液壓與氣動(dòng)技術(shù) 第2版 課件 項(xiàng)目5 認(rèn)識(shí)液壓系統(tǒng)

液壓與氣壓系統(tǒng)控制

Hydraulicandpneumaticcontrolsystem泰州職業(yè)技術(shù)學(xué)院智能制造學(xué)院項(xiàng)目5認(rèn)識(shí)液壓系統(tǒng)

任務(wù)5.1認(rèn)識(shí)液壓千斤頂及工作原理認(rèn)識(shí)液壓千斤頂及工作原理學(xué)習(xí)目標(biāo)理解液壓系統(tǒng)的基本工作原理；理解液壓系統(tǒng)的壓力、速度、流量、功率；認(rèn)識(shí)液壓千斤頂及工作原理任務(wù)布置液壓千斤頂又稱油壓千斤頂，是一種采用柱塞或液壓缸作為剛性頂舉件的千斤頂。觀察液壓千斤頂?shù)墓ぷ鬟^(guò)程，分析液壓千斤頂?shù)墓ぷ髟?，了解液壓系統(tǒng)的基本工作原理和基本概念。認(rèn)識(shí)液壓千斤頂及工作原理相關(guān)知識(shí)液壓千斤頂?shù)幕窘M成和工作原理力比關(guān)系帕斯卡原理“在密閉容器內(nèi)，施加于靜止液體上的壓力將以等值同時(shí)傳到液體各點(diǎn)”重要基本概念一：“工作壓力取決于負(fù)載”，而與流入的液體多少無(wú)關(guān)若W=0，p=？認(rèn)識(shí)液壓千斤頂及工作原理運(yùn)動(dòng)關(guān)系活塞的運(yùn)動(dòng)速度和活塞的作用面積成反比。重要基本概念二：“速度取決于流量”即“活塞的運(yùn)動(dòng)速度v取決于進(jìn)入液壓（氣壓）缸（馬達(dá)）的流量q，而與液體壓力p大小無(wú)關(guān)”流量q(Ah/t):單位時(shí)間內(nèi)流過(guò)某一截面積為A的流體體積（m3/s、l/min）認(rèn)識(shí)液壓千斤頂及工作原理功率關(guān)系壓力p和流量q是流體傳動(dòng)中最基本、最重要的兩個(gè)參數(shù)，它們相當(dāng)于機(jī)械傳動(dòng)中的力和速度，它們的乘積即為功率。液壓與氣壓傳動(dòng)是以流體的壓力能來(lái)傳遞動(dòng)力的認(rèn)識(shí)液壓千斤頂及工作原理任務(wù)實(shí)施觀察液壓千斤頂工作過(guò)程。分析液壓千斤頂工作原理。液壓與氣壓系統(tǒng)控制

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任務(wù)5.2認(rèn)識(shí)磨床液壓系統(tǒng)認(rèn)識(shí)磨床液壓系統(tǒng)學(xué)習(xí)目標(biāo)了解液壓系統(tǒng)組成與特點(diǎn)能辨別幾種常見(jiàn)液壓元件與圖形符號(hào)；能初步閱讀液壓系統(tǒng)回路圖；熟悉Fluidsim—H軟件基本操作：認(rèn)識(shí)磨床液壓系統(tǒng)任務(wù)布置磨床工作臺(tái)工作通常采用液壓傳動(dòng)控制，要求觀察磨床工作臺(tái)的工作情況和其液壓控制系統(tǒng)，了解液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的組成與特點(diǎn)。認(rèn)識(shí)磨床液壓系統(tǒng)知識(shí)鏈接磨床工作臺(tái)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)工作原理油路—圖示、左位、右位控制—

換向：換向閥

調(diào)速：節(jié)流閥

調(diào)壓：溢流閥

認(rèn)識(shí)磨床液壓系統(tǒng)知識(shí)鏈接磨床工作臺(tái)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)工作原理油路—圖示控制—

換向：換向閥

調(diào)速：節(jié)流閥

調(diào)壓：溢流閥

認(rèn)識(shí)磨床液壓系統(tǒng)知識(shí)鏈接磨床工作臺(tái)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)工作原理油路—圖示、左位、右位控制—

換向：換向閥

調(diào)速：節(jié)流閥

調(diào)壓：溢流閥

認(rèn)識(shí)磨床液壓系統(tǒng)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的組成1)動(dòng)力裝置

液壓泵或氣源裝置，其功能是將原動(dòng)機(jī)輸入的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成流體的壓力能，為系統(tǒng)提供動(dòng)力2)執(zhí)行裝置

液壓缸或氣缸、液壓馬達(dá)或氣馬達(dá)，功能是將流體的壓力能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，輸出力和速度或轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速），以帶動(dòng)負(fù)載進(jìn)行直線運(yùn)動(dòng)或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)3)控制裝置

