液壓與氣動技術(shù)教案7-1

項目九認識液壓傳動項目十認識液壓泵Ⅰ、引入新課液壓傳動在生活、工業(yè)生產(chǎn)中的應用錄像。Ⅱ、講授新課一、液壓傳動的工作原理及其組成1、液壓傳動的工作原理液壓傳動的工作原理，可以用一個液壓千斤頂?shù)墓ぷ髟韥碚f明。圖1-1液壓千斤頂工作原理圖1—杠桿手柄2—小油缸3—小活塞4，7—單向閥5—吸油管6，10—管道8—大活塞9—大油缸11—截止閥12—油箱圖1-1是液壓千斤頂?shù)墓ぷ髟韴D。大油缸9和大活塞8組成舉升液壓缸。杠桿手柄1、小油缸2、小活塞3、單向閥4和7組成手動液壓泵。如提起手柄使小活塞向上移動，小活塞下端油腔容積增大，形成局部真空，這時單向閥4打開，通過吸油管5從油箱12中吸油；用力壓下手柄，小活塞下移，小活塞下腔壓力升高，單向閥4關(guān)閉，單向閥7打開，下腔的油液經(jīng)管道6輸入舉升油缸9的下腔，迫使大活塞8向上移動，頂起重物。再次提起手柄吸油時，單向閥7自動關(guān)閉，使油液不能倒流，從而保證了重物不會自行下落。不斷地往復扳動手柄，就能不斷地把油液壓入舉升缸下腔，使重物逐漸地升起。如果打開截止閥11，舉升缸下腔的油液通過管道10、截止閥11流回油箱，重物就向下移動。這就是液壓千斤頂?shù)墓ぷ髟?。通過對上面液壓千斤頂工作過程的分析，可以初步了解到液壓傳動的基本工作原理。液壓傳動是利用有壓力的油液作為傳遞動力的工作介質(zhì)。壓下杠桿時，小油缸2輸出壓力油，是將機械能轉(zhuǎn)換成油液的壓力能，壓力油經(jīng)過管道6及單向閥7，推動大活塞8舉起重物，是將油液的壓力能又轉(zhuǎn)換成機械能。大活塞8舉升的速度取決于單位時間內(nèi)流入大油缸9中油容積的多少。由此可見，液壓傳動是一個不同能量的轉(zhuǎn)換過程。2、液壓傳動的特點及應用液壓傳動之所以能得到廣泛的應用，是由于它具有以下的主要優(yōu)點：(1)由于液壓傳動是油管連接，所以借助油管的連接可以方便靈活地布置傳動機構(gòu)，這是比機械傳動優(yōu)越的地方。例如，在井下抽取石油的泵可采用液壓傳動來驅(qū)動，以克服長驅(qū)動軸效率低的缺點。由于液壓缸的推力很大，又加之極易布置，在挖掘機等重型工程機械上，已基本取代了老式的機械傳動，不僅操作方便，而且外形美觀大方。(2)液壓傳動裝置的重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊、慣性小。例如，相同功率液壓馬達的體積為電動機的12%～13%。液壓泵和液壓馬達單位功率的重量指標，目前是發(fā)電機和電動機的十分之一，液壓泵和液壓馬達可小至0.0025N/W(牛/瓦),發(fā)電機和電動機則約為0.03N/W。(3)可在大范圍內(nèi)實現(xiàn)無級調(diào)速。借助閥或變量泵、變量馬達，可以實現(xiàn)無級調(diào)速，調(diào)速范圍可達1∶2000，并可在液壓裝置運行的過程中進行調(diào)速。(4)傳遞運動均勻平穩(wěn)，負載變化時速度較穩(wěn)定。正因為此特點，金屬切削機床中的磨床傳動現(xiàn)在幾乎都采用液壓傳動。(5)液壓裝置易于實現(xiàn)過載保護——借助于設(shè)置溢流閥等，同時液壓件能自行潤滑，因此使用壽命長。(6)液壓傳動容易實現(xiàn)自動化——借助于各種控制閥，特別是采用液壓控制和電氣控制結(jié)合使用時，能很容易地實現(xiàn)復雜的自動工作循環(huán)，而且可以實現(xiàn)遙控。