xxqj1認識液壓系統(tǒng)和氣壓系統(tǒng)

學習情境一認識液壓系統(tǒng)和氣壓系統(tǒng)項目1：認識液壓系統(tǒng)知識點液壓傳動系統(tǒng)的基本原理液壓傳動系統(tǒng)的組成及圖形符號液壓傳動系統(tǒng)的應用工作任務搭接一個簡單液壓傳動系統(tǒng)傳動類型傳動裝置有以下幾種：機械傳動：帶傳動、鏈條、杠桿、齒輪等，以機械元件傳遞能量；電力傳動：強電、弱電、電磁感應等，以電流、電壓借助導體傳遞能量；液壓傳動：液壓千斤頂、液壓機床、汽車液壓吊等，以高壓液壓傳遞能量；氣壓傳動：氣控制、氣剎車等，以壓縮空氣傳遞能量；復合傳動：機-電、機-液、機-電液、機-電-控制等；液壓與氣壓傳動是機械設備中應用廣泛的傳動方式之一。液壓傳動系統(tǒng)液壓傳動傳動系統(tǒng)以有壓流體（壓力油）為傳動介質來實現各種機械傳動和自動控制的傳動裝置；元件→回路→系統(tǒng)介質液壓傳動原理都是借助于密封容積的變化，利用流體的壓力能與機械能之間的轉換來傳遞能量的；液壓傳動系統(tǒng)工作原理液壓傳動傳動系統(tǒng)工作原理（以液壓千斤頂為例介紹）簡化模型力、運動和功率關系兩個重要概念容積式液壓傳動液壓與氣壓傳動系統(tǒng)的工作原理簡化模型液壓千斤頂液壓千斤頂液壓傳動系統(tǒng)工作原理力學關系等壓特性根據帕斯卡定律“施加在平衡液體內的壓力等值地傳遞到液體內各處”，即：輸出端的力之比等于倆活塞面積之比；P1=P2=P=F/A1=W/A2或：W/F=A2/A1液壓傳動系統(tǒng)工作原理運動關系等體積特性假設活塞3向下移動L1，則液壓缸被擠出的液體體積為A1L1。這部分液體進入液壓缸9，使活塞8上升L2，其讓出的體積為A2L2。即：→A1L1=A2L2或L2/L1=A1/A2進一步認為這些動作是在時間t內完成，活塞3的速度v1=L1/t，活塞8的速度v2=L2/t，則有：

