液压元件基础

cando●液压技术培训------液压原理、液压阀及其控制2主要内容液压辅助元件液压基本原理液压控制元件简单的液压系统电磁阀的控制3液压基本原理液体传动以液体（流体）工作介质进行能量传递、转换与控制的传动方式。按照工作原理的不同，可分为液力传动和液压传动。液力传动：以液体的动能来传递动力，其工作原理是基于流体力学的动量矩定理。液压传动：以液体为工作介质，利用液体的静压能实现运动和动力的传递与控制，其工作原理是基于流体力学的帕斯卡定理。4液压基本原理工作介质（液压油液）主要功用：传递能量和信号；润滑、防锈、冲洗污染物质及带走热量。主要物理性质：密度、可压缩性、和黏性等。5液压基本原理液压油液的分类按照ISO标准划分：工作介质类别组成与特性代号石油基液压液无添加剂的石油基液压液HH+抗氧化剂、防锈剂HL+抗磨剂、HL+增粘剂HM+增粘剂、HM+防爬剂L-HH、L-HLL-HM、L-HRL-HV、L-HG难燃液压液含水液压液高含水液压液水包油液压液L-HFAL-HFAE水的化学溶液L-HFAS油包水乳化液L-HFB水-乙二醇L-HFC合成液压液磷酸脂L-HFDR氯化烃L-HFDSHFDR+HFDSL-HFDT其他合成液压液L-HFDU6液压油液的物理性质密度单位体积液体所具有的质量称为该液体的密度，即：=m/V——液体的密度；m——液体的质量；V——液体的体积。重度γ：单位体积液体所具有的重量γ=mg/V=g7液压油液的物理性质可压缩性液压油液在压力增大时体积缩小的性质称为液体的可压缩性。它用体积压缩率k来表示，即：液体压缩率的倒数称为液体的体积模量，以K表示。即：液体如果有气泡时，K值将大大减小。8液压油液的物理性质粘性液体在外力作用下流动（或有流动趋势）时，分子间的内聚力要阻止分子相对运动而产生的一种内摩擦力，这种现象叫做液体的粘性。液体只有在流动（或有流动趋势）时才会呈现出粘性，静止液体是不呈现粘性的。由于粘性使流动的液体内部各处的速度不相等。9液压油液的物理性质粘性10液压油液的物理性质粘性实验测定，液体流动时相邻液层间的内摩擦力Ff与液层接触面积A，液层间的速度梯度成正比。即其中μ称为粘性系数或动力黏度。11液压油液的物理性质粘性的度量度量粘性大小的物理量称为粘度。常用的粘度有三种：即动力粘度、运动粘度、相对粘度。动力粘度：国标Pa.s或N.s/m2运动粘度：液体动力粘度与其密度之比国标单位m2/s12液压油液的物理性质粘性的度量相对粘度：相对粘度是根据特定的测量条件制定的，故又称为条件粘度。我国采用恩氏粘度°E。工业常用20ºC、50ºC、100ºC作为测定恩氏粘度的标准温度，其恩氏粘度分别°E20、°E50、°E100。恩氏粘度与运动粘度的换算关系式为：13液压油液的要求为了很好地传递运动和动力，液压系统使用的液压油液应具备如下性能：(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，腐蚀性好，防锈性好；(7)体积膨胀系数小，比热容大；(8)流点和凝固点低，闪点和燃点高；(9)对人体无害，成本低。14液压各种应用场合的流体情况15液压油液的污染及其控制污染原因工作介质遭受污染的原因是多方面的，首先是液压装置组装时留下的污染物，主要指切屑、毛刺、型砂、磨粒、焊渣、铁锈等；其次是从环境混入的污染物，如空气、尘埃、水滴等；在工作中产生的污染物，如金属微粒、锈斑、涂料和密封件的剥离片、水分、气泡等。污染度的等级工作介质的污染度是指单位体积工作介质中固体颗粒污染物的含量，即工作介质中所含固体颗粒的浓度。为了定量地描述和评价工作介质的污染程度，制定了污染度的等级标准。常用标准：国际标准ISO4406-1999；NAS1638；国内标准：GJB380、GJB420A/B、GB/T14039等。