液压与气压传动―1概述

汽车液压与气压传动第一章液气压传动与液力技术概述§1-1液气压传动与液力传动的工作原理与组成§1-2液压油的主要性能与选用§1-3气液压传动与液力技术在汽车上的应用及特点研究对象——液压、气压传动（液力）技术及控制。液、气压传动：以有压流体（油、气）为能源介质，通过各种元件形成一定的控制回路，并组合成具有某种功能的机械传动系统，实现能量传递、转换、控制的学科。流体→元件→回路→传动系统→能量传递、转换、控制课程所涉及内容——基本内容、课程结构1、介质的基本物理性能，流体的静力学、动力学特性；——传递动力、速度、平稳性2、系统元件（泵、缸、阀、管等）结构、工作原理、工作性能；3、控制回路的性能、特点；目的——掌握系统控制基本规律；提高控制系统设计能力。意义§1-1气液压传动与液力传动的工作原理与组成一、液压传动的工作原理与系统组成1、工作原理（1）液压千斤顶（P1图1—1）组成：液压泵；——柱塞泵=小缸体+活塞+手柄单向阀；——配油机构油箱；——储油、过滤放油阀（截止阀）；——卸荷大液压缸。——缸体+活塞+负载G工作过程：（重复吸油）手柄提起—小活塞上移—单向阀2关闭3开启—小活塞腔抽真空—吸油手柄压下—小活塞下移—单向阀3关闭2开启—小活塞腔压油—油液压入大活塞腔——大活塞腔压力油推动单向阀2关闭，同时克服负载重力。关键：液压腔、管道系统要封闭——放油阀、单向阀活塞腔容积可以改变——大、小活塞腔要有负载——负载决定系统的压力本质：液压系统以液体作为工作介质完成传动；液压系统依靠封闭容积变化传递运动；液压系统依靠液体内部的压力传递动力。（2）分析——力、运动、功率关系①力的比例关系设：小活塞面积为A1；施力为F；大活塞面积为A2；负载为G；油腔压力为p；Gh2FA2A1h1p由帕斯卡压力等值原理：结论：力的比值：与面积成正比，是一定值；力被放大；负载决定油腔工作压力p施的力F大小；——与流入大活塞腔的流体数量（升l）多少无关。②运动关系——活塞位移分析不考虑漏损、管道等变形情况下；设：小活塞下降高度为h1；下降速度为v1；大活塞上升高度为h2；上升速度为v2；流出、流入液体的流量为q。(l/min)21AGAFp12AAFG112AAFG2AGp121AAGF由常规压力(0.2~1.0MPa)液体的不可压缩性——体积不变：或上下同除活塞移动时间：或结论：位移关系：与面积成反比，是一定值；位移被缩小；活塞的运动速度大小，由流量q决定；2211hAhA2112AAhhthAthA22112211vAvAq2112AAvv12112AAhh2211,AqvAqv③功率关系——在不考虑漏损情况下；结论：功率关系：无漏损则无功率损失：考虑；活塞的功率（缸径一定时）由流量和压力决定；12AAGF2121AAvv21GvFvP出入PPpqvpAvpAP22112pAG1pAF2、液压系统的组成（1）自卸车的车厢举倾机构（P2图1—2）①举升过程：阀芯4左移a——回油口封闭b——出油口打开阀3限压——安全保护（压力控制阀）进油路：油箱1—齿轮液压泵8—单向阀7—换向阀5—阀出油口b—油缸进油口—油缸6下腔；回油路：油缸6上腔—过滤器2—油箱1升程②回位过程：释放操纵杆，阀芯在弹簧张力下回位；油口a与回油口b相通，上下缸压力相同；——在车厢重力作用下活塞下行。回程③系统原理图（P2图1—3）用液压传动的规定符号连接而成，反映系统结构的图样。组成：油箱+泵+单向阀+二位三通手动换向阀+直动式限压阀+油缸+过滤器Pba（2）液压系统的一般组成（不包括油液传动介质）①动力元件（能源装置——油泵）本质：能量转换装置；机械能——液体压力能②执行元件（执行装置——油缸或油马达）本质：能量转换装置；液体压力能——机械能③控制元件控制装置——油路的压力、速度、方向控制阀——不同组合方式，形成一定功能的控制回路（重点）④辅助元件辅助装置——油箱、过滤器、蓄能器、管路、接头、油封等。