(7)液壓元件已實現(xiàn)了標準化、系列化和通用化，便于設(shè)計、制造和推廣使用。液壓傳動的缺點是：(1)液壓系統(tǒng)中的漏油等因素，影響運動的平穩(wěn)性和正確性，使得液壓傳動不能保證嚴格的傳動比。(2)液壓傳動對油溫的變化比較敏感，溫度變化時，液體粘性變化，引起運動特性的變化，使得工作的穩(wěn)定性受到影響，所以它不宜在溫度變化很大的環(huán)境條件下工作。(3)為了減少泄漏，以及為了滿足某些性能上的要求，液壓元件的配合件制造精度要求較高，加工工藝較復雜。(4)液壓傳動要求有單獨的能源，不像電源那樣使用方便。(5)液壓系統(tǒng)發(fā)生故障不易檢查和排除?？傊簤簜鲃拥膬?yōu)點是主要的，隨著設(shè)計制造和使用水平的不斷提高，有些缺點正在逐步加以克服。液壓傳動有著廣泛的發(fā)展前景。液壓傳動系統(tǒng)的應用驅(qū)動機械運動的機構(gòu)以及各種傳動和操縱裝置有多種形式。根據(jù)所用的部件和零件，可分為機械的、電氣的、氣動的、液壓的傳動裝置。經(jīng)常還將不同的形式組合起來運用——四位一體。由于液壓傳動具有很多優(yōu)點，使這種新技術(shù)發(fā)展得很快。液壓傳動應用于金屬切削機床也不過四五十年的歷史。航空工業(yè)在1930年以后才開始采用。特別是最近二三十年以來液壓技術(shù)在各種工業(yè)中的應用越來越廣泛。在機床上，液壓傳動常應用在以下的一些裝置中：1.進給運動傳動裝置磨床砂輪架和工作臺的進給運動大部分采用液壓傳動；車床、六角車床、自動車床的刀架或轉(zhuǎn)塔刀架；銑床、刨床、組合機床的工作臺等的進給運動也都采用液壓傳動。這些部件有的要求快速移動，有的要求慢速移動。有的則既要求快速移動，也要求慢速移動。這些運動多半要求有較大的調(diào)速范圍，要求在工作中無級調(diào)速；有的要求持續(xù)進給，有的要求間歇進給；有的要求在負載變化下速度恒定，有的要求有良好的換向性能等等。所有這些要求都是可以用液壓傳動來實現(xiàn)的。2.往復主體運動傳動裝置龍門刨床的工作臺、牛頭刨床或插床的滑枕，由于要求作高速往復直線運動，并且要求換向沖擊小、換向時間短、能耗低，因此都可以采用液壓傳動。3.仿形裝置車床、銑床、刨床上的仿形加工可以采用液壓伺服系統(tǒng)來完成。其精度可達0.01～0.02mm。此外，磨床上的成形砂輪修正裝置亦可采用這種系統(tǒng)。4.輔助裝置機床上的夾緊裝置、齒輪箱變速操縱裝置、絲桿螺母間隙消除裝置、垂直移動部件平衡裝置、分度裝置、工件和刀具裝卸裝置、工件輸送裝置等，采用液壓傳動后，有利于簡化機床結(jié)構(gòu)，提高機床自動化程度。5.靜壓支承重型機床、高速機床、高精度機床上的軸承、導軌、絲杠螺母機構(gòu)等處采用液體靜壓支承后，可以提高工作平穩(wěn)性和運動精度。液壓傳動在其他機械工業(yè)部門的應用情況見表1-1所示。