壓力、流量和方向控制閥，作用是控制和調(diào)節(jié)系統(tǒng)中流體的壓力、流量和流動(dòng)方向，以保證執(zhí)行元件達(dá)到所要求的輸出力（或力矩）、運(yùn)動(dòng)速度和運(yùn)動(dòng)方向4)輔助裝置，保證系統(tǒng)正常工作所需要的輔助裝置，包括管道、管接頭、油箱或儲(chǔ)氣罐、過(guò)濾器和壓力計(jì)5)工作介質(zhì)認(rèn)識(shí)磨床液壓系統(tǒng)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)圖及圖形符號(hào)在工程實(shí)際中，一般都用簡(jiǎn)單的圖形符號(hào)繪制液壓系統(tǒng)原理圖如圖1.3所示,國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB786.1-93規(guī)定了各元件的圖形符號(hào)認(rèn)識(shí)磨床液壓系統(tǒng)液壓傳動(dòng)的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：1)單位功率的重量輕，結(jié)構(gòu)尺寸小。2)工作比較平穩(wěn)，換向沖擊小，反應(yīng)快。3)能在大范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速(調(diào)速范圍最大可達(dá)1:2000)，而且調(diào)速性能好。4)操縱、控制調(diào)節(jié)比較方便、省力，便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，尤其和電氣控制結(jié)合起來(lái)，能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的順序動(dòng)作和遠(yuǎn)程控制。5)液壓裝置易于實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)，而且工作油液能使零件實(shí)現(xiàn)自潤(rùn)滑，故使用壽命長(zhǎng)。6)液壓元件已實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化，便于設(shè)計(jì)和選用，液壓元件的布置更為方便，成本較低。認(rèn)識(shí)磨床液壓系統(tǒng)缺點(diǎn)：1)油的泄漏和液體的可壓縮性會(huì)影響執(zhí)行元件運(yùn)動(dòng)的準(zhǔn)確性，故無(wú)法保證嚴(yán)格的傳動(dòng)比。2)液壓傳動(dòng)對(duì)油溫變化比較敏感，其工作穩(wěn)定性很容易受到溫度的影響，因此它不宜在很高或很低的溫度條仵下工作。3)能量損失較大(摩擦損失、泄漏損失、節(jié)流和溢流損失等)，故傳動(dòng)效率不高，不宜做遠(yuǎn)距離傳動(dòng)。4)液壓元件在制造精度上的要求較高，因此它的造價(jià)較高，使用維護(hù)比較嚴(yán)格。5)系統(tǒng)的故障原因有時(shí)不易查明。認(rèn)識(shí)磨床液壓系統(tǒng)液壓傳動(dòng)的應(yīng)用和發(fā)展當(dāng)前，液壓技術(shù)正向高壓、高速、大功率、高效、低噪聲、高性能、高度集成化、模塊化、智能化的方向發(fā)展。同時(shí)，新型液壓元件的應(yīng)用和液壓系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)，機(jī)電一體化技術(shù)，以及污染控制技術(shù)等也是當(dāng)前液壓傳動(dòng)及控制技術(shù)發(fā)展和研究的方向。認(rèn)識(shí)磨床液壓系統(tǒng)任務(wù)實(shí)施觀察磨床工作臺(tái)工作情況。觀察磨床工作臺(tái)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)。利用fluidsim軟件繪制磨床工作臺(tái)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)原理圖。認(rèn)識(shí)磨床液壓系統(tǒng)任務(wù)拓展查找資料了解液壓傳動(dòng)在生活或工業(yè)中的應(yīng)用，并舉出兩到三個(gè)實(shí)例。液壓與氣壓系統(tǒng)控制

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任務(wù)5.3認(rèn)識(shí)液壓傳動(dòng)介質(zhì)認(rèn)識(shí)液壓傳動(dòng)介質(zhì)學(xué)習(xí)目標(biāo)掌握工作介質(zhì)的基本性質(zhì)；了解工作介質(zhì)的污染原因、危害及其控制方法；了解液壓油的選用方法。認(rèn)識(shí)液壓傳動(dòng)介質(zhì)任務(wù)布置觀察不同型號(hào)和種類的液壓油的外觀、流動(dòng)狀態(tài)，了解液壓油的物理特性，學(xué)習(xí)液壓油選用方法，了解液壓系統(tǒng)的污染和控制方法。認(rèn)識(shí)液壓傳動(dòng)介質(zhì)相關(guān)知識(shí)液壓傳動(dòng)工作介質(zhì)的物理性質(zhì)密度單位體積液體所具有的質(zhì)量為該液體的密度，用公式表示為液體的密度隨著壓力或溫度的變化而變化，但變化量一般很小，

在工程計(jì)算中可以忽略不計(jì)。在進(jìn)行液壓系統(tǒng)相關(guān)的計(jì)算時(shí)，通常取液壓油的密度為900Kg/m3。

認(rèn)識(shí)液壓傳動(dòng)介質(zhì)可壓縮性液體受增大的壓力作用而使體積縮小的性質(zhì)稱為液體的可壓縮性。一般情況下，工作介質(zhì)的可壓縮性在研究液壓系統(tǒng)靜態(tài)（穩(wěn)態(tài)）條件下工作的性能時(shí)，影響不大，可以不予考慮；但在高壓下或研究系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能及計(jì)算遠(yuǎn)距離操縱的液壓系統(tǒng)時(shí)，必須予以考慮。認(rèn)識(shí)液壓傳動(dòng)介質(zhì)粘性液體在外力作用下流動(dòng)時(shí)，分子間的內(nèi)聚力會(huì)阻礙分子間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生一種內(nèi)摩擦力,這一特性稱作液體的粘性。液體只有在流動(dòng)（或有流動(dòng)趨勢(shì)）時(shí)才會(huì)呈現(xiàn)出粘性，靜止液體是不呈現(xiàn)粘性的。粘性是液體重要的物理特性，是選擇液壓油的主要依據(jù)。度量粘性大小的物理量稱為粘度。常用的粘度有三種：動(dòng)力粘度、運(yùn)動(dòng)粘度、相對(duì)粘度。

