第二章液压动力元件及执行元件

液压与气动技术第二单元液压动力元件及执行元件2007－12020年1月24日星期五中南大学——液压与气动技术1.教学内容：液压泵的工作原理（重点）液压泵的主要性能及参数（难点）液压泵的结构液压泵与电动机参数的选用液压缸（重点）液压马达2020年1月24日星期五中南大学——液压与气动技术液压系统是以液压泵作为向系统提供一定的流量和压力的动力元件，液压泵由电动机带动将液压油从油箱吸上来并以一定的压力输送出去，使执行元件推动负载作功。2.液压动力元件2020年1月24日星期五中南大学——液压与气动技术由于这种泵是依靠泵的密封工作腔的容积变化来实现吸油和压油的，因而称为容积式泵。容积式泵的流量大小取决于密封工作腔容积变化的大小和次数。若不计泄漏，流量与压力无关。液压泵的分类方式很多，它可按压力的大小分为低压泵、中压泵和高压泵。也可按流量是否可调节分为定量泵和变量泵。又可按泵的结构分为齿轮泵、叶片泵和柱塞泵，其中齿轮泵和叶片泵多用于中、低压系统，柱塞泵多用于高压系统。2.1液压泵的工作原理2020年1月24日星期五中南大学——液压与气动技术1、压力1）工作压力：液压泵实际工作时的输出压力称为工作压力。工作压力取决于外负载的大小和排油管路上的压力损失，而与液压泵的流量无关。2）额定压力：液压泵在正常工作条件下，按试验标准规定连续运转的最高压力称为液压泵的额定压力。3）最高允许压力：在超过额定压力的条件下，根据试验准规定，允许液压泵短暂运行的最高压力值，称为液压泵的最高允许压力，超过此压力，泵的泄漏会迅速增加。2.2液压泵的主要性能和参数2020年1月24日星期五中南大学——液压与气动技术2、排量排量是泵主轴每转一周所排出液体体积的理论值，如泵排量固定，则为定量泵；排量可变则为变量泵。一般定量泵因密封性较好，泄漏小，在高压时效率较高。2.2液压泵的主要性能和参数2020年1月24日星期五中南大学——液压与气动技术3、流量：为泵单位时间内排出的液体体积（L/min），有理论流量Qth和实际流量Qac两种。（2－1）式中：q—泵的排量（L/r）n—泵的转速（r/min）（2－2）∆Q—泵运转时，油会从高压区泄漏到低压区，是泵的泄漏损失。2.2液压泵的主要性能和参数qnQthQQQthac2020年1月24日星期五中南大学——液压与气动技术4、容积效率和机械效率泵的容积效率：泵的机械效率：Tth－泵的理论输入扭矩Tac－泵的实际输入扭矩2.2液压泵的主要性能和参数thacVQQacthmTT2020年1月24日星期五中南大学——液压与气动技术5、泵的总效率、功率泵的总效率(厄塔)：—泵实际输出功率—电动机输出功率泵的功率：式中：p—泵输出的工作压力（MPa）Qac—泵的实际输出流量（L/min），1L=103cm3。2.2液压泵的主要性能和参数MacvmPP.acPMP)(60kwpQPacac2020年1月24日星期五中南大学——液压与气动技术例题2－1某液压系统，泵的排量q＝10mL/r，电机转速n＝1200rpm，泵的输出压力p=5Mpa泵容积效率ηv＝0.92，总效率η＝0.84，求：1）泵的理论流量；2）泵的实际流量；3）泵的输出功率；4）驱动电机功率。2.2液压泵的主要性能和参数2020年1月24日星期五中南大学——液压与气动技术解：1）泵的理论流量Qth=q.n.10-3=10×1200×10-3＝12L/min2)泵的实际流量Qac＝Qth.ηv＝12×0.92＝11.04L/min3)泵的输出功率4）驱动电机功率2.2液压泵的主要性能和参数)(9.06004.11560kwpQPaac)(07.184.09.0kwpPacm2020年1月24日星期五中南大学——液压与气动技术1、齿轮泵：液压泵中结构最简单的一种，且价格便宜，故在一般机械上被广泛使用；齿轮泵是定量泵。