V2/V1=A1/A2這說明輸出，輸入的位移和速度都與二活塞面積成反比。上式可寫成：

A1V1=A2V2液壓與氣壓傳動系統(tǒng)工作原理功率關系能量守恒特性FV1=WV2注：等式左邊和右邊分別代表輸出和輸入的功率。這說明能量守恒也適用于液壓傳動。通過以上分析，上述模型中兩個不同面積的活塞和液壓缸相當于機械傳動中的杠桿，其面積比相當于杠桿比，即A1/A2=b/a。因之采用液壓傳動可達到傳遞動力，增力，改變速比等目的，并在不考慮損失的情況下保持功率不變。液壓傳動系統(tǒng)工作原理兩個重要概念液壓傳動中的液體壓力取決于負載，而與流入的液體多少無關流量決定速度，而與液體壓力大小無關流量q：單位時間內流過某一截面積為A的流體體積q=Avq=A1v1=A2v2液壓與氣壓傳動中的功率P可以用壓力p和流量q的乘積來表示，壓力p和流量q是流體傳動中最基本、最重要的兩個參數，它們相當于機械傳動中的力和速度，它們的乘積即為功率。液壓傳動系統(tǒng)工作原理容積式液壓傳動主動活塞運動后使一定體積的液體擠出，這些液體進入從動液壓缸，使從動活塞產生運動，而二者間的運動關系是依靠主動件擠出的液體體積與從動件所得到的液體體積相等來保證的。這種傳動稱為容積式液壓傳動。區(qū)別：工業(yè)上另外有一種依靠液體的動能及其轉換來實現力和運動的傳遞的方法，稱為動力液力傳動。液壓傳動系統(tǒng)工作原理通過對液壓千斤頂的分析可以得出：具有一定壓力的介質來傳動；傳動過程中必須經過兩次能量轉換；傳動必須中密封容器內進行，而且容積要發(fā)生變化；液壓傳動系統(tǒng)的組成磨床工作臺的液壓傳動系統(tǒng)1－床身2－頭架3－砂輪4－主軸5－尾架6－導軌7－工件8－工作臺磨床動畫磨床照片磨床液壓傳動系統(tǒng)的組成磨床工作臺的液壓傳動系統(tǒng)手動換向閥溢流閥液壓傳動系統(tǒng)的組成通過動力元件（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；液壓傳動系統(tǒng)中的能量轉換和傳遞情況如圖所示，這種能量的轉換能夠滿足生產中的需要。從例子可以看出:（1）液壓傳動是以液體作為工作介質來傳遞動力的。（2）液壓傳動是以液體在密封容腔（泵的出口到液壓缸）內所形成的壓力能來傳遞動力和運動的。（3）液壓傳動中的工作介質是在受控制、受調節(jié)的狀態(tài)下進行工作的。液壓傳動系統(tǒng)的組成液壓傳動系統(tǒng)由五部分組成動力元件：液壓泵其功能是將原動機輸入的機械能轉換成流體的壓力能，為系統(tǒng)提供動力執(zhí)行元件：液壓缸、液壓馬達功能是將流體的壓力能轉換成機械能，輸出力和速度或轉矩和轉速，以帶動負載進行直線運動或旋轉運動液壓傳動系統(tǒng)的組成液壓傳動系統(tǒng)由五部分組成控制元件：壓力、流量和方向控制閥，用是控制和調節(jié)系統(tǒng)中流體的壓力、流量和流動方向，以保證執(zhí)行元件達到所要求的輸出力（或力矩）、運動速度和運動方向輔助元件：保證系統(tǒng)正常工作所需要的輔助裝置，包括管道、管接頭、油箱、過濾器和壓力計工作介質：傳遞能量的流體。通常為液壓油液壓傳動系統(tǒng)的圖形符號圖形表示（以千斤頂為例）裝配圖結構原理圖職能符號圖液壓傳動的應用液壓傳動的應用液壓傳動在各類機械中的應用行業(yè)名稱應用舉例行業(yè)名稱應用舉例工程機械

礦山機械

建筑機械

冶金機械

鍛壓機械

機械制造挖掘機，裝載機、推土機

鑿石機、開掘機、提升機、液壓支架打樁機、液壓千斤頂、平地機

軋鋼機、壓力機、步進加熱爐

壓力機、模鍛機、空氣錘

組合機床、沖床、自動線、氣動扳手輕工機械

灌裝機械

汽車工業(yè)

鑄造機械

紡織機械打包機、注塑機

食品包裝機、真空鍍膜機、化肥包裝機

高空作業(yè)車、自卸式汽車、汽車超重機

砂型壓實機、加料機、壓鑄機

織布機，拋砂機、印染機液壓傳動的應用液壓傳動的優(yōu)點可在大范圍內實現無級調速；液壓傳動裝置的重量輕，結構緊湊，慣性??；液壓裝置工作平穩(wěn)，換向沖擊小，便于實現頻繁換向；液壓裝置易于實現過載保護；液壓傳動容易實現自動化；液壓元件易于實現標準化、系列化和通用化；液壓傳動可以輸出大的推力或轉矩，可實現低速大噸位運動；液壓傳動的應用液壓傳動的缺點液壓傳動中的泄漏和液體的可壓縮性使其無法保證嚴格的傳動比；液壓傳動有較多的能量損失，傳動效率相對較低；液壓傳動裝置的工作性能對油溫的變化比較敏感，不宜在較高或較低的溫度下工作；液壓傳動在出現故障時不易找出原因；元件制造精度要求高，加工裝配較困難；液壓傳動的發(fā)展方向液壓傳動的發(fā)展方向液壓技術正向高壓、高速、大功率、高效率、低噪聲和高度集成化、數字化等方向發(fā)展項目2：工作介質的選用知識點液壓油的物理性質液壓傳動工作介質的選用液壓油污染及控制技能點能正確選用液壓油工作任務液壓傳動工作介質的選用液壓油物理性質密度ρ

