液压传动1-7章

第一章绪论§1.1液压传动的工作原理及其组成部分1、液压传动的工作原理电动机带动液压泵工作，油液经过过滤器被吸入液压泵中，然后油液进入压力管，通过开停阀、节流阀、换向阀进入液压缸左腔，推动活塞和工作台向右运动，液压缸的油液经由换向阀和回油管排回油箱。节流阀控制工作台的移动速度；换向阀控制工作台往复运动。液压传动特点：①液压传动的工作介质是液体。②液压传动用液体的压力能传递动力，它与利用液体动能的液力传动是不同的。③液压传动中的工作介质是在受控制、受调节的状态下进行工作的，因此液压传动和液压控制常常难以截然分开。液力传动工作原理：液力传动是利用液体的动能，通过液力传动装置中液轮内动量矩的变化来传递和改变能量。原理：原动机带动离心泵高速旋转，离心泵由储液池吸入液体，液体在离心泵叶轮内加速，获得动能。由离心泵打出的高速液体通过管路和喷嘴进入涡轮机，冲击涡轮叶片使之旋转，将液体的动能转换成机械能，通过输出轴推动工作机运动。由涡轮机排出的液体速度降低，动能减少，流回储液池。2、液压传动的组成部分1）能源装置：机械能→液压能。如液压泵2）执行装置：液压能→机械能。如液压缸、液压马达3）控制调节装置：控制或调节系统中油液压力、流量、流动方向。如溢流阀、节流阀、换向阀、开停阀4）辅助装置：除上述三部分歪的其他装置。如油箱、过滤器、油管§1.2液压传动控制方式液压传动“控制方式”含义①对传动部分的操纵调节方式：手动式、半自动式、全自动式②控制部分本身的结构组成形式：开环式、闭环式液压伺服系统工作原理：液压伺服系统是通过伺服阀来控制系统的开停和节流功能，人工向左拨动手柄球头，以手柄和液压缸活塞杆的铰链为支点转动，打开伺服阀，使油液进入液压缸左腔，活塞右移，以球头为支点，伺服阀杆随着手柄右移，当伺服阀杆回到原位，即阀口关闭，活塞停止运动；手柄球头向右拨动，活塞亦会相应地向左移过一段距离后再停下来。活塞移动过程中阀口不断关小，活塞移动速度不断减慢，这正是控制机制中负反馈作用的体现。液压伺服系统特点：①能在工作过程中自动调节。②控制质量受工作条件（如油温、负载等）的影响较小。③可以进行较精确的控制。§1.3液压传动的优缺点优点：1）单位质量输出功率大。同等功率下，液压装置体积小、质量轻，动作灵敏，惯性小。2）系统采用管道连接，布局安装有很大灵活性。3）实现大范围调速，范围可达2000，运行过程中也可调速。4）传动平稳，易于实现快速起动、制动、频繁换向。5）与电子、电气、气动等结合应用，易于实现自动控制，中远程距离控制，过载保护，实现复杂的顺序动作。6）液压元件已实现标准化、系列化和通用化，液压系统设计、制造和使用方便。7）液压系统的一些零部件之间能自行润滑，使用寿命长。8）实现直线运动比机械传动简单。缺点：1）工作过程中有较多的能量损失（摩擦、泄漏），长距离传动时更是如此，传动效率偏低。2）系统的运动速度和工作稳定性易受温度影响，因此它不宜在很高或很低温度条件下工作。采用石油基液压油作工作介质需注意防火问题。3）为减少泄漏，液压元件的制造精度和密封性能要求高，造价贵，对油液污染较敏感，加工和安装都比较困难。4）维修保养较困难，出现故障不易找出原因。5）由于泄漏和油液的可压缩性，传动比不恒定，不适用于传动比要求严格的场合。6）油液渗入空气时，会产生噪声，易引起振动和爬行，影响传动的平稳。第二章液压液（作用：传递动力和信号的工作介质，润滑，冷却，防锈）§2.1液压液的特性和选择1、液压液概述目前90%以上液压设备采用石油基液压液。基油为精制的石油润滑油馏分。改善液压液的性能，可在基油中加入各种添加剂：①改善油液化学性能的：抗氧化剂、防腐剂、防锈剂②改善油液物理性能的：增粘剂、抗磨剂、防爬剂2、液压液的物理性质（1）密度：单位体积液体所具有的质量（kg·m-3)vm（2）可压缩性：液体因所受压力增高而产生体积缩小的性质液体压力为p0时，体积为V0；压力增高Δp,体积减小ΔV。