液压与气压传动-------第01章液压传动概述

1本章主要内容为：①液压传动的定义；②液压传动的工作原理及系统构成；③液压传动的优缺点；④液压传动的工作介质。21.1液压传动定义与发展概况1.1.1液压传动的定义液压传动（Hydraulics）是以液体为工作介质，通过驱动装置将原动机的机械能转换为液压的压力能，然后通过管道、液压控制及调节装置等，借助执行装置，将液体的压力能转换为机械能，驱动负载实现直线或回转运动。？那么，到底什么是液压传动呢？31.1.1液压传动的定义这个系统传递力：如果活塞5上有重物W,则当活塞1上施加的F力达到一定大小时，就能阻止重物W下降，这就是说可以利用密封容积中的液体传递力。泵缸41.1.1液压传动的定义这个系统传递运动：由于作用在密封容器内平衡液体表面上的压强（液压力）将均匀地传递到液体中所有各点上，且不改变大小（帕斯卡定律），这样：当活塞1在力F力作用下向下运动时，重物将随之上升，这说明密封容积中的液体不仅可以传递力，还可以传递运动。泵缸51.1.1液压传动的定义压力取决于负载仍回到前面的简化模型为了能提升重物W，必须在活塞1上施加主动力F1,这时，重物W就是工作的负载。如果活塞5上作用的W为0…如果工作负载为W…泵缸1234A15A261.1.1液压传动的定义Q运动速度取决于流量请看右下图，由图可知：活塞1向下移动h1,通过液体的能量传输，将使活塞5上升一段距离h2，很显然h1≠h2。由于不存在泄漏及忽略液体的可压缩性，所以在Δt时间里从液压缸2中挤出的液体体积，将等于通过管道3挤入液压缸4的体积。即：两边同除：则thAthA2211111hAV222hAV2211hAhAv2缸2A1A234h1h2171.1.1液压传动的定义下面介绍一个概念：流量Q(Flow)。单位时间内从液压缸2中排出的液体体积或挤入液压缸4的体积称为流量Q(Flow)。那么，上式（）实质上就是说排出液压缸2的流量等于挤入液压缸4的流量。thAthA2211由上式可得负载的运动速度。则：活塞5的运动速度只取决于液压缸4的流量。即：在液压系统中执行机构的速度只取决于流量。22AQvv2缸2A1A234h1h281.1.1液压传动的定义液压系统中，功率表达式N=pQ，压力p和流量Q是液压传动中最基本也是最重要的参数。由于N1=N2=pQ（不考虑任何损失），因此液压系统中的能量传输和转换是守恒的，满足能量守恒定律。能量的表示方法由于（帕斯卡原理）及活塞1的输入功率：活塞5的输入功率：211AWAF2211vAvApQAQpAvFN11111pQAQpAvFN22222v2缸2A1A234h1h2191.2液压传动的工作原理及系统构成1.2.1液压传动系统的工作原理液压千斤顶液压千斤顶常用于顶升重物,如顶起汽车以便拆换轮胎……101.2.1液压传动系统的工作原理油缸（执行元件）手动油泵（油源）液压千斤顶的系统中，小缸、小活塞以及单向阀4和7组合在一起，就可以不断从油箱中吸油和将油压入大缸，这个组合体的作用是向系统中提供一定量的压力油液，称为液压泵。大活塞和缸用于带动负载，使之获得所需运动及输出力，这个部分称为执行机构。放油阀门11的启闭决定执行元件是否向下运动，是一个方向控制阀。另外，要进行动力传输必须借助液压传动介质。111.2.1液压传动系统的工作原理磨床工作台液压系统磨床工作时，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。12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13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。19181716141513911214365781012161591114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。191817161415139112143657810121615911151.2.2液压传动系统的组成从千斤顶和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161.2.2液压传动系统的组成从图1.1可以看出，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：（l）液压泵（动力元件）：是将原动机所输出的机械能转换成液体压力能的元件，其作用是向液压系统提供压力油，液压泵是液压系统的心脏。（2）执行元件：把液体压力能转换成机械能以驱动工作机构的元件，执行元件包括液压缸和液压马达。（3）控制元件：包括压力、方向、流量控制阀，是对系统中油液压力、流量、方向进行控制和调节的元件。如换向阀15即属控制元件。（4）辅助元件：上述三个组成部分以外的其它元件，如：管道、管接头、油箱、滤油器等为辅助元件。171.2.3液压系统的图形符号图1．1（a）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，如图所示。9108765321418191817161415139112143657810121615911图1.1磨床工作台液压传动系统工作原理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191.3液压传动的优缺点1.3.1液压传动系统的主要优点液压传动与机械传动、电气传动相比有以下主要优点：（1）在同等功率情况下，液压执行元件体积小、结构紧凑。