常用工作介質的密度(kg／m2)種類ρ20種類ρ20石油基液壓油850～900增粘高水基液1003水包油乳化液998水一乙二醇液1060油包水乳化液932磷酸酯液1150液壓油的密度因油的牌號而異，并且隨著溫度的上升而減小，隨著壓力的提高而稍有增加；液壓油物理性質可壓縮性和膨脹性液體具有比鋼鐵大的多的可壓縮性。體積壓縮系數k=-1/Δp*(ΔV/V)Δp-壓力的增量，V-被壓縮的液體體積，ΔV-體積的增量。由于ΔV是負值（體積減?。谑阶佑疫呍黾右粋€負號以保證k為正數。工程上常用液體體積彈性模量B來表示其可壓縮性，取B=1/k。液壓油物理性質可壓縮性純油的可壓縮性隨壓縮過程、溫度的變化而變動，但變動量不大，可不予考慮。在一般情況下，油的可壓縮性對液壓系統(tǒng)性能影響不大，但在高壓情況下以及在研究系統(tǒng)動態(tài)性能時則不能忽略。

液壓油的物理性質粘性和粘度粘性液體在外力作用下流動時，其流動受到牽制，且在流動截面上各點的流速不同。各層液體間有相互牽制作用，這種相互牽制的力稱作液體內的摩擦力或粘性力。這種現象被稱為液體的粘性；Ff=μ·A·du/dy

Ff為單位面積上的摩擦力du/dy為速度梯度此式又稱為牛頓內摩擦定律粘性示意圖液壓油的物理性質粘性和粘度粘度：表示液體粘性大小動力粘度：又稱絕對粘度

液體動力粘度的物理意義是：液體在單位速度梯度下流動或有流動趨勢時，相接觸的液層間單位面積上產生的內摩擦力。動力粘度的法定計量單位為Pa·s，以前沿用的單位為P（泊），它們之間的關系是1Pa·s=10P液壓油的物理性質粘性和粘度運動粘度：我國液壓油的牌號就是用它在溫度為40℃時的運動粘度（厘斯）平均值來表示的。例如32號液壓油，就是指這種油在40℃時的運動粘度平均值為32mm2/s我國液體的運動粘度沒有明確的物理意義，但它在工程實際中經常用到。它的法定計量單位為m2/s，以前沿用的單位為St（斯），它們之間的關系是：1m2/s=104St=106cSt（厘斯）液壓油圖1液壓油圖2液壓油的物理性質粘性和粘度相對粘度：原因：動力粘度和運動粘度是理論分析和計算時經常使用到的粘度單位，但它們都難以直接測量。采用特定的粘度計在規(guī)定的條件下測量出來的粘度。用相對粘度計測量出它的相對粘度后，再根據相應的關系式換算出運動粘度或動力粘度，以便于使用。中國、德國等采用的相對粘度為恩氏粘度E，美國用賽氏粘度SSU，英國用雷氏粘度R，等等液壓油的物理性質粘性和粘度粘度與溫度的關系在液體溫度略有升高，粘度顯著下降粘度與壓力的關系壓力增加，粘度增加一般情況下，壓力對粘度的影響比較小，但壓力小于5MP時，粘度值變化很小，可以忽略不計閃點：將規(guī)定容量的液壓油加熱到他蒸發(fā)的油氣與空氣混合后，與規(guī)定的火焰接觸時能發(fā)出閃光的油樣最低溫度，液壓傳動工作介質的選用傾點：液壓油在規(guī)定的實驗條件下，冷卻到能夠流動的最低溫度。通常傾點要比最低溫度還低10度選用要求良好的化學穩(wěn)定性良好的潤滑性能，以減小元件之間的磨損質地純凈，不含或含有極少量的雜質、水份和水溶性酸堿等適當的粘度和良好的粘溫特性凝固點和流動溫度較低，以保證油液能在較低溫度下使用自燃點和閃點要高有較快地排除油中游離空氣和較好地與油中水份分離的能力沒有腐蝕性，防銹性能好，有良好的相容性對人體無害，價格便宜。液壓傳動工作介質的選用液壓油的分類及特性分類名稱代號組成及特性應用范圍石油型精制礦物質油L－HH無抗氧化劑循環(huán)潤滑油、低壓液壓系統(tǒng)普通液壓油L－HLHH油，并改善其防銹和抗氧化性一般液壓系統(tǒng)抗磨液壓油L－HMHL油，并改善其抗磨性低、中、高壓液壓系統(tǒng)，特別適合有防磨要求葉片泵的液壓系統(tǒng)低溫液壓油L－HVHM油，并改善其粘溫特性能在－40～－20°C的低溫環(huán)境中工作，用于戶外工作的工程機械和船用設備的液壓系統(tǒng)高粘度指數液壓油L－HRHL油，并改善其粘溫特性粘溫特性優(yōu)于L－HV油，用于數控機床液壓系統(tǒng)和伺服系統(tǒng)液壓導軌油L－HGHM油，并具有粘滑特性適用于導軌和液壓系統(tǒng)共用一種油品的機床，地導軌有良好的潤滑性和爬坡性其他液壓油加入多種添加劑用于高品質的專用液壓系統(tǒng)乳化型水包油乳化液H－HFAE需要難燃液體的場合油包水乳化液L－HFB合成型水—乙二醇夜L－HFC磷酸脂液L－HFDR液壓傳動工作介質的選用選用原則液壓系統(tǒng)的工作條件優(yōu)先選用礦物油型液壓油；液壓配件的使用說明書來選用，其中最重要的參數是粘度，直接影響系統(tǒng)的能量損失和泄漏；普通機械油在低壓或要求不高的情況下也可使用；液壓系統(tǒng)的工作環(huán)境若系統(tǒng)靠近300度以上的高溫表面熱源或有明火場所，應選用難燃型液壓油；綜合經濟分析液壓油污染及其控制（自學）液壓油液污染原因液壓油液污染的危害液壓油液污染的控制減少外來的污染濾除系統(tǒng)產生的雜質控制液壓油液的工作溫度定期檢查更換液壓油液項目3：液壓機輸出力的確定知識點壓力與流量液體流動時壓力損失和流經小孔及縫隙流量液壓沖擊與空穴現象技能點液壓傳動系統(tǒng)輸出力的計算工作任務液壓傳動系統(tǒng)輸出力的計算壓力與流量靜壓力及其特性液體的靜壓力靜止液體在單位面積上所受的法向力稱為靜壓力。若在液體的面積A上所受的作用力F為均勻分布時，靜壓力可表示為

