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液压传动（液压技术）第一章：绪论§1-1液压技术发展概况液压机械液压传动是根据17世纪帕斯卡指出的流体静压力传递原理而发展起来的一门新兴技术。通常将以液体作为工作介质，以液体的压力能来进行能量与信息传递的传动称为液压传动，采用液压传动的机械简称液压机械。我国液压技术发展概况我国从20世纪对年代末期开始发展液压工业，特别是80年代到90年代，我国液压行业的产品水平、科研开发能力和工艺装备水平都有大幅度提高，液压技术在各工业部门得到广泛的应用。但是与国外先进水平相比差距很大，主要表现在：①产品水平低，品种规格少，自我开发能力薄弱成套性差，特别是对重大技术装备、重点工程的配套率严重不足；产品质量不稳定，可靠性差，寿命短；②一些新的应用领域如航天航空，海洋工程，生物医学工程，机器人，微型机械及高温、明火环境下所急需的一些特殊元件，几乎处于空白。液压工业已成为影响我国机械工业和扩大机电产品国际交往的瓶颈产业，迅速改变这种落后面貌，是我国液压技术界和工业界所面临的迫切任务。§1-2液压传动的工作原理（以千斤顶工作为例）F1/A1=F2/A2=pF2=pA2=F1A2/A1A1、A2—柱塞7、4的有效工作面积F1、F2—柱塞7、4上的作用力结论：液压系统中的压力大小是由外负载决定的。柱塞7下行所扫过的容积应该等于柱塞再上行所扫过的容积。即A1s1=A2s2s1、s2—液压泵柱塞7和液压缸柱塞4的位移上式两边同除以运动时间t，得A1v1=A2v2=Q或v2=A1/A2v1=Q/A22、1—液压泵柱塞7和液压缸柱塞4的平均运动速度；Q—液压泵输出的平均流量，即输入液压缸的流量。结论：只要连续改变泵的流量q，就可以连续地改变柱塞运动速度，从而实现无级调速。单位时间内柱塞7和4所做的功即功率P分别为P1=v1F1=pA1Q/A1=QpP2=v2F2=pA2Q/A2=Qp结论：液压传动符合能量守衡及转化定律。液压传动的基本特征：以液体为工作介质，靠处于密闭容器内的液体静压力来传递力，静压力的大小取决于负载；负载速度的传递是按液体容积变化相等的原则进行的，其速度大小取决于流量。如果忽略损失，液压传动所传递的力与速度无关。§1-3液压系统的基本组成1.液压泵它把机械能转变为液压能，是液压系统的能源装置。2.执行元件它把液压能转变为机械能，包括作直线运动的液压缸和作回转运动的液压马达。3.控制元件包括对系统中液体压力、流量和方向进行控制和调节的压力阀、流量阀及方向阀等。4.辅助元件为保证系统正常工作所需的L述三类元件以外的装置，在系统中起到输送、贮存、加热、冷却及测量等作用。5.工作介质（液压油）利用它进行能量和信号传递液压传动系统中的能量转换和传递情况：§1-4液压传动特点优点：（1）在同等体积下，液压装置能产生出更大的动力。在同等功率下，液压装置的体积小、重量轻、结构紧凑，即：它具有大的功率密度或力密度，力密度在这里等于工作压力；（2）液压装置容易做到对速度的无级调节，而且调速范围大，并且对速度的调节还可以在工作过程中进行；（3）液压装置工作平稳，换向冲击小，便于实现频繁换向；（4）液压装置易于实现过载保护，能实现自润滑，使用寿命长（5）液压装置易于实现自动化，可以很方便地对液体的流动方向、压力和流量进行调节和控制，并能很容易地和电气、电子控制或气动控制结合起来，实现复杂的运动、操作；（6）液压元件易于实现系列化、标准化和通用化，便于设计规造和推广使用。缺点：（l）液压传动中的泄漏和液体的可压缩性，使这种传动无法保证严格的传动比；（2）液压传动有较多的能量损失（泄漏损失、摩擦损失等），因此，传动效率相对低；（3）液压传动对油温的变化比较敏感，不宜在较高或较低的温度下工作；（4）液压传动在出现故障时不易找出原因§1-5液压系统图的图形符号1.工作原理系统图2.图形符号系统图（GB/1786.1-93）3.