液压传动基本概念

第八章液压传动基本概念第八章液压传动基本概念第一节概述一、液压传动工作原理及组成二、液压传动系统的图形符号及液压系统的特点第二节液压传动的几个基本概念一、压力二、流量与流速三、液阻和压力损失四、流量损失第八章液压传动基本概念液压传动是利用密封系统中的受压液体来传递运动和动力的一种传动方式。液压传动与其它类型的传动相比较，具有许多突出的优点，所以在交通运输领域中得到了广泛的应用。本章主要介绍液压传动的工作原理，液压传动系统的组成以及液压油的选用。第一节概述一、液压传动工作原理及组成（一）液压传动工作原理油压千斤顶就是一个简单液压传动装置，图8-1是油压千斤顶的结构图；图8-2是油压千斤顶的工作原理图。大缸体３和大活塞４组成举升缸。杠杆手柄６、小缸体８、活塞７、单向阀５和９组成手动液压泵。以及它们之间的连接通道构成一个密闭的容器，里面充满液压油。在阀门２关闭的情况下，提起杠杆６，小活塞７上行，活塞下腔的密封容积增大，压力减小并形成真空，在大气压的作用下油箱１内的液体通过单向阀９被吸入；当小活塞下行时，其密闭工作腔内容积缩小，油液压力升高，经单向阀５输出，压力油进入大活塞４的工作腔，驱动大活塞４使重物Ｇ上升一段距离。反复驱动手柄，油泵就会不断供油，大活塞就会不断地将重物提升。当需要放下重物时，将阀门２旋转９０˚，在重物的重力及大活塞自重的作用下，大油缸的油液排回油箱，重物和大活塞跟着下降。这就是液压千斤顶的工作过程。从以上液压千斤顶的工作过程可以看出：液压传动是以液体为工作介质，利用液体的压力，通过密封积的变化实现动力传递的。它先利用液压泵将机械能转换为液体的压力能，再通过液压缸（或液压马达）将液体的压力能转换为机械能以推动负载运动。液压传动的过程就是机械能—液压能—机械能的能量转换过程。（二）液压传动系统的组成由上述分析可知液压传动系统的基本组成为：⑴动力元件——液压泵。它用以将原动机的机械能转换为油液的压力能的装置，作为系统的能源。⑵执行元件——液压缸、液压马达。它是将油液的压力能转换为机械能的装置。⑶控制元件——各种阀类。它是控制油液的流动方向、流量和压力的装置，以满足液压系统的工作要求。⑷辅助元件——油箱、滤油器、管类和密封件等。这些元件担负着贮存、输送和净化工作液以及散热任务，它也是传动系统中不可缺少的部分。⑸工作介质——液压油。绝大多数液压油为矿物油，系统用它来传递能量。二、液压传动系统的图形符号及液压系统的特点（一）液压传动系统的图形符号上述实例所示液压系统原理图（图8-2），其中的液压元件基本上是用半结构式图形画出来的，故称为结构原理图。该图易于理解但绘制复杂，为了简化系统图的绘制，以规定的各种符号表示各种职能元件，将各元件的符号用通路连接起来构成液压系统原理图。我国于1993年制定了此种图形符号的国家标准，即“液压系统图图形符号（GB786.1-1993）”，详见附录。图8-3是用规定的符号表示的液压千斤顶的液压原理图。对于GB786.1-1993中的规定作如下说明：⑴液压系统的图形符号，只表示零件的职能、连接系统的通路，不表示元件的具体结构和参数，不表示系统管路的具体位置及零件的安装位置；⑵符号均以元件的静止位置或零位置表示，当系统另有说明时，可作例外；⑶符号在系统图中的布置，除有方向性的元件符号（如油箱、仪表等）除外，根据具体情况可水平或垂直绘制；⑷元件的名称、型号和参数，一般在系统图的零件表中说明，必要时可以标注在元件符号旁边。（二）液压传动优缺点液压传动与其它传动形式相比较，有以下特点：⑴功率密度（即单位体积所具有的功率）大，结构紧凑，重量轻；⑵能无级调速，调速范围大；⑶由于液压元件质量小，惯性矩小，故快速性能好；⑷运转平稳可靠、能自行润滑、使用寿命较长；⑸操纵方便、省力，特别是与电气组合应用时；⑹液压元件易于实现标准化、系列化和通用化，便于生产与设计。但液压传动也有其不足，如液压传动效率低，速比不如机械传动准确，工作时受温度影响较大，制造精度要求较高，成本较高等。第二节液压传动的几个基本概念一、压力（一）液体的静压力静止液体中单位面积上所受的作用力称为液体静压力，在液压传动中称为静压力，以符号p表示。