课程结构的四个层次：理论基础流体力学基础知识元件动力元件—执行元件—控制元件—辅助元件回路基本回路—典型回路—新型控制技术综合系统应用设计3、液压系统的特点（1）拖动能力特点——与电力拖动比较：功率不大，但出力（扭矩）大，而质量轻、惯性小；①单位质量的功率（功率—质量比N/m）发电机、电动机——165；液压泵、液压马达——1650，一般大10倍。②单位质量的力（F/m）或单位惯量的力矩大（T/J）力（力矩）—质量比：直线电机——130，一般油缸——13000；液压马达扭矩—惯量比，相当于传统电机10~20倍。拖动特点：结构紧凑重量轻，加速度大，换向响应快（时间常数小），动态品质优良。kgW/kgW/kgN/23/1061kgmNmkgN/（2）控制方式及性能——与机械系统比较①操作方便、省力、在大范围内实现无级变速；传动比大——基本不受结构限制；无级变速——全液压汽车，易加速、反转②传递运动平稳，反应速度快，冲击小，能高速启动、制动、换向，润滑好工作寿命长，易实现过载保护；③与电器配合，易实现复杂程序动作、远程控制、自动化——叠加阀、组合阀、压力继电器、行程开关、电磁换向阀、延时控制、逻辑控制元件等④各元件标准化、系列化、通用化程度高。——模块化组合，缩短设计、制造周期，降低成本总的性能特点：控制方便，性能优良。（3）缺点①传动效率低，速比不精确；②性能受介质温度影响——粘度变化；③制造精度要求高，成本高，不易查找排除故障。4、液压技术的发展趋势（1）发展趋势①高压、高速、大功率，高效、低噪、高寿命、高集成化；②计算机技术应用辅助设计（CAD）；辅助测试（CAT）；直接控制（CDC）；时实控制；仿真优化设计；③其它：机电一体化、可靠性技术；污染控制技术。（2）发展方向①元件：小型、轻量、高精度、节能化；②系统综合设计：机、电、液、气、电脑综合技术；③系统控制：与电子学相结合的综合控制技术。二、气压传动系统的工作原理、组成及特点气动系统：以压缩空气为工作介质；利用系统空气压力能传递动力；依靠系统容积变化、消耗压力能来传递运动。1、气压传动系统的一般组成——与液压系统类似（1）气源装置——动力机+空气压缩机（活塞式气泵）能量转换装置：机械能气体压力能；（2）执行元件——气缸、气马达能量转换装置：气体压力能机械能；（3）控制元件——气路的压力、流量、方向控制阀组合成具有一定功能的气动回路。（4）辅助元件：气源净化装置——过滤器、除油器、干燥器、冷却器、储气罐等；连接装置——管道、接头、密封件其它装置——油雾器、消声器、信号转换器、程序器、延时器等。2、气动剪切机工作原理（P4图1—4）（1）组成：空压机9—储气罐8—过滤器7+减压阀6+油雾器5（气动三联件）—气控换向阀3（节流阀）机动阀4气缸2+活塞杆+运动刀具（2）工作过程：初始位置（活塞杆下降）——机动阀4关闭状态压缩空气—节流口—作用于阀芯底部—压缩弹簧气控换向阀上移（下位）—气缸上腔进气气缸下腔—直通大气—活塞杆刀具下降剪切运动：料杆伸进—触动阀4—机动阀打开状态—放气—阀芯底部压力降低—换向阀弹簧恢复——阀芯下移换向（上位）—压缩空气—气缸下腔——活塞杆向上运动—刀具剪切运动3、气压传动特点优点：（1）空气介质——无需回收，无污染；无变质、补充、更换问题；（2）流动损失小——可集中供气（泵站），远距离输送；（3）动作迅速、反应快，不堵塞，易维护；（4）使用压力低，安全性高，对环境适应性强，具有防潮、防爆特点；（5）结构简单、轻便，安装和使用及维护方便；（6）利用空气压缩性，自身具有一定过载保护功能。缺点：（1）速度-负载特性差；曲线关系：F,v（2）使用的压力和输出力小；——适宜机械手、夹紧装置（3）须对元件进行润滑；——油雾器（4）排气噪音大。