结构图第二章液压介质§2-1液压介质的功用及类型1.液压介质的功用l）传递能量和信号；2）润滑液压元件，减少摩擦和磨损；到散热；4）防止锈蚀；5）密封液压元件对偶摩擦副中的间隙；6）传输、分离和沉淀非可溶性污染物；7）为元件和系统失效提供诊断信息。2.液压介质的类型按ISO6743／4（GB7631．2－87），液压介质分为两大类：一类是易燃的烃类液压油（矿油型和合成烃型）；另一类是难燃（或抗燃）液压液。难燃液包括含水型如高水基液（HFA）、油包水乳化液（HFB）、水一乙二醇（HFC）及无水型合成液（HFD，如磷酸酯）两大类。各种液压介质的主要理化性能见表2－l。P8本章主要介绍矿油型液压油及水基难燃液。§2-2液压介质的主要性能要求如果把液压泵比作液压系统的心脏，其工作介质就是液压系统的血液，它对液压设备的工作寿命、性能和可靠性有极为重要的影响。一、粘度粘度是油液对流动阻力的度量。液压介质应该具有合适的粘度。粘度过大将导致机械效率降低，温升加大，泵的吸入性能变差，起动困难、甚至产生气蚀，控制灵敏度下降，掺混在油液中的空气难以分离出来。粘度太低将使泄漏增加、容积效率降低，控制精度下降，润滑油膜变薄、磨损加剧。因此，粘度是选择液压油液的重要依据。油液粘度是随温度而变化的。要求液压油液的粘度随温度变化越小越好，即油液具有良好的粘温特性。对于油液粘度随温度变化的程度，常用粘度指数VI来表示。它代表被测油液的粘度随温度变化的程度与标准油的粘度随温度变化的程度之间的相对比较值。粘度指数越高，表示油液粘度受温度的影响越小，其粘温特性越好。为了提高油液的粘度并改善其粘温特性，往往添加粘度指数添加剂，它是一种高分子聚合物，常用的有聚异丁烯、聚甲基丙烯酸酯等。还要考虑油液的粘压特性。一般而言，压力升高，由于分子间距离缩小，油液粘度增加。二、抗磨性抗磨性是一种与润滑液粘度无关，而主要靠加入的添加剂在对偶表面形成润滑膜而减少磨损的一种性能。为了使在难以形成液体润滑的情况下避免产生干摩擦，就必须提高工作介质的抗磨性能，即在液压介质中加入油性添加剂及极压抗磨添加剂，通过吸附或化学反应作用，在相对运动表面形成厚度很薄（0.1μm以下）但具有良好润滑性能的边界润滑膜，把两个对偶表面隔开，阻止基体材料直接接触，使摩擦副承载能力大为提高，磨损显著减小，这种润滑状态称为边界润滑。与液体润滑不同，边界润滑膜的形成及其润滑性能与工作介质的粘度无关，而主要与所加的添加剂有关。三、氧化稳定性和热稳定性氧化稳定性指油液抵抗与含氧物质，特别是与空气起化学反应而保持其性质不发生永久变化的能力。[这种反应的结果可能形成固体沉淀物、胶状物和酸性物质，使元件产生锈蚀、堵塞和加剧磨损]。提高其氧化稳定性要添加抗氧化添加剂，抗氧化剂有游离基抑制剂、过氧化物分解剂和金属钝化剂等三种类型。热稳定性指油液在高温时抵抗化学反应和分解的能力。[当温升达到一定程度时，油液会产生一些裂化或聚合作用。裂化使分子质量减小而产生一些挥发性较高的物质；聚合产生一些树脂状物质、焦油甚至焦炭。]四、抗乳化性和水解稳定性抗乳化性指阻止油液与水混合形成乳化液的能力。水解稳定性指油液抵抗与水起化学反应的能力。水是油液中一种很有害的污染物，对液压和润滑系统的危害主要是：①水和油液中的金属硫化物和氯化物（来自某些添加剂）作用产生酸性物质，对元件产生腐蚀作用；②水与油液中某些添加剂作用产生沉淀物和胶质等有害物质，加速油液变质劣化；③使油液乳化，破坏润滑油膜，降低润滑性能；④在低温工作条件下，油液中的微小水珠结成冰粒，堵塞控制元件的间隙或小孔，引起系统故障；⑤在高温条件下，水容易汽化而产生气蚀和汽阻。为了便于清除液压油中的水分，应在油液中加入适量的破乳化剂，使水在油中不易形成乳化液，而是处于游离状态以便于分离出来。五、消泡性消泡性指抑制油液中泡沫形成以及迅速释放油液中分散气泡的能力。在一定温度和压力条件下，各种油液均可溶解一定量的空气。例如在标准状态下，矿油型液压油中空气溶解量为5％－10％，油包水乳化液中为5％－7％，水一乙二醇中为1％－2％，磷酸酯中约为5％。