第一章—液压传动概述及流体力学基础1_812709280.

液压传动与控制HydraulicTransmissionandControl授课教师:机械工程系机械电子研究所潘尚峰办公室:9003大楼2401乙联系电话:[phone]电子邮件:[e-mail]液压传动与控制摩擦传动（带传动、绳传动、摩擦轮传动等）机械传动啮合传动（齿轮传动、链传动等）三大传动电气传动液体传动流体液压传动（在流体传动中传动液力传动气体传重动比较大）为什么要学习液压传动与控制？液压传动在国民经济各行业被广泛使用。流体传动是三大传动形式之一，而液压传动又是流体传动的主要形式之一。教学目标（1）掌握液压传动的基本原理、基本概念和基础知识；液压传动与控制（2）掌握液压系统的基本组成；（4）掌握液压泵、液压马达、液压阀、液压缸等液压元件的功能、结构与工作原理；（5）掌握调压、调速、减压、顺序动作、同步动作等液压基本回路的工作原理；（6）掌握部分典型机械的液压系统工作原理；（3）掌握液压系统的特点及其应用领域；◆读懂液压系统图液压传动与控制（7）掌握液压系统的设计与计算方法。（8）初步掌握液压系统故障诊断的方法。◆学会正确选用液压元件重点培养学生解决工程实际问题的能力，即应用能力。◆掌握液压系统的设计方法及注意事项◆会初步诊断液压系统的故障◆学会根据设备功能设计相应的液压系统教材《液压传动》薛祖德主编中央广播电视大学出版社，1995版2学分，32学时。教学进度第一章液压传动概述及流体力学基础（5学时）液压传动与控制参考书籍《液压系统设计禁忌》邵俊鹏等编第二章液压泵和液压马达（3学时）第三章液压缸与液压辅件（2学时，自学）（2学时）液压传动与控制第五章压力控制阀与压力控制回路（4学时）第六章流量控制阀及节流调速回路（4学时）第七章容积调速回路（3学时）第八章其它回路（3学时）第九章典型液压系统（2学时）第十章液压系统的设计计算（2学时）第十一章插装阀和比例阀（2学时）第四章方向控制阀与方向控制回路一、液压传动的研究对象机械传动、电气传动、流体传动是国民经济各行业最常用的几种传动方式，其中机械传动是最基本也是最常用的传动方式。第一章液压传动概述及流体力学基础第一节液压传动的工作原理和主要参数一般情况下，电气传动、流体传动与机械传动结合使用才可能更好地把动力传递给负载，它们各有各的特点及运行条件，并不是任何场合几种传动方式都可以任意选用，设计者应当根据设备应用场合及运行条件的不同而选用最合适的传动方式。例如采煤机。第一章液压传动概述及流体力学基础利用流体（包括液体和气体）作为工质实现的传动叫流体传动(fluidtransmissionordrive)。流体传动分液体传动和气体传动(pneumatic)，液体传动又有两种：液压传动和液力传动。液压传动液压传动的英文名称为hydraulictransmission或hydraulicdrive。液压传动是利用液体的压力能(pressureenergy)来实现能量传递的，基于帕斯卡原理(principleofPascal)。如液压泵、液压缸、液压马达的工作原理就是利用液体的压力能实现能量传递的。液力传动液力传动的英文名称为hydrodynamicdrive，它是利用液体在循环流动过程中动能的变化来（2）依靠液体动能传递动力，泵轮和涡轮之间不存在刚性连接，能缓冲冲击；传递动力，基于液体的动量矩定理（momentofmomentumtheorem）。水轮机(waterturbine)、离心式水泵(centrifugalwaterpump)、液力变矩器（hydrotransmitterortransformerturbine）等的工作原理就是利用液体的动能来传递能量的。第一章液压传动概述及流体力学基础利用液力传动基本原理的最典型的一种液力传动结构就是液力变矩器。广泛用于现代车辆和工程机械中。优点：（1）能自动适应外阻力变化，能在一定范围内无级地改变输出转矩和转速；第一章液压传动概述及流体力学基础由于液压传动的应用范围相对液力传动更广一些，所以本课程只讲授液压传动知识。（3）能够低速行使和平稳启动，能避免超载时发动机熄火；在液压传动和流体力学中对流体的研究内容和研究方法不同液压传动中工作液体是在高压下处于封闭管路或封闭容器内流动的牛顿液体(NewtonianFluid)。（4）减少变速箱挡位，简化变速箱结构。重力不起主要作用，可忽略不计，而在流体力学中必须考虑重力的影响；一般情况下液压传动的流速不大，可近似为静止液体。靠密闭容积内液体的压力能来传递动力，即帕斯卡原理——液压传动的基本原理。关断阀打开时的工作状况——重物下降组成：大小液压缸、单向阀、关断阀、油箱、连接管道及工作介质（油液）。关闭关断阀，反复提起、压下手柄可实现重物的提升；打开阀门可实现重物下降。关断阀关闭时的工作状况提起手柄、压下手柄、再提起手柄第一章液压传动概述及流体力学基础二、液压传动的工作原理液压千斤顶是液压传动最有代表性的例子，它的工作原理就是液压传动的工作原理，它的组成基本上就是液压系统的组成。第一章液压传动概述及流体力学基础三、液压传动的主要参数和两个重要概念两个主要参数：压力(pressure)p和流量(flowrate)Q两个重要概念：压力p取决于负载(load)；负载运动速度取决于流量Q。用液压千斤顶(hydraulicjack)简化模型理解小活塞底面上受到的压力为：p1＝F／A1大活塞底面受到的压力：p2＝W／A2压力取决于负载的重要概念假设大活塞上没有负载W，又忽略摩擦力等阻力，那么在小活塞上无法施加作用力F。