第一講液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的組成及特點(diǎn)

1、第一講液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的組成及特點(diǎn)(基礎(chǔ)知識(shí))液壓傳動(dòng)是：先通過動(dòng)力元件(液壓泵)將原動(dòng)機(jī)(如電動(dòng)機(jī))輸入的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為液體壓力能，再經(jīng)密封管道和控制元件等輸送至執(zhí)行元件(如液壓缸)，將液體壓力能又轉(zhuǎn)換為機(jī)械能以驅(qū)動(dòng)工作部件。1.液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的組成液壓傳動(dòng)系統(tǒng)除工作介質(zhì)外，應(yīng)由以下四個(gè)主要部分組成：(1)動(dòng)力元件它是將原動(dòng)機(jī)輸入的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為液體壓力能的裝置，其作用是為液壓系統(tǒng)提供壓力油，是系統(tǒng)的動(dòng)力源。如各類液壓泵。(2)執(zhí)行元件它是將液體壓力能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的裝置，其作用是在壓力油的推動(dòng)下輸出力和速度(或轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速)，以驅(qū)動(dòng)工作部件。如各類液壓缸和液壓馬達(dá)。(3)控制調(diào)節(jié)元件它是用以控制液壓傳動(dòng)

2、系統(tǒng)中油液的壓力、流量和流動(dòng)方向的裝置。如溢流閥、節(jié)流閥和換向閥等。(4)輔助元件上述幾部分以外的其它裝置，分別起儲(chǔ)油、輸油、過濾和測(cè)壓力等作用。如油箱、油管、過濾器和壓力計(jì)等。2.液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的圖形符號(hào)一般液壓傳動(dòng)系統(tǒng)圖都應(yīng)按照GB/T7861.1-93所規(guī)定的液壓圖形符號(hào)來繪制。液壓傳動(dòng)的特點(diǎn)1 .液壓傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)(1)液壓傳動(dòng)可在運(yùn)行過程中進(jìn)行無級(jí)調(diào)速，調(diào)速方便且調(diào)速范圍大；(2)在相同功率的情況下，液壓傳動(dòng)裝置的體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊；(3)液壓傳動(dòng)工作比較平穩(wěn)、反應(yīng)快、換向沖擊小，能快速啟動(dòng)、制動(dòng)和頻繁換向；(4)液壓傳動(dòng)的控制調(diào)節(jié)簡(jiǎn)單，操作方便、省力，易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。當(dāng)其與電氣控制結(jié)

3、合，更易實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的自動(dòng)工作循環(huán)；(5)液壓傳動(dòng)易實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)，液壓元件能夠自行潤(rùn)滑，故使用壽命較長(zhǎng)；(6)液壓元件已實(shí)現(xiàn)了系列化、標(biāo)準(zhǔn)化和通用化，故制造、使用和維修都比較方便。2 .液壓傳動(dòng)的缺點(diǎn)(1)液體的泄漏和可壓縮性使液壓傳動(dòng)難以保證嚴(yán)格的傳動(dòng)比；(2)液壓傳動(dòng)在工作過程中能量損失較大，不宜作遠(yuǎn)距離傳動(dòng)；(3)液壓傳動(dòng)對(duì)油溫變化比較敏感，不宜在很高和很低的溫度下工作；(4)液壓傳動(dòng)出現(xiàn)故障時(shí)，不易查找出原因?？偟恼f來，液壓傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)十分突出，其缺點(diǎn)將隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展逐漸得到克服。第二講基礎(chǔ)知識(shí)1（液壓油（液）的主要物理性質(zhì)及選用）（一）液體的粘性1 .液體粘性的意義液體在外力作用下

