液压传动基础知识.

液压传动基础知识思考1.液压传动的概念？2.液压传动的工作原理？3.液压传动系统的组成？第一节液压传动基础知识内容提要：本章主要介绍液压传动与控制技术的发展概况及趋势、应用领域、工作原理与特征、优缺点、工作介质的性质以及液压油的污染与控制。通过本章的学习，要求重点掌握液压传动的工作原理与特征、工作介质的性质以及液压油的污染与控制。第一节液压传动基础知识1.1液压传动的发展概况1.2液压传动的工作原理及特征1.3液压传动的优缺点1.4液压传动的工作介质1.5液压油的污染与控制1.1液压传动的发展概况1.1.1液压传动发展历史◦1650年帕斯卡提出的流体静压力传递原理（即帕斯卡原理）不可压缩静止流体中任一点受外力产生压力增值后，此压力增值瞬时间传至静止流体各点。◦1795年英国人约瑟夫·布拉曼研制水压机◦20世纪初石油工业的兴起和耐油橡胶的出现◦战争和军事需要刺激了液压新技术新工艺◦战后在航空航天、国防工业以及汽车和机床工业的广泛应用中，液压技术经受了考验，西方各国相继成立了行业协会和专业学会，这一时期也称得上是液压工业的黄金岁月◦20世纪70年代液压元件开始向标准化、集成化、小型化方向发展◦电液比例控制在20世纪80年代成为液压技术研究发展的热点◦20世纪90年代以后随着绿色和环保成为全球共识，水压技术的研究又得到重视液压技术的应用程度已经成为衡量一国工业水平的重要标志之一1.1.1液压传动发展历史1.1.2我国液压行业历史及现状◦我国液压行业起步较晚，20世纪50年代初到60年代为起步阶段，当时大部分机床厂都有专门的液压车间生产液压件，自产自用◦60～70年代，液压技术的应用逐渐从机床行业推广到农业机械和工程机械等领域◦80～90年代进入快速发展阶段◦在国外，液压工业的发展速度高于机械工业。据统计，各国液压工业产值约占机械工业产值的2～3%，而我国的液压气动行业占国民经济的比例确很小，下图是2000年到2007年我国的液压气动行业占国民经济的比例。这充分说明我国液压技术使用率还很低，需努力扩大其应用领域。1.1.2我国液压行业历史及现状◦我国液压行业主要产品为上世纪80年代引进消化吸收产品和其后跟踪开发产品，基本能适应国产主机一般配套要求，为重大成套工程配套品种满足率约70%左右。◦我国的液压元件尽管产值产量不低，但高端产品几乎全部由国外占据，同时许多液压元件属于安全领域，也无法获得，而且这一差距似乎有增大趋势。1.1.2我国液压行业历史及现状工程机械1.1.3应用领域1.1.3应用领域工程机械1.1.3应用领域直径为17.45米,全长110米重达7千吨•工程机械1.1.3应用领域摊铺机•工程机械1.1.3应用领域挖掘装载机路面冷铣刨机•工程机械1.1.3应用领域拖式混凝土输送泵•工程机械1.1.3应用领域最高垂直高度417米•工程机械1.1.3应用领域混凝土搅拌运输车&泵车垃圾车消防车1.1.3应用领域注塑机1.1.3应用领域注塑机1.1.3应用领域运动模拟器1.1.3应用领域航空航天领域1.1.3应用领域汽车领域可变气门正时（VVT）自动变速防抱死制动系统（ABS）液压助力转向正如路甬祥院长所说：“由于流体特性及其应用领域的多样化及复杂性，流体传动与控制技术在未来有着无穷无尽的研究领域和无止境的应用范围。”1.1.3应用领域◦继续与信息、数字、智能及网络技术相结合◦模块化电液传动与控制技术◦小型化和集成化◦极端环境的应用领域◦更为严格的环保标准◦仿生学流体技术的开发◦纯水液压技术◦向着高压化、高速化、集成化、大流量、大功率、高效率、长寿命、低噪声方向发展1.1.4发展趋势1.传动方式的分类◦原动机→传动机→工作机◦传动通常分为机械传动、电气传动和流体传动以及它们的组合—复合传动等。