1-1-液压千斤顶的传动解读

情境一简单机械的液压传动任务1液压千斤顶的传动一、结构与工作情况1、结构液压千斤顶常用于顶升重物,如顶起汽车以便拆换轮胎，是一个简单的液压传动装置。外形图：图1-1液压千斤顶外形结构图：图1-2液压千斤顶结构1－小柱塞2－小油缸3－密封圈4－顶帽5－液压油6－调节螺杆7－大柱塞8－大油缸9－外壳10密封圈11－底座原理图：图1-3液压千斤顶的液压系统1－手柄2－小缸3－小活塞4、7－单向阀5、6、10－油管8－大活塞9－大缸11－开关12－油箱2、动作运行录相与动画在开关关闭的情况下，当提起手柄1时，小油缸中小活塞3上移，使其工作容积增大而形成真空，油箱时的油便在大气压作用下通过单向阀4进入小油缸；压下手柄时，小活塞下移，挤压小油缸下腔的油液，推动在活塞上移，从而顶起重物。单向阀7保证了油液不会倒流到小油缸，从而使重物不会自动落下。结论是：小油缸的作用是将手动的机械能转换为油液的压力能；大油缸则将油液的压力能转换为顶起重物的机械能。二、液压系统的组成1、认识其中的元件液压千斤顶的系统中，小缸、小活塞以及单向阀4和7组合在一起，就可以不断从油箱中吸油和将油压入大缸，这个组合体的作用是向系统中提供一定量的压力油液，称为液压泵。大活塞和缸用于带动负载，使之获得所需运动及输出力，这个部分称为执行机构。放油阀门11的启闭决定执行元件是否向下运动，是一个方向控制阀。另外，液压系统要能正常工作，还必须有储存油的容器——油箱12，有连接各元器件的管道5、6、10等，这些称为辅助元件。还有一种传递运动和动力的载体，即传动介质－液压油。2、什么是液压传动？――是以液体为工作介质，通过驱动装置将原动机的机械能转换为液压的压力能，然后通过管道、液压控制及调节装置等，借助执行装置，将液体的压力能转换为机械能，驱动负载实现直线或回转运动。三、千斤顶在工作过程中所体现出的特征1、系统传递力由原理图简化得以下图1-4：如果活塞5上有重物W,则当活塞1上施加的F力达到一定大小时，就能阻止重物W下降，这就是说可以利用密封容积中的液体传递力。由帕斯卡原理可知，密封容器中压力处处相等，即：或：图1－4简化模型由上例可知液压装置具有力的放大作用。若G=0,则p=0。G重量越大,液压缸中压力也越大,推力也越大,这就说明了液压统的工作压力是由外负载决定的。2、系统传递运动当活塞1在力F力作用下向下运动时，重物将随之上升，这说明密封容积中的液体不仅可以传递力，还可以传递运动。由于不存在泄露及忽略液体的可压缩性，所以在Δt时间里从液压缸2中挤出的液体体积111hAV，将等于通过管道3挤入液压缸4的体积222hAV。即：2211hAhA两边同除Δt，则：即：以上说明，大活塞上升的距离与其负载无关，而活塞移动的速度与其面积成反比。四、液压传动的基本参数1、液体的压力当液体相对静止时，液体单位面积上所受的法向力称为压力，压力通常用p表示。2211AWpAFp21AWAFthAthA22112211AA12345A1A21234512345A1A2P=AFN/m2在SI制中压力的单位为牛/米2(Pa帕斯卡)。由于Pa单位太小，工程使用不便，因而常采用kPa（千帕）和MPa（兆帕）。1MPa=103kPa=106Pa在液压技术中，原来采用的压力单位有巴（bar）和千克力每平方厘米（kgf/cm2）可按下式换算成Mpa:1bar=1.02kgf/cm2=102kPa=0.1MPa液体静压力的特性1）液体的静压力垂直于承压面，其方向与该面的内法线方向一致。2）静止液体内任一点处所受到的静压力在各方向上相等。2、流量流量和平均流速是描述液体流动的主要参数,液体在管道中流动时,通常将垂直于液体流动方向的截面称为通流截面或称过流断面。1）流量单位时间流过某一通流截面的液体体积称为流量,用vq表示tVqv单位为m3/s或L/min、ml/min２）平均流速由于液体都具有粘性,液体在管中流动时,在同一截面上各点的流速是不相等的,分布规律为抛物线体,如图1－5所示。