压力的法定计量单位为帕，代号Pa（N/m2）。在液压传动中通常采用兆帕（MPa）。静止液体内任一点A的压力PA由两部分组成（图8-4所示）：一部分是液体表面受到外力作用的压力p0，另一部分是液体的密度ρ与重力加速度g及该点液面深度h的乘积。若将该圆形容器密封起来，对其表面施加压力p0，则液体内任一点A的静压力PA为：PA=p0+ρgh此为液体的静压力基本方程。（二）压力的传递在密闭容器里的静止液体中，任意点处的压力如有变化，这个压力的变化值将传递给液体中的所有各点，且其值不变。这即为静压传递原理，又称帕斯卡原理。图8-2所示的油压千斤顶，是静压力传递原理的具体应用。设A1、A2分别表示小活塞与大活塞的作用面积，如在小活塞上加一个力F1，则小液压缸中油液的压力P为：根据静压传递原理，这个压力将以等值传递到液体中的各点，也传递到大液压缸中。大活塞受油液压力作用而产生一个向上的作用力F2：若G=0，则F2=0，p=0，F1力必施加不上去，即负载为零时系统压力建立不起来。这说明液压系统中的压力决定于负载。从上式可以看出：若F1力一定，两个活塞面积之比A2/A1越大，在大活塞上抬起的重物就越大。液压千斤顶就是利用这个原理工作的。11AFp11221122FAAAAFpAF（三）液压系统的额定压力额定压力是指在正常条件下，按试验标准规定系统能连续工作的最高压力。一般在系统铭牌上所标的是额定压力。它是液压元件的主要参数。二、流量与流速（一）流量流量是指单位时间内流过某一截面的液体体积，用qR表示。即式中V——流过管道或液压缸液体体积（m3）；t——时间（s）；Q——流量，其法定计量单位为m3/s（米3/秒），常用单位为L/min（升/分）。它们的换算关系为：1m3/s=6×104L/min额定流量是指按试验标准规定，系统连续工作所必须保证的流量，是液压元件的基本参数。RVqt（二）流速流速是指液体质点在单位时间内流过的距离，其法定计量单位为米/秒（m/s）。由于液体具有粘性，液体在管道或液压缸中流动时，在同一截面上各点的速度不可能完全相同，一般都以平均流速来计算。平均流速为通过截面的流量除以截面面积，即式中v——液流的平均流速（m/s）；qR——流入液压缸或管道的流量（m3/s）（或L/min）；A——液压缸有效作用面积或管道截面积（m2）。活塞（或液压缸）的运动是由于进入的油液迫使容积增大而产生的，液压缸中液体的流速即为平均流速，活塞（或液压缸）随油液流动而移动，因此活塞的运动速度与液压缸中油液平均速度相同。RqvA三、液阻和压力损失由于油液具有粘性，它在管道中流动时，油液各分子之间以及油液与管壁之间的粘附力会阻滞油液的流动，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，它主要表现为压力损失。当液体沿等截面的直管流动时，由于液体内摩擦力而产生的压力损失，通常称为沿程压力损失；另一种是液体流过截面形状及大小突然变化的管道区段或弯曲部分时所产生的压力损失，主要原因是因管道弯曲处出现旋涡区，或在管道截面变化处液流收缩造成分子之间的碰撞和附加摩擦引起的，通常称为局部压力损失。整个管路系统的压力损失△p总等于所有直管沿程压力损失∑△p沿加上所有局部压力损失∑△p局。即△p总=∑△p沿+∑△p局流动液体产生的压力损失会造成功率浪费、油液发热、泄漏增加，使液压元件因受热膨胀而“卡死”。因此应尽量减少液阻，以减少压力损失。四、流量损失液压元件内各零件间要保证正常的相对运动，就必须有适当间隙，从这些密封间隙处漏过少量油液的现象称为泄漏。在液压系统中泄漏总是不同程度地存在着。泄漏可分为内泄漏和外泄漏两种，图8-5所示。内泄漏是液压元件内部高、低压区间的泄漏。外泄漏是系统内部向系统外部的泄漏。由于泄漏引起的流量损失，使液压泵输出的流量不能全部进入执行性元件，最终影响执行元件的运动速度。泄漏可以提高液压泵的输出流量来弥补，一般近似估算方法为式中qout——液压泵的输出流量；qmax——液压缸的最大工作流量；K漏——系统中的流量损失系数，一般取=1.1～1.3，系统复杂取大值；反之取小值。maxoutqKq漏返回首页结束