表1-1液壓傳動在各類機械行業(yè)中的應用實例行業(yè)名稱應用場所舉例工程機械挖掘機、裝載機、推土機、壓路機、鏟運機等起重運輸機械汽車吊、港口龍門吊、叉車、裝卸機械、皮帶運輸機等礦山機械鑿巖機、開掘機、開采機、破碎機、提升機、液壓支架等建筑機械打樁機、液壓千斤頂、平地機等農(nóng)業(yè)機械聯(lián)合收割機、拖拉機、農(nóng)具懸掛系統(tǒng)等冶金機械電爐爐頂及電極升降機、軋鋼機、壓力機等輕工機械打包機、注塑機、校直機、橡膠硫化機、造紙機等汽車工業(yè)自卸式汽車、平板車、高空作業(yè)車、汽車中的轉(zhuǎn)向器、減振器等智能機械折臂式小汽車裝卸器、數(shù)字式體育鍛煉機、模擬駕駛艙、機器人等二、液壓油液壓油就是利用液體壓力能的液壓系統(tǒng)使用的液壓介質(zhì)，在液壓系統(tǒng)中起著能量傳遞、系統(tǒng)潤滑、防腐、防銹、冷卻等作用。對于液壓油來說，首先應滿足液壓裝置在工作溫度下與啟動溫度下對液體粘度的要求，由于油的粘度變化直接與液壓動作、傳遞效率和傳遞精度有關(guān)，還要求油的粘溫性能和剪切安定性應滿足不同用途所提出的各種需求。液壓油的種類繁多，分類方法各異，長期以來，習慣以用途進行分類，也有根據(jù)油品類型、化學組分或可燃性分類的。這些分類方法只反映了油品的掙注，但缺乏系統(tǒng)性，也難以了解油品間的相互關(guān)系和發(fā)展。品種選擇根據(jù)工作環(huán)境和工況條件選擇液壓油的品種在選用液壓設(shè)備所使用的液壓油時，應從工作壓力、溫度、工作環(huán)境、液壓系統(tǒng)及元件結(jié)構(gòu)和材質(zhì)、經(jīng)濟性等幾個方面綜合考慮和判斷。環(huán)境因素有：地上、地下、室內(nèi)、野外、沿海、寒區(qū)、高溫、明火。使用工況：泵的類型、壓力、溫度、材質(zhì)、密封材料、運行時間。油品性質(zhì)：理化性能特點。經(jīng)濟性：使用時間、換油期、價格。工作壓力主要對液壓油的潤滑性即抗磨性提出要求。高壓系統(tǒng)的液壓元件特別是液壓泵中處于邊界潤滑狀態(tài)的摩擦副，由于正壓力加大，速度高而使摩擦磨損條件較為苛刻，必須選擇潤滑性即抗磨性、極壓性優(yōu)良的HM油。按液壓系統(tǒng)和油泵工作壓力選用液壓油，壓力<8MPa用L—HH、L—HL（葉片泵則用L-HM），壓力8-16MPa用L—HL、L—HM、L—HV，壓力>16MPa用L—HM、L—HV液壓油。液壓系統(tǒng)的工作壓力一般以其主油泵額定或最大壓力為標志。工作溫度系指液壓系統(tǒng)液壓油在工作時的溫度，其主要對液壓油的粘溫性和熱安定性提出要求，工作溫度-10-90℃用L－HH、L－HL、L－HM液壓油、低于-10℃用L－HV、L－HS，工作溫度>90℃選用優(yōu)質(zhì)的L－HM、L－HV、L－HS。環(huán)境溫度和操作溫度一般關(guān)系為：液壓設(shè)備在車間廠房，正常工作溫度比環(huán)境溫度高15－25℃；液壓設(shè)備在溫帶室外，高25－38℃；在熱帶室外日照下，高40－工作環(huán)境一方面要考慮液壓設(shè)備工作的環(huán)境是室內(nèi)還是室外，地下或水上，以及是否處于冬夏溫差大的寒區(qū)、內(nèi)陸沙漠區(qū)等工作環(huán)境；另一方面若液壓系統(tǒng)靠近300℃以上高溫的表面熱源或有明火場所，就要選用難燃液壓油。按使用溫度及壓力選擇難燃液壓油：高溫熱源或明火附近，壓力在7MPa以下、溫度<50℃用L－HFAE，L－HFAS；壓力7－14MPa、溫度<60℃用L－HFB、L－HFC；壓力7－14MPa、溫度50－80℃類型選擇①根據(jù)摩擦副的形式及其材料根據(jù)摩擦副的形式及其材料。