4、流動(dòng)時(shí)，液體分子間的內(nèi)聚力會(huì)阻礙分子間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，而產(chǎn)生內(nèi)摩擦力，這一特性稱為液體的粘性。液體流動(dòng)時(shí)會(huì)呈現(xiàn)粘性，而靜止液體不呈現(xiàn)粘性。粘性的大小可以用粘度表示。2 .液體的粘度常用的粘度有動(dòng)力粘度、運(yùn)動(dòng)粘度和條件粘度三種。（1） 動(dòng)力粘度R兩平行平板之間充滿液體，上平板以速度u。向右運(yùn)動(dòng)，下平板固定不動(dòng)。緊貼上平板的液體在其吸附力作用下，跟隨上平板以速度u。向右運(yùn)動(dòng)，緊貼下平板的液體在吸附力作用下則保持靜止，中間液體的速度由上至下逐漸減小。當(dāng)兩平行平板距離較小時(shí)，速度近似按線性規(guī)律分布。（2） 動(dòng)力粘度N的物理意義：當(dāng)速度梯度等于1時(shí)，接觸液層間單位面積上的內(nèi)摩擦力即為動(dòng)力粘度。動(dòng)力粘度的法定

5、計(jì)量單位為Pas和mPa-s。（2）運(yùn)動(dòng)粘度v動(dòng)力粘度N與該液體密度P的比值稱為運(yùn)動(dòng)粘度，即,丹。2）運(yùn)動(dòng)粘度沒有明確的物理意義，但它卻是工程實(shí)際中經(jīng)常用到的物理量，因?yàn)槠鋯挝恢挥虚L(zhǎng)度和時(shí)間量綱，類似于運(yùn)動(dòng)學(xué)的量，故稱為運(yùn)動(dòng)粘度。運(yùn)動(dòng)粘度的法定計(jì)量單位為m/s和m吊s。液壓油（液）的粘度等級(jí)就是以其40C時(shí)運(yùn)動(dòng)粘度的某一中心值來表示，如L-HM32液壓油的粘度等級(jí)為32,則4。C時(shí)其運(yùn)動(dòng)粘度的中心值為32mms。（3）條件粘度它是用特定粘度計(jì)在規(guī)定條件下測(cè)出的粘度。由于測(cè)量條件不同，條件粘度也不同。我國(guó)采用恩氏粘度Et。恩氏粘度與運(yùn)動(dòng)粘度可用經(jīng)驗(yàn)公式換算，也可從有關(guān)圖表直接查出。3 .粘度與壓

6、力、溫度的關(guān)系液體的粘度會(huì)隨壓力和溫度的變化而變化。當(dāng)液體所受壓力增大時(shí)，粘度也隨之增大。但在一般液壓系統(tǒng)所使用的壓力范圍內(nèi)，液壓油（液）的粘度受壓力變化的影響甚微，可以忽略不計(jì)；若壓力高于lOMPa或壓力變化較大時(shí)，則應(yīng)考慮壓力對(duì)粘度的影響。液壓油（液）的粘度對(duì)溫度變化十分敏感，溫度升高，粘度將降低。液壓油（液）的粘度隨溫度變化的性質(zhì)稱為粘溫特性。液壓油（液）的粘溫特性常用粘度指數(shù)VI來表示，VI值越大，表示其粘度隨溫度的變化越小，粘溫特性越好。液體的可壓縮性液體受壓力作用而發(fā)生體積減小的性質(zhì)稱為液體的可壓縮性。液壓油（液）的可壓縮性很小，所以一般可忽略不計(jì)。但在某些情況下，如研究液壓系統(tǒng)的

7、動(dòng)態(tài)特性以及遠(yuǎn)距離操縱的液壓機(jī)構(gòu)時(shí)，就得考慮液壓油（液）可壓縮性的影響。液壓油（液）的選用1.液壓油（液）的品種我國(guó)液壓油（液）的主要品種、粘度等級(jí)、組成和特性見表1.1。表1.1我國(guó)液壓油（液）的主要品種油名（品種）粘度等級(jí)組成和特性L-HL15、22、32、46、68、100、150精制礦油、R&OL-HM15、22、32、46、68、100、150精制礦油、R&0、AWL-HV15、22、32、46、68、100精制礦油、R&0、AWHVI、LPPL-HS10、15、22、32、46合成液（合成燒油）、R&0、AWHVkLPPL-HG32、46、68精制礦油、R&0、AWASSL-HFC

