液压第一章概述

1本章主要内容为：①液压传动的定义；②液压传动的工作原理及系统构成；③液压传动的优缺点；④液压传动的工作介质。21.1液压传动定义与发展概况1.1.1液压传动的定义一部完整的机器是由原动机、传动机构及控制部分、工作机（含辅助装置）组成。◆传动机构通常分为机械传动、电气传动和流体传动机构。◆流体传动是以流体为工作介质进行能量转换、传递和控制的传动。它包括液压传动、液力传动和气压传动。◆液压传动和液力传动均是以液体作为工作介质来进行能量传递的传动方式。◆液压传动主要是利用液体的压力能来传递能量；液力传动则主要是利用液体的动能来传递能量。31.1.1液压传动的定义液压传动（Hydraulics）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。？那么，到底什么是液压传动呢？41.1.1液压传动的定义管道如图所示的系统中，有两个不同直径的液压缸2和4，且缸内各有一个与内壁紧密配合的活塞1和5。假设活塞在缸内自由滑动（无摩擦力），且液体不会通过配合面产生泄漏。缸2、4下腔用一管道3连通，其中充满液体。这些液体是密封在缸内壁、活塞和管道组成的容积中的。泵缸51.1.1液压传动的定义这个系统传递力：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。泵缸61.1.1液压传动的定义这个系统传递运动：由于作用在密封容器内平衡液体表面上的压强（液压力）将均匀地传递到液体中所有各点上，且不改变大小（帕斯卡定律），这样：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。泵缸71.1.1液压传动的定义为什么要用液压传动呢？将能量从机械能转换为液压能，而后又将液压能转换为液压能，何必多此一举呢？几乎所有的机械或机器都需要传动机构。这因为原动机一般很难直接满足执行机构在速度、力、转矩或运动方式等方面的要求，必须通过中间环节——传动装置进行调节控制。液压传动就是这种调节控制方式中的一种。其它的传动方式有：机械传动（mechanics）:常用零件为齿轮，曲轴。轴，皮带等。气压传动（pneumatics）:常用空气或其它气体为传输介质。电器传动（electrics）:常用零件是直流电机,可控硅,交流电机变频器等.81.1.1液压传动的定义压力取决于负载仍回到前面的简化模型为了能提升重物W，必须在活塞1上施加主动力F1,这时，重物W就是工作的负载。如果活塞5上作用的W为0…如果工作负载为W…如果液压缸4和活塞5被一容器取代…活塞5上作用的W为0…在不计活塞磨擦力和活塞自重的情况下，此时系统的液压力回是多少呢？很明显在活塞5下的压力这时活塞1下的压力，主动力F1只能为0，也就是说主动力是加不上去的。022AWP021PP泵缸1234A15A291.1.1液压传动的定义压力取决于负载仍回到前面的简化模型为了能提升重物W，必须在活塞1上施加主动力F1,这时，重物W就是工作的负载。如果活塞5上作用的W为0…如果工作负载为W…如果液压缸4和活塞5被一容器取代…泵缸1234A15A2101.1.1液压传动的定义如果简化模型中液压缸4和活塞5被一容器取代：如图所示。在活塞1上施加F1的力后，如果容器4、管路3、液压缸2及活塞1有足够的压强，就可以认为工作负载是无穷大的，那么，系统中的液体压力将为：根据帕斯卡原理，该压力P1将在这个封闭的液体间等值传递，管道3和容器4内各点都将产生大小和P1相等的液体压力。111AFP1缸2A1A234111.1.1液压传动的定义压力取决于负载仍回到前面的简化模型为了能提升重物W，必须在活塞1上施加主动力F1,这时，重物W就是工作的负载。