第一章液压传动概述及流体力学基础帕斯卡原理——在密闭容器内，施加于平衡或静止液体上的压力将同时传递到液体中各处，所以有p1＝p2＝p＝F／A1＝W／A2或W／F＝A2／A1输出端力W（负载）与输入端力F之比等于大小活塞的面积之比。所以，必须有负载W，才能在密闭空间内建立压力p。压力p与作用力F无关，即使没有力F，只要有负载W的就有压力,压力大小由负载W决定，即p=W/A2。总结：在液压传动中压力取决于负载。此概念与机械传动中构件受到的应力大小取决于负载是一样的。忽略液压泄漏(leakage)和液体的可压缩性(compressibility)，则这压下的体积和挤出的体积应相等，即第一章液压传动概述及流体力学基础速度取决于流量的重要概念液压传动中传递运动时，速度传递按照容积（体积-volume）变化相等的原则进行。若小活塞压下一段距离L1，则小液压缸中挤出的体积为A1L1，此部分体积进入大液压缸，使大活塞上升距离L2，而大液压缸让出的体积为A2L2。第一章液压传动概述及流体力学基础A1L1＝A2L2或L2／L1＝A1／A2如果活塞运动是在时间t内完成的，则大小活塞运动的平均速度分别为V2＝L2／t，V1＝L1／t用速度代替位移，则有A1V1＝A2V2或V2／V1＝A1／A2说明液压传动输出速度V2与输入速度V1的比与相对应的活塞面积比成反比。面积与速度之积正是流量，即A1V1＝A2V2＝Q大活塞的速度V2＝Q／A2，此式说明大活塞第一章液压传动概述及流体力学基础的运动速度取决于进入液压缸中的流量Q和其作用面积A，但面积A一般不变，所以活塞运动速度取决于流量。这就是液压传动中利用流量进行调速的理论基础。液压千斤顶模型相当于机械传动的杠杆，面积比相当于杠杆比（A1相当于L1,A2相当于L2）。像机械传动(mechanicaltransmissionordrive)一样，液压传动也能够达到传递动力(powertransfer)、增力(forceenhancement)、改变速比(speedratiochange)等目的。液压传动中的能量守恒将W／F＝A2／A1和V2／V1＝A1／A2相乘，得上式左边分别表示输出功率，右边表示输入功率。液压传动遵循能量守恒定律。忽略了油液压缩性和泄漏及其它功率损失。又根据输出功率P＝WV2推出P＝WV2＝pA2×Q／A2＝pQ即输出功率等于压力p和流量Q的乘积。从能量的角度看，压力p和流量Q是液压传动中两个重要参数。第一章液压传动概述及流体力学基础WV2＝FV11．动力元件(powerelement)将原动机的机械能转换为液体压力能的转换元件。为液压系统提供一定流量的压力油。一、液压传动的实例前面介绍的液压千斤顶就是一个典型的液压传动实例。小液压缸和单向阀构成“泵”第一章液压传动概述及流体力学基础第二节液压系统的组成及图形符号二、液压系统的组成以磨床工作台液压系统说明液压系统的组成及图形符号。下面举一个机床行业应用液压传动的例子——磨床工作台液压系统。第一章液压传动概述及流体力学基础2．执行元件（actuator)把液体的液压能重新转换成机械能的元件或装置。实现直线运动的转换装置——液压缸(hydrauliccylinder)就是典型的执行元件，它能输出力和直线运动。3.控制元件(controlelement)最典型的动力元件就是液压泵(pump)。定义：对液压系统中油液的压力、流量和流动方向进行控制或调节的元件，如各种液压阀实现旋转运动的液动机——液压马达(hydraulicmotor)也是典型的执行元件，输出力矩和旋转运动。4.辅助元件(auxiliaryelement)油箱1(oiltank)、管道(pipeline)、滤油器2(oilfilter)、压力表(pressuregaugeormeter)、蓄能器等元件，在液压系统中起到储存油液、连接、滤油、测量等作用。(hydraulicvalve)。磨床液压系统就有改变液流方向的换向阀15(changevalve)和开停阀11(cut-offvalve)；调节速度的流量控制阀13（节流阀(throttlevalve)；压力控制阀8（溢流阀—reliefvalve）。这类元件的数量种类最多。第一章液压传动概述及流体力学基础5.传动介质(hydraulicmedium)一般是液压油(hydraulicoil)，也用水。图形符号比较抽象，只是一种职能符号，用它来表示系统中各元件的作用和整个系统的工作原理简明扼要，且绘图方便。国际上都采用元件的图形符号来绘制液压系统原理图，就像电路原理图的绘制一样。我国液压图形符号标准：GB786.1—93第一章液压传动概述及流体力学基础前面给出的磨床液压系统工作原理图形象地表示了系统中各个元件的结构原理，比较直观形象，易于读图，但绘制复杂。磨床工作台液压系统的图形符号表示。三、液压系统工作原理图的表示按工作持征和控制方式的不同，液压系统可分为液压传动系统和液压控制系统。液压传动系统通常为开环控制，以传递动力为主，传递信息为辅。开环控制的液压传动系统原理如图所示。第一章液压传动概述及流体力学基础液压控制系统通常采用液压伺服阀控制，并加入检测反馈元件，多为闭环控制，以传递信息为主，传递动力为辅。系统控制质量受工作条件变化的影响较小。四、液压系统的类型随着科学技术的发展和现代机械设备（如兵器、数控机床和航空航天设备等）技术性能要求的不断提高，现代机械设备的动力传递和控制指标都很重要，其液压传动系统和液压控制系统融为一体，难以区分。