第一講液壓傳動系統的組成及特點

1、第一講液壓傳動系統的組成及特點(基礎知識)液壓傳動是：先通過動力元件(液壓泵)將原動機(如電動機)輸入的機械能轉換為液體壓力能，再經密封管道和控制元件等輸送至執(zhí)行元件(如液壓缸)，將液體壓力能又轉換為機械能以驅動工作部件。1.液壓傳動系統的組成液壓傳動系統除工作介質外，應由以下四個主要部分組成：(1)動力元件它是將原動機輸入的機械能轉換為液體壓力能的裝置，其作用是為液壓系統提供壓力油，是系統的動力源。如各類液壓泵。(2)執(zhí)行元件它是將液體壓力能轉換為機械能的裝置，其作用是在壓力油的推動下輸出力和速度(或轉矩和轉速)，以驅動工作部件。如各類液壓缸和液壓馬達。(3)控制調節(jié)元件它是用以控制液壓傳動

2、系統中油液的壓力、流量和流動方向的裝置。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，分別起儲油、輸油、過濾和測壓力等作用。如油箱、油管、過濾器和壓力計等。2.液壓傳動系統的圖形符號一般液壓傳動系統圖都應按照GB/T7861.1-93所規(guī)定的液壓圖形符號來繪制。液壓傳動的特點1 .液壓傳動的優(yōu)點(1)液壓傳動可在運行過程中進行無級調速，調速方便且調速范圍大；(2)在相同功率的情況下，液壓傳動裝置的體積小、重量輕、結構緊湊；(3)液壓傳動工作比較平穩(wěn)、反應快、換向沖擊小，能快速啟動、制動和頻繁換向；(4)液壓傳動的控制調節(jié)簡單，操作方便、省力，易實現自動化。當其與電氣控制結

3、合，更易實現各種復雜的自動工作循環(huán)；(5)液壓傳動易實現過載保護，液壓元件能夠自行潤滑，故使用壽命較長；(6)液壓元件已實現了系列化、標準化和通用化，故制造、使用和維修都比較方便。2 .液壓傳動的缺點(1)液體的泄漏和可壓縮性使液壓傳動難以保證嚴格的傳動比；(2)液壓傳動在工作過程中能量損失較大，不宜作遠距離傳動；(3)液壓傳動對油溫變化比較敏感，不宜在很高和很低的溫度下工作；(4)液壓傳動出現故障時，不易查找出原因?？偟恼f來，液壓傳動的優(yōu)點十分突出，其缺點將隨著科學技術的發(fā)展逐漸得到克服。第二講基礎知識1（液壓油（液）的主要物理性質及選用）（一）液體的粘性1 .液體粘性的意義液體在外力作用下

4、流動時，液體分子間的內聚力會阻礙分子間的相對運動，而產生內摩擦力，這一特性稱為液體的粘性。液體流動時會呈現粘性，而靜止液體不呈現粘性。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力粘度、運動粘度和條件粘度三種。（1） 動力粘度R兩平行平板之間充滿液體，上平板以速度u。向右運動，下平板固定不動。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。向右運動，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。當兩平行平板距離較小時，速度近似按線性規(guī)律分布。（2） 動力粘度N的物理意義：當速度梯度等于1時，接觸液層間單位面積上的內摩擦力即為動力粘度。動力粘度的法定

5、計量單位為Pas和mPa-s。（2）運動粘度v動力粘度N與該液體密度P的比值稱為運動粘度，即,丹。2）運動粘度沒有明確的物理意義，但它卻是工程實際中經常用到的物理量，因為其單位只有長度和時間量綱，類似于運動學的量，故稱為運動粘度。運動粘度的法定計量單位為m/s和m吊s。液壓油（液）的粘度等級就是以其40C時運動粘度的某一中心值來表示，如L-HM32液壓油的粘度等級為32,則4。C時其運動粘度的中心值為32mms。（3）條件粘度它是用特定粘度計在規(guī)定條件下測出的粘度。由于測量條件不同，條件粘度也不同。我國采用恩氏粘度Et。恩氏粘度與運動粘度可用經驗公式換算，也可從有關圖表直接查出。3 .粘度與壓

6、力、溫度的關系液體的粘度會隨壓力和溫度的變化而變化。當液體所受壓力增大時，粘度也隨之增大。但在一般液壓系統所使用的壓力范圍內，液壓油（液）的粘度受壓力變化的影響甚微，可以忽略不計；若壓力高于lOMPa或壓力變化較大時，則應考慮壓力對粘度的影響。液壓油（液）的粘度對溫度變化十分敏感，溫度升高，粘度將降低。液壓油（液）的粘度隨溫度變化的性質稱為粘溫特性。液壓油（液）的粘溫特性常用粘度指數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。但在某些情況下，如研究液壓系統的

7、動態(tài)特性以及遠距離操縱的液壓機構時，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）的品種我國液壓油（液）的主要品種、粘度等級、組成和特性見表1.1。表1.1我國液壓油（液）的主要品種油名（品種）粘度等級組成和特性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，LPP-低傾點，ASS-防爬，LS難燃2.液壓油（液）品種的選擇通?？蓞⒖急?.2,根據液壓傳動系統的工作環(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、固定液壓設備L-HLL-HL,L-HML-HM露天寒冷和嚴寒區(qū)L-HVL-HV,L-HSL-HV,L-HS高溫熱源或明火附近L-HFAEL-HFB,L-HFCL-HFDR3.液壓油（液）粘度等級的選擇在液壓油（液）品種選定后，還必須確定其粘度等級。在選擇粘度等級時應注意以下幾方面情況：工作壓力工作壓力較高的液壓傳動系統宜選用粘度等級較高的液壓油（液）o環(huán)境溫度環(huán)境溫度較高時，宜選用粘度等級較高的液壓油（液）。運動速度當運動