2.3液压泵的结构2020年1月24日星期五中南大学——液压与气动技术2.3液压泵的结构2020年1月24日星期五中南大学——液压与气动技术齿轮泵的优缺点及应用1.优点：结构简单，制造工艺性好，价格便宜，自吸能力较好，抗污染能力强，而且能耐冲击性负载。2.缺点：流量脉动大，泄漏大，噪声大，效率低，零件的互换性差，磨损后不易修复。3.应用：用于环境差、精度要求不高的场合，通常p10MPa，如工程机械、建筑机械、农用机械等。2.3液压泵的结构2020年1月24日星期五中南大学——液压与气动技术2、螺杆泵：如图2－5所示，液压油沿螺旋方向前进，转轴径向负载各处均相等，脉动少，故运动时噪音低，可高速运转，适合作大容量泵。但压缩量小，不适合高压，一般用于燃油、润滑油泵而不用作液压泵。2.3液压泵的结构2020年1月24日星期五中南大学——液压与气动技术2、叶片泵其优点是：运转平稳、压力脉动小，噪音小；结构紧凑、尺寸小、流量大；其缺点是：对油液要求高，如油液中有杂质，则叶片容易卡死；与齿轮泵相比结构较复杂。它广泛的应用于机械制造中的专用机床、自动线等中、低压液压系统中。该泵有两种结构形式：一种是单作用叶片泵，另一种是双作用式叶片泵。2.3液压泵的结构2020年1月24日星期五中南大学——液压与气动技术1）单作用叶片泵，其工作原理如图2－6所示，单作用叶片泵由转子1、定子2、叶片3和端盖等组成。定子具有圆柱形内表面，定子和转子的间有偏心距e，叶片装在转子槽中，并可在槽内滑动，当转子回转时，由于离心力的作用，使叶片紧靠在定子内壁。2.3液压泵的结构2020年1月24日星期五中南大学——液压与气动技术1）单作用叶片泵：改变转子与定子的偏心量，即可改变泵的流量，偏心越大，流量越大，如调成几乎是同心，则流量接近于零。因此单作用叶片泵大多为变量泵。另外还有一种限压式变量泵，当负荷小时，泵输出流量大，负载可快速移动，当负荷增加时，泵输出流量变少，输出压力增加，负载速度降低，如此可减少能量消耗，避免油温上升。2.3液压泵的结构2020年1月24日星期五中南大学——液压与气动技术2）双作用叶片泵双作用式叶片泵如图2－7所示，定子内表面近似椭圆，转子和定子同心安装，有两个吸油区和两个压油区对称布置。转子每转一周，完成两次吸油和压油。双作用叶片泵大多是定量泵。2.3液压泵的结构2020年1月24日星期五中南大学——液压与气动技术叶片泵的应用1.用于中低压、要求较高的系统中。2.油液粘度要合适，转速不能太低，500～1500rpm。3.要注意油液的清洁，油不清洁容易使叶片卡死（齿轮泵？）。4.通常只能单方向旋转，如果旋转方向错误，会造成叶片折断。2.3液压泵的结构2020年1月24日星期五中南大学——液压与气动技术4、柱塞泵：工作原理是柱塞在液压缸内作往复运动来实现吸油和压油。与齿轮泵和叶片泵相比，该泵能以最小的尺寸和最小的重量供给最大的动力，为一种高效率的泵，但制造成本相对较高，该泵用于高压、大流量、大功率的场合。它可分为轴向式和径向式两种形式。柱塞沿径向放置的泵称为径向柱塞泵，柱塞轴向布置的泵称为轴向柱塞泵。为了连续吸油和压油，柱塞数必须大于等于3。2.3液压泵的结构2020年1月24日星期五中南大学——液压与气动技术1）轴向柱塞泵：如图2－8所示，可分为直轴式（图a）所示）和斜轴式（图b）所示）两种，该两种泵都是变量泵，通过调节斜盘倾角γ，即可改变泵的输出流量。2.3液压泵的结构2020年1月24日星期五中南大学——液压与气动技术2）径向柱塞泵：（柱塞运动方向与液压缸体的中心线垂直），又可分为固定液压缸式和回转液压缸式两种。2.3液压泵的结构2020年1月24日星期五中南大学——液压与气动技术柱塞泵特点:1）工作压力高，容积效率高，p＝20～40MPa，Pmax可到100MPa；2）流量大，易于实现变量；3）主要零件均受压，使材料的强度得以充分利用，寿命长，单位功率重量小。