8、15、22、32、46、68、10O含聚合物水溶液、LSHVI、LPPL-HFDR15、22、32、46、68、100磷酸酯無水合成液、LS、AWL-HFAE7、10、15、22、32水包油乳化液、LSL-HFB22、32、46、68、100油包水乳化液、LS注：R&-抗氧防銹，AM抗磨，HVI一高粘度指數(shù)，LPP-低傾點(diǎn)，ASS-防爬，LS難燃2.液壓油（液）品種的選擇通?？蓞⒖急?.2,根據(jù)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的工作環(huán)境、工況條件和液壓泵的類型等選擇液壓油（液）的品種。一般而言，齒輪泵對(duì)液壓油（液）的抗磨性要求比葉片泵和柱塞泵低，因此齒輪泵可選用L-HL或L-HM油，而葉片泵和柱塞泵一般則選用L-

9、HM油。表1.2液壓油（液）品種的選擇環(huán)境、工況壓力：7.0MPa以下壓力：7.014.0MPa壓力：7.0MPa以上溫度：50c以下溫度：50c以下溫度：50100c室內(nèi)、固定液壓設(shè)備L-HLL-HL,L-HML-HM露天寒冷和嚴(yán)寒區(qū)L-HVL-HV,L-HSL-HV,L-HS高溫?zé)嵩椿蛎骰鸶浇麹-HFAEL-HFB,L-HFCL-HFDR3.液壓油（液）粘度等級(jí)的選擇在液壓油（液）品種選定后，還必須確定其粘度等級(jí)。在選擇粘度等級(jí)時(shí)應(yīng)注意以下幾方面情況：工作壓力工作壓力較高的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)宜選用粘度等級(jí)較高的液壓油（液）o環(huán)境溫度環(huán)境溫度較高時(shí)，宜選用粘度等級(jí)較高的液壓油（液）。運(yùn)動(dòng)速度當(dāng)運(yùn)動(dòng)

10、部件的速度較高時(shí)，宜選用粘度等級(jí)較低的液壓油（液）。所有液壓元件中，以液壓泵對(duì)液壓油（液）的性能最為敏感（泵內(nèi)零件運(yùn)動(dòng)速度最高,承受壓力最大，且承壓時(shí)間長(zhǎng)，溫升高）o因此，可參考表1.3根據(jù)液壓泵類型及其工況選擇液壓油（液）的粘度等級(jí)。表1.3液壓油（液）粘度等級(jí)選擇泵型，環(huán)境溫度540c4080c葉片泵（壓力：7.0MPa以下）32,4646,68葉片泵（壓力：7.0MPa以上）46,6868螺桿泵32,4646,68齒輪泵32,46,6868,100,150柱塞泵46,6868,100,150為了增長(zhǎng)換油周期，延長(zhǎng)液壓元件的使用壽命，提高系統(tǒng)效率和可靠性，降低系統(tǒng)維護(hù)費(fèi)用，應(yīng)盡可能采用高質(zhì)

11、量液壓油（液）O第三講基礎(chǔ)知識(shí)2（液體的靜壓力特性及壓力單位）習(xí)慣上把液體在單位面積上所受的內(nèi)法線方向上的法向力稱為壓力。壓力的法定計(jì)量單位為Pa（N/m2）、GPaMPakPa、mPa和RPa。靜止液體內(nèi)任一點(diǎn)處的壓力在各個(gè)方向上都相等。（一）液體靜力學(xué)基本方程如圖1.3a所示，密度為p的液體在容器內(nèi)處于靜止?fàn)顟B(tài)。為求任意深度h處的壓力，可從液體內(nèi)部取出如圖1.3b所示垂直小液柱作為研究體，其項(xiàng)面與液面重合，截面面積為AA,高為ho液柱頂面受外加壓力p0作用，液柱所受重力G=FghM,并作用于液柱的重心上，設(shè)底面上所受壓力為p,液柱側(cè)面受力相互抵消。由于液柱處于靜止?fàn)顟B(tài)，相應(yīng)液柱也處于平衡狀

