液壓系統(tǒng)知識培訓

液壓傳動基礎1液壓傳動的基本概念2液壓裝置的組成3液壓傳動的優(yōu)缺點4液壓傳動基本理論5液壓油1液壓傳動的基本概念所謂液壓傳動，是指利用高壓的液體經(jīng)由一些機件控制之后來傳遞運動和動力。圖1-1(a)所示為一驅動機床工作臺的液壓傳動系統(tǒng)，它由油箱1、濾油器2、液壓泵3、溢流閥4、換向閥5、節(jié)流閥6、換向閥7、液壓缸8以及連接這些元件的油管、管接頭等組成圖1-1機床工作臺液壓系統(tǒng)的工作原理圖2液壓裝置的組成液壓裝置一般由液壓泵、執(zhí)行元件、控制元件和一些輔助元件組成。(1)液壓泵。它由電動機帶動，是將機械能轉換成液體壓力能的裝置。(2)執(zhí)行元件。液壓系統(tǒng)最終目的是要推動負載運動，一般執(zhí)行元件可分為液壓缸與液壓馬達（或擺動缸）兩類；液壓缸使負載作直線運動，液壓馬達（或擺動缸）使負載轉動（或擺動）。

(3)控制元件。液壓系統(tǒng)除了讓負載運動以外，還要完全控制負載的整個運動過程。在液壓系統(tǒng)中，用壓力閥來控制力量，流量閥來控制速度，方向閥來控制運動方向。(4)輔助元件。除了以上幾種元件外，還有用來儲存液壓油的油箱，為了增強液壓系統(tǒng)的功能尚需有去除油內(nèi)雜質的過濾器，防止油溫過高的冷卻器及蓄能器等液壓元件，我們稱這些元件為輔助元件。

3液壓傳動的優(yōu)缺點液壓傳動有如下特點。3.1.優(yōu)點(1)體積小，輸出力大。(2)不會有過負載的危險。(3)輸出力調整容易(4)速度調整容易。(5)易于自動化3.2.缺點

(1)接管不良造成液壓油外泄，它除了會污染工作場所外，還有引起火災的危險。(2)油溫上升時，粘度降低；油溫下降時，粘度升高。油的粘度發(fā)生變化時，流量也會跟著改變，造成速度不穩(wěn)定。

(3)系統(tǒng)將馬達的機械能轉換成液體壓力能，再把液體壓力能轉換成機械能來做功，能量經(jīng)兩次轉換損失較大，能源使用效率比傳統(tǒng)機械的低。(4)液壓系統(tǒng)大量使用各式控制閥、接頭及管子，為了防止泄漏損耗，元件的加工精度要求較高。

4液壓傳動基本理論4.1液體靜壓力靜止液體在單位面積上所受的法向力稱為靜壓力。靜壓力在液壓傳動中簡稱壓力,在物理學中則稱為壓強。靜止液體中某點處微小面積ΔA上作用有法向力ΔF,則該點的壓力定義為P若法向作用力F均勻地作用在面積A上,則壓力可表示為

我國采用法定計量單位Pa來計量壓力1Pa=1N/m2，液壓技術中習慣用MPa（N/mm2）在企業(yè)中還習慣使用bar（kgf/cm2）作為壓力單位各單位關系為:1MPa=1×106Pa＝10bar。液體靜壓力有如下兩個重要特性:(1)液體靜壓力垂直于承壓面,其方向和該面的內(nèi)法線方向一致。這是由于液體質點間的內(nèi)聚力很小,不能受拉只能受壓所致。

