4液压传动基本知识

第1章液压传动基础第一章液压传动基本知识§1-1液压传动工作介质§1-2液体静力学§1-3液体动力学第1章液压传动基础复习一、液压传动概念所谓液压传动，是指利用高压的液体经由一些机件控制之后来传递运动和动力。第1章液压传动基础二、液压装置的组成液压装置一般由液压泵、执行元件、控制元件和一些辅助元件组成。(1)液压泵。它由电动机带动，是将机械能转换成液体压力能的装置。第1章液压传动基础二、液压装置的组成(2)执行元件。液压系统最终目的是要推动负载运动，一般执行元件可分为液压缸与液压马达（或摆动缸）两类；液压缸使负载作直线运动，液压马达（或摆动缸）使负载转动（或摆动）。第1章液压传动基础(3)控制元件。液压系统除了让负载运动以外，还要完全控制负载的整个运动过程。在液压系统中，用压力阀来控制力量，流量阀来控制速度，方向阀来控制运动方向。第1章液压传动基础(4)辅助元件。用来储存液压油的油箱，为了增强液压系统的功能尚需有去除油内杂质的过滤器，防止油温过高的冷却器及蓄能器等液压辅助元件。第1章液压传动基础三、液压传动的优缺点液压传动有如下特点。1.优点(1)体积小，输出力大。(2)不会有过负载的危险。(3)输出力调整容易。(4)速度调整容易。(5)易于自动化。第1章液压传动基础2.(1)接管不良造成液压油外泄，它除了会污染工作场所外，还有引起火灾的危险。(2)油温上升时，粘度降低；油温下降时，粘度升高。油的粘度发生变化时，流量也会跟着改变，造成速度不稳定。第1章液压传动基础2.(3)系统将马达的机械能转换成液体压力能，再把液体压力能转换成机械能来做功，能量经两次转换损失较大，能源使用效率比传统机械的低。(4)液压系统大量使用各式控制阀、接头及管子，为了防止泄漏损耗，元件的加工精度要求较高。第1章液压传动基础1.1流体的主要物理性质统计表明，液压系统发生的故障有90%是由于使用管理不善所致。液压油过滤与处理是液压系统使用管理中的重点项目之一，不仅是减少系统故障的重要途径，也是提高使用管理水平的一个标志。第1章液压传动基础1.1流体的主要物理性质在液压系统中，液压油液是传递动力和信号的工作介质。同时，它还起着润滑、冷却和防锈的作用。液压系统能否可靠、有效地工作，在很大程度上取决于系统中所用的液压油液（如油液污染，堵塞阀口）。第1章液压传动基础一、密度—-单位体积液体的质量。ρ=m/vkg/m3密度随着温度或压力的变化而变化，但变化不大，通常忽略。矿物油系工业液压油，比重约0.85～0.95，W/O型比重约0.92～0.94，O/W型比重约1.05～1.1。其比重越大，泵吸入性越差。第1章液压传动基础二、油温升高时，部分油会蒸发而与空气混合成油气，此油气所能点火的最低温度称为闪火点，如继续加热，则会连续燃烧，此温度称为燃烧点。第1章液压传动基础三、流体流动时，沿其边界面会产生一种阻止其运动的流体摩擦作用，这种产生内摩擦力的性质称为粘性。液压油粘性对机械效率、磨耗、压力损失、容积效率、漏油及泵的吸入性影响很大。第1章液压传动基础三、粘性可分为动力粘度和运动粘度和相对三种。dydu1、动力粘度式中，τ表示剪应力（g/cm2）；μ表示动力粘度，单位为帕﹒秒称为牛顿流体内摩擦定律第1章液压传动基础液体的粘性示意图huu＋duydyOyuiu0第1章液压传动基础2、运动粘度vν表示运动粘度；ρ表示密度（g/cm2）。粘度是液压油的性能指标。习惯上使用运动粘度标志液体的粘度，例如机械油的牌号就是用其在40℃时的平均运动粘度（mm2/s）。第1章液压传动基础运动粘度单位说明：∵单位中只有长度和时间量纲类似运动学量。∴称运动粘度，常用于液压油牌号标注液压油牌号标注：老牌号——20号液压油，指这种油在50°C时的平均运动粘度为20cst。新牌号——L—HL32号液压油，指这种油在40°C时的平均运动粘度为32cst。