则液体压缩率液体压缩率κ的倒数称为液体体积弹性模量，简称体积模量01VVpK石油基液压油体积模量K=（1.4~2）×103MPa，建议K取值（0.1~1.4）×103MPa。石油基液压油的体积模量与温度、压力有关，温度升高，K值减小，在正常工作温度范围内，K值有5%~25%的变化。压力增大，K值增大，这种变化关系不呈线性关系，当p≥3MPa时，K值基本不再增大。石油基液压油的体积膨胀系数和比热容分别为（6.3～7.8)×10-4K-1和（1.7～2.1)×01VVp)1(cpeacpapyufddAF103J/(kg·K)。（1）粘性1）粘性的表现液体在外力作用下流动时，分子间内聚力的存在使其流动受到牵制，从而沿其界面产生内摩擦力，这一特性称为液体的粘性。流动液体相邻液层间的内摩擦力Ff与液层接触面积A、液层间的速度梯度du/dy成正比。即μ：绝对粘度/动力粘度以τ表示液层间的切应力，即单位面积上的内摩擦力。则这就是牛顿液体内摩擦定律。在静止液体中，du/dy=0，Ff=0，静止液体不呈粘性，液体只在流动时才显示其粘性。2）粘性的度量度量粘性大小的物理量称为粘度。常用粘度：绝对粘度、运动粘度、相对粘度A.绝对粘度（动力粘度）μ：表征流动液体内摩擦力大小的粘性系数（Pa·s)yudd/如果绝对粘度只与液体种类有关而与速度梯度无关，则这种液体称为牛顿液体，否则为非牛顿液体。石油基液压油一般为牛顿液体。B.运动粘度υ：液体的绝对粘度与其密度之比（m2/s)C.相对粘度：根据特定测量条件制定的，又称条件粘度。测量条件不同，采用的相对粘度单位也不同。国际标准化组织ISO以规定统一采用运动粘度来表示油的粘度。常用液压油运动粘度等级表（见液压传动P13）3）温度对粘度的影响温度变化使液体内聚力发生变化，因此液体粘度对温度变化十分敏感；温度升高，粘度下降，这一特性称为液体的粘-温特性。常用粘度指数VI度量。VI高，说明粘度随温度变化小，其粘-温特性好。4）压力对粘度的影响：压力升高，粘度增大。当p50MPa时，影响趋于显著。压力对粘度影响计算公式P：液体压力υp：压力为p时液体的运动粘度υa：大气压力下液体的运动粘度yufddAFsm/10)3.41~5.11(26)015.01(0bbe：自然对数的底c:系数，对于石油基液压油，c=0.015～0.035MPa-15)气泡对粘度的影响液体中混入直径为0.025～0.5mm悬浮状态气泡时，对液体粘度有一定影响。b:混入空气的体积分数υb：混入空气的运动粘度υ0：不含空气的运动粘度3、对液压液的要求1）合适的粘度，，较好的粘-温特性。2）润滑性能好。3）质地纯净，杂质少。4）对金属和密封件有良好的相容性。5）对热、氧化、水解、和剪切都有良好的稳定性。6）抗泡沫性好，抗乳化性好，腐蚀性小，防锈性好。7）体积膨胀系数小，比热容大。8）流动点和凝固点低，闪点和燃点高。9）对人体无害，成本低。4、液压液的选择和使用液压液选择包括：品种和粘度考虑因素包括系统工作环境、系统工作条件、液压液品质、经济性。最重要的是液压液的粘度。选择液压液粘度考虑环境温度、系统工作压力、执行元件运动类型和速度、泄漏量。在液压系统所有元件中，一般根据液压泵的要求确定液压液的粘度。使用注意事项：1）使液压液长期处在低于它开始氧化的温度下工作。2）防止液压液被污染。3）对液压液定期抽样检验，并建立定期更换制度。4）油箱的贮液量应充分，以利于系统的散热。5）保持系统的密封性。§2.2液压液的污染及其控制液压液的污染是系统发生故障的主要原因之一，它严重影响着液压系统的可靠性及元件的寿命。1、污染物的种类及危害1）固体颗粒加速元件磨损，堵塞元件中的小孔、缝隙及过滤器，使泵、阀性能下降，产生噪声。2）水的侵入会加速油液的氧化，并和添加剂起作用产生粘性胶质，使滤心堵塞。