(2)靜止液體內(nèi)任一點所受到的壓力在各個方向上都相等。如果某點受到的壓力在某個方向上不相等,那么液體就會流動,這就違背了液體靜止的條件。 4.2液體靜壓力的基本方程 現(xiàn)在我們想像在靜止不動的液體中有如圖1-2所示的一個高度為h,底面積為ΔA的假想微小液柱。表面上的壓力為p0，求其在A點的壓力。因這個小液柱在重力及周圍液體的壓力作用下處于平衡狀態(tài)，現(xiàn)我們可把其在垂直方向上的力平衡關系表示為

pΔA=p0ΔA+ρghΔA式中，ρghΔA為小液柱的重力，ρ為液體的密度。 上式化簡后得

p=p0+ρgh(1-3)圖1-2離液面h深處的壓力 式（1-3）為靜壓力的基本方程。此式表明：

(1)靜止液體中任何一點的靜壓力為作用在液面的壓力p0和液體重力所產(chǎn)生的壓力ρgh之和。

(2)液體中的靜壓力隨著深度h的增加而線性增加。(3)在連通器里，靜止液體中只要深度h相同，其壓力就相等。4.3絕對壓力、表壓力及真空度 根據(jù)度量方法的不同，有表壓力(又稱相對壓力)p（gaugepressure）和絕對壓力pabs（absolutepressure）之分。以當?shù)卮髿鈮毫at(atomosphere)為基準所表示的壓力稱為表壓力；以絕對零壓力作為基準所表示的壓力稱為絕對壓力。 若液體中某點處的絕對壓力小于大氣壓力，則此時該點的絕對壓力比大氣壓力小的那部分壓力值，稱為真空度。所以有真空度=大氣壓力-絕對壓力

有關表壓力、絕對壓力和真空度的關系如圖1-4所示。

注意：如不特別指明，液、氣壓傳動中所提到的壓力均為表壓力。圖1-4絕對壓力、表壓力和真空度的關系4.4帕斯卡原理 在密封容器內(nèi)，施加于靜止液體上的各點壓力將以等值同時傳遞到液體內(nèi)各點，容器內(nèi)壓力方向垂直于內(nèi)表面，如圖1-5所示。圖1-5帕斯卡容器內(nèi)的液體各點壓力為 式（1-5）建立了一個很重要的概念，即在液壓傳動中工作的壓力取決于負載，而與流入的流體多少無關(1-5)4.5連續(xù)定理

液體在流動時，通過任一通流橫截面的速度、壓力和密度不隨時間改變的流動稱為穩(wěn)流；反之，速度、壓力和密度其中一項隨時間改變的，就稱為非穩(wěn)流。 對穩(wěn)流而言，液體以穩(wěn)流流動通過管內(nèi)任一截面的液體質量必然相等。如圖1-6所示管內(nèi)兩個流通截面面積為A1和A2，流速分別為v1和v2，則通過任一截面的流量Q為常數(shù)

Q=Av=A1v1=A2v2=常數(shù)(1-6）流量的單位通常用L/min表示，與m3/s換算式子如下：

1L＝1×10-3m3 1m3/s＝6×104L/min

式（1-6）即為連續(xù)定理，此式還得出另一個重要的基本概念，即運動速度取決于流量，而與流體的壓力無關。圖1-6管路中液體的流量對各截面而言皆相等4.6液體流動中的壓力和流量的損失

1．壓力損失 由于液體具有粘性，在管路中流動時又不可避免地存在著摩擦力，因此液體在流動過程中必然要損耗一部分能量。這部分能量損耗主要表現(xiàn)為壓力損失。 壓力損失有沿程損失和局部損失兩種。沿程損失是當液體在直徑不變的直管中流過一段距離時，因摩擦而產(chǎn)生的壓力損失。局部損失是由于管子截面形狀突然變化、液流方向改變或其他形式的液流阻力而引起的壓力損失?？偟膲毫p失等于沿程損失與局部損失之和。由于零件結構不同(尺寸的偏差與表面粗糙度的不同)，因此，要準確地計算出總的壓力損失的數(shù)值是比較困難的，但壓力損失又是液壓傳動中一個必須考慮的因素，它關系到確定系統(tǒng)所需的供油壓力和系統(tǒng)工作時的溫升，所以，生產(chǎn)實踐中也希望壓力損失盡可能小些。 由于壓力損失的必然存在性，因此，泵的額定壓力要略大于系統(tǒng)工作時所需的最大工作壓力。一般可將系統(tǒng)工作所需的最大工作壓力乘以一個1.3～1.5的系數(shù)來估算。2．流量損失 在液壓系統(tǒng)中，各液壓元件都有相對運動的表面，如液壓缸內(nèi)表面和活塞外表面。因為要有相對運動,所以它們之間都有一定的間隙，如果間隙的一邊為高壓油，另一邊為低壓油，那么高壓油就會經(jīng)間隙流向低壓區(qū)，從而造成泄漏。同時，由于液壓元件密封不完善，因此，一部分油液也會向外部泄漏。這種泄漏會造成實際流量有所減少，這就是我們所說的流量損失。

