《液壓與氣壓傳動(dòng)控制技術(shù)》第8章 認(rèn)識液壓傳動(dòng)

第8章認(rèn)識液壓傳動(dòng)8.1認(rèn)識液壓千斤頂8.2認(rèn)識液壓傳動(dòng)中的能量損失和兩種現(xiàn)象8.3液壓千斤頂?shù)氖褂梅祷?.1認(rèn)識液壓千斤頂千斤頂是一種起重高度小的最簡單的起重設(shè)備，有機(jī)械式和液壓式兩種。機(jī)械式千斤頂因起重量小，操作費(fèi)力，一般只用于機(jī)械維修工作。液壓千斤頂結(jié)構(gòu)緊湊，工作平穩(wěn)，有自鎖作用，故使用廣泛。本任務(wù)要求能讀懂圖8-1所示的液壓千斤頂?shù)墓ぷ髟韴D，說出其工作過程，并了解液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的組成，了解液壓油的性質(zhì)與選用方法。8.1.1液壓千斤頂?shù)墓ぷ髟碛梢簤呵Ы镯數(shù)墓ぷ髟韴D可知，液壓千斤頂由杠桿1、小缸體2、小活塞3等組成的手動(dòng)柱塞液壓泵和由大活塞8、大缸體9等組成的液壓缸構(gòu)成。提起杠桿1使小活塞3向上移動(dòng)，小缸體2下腔容積增大，形成局部真空，油箱12中的油液在大氣壓力的作用下，通過吸油管5推開單向閥4進(jìn)入缸體2的下腔。下一頁返回8.1認(rèn)識液壓千斤頂壓下杠桿1，小活塞3向下移動(dòng)，缸體2的密封容積減小，油壓升高，單向閥4關(guān)閉，油液經(jīng)管道6推開單向閥7中的鋼球，進(jìn)入大缸體9的下腔，推動(dòng)大活塞8將重物W舉起。反復(fù)提壓杠桿1，可使重物不斷上升，達(dá)到起重的目的。當(dāng)工作完畢，打開截止閥11,缸體9下腔的油液通過管道10、截止閥11流回油箱，大活塞8在重物和自重作用下向下移動(dòng)，回到原來位置。由此可見，液壓千斤頂利用油液作為工作介質(zhì)實(shí)現(xiàn)了能量的傳遞。液壓傳動(dòng)是以密閉系統(tǒng)內(nèi)液壓油的壓力能來傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的一種傳動(dòng)形式，其過程是先將原動(dòng)機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為便于輸送的液體的壓力能，再將液體的壓力能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，從而對外做功。一個(gè)完整的液壓系統(tǒng)要能正常工作，一般要包括5個(gè)組成部分。液壓傳動(dòng)系統(tǒng)組成部分如表8-1所示。上一頁下一頁返回8.1認(rèn)識液壓千斤頂8.1.2液壓傳動(dòng)的特點(diǎn)與應(yīng)用一、液壓傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)液壓傳動(dòng)與其他傳動(dòng)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)。(1)傳動(dòng)平穩(wěn)。在液壓傳動(dòng)裝置中，由于油液的壓縮量非常小，在通常壓力下可以認(rèn)為不可壓縮，依靠油液的連續(xù)流動(dòng)進(jìn)行傳動(dòng)。油液有吸振能力，在油路中還可以設(shè)置液壓緩沖裝置，故不像機(jī)械機(jī)構(gòu)因加工和裝配誤差會引起振動(dòng)和撞擊，從而使傳動(dòng)十分平穩(wěn)，便于實(shí)現(xiàn)頻繁的換向;因此它廣泛地應(yīng)用在要求傳動(dòng)平穩(wěn)的機(jī)械上，如磨床就全都采用了液壓傳動(dòng)。上一頁下一頁返回8.1認(rèn)識液壓千斤頂(2)質(zhì)量輕、體積小。在輸出同樣功率的條件下，液壓傳動(dòng)體積和質(zhì)量小，因此慣性小、動(dòng)作靈敏;這對液壓仿形、液壓自動(dòng)控制和要求減輕質(zhì)量的機(jī)器來說，是特別重要的。例如，現(xiàn)今的挖掘機(jī)占絕大部分的是全液壓全回轉(zhuǎn)挖掘機(jī)。