用式液压缸，只能实现单独方向的运动；适于做长行程液压缸；工作时柱塞总受压，必须有足够的刚度；垂直使用更有利。柱塞式液压缸结构示意图1-缸体；2-柱塞；3-导向套；4-密封24dFpAp24dQAQv柱塞上有效作用力柱塞运动速度为式中d——柱塞直径；伸缩式液压缸工作时行程相当长，不工作时体积缩小起推力很大，随行程逐渐深长，推力逐渐随之减小摆动液压缸实现往复摆动，能直接输出扭矩，也称摆动式液压马达。有单叶片和双叶片两种形式。适用于半回转式（小于360°）机械的回转机构。单叶片式摆动液压缸1-缸体；2-定子块；3-输出轴；4-叶片双叶片式摆动液压缸1-缸体；2-定子块；3-输出轴；4-叶片摆动角度一般不超过300°转速较高，转矩较小摆动角度不超过150°转速相对较慢，输出转矩更大。滤油器蓄能器密封件油箱及热交换器其它辅件管道管接头压力表…2.3液压系统辅助装置滤油器蓄能器压力表流量表温度表加热器扭距仪转速仪冷却器2.4液压控制阀及典型液压回路2.4液压控制阀及典型液压回路液压控制阀：控制液流的方向、压力和流量的元件分类：方向控制阀：单向阀、换向阀、截止阀、压力开关…压力控制阀：溢流阀、减压阀、顺序阀、平衡阀…流量控制阀：节流阀、调速阀、分流阀、集流阀…（1）单向阀：只允许油液朝一个方向流动，不能反向流动单向阀液控单向阀AB双向液压锁方向阀与方向控制回路P2P4P1P3BA梭阀（2）换向阀:利用阀芯和阀体的相对运动，使油路接通、关断或变换油流的方向，从而实现液压执行元件及其驱动机构的启动、停止或变换运动方向。换向阀图形符号说明（1）方框表示阀的工作位置，几个方框就表示几“位”。（2）方框内的箭头表示在这一位置上油路处于接通状态，但并不一定表示油流的实际流向；（3）方框内符号┴或┬表示此油路被阀芯封闭;（4）一个方框上边和下边与外部连接的接口数表示几“通”；（5）符号图位移方向与阀芯位移相同，即阀芯左移后，油路通断情况，相当于符号图向左移一格，右端方格接入油路(处于工作状态)。同样阀芯右移后，左端方格接入油路(处于工作状态)。（6）一般，阀与系统供油路连接的进油口用字母P表示；阀与系统回油路连接的回油口用字母T（或O）表示；而阀与执行元件连接的工作油口则用字母A、B等表示。有时在图形符号上还标出泄漏油口，用字母L表示。（7）每个换向阀都有一个常态位(即阀芯在未受到外力作用时的位置)。在液压系统图中，换向阀的符号与油路的连接一般应画在常态位上。常用换向阀二位二通二位五通二位三通三位四通二位四通三位五通换向阀滑阀机能滑阀机能:是指滑阀在中间位置时的通路形式，一般用英文字母表示，常见的有O、P、Y、K、H、X、M、C等几种。OHPYKMC换向阀的操纵方式1、手动换向阀2、机动换向阀3、电磁换向阀4、液动换向阀5、电液动换向阀多路换向阀1.按阀体的外形，分为整体式和分片式。（1）并联2.按换向阀油路连接方式可分为：（2）串联（3）串并联（3）典型方向控制回路起停回路换向回路锁紧回路压力阀和压力控制回路溢流阀和调压阀减压阀和减压回路顺序阀和顺序回路平衡阀和平衡回路压力继电器卸荷回路溢流阀主要作用有两个：1.定量泵节流调速系统中，用来保持液压泵出口压力恒定，并将液压泵多余的油液溢流回油箱。这时溢流阀起定压溢流作用；2.在系统中起安全作用，作为安全阀使用。（1）溢流阀和调压阀2、作安全阀用在容积调速中起限压安全作用，此时阀是常闭的。只有当系统压力超过溢流阀调整压力时，阀才打开.1、作溢流阀用用在定量泵节流调速系统中，工作过程中阀是常开的3.作背压阀用将溢流阀装在回油路上，调节溢流阀的调压弹簧即能调节背压力的大小。（2）减压阀和减压回路顺序阀是以压力为控制信号，在一定的控制压力作用下能自动接通或断开某一油路的压力阀。（3）顺序阀和顺序回路直控顺序阀外控顺序阀单向顺序阀顺序回路（4）平衡阀和平衡回路为了防止立式液压缸及其联在一起的工作部件因自重而下滑，常采用平衡回路。防止因“负负载”产生的失控现象（5）压力继电器压力继电器是将液压系统中的压力信号转换为电信号的转换装置。其作用是，根据液压系统压力的变化，通过压