認(rèn)識(shí)液壓傳動(dòng)介質(zhì)動(dòng)力粘度動(dòng)力粘度的物理意義就是液體在單位速度梯度下，單位面積上的內(nèi)摩擦力大小?？梢岳斫鉃椋好娣e為1cm2，相距為1cm的兩層液體，以1cm/s的速度相對(duì)運(yùn)動(dòng)，此時(shí)所產(chǎn)生的內(nèi)摩擦力大小。在國(guó)際單位制和我國(guó)的法定計(jì)量單位中單位為:（帕·秒）或(?！っ?米2)；在厘米·克·秒（CGS）制中單位為:P（泊）或cP（厘泊）。認(rèn)識(shí)液壓傳動(dòng)介質(zhì)運(yùn)動(dòng)粘度在同一溫度下，液體的動(dòng)力粘度與它的密度之比稱為運(yùn)動(dòng)粘度。在國(guó)際單位制和我國(guó)的法定計(jì)量單位中單位為；在厘米·克·秒（CGS）制中單位為cm2/s，通常稱為St（斯）。St的單位較大，工程上常用cSt（厘斯）來(lái)表示，1St=100cSt。因運(yùn)動(dòng)粘度具有長(zhǎng)度和時(shí)間的量綱，即具有運(yùn)動(dòng)學(xué)的量，故叫運(yùn)動(dòng)粘度。運(yùn)動(dòng)粘度沒(méi)有明確的物理意義，習(xí)慣上常用來(lái)標(biāo)志液體的粘度。液壓油牌號(hào)就是這種油液在40℃時(shí)的運(yùn)動(dòng)粘度的平均值。如40號(hào)液壓油就是指這種液壓油在40℃時(shí)的運(yùn)動(dòng)粘度的平均值為40cSt（厘斯）。認(rèn)識(shí)液壓傳動(dòng)介質(zhì)相對(duì)粘度

相對(duì)粘度是特定測(cè)量條件下制定的，又稱為條件粘度。測(cè)量條件不同，各國(guó)采用的相對(duì)粘度單位也不同。中國(guó)、德國(guó)、俄羅斯用恩氏粘度

；美國(guó)、英國(guó)采用通用賽氏秒

或商用雷氏秒R1S。恩氏粘度的測(cè)定方法：將200mL溫度為t℃的被測(cè)液體裝入恩氏粘度計(jì)的容器內(nèi)，測(cè)液體從底部

2.8mm的小孔流盡所需時(shí)間

，再測(cè)出相同體積溫度為20℃的蒸餾水在同一粘度計(jì)中流盡所需的時(shí)間

，這兩個(gè)時(shí)間之比即為被測(cè)液體在t℃下的恩氏粘度。恩氏粘度與運(yùn)動(dòng)粘度間的換算關(guān)系式為恩氏粘度測(cè)定認(rèn)識(shí)液壓傳動(dòng)介質(zhì)粘度與溫度的關(guān)系

溫度對(duì)油液粘度的影響很大，如圖所示，當(dāng)油溫升高時(shí)，其粘度顯著下降，這一特性稱為油液的粘溫特性，粘溫特性直接影響液壓系統(tǒng)的性能和泄漏量，因此希望油液的粘度隨溫度的變化越小越好。壓力對(duì)粘度的影響

當(dāng)油液所受的壓力加大時(shí)，其分子間的距離就縮小，內(nèi)聚力增加，粘度會(huì)變大。但是這種變化在低壓時(shí)并不明顯，可以忽略不計(jì)；在高壓情況下，這種變化不可忽略。認(rèn)識(shí)液壓傳動(dòng)介質(zhì)液壓系統(tǒng)工作介質(zhì)選擇工作介質(zhì)的性能要求要有合適地粘度和較好的粘溫特性；要有良好的潤(rùn)滑性能；防腐性、防銹性要好，抗泡沫性；抗乳化性、抗磨性要好；抗氧化性、抗剪切穩(wěn)定性、抗空氣釋放性、抗水解安定性要好，抗低溫性要好；。與金屬和密封件、橡膠軟管、涂料等的相容性要好；流動(dòng)點(diǎn)和凝固點(diǎn)要低，閃點(diǎn)和燃點(diǎn)高，比熱容和熱導(dǎo)率要大，體積膨脹要小。認(rèn)識(shí)液壓傳動(dòng)介質(zhì)工作介質(zhì)的類型與選用主要有石油基液壓油和難燃液壓油。90％以上的液壓設(shè)備采用石油基液壓油。石油基液壓油以全損耗系統(tǒng)用油為基料，這種油價(jià)格低，但物理化學(xué)性能較差，只能用在壓力較低和要求不高的場(chǎng)合。為了性能，往往要加入各種添加劑。添加劑有兩類：一類是改善油液化學(xué)性能的，如抗氧化劑、防腐劑、防銹劑等；另一類是改善油液物理性能的，如增粘劑、抗磨劑、防爬劑等。認(rèn)識(shí)液壓傳動(dòng)介質(zhì)工作介質(zhì)的類型與選用在選擇工作介質(zhì)時(shí)，需考慮的因素主要是：1）液壓系統(tǒng)的環(huán)境條件

如氣溫的變化情況，系統(tǒng)的冷卻條件，有無(wú)高溫?zé)嵩春兔骰?，抑制噪聲能力，廢液再生處理及環(huán)保要求。2）液壓系統(tǒng)的工作條件