(3)承載能力大。液壓傳動(dòng)易于獲得很大的力和轉(zhuǎn)矩，因此廣泛用于壓制機(jī)、隧道掘進(jìn)機(jī)、萬噸輪船操舵機(jī)和萬噸水壓機(jī)、集裝箱龍門吊等。(4)容易實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速。在液壓傳動(dòng)中，調(diào)節(jié)液體的流量就可實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速，并且調(diào)速范圍很大，最大可達(dá)2000:1。(5)易于實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)。液壓系統(tǒng)中采取了很多安全保護(hù)措施，能夠自動(dòng)防止過載，避免發(fā)生事故。上一頁下一頁返回8.1認(rèn)識液壓千斤頂(6)液壓元件能夠自動(dòng)潤滑。由于采用液壓油作為工作介質(zhì)，使液壓傳動(dòng)裝置能自動(dòng)潤滑，因此元件的使用壽命較長。(7)容易實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的動(dòng)作。采用液壓傳動(dòng)能獲得各種復(fù)雜的機(jī)械動(dòng)作，如仿形車床的液壓仿形刀架、數(shù)控銑床的液壓工作臺，可加工出不規(guī)則形狀的零件。(8)簡化機(jī)構(gòu)。采用液壓傳動(dòng)可大大地簡化機(jī)械結(jié)構(gòu)，從而減少了機(jī)械零部件數(shù)目。(9)便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。液壓系統(tǒng)中，液體的壓力、流量和方向是非常容易控制的，再加上電氣裝置的配合，很容易實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的自動(dòng)工作循環(huán)。目前，液壓傳動(dòng)在要求比較高的組合機(jī)床和自動(dòng)線上應(yīng)用得很普遍。上一頁下一頁返回8.1認(rèn)識液壓千斤頂二、液壓傳動(dòng)的缺點(diǎn)液壓傳動(dòng)具有以下缺點(diǎn)。(1)工作過程中常有較多的能量損失(如摩擦損失、泄漏損失等)，不易保證嚴(yán)格的傳動(dòng)比。(2)對油溫變化比較敏感，工作穩(wěn)定性很容易受到溫度的影響，不宜在很高或很低的溫度條件下工作。(3)為了減少泄漏，液壓元件在制造精度上的要求較高，造價(jià)較貴，對工作介質(zhì)的污染比較敏感。(4)液壓傳動(dòng)出現(xiàn)故障時(shí)查找困難。液壓傳動(dòng)在各類機(jī)械行業(yè)中的應(yīng)用實(shí)例如表8-2所示。上一頁下一頁返回8.1認(rèn)識液壓千斤頂8.1.3液壓油液壓油在液壓系統(tǒng)中起著能量傳遞、系統(tǒng)潤滑、防腐、防銹、冷卻等作用。液壓油的質(zhì)量直接影響液壓系統(tǒng)的工作性能。液壓傳動(dòng)中涉及的液壓油最主要的性質(zhì)是茹性和可壓縮性。一、私性與可壓縮性1.性當(dāng)液體在外力作用下流動(dòng)(或有流動(dòng)趨勢)時(shí)，由分子間的內(nèi)聚力阻止分子相對運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生一種內(nèi)摩擦力，這種性質(zhì)叫做液體的茹性。液體只有在流動(dòng)(或有流動(dòng)趨勢)時(shí)才會呈現(xiàn)茹性，靜止的液體是不呈現(xiàn)茹性的。正是由于液體具有茹性才導(dǎo)致液體在流動(dòng)時(shí)的能量損失。上一頁下一頁返回8.1認(rèn)識液壓千斤頂液體的茹性可用動(dòng)力黏度μ來表示，其單位是Pa·s。在實(shí)際工程中，常用運(yùn)動(dòng)黏度γ作為液體黏度的標(biāo)志。運(yùn)動(dòng)黏度是動(dòng)力黏度μ與液體密度ρ的比值，其單位為m2/s或mm2/s。