液压传动技术.

1主讲陈建农编著国电镇江电力培训中心2012年7月2联系方式：地址：镇江市谏壁镇镇江电力培训中心陈建农手机:[phone]E-mail:[e-mail]因时间仓促，本课件及讲稿有疏漏之处，敬请谅解！3目录一.液压传动技术基础知识二.液压流体力学基本理论三.液压油四.液压传动系统的基本元件及功能五.液压系统的基本回路六.典型液压系统液压传动七.液压系统故障诊断八.系统的使用和维护41.2液压传动系统的工作原理1.3液压传动系统的组成1.4液压传动系统的图形符号1.5液压传动系统特点一.液压传动技术基础知识1.1概述51.1概述•液压传动是以液体（通常是油液）作为工作介质，利用液体压力来传递动力和进行控制的一种传动方式。•液压传动相对于机械传动是一门新技术，17世纪、18世纪是液压理论发展的鼎盛时期。二战期间，军事工业的需要促使液压技术迅速发展。战后液压技术转为民用，在各行各业得到了广泛应用。•由于液压传动具有明显的优点，因此发展迅速，尤其在高效率的自动化、半自动化机械中，应用更为广泛。当前液压技术已经面为机械工业发展的一个重要方面。61.2液压传动系统的工作原理191817161415139112143657810121615911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。7磨床工作台液压系统液压缸液压泵节流阀换向阀油箱191817161415139112143657810121615911磨床工作台8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。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191817161415139112143657810121615911磨床工作台液压泵油箱9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191817161415139112143657810121615911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10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191817161415139112143657810121615911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11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。19181716141513911214365781012161591112磨床工作台液压系统磨床工作台溢流阀191817161415139112143657810121615911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。13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。191817161415139112143657810121615911工作原理从磨床的工作过程可看出，液压系统的工作原理：以油液作为工作介质，通过密封容积的变化来传递运动，通过油液内部的压力来传递动力。151.3液压传动系统的组成从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16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：1、动力部分──将原动机的机械能转换为油液的压力能，是系统的能量来源。能量转换元件为液压泵。其作用是向液压系统提供压力油。2、执行部分──将油液压力能转换成驱动负载运动的机械能，是系统的输出。执行元件有液压缸（作直线运动或摆动运动）、液压马达（作回转运动）。3、控制部分──对系统中油液的压力、流量、和流动方向进行控制或调节。控制元件有各种压力、流量和方向控制阀等。4、辅助部分──组成系统，起贮油、过滤、检测、和密封等作用，保证系统可靠和稳定工作。辅助元件有管路和接头、油箱、过滤器、蓄能器、密封件和控制仪表等。5、工作介质──传递能量。采用液压油。171.4液压系统的图形符号图1．1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。9108765321418191817161415139112143657810121615911图1.1用半结构式表示的磨床工作台液压系统图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19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201.5液压传动的特点液压传动与其他传动形式相比较，有以下优点1)功率密度（即单位质量所具有的功率）大，结构紧凑，质量轻。高压液压泵为5～6.8kw/kg，发电机为0.5～0.68kw/kg，前者约为后者的12～13％，且尺寸相差悬殊。