10、部件的速度較高時，宜選用粘度等級較低的液壓油（液）。所有液壓元件中，以液壓泵對液壓油（液）的性能最為敏感（泵內零件運動速度最高,承受壓力最大，且承壓時間長，溫升高）o因此，可參考表1.3根據液壓泵類型及其工況選擇液壓油（液）的粘度等級。表1.3液壓油（液）粘度等級選擇泵型，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為了增長換油周期，延長液壓元件的使用壽命，提高系統效率和可靠性，降低系統維護費用，應盡可能采用高質

11、量液壓油（液）O第三講基礎知識2（液體的靜壓力特性及壓力單位）習慣上把液體在單位面積上所受的內法線方向上的法向力稱為壓力。壓力的法定計量單位為Pa（N/m2）、GPaMPakPa、mPa和RPa。靜止液體內任一點處的壓力在各個方向上都相等。（一）液體靜力學基本方程如圖1.3a所示，密度為p的液體在容器內處于靜止狀態(tài)。為求任意深度h處的壓力，可從液體內部取出如圖1.3b所示垂直小液柱作為研究體，其項面與液面重合，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，設底面上所受壓力為p,液柱側面受力相互抵消。由于液柱處于靜止狀態(tài)，相應液柱也處于平衡狀

12、態(tài)，于是有p；：Appo：-ghL.4時，稱為細長孔；0.5|/dE4時，稱為短孔(厚壁孔)(1)液體流經薄壁小孔的流量流經薄壁小孔的流量為qv325)式中：Cq為流量系數，一般由實驗確定；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)液體流經短孔的流量液體流經短孔的流量計算仍可用薄壁小孔的流量計算公式，只是流量系數不同。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)液體流經細長孔的流量液體流經細長孔時，由于液體內摩擦力的作用較突出

13、，故多為層流。液體流經細長孔的流量計算公式為(1.16)_jdl-p一1284從上式可發(fā)現，流經細長孔的流量會隨液體粘度變化而變化。流經三種小孔的流量公式，可以綜合地用下面通式表達qv=-.：pm(1.17)式中：K為由節(jié)流孔形狀、尺寸和液體性質決定的系數(細長孔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為由小孔長徑比決定的指數(薄壁孔m=0.5,短孔0.5mlh);N為液體的動力粘度。從上式可以看出，流經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泄漏的影響很大。2）液體流經相對運動平行平板間隙的流量由圖1.2可

14、知，當一平板固定，另一平板以速度U0運動時，液體的流動稱為剪切流動，平均流速u=U0/2。由于平板（寬度為b）運動而使液體作剪切流動流過間隙（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又有剪切流動的情況。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，即液體流經間隙的流量為qv二券pbh（1.20）平行平板有相對運動時，兩平板一般為一長一短。式（1.20）中“土”的確定方法為：若長平板相對于短平板的運動方向與壓差流動方向相同，取“+”（見圖1.10a和c）；反之，取“-”（2）液體流經環(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,長度為l。如果將環(huán)狀間隙沿圓周方向展開，就相當于平行平板間隙。用nd替代式（1.20）中的b,就可得到同心環(huán)狀間隙的流量計算公式(1.21)rdh3.U0qv=p-二dh12422）液體流經偏心環(huán)狀間隙的流量圖1.11所示內外兩圓柱面若不同心，便形成偏心環(huán)狀間隙，其流量計算公式為qV=需p（11.5；）m（1.22）式中：h為內外圓同心時的間隙；名為相對偏心率，即偏心距與間隙的比值（&=e/h）。由上式可知，當8=0時，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，當名=1時，即最大偏心情況下，其

16、壓差流動流量為同心環(huán)狀間隙壓差流動流量的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）液壓沖擊與空穴現象1 .液壓沖擊在液壓系統中，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，這種現象稱為液壓沖擊。（1）產生液壓沖擊的原因1）閥門突然關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。當閥門開啟時，管內液體從閥門流出。當閥門突然關閉時，從閥門處開始液體動能將逐層轉化為壓力能，相應產生一從閥門向容腔推進的壓力沖擊波，出現液壓沖擊。2）運動部件突然制動引起液壓沖擊如換向閥突然關閉液壓缸的回油通道而使運動部件制動時，這

17、一瞬間運動部件的動能會轉化為被封閉油液的壓力能，壓力急劇上升，出現液壓沖擊。3）液壓系統中元件反應不靈敏造成液壓沖擊如系統壓力突然升高時，溢流閥不能迅速打開溢流閥口，或限壓式變量泵不能及時自動減小輸出流量等，都會導致液壓沖擊。（2）液壓沖擊的危害在液壓系統中產生液壓沖擊時，瞬時壓力峰值有時比正常壓力要大好幾倍，會引起振動和噪聲，導致密封裝置、管路和液壓元件的損壞，甚至還會使某些液壓元件（如壓力繼電器、順序閥等）產生誤動作，而影響系統正常工作?？梢姂η鬁p小液壓沖擊。2 .空穴現象在液壓系統中，如果某處壓力低于油液工作溫度下的空氣分離壓時，油液中的空氣就會分離出來而形成大量氣泡；當壓力進一步降低到油液工作溫度下的飽和蒸汽壓力時，油液會迅速汽化而產生大量汽泡。這些氣泡混雜在油液中，產生空穴，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)，這種現象一般稱為空穴現象。空穴現象一般發(fā)生在閥口和液壓泵的進油口處。油液流過閥口的狹窄通道時，液流速度