液壓油的黏度等級是以其在溫度為40℃時(shí)運(yùn)動(dòng)黏度的平均值來表示的。例如，L一HM32液壓油的黏度等級為32，表示其在溫度為40℃時(shí)運(yùn)動(dòng)黏度的平均值為32mm2/s。溫度對液壓油的黏度的變化極為敏感，溫度升高，黍占度下降。不同種類的液壓油的黏度隨溫度變化的程度各不相同。除溫度對黏度有影響外，壓力對黏度也有影響。液體所受壓力增大時(shí)，其內(nèi)聚力增大，黍占度也隨之增大，但對于一般的液壓系統(tǒng)，當(dāng)壓力在32MPa以下時(shí)，壓力對黏度的影響不大，可以忽略不計(jì)。上一頁下一頁返回8.1認(rèn)識液壓千斤頂當(dāng)壓力較高時(shí)或壓力變化較大時(shí)，黍占度的變化則不容忽視。2.可壓縮性液體受壓力作用后發(fā)生體積變化的性質(zhì)稱為可壓縮性。對于一般的液壓系統(tǒng)，當(dāng)壓力不大時(shí)，液體的可壓縮性很小，因此可認(rèn)為液體是不可壓縮的;而在壓力變化很大的高壓系統(tǒng)中，就必須考慮對液體可壓縮性的影響，因?yàn)樵谝簤合到y(tǒng)的實(shí)際工作中油液里常常存在游離氣泡，而氣體的可壓縮性比液體大得多，所以當(dāng)受壓體積較大、工作壓力過高時(shí)，液體的可壓縮性顯著提高，將嚴(yán)重影響液壓系統(tǒng)的工作性能。因此，在液壓系統(tǒng)中應(yīng)使油液中的空氣含量減小到最低。上一頁下一頁返回8.1認(rèn)識液壓千斤頂二、液壓油的選用合理地選擇和使用液壓油，是保證液壓系統(tǒng)正常和高效率工作的條件。選用液壓油時(shí)通常采用兩種方法:一是按液壓元件生產(chǎn)廠所提供的說明書中推薦的油類品種和規(guī)格選用液壓油;二是根據(jù)液壓系統(tǒng)的具體情況，例如工作壓力高低、工作溫度高低、運(yùn)動(dòng)速度大小、液壓元件的種類等因素，全面考慮選用液壓油。在選用時(shí)，主要是確定液壓油的黏度范圍、品種及系統(tǒng)工作時(shí)的特殊要求。黏度是液壓油的最重要的性能指標(biāo)之一。它對液壓系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性、工作可靠性、系統(tǒng)效率等有顯著影響，所以必須根據(jù)具體要求選擇合適的黏度。上一頁下一頁返回8.1認(rèn)識液壓千斤頂1.環(huán)境溫度礦物油的黏度受溫度的影響變化很大。為保證在工作溫度時(shí)有較適宜的黏度，在選用過程中，當(dāng)環(huán)境溫度較高時(shí)宜采用黏度較大的液壓油;當(dāng)環(huán)境溫度較低時(shí)宜采用黏度較小的液壓油。2.液壓系統(tǒng)工作壓力當(dāng)系統(tǒng)工作壓力較高時(shí)，宜選用黏度較大的液壓油，以免系統(tǒng)泄漏過多，效率過低;當(dāng)系統(tǒng)工作壓力較低時(shí)，宜選用黏度較小的液壓油，以減少壓力損失。上一頁下一頁返回8.1認(rèn)識液壓千斤頂3.運(yùn)動(dòng)速度當(dāng)工作部件運(yùn)動(dòng)速度較高時(shí)，為減少由于與液體摩擦而造成的能量損失，宜選用黏度較小的液壓油;反之，當(dāng)工作部件運(yùn)動(dòng)速度較低時(shí)，宜選用黏度較大的液壓油。4.設(shè)備的特殊要求精密設(shè)備和一般機(jī)械對黏度的要求不同，精密設(shè)備宜選用黏度較小的液壓油。上一頁下一頁返回8.1認(rèn)識液壓千斤頂5.液壓泵的類型液壓泵是液壓系統(tǒng)的重要元件，它對液壓油黏度的要求較高。一般情況下，可將液壓泵要求的黏度作為選擇液壓油的基準(zhǔn)。液壓泵用油黏度范圍如表8-3所示。液壓油品種的選擇是否合適，對液壓系統(tǒng)的工作影響也大。我國液壓油的主要品種、黍占度等級和特性如表8-4所示。上一頁返回8.2認(rèn)識液壓傳動(dòng)中的能量損失和兩種現(xiàn)象8.2.1管路中液體的壓力損失和流量損失一、壓力損失壓力損失分為沿程壓力損失和局部壓力損失兩種。沿程壓力損失是當(dāng)液體在直徑不變的直管中流過一段距離時(shí)，因摩擦而產(chǎn)生的壓力損失。