详尽液压传动基础知识

EickhoffShearerLoader1二OO七年十一月详尽液压传动基础知识目录一、液压传动原理及工作特征二、工作介质——液压油三、液压泵四、液压缸五、液压控制阀六、辅助元件七、液压基本回路EickhoffShearerLoader2二OO七年十一月第一章液压传动的原理及特征原理：液压传动是以液压油为工作介质进行能量传递和控制的一种传动方式。他通过各种元件组成不同功能的基本回路，再由若干基本回路有机地组合成具有一定控制功能的传动系统。液压传动的主要组成：1、能源装置：把机械能转换成液体压力能的装置——液压泵。2、执行元件：将液体压力能转换成机械能的元件——液压缸，液压马达。EickhoffShearerLoader3二OO七年十一月3、控制元件：通过对液体的压力、流量、方向控制，改变执行元件的运动速度、方向、作用力等的元件——阀类元件。4、辅助元件：上述三部分以外的其他元件——油箱、过滤器、管路、接头和密封等。EickhoffShearerLoader4二OO七年十一月液压传动过程：机械能(电动机)→液体压力能(液压泵)→机械能(液压缸，液压马达)EickhoffShearerLoader5二OO七年十一月液压传动的存在以下优点：1、液压元件的布置不受严格的空间位置限制，系统中各部分用管道连接，布局安装有很大的灵活性，能构成用其他方法难以完成的复杂系统；2、可以在运行过程中实现大范围的无级调速，调速范围可达2000:1；3、液压传动传递运动均匀平稳，易于实现快速启动、制动和频繁换向；4、操作控制方便、省力，易于实现自动控制、中远程距离控制、过载保护；5、液压元件属于机械工业基础件，标准化、系列化和通用化程度较高，有利于缩短机器的设计制造周期和降低成本。液压传动的优缺点EickhoffShearerLoader6二OO七年十一月液压传动的存在以下缺点：1、在传动过程中，能量需两次转换，传动效率偏低（传动比不固定）；2、由于传动介质的可压缩性和泄露等因素影响，不能严格保证定比传动（噪音大）；3、液压传动性能对温度比较敏感，不能在高温下工作，过热会降低其工作效率或损坏设备；4、液压元件制造精度高（价格高），系统工作过程中发生故障不易诊断（维修人员的技能水平要求高）。总的来说液压传动的优点是主要的，其缺点会随着科技的不断发展得到克服。将液压传动与气压传动、电力传动、机械传动合理联合运用，进一步发挥各自优点，相互补充，弥补各自不足之处。液压传动的优缺点EickhoffShearerLoader7二OO七年十一月第二章工作介质——液压油液压传动系统中传递能量的介质，润滑、防止锈蚀、冲洗系统内污染物并带走热量。第一节液压油的物理性质1.密度单位体积液体具有的质量VmEickhoffShearerLoader2.可压缩性可压缩性：液体受压力作用而使体积减小的性质。体积为V的液体，当压力增大Δp时，体积减小ΔV，液体在单位压力变化下的体积相对变化量为pVVkk——液体的体积压缩系数。压力增大时，液体的体积减小，即Δp与ΔV的符号相反，为保证k为正值，在式右边加负号。EickhoffShearerLoader液体的体积压缩系数k的倒数称为液体的体积弹性模量，以K表示。VpVkK1K表示液体产生单位体积相对变化量所需要的压力增量。常温下，液压油的体积弹性模量K=(1.4～2)×103MPa，数值很大，一般认为液体是不可压缩的。若工作液体中混入空气，其抗压缩能力会显著下降，并将严重影响液压系统的工作性能。EickhoffShearerLoader3.粘度液体流动时，液体与固体壁面之间的附着力和液体分子间的内聚力的作用，导致液体分子间产生相对运动，在液体内部产生内摩擦力——液体的粘性。液体流动时相邻液层间的内摩擦力F与液层接触面积A成正比，与液层间的速度梯度成正比。dduFAyEickhoffShearerLoaderη——液体粘性的内摩擦系数，称为动力粘度；——液层间单位面积上的内摩擦力。