12、態(tài)，于是有p；：Appo：-ghL.4時(shí)，稱為細(xì)長(zhǎng)孔；0.5|/dE4時(shí)，稱為短孔(厚壁孔)(1)液體流經(jīng)薄壁小孔的流量流經(jīng)薄壁小孔的流量為qv325)式中：Cq為流量系數(shù)，一般由實(shí)驗(yàn)確定；A為小孔通流截面面積；P為液體密度;Ap為薄壁小孔的前后壓力差由式(1.15)可知，流經(jīng)薄壁小孔的流量不受粘度變化的影響。因此，常用薄壁小孔作流量控制閥的節(jié)流孔，使流量不受粘度變化的影響。(2)液體流經(jīng)短孔的流量液體流經(jīng)短孔的流量計(jì)算仍可用薄壁小孔的流量計(jì)算公式，只是流量系數(shù)不同。短孔比薄壁小孔加工容易，因此特別適合要求不高的節(jié)流閥用。(3)液體流經(jīng)細(xì)長(zhǎng)孔的流量液體流經(jīng)細(xì)長(zhǎng)孔時(shí)，由于液體內(nèi)摩擦力的作用較突出

13、，故多為層流。液體流經(jīng)細(xì)長(zhǎng)孔的流量計(jì)算公式為(1.16)_jdl-p一1284從上式可發(fā)現(xiàn)，流經(jīng)細(xì)長(zhǎng)孔的流量會(huì)隨液體粘度變化而變化。流經(jīng)三種小孔的流量公式，可以綜合地用下面通式表達(dá)qv=-.：pm(1.17)式中：K為由節(jié)流孔形狀、尺寸和液體性質(zhì)決定的系數(shù)(細(xì)長(zhǎng)孔K=d2/32M,薄壁孔和短孔K=Cqj2/P)；A、儆分別為小孔通流截面面積和兩端壓力差；m為由小孔長(zhǎng)徑比決定的指數(shù)(薄壁孔m=0.5,短孔0.5mlh);N為液體的動(dòng)力粘度。從上式可以看出，流經(jīng)固定平行平板間隙的流量與間隙高度h的三次方成正比，可見液壓元件間隙大小對(duì)泄漏的影響很大。2）液體流經(jīng)相對(duì)運(yùn)動(dòng)平行平板間隙的流量由圖1.2可

14、知，當(dāng)一平板固定，另一平板以速度U0運(yùn)動(dòng)時(shí)，液體的流動(dòng)稱為剪切流動(dòng)，平均流速u=U0/2。由于平板（寬度為b）運(yùn)動(dòng)而使液體作剪切流動(dòng)流過間隙（間隙高度為h）的流量為qv=：juubh（1.19）圖1.10為液體在平行平板間隙中既有壓差流動(dòng)又有剪切流動(dòng)的情況。在間隙中流速的分布規(guī)律和流量是上述兩種情況的疊加，即液體流經(jīng)間隙的流量為qv二券pbh（1.20）平行平板有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，兩平板一般為一長(zhǎng)一短。式（1.20）中“土”的確定方法為：若長(zhǎng)平板相對(duì)于短平板的運(yùn)動(dòng)方向與壓差流動(dòng)方向相同，取“+”（見圖1.10a和c）；反之，取“-”（2）液體流經(jīng)環(huán)狀間隙的流量環(huán)狀間隙分為同心環(huán)狀間隙和偏心環(huán)狀間隙兩