如果活塞5上作用的W为0…如果工作负载为W…如果液压缸4和活塞5被一容器取代…泵缸1234A15A2121.1.1液压传动的定义Q运动速度取决于流量请看右下图，由图可知：活塞1向下移动h1,通过液体的能量传输，将使活塞5上升一段距离h2，很显然h1≠h2。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，将等于通过管道3挤入液压缸4的体积。即：两边同除：则thAthA2211111hAV222hAV2211hAhAv2缸2A1A234h1h21131.1.1液压传动的定义下面介绍一个概念：流量Q(Flow)。单位时间内从液压缸2中排出的液体体积或挤入液压缸4的体积称为流量Q(Flow)。那么，上式（）实质上就是说排出液压缸2的流量等于挤入液压缸4的流量。thAthA2211由上式可得负载的运动速度。则：活塞5的运动速度只取决于液压缸4的流量。即：在液压系统中执行机构的速度只取决于流量。22AQvv2缸2A1A234h1h2141.1.1液压传动的定义液压系统中，功率表达式N=pQ，压力p和流量Q是液压传动中最基本也是最重要的参数。由于N1=N2=pQ（不考虑任何损失），因此液压系统中的能量传输和转换是守恒的，满足能量守恒定律。能量的表示方法由于（帕斯卡原理）及活塞1的输入功率：活塞5的输入功率：211AWAF2211vAvApQAQpAvFN11111pQAQpAvFN22222v2缸2A1A234h1h21151.1.2液压传动的发展概况■从17世纪中叶帕斯卡提出静压传动原理，18世纪末英国制成第一台水压机算起，液压传动已有2～3百年的历史。■第二次世界大战前后，成功地将液压传动装置用于舰艇炮塔转向器，其后出现了液压六角车床和磨床，一些通用机床到本世纪30年代才用上了液压传动。泵缸161.1.2液压传动的发展概况■近30年来，由于原子能技术、航空航天技术、控制技术、材料科学、微电子技术等学科的发展，再次将液压技术推向前进，使它发展成为包括传动、控制、检测在内的一门完整的自动化技术，在国民经济的各个部门都得到了应用，如工程机械、数控加工中心、冶金自动线等。★采用液压传动的程度已成为衡量一个国家工业水平的重要标志之一。171.2液压传动的工作原理及系统构成1.2.1液压传动系统的工作原理液压千斤顶液压千斤顶常用于顶升重物,如顶起汽车以便拆换轮胎……181.2.1液压传动系统的工作原理液压千斤顶在杠杆上没有作用力时,负载可以停止在任意位置;在液压缸行程范围内,可以将负载提升到任意位置。其实液压千斤顶是前面讨论过的简化模型的进一步完善，它具有以下一些简化摸型所不具备的功能：191.2.1液压传动系统的工作原理201.2.1液压传动系统的工作原理油缸（执行元件）手动油泵（油源）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，要进行动力传输必须借助液压传动介质。211.2.1液压传动系统的工作原理磨床工作台液压系统磨床工作台磨床工作时，要求其工作台水平往复运动。实现工作台水平往复运动控制的是一套液压控制系统，如图所示是一台磨床的液压系统结构原理图。22磨床工作台液压系统液压缸液压泵节流阀换向阀油箱磨床工作台23磨床工作台液压系统磨床的液压系统工作时，液压泵4的动力是由电机驱动的,其作用是向系统提供一定流量的压力油。该泵是由一对相互啮合的齿轮来完成吸油和排油过程的，是一种齿轮泵。虽然，它的结构和千斤顶的手动泵不同，且动力是由电机驱动的，但其功能都相同，都是向系统提供具有一定流量和压力的油液。