dduy＝——牛顿液体内摩擦定律静止液体中，速度梯度=0→内摩擦力=0→静止液体不呈现粘性，液体只有在流动时才显示出粘性。EickhoffShearerLoader粘性的大小用粘度表示，常用粘度有动力粘度、运动粘度和相对粘度。1)动力粘度(绝对粘度)根据牛顿液体内摩擦定律ddyu＝动力粘度的物理意义：液体在单位速度梯度下流动时，流动液层间单位面积上的内摩擦力。单位：N·s/m2或Pa·sEickhoffShearerLoader2)运动粘度动力粘度与液体密度的比值——运动粘度＝运动粘度单位：m2/s，mm2/s1m2/s=106mm2/s规定：采用40℃时油液的运动粘度平均值表示液压油牌号。N32号液压油→在40℃时运动粘度平均值为32mm2/s。EickhoffShearerLoader3)相对粘度(条件粘度)采用特定粘度计在规定的条件下测量出来的粘度。测量条件不同，各国所用相对粘度不同。中国、德国和俄罗斯等采用恩氏粘度。将200mL被测液体装入恩氏粘度计中，在某一温度下，测出液体经容器底部直径为2.8mm小孔流尽所需的时间t1，与同体积的蒸馏水在20℃时流过同一小孔所需的时间t2的比值——被测液体在该温度下的恩氏粘度。水油ttEtoEickhoffShearerLoader4)恩氏粘度与运动粘度关系/sm10)E6.31E(7.31υ26toto5)粘度与温度关系液体的粘度随温度变化的性质——粘温特性。粘温特性较好的液体，粘度随温度的变化较小——温度变化对液压系统性能的影响较小。粘度和温度关系用粘温图查找。6)粘度与压力关系液体所受压力增大时，其分子间的距离将减小，内摩擦力增大，粘度随之增大。一般液压系统压力在20MPa以下时，压力对粘度的影响不大，可以忽略不计。压力较高或压力变化较大时，粘度变化不容忽视。EickhoffShearerLoader二、对工作液体的要求在采掘机械液压系统中，工作液体的温度变化较大(40～80℃)，工作压力一般在12～25MPa之间，甚至在32MPa以上(如液压支架)，而且井下环境污染严重。因此，对工作液体有如下要求：1．较好的粘温特性使工作液体在较大的温度变化范围内粘度变化尽量小，以保持液压传动系统工作的稳定性；2．良好的抗磨性能(即润滑性能)抗磨性是指减少液压元件零部件磨损的能力。工作液体的润滑性愈好，油膜强度愈高，抗磨性就愈好。采掘机械液压系统压力高，载荷大，而且还受冲击载荷，所以必须要用抗磨性好的液压油；EickhoffShearerLoader3．抗氧化性好工作液体抵抗空气中氧化作用的能力工作液体被氧化后粘度会发生变化，酸值增加，使系统工作性能变坏。工作液体温度越高，越易被氧化，所以采掘机械中规定液压系统温度不超过70℃，短期不超过80℃；4．良好的防锈性矿物油与水接触时，延缓金属锈蚀过程的能力采掘机械工作条件潮湿，并且冷却喷雾系统的水容易进入油箱，必须使工作液体有良好的防锈性；5．良好的抗乳化性矿物油与水接触时，抵抗它们生成乳化液的能力以矿物油为工作介质的液压系统中，当系统内进入水后，在液压元件的剧烈搅动下，就与工作液体形成乳化液，使工作液体变质，产生腐蚀性沉淀物，从而降低其润滑性、防锈性和工作寿命；EickhoffShearerLoader6．抗泡沫性能好当液体内混入气体时，液体内不易生成微小的气泡或泡沫；即使生成了微小的气泡或泡沫，它也会迅速长大成大气泡而升出液面自行破灭。工作液体中混入空气，对液压系统工作性能影响很大。气体会使系统动态性能变坏，产生气穴、气蚀现象。在液压系统中，当流动液体某处的压力低于空气分离压力时，原先溶解在液体中的空气就会游离出来，使液体中产生大量气泡，这种现象称为气穴现象。因气穴而对金属表面产生腐蚀的现象称为气蚀。气穴多发生在阀口和液压泵进口处——阀口的通道狭窄，流速增大，该处的压力大幅度下降，以致产生气穴。