如壓力范圍、液壓泵的類型和轉(zhuǎn)速、溫度范圍、與金屬及密封和涂料的相容性、系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間和工作特點(diǎn)等。液壓泵的工作條件是選擇液壓油的重要依據(jù)，應(yīng)盡可能滿足液壓泵樣本中提出的油品要求，系統(tǒng)壓力和執(zhí)行裝置工作速度也是選擇液壓油的重要依據(jù)。3）液壓油的性質(zhì)

如液壓油的理化指標(biāo)和使用性能，各類液壓油的特性等。4）經(jīng)濟(jì)性和供貨情況

如液壓油的價(jià)格、使用壽命、對(duì)液壓元件壽命的影響、當(dāng)?shù)赜推返呢浽匆约熬S護(hù)、更換的難易程度等。認(rèn)識(shí)液壓傳動(dòng)介質(zhì)液壓油的污染及其控制污染產(chǎn)生的原因外界侵入物的污染；工作過(guò)程中產(chǎn)生的污染。防止污染的措施（1）使用前嚴(yán)格清洗元件和系統(tǒng)；（2）防止污染物從外界侵入；（3）用合適的過(guò)濾器；（4）控制液壓油的工作溫度；（5）定期檢查和更換液壓油。

認(rèn)識(shí)液壓傳動(dòng)介質(zhì)任務(wù)實(shí)施觀察幾種不同液體的流動(dòng)，分析其流動(dòng)的主要影響因素。查詢相關(guān)資料或者到企業(yè)實(shí)際調(diào)查，了解實(shí)際中液壓油的選用方法和防止污染的措施。液壓與氣壓系統(tǒng)控制

Hydraulicandpneumaticcontrolsystem泰州職業(yè)技術(shù)學(xué)院智能制造學(xué)院項(xiàng)目5認(rèn)識(shí)液壓系統(tǒng)

任務(wù)5.4液壓泵吸油口真空度分析液壓泵吸油口真空度分析學(xué)習(xí)目標(biāo)了解液體靜力學(xué)和動(dòng)力學(xué)基本方程，掌握方程的運(yùn)用；能夠運(yùn)用液體力學(xué)方程分析液壓系統(tǒng)中的常見(jiàn)物理現(xiàn)象；了解氣穴現(xiàn)象產(chǎn)生的原因、危害。液壓泵吸油口真空度分析任務(wù)布置如圖所示，液壓泵的流量為q=32L/min，吸油管通道d=20mm，液壓泵吸油口距離液面高度h=500mm，液壓油的運(yùn)動(dòng)粘度v=20×10-6m2/s，密度ρ=900kg/m3。不計(jì)壓力損失，試分析液壓泵吸油口的真空度。液壓泵吸油口真空度分析相關(guān)知識(shí)液體靜力學(xué)液體靜力學(xué)是研究液體處于靜止?fàn)顟B(tài)下的力學(xué)規(guī)律。液體靜壓力靜止液體單位面積上所受的法向力稱為靜壓力。靜壓力在液體傳動(dòng)中簡(jiǎn)稱壓力。若法向作用力F均勻地作用在面積A上，則壓力可表示為，液壓泵吸油口真空度分析液體靜壓力的幾個(gè)重要特性：（1）液體靜壓力的作用方向始終指向作用面的內(nèi)法線方向。由于液體質(zhì)點(diǎn)間內(nèi)聚力很小，液體不能受拉只能受壓。（2）靜止液體中，任何一點(diǎn)所受到各個(gè)方向的液體靜壓力都相等。如果在液體中某點(diǎn)受到各個(gè)方向的壓力不等，那么液體就要運(yùn)動(dòng)，這就破壞了靜止的條件。（3）在密封容器內(nèi)，施加于靜止液體上的壓力將以等值傳遞到液體中所有各點(diǎn)，這就是帕斯卡原理，或靜壓傳遞原理。液壓泵吸油口真空度分析靜壓力方程在圖示容器中連續(xù)均質(zhì)絕對(duì)靜止的液體，上表面受到壓力p0的作用。在液面下方深度為h處，液體靜壓力由液面壓力p0和液體自重形成的壓力，即靜壓力基本方程：靜止液體在自重作用下任何一點(diǎn)的壓力隨著液體深度呈線性規(guī)律遞增。液體中壓力相等的液面叫等壓面，靜止液體的等壓面是一水平面。在一般情況下，液體自重產(chǎn)生的壓力與液體傳遞壓力相比要小得多，所以在液壓傳動(dòng)中常常忽略不計(jì)。液壓泵吸油口真空度分析液體動(dòng)力學(xué)理想液體既無(wú)粘性又不可壓縮的假想液體稱為理想液體。流量與平均流速在液壓傳動(dòng)中，一般把單位時(shí)間內(nèi)流過(guò)某通流截面的液體體積稱為流量，常用q表示在液壓傳動(dòng)中用平均流速v來(lái)求流量，并且認(rèn)為以平均流速v流過(guò)通流截面A的流量與以實(shí)際流速流過(guò)通流截面

的流量相等液壓泵吸油口真空度分析連續(xù)性方程流量連續(xù)性方程，是質(zhì)量守恒定律的另一種表示形式。這個(gè)方程式表明，不管平均流速和液流通流截面面積沿著流程怎樣變化，流過(guò)不同截面的液體流量仍然相同。