2.3液压泵的结构2020年1月24日星期五中南大学——液压与气动技术5、液压泵的图形符号2.3液压泵的结构2020年1月24日星期五中南大学——液压与气动技术1、选择液压泵的原则是否要求变量：径向柱塞泵、轴向柱塞泵、单作用叶片泵是变量泵。工作压力：柱塞泵压力31.5MPa；叶片泵压力6.3MPa,高压化以后可达16MPa；齿轮泵压力2.5MPa，高压化以后可达21MPa。工作环境：齿轮泵的抗污染能力最好。噪声指标：低噪声泵有内啮合齿轮泵、双作用叶片泵和螺杆泵，双作用叶片泵和螺杆泵的瞬时流量均匀。效率：轴向柱塞泵的总效率最高；同一结构的泵，排量大的泵总效率高；同一排量的泵在额定工况下总效率最高。2.4液压泵与电动机参数的选用2020年1月24日星期五中南大学——液压与气动技术1、液压泵大小的选用液压泵的选择，通常是先根据对液压泵的性能要求来选定液压泵的型式，再根据液压泵所应保证的压力和流量来确定它的具体规格。液压泵的的工作压力是根据执行元件的最大工作压力来决定的，考虑到各种压力损失，泵的最大工作压力P泵可按下式确定：P泵≥k压×P缸式中：P泵一液压泵所需要提供的压力，Pa,k压一系统中压力损失系数，取1.3~1.5P缸一液压缸中所需的最大工作压力，Pa2.4液压泵与电动机参数的选用2020年1月24日星期五中南大学——液压与气动技术1、液压泵大小的选用液压泵的选择，通常是先根据对液压泵的性能要求来选定液压泵的型式，再根据液压泵所应保证的压力和流量来确定它的具体规格。液压泵的输出流量取决于系统所需最大流量及泄漏量，即Q泵≥K流.×Q缸式中：Q泵—液压泵所需输出的流量，m3/min。K流—系统的泄漏系数，取1.1~1.3Q缸一液压缸所需提供的最大流量，m3/min。若为多液压缸同时动作，Q缸应为同时动作的几个液压缸所需的最大流量之和。在P泵、Q泵求出以后，就可具体选择液压泵的规格，选择时应使实际选用泵的额定压力大于所求出的P泵值，通常可放大25%。泵的额定流量略大于或等于所求出的Q缸值即可。2.4液压泵与电动机参数的选用2020年1月24日星期五中南大学——液压与气动技术2、电动机参数的选择驱动液压泵所需的电动机功率可按下式确定：（KW）式中：PM－电动机所需的功率，kwp泵－泵所需的最大工作压力，Pa,Q泵－泵所需输出的最大流量，m3/minη－泵的总效率。各种泵的总效率大致为：齿轮泵0.6~0.7，叶片泵0.6~0.75；柱塞泵0.8~0.85。2.4液压泵与电动机参数的选用60泵泵QpPM2020年1月24日星期五中南大学——液压与气动技术3、计算举例：例2－2已知某液压系统如图2－12所示，工作时，活塞上所受的外载荷为F=9720N，活塞有效工作面积A＝0.008m2，活塞运动速度v=0.04m/s。.问应选择额定压力和额定流量为多少的液压泵？驱动它的电机功率应为多少?2.4液压泵与电动机参数的选用2020年1月24日星期五中南大学——液压与气动技术例2－3如图2－12所示的液压系统，巳知负载F=30000N，活塞有效面积A=0.01m2，空载时的快速前进的速度为0.05m/s，负载工作时的前选速度为0.025m/s，选取k压＝1.5，k流＝1.3＝0.75，.试从下列已知泵中选择一台合适的泵，并计算其相应的电动机功率。已知泵如下：YB-32型叶片泵，Q额＝32L/min，p额＝63kgf/cm2YB-40型叶片泵，Q额.＝40L/min，p额＝63kgf/cm2YB-50型叶片泵，Q.额.＝50L/min，p额＝63kgf/cm22.4液压泵与电动机参数的选用2020年1月24日星期五中南大学——液压与气动技术2－7某液压泵的转速为950r/min，排量为q＝168ml/r在额定压力29.5Mpa和同样转速下，测的实际流量为150l/min，额定工况下的总效率为0.87，求：1）泵的理论流量；2）泵的容积效率和机械效率；3）泵在额定工况下，所需电机驱动功率。2－8已知某液压系统工作时所需最大流量Q＝5×10－4m3/s，最大工作压力