Fv－三、液力传动的工作原理、组成及特点1、液力传动装置的工作原理——泵轮+涡轮（P5图1—5）原理：动力装置输出机械能—驱动泵轮转动——机械能高压高速液流的动能—冲击涡轮叶片——涡轮吸收动能转动涡轮轴输出机械能与液压传动联系和区别：工作介质基本相同；输入输出的能量形式相同；传动方式（中间能量形式）不同；——利用流体的动能（非压力能）传递能量。2、液力传动装置的结构组成（1）泵轮——机械能输入及动能转换元件液力耦合器（2）涡轮——动能输出及机械能转换元件（P5图1—6）（3）导轮——利用导流元件产生反作用力矩改变输出扭矩液力耦合器+导轮——液力变矩器（P6图1—7）一般与其它机械零件组合——液力机械装置3、液力传动的特点——以液力变矩器为例优点：（1）自适应性能好：自动适应一定的外载变化（内反馈）实现一定范围的无级变速、变矩调节；（2）防振隔振性能强——非机械式、非刚性连接液体介质可隔离、吸收两端的振动，提高使用寿命；（3）启动性、安全性能好——可带载启动；低速稳定性能好；防止传动系超载作用；（4）简化机械操作，易于实现自动控制。缺点：（1）液力传动的效率较低——经济性较差；总效率0.70~0.80；0.9（2）结构复杂，制造成本高。§1-2液压油的主要性能及选用一、液压传动工作介质的物理特性流体的一般性质连续性：微观为不连续的运动分子组成；宏观可看作连续物质；分子间的力：一定状态物质间的内聚力与斥力相平衡；力的大小主要由分子的间距决定；内聚力即分子间的引力的特点：很小；聚集液固态斥力特点：决定物质可有限度地压缩；流体易流性：流体取其所在容器的形状。1、液体的密度——单位体积的质量设：液体的体积为V(m3)；质量为m(kg)。密度：温度影响：一定量物质，体积V随温度升高而增大（膨胀），密度ρ减小；——主要压力影响：体积V随压力升高而减小（压缩），密度ρ增大；——次要Vm标准密度：规定以200C，一个标准大气压时的物质密度作为标准。温度不高、压力不大时，可忽略密度变化，看做常量。20种类种类石油基液压油850~900增粘高水基液1003水包油乳化液998水—乙二醇液1060油包水乳化液932磷酸酯液115020202、流体的粘性——流体分子间的内聚力阻止分子相对运动而产生的内摩擦力现象的性质；运动是流体粘性的充要条件（1）粘性概念与分析：当表层以速度u0向右运动时，液体层速度：按曲线或线性分布。实验测定：内摩擦力F与速度梯度（s-1）成正比；其中：A——液层接触面积（m2）μ——粘性系数，动力粘度单位面积的内摩擦力——切应力τ（Pa）。——牛顿内摩擦定律液体类型：液体层速度按线性分布——牛顿液体按曲线分布——非牛顿液体u0hu0dyyu+duudyduAFdyduAF（2）液体的粘度——对液体粘性的3种描述；①动力粘度（绝对粘度）μ：物理意义：流体单位速度梯度下流动时，单位面积液层间的内摩擦力。量纲：帕秒（Pa·s=Ns/m2）②运动粘度：该流体单位密度的动力粘度。量纲：米2/秒（m2/s）工作介质粘度表示：以其标准大气压下、400C时的运动粘度平均值（mm2/s）衡量。液压油的牌号：总分类号L—牌号代号+粘度等级同类型不同牌号运动粘度不同。如普通液压油：L—HL22,（32,46,68,100）dyduAF③相对粘度（条件粘度）：通过以蒸馏水作为比较对象的实验测试所得到粘度相对值。恩氏粘度（0E）——恩氏粘度计测量（简单）基本方法：某温度的200ml液体流过2.8mm小孔的时间，与200C等量蒸馏水流过相同小孔的时间比值。测试的标准温度：200C、500C、1000C；——可比性（3）影响液体粘度的主要因素①压力：压力增大，（动力、运动）粘度增大；因变化不大，一般实际应用中可忽略压力影响；②温度——温度升高，粘度减小；一般影响均较大（为温度的函数）。粘温特性曲线——温度影响敏感性比较：（P8图1—9）比较斜率——对水包油型影响较小；对磷酸酯型影响最大。210ttE3、可压缩性——液体受压时体积缩小的性质设：压力增大，压力增量：0；体积减小，体积增量：0；符号相反体积的相对变化量