連續(xù)性方程推導(dǎo)簡(jiǎn)圖液壓泵吸油口真空度分析伯努利方程伯努利方程也稱為能量方程，它實(shí)際上是流動(dòng)液體的能量守恒定律。理想液體伯努利方程只受重力作用下的理想液體作恒定流動(dòng)時(shí)具有壓力能、位能和動(dòng)能三種能量形式，

稱為比位能，

稱為比壓能，

稱為比動(dòng)能在任一截面上這三種能量形式之間可以互相轉(zhuǎn)換三種能量在任意截面上和為一定值，即能量守恒液壓泵吸油口真空度分析實(shí)際液體的伯努利方程用單位重量液體所消耗的能量hw

對(duì)理想液體的伯努利方程進(jìn)行修正。用平均流速動(dòng)能來(lái)代替真實(shí)流速的動(dòng)能計(jì)算，將引起一定的誤差,用動(dòng)能修正系數(shù)α來(lái)糾正這一偏差。式中α——?jiǎng)幽苄拚禂?shù)（層流時(shí)α=2，紊流時(shí)α=1）hw——單位重量液體所消耗的能量應(yīng)用伯努利方程時(shí)必須注意：1）1斷面1、2需順流向選?。ǚ駝thw為負(fù)值），且應(yīng)選在緩變的過(guò)流斷面上。2）斷面中心在基準(zhǔn)面以上時(shí)，z取正值；反之取負(fù)值。通常選取特殊位置水平面作為基準(zhǔn)面。液壓泵吸油口真空度分析任務(wù)實(shí)施利用液體流動(dòng)的連續(xù)性方程和伯努利方程分析液壓泵吸油口真空度。吸油管的平均速度為：油液運(yùn)動(dòng)粘度：油液在吸油管中的雷諾數(shù)：液壓泵吸油口真空度分析由手冊(cè)查得液體在吸油管中的運(yùn)動(dòng)為層流，α=2。選取自由截面Ι－Ι和靠近吸油口的截面Ⅱ－Ⅱ列伯努利方程，以Ι－Ι截面為基準(zhǔn)面，因此z1=0，v1≈0（截面大，油箱下降速度相對(duì)于管道流動(dòng)速度要小得多），p1=pa（液面受大氣壓力的作用），即得如下伯努利方程：因

，所以泵吸油口（Ⅱ－Ⅱ截面）的真空度為：液壓泵吸油口真空度分析知識(shí)拓展

空穴、氣蝕的概念以及空穴、氣蝕的危害液壓與氣壓系統(tǒng)控制

Hydraulicandpneumaticcontrolsystem泰州職業(yè)技術(shù)學(xué)院智能制造學(xué)院項(xiàng)目5認(rèn)識(shí)液壓系統(tǒng)

任務(wù)5.5管路系統(tǒng)的流動(dòng)狀態(tài)管路系統(tǒng)的流動(dòng)狀態(tài)學(xué)習(xí)目標(biāo) 能判斷液體的流動(dòng)狀態(tài)； 了解液流在管道中流動(dòng)的特性； 了解液壓系統(tǒng)的壓力損失； 了解液體流經(jīng)小孔和縫隙的流量壓力特性； 能分析液壓系統(tǒng)的壓力損失。管路系統(tǒng)的流動(dòng)狀態(tài)任務(wù)布置液體在管路中的流動(dòng)是工程中最常見(jiàn)的，由于實(shí)際液體都是有粘性的，所有管路中的流動(dòng)必然要產(chǎn)生液壓能的損失。本任務(wù)要求了解液壓系統(tǒng)中液體在管路、局部結(jié)構(gòu)及元件中的流動(dòng)狀態(tài)，了解液壓系統(tǒng)的壓力損失和降低措施。管路系統(tǒng)的流動(dòng)狀態(tài)相關(guān)知識(shí)液體的兩種流態(tài)及雷諾數(shù)判斷層流和紊流19世紀(jì)末，英國(guó)物理學(xué)家雷諾通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)液體在管道中流動(dòng)時(shí)，有兩種完全不同的流動(dòng)狀態(tài)：層流和紊流。層流：液體流動(dòng)時(shí)，液體質(zhì)點(diǎn)間沒(méi)有橫向運(yùn)動(dòng)，且不混雜，作線狀或?qū)訝畹牧鲃?dòng)。紊流：液體流動(dòng)時(shí)，液體質(zhì)點(diǎn)有橫向運(yùn)動(dòng)或產(chǎn)生小漩渦，作雜亂無(wú)章的運(yùn)動(dòng)。管路系統(tǒng)的流動(dòng)狀態(tài)雷諾數(shù)判斷液體的流動(dòng)狀態(tài)是層流還是紊流，可以通過(guò)無(wú)量綱值雷諾數(shù)來(lái)判斷。雷諾數(shù)大就說(shuō)明慣性力起主導(dǎo)作用，這樣的液流呈紊流狀態(tài)；若雷諾數(shù)小就說(shuō)明粘性力起主導(dǎo)作用，這樣的液流呈層流狀態(tài)。當(dāng)雷諾數(shù)小于臨界雷諾數(shù)時(shí)，看作層流；反之，為紊流。管路系統(tǒng)的流動(dòng)狀態(tài)液壓系統(tǒng)的壓力損失沿程壓力損失沿程壓力損失，是指液體在直徑不變的直管中流動(dòng)時(shí)克服摩擦阻力的作用而產(chǎn)生的能量消耗。沿程壓力損失有層流沿程損失和紊流沿程壓力損失兩種。局部壓力損失局部壓力損失，就是液體流經(jīng)管道的彎頭、接頭、閥口以及突然變化的截面等處時(shí)，因流速或流向發(fā)生急劇變化而在局部區(qū)域產(chǎn)生流動(dòng)阻力所造成的壓力損失。管路中總的壓力損失所有直管中的沿程壓力損失之和與所有局部壓力損失之和的疊加管路總的壓力損失一般以局部損失為主。層流沿程壓力損失