葉片泵的葉片與定子面與油接觸在運動中極易磨損，其鋼－鋼的摩擦副材料，適用于以ZDDP（二烷基二硫代磷酸鋅）為抗磨劑的L－HM抗磨液壓油；柱塞泵的缸體、配油盤、活塞的摩擦形式與運動形式也適于使用HM抗磨液壓油，但柱塞泵中有青銅部件，由于此材質(zhì)部件與ZDDP作用產(chǎn)生腐蝕磨損，故有青銅件的柱塞泵不能使用以ZDDP為添加劑的HM抗磨液壓油。同時，選用液壓油還要考慮其與液壓系統(tǒng)中密封材料相適應。一般葉片泵可選用含鋅型抗磨液壓油，柱塞泵最好選用無灰型油。葉片泵壓力高于15MPa、柱塞泵壓力高于30MPa、兩種型號泵同時存在的液壓系統(tǒng)，應選用符合DenisonHF－0規(guī)格的油品。②齒輪泵、葉片泵和柱塞泵是液壓系統(tǒng)中主要的泵類型。液壓油的潤滑性對三大泵類減磨效果的順序是葉片泵>柱塞泵>齒輪泵。故凡是葉片泵為主油泵的液壓系統(tǒng)不管其壓力大小選用HM油為好。液壓系統(tǒng)的精度越高，要求所選用的液壓油清潔度也越高，如對有電液伺服閥的閉環(huán)液壓系統(tǒng)要求用數(shù)控機床液壓油，此兩種油可分別用高級HM和HV液壓油代替。試驗表明：三類泵對液壓油清潔度要求的順序是柱塞泵高于齒輪泵與葉片泵，而在對極壓性能的要求順序是齒輪泵高于柱塞泵與葉片泵。三、液壓傳動中的能量損失和兩種現(xiàn)象1、壓力損失和流量損失實際粘性液體在流動時存在阻力，為了克服阻力就要消耗一部分能量，這樣就有能量損失。在液壓傳動中，能量損失主要表現(xiàn)為壓力損失，這就是實際液體流動的伯努利方程式中的hw項的含義。液壓系統(tǒng)中的壓力損失分為兩類，一類是油液沿等直徑直管流動時所產(chǎn)生的壓力損失，稱之為沿程壓力損失。這類壓力損失是由液體流動時的內(nèi)、外摩擦力所引起的。另一類是油液流經(jīng)局部障礙（如彎頭、接頭、管道截面突然擴大或收縮）時，由于液流的方向和速度的突然變化，在局部形成旋渦引起油液質(zhì)點間，以及質(zhì)點與固體壁面間相互碰撞和劇烈摩擦而產(chǎn)生的壓力損失稱之為局部壓力損失。壓力損失過大也就是液壓系統(tǒng)中功率損耗的增加，這將導致油液發(fā)熱加劇，泄漏量增加，效率下降和液壓系統(tǒng)性能變壞。2、液壓沖擊現(xiàn)象及空穴現(xiàn)象1）液壓沖擊在液壓系統(tǒng)中，當極快地換向或關(guān)閉液壓回路時，致使液流速度急速地改變(變向或停止)，由于流動液體的慣性或運動部件的慣性，會使系統(tǒng)內(nèi)的壓力發(fā)生突然升高或降低，這種現(xiàn)象稱為液壓沖擊(水力學中稱為水錘現(xiàn)象)。在研究液壓沖擊時，必須把液體當作彈性物體，同時還須考慮管壁的彈性。液壓沖擊的危害是很大的。發(fā)生液壓沖擊時管路中的沖擊壓力往往急增很多倍，而使按工作壓力設(shè)計的管道破裂。此外，所產(chǎn)生的液壓沖擊波會引起液壓系統(tǒng)的振動和沖擊噪聲。因此在液壓系統(tǒng)設(shè)計時要考慮這些因素，應當盡量減少液壓沖擊的影響。為此，一般可采用如下措施。(1)緩慢關(guān)閉閥門，削減沖擊波的強度；(2)在閥門前設(shè)置蓄能器，以減小沖擊波傳播的距離；(3)應將管中流速限制在適當范圍內(nèi)，或采用橡膠軟管，也可以減小液壓沖擊；(4)在系統(tǒng)中裝置安全閥，可起卸載作用。2）空穴現(xiàn)象一般液體中溶解有空氣，水中溶解有約2%體積的空氣，液壓油中溶解有(6%～12%)體積的空氣。成溶解狀