3）空气的混入会降低液压液的体积模量，引起气蚀，降低润滑性。4）溶剂、表面活性化合物化学物质会使金属腐蚀。5）微生物的生成使液压液变质，降低润滑性能，加速元件腐蚀。2、污染的测定：质量测定法和颗粒测定法质量测定法：1）只能表示油液中颗粒污染物的总量，不能反映颗粒尺寸的大小及其分布情况。2）设备简单，操作方便，重复精度高，适用于液压油日常性的质量管理。hgp00hgphgpghppaapgh0pghpp0AFpA0lim颗粒计数法分显微镜计数法和自动颗粒计数法。显微镜计数法：优点是能够直接看到颗粒的种类、大小及数量，从而可推测污染的原因；缺点：时间长，劳动强度大，精度低，重复性较差，且要求熟练的操作技术。自动颗粒计数法：利用光源照射油液样品，油液中颗粒在光电传感器上投影所发出的脉冲信号来测定油液的污染等级的。特点是能自动计数，测定简便、迅速、精确，可以及时从高压管道中抽样测定，因此得到了广泛应用。3、控制污染措施1）严格清洗元件和系统2）防止污染物从外界侵入3）采用高性能的过滤器4）控制液压液的温度5）保持系统所有部位良好的密封性6）定期检查和更换液压液并形成制度第三章液压流体力学基础§3.1液体静力学1、压力及其性质把液体在单位面积上所受的内法线方向的法向应力称为静压力。ΔA面积上作用有法向力ΔF，则液体内某点处的静压力定义为性质：①液体静压力垂直于其承压面，其方向和该面的内法线方向一致。②静止液体内任意点处的压力在各个方向上都相等2、重力作用下静止液体中的压力分布（1）静压力基本方程：液体静压力分布特征：1）静止液体内任一点的压力由两部分组成：①液面上的压力；②该点以上液体重力所形成的压力。当液面上只受大气压力作用时，则2）静止液体内的压力随液体深度呈线性规律递增。3）同一液体中，离液面深度相等的各点压力相等。（2）静压力基本方程物理意义常量能量守恒——单位重力液体压力能，又称压力头——单位重力液体位能，又称静力头3、压力的表示方法液体压力：绝对压力——以绝对真空为基准度量相对压力——以大气压力为基准度量（仪表指示压力）guzgpguzgp22222221110tudstugguzgpguzgp2122222111122tusuuszgsp1vAq2211AvAvAqvminLxAxxpAF当绝对压力大气压力，绝对压力比大气压力小的那部分压力值称为真空度。即真空度=大气压力-绝对压力4、帕斯卡原理在密闭容器内，施加于静止液体上的压力可以等值地传递到液体各点，这就是帕斯卡原理，又称静压传递原理。5、静压力对固体壁面的作用力平面：F=pA,作用方向垂直于承压表面曲面：Fx：静压力作用在曲面某一方向x上的总力：曲面在该方向投影面积§3.2液体动力学1、理想液体、恒定流动、一维流动一般把既无粘性又不可压缩的假想液体称为理想液体。液体流动时，如液体中任何一点的压力、速度和密度都不随时间而变化，便称液体是在作恒定流动，反之，三者中有一个随时间变化，则称为非恒定流动。当液体整个作线形流动时，称为一维流动；当作平面或空间流动时，称为二维或三维流动。2、流线是流场中的一条条曲线，它表示在同一瞬时流场中各质点的运动状态。在流场中画一不属于流线的任意封闭曲线，沿该封闭曲线的每一点作流线，由这些流线组成的表面称为流管。流管内的流线群称为流束。3、通流截面、流量和平均流速流束中与所有流线正交的截面称为通流截面。单位时间内流过某通流截面的液体体积称为流量，常用q表示（)tVq通流截面上液体的平均流速：4、连续方程：实质是质量守恒定律的另一种表示形式流量连续性方程：或常量它说明在恒定流动中，通过流管各截面的不可压缩液体的流量是相等的。5、能量方程：又称伯努利方程，它实际上是流动流体的能量守恒定律1）理想液体的运动微分方程：又称液流的欧拉方程单位质量液体的力平衡方程2）理想液体的能量方程非恒定流动能量方程：令，得恒定流动能量方程：)(112