沿程阻力系數(shù)，理論值為考慮到實(shí)際流動(dòng)時(shí)存在截面不圓、溫度變化等因素，在金屬管道中流動(dòng)時(shí)宜取在橡膠軟管中流動(dòng)時(shí)取管路系統(tǒng)的流動(dòng)狀態(tài)紊流沿程壓力損失液體在直管中紊流流動(dòng)時(shí)，其沿程壓力損失的計(jì)算公式與層流時(shí)相同，但是式中的沿程阻力系數(shù)λ有所不同。管路系統(tǒng)的流動(dòng)狀態(tài)局部壓力損失在流經(jīng)閥口、管道截面變化、彎曲等處時(shí)，由于流動(dòng)方向和速度變化及復(fù)雜的流動(dòng)現(xiàn)象(旋渦，二次流等)而造成局部能量損失對(duì)于閥和過(guò)濾器等液壓元件管路系統(tǒng)的流動(dòng)狀態(tài)管路中總的壓力損失壓力損失危害：液壓系統(tǒng)的壓力損失絕大部分轉(zhuǎn)換為熱能，使油液溫度升高、泄漏增多、傳動(dòng)效率減降低。為了減少壓力損失，常采用下列措施：盡量縮短管道，減少截面變化和管道彎曲。管道內(nèi)壁盡量做得光滑，油液粘度恰當(dāng)。由于流速的影響較大，應(yīng)將油液的流速限制在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)。管路系統(tǒng)的流動(dòng)狀態(tài)液體流經(jīng)小孔和縫隙的流量壓力特性通過(guò)薄壁小孔(孔的通流長(zhǎng)度l與孔徑d之比l/d≤0.5)的流動(dòng)通過(guò)細(xì)長(zhǎng)小孔(小孔的長(zhǎng)徑比l/d>4)的流動(dòng)短孔

(小孔的長(zhǎng)徑比0.5<l/d≤4)的流動(dòng)研究節(jié)流調(diào)速的理論基礎(chǔ)

管路系統(tǒng)的流動(dòng)狀態(tài)薄壁小孔的流量分析簡(jiǎn)圖細(xì)長(zhǎng)小孔的流量分析簡(jiǎn)圖小孔流量公式

式中參數(shù)：AT:節(jié)流口通流截面積；ΔP:節(jié)流口前后的壓差；m:由節(jié)流口的長(zhǎng)徑比決定的指數(shù).薄壁孔m=0.5，細(xì)長(zhǎng)孔m=1

C:由節(jié)流口的形式、尺寸和流體性質(zhì)決定的系數(shù)；薄壁小孔細(xì)長(zhǎng)孔C=d2/32μlCd:流量系數(shù)節(jié)流調(diào)速原理：改變AT改變流量，優(yōu)先采用薄壁孔管路系統(tǒng)的流動(dòng)狀態(tài)薄壁小孔的流量分析簡(jiǎn)圖液流流經(jīng)細(xì)長(zhǎng)孔的流量和孔前后壓差的一次方成正比；而流經(jīng)薄壁小孔的流量和小孔前后的壓力差平方根成正比，所以細(xì)長(zhǎng)小孔流量受壓力差變化影響要較大；流經(jīng)細(xì)長(zhǎng)小孔的流量和液體動(dòng)力粘度成反比，當(dāng)溫度升高時(shí)，油的粘度降低，流量上升；而流經(jīng)薄壁小孔流量基本不受粘度影響，因此細(xì)長(zhǎng)小孔流量受液體溫度變化的影響較大細(xì)長(zhǎng)小孔的流量分析簡(jiǎn)圖管路系統(tǒng)的流動(dòng)狀態(tài)液體流經(jīng)小孔的流量壓力特性液流流經(jīng)細(xì)長(zhǎng)孔的流量和孔前后壓差的一次方成正比，而流經(jīng)薄壁小孔的流量和小孔前后的壓力差平方根成正比，所以細(xì)長(zhǎng)小孔相對(duì)薄壁小孔而言，壓力差對(duì)流量的影響要大些；同時(shí)流經(jīng)細(xì)長(zhǎng)小孔的流量和液體動(dòng)力粘度成反比，當(dāng)溫度升高時(shí)，油的粘度降低，因此流量受液體溫度變化的影響較大。薄壁小孔的流量分析簡(jiǎn)圖管路系統(tǒng)的流動(dòng)狀態(tài)液體流經(jīng)縫隙的流量壓力特性油液在間隙中的流動(dòng)狀態(tài)一般是層流。在液壓系統(tǒng)中常見(jiàn)的縫隙形式有兩種：由兩平行平面形成的平面縫隙；由內(nèi)、外兩個(gè)圓柱面形成的環(huán)狀縫隙通過(guò)平行平板縫隙的壓差流動(dòng)流量與縫隙值的三