15、種。1）液體流經(jīng)同心環(huán)狀間隙的流量如圖1.11所示，圓柱體直徑為d,間隙為h,長(zhǎng)度為l。如果將環(huán)狀間隙沿圓周方向展開，就相當(dāng)于平行平板間隙。用nd替代式（1.20）中的b,就可得到同心環(huán)狀間隙的流量計(jì)算公式(1.21)rdh3.U0qv=p-二dh12422）液體流經(jīng)偏心環(huán)狀間隙的流量圖1.11所示內(nèi)外兩圓柱面若不同心，便形成偏心環(huán)狀間隙，其流量計(jì)算公式為qV=需p（11.5；）m（1.22）式中：h為內(nèi)外圓同心時(shí)的間隙；名為相對(duì)偏心率，即偏心距與間隙的比值（&=e/h）。由上式可知，當(dāng)8=0時(shí)，流量為同心環(huán)狀間隙的流量；隨偏心量e的增大，通過的流量也逐漸增加，當(dāng)名=1時(shí)，即最大偏心情況下，其

16、壓差流動(dòng)流量為同心環(huán)狀間隙壓差流動(dòng)流量的2.5倍?？梢婇y類元件保證較高的配合同軸度可以減小環(huán)狀間隙泄漏量。（五）液壓沖擊與空穴現(xiàn)象1 .液壓沖擊在液壓系統(tǒng)中，由于某種原因引起液體壓力在某一瞬間突然急劇上升，而形成很高的壓力峰值，這種現(xiàn)象稱為液壓沖擊。（1）產(chǎn)生液壓沖擊的原因1）閥門突然關(guān)閉引起液壓沖擊若有一較大容腔（如液壓缸、蓄能器等）和在另一端裝有閥門的管道相通。當(dāng)閥門開啟時(shí)，管內(nèi)液體從閥門流出。當(dāng)閥門突然關(guān)閉時(shí)，從閥門處開始液體動(dòng)能將逐層轉(zhuǎn)化為壓力能，相應(yīng)產(chǎn)生一從閥門向容腔推進(jìn)的壓力沖擊波，出現(xiàn)液壓沖擊。2）運(yùn)動(dòng)部件突然制動(dòng)引起液壓沖擊如換向閥突然關(guān)閉液壓缸的回油通道而使運(yùn)動(dòng)部件制動(dòng)時(shí)，這

17、一瞬間運(yùn)動(dòng)部件的動(dòng)能會(huì)轉(zhuǎn)化為被封閉油液的壓力能，壓力急劇上升，出現(xiàn)液壓沖擊。3）液壓系統(tǒng)中元件反應(yīng)不靈敏造成液壓沖擊如系統(tǒng)壓力突然升高時(shí)，溢流閥不能迅速打開溢流閥口，或限壓式變量泵不能及時(shí)自動(dòng)減小輸出流量等，都會(huì)導(dǎo)致液壓沖擊。（2）液壓沖擊的危害在液壓系統(tǒng)中產(chǎn)生液壓沖擊時(shí)，瞬時(shí)壓力峰值有時(shí)比正常壓力要大好幾倍，會(huì)引起振動(dòng)和噪聲，導(dǎo)致密封裝置、管路和液壓元件的損壞，甚至還會(huì)使某些液壓元件（如壓力繼電器、順序閥等）產(chǎn)生誤動(dòng)作，而影響系統(tǒng)正常工作?？梢姂?yīng)力求減小液壓沖擊。2 .空穴現(xiàn)象在液壓系統(tǒng)中，如果某處壓力低于油液工作溫度下的空氣分離壓時(shí)，油液中的空氣就會(huì)分離出來而形成大量氣泡；當(dāng)壓力進(jìn)一步降低到油液工作溫度下的飽和蒸汽壓力時(shí)，油液會(huì)迅速汽化而產(chǎn)生大量汽泡。這些氣泡混雜在油液中，產(chǎn)生空穴，使原來充滿管道或液壓元件中的油液成為不連續(xù)狀態(tài)，這種現(xiàn)象一般稱為空穴現(xiàn)象?？昭ìF(xiàn)象一般發(fā)生在閥口和液壓泵的進(jìn)油口處。油液流過閥口的狹窄通道時(shí)，液流速度