流量損失影響運動速度，而泄漏又難以絕對避免，所以在液壓系統(tǒng)中泵的額定流量要略大于系統(tǒng)工作時所需的最大流量。通常也可以用系統(tǒng)工作所需的最大流量乘以一個1.1～1.3的系數(shù)來估算。4.7液壓沖擊和空穴現(xiàn)象1．液壓沖擊 在液壓系統(tǒng)中，當油路突然關閉或換向時，會產(chǎn)生急劇的壓力升高，這種現(xiàn)象稱為液壓沖擊。 造成液壓沖擊的主要原因是：液壓速度的急劇變化、高速運動工作部件的慣性力和某些液壓元件的反應動作不夠靈敏。 當導管內(nèi)的油液以某一速度運動時，若在某一瞬間迅速截斷油液流動的通道（如關閉閥門），則油液的流速將從某一數(shù)值在某一瞬間突然降至零，此時油液流動的動能將轉化為油液擠壓能，從而使壓力急劇升高，造成液壓沖擊。高速運動的工作部件的慣性力也會引起系統(tǒng)中的壓力沖擊。 產(chǎn)生液壓沖擊時，系統(tǒng)中的壓力瞬間就要比正常壓力大好幾倍，特別是在壓力高、流量大的情況下，極易引起系統(tǒng)的振動、噪音，甚至會導致導管或某些液壓元件的損壞。這樣既影響了系統(tǒng)的工作質量，又會縮短系統(tǒng)的使用壽命。還要注意的是由于壓力沖擊產(chǎn)生的高壓力可能會使某些液壓元件（如壓力繼電器）產(chǎn)生誤動作而損壞設備。 避免液壓沖擊的主要辦法是避免液流速度的急劇變化。延緩速度變化的時間，能有效地防止液壓沖擊，如將液動換向閥和電磁換向閥聯(lián)用可減少液壓沖擊，這是因為液動換向閥能把換向時間控制得慢一些。2．空穴現(xiàn)象 在液流中當某點壓力低于液體所在溫度下的空氣分離壓力時，原來溶于液體中的氣體會分離出來而產(chǎn)生氣泡，這就叫空穴現(xiàn)象，當壓力進一步減小直至低于液體的飽和蒸氣壓時，液體就會迅速汽化形成大量蒸氣氣泡，使空穴現(xiàn)象更為嚴重，從而使液流呈不連續(xù)狀態(tài)。 如果液壓系統(tǒng)中發(fā)生了空穴現(xiàn)象，液體中的氣泡隨著液流運動到壓力較高的區(qū)域時，一方面，氣泡在較高壓力作用下將迅速破裂，從而引起局部液壓沖擊，造成噪音和振動；另一方面，由于氣泡破壞了液流的連續(xù)性，降低了油管的通油能力，造成流量和壓力的波動，使液壓元件承受沖擊載荷，因此影響了其使用壽命。同時，氣泡中的氧也會腐蝕金屬元件的表面，我們把這種因發(fā)生空穴現(xiàn)象而造成的腐蝕叫汽蝕在液壓傳動裝置中，汽蝕現(xiàn)象可能發(fā)生在油泵、管路以及其他具有節(jié)流裝置的地方，特別是油泵裝置(這種現(xiàn)象最為常見)。 為了減少汽蝕現(xiàn)象，應使液壓系統(tǒng)內(nèi)所有點的壓力均高于液壓油的空氣分離壓力。例如，應注意油泵的吸油高度不能太大，吸油管徑不能太小（因為管徑過小就會使流速過快，從而造成壓力降得很低），油泵的轉速不要太高，管路應密封良好，油管出口應沒入油面以下等?？傊?，應避免流速的劇烈變化和外界空氣的混入。汽蝕現(xiàn)象是液壓系統(tǒng)產(chǎn)生各種故障的原因之一，特別在高速、高壓的液壓設備中更應注意這一點。5液壓油5.1液壓油的用途液壓油起以下幾種作用：