次方成正比，元件縫隙的大小對(duì)其泄漏量的影響是很大的。液壓和氣動(dòng)各零件間的配合間隙大多是圓環(huán)形間隙當(dāng)在最大偏心，理論上其流量為同心環(huán)形縫隙的流量的2.5倍。所以在液壓元件的制造裝配中，為了減少流經(jīng)縫隙的泄漏量，應(yīng)盡量使配合件處于同心狀態(tài)。管路系統(tǒng)的流動(dòng)狀態(tài)任務(wù)實(shí)施觀察水流的流動(dòng)狀態(tài)，判斷層流和紊流。查閱資料或到工廠實(shí)地調(diào)查，了解液壓系統(tǒng)的壓力損失、泄漏和控制方法。液壓與氣壓系統(tǒng)控制

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任務(wù)5.6液壓輔助元件液壓輔助元件學(xué)習(xí)目標(biāo)能夠辨別常用液壓輔助件的實(shí)物與圖形符號(hào)了解各類液壓輔助件的結(jié)構(gòu)、功用和選用方法。能夠選用常用液壓輔助元件。液壓輔助元件任務(wù)布置液壓輔助裝置是液壓系統(tǒng)不可缺少的組成部分，在液壓系統(tǒng)中起輔助作用。包括蓄能器、過(guò)濾器、油箱、油管、管接頭、密封件、壓力計(jì)、壓力開(kāi)關(guān)、熱交換器等液壓輔助元件。本任務(wù)要求了解各類常用液壓輔助件結(jié)構(gòu)、功用和選用方法。液壓輔助元件相關(guān)知識(shí)油管和管接頭油管液壓系統(tǒng)中使用的油管，有鋼管、銅管、尼龍管、塑料管、橡膠軟管等多種類型，應(yīng)根據(jù)液壓元件的安裝位置、使用環(huán)境和工作壓力等進(jìn)行選擇。液壓輔助元件管接頭管接頭必須強(qiáng)度足夠，能在振動(dòng)、壓力沖擊下保持管路的密封性。在高壓處不能向外泄漏，在有負(fù)壓的吸油管路上不允許空氣向內(nèi)滲入。焊接式管接頭多用于鋼管連接中。它連接牢固，利用球面進(jìn)行密封，簡(jiǎn)單而可靠；缺點(diǎn)是裝配時(shí)球形頭1與油管焊接，因而必須采用厚壁鋼管?？ㄌ资焦芙宇^用在鋼管連接中。它利用卡套2卡住油管1進(jìn)行密封，軸向尺寸要求不嚴(yán)，裝拆簡(jiǎn)便，不必事先焊接或擴(kuò)口，但對(duì)油管的徑向尺寸精度要求較高，一般用精度較高的冷拔鋼管作油管。液壓輔助元件擴(kuò)口式管接頭擴(kuò)口管接頭由接頭體1、管套2和接頭螺母3組成．它只適用于薄壁銅管、工作壓力不大于8MPa的場(chǎng)合。擰緊接頭螺母，通過(guò)管套就使帶有擴(kuò)口的管子壓緊密封，適用于低壓系統(tǒng)。膠管接頭膠管接頭有可拆式和扣壓式兩種，各有A、B、C三種形式。隨管徑不同可用于工作壓力在6~40MPa的液壓系統(tǒng)中，圖示為扣壓式管接頭，這種管接頭的連接和密封部分與普通的管接頭是相同的，只是要把接管加長(zhǎng)，成為芯管l，并和接頭外套2一起將軟管夾住(需在專用設(shè)備上扣壓而成)，使管接頭和膠管連成一體。液壓輔助元件快速接頭快速接頭全稱為快速裝拆管接頭，無(wú)需裝拆工具，適用于經(jīng)常裝拆處。圖示為油路接通的工作位置，需要斷開(kāi)油路時(shí)，可用力把外套4向左推，再拉出接頭體5，鋼球3(有6~12顆)即從接頭體槽中退出，與此同時(shí)，單向閥的錐形閥芯2和6分別在彈簧l和7的作用下將兩個(gè)閥口關(guān)閉，油路即斷開(kāi)。這種管接頭結(jié)構(gòu)復(fù)雜．壓力損失大。伸縮管接頭如圖所示，這種接頭用于兩個(gè)元件有相對(duì)直線運(yùn)動(dòng)要求時(shí)管道連接的場(chǎng)合。這種管接頭的結(jié)構(gòu)類似一個(gè)柱塞缸，移動(dòng)管的外徑必須精密加工，固定管的管口處則需加粗，并設(shè)置導(dǎo)向部分和密封裝置。液壓輔助元件壓力表系統(tǒng)中各工作點(diǎn)如油泵出口、減壓閥后的壓力，一般都借助壓力表來(lái)觀察，以調(diào)整到要求的工作壓力。連接壓力表的管接頭，表徑小的(Φ60)為M10×1，M14×1.5，表徑大的(Φ100、Φ150)為M20×1.5。壓力表的測(cè)量上限分為0.16，0.25，0.4，0.6，1，1.6，2.5，4，6，10，25MPa等幾種。液壓輔助元件油箱1.油箱的功用與分類油箱的基本功能是儲(chǔ)存工作介質(zhì)，散發(fā)系統(tǒng)工作中產(chǎn)生的熱量，分離油液中混入的空氣，沉淀污染物及雜質(zhì)。油箱中安裝有很多輔件，如冷卻器、加熱器、空氣過(guò)濾器及液位計(jì)等。按油面是否與大氣相通可分為開(kāi)式油箱與閉式油箱。液壓輔助元件油箱的設(shè)計(jì)要點(diǎn)油箱多為用鋼板焊接成長(zhǎng)方形或方形的箱體。箱壁在滿足強(qiáng)度和剛度的前提下盡量選用較薄的材料，以利于散熱。箱底及箱蓋可適當(dāng)加厚。在初步設(shè)計(jì)時(shí)，油箱的有效容量可按下述經(jīng)驗(yàn)公式確定