为了计算方便,因而引入一个平均流速概念,即假设通流截面上各点的流速均匀分布.设液体质点在t时间内流过的距离为用S表示,即ts单位为m/s或m/min.若把上式分子和分母各乘以通流截面积A则得AqtAsAv图1－5实际流速与平均流速在实际工程中,平均流速具有应用价值.液压缸工作时,活塞运动的速度就等于缸内液体的平均流速。3、功和功率在物理学中已知，若一个物体在力F的作用下，沿力F的方向移动了距离S，则力F对这个物体做的功W为：W＝FS单位时间内做的功叫做功率P，所以五、液压传动的优缺点液压传动与其它传动方式相比,有以下优缺点。＝ＦｔＦＳtＷＰ1、液压传动的优点1)液压传动可以输出大的推力或大的转距,可实现低速大吨位运动,这是其它传动方式所不能比的突出优点。2)液压传动能很方便地实现无级调速,调速范围大,且可在系统运行过程中调速。3)在相同功率条件下,液压传动装置体积小、重量轻、结构紧凑。液压元件之间可采用管道连接或采用集成式连接，其布局、安装有很大的灵活性,可以构成其它传动方式难以组成的复杂系统。4)液压传动能使执行元件的运动均匀稳定,可使运动部件换向无换向冲击.而且由于其反应速度快,故可实现频繁换向。5)操作简单,调整控制方便,易于实现自动化.特别是机、电联合使用,能方便地实现复杂的自动工作循环。6)液压系统便于实现过载保护,使用安全、可靠.由于各液压元件中的运动件均在油液中工作,能自动润滑,故元件的使用寿命长。7)液压元件易于实现系列化、标准化、和通用化,便于设计、制造、维修和推广使用。2、液压传动的缺点1）油的泄漏和液体的可压缩性会影响执行元件运动的准确性，故无法保证严格的传动比。2）对温度的变化比较敏感，不宜在很高或很低的温度条件下工作。3）能量损失（泄漏损失、溢流损失、节流损失、摩擦损失等）较大，传动效率较低，也不适宜作远距离传动。4）系统出现故障时，不易查找原因。综上所述，液压传动的优点是主要的、突出的，它的缺点随着技术水平的提高正在被逐步克服。因此，液压传动在现代生产中有着广阔的前途。六、液压传动的发展概况及其应用1、液压传动技术的发展自18世纪末英国制成世界上第一台水压机算起，液压技术已有二三百年的历史，但直到20世纪30年代它才较普遍地应用于起重机、机床及工程机械。在第二次世界大战期间，由于战争需要，出现了由响应迅速、精度高的液压控制机构抽装备的各种军事武器。第二次世界大战结束后，液压技术迅速转向民用工业，液压技术不断应用于各种自动机及自动生产线。20世纪60年代以后，液压技术随着原子能、空间技术、计算机技术的发展而迅速发展。当前，液压技术正向高速、高压、大功率、高效、低噪声、长寿命、高度集成化的方向发展。同时，新型液压元件和液压系统的计算机辅助设计、计算机辅助测试、计算机直接控制、机电一体化技术、可靠性技术等方面也是当前液压传动及控制技术发展和研究的方向。我国的液压工业开始于20世纪50年代，其产品最初只应用于机床和锻压设备，后来又用于拖拉机和工程机械。随着国外液压元件、生产技术的引进以及自身设计制造水平的提高，现在我国生产的液压元件已经从低压到高压形成了系列，并在各种机械设备上得到了广泛的使用。2、液压传动在车辆及其它领域中的应用现代车辆的发展向着驾驶方便、运行平稳、乘坐舒适、安全可靠、节能环保的方向发展，液压传动技术的特点与之相适应，被广泛应用于车辆驱动、控制系统及辅助系统方面。如某些农用机械、森林机械、工程机械等采用纯液压驱动系统，使得车辆能够获得大而稳定的驱动力，大大提高了车辆的机动性和操纵灵活性；液压技术在车辆悬架装置、制动装置、液压转向助力装置等方面的应用提高了车辆的合适性、安全性和操纵性等方面的性能。液压技术在航天、机床、矿山机械、军事等各行各业，从最简单的液压千斤顶到高级的机器人都有广泛应用。