空气在油液中的溶解量与绝对压力成正比，与温度成反比。当压力降低或温度升高时，溶解于油液中的气体会析出而形成气泡。因油液受搅动、油箱液位太低等原因，也将导致空气进入而产生气泡。油液中有气泡存在的危害：①显著降低油液的体积弹性模量和刚性，使液压系统动态性能恶化，严重时将导致执行元件产生爬行现象；②气泡受急剧压缩时，产生局部高温促使油液热分解、氧化和蒸发，加速油液变质；③使润滑油膜断裂，加剧摩擦与磨损；④容易引起气蚀而导致振动、噪声和材料侵蚀。为了提高液压设备的工作可靠性，要求液压介质不易或甚少发泡，同时能使溶解和分散在油液中的气泡能尽快地释放出来。这要求合理地进行系统设计，同时要求油液本身有良好的消泡性和空气释放性。主要措施是添加能抑制泡沫形成和促使气泡破裂的消泡剂，常用的有二甲基硅油等。六、防锈蚀性防锈蚀性指油液阻止与其相接触的金属材料生锈、受腐蚀的能力。液压油液中不可避免地存在水和空气，由于水和空气中氧的作用会使金属材料产生锈蚀。另外，油液和其中的添加剂发生氧化或水解反应后，将产生腐蚀性物质而使元件受腐蚀。液压元件的锈蚀会严重影响液压系统的正常工作和寿命。金属粒子、锈蚀颗粒和金属盐都能加速油液氧化，并且随着油液循环，还会加速元件的磨损。液压油液应该具有良好的防蚀性能，既包括液相也包括气相的防锈蚀性。这主要靠添加防锈蚀添加剂，它与金属表面形成牢固的吸附膜，或与金属表面化合形成钝化膜，防止金属与腐蚀介质接触而起到防锈蚀作用。七、剪切稳定性剪切稳定性指油液抵抗剪切作用，保持其粘度和与粘度有关的性质不变的能力。液压介质中所加的增粘剂是一些高分子长链有机聚合物，以线团状存在于油液中，无变形且呈散乱分布时，其增粘效果好。当油液经过泵、阀等元件，尤其是通过各种小孔、缝隙时，要经受强烈的剪切作用，在剪切力的作用下，聚合物在流动方向产生拉伸变形，且分子排列方向趋向与流动方向一致，增粘效果降低。但当剪切应力消除或减小时，高分子增粘剂力变形和取向随之消失，粘度恢复。这种单纯由剪切变形引起的粘度降低是暂时的和可逆力。另外，由于剪切还可能引起粘度的永久消失，因为在极高的剪速下（如气蚀），可能导致增粘剂中一部分原子间结合较弱的C键被剪断，高分子聚合物断裂变为较小的分子，增粘效果降低，引起粘度的永久性减小而不可能恢复。八、材料相容性材料的相容性液压介质和所有与它相接触的材料之间不发生相互损坏和显著影响性能的特性，称为与材料的相容性。对于相容性，除了要考虑油液对金属材料是否产生锈蚀作用外，还要考虑对密封材料、涂料等是否有不良影响。对密封材料的影响主要表现为使其产生溶胀、软化或硬化，导致密封性能下降，泄漏增加。要求所有密封件在使用过程中应具有较小的、恒定的膨胀值，膨胀后应对其机械性能和尺寸稳定性无不良影响。不同类型油液与密封材料的相容性见P13表九、过滤性能过滤性能指油液通过一定孔径的过滤器的难易程度。通常利用一定量的油液，在规定的真空度下通过一定孔径的过滤网所需要的时间来表示，所需时间越短，则过滤性能越好。为了加强污染控制，要求液压介质具有良好的过滤性能。十、真他性能要求对液压介质除上述性能要求外，其他还要求具有抗燃性，低温性能，抗辐射（放射性）稳定性，无毒无味、对人体无害，废液易处理等性能。§2-3矿油型液压油的分类及特点矿油型液压油是以石油的精炼物为基础，加入各种添加剂调制而成。在ISO分类中的HH、HL、HM、HR、HV、HG型液压油均属矿油型液压油。这类油的品种多，性能比较全面，成本较低，需要量大，使用范围广，目前约占液压介质总量的85％左右。本节介绍各种液压油的特性及使用范围。一、HH液压油HH油是一种不含任何添加剂的精制矿物油。这种油虽列入分类之中，但在液压系统中不宜使用，同其稳定性差，易起泡，使用周期短。二、HL液压油HL油是由精制深度较高的中性基础油，加入抗氧化。防锈添加剂调制而成，属防锈、抗氧型。该油在抗氧化、防锈、消泡和抗乳化等性能方面均优于HH油，可用于低压液压系统和机床主轴箱、齿