16液压油液的污染及其控制ISO4406清洁度标准17液压油液的污染及其控制NAS1638标准：美国航空航天工业联合会（AIA）1984年1月发布每100ml内的最大颗粒数18液压油液的污染及其控制国内外工程机械液压油污染等级比较19液压油液的污染及其控制控制污染措施1）严格清洗元件和系统。液压元件在加工的每道工序后都应净化，装配后再仔细清洗，以清除在加工和组装过程中残留的污染物。2）防止污染物从外界侵入。工作介质必须经过过滤器注入系统，设计时可在油箱呼吸孔上装设空气过滤器或采用密封油箱，防止运行时尘土、磨料和冷却物侵入系统。另外，在液压缸活塞杆端部应装防尘密封，并经常检查定期更换。3）采用高性能的过滤器过滤器必须经常检查、清洗和更换滤芯。20液压油液的污染及其控制控制污染措施4）控制工作介质的温度工作介质的抗氧化、热稳定性决定了其工作温度的界限。因此，液压装置必须设立良好的散热条件，使工作介质长期处在低于它开始氧化的温度之下工作。一般液压系统的工作温度最好控制在65°C以下，机床液压系统还应更低一些。5）保持系统所有部件的密封性。空气侵入系统将直接影响工作介质的物理化学性质。因此，一旦发现泄漏，应立即排除。6）定期检查和更换工作介质并形成制度。每隔一定时间，对系统中的工作介质进行抽样分析，如发现污染度超过标准，必须立即更换。更换新工作介质前，整个系统必须先清洗一次。21液压基本原理液体静压力静止液体单位面积上所受的法向力，简称压力，常用p表示。p=F/AF为作用在液体上的法向力；A为液体承受法向力的面积。两个重要特性：液体压力垂直于其承压面，方向和该面的内法线方向一致；静止液体内任一点所受到的压力在各个方向上都相等。22液压基本原理压力表示方法根据度量基准不同，液体的压力分为绝对压力和相对压力两种。绝对压力：以绝对真空为基准的测得压力。相对压力：以大气压为基准测得的高出大气压的那部分压力。真空度：如果液体中某点的绝对压力小于大气压力，这时比大气压小的那部分数值叫真空在液压系统中，如不特别说明，压力均指相对压力。23液压基本原理压力表示方法大气压力、绝对压力、相对压力和真空度大气压力、绝对压力、相对压力和真空度的关系为的关系为：：p=0pppap=pappa绝对压力绝对压力真空度相对压力24液压基本原理压力计量单位法定单位：Pa（帕，N/m2）液压系统常用MPa，1MPa=106Pa国外常用bar，1MPa=10bar压力等级：低压：≤2.5中压：2.5-8中高压：8-16高压：16-32超高压：≥3225液压基本原理帕斯卡原理密闭容器内的静止液体的压力可以等值地向液体中各点传递图中：p2=F2/A2=F1/A1=p1=pA1A2WF1F226液压基本原理液压系统中压力形成机理(a)AP(b)AP27液压基本原理流量与流速流量：在单位时间内流过某通流截面的液体的体积，通常用q表示。单位m3/s或L/min。1m3/s=6000L/min;1L/min=0.0000167m3/s流速：流动液体内的质点在单位时间内流过的距离，用u表示。28液压基本原理压力损失实际液体具有黏性，在流动时就有阻力，因此要消耗一定能量，此种能量损失主要表现为压力损失。分为沿程压力损失和局部压力损失。沿程压力损失：液体在等直径圆管中流动一段距离因黏性摩擦而产生的压力损失。局部压力损失：液体流经局部阻力装置时，流速的大小和方向将发生急剧变化，造成动能为主的压力损失。29液压基本原理压力效率由于存在压力损失，液压源的供液压力要比执行元件所需的工作压力高，执行元件所需的工作压力与液压源的供液压力之比称为管路系统的压力效率。泄漏液压元件或系统的油液，由于某种原因越过了边界，流至其不应去的其他容腔或系统外部。分为内泄漏和外泄漏。主要由耦合件表面间的间隙和压力差造成30液压控制元件液压控制元件主要指液压控制阀，用来控制液压系统中的流体的压力、流量和方向，从而使系统满足各类执行部件（液压缸、液压马达等）不同动作的要求。