（2）液压传动的各种元件，可根据需要方便、灵活地来布置；（3）液压装置工作比较平稳，由于重量轻，惯性小，反应快，液压装置易于实现快速启动、制动和频繁的换向；（4）操纵控制方便，可实现大范围的无级调速（调速范围达2000：1），它还可以在运行的过程中进行调速；201.3.1液压传动系统的主要优点（5）一般采用矿物油为工作介质，相对运动面可自行润滑，使用寿命长；（6）容易实现直线运动；（7）既易实现机器的自动化，又易于实现过载保护，当采用电液联合控制甚至计算机控制后，可实现大负载、高精度、远程自动控制。（8）液压元件实现了标准化、系列化、通用化，便于设计、制造和使用。211.3.2液压传动系统的主要缺点（1）液压传动不能保证严格的传动比，这是由于液压油的可压缩性和泄漏造成的。（2）工作性能易受温度变化的影响，因此不宜在很高或很低的温度条件下工作。（3）由于流体流动的阻力损失和泄漏较大，所以效率较低。如果处理不当，泄漏不仅污染场地，而且还可能引起火灾和爆炸事故。（4）为了减少泄漏，液压元件在制造精度上要求较高，因此它的造价高，且对油液的污染比较敏感。221.4液压传动的工作介质1.4.1液压系统对工作介质的要求液压工作介质一般称为液压油。液压介质的性能对液压系统的工作状态有很大影响，对液压系统对工作介质的基本要求如下：（l）有适当的粘度和良好的粘温特性。粘度是选择工作介质的首要因素。液压油的粘性，对减少间隙的泄漏、保证液压元件的密封性能都起着重要作用。液压介质粘度用运动粘度表示。在国际单位制中的单位是，而在实用上油的粘度用（cSt，厘沲）表示。sm/2smm/2粘度是液压油（液）划分牌号的依据。按国标GB/T3141-94所规定，液压油产品的牌号用粘度的等级表示，即用该液压油在40℃时的运动粘度中心值表示。（参见书：表1.1）23所有工作介质的粘度都随温度的升高而降低，粘温特性好是指工作介质的粘度随温度变化小，粘温特性通常用粘度指数表示。一般情况下，在高压或者高温条件下工作时，为了获得较高的容积效率，不致使油的粘度过低，应采用高牌号液压油；低温时或泵的吸入条件不好时（压力低，阻力大），应采用低牌号液压油。（2）氧化安定性和剪切安定性好。（3）抗乳化性、抗泡沫性好。（4）闪点、燃点要高，能防火、防爆。（5）有良好的润滑性和防腐蚀性，不腐蚀金属和密封件。（6）对人体无害，成本低。241.4.2液压介质的种类液压传动介质按照GB/T7631.2-87（等效采用ISO6743/4）进行分类，主要有石油基液压油和难燃液压液两大类。1.4.2.1石油基液压油（1）L-HL液压油（又名普通液压油）：采用精制矿物油作基础油，加入抗氧、抗腐、抗泡、防锈等添加剂调合而成，是当前我国供需量最大的主品种，用于一般液压系统，但只适于0℃以上的工作环境。其牌号有：HL－32、HL－46、HL－68。在其代号L-HL中，L代表润滑剂类，H代表液压油，L代表防锈、抗氧化型，最后的数字代表运动粘度。25（2）L-HM液压油（抗磨液压油，M代表抗磨型）：其基础油与普通液压油同，加有极压抗磨剂，以减少液压件的磨损。适用于-15℃以上的高压、高速工程机械和车辆液压系统。其牌号有：HM－32、HM－46、HM－68、HM－I00、HM－150（3）L-HG液压油（又名液压一导轨油）：除普通液压油所具有的全部添加剂外，还加有油性剂，用于导轨润滑时有良好的防爬性能。适用于机床液压和导轨润滑合用的系统。26（4）L-HV液压油（又名低温液压油、稠化液压油、高粘度指数液压油）：用深度脱蜡的精制矿物油，加抗氧、抗腐、抗磨、抗泡、防锈、降凝和增粘等添加剂调合而成。其粘温特性好，有较好的润滑性，以保证不发生低速爬行和低速不稳定现象。适用于低温地区的户外高压系统及数控精密机床液压系统。（5）其它专用液压油：如航空液压油（红油）、炮用液压油、舰用液压油等。271.4.2.2难燃液压液难燃液压液分为合成型、油水乳化型和高水基型三大类。（1）合成型抗燃工作液①水一乙二醇液（L-HFC液压液）：这种液体含有35％～55％的水，其余为乙二醇及各种添加剂（增稠剂、抗磨剂、抗腐蚀剂等）。其优点是凝点低（－50℃），有一定的粘性，而且粘度指数高，抗燃。适用于要求防火的液压系统。其缺点是价格高，润滑性差，只能用于中等压力（20Mpa以下）。这种液体密度大，所以吸入困难。28水一乙二醇液能使许多普通油漆和涂料软化或脱离，可换用环氧树脂或乙烯基涂料。②磷酸酯液（L-HFDR液压液）这种液体的优点是，使用的温度范围宽（-54～～135℃），抗燃性好，抗氧化安定性和润滑性都很好。允许使用现有元件在高压下工作。其缺点是价格昂贵（为液压油的5～8倍）；有毒性；与多种密封材料（如丁氰橡胶）的相容性很差，而与丁基胶、乙丙胶、氟橡胶、硅橡胶、聚四氟乙烯等均可相容。29（2）油水乳化型抗燃工作液（L-HFB、L-HFAE液压液）油水乳化液是指互不相溶的油和水，使其中的一种液体以极小的液滴均匀地分散在另一种液体中所形成的抗燃液体。分水包油乳化液和油包水乳化液两大类。（3）高水基型抗燃工作液（L-HFAS液压液）这种工作液不是油水乳化液。其主体为水，占95％，其余5％为各种添加剂（抗磨剂、防锈剂、抗腐剂、乳化剂、抗泡剂、极压剂、增粘剂等）。其优点是成本低，抗燃性好，不污染环境。其缺点是粘度低，润滑性差。301.1什么叫液压传动？液压传动系统由哪几部分组成？各组成部分的作用是什么？1.2液压传动与机械传动（以齿轮传动为例）、电传动比较有哪些优点？为什么有这些优点？1.3普通液压油与抗磨液压油有什么区别？液压油的代号（如HM-46）代表什么意义？习题