2)传动平稳，能实现无级调速，且调速范围大。调速比高达2000，最低稳定转速1r/min，且可在运行中调速。3)液压元件质量轻、惯性矩小，变速性能好。可实现高频率的换向，液压马达高速换向达8次/s，液压缸高速换向达7～8次/s，电动机达不到。液压马达加速仅需0.1s，而同功率电动机加速则需1～12s，快速性好。4)布局方便灵活。5)易于实现过载保护。6)运动平稳可靠，液压元件解自行润滑，使用寿命较长。7)便于实现自动化和中等距离内的能量分配、传输和控制。8）液压元件实现标准化、系列化、通用化，便于设计、制造和使用。21液压传动也有不足，主要缺点有1）液压元件的制造精度和密封性能要求高，加工和安装都比较困难。2）泄漏难以避免，并且油液有一定的压缩性，因此传动比不能恒定，不适用于传动比要求比较严格的场合。3)泄漏引起能量损失，油液在管道中受到时阻力及机械摩擦也会引起一定的能量损失，致使液压传动的效率较低。4）油液的粘度随温度变化，会影响传动机构的工作性能。5）油液中渗入空气时，会产生噪声，容易引起振动和爬行（运动速度不均匀），影响传动的平稳。6)维修保养困难，工作量大。当液压系统产生故障时，故障原因不易查找，排除较困难。本部分结束！请继续学习第二部分232.1液体静力学基础2.2液体流动性质（流体动力学）2.3液压传动系统的基本参数2.4液压传动的压力、流量损失和功率计算2.5液压冲击及气穴现象二.液压流体力学基本理论2425•1．液体静压力•作用于液体上的力有质量力和表面力两种。•质量力作用于液体的每一质点上，如重力、惯性力等。•表面力作用于液体受力单元的分界面上。•对于静止液体，由于质点间没有相对运动，从而不存在切向力，又由于液体只能承受压力而不能承受拉力，所以作用于液体上的表面力只有压力。26液体静压力具有两个重要特征：①液体的压力方向沿承压面的内法线方向②静止液体内任一点上在各方向的压力都相等2．液体静力学基本方程式图2-1重力作用下的静止液体27图2-1可示，在重力作用下的静止液体的受力情况，除液体的重力外，还有液面上和容器壁面作用于液体上的压力。在液体内取高度为、截面积为的液柱，如图1-2(b)可示。该液柱在重力及周围液体的压力作用下处于平衡状态，其垂直方向上的力平衡方程为pApAghAr°D=D+D式中p——液体内深度为h处压力rghDA——液柱的重力上式等式两边同除化简后得ppghr°=+28上式即为液体静力学基本方程。该方程说明以下三点：①静止液体内任一点的压力为液面上的压力与该点以上液体重力所形成的压力之和。②静止液体内的压力随液体深度按线性规律递增。③同一液体中，距液面深度相等各点的压力相等。由压力相等的点组成的面称为等压面，在重力作用下静止液体中的等压面为水平面。293.帕斯卡原理•对于静止液体，当其边界面上的压力发生变化时，其内部任一点的压力均将发生相同的变化，即：施加于静止液体任一表面上的压力将同时等值地传递到液体内部各点，这就是帕斯卡原理，或称静压传递原理。30压机工作原理图•大、小活塞的面积分别为和，小活塞上的作用力为则在大活塞上将产生的作用力。压机内液体处于静止平衡（包括匀速运动）状态，且互相连通。31•根据帕斯卡原理，液体内任一点的压力相等，即小活塞端面上产生的压力p1应该等于大活塞端面上压力p2（不计两活塞端面的位差），则有121212FFppAA===2211AFFA=可见，大活塞上压力的力F2是输入力F1的A2/A1倍。在液压传动系统中，由于外力作用产生的压力远大于液体自身重力产生的压力，因此忽略液体自身产生的压力。32液压千斤顶如图2-3可示，柱塞2的直径为d2=34mm，活塞1的直径为d1=13mm，杠杆长度如图可示，问杠杆端点应加多大的力才能将W=5×104N的重物顶起：图2-2液压千斤顶工作原理33解由重物引起的油液压力为p=W/A2=5×104/π/4（34×10-3）2=55.07MPa则在活塞1上产生的作用力为F1=pA1=pπ/4（13×10-3）2=7309.57N根据杠杆原理有25×F1=750×F则F=25/750×7309.57=243.65N即在杠杆端点上仅需243.65N的力，即可顶起5×104N的重物。344.压力的表示方法及单位•压力有绝对压力和相对压力两种表示方法。绝对压力是以绝对零压力为基准，相对压力是以大气压为基准来衡量的。绝对压力与相对压力的关系为：•绝对压力＝相对压力＋大气压•或得，相对压力＝绝对压力－大气压力。35真空度•当相对压力大于零时，又称为表压力。若相对压力小于零时，即此时的绝对压力小于大气压，小于多少，称为负压，也称为真空度，即•真空度＝大气压－绝对压力36绝对压力、相对压力与真空度之间的关系•绝对压力以零压为基准，始终为正，而相对压力则以大气压为基准，可正可负，真空度是负压的数值。•压力的单位为Pa或kPa、MPa。372.2液体流动性质（流体动力学）液体与固体的最大区别是它可承受无限制的变形且无固定形状，在变形过程中其质点之间具有相对位移。这种液体质点间有相对位移的运动状态称为流动。由于液体在流动时其内部各质量所受重力、惯性力、粘性摩擦力等的影响各不相同，所以液体内部各点的速度、压力及密度是空间坐标和时间的函数。381、理想液体和恒定流动1）恒定流动液体流动时，其任意点处的压力、流速和密度都不随时间变化