液压阀是液压技术中品种与规格最多、应用最广泛、最活跃的部分；一个液压系统的工作过程和品质，在很大程度上取决于其中所使用的各种液压阀。31液压控制元件液压阀基本结构：包括阀芯、阀体和驱动阀芯在阀体内作相对运动的装置。驱动装置可以是手调机构，也可以是弹簧或电磁铁，有时还作用有液压力。液压阀基本工作原理：利用阀芯在阀体内作相对运动来控制阀口的通断及阀口的大小，实现压力、流量和方向的控制。流经阀口的流量q与阀口前后压力差Δp和阀口面积A有关，始终满足压力流量方程；作用在阀芯上的力是否平衡则需要具体分析。32液压控制元件液压阀分类：根据用途：方向控制阀用来控制和改变液压系统液流方向的阀类，如单向阀、液控单向阀、换向阀等。压力控制阀用来控制和调节液压系统液流压力的阀类，如溢流阀、减压阀、顺序阀等。流量控制阀用来控制和调节液压系统液流流量的阀类，如节流阀、调速阀、分流集流阀、比例流量阀等。33液压控制元件液压阀分类：根据结构形式：滑阀滑阀为间隙密封，阀芯与阀口存在一定的密封长度，因此滑阀运动存在一个死区。阀口的压力流量方程q＝CdπDx(2Δp/ρ）1/2锥阀锥阀阀芯半锥角一般为12°～20°，阀口关闭时为线密封，密封性能好且动作灵敏。阀口的压力流量方程q＝Cdπdxsinα(2Δp/ρ）1/2球阀性能与锥阀相同，阀口的压力流量方程q＝Cdπdh0（x/R）(2Δp/ρ）1/234液压控制元件滑阀：锥阀：球阀：35液压控制元件液压阀分类：根据控制方式：定值或开关控制阀被控制量为定值的阀类，包括普通控制阀、插装阀、叠加阀。比例控制阀被控制量与输入信号成比例连续变化的阀类，包括普通比例阀和带内反馈的电液比例阀。伺服控制阀被控制量与（输出与输入之间的）偏差信号成比例连续变化的阀类，包括机液伺服阀和电液伺服阀。数字控制阀用数字信息直接控制阀口的启闭，来控制液流的压力、流量、方向的阀类，可直接与计算机接口，不需要D/A转换器。36液压控制元件液压阀分类：根据安装或连接方式：管式连接阀体进出口由螺纹或法兰与油管连接，安装方便。板式连接阀体进出口通过连接板与油管连接。便于集成。插装式将阀芯、阀套组成的组件插入专门设计的阀块内实现不同功能。结构紧凑。叠加式是板式连接阀的一种发展形式。37液压控制元件液压阀的性能参数公称通径代表阀的通流能力的大小，对应于阀的额定流量。与阀的进出油口连接的油管应与阀的通径相一致。阀工作时的实际流量应小于或等于它的额定流量，最大不得大于额定流量的1.1倍。额定压力阀长期工作所允许的最高压力。对压力控制阀，实际最高压力有时还与阀的调压范围有关；对换向阀，实际最高压力还可能受它的功率极限的限制。38液压控制元件对液压阀的基本要求动作灵敏，使用可靠，工作时冲击和振动要小。阀口全开时，液流压力损失要小；阀口关闭时，密封性能要好。所控制的参数（压力或流量）要稳定，受外干扰时变化量要小。结构紧凑，安装、调试、维护方便，通用性要好。39液压控制元件—开关控制阀普通控制阀方向控制阀功用是控制液压系统中的液流方向，以满足执行元件启动、停止及运动方向的变换等工作要求。按功用不同，分类如下所示：40方向控制阀的类型方向控制阀方向控制阀单向阀单向阀多路阀多路阀换向阀换向阀41液压控制元件—开关控制阀换向阀按阀芯结构：滑阀式、锥阀式、球阀式按工作位置：二位、三位、四位……按通路数量：二通、三通、四通……按操纵控制方式：手动、机动、电磁、液动、电液动、气动等42液压控制元件—开关控制阀单向阀分为普通单向阀和液控单向阀多路阀按阀体结构形式：整体式、分片式按油路连接方式：串联式、并联式、顺序单动式、复合式43液压控制元件—普通单向阀44液压控制元件—普通单向阀主要用途：1）选择液流方向；2）防止油路间相互干扰；3）保护泵正常工作；4）泵停止供油时，保证缸中活塞的位置；5）做背压阀用，提高执行元件的运动平稳性。对单向阀的主要要求：