1-油箱；2-过滤器；3,12,14-回油管；4-液压泵；5-弹簧；6-钢球；7-溢流阀；8,10-压力油管；9-手动换向阀；11,16-换向手柄；13-节流阀；15-换向阀；17-活塞；18-液压缸；19-工作台图1.1磨床工作台液压传动系统工作原理磨床工作台液压泵油箱24磨床工作台液压系统图1.1磨床工作台液压传动系统工作原理磨床工作台1-油箱；2-过滤器；3,12,14-回油管；4-液压泵；5-弹簧；6-钢球；7-溢流阀；8,10-压力油管；9-手动换向阀；11,16-换向手柄；13-节流阀；15-换向阀；17-活塞；18-液压缸；19-工作台液压缸由液压泵输入的压力油通过手动换向阀11，节流阀13、换向阀15进入液压缸18的左腔，推动活塞17和工作台19向右移动，液压缸18右腔的油液经换向阀15排回油箱。节流阀换向阀25磨床工作台液压系统液压缸当手动换向阀15换向后，液压油进入液压缸18的右腔，推动活塞17和工作台19向左移动。磨床工作台换向阀当节流阀开大时，进入液压缸18的油液增多，工作台的移动速度增大；当节流阀关小时，工作台的移动速度减小。节流阀26磨床工作台液压系统磨床工作台换向阀如果将手动换向阀9转换成如图1．1（C）所示的状态，液压泵输出的油液经手动换向阀9流回油箱，这时工作台停止运动，液压系统处卸荷状态。27磨床工作台液压系统磨床工作台溢流阀液压系统中工作的零部件都有一定的承载范围，当系统的工作压力超过这个承载范围时，就可能会出现安全事故，如管道爆裂、电机过热奈至烧毁等。液压系统一般采用设置安全阀的方法，来限制系统的最大工作压力，保护人生设备的安全。28磨床工作台液压系统磨床工作台溢流阀除了前面讨论的各个环节外，液压系统要能正常工作，还必须有储存油的容器——油箱，有连接各元器件的管道，还得有过滤系统的油液，防止杂质进入泵和液压系统的过滤器，另外还有蓄能器，压力表等。291.2.2液压传动系统的组成从千斤顶和磨床的液压系统组成和工作原理可以看出，液压系统一般有以下几个部分组成：动力元件传动介质控制元件辅助元件执行元件301.2.2液压传动系统的组成从图1.1可以看出，液压传动是以液体作为工作介质来进行工作的，一个完整的液压传动系统由以下几部分组成：（l）液压泵（动力元件）：是将原动机所输出的机械能转换成液体压力能的元件，其作用是向液压系统提供压力油，液压泵是液压系统的心脏。（2）执行元件：把液体压力能转换成机械能以驱动工作机构的元件，执行元件包括液压缸和液压马达。（3）控制元件：包括压力、方向、流量控制阀，是对系统中油液压力、流量、方向进行控制和调节的元件。如换向阀15即属控制元件。（4）辅助元件：上述三个组成部分以外的其它元件，如：管道、管接头、油箱、滤油器等为辅助元件。311.2.3液压系统的图形符号图1．1（a）所示的液压系统图是一种半结构式的工作原理图。它直观性强，容易理解，但难于绘制。在实际工作中，除少数特殊情况外，一般都采用液压与气动图形符号（参看附录）来绘制，如图1．2所示。9108765321432图1.1磨床工作台液压传动系统工作原理91087653214图1.2用图形符号表示的磨床工作台液压系统图l-油箱；2-过滤器；3-液压泵；4-溢流阀；5-手动换向阀；6-节流阀；7-换向间；8-活塞；9-液压缸液压缸液压缸换向阀换向阀节流阀节流阀液压泵液压泵溢流阀溢流阀油箱油箱33图形符号表示元件的功能，而不表示元件的具体结构和参数；反映各元件在油路连接上的相互关系，不反映其空间安装位置；只反映静止位置或初始位置的工作状态，不反映其过渡过程。91087653214液压缸液压泵节流阀换向阀油箱溢流阀341.3液压传动的优缺点1.3.1液压传动系统的主要优点液压传动与机械传动、电气传动相比有以下主要优点：（1）在同等功率情况下，液压执行元件体积小、结构紧凑。（2）液压传动的各种元件，可根据需要方便、灵活地来布置；（3）液压装置工作比较平稳，由于重量轻，惯性小，反应快，液压装置易于实现快速启动、制动和频繁的换向；（4）操纵控制方便，可实现大范围的无级调速（调速范围达2000：1），它还可以在运行的过程中进行调速；351.3.1液压传动