液压传动在各类机械行业中的应用行业名称应用场所举例机床工业磨床、铣床、刨床、拉床、自动和半自动车床、组合机床、数控机床等工程机械挖掘机、装卸机、推土机、压路机、铲运机等起重运输机械汽车吊、港口龙门吊、叉车、装卸机械、皮带运输机等矿山机械凿岩机、开掘机、开采机、破碎机、提升机、液压支架等建筑机械打桩机、液压千斤顶、平地机等农业机械联合收割机、拖拉机、农具悬挂系统等冶金机械电炉炉顶及电极升降机、轧钢机、压力机等轻工机械打包机、注塑机、校直机、橡胶硫化机、造纸机等汽车工业自卸式汽车、平板车、高空作业车、汽车中的转向器、减振器等智能机械折臂式小汽车装卸器、数字式体育锻炼机、模拟驾驶舱、机器人等七、液压油1、液压油的性质反应液压油性质的主要参数有粘度、密度、粘温特性等。液压油的基本性质可由有关资料中查到。例如，矿物油在15℃时的密度为900Kg/m3；体积膨胀系数（6.3~7.8）×10-4K-1和比热容（1.7~2.1）×103J/（kg·K）等等。1）粘性液体在外力作用下流动（或有流动趋势）时，分子间的内聚力会阻止分子间的相对运动而产生一种内摩擦力，这一特性称为液体的粘性，它是液体重要的物理性质，也是选择液压油的主要依据。由于粘性表现为一种内摩擦力阻止分子间的相对运动，因此各液压层间液体的运动速度是不相等的，这可以用图1－6来表示。若两平行平板间充满液体，下平板固定，而上平板以u0速度向右平动，由于液体的粘性作用，粘连于下平板的液体层速度为零，粘连于上平板的液体层速度为u0。而由于粘性作用，中间各层液体速度则从上到下按递减规律，呈线性分布。图1－6液体粘性示意图实验测定指出，液体流动时相邻液层间的内摩擦力F与液层接触面积A、液层间相对运动的速度S梯度du/dy成正比F=µAdydu式中µ——比例常数。又称为粘性系数或动力粘度。若以表示内摩擦切应力，即液层间在单位面积上的内摩擦力,则=AF=µdydu这就是牛顿液体内摩擦定律。２）粘度液体粘性的大小用粘度来表示，常用的粘度有三种：即动力粘度、运动粘度、和相对粘度。（1）动力粘度流体粘性的内摩擦系数或绝对粘度，用表示。即dudy由此可知动力粘度的物理意义是：液体在单位速度梯度下流动时接触液层间内摩擦切应力（单位面积上的内摩擦力）。在SI制中动力粘度单位为N·s/m2或Pa·s。(2)运动粘度动力粘度与其密度的比值，称为运动粘度，用表示。即=运动粘度无明确的物理意义，因为在其单位中只有长度与时间的量纲，类似于运动学的量，所以称为运动粘度。它是液体压力分析和计算中常遇到的一个物理量。在SI制中运动粘度的单位是m2/s,它与常用单位St(沲)（cm2/s）之间的关系是1m2/s=104cm2/s(St)=106mm2/s(cSt)液压油的牌号是采用它在40℃温度下运动粘度平均cSt（厘沲）值来标号，例如N32号液压油，指这种油在40℃时的运动粘度平均值为32cSt。（3）相对粘度相对粘度又称条件粘度，由于测量仪器和条件不同，各国采用的相对粘度单位也不同，如美国采用赛氏粘度（SSU）；英国采用雷氏粘度（R）：而我国、德国和俄罗斯则采用恩氏粘度0E。恩氏粘度0E用恩氏粘度计测定，其方法是将200cm3被测液体装入粘度计的容器内，在某一温度T下让被测液体由容器底部2.8mm的小孔流尽所需要的时间t1和同体积蒸馏水在200C时流过同一小孔所需时间t2（通常平均值t2=51s）的比值，称为被测液体在这一温度T时的恩氏粘度0ET，即0ET=21tt恩氏粘度与运动粘度（m2/s）的换算关系为6001031.631.7EE(m2/s)（4）调合油的粘度选择合适粘度的液压油，对液压系统的工作性能起着重要的作用。但有时得到的油液产品的粘度不合要求，此时可把同一型号两种不同粘度的油按适当的比例混合起来使用，称为调合油。调合油的粘度可用下面经验公式计算0E=100)(2010202101EEcEaEa式中0E1、0E2——混合前两种油液的恩氏粘度，取0E1＞0E2；0E——混合后的调合油的恩