p=F/A

液體靜壓力在物理學稱壓強，工程實際應用中習慣稱為壓力。液體靜壓力的特性

液體靜壓力垂直于承壓面，方向為該面內法線方向。液體內任一點所受的靜壓力在各個方向上都相等。壓力與流量靜壓力基本方程式在靜壓力基本方程式

p=p0+ρgh

重力作用下靜止液體壓力分布特征：壓力由兩部分組成：液面壓力p0，自重形成的壓力ρgh。液體內的壓力與液體深度成正比。離液面深度相同處各點的壓力相等，壓力相等的所有點組成等壓面，重力作用下靜止液體的等壓面為水平面。靜止液體中任一質點的總能量p/ρg+h保持不變，即能量守恒。壓力與流量靜壓力基本方程式壓力的表示法及單位絕對壓力以絕對真空為基準進行度量相對壓力或表壓力以大氣壓為基準進行度量真空度絕對壓力不足于大氣壓力的那部分壓力值單位帕Pa(N/m2)壓力與流量液體動力學基本概念通流截面垂直于流動方向的截面，也稱為過流截面。

流量單位時間內流過某一通流截面的液體體積，流量以q表示，單位為m3/

s或L/min。

平均流速實際流體流動時，速度的分布規(guī)律很復雜。假設通流截面上各點的流速均勻分布，平均流速為v=q/A。定常流動非定常流動壓力與流量流量連續(xù)性方程流量連續(xù)性方程是質量守恒定律在流體力學中的表達方式液體在管內作恒定流動，任取1、2兩個通流截面，根據質量守恒定律，在單位時間內流過兩個截面的液體流量相等，即：

ρ1v1A1=ρ2v2

A2不考慮液體的壓縮性則得q=vA=常量流量連續(xù)性方程說明了恒定流動中流過各截面的不可壓縮流體的流量是不變的。因而流速與通流截面的面積成反比。壓力與流量伯努利方程伯努利方程是能量守恒定律在流體力學中的表達方式。理想流體的伯努利方程

p1/ρg+Z1+v12/2g=p2/ρg+Z2+v22/2g在管內作穩(wěn)定流動的理想流體具有壓力能，勢能和動能三種形式的能量，它們可以互相轉換，但其總和不變，即能量守恒。