局部壓力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失等于沿程壓力損失與局部壓力損失之和。要準(zhǔn)確地計(jì)算出總的壓力損失的數(shù)值是比較困難的，但傳動(dòng)中的壓力損失會造成功率的損耗，所以生產(chǎn)實(shí)踐中應(yīng)盡量減少壓力損失。通過提高管道內(nèi)壁的加工質(zhì)量，盡量縮短管道長度，減少管道截面的突變及彎曲，就能使壓力損失控制在較小的范圍內(nèi)。下一頁返回二、流量損失在液壓系統(tǒng)正常工作的情況下，從液壓元件的密封間隙漏過少量油液的現(xiàn)象稱為泄漏。在液壓系統(tǒng)中，各液壓元件都有相對運(yùn)動(dòng)的表面，如液壓缸內(nèi)表面和活塞外表面，它們之間必然存在一定的間隙，當(dāng)間隙的兩端有壓力差時(shí)，就會有油液從這些間隙中流走。所以，液壓系統(tǒng)中泄漏現(xiàn)象總是存在的。液壓系統(tǒng)的泄漏包括內(nèi)泄漏和外泄漏兩種。液壓元件內(nèi)部高、低壓腔間的泄漏稱為內(nèi)泄漏。液壓系統(tǒng)內(nèi)部由于液壓元件密封不完善而造成的油液漏到系統(tǒng)外部的泄漏稱為外泄漏。上一頁下一頁返回8.2認(rèn)識液壓傳動(dòng)中的能量損失和兩種現(xiàn)象液壓系統(tǒng)的泄漏必然引起流量損失，使液壓泵輸出的流量不能全部流入液壓缸等執(zhí)行元件。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(shí)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泄漏系數(shù)來估算。8.2.2液壓沖擊現(xiàn)象與空穴現(xiàn)象一、液壓沖擊在液壓系統(tǒng)中，由于某種原因，液體壓力在某一瞬時(shí)會突然升高，產(chǎn)生很大的壓力峰值，這種現(xiàn)象稱為液壓沖擊。上一頁下一頁返回8.2認(rèn)識液壓傳動(dòng)中的能量損失和兩種現(xiàn)象液壓沖擊的壓力峰值往往比正常工作壓力高許多倍，且伴有巨大的震動(dòng)和噪聲，有時(shí)也會對液壓元件或管件造成較大的損傷，特別是在高壓、高速及大流量的系統(tǒng)中其后果更嚴(yán)重。因此在操作液壓設(shè)備時(shí)要盡力避免液壓沖擊的形成。1.液壓沖擊的原因(1)管路中閥口突然關(guān)閉。當(dāng)閥門開啟時(shí)設(shè)管路中壓力恒定不變，若閥門突然關(guān)死，則管路中液體立即停止運(yùn)動(dòng)，此時(shí)油液流動(dòng)的動(dòng)能將轉(zhuǎn)化為油液的擠壓能，從而使壓力急劇升高，造成液壓沖擊。液壓沖擊的實(shí)質(zhì)主要是，管路中液體因突然停止流動(dòng)而導(dǎo)致其動(dòng)能向壓力能的瞬間轉(zhuǎn)變。上一頁下一頁返回8.2認(rèn)識液壓傳動(dòng)中的能量損失和兩種現(xiàn)象(2)高速運(yùn)動(dòng)的部件突然被制動(dòng)。高速運(yùn)動(dòng)的工作部件的慣性力也會引起系統(tǒng)中的壓力沖擊。例如，油缸部件要換向時(shí)，換向閥迅速關(guān)閉油缸原來的排油管路，這時(shí)油液不再排出，但活塞由于慣性作用仍在運(yùn)動(dòng)，從而引起壓力急劇上升造成壓力沖擊。液壓缸活塞在行程中途或缸端突然停止或反向、主換向閥換向過快等，也會產(chǎn)生液壓沖擊。(3)某些元件動(dòng)作不夠靈敏。液壓系統(tǒng)中某些元件的動(dòng)作不夠靈敏，也會產(chǎn)生液壓沖擊。例如，系統(tǒng)壓力突然升高，但溢流閥反應(yīng)遲鈍，不能迅速打開時(shí)，便產(chǎn)生壓力超調(diào)，也稱壓力沖擊。上一頁下一頁返回8.2認(rèn)識液壓傳動(dòng)中的能量損失和兩種現(xiàn)象2.減小液壓沖擊的措施(1)緩慢關(guān)閉閥門，削減沖擊波的強(qiáng)度。(2)在容易產(chǎn)生液壓沖擊能力的地方設(shè)置蓄能器，以減小沖擊波傳播的距離。