泵安装高度过大，吸油管直径太小，吸油阻力大，过滤器阻塞、油液粘度等因素影响，造成泵进口处的真空度过大，亦会产生气穴EickhoffShearerLoader7．经济性液压系统中工作液体的经济性具有普遍性，在选用时既要符合性能要求，又要照顾价格。如在采煤工作面液压支架中的工作液体，由于使用量极大，一般采用比较廉价的乳化液作为工作液体。减少气穴现象的措施：1)减小小孔或缝隙处的压力降，一般希望小孔或缝隙前后的压力比3.5。2)降低液压泵的吸油高度，适当加大吸油管内径，限制吸油管的流速，及时清洗过滤器。对高压泵可采用辅助泵供油3)管路要有良好的密封，防止空气进入。4)对容易产生气蚀的元件，如泵的配流盘等，要采用抗腐蚀能力强的金属材料，增强元件的机械强度。EickhoffShearerLoader为适应液压技术的发展，经精炼的矿物油中加入各种改善性能的添加剂——抗氧化、抗泡沫、抗磨损、防锈以及改进粘度指数的添加剂等，以提高其使用性能，这些工作液体又分为普通工作液体、抗磨工作液体，如32、46普通工作液体和68抗磨工作液体等。正确而合理地选用和维护工作液体，对于液压系统达到设计要求、保障工作能力、满足环境条件、延长使用寿命、提高运行可靠性、防止事故发生等方面都有重要影响注：机械油、汽轮机油和柴油机油均属机械传动中的润滑油，将润滑油用于液压传动中是不合理的。第二节液压油的要求和选用EickhoffShearerLoader1．液压油的选择液压油的选择包含品种和粘度两个方面，通常包含四个基本步骤：(1)列出液压系统对工作液体性能变化范围的要求：粘度、密度、体积模量、饱和蒸气压、空气溶解度、温度界限、压力界限、阻燃性、润滑性、相容性、污染性等；(2)查阅产品说明书，选出符合或基本符合上述各项要求的工作液体品种；(3)进行综合、权衡，调整各方面的要求和参数；(4)与供货厂商联系，最终决定所采用的合适工作液体。EickhoffShearerLoader选择工作液体时要考虑的因素考虑方面内容系统工作环境是否阻燃(闪点，燃点)抑制噪声能力(空气溶解度，消泡性)废液再生处理及环保要求系统工作条件压力范围(润滑性，承载能力)温度范围(粘度，粘-温特性，热稳定性，挥发度，低温流动性)转速(气蚀，对支承面侵润能力)工作液体品质物理化学指标对金属和密封件等的相容性过滤能力、吸气情况、去垢能力锈蚀性抗氧化稳定性剪切稳定性经济性价格及使用寿命货源情况维护、更换难易程度EickhoffShearerLoader在液压系统所有元件中，液压泵的工作条件最为严格，不但压力、转速和温度高，而且工作液体在被液压泵吸入和排出时要受到剪切作用，所以一般根据液压泵的要求来确定工作液体的粘度。在选择工作液体的粘度时，还应考虑环境温度、系统工作压力、执行元件运动类型和速度以及泄漏量等因素。当环境温度高、压力高，往复运动或旋转运动速度低时，或泄漏量大，而运动速度不高时，宜采用粘度较高的工作液体，以减少系统泄漏；当环境温度低、压力低，往复运动或旋转运动速度高时，宜采用粘度低的工作液体，以减少液流功率损失。EickhoffShearerLoader第二节液压油的要求和选用几种常见液压油质量标准EickhoffShearerLoader2．液压油的使用和维护选择合适的液压油仅是保障液压系统正常工作的先决条件，而要保持液压装置长期高效而可靠地运行，则必须对液压油进行合理的使用和正确的维护。液压油的维护关键是控制污染。实际工作当中，液压油被污染是系统发生故障的主要原因，它严重影响着液压系统的可靠性及元件的寿命。1)污染物种类及其危害液压系统中的污染物，是指混在工作液体中的各种杂物，如固体颗粒、水、空气、化学物质、微生物和污染能量等工作液体被污染后，将对系统及元件产生不良后果：EickhoffShearerLoader(1)固体颗粒会加速元件磨损，堵塞缝隙及过滤器，使液压泵和阀性能下降，产生噪声(2)水侵人液压油会加速工作液体的氧化，并与添加剂起作用产生粘性胶质