◦机械传动—发展最早、目前应用最普遍的传动形式◦电气传动—在有交流电源的场合得到了广泛的应用◦流体传动—液体传动（液压传动和液力传动）和气体传动1.2液压传动的工作原理及特征•以液体为工作介质进行能量传递和控制的传动方式称为液体传动，它包括液压传动和液力传动。液压传动是利用密闭系统中的受压液体来传递运动和动力的一种传动方式。液力传动是以液体动能进行工作，实现运动和动力的转换。由于液压传动结构简单、体积小、质量轻，能够在工作过程中实现无级调速，而广泛地应用在汽车、机床、工程机械等行业中。液压传动的工作原理液压千斤顶工作原理图1一杠杆;2一泵体;3,11一活塞;4,10一油腔;5,7一单向阀;6一油箱;8一放油阀;9一油管;12一缸体;13一重物F1F2F2\液压千斤顶工作原理简图1一大活塞;2一大缸;3一止回阀;4一放油阀;5一液压泵;6一油箱(1)将机械能转换为便于输送的液压能，然后又将液压能转换为机械能。(2)由于液体只有一定的体积而没有固定的形状，所以液压传动必须在密闭的容器内进行。(3)依靠密封容积的变化传递运动。(4)依靠压为的今什传涕动力。液压传动是一种以液体为传动介质，利用液体的压力能来实现运动和力的传递的一种传动方式。它具有以下特点。1.2.1液压传动的工作原理及特征图1-4液压传动工作原理图特征一：力（或力矩）的传递是按照帕斯卡定律（静压传递定律）进行的。211AWAFp图1-4液压传动工作原理图压力取决于负载1.2.1液压传动的工作原理及特征压力的国际单位是帕斯卡（Pa），实际中常用兆帕（MPa）这一单位，1MPa＝106Pa，另外在工程中也常用单位巴（bar），1bar=1kgf/cm2≈0.1MPa，欧美国家习惯使用psi（磅/平方英寸）作单位，1psi=0.069bar=0.0069MPa。1.2.1液压传动的工作原理及特征液压系统中的压力就是指压强，液体压力通常有绝对压力、相对压力(表压力)、真空度三种表示方法。因为在地球表面上，一切物体都受大气压力的作用，而且是自成平衡的，即大多数测压仪表在大气压下并变动，这时它所表示的压力值为零，因此，它们测出的压力是高于大气压力的那部分压力。也就是说，它是相对于当地大气压(即以大气压为基准零值时)所测量到的一种压力，因此称它为相对压力或表压力。特征二：速度或转速的传递按“容积变化相等”的原则进行。2211hAhAthAthA22112211vAvA的物理意义是单位时间内流过截面积为A的液体的体积，称为流量qthAAvqAqv图1-4液压传动工作原理图1.2.1液压传动的工作原理及特征•特征三：功率传递机械功率（忽略损失）由上式可得1.2.1液压传动的工作原理及特征pqAqpAvFP1111p—泵吸、排油口之间的压差（MPa）q—液压泵实际输出流量（L/min）P—液压泵输出功率（kW）211WvvFP压力损失与流量的关系实际液体具有茹性，在流动时就有阻力。为了克服阻力，就必须要消耗能量，这样就有能量损失。在液压传动中，能量损失主要表现为压力损失。液压系统中的压力损失分为两类:1、由液压油沿等径直管流动时所产生的压力损失，称为沿程压力损失;2、液压油流经局部障碍(如弯管、接头、管截面牢娃扩士或收缩)时的压为损失，称为局部压力损失；(1)沿程压力损失。液体在直管中流动时，由于液体内部、液体与管壁间的摩擦力以及液流流动时，质点间的互相碰撞，从而引起压力损失。管道越长，流速越快，损失就越大;相反，管道越短，损失应越小。(2)局部压力损失。液体经过局部障碍处，由于液流的方向和速度突然变化，在局部形成旋涡引起液压油质点间以及质点与固体壁面间互相碰撞和剧烈摩擦，会阻止油液的流动，这种阻力称为液阻。液体在系统中的液阻，会造成流动油液的能量损失，即局部压力损失。因为液体的流动现象是十分复杂的，所以局部压力损失一般由试验求得。(3)管路中的总压力损失。液压系统的管路通常由若干段管道组成，其中每一段又串联诸如弯头、控制阀、管接头等形成的局部阻力的装置，因此管路系统总的压力损失等于直管中的沿程压力损失及所有局部压力损失的总和。