第1章液压传动基础3、相对粘度0E∵μ、ν不易直接测量，只用于理论计算∴常用相对粘度相对粘度又称条件粘度，是在某一条件下测得的。这些相对粘度测试方法很简单、方便，但精度不太高。关系式工程上“相对粘度”µ或v换算第1章液压传动基础恩氏度0E——中国、德国、前苏联等用赛氏秒SSU——美国用雷氏秒R——英国用口决：美塞英雷中德恩换算关系：第1章液压传动基础油的粘性易受温度影响，温度上升，粘度降低，造成泄漏、磨损增加、效率降低等问题；温度下降，粘度增加，造成流动困难及泵转动不易等问题。如运转时油液温度超过60℃，就必须加装冷却器，因油温在60℃以上，每超过10℃，油的劣化速度就会加倍。第1章液压传动基础几种国产液压油的粘度—温度曲线0510152030405060708090100温度/℃5055607030002000100075050040030020015001501009080粘度/SSU20001500100075050040030025020017515012510090807060555045粘度/(1/Rel)75504030201512.51086543.532.521.5粘度/E5.04.03.02.01.51×10－47.55.04.03.02.01.51.251×10－598×10－6粘度/(m2·s－1)N15号航空液压油N32号机械油N68号机械油N46号机械油N46号汽轮机油第1章液压传动基础四、液压油在低、中压时可视为非压缩性液体，但在高压时压缩性就不可忽视了，纯油的可压缩性是钢的100～150倍。压缩性会降低运动的精度，增大压力损失而使油温上升，压力信号传递时，会有时间延迟，响应不良的现象。第1章液压传动基础五、其他性质稳定性、抗泡沫性、抗乳化性、防锈性、润滑性以及相容性等。第1章液压传动基础1）粘度和压力的关系∵P↑，F↑，μ↑∴μ随p↑而↑，压力较小时忽略，32Mpa以上才考虑2）粘度和温度的关系∵温度↑，内聚力↓，μ↓∴粘度随温度变化的关系叫粘温特性，粘度随温度的变化较小，即粘温特性较好。第1章液压传动基础液压油的用途(1)传递运动与动力。将泵的机械能转换成液体的压力能并传至各处，由于油本身具有粘度，因此，在传递过程中会产生一定的动力损失。(2)润滑。液压元件内各移动部位都可受到液压油充分润滑，从而降低元件磨耗。(3)密封。油本身的粘性对细小的间隙有密封的作用。(4)冷却。系统损失的能量会变成热，被油带出。第1章液压传动基础1.矿物油系液压油主要由石腊基的原油精制而成，再加抗氧化剂和防锈剂，为用途最广的一种。其缺点为耐火性差。第1章液压传动基础2.耐火性液压油是专用于防止有引起火灾危险的乳化型液压油，有水中油滴型（O/W）和油中水滴型（W/O）两种。水中油滴型（O/W）的润滑性差，会侵蚀油封和金属；油中水滴型（W/O）化学稳定性很差。第1章液压传动基础对液压油的要求1、液压油的任务工作介质—传递运动和动力润滑剂—润滑运动部件2、对液压油的要求1）具有适当的粘度与良好的粘温特性；粘度是液压油的重要性能指标，直接影响系统运动部件的润滑、油泵的吸入特性、缝隙漏泄、压力损失以及系统发热等。在使用范围内，油液粘度随温度的变化愈小愈好。粘度指数一般不要低于90。第1章液压传动基础对液压油的要求2）除具有良好的润滑性外，还要有足够的油膜强度，运动副在高速高压下，避免产生干摩擦。3）对人体无害，对环境污染小，成本低，价格便宜。第1章液压传动基础液压油有很多品种，可根据不同的使用场合选用合适的品种，在品种确定的情况下，最主要考虑的是油液的粘度，其选择主要考虑如下因素。第1章液压传动基础1)工作压力较高的系统宜选用粘度较高的液压油，以减少泄露；反之便选用粘度较低的油。例如，p=7.0～20.0MPa时，宜选用N46～N100p7.0MPa时，宜选用N32～N68的液压油。第1章液压传动基础2)执行机构运动速度较高时，为了减小液流的功率损失，宜选用粘度较低的液压油。