(3)應(yīng)將管中流速限制在適當(dāng)范圍內(nèi)，或采用橡膠軟管，吸收液壓沖擊能量，降低液壓沖擊力。(4)在液壓缸端部設(shè)置緩沖裝置。(5)在液壓缸回油控制油路中設(shè)置平衡閥或背壓閥，以控制工作裝置下降時(shí)或水平運(yùn)動(dòng)時(shí)的沖擊速度，并可適當(dāng)調(diào)高背壓壓力。上一頁下一頁返回8.2認(rèn)識液壓傳動(dòng)中的能量損失和兩種現(xiàn)象二、空穴現(xiàn)象在液壓系統(tǒng)中，當(dāng)某處壓力低于油液工作溫度下的空氣分離壓力時(shí)，油液中的空氣會分離出來形成大量氣泡，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)象稱為空穴現(xiàn)象。當(dāng)油液中壓力進(jìn)一步降低到油液工作溫度下的飽和蒸氣壓時(shí)，油液會迅速汽化形成大量的蒸氣氣泡，使空穴現(xiàn)象更嚴(yán)重。液壓系統(tǒng)中出現(xiàn)空穴現(xiàn)象后，氣泡隨油液流到高壓區(qū)時(shí)，在高壓作用下氣泡會迅速破裂，周圍液體質(zhì)點(diǎn)以極快速度來填補(bǔ)這一空穴，液體質(zhì)點(diǎn)間高速碰撞而形成局部液壓沖擊，使局部的壓力和溫度均急劇升高，產(chǎn)生強(qiáng)烈的振動(dòng)和噪聲。上一頁下一頁返回8.2認(rèn)識液壓傳動(dòng)中的能量損失和兩種現(xiàn)象在氣泡凝聚處附近的管壁和元件表面，因長期承受液壓沖擊及高溫作用，以及油液中逸出氣體的較強(qiáng)腐蝕作用，使管壁和元件表面金屬顆粒被剝落，這種因空穴現(xiàn)象而產(chǎn)生的表面腐蝕稱為氣蝕?？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)，液流速度增大，壓力大幅度下降，就可能出現(xiàn)空穴現(xiàn)象。液壓泵的安裝高度過高、吸油管道內(nèi)徑過小、吸油阻力太大或液壓泵轉(zhuǎn)速過高、吸油不充足等，均可能產(chǎn)生空穴現(xiàn)象。上一頁下一頁返回8.2認(rèn)識液壓傳動(dòng)中的能量損失和兩種現(xiàn)象為了防止空穴現(xiàn)象的產(chǎn)生，要防止液壓系統(tǒng)中的壓力過度降低，一般可采取的措施:減小流經(jīng)節(jié)流小孔前后的壓力差，小孔前后的壓力比ρ1/ρ2<3.5;正確設(shè)計(jì)液壓泵的結(jié)構(gòu)參數(shù)，適當(dāng)加大吸油管內(nèi)徑，使吸油管中液流速度不致太高;降低液壓泵的吸油高度，盡量減小吸油管路中的壓力損失;盡量避免急劇轉(zhuǎn)彎或存在局部狹窄處;管接頭應(yīng)有良好密封;過濾器要及時(shí)清洗或更換濾芯以防堵塞;對高壓泵宜設(shè)置輔助泵向液壓泵的吸油口供應(yīng)足夠的低壓油;通過增加零件的機(jī)械強(qiáng)度、采用抗腐蝕能力強(qiáng)的金屬材料和提高零件的表面加工質(zhì)量等方法提高液壓元件的抗氣蝕能力。上一頁返回8.2認(rèn)識液壓傳動(dòng)中的能量損失和兩種現(xiàn)象8.3液壓千斤頂?shù)氖褂迷诹私庖簤簜鲃?dòng)系統(tǒng)的組成和液壓千斤頂?shù)墓ぷ髟砗?，進(jìn)一步通過液壓千斤頂?shù)氖褂糜?xùn)練加深對液壓傳動(dòng)的特點(diǎn)及應(yīng)用的理解，同時(shí)學(xué)會正確使用液壓千斤頂。一、訓(xùn)練目的(1)認(rèn)識液壓千斤頂?shù)慕M成。(2)學(xué)會使用手動(dòng)分離式液壓千斤頂。下一頁返回8.3液壓千斤頂?shù)氖褂枚?、操作方?.安裝與拆卸分離式液壓千斤頂?shù)谋门c液壓缸是分離的，中間用高壓軟管相連。具有輕便靈活、攜帶方便、頂力大的特點(diǎn)。(1)查看液壓千斤頂?shù)募夹g(shù)參數(shù)、液壓油的品種和黏度等級。(2)將油泵上高壓膠管的接頭與千斤頂上的接頭配合，再分別旋緊油泵千斤頂上的放油螺釘，如圖8-2所示。注意連接高壓管時(shí)要在無壓力的基礎(chǔ)上連接。上一頁下一頁返回8.3液壓千斤頂?shù)氖褂?3)泵體的油量若不足，需加