在液压传动中，管路一般都不长，而控制阀、弯头、管接头等的局部阻力则较大，沿程压力损失比起局部压力损失是比较小的。因此，大多数情况下总的压力损失只包括局部压力损失和长管的沿程压力损失。1.2.2液压传动系统的组成1.动力装置：即各种泵，其功能是把机械能转换成液体压力能的元件。如图1-4中的小油缸和单向阀组成一个单缸液压泵。2.执行装置：即油缸（直线运动）和马达（旋转运动）。其主要功能把液体压力能转换成机械能的元件。如图1-4中的大油缸。3.控制调节装置：即各种控制阀，其主要作用是通过对流体的压力、流量及流动方向的控制，来实现对执行元件的作用力、运动速度及运动方向等的控制；也用于实现过载保护、程序控制等。图1-4中的阀1、2即属控制元件。4.辅助装置：上述三个组成部分以外的其它元件，如管道、接头、油箱、滤油器等，它们保证液压系统可靠、稳定地运行。5.传动介质：用来传递能量的流体即液压油。1.3液压传动的优缺点及应用1.液压传动的主要优点1）体积小，重量轻，能容量大。2）可方便的实现无级调速，调速范围大。3）易获得很大的力和转矩，可灵活方便地布置传动机构。4）与微电子技术结合，易于实现自动控制。5）可实现过载保护。6）液压传动装置工作平稳、反应快、冲击小，能快速启动、制动和频繁换向。2.液压传动的主要缺点◦1）液压传动不可避免地存在泄漏，同时，液体又不是绝对不可压缩的，因此不宜在传动比要求严格的场合采用。◦2）液压传动在工作过程中存在能量损失，如摩擦损失、泄漏损失等，因此其传动效率较低，一般为75%~80%，故不宜用于远距离传动。而且泄漏要及时妥善处理，否则不仅污染场地，而且若附近有火种存在时，还可能引起火灾和爆炸事故。1.3液压传动的优缺点及应用◦3）液压传动对油温的变化比较敏感，原因是温度变化会引起液体茹性发生变化，使系统泄漏增加，执行元件的工作性能也变坏，因此，不宜在低温和高温条件下工作。◦4）为了减少泄漏，液压元件的制造精度要求较高，因此，液压元件的制造成本较高，而且对油液的污染比较敏感。◦5）液压系统故障的诊断比较困难，因此对维修人员提出了更高的要求，既需要系统地掌握液压传动的理论知识，又要具有一定的实践经验。1.4液压传动工作介质1.4液压传动工作介质1.密度单位体积液体的质量称为液体的密度。Vm2.可压缩性液体分子间存在一定间隙，液体受压缩后体积会缩小，这种性质称为液体的可压缩性。压力为p0、体积为V0，如果压力增大Δp，则体积减小ΔV，液体的可压缩性可用体积压缩系数k，即单位压力变化下的体积相对变化量来表示01VVpk•液体体积压缩系数的倒数称为体积弹性模量KK=1/k1.4液压传动工作介质3.粘性液体在外力作用下流动（或有流动趋势）时，由于液体分子间的内聚力（吸引力）而产生的阻碍液体分子相互运动的内摩擦力，这种现象叫做液体的粘性。性质：（1）液体只有在流动（或有流动趋势）时才会呈现粘性，静止液体是不呈现粘性的。（2）温度升高时，粘度降低。（3）压力增大时，粘度升高。1.4液压传动工作介质μ为比例常数，称为粘性系数或动力粘度。其法定计量单位为Pa·s(1Pa·s＝1N·s／m2)。1.4液压传动工作介质牛顿内摩擦定律运动粘度ν它的法定计量单位为m2／s。我国液压油的牌号就是用它在温度为40℃时的运动粘度平均值来表示的。例如L-HL22普通液压油，就是指这种油在40℃时的运动粘度平均值为22mm2／s。1.4液压传动工作介质相对粘度中国、德国、前苏联等采用恩氏粘度：°E恩氏粘度计1.4液压传动工作介质610)31.631.7(EE4.对液压传动工作介质的要求1）合适的粘，ν40=（15~68）×10-6m2/s，良好的粘温性能。2）润滑性能好。3）质地纯净，杂质含量少。4）对金属和密封件有良好的兼容性。5）对热、氧化、水解和剪切都有良好的稳定性，使用寿命长。6）消泡性好，抗乳化性好，腐蚀性小，防锈性好。