壓力與流量伯努利方程實際流體的伯努利方程

p1/ρg+Z1+α1v12/2g=p2/ρg+Z2+α2

v22/2g+hw實際流體存在粘性，流動時存在能量損失，hw為單位質量液體在兩截面之間流動的能量損失。用平均流速替代實際流速，α為動能修正系數。液體流動時壓力損失和流經小孔及縫隙流量管道流動由于流動液體具有粘性，以及流動時突然轉彎或通過閥口會產生撞擊和旋渦，因此液體流動時必然會產生阻力。為了克服阻力，流動液體會損耗一部分能量，這種能量損失可用液體的壓力損失來表示。壓力損失即是伯努利方程中的hw項。壓力損失由沿程壓力損失和局部壓力損失兩部分組成。液流在管道中流動時的壓力損失和液流運動狀態(tài)有關。流態(tài)、雷諾數沿程壓力損失局部壓力損失液體流動時壓力損失和流經小孔及縫隙流量流態(tài)，雷諾數通過實驗發(fā)現液體在管道中流動時存在兩種流動狀態(tài)。層流——粘性力起主導作用紊流——慣性力起主導作用液體的流動狀態(tài)用雷諾數來判斷。雷諾數——Re=vd/υ，v為管內的平均流速d為管道內徑υ為液體的運動粘度雷諾數為無量綱數。如果液流的雷諾數相同，它的流動狀態(tài)亦相同。一般以液體由紊流轉變?yōu)閷恿鞯睦字Z數作為判斷液體流態(tài)的依據，稱為臨界雷諾數，記為Recr。當Re＜Recr，為層流；當Re＞Recr，為紊流。液體流動時壓力損失和流經小孔及縫隙流量沿程壓力損失液體在等直徑管中流動時因摩擦而產生的損失，稱為沿程壓力損失。因液體的流動狀態(tài)不同沿程壓力損失的計算有所區(qū)別。液體流動時壓力損失和流經小孔及縫隙流量局部壓力損失液體流經管道的彎頭、接頭、閥口等處時，液體流速的大小和方向發(fā)生變化，會產生漩渦并發(fā)生紊動現象，由此造成的壓力損失稱為局部壓力損失。整個液壓系統(tǒng)的總壓力損失應為所有沿程壓力損失和所有的局部壓力損失之和。壓力損失-功率損失增大，油溫升高，泄露增加。減少壓力損失的措施：降低流速、縮短管道長度，減少管道截面突變和管道彎曲，適當增加管道內徑，合理增加閥類零件液體流動時壓力損失和流經小孔及縫隙流量孔口流動在液壓元件特別是液壓控制閥中，對液流壓力、流量及方向的控制通常是通過特定的孔口來實現的，它們對液流形成阻力，使其產生壓力降，其作用類似電阻，稱其為液阻?！翱卓诹鲃印敝饕榻B孔口的流量公式及液阻特性。薄壁小孔當長徑比l/d≤0.5時稱為薄壁小孔，一般孔口邊緣都做成刃口形式。當液流經過管道由小孔流出時，由于液體慣性作用，使通過小孔后的液流形成一個收縮斷面，然后再擴散，這一收縮和擴散過程產生很大的能量損失。液體流動時壓力損失和流經小孔及縫隙流量薄壁小孔經整理得到流經薄壁小孔流量q=CdAo（2Δp/ρ）1/2

A0—小孔截面積；Cd—流量系數，Cd=CvCc

Cv稱為速度系數；Cc稱為截面收縮系數。流量系數Cd的大小一般由實驗確定，在液流完全收縮的情況下，當Re>105時，可以認為是不變的常數，計算時按Cd=0.60~0.61選取薄壁小孔因沿程阻力損失小，q

對油溫變化不敏感，因此多被用作調節(jié)流量的節(jié)流器。液體流動時壓力損失和流經小孔及縫隙流量短孔和細長孔當長徑比0.5＜l/d≤4時，稱為短孔。流經短孔的流量q=CdA0(2Δp/ρ)1/2Cd應按曲線查得，雷諾數較大時，Cd基本穩(wěn)定在0.8左右。短管常用作固定節(jié)流器。當長徑比l/d＞4時，稱為細長孔。流經細長孔的流量q=（πd

4/128μl）Δp

液流經過細長孔的流量和孔前后壓差成正比，和液體粘度成反比。流量受液體溫度影響較大。液體流動時壓力損失和流經小孔及縫隙流量縫隙流動平板縫隙：兩平行平板縫隙間充滿液體時，壓差作用會使液體產生流動（壓差流動）；兩平板相對運動也會使液體產生流動（剪切流動）。通過平板縫隙的流量

q=bh

3Δp/12μl±u

obh/2在壓差作用下，流量q

與縫隙值h

的三次方成正比，這說明液壓元件內縫隙的大小對泄漏量的影響非常大。液體流動時壓力損失和流經小孔及縫隙流量縫隙流動環(huán)形縫隙：相對運動的圓柱體與孔之間的間隙為圓柱環(huán)形間隙。根據兩者是否同心又分