3)在液压系统中，对液压泵的润滑要求苛刻，不同类型的泵对油的粘度有不同的要求，具体可参见有关资料。第1章液压传动基础液压油使用一段时间后会受到污染，常使阀内的阀芯卡死，并使油封加速磨耗及液压缸内壁磨损。造成液压油污染的原因有污染、恶化、泄漏三个方面。第1章液压传动基础1)（1）外部侵入的污物：液压设备在加工和组装时残留的切屑、焊渣、铁锈等杂物混入所造成的污物，只有在组装后立即清洗方可解决。（2）外部生成的不纯物：泵、阀、执行元件、“O”形环长期使用后，因磨损而生成的金属粉末和橡胶碎片在高温、高压下和液压油发生化学反应所生成的胶状污物。第1章液压传动基础2)液压油的恶化速度与含水量、气泡、压力、油温、金属粉末等有关，其中以温度影响为最大，故液压设备运转时，须特别注意油温之变化。第1章液压传动基础3)液压设备配管不良、油封破损是造成泄漏的主要原因，泄漏发生时，空气、水、尘埃便可轻易地侵入油中，故当泄漏发生时，必须立即加以排除。液压油经长期使用，油质必会恶化，一般采用目视法判定油质是否恶化，当油的颜色混蚀并有异味时，须立即更换。液压油的保养方法有两种：一种是定期更换（约为5000～20000小时）；另一种是使用过滤器定期过滤。第1章液压传动基础1.2一、静止液体在单位面积上所受的法向力称为静压力。静压力在液压传动中简称压力,在物理学中则称为压强。静止液体中某点处微小面积ΔA上作用有法向力ΔF,则该点的压力定义为AFpA0lim第1章液压传动基础若法向作用力F均匀地作用在面积A上,则压力可表示为AFp我国采用法定计量单位Pa来计量压力,1Pa=1N/m2，液压技术中习惯用MPa（N/mm2）,在企业中还习惯使用bar（kgf/cm2）作为压力单位，各单位关系为1MPa=106Pa＝10bar。第1章液压传动基础液体静压力有如下两个重要特性:(1)液体静压力垂直于承压面,其方向和该面的内法线方向一致。这是由于液体质点间的内聚力很小,不能受拉只能受压所致。(2)静止液体内任一点所受到的压力在各个方向上都相等。如果某点受到的压力在某个方向上不相等,那么液体就会流动,这就违背了液体静止的条件。第1章液压传动基础液体静压力的基本方程在静止不动的液体中有如图所示的一个高度为h,底面积为ΔA的假想微小液柱。表面上的压力为p0，其在A点的压力为p=p0+ρghhp0液面p0phWAAA离液面h深处的压力第1章液压传动基础p=p0+ρgh为静压力的基本方程，此式表明：(1)静止液体中任何一点的静压力为作用在液面的压力p0和液体重力所产生的压力ρgh之和。(2)液体中的静压力随着深度h的增加而线性增加。(3)在连通器里，静止液体中只要深度h相同，其压力就相等。第1章液压传动基础【例1-1】如图所示，容器内盛有油液。已知油的密度ρ=900kg/m3，活塞上的作用力F=1000N，活塞的面积A=1×10-3m2，假设活塞的重量忽略不计。问活塞下方深度为h=0.5m处的压力等于多少？phAF第1章液压传动基础图1-3静止液体内的压力phAF第1章液压传动基础解：活塞与液体接触面上的压力均匀分布，有26230/101011000mNmNAFp)(10)/(100044.15.08.9900626610PamNghppA根据静压力的基本方程式，深度为h处的液体压力为第1章液压传动基础从本例可以看出：液体在受外界压力作用的情况下，液体自重所形成的那部分压力ρgh相对甚小，在液压系统中常可忽略不计，因而可近似认为整个液体内部的压力是相等的。以后我们在分析液压系统的压力时，一般都采用这一结论。第1章液压传动基础二、绝对压力、以当地大气压力pat(atomosphere)为基准所表示的压力称为表压力p(又称相对压力)；以绝对零压力作为基准所表示的压力称为绝对压力pabs。若液体中某点处的绝对压力小于大气压力，则此时该点的绝对压力比大气压力小的那部分压力值，称为真空度。真空度=大气压力-绝对压力第1章液压传动基础注意：如不特别指明，液、气压传动中所提