式中：V——油箱的有效容量；

——液壓泵的流量，單位L／min；

m——系數(shù)，單位min。低壓系統(tǒng)為2～4min，中壓系統(tǒng)為5～7min，中高壓或高壓系統(tǒng)為6～12min。對(duì)功率較大且連續(xù)工作的液壓系統(tǒng)，必要時(shí)還要進(jìn)行熱平衡計(jì)算，以最后確定油箱容量。液壓輔助元件過(guò)濾器1.過(guò)濾器的功用：清除油液中的固體雜質(zhì)，使油液保持清潔，延長(zhǎng)液壓元件使用壽命，保證系統(tǒng)工作可靠。過(guò)濾器的圖形符號(hào)

a)過(guò)濾器一般符號(hào)b)磁性過(guò)濾器c)污染指示過(guò)濾器液壓輔助元件過(guò)濾器的主要性能指標(biāo)（1）過(guò)濾精度表示過(guò)濾器對(duì)各種不同尺寸污染顆粒的濾除能力。常用的評(píng)定指標(biāo)為：絕對(duì)過(guò)濾精度、過(guò)濾比。絕對(duì)過(guò)濾精度，指能通過(guò)濾芯元件的堅(jiān)硬球狀顆粒的最大尺寸，它反映濾芯的最大通孔尺寸。它是選過(guò)濾器最重要的性能指標(biāo)。我國(guó)產(chǎn)品常用此精度。d≥0.1mm為粗濾器；d≥0.01mm為普通濾器；d≥0.005mm為精濾器；d≥0.001mm為特精濾器。

過(guò)濾比βx，指過(guò)濾器上游油液中大于某尺寸x的顆粒數(shù)與下游油液中大于x的顆粒數(shù)之比。βx越大，過(guò)濾精度越高。（2）壓降特性和納垢容量壓降特性指油液通過(guò)過(guò)濾器濾芯時(shí)所產(chǎn)生的壓力損失。過(guò)濾精度越高，壓降越大。納垢容量指過(guò)濾器的壓降達(dá)到規(guī)定值前，可以濾除或容納的污染物數(shù)量。液壓輔助元件過(guò)濾器的主要類型網(wǎng)式過(guò)濾器它的結(jié)構(gòu)是在周圍開(kāi)有很多窗孔的塑料或金屬筒性骨架1上包著一層鋼絲網(wǎng)2。過(guò)濾精度由網(wǎng)孔大小和層數(shù)決定。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，通流能力大，清洗方便，壓降小，但過(guò)濾精度低可濾去d＞0.08～0.18mm顆粒，壓力損失不超過(guò)0.01MPa常用于泵入口處，用來(lái)濾去混入油液中較大顆粒的雜質(zhì)，保護(hù)液壓泵免遭損壞。因?yàn)樾枰?jīng)常清洗，安裝時(shí)需要注意便于拆裝。液壓輔助元件線隙式過(guò)濾器圖5-24所示為線隙式過(guò)濾器，它用銅線或鋁線2密繞在筒形心架的外部組成濾芯，并裝在殼體3內(nèi)(用于吸油管路上的過(guò)濾器則無(wú)殼體)。線隙式過(guò)濾器依靠銅(鋁)絲間的微小間隙來(lái)濾除固體顆粒，油液經(jīng)線間縫隙和心架槽孔流入過(guò)濾器內(nèi)，再?gòu)纳喜靠椎懒鞒觥？蔀V去d≥0.03～0.1mm顆粒，壓力損失約為0.07～0.35MPa這種過(guò)濾器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，通流能力大，不易清洗，過(guò)濾精度高于網(wǎng)式過(guò)濾器，一般用于低壓回路或輔助回路。液壓輔助元件紙芯式過(guò)濾器紙芯式過(guò)濾器又稱紙質(zhì)過(guò)濾器，其結(jié)構(gòu)類同于線隙式，只是濾芯為濾紙，油液經(jīng)過(guò)濾芯時(shí)，通過(guò)濾紙的微孔濾去固體顆粒。為了增大濾芯強(qiáng)度，一般濾芯有三層組成：外層2為粗眼鋼板網(wǎng)，中間層3為折疊成W形的濾紙，里層4由金屬網(wǎng)與濾紙一并折疊而成。濾芯中央還裝有支承彈簧5。紙芯式過(guò)濾器（可濾去d≥0.05～0.03mm顆粒，壓力損失約為0.08～0.4MPa）紙芯式過(guò)濾器過(guò)濾精度高，可在高壓下工作，結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，通流能力大，但易堵塞，無(wú)法清洗，需經(jīng)常更換濾芯，常用于過(guò)濾質(zhì)量要求高的高壓系統(tǒng)。液壓輔助元件燒結(jié)式過(guò)濾器選擇不同粒度的粉末燒結(jié)成不同厚度的濾芯可以獲得不同的過(guò)濾精度。油液從側(cè)孔進(jìn)入，依靠濾芯顆粒之間的微孔