(1)傳遞運動與動力。將泵的機械能轉換成液體的壓力能并傳至各處，由于油本身具有粘度，因此，在傳遞過程中會產(chǎn)生一定的動力損失。

(2)潤滑。液壓元件內(nèi)各移動部位都可受到液壓油充分潤滑，從而降低元件磨耗。

(3)密封。油本身的粘性對細小的間隙有密封的作用。(4)冷卻。系統(tǒng)損失的能量會變成熱，被油帶出。5.2液壓油的種類 液壓油主要有下列兩種。

1.礦物油系液壓油 礦物油系液壓油主要由石臘基（Paraffinbase）的原油精制而成，再加抗氧化劑和防銹劑，為用途最廣的一種。其缺點為耐火性差。

2.耐火性液壓油 耐火性液壓油是專用于防止有引起火災危險的乳化型液壓油，有水中油滴型（O/W）和油中水滴型（W/O）兩種。水中油滴型（O/W）的潤滑性差，會侵蝕油封和金屬；油中水滴型（W/O）化學穩(wěn)定性很差。5.3液壓油的性質 液壓油的主要性質如下。

1.密度 礦物油系工業(yè)液壓油，比重約0.85～0.95，W/O型比重約0.92～0.94，O/W型比重約1.05～1.1。其比重越大，泵吸入性越差。

2.閃火點 油溫升高時，部分油會蒸發(fā)而與空氣混合成油氣，此油氣所能點火的最低溫度稱為閃火點，如繼續(xù)加熱，則會連續(xù)燃燒，此溫度稱為燃燒點。3.粘度 流體流動時，沿其邊界面會產(chǎn)生一種阻止其運動的流體摩擦作用，這種產(chǎn)生內(nèi)摩擦力的性質稱為粘性。液壓油粘性對機械效率、磨耗、壓力損失、容積效率、漏油及泵的吸入性影響很大。 粘性可分為動力粘度和運動粘度兩種。動力粘度表示如圖1-11所示，其數(shù)學表達式如下：式中，τ表示剪應力（g/cm2）；μ表示動力粘度運動粘度表示為式中，ν表示運動粘度（一般用St、cSt來表示，1cSt＝10-6m2/s）；ρ表示密度（g/cm2）。粘度是液壓油的性能指標。習慣上使用運動粘度標志液體的粘度，例如機械油的牌號就是用其在40℃時的平均運動粘度（m2/s）。圖1-11液體的粘性示意圖油的粘性易受溫度影響，溫度上升，粘度降低，造成泄漏、磨損增加、效率降低等問題；溫度下降，粘度增加，造成流動困難及泵轉動不易等問題。如運轉時油液溫度超過60℃，就必須加裝冷卻器，因油溫在60℃以上，每超過10℃，油的劣化速度就會加倍。圖1-12所示是幾種國產(chǎn)液壓油的粘度—溫度曲線。圖1-12幾種國產(chǎn)液壓油的粘度—溫度曲線4.壓縮性 液壓油在低、中壓時可視為非壓縮性液體，但在高壓時壓縮性就不可忽視了，純油的可壓縮性是鋼的100～150倍。壓縮性會降低運動的精度，增大壓力損失而使油溫上升，壓力信號傳遞時，會有時間延遲，響應不良的現(xiàn)象。 液壓油還有其他一些性質，如穩(wěn)定性、抗泡沫性、抗乳化性、防銹性、潤滑性以及相容性等。5.4液壓油的選用 液壓油有很多品種，可根據(jù)不同的使用場合選用合適的品種，在品種確定的情況下，最主要考慮的是油液的粘度，其選擇主要考慮如下因素。

1)液壓系統(tǒng)的工作壓力 工作壓力較高的系統(tǒng)宜選用粘度較高的液壓油，以減少泄露；反之便選用粘度較低的油。例如，當壓力p=7.0～20.0MPa時，宜選用N46～N1