1-液壓傳動-陳奎生-液壓傳動概述

1、第一章,液壓傳動概述 Introduction to Hydraulic Power Transmission,2,1.1 液壓傳動的定義,1.2 液壓傳動的工作原理及系統(tǒng)構成,1.3 液壓傳動的優(yōu)缺點,1.4 液壓傳動的工作介質(zhì),本章教學內(nèi)容,習題,點擊進入 相應章節(jié),http:/ 引用本教案內(nèi)容，請注明出處,返回本頁點擊此,3,一部完整的機器是由原動機(Prime Mover)、傳動機構(Transmission Section)及控制部分(Control Section)、工作機(End-use Device)（含輔助裝置）組成。,傳動機構通常分為機械傳動(Mechanics)、電氣傳動

2、(Electrics)和流體傳動(Fluid Power)機構。,流體傳動是以流體為工作介質(zhì)進行能量轉換、傳遞和控制的傳動。它包括液壓傳動(Hydraulic Power Transmission )、液力傳動(Fluid Drive)和氣壓傳動(Pneumatics) 。,液壓傳動和液力傳動均是以液體作為工作介質(zhì)來進行能量傳遞的傳動方式。,液壓傳動主要是利用液體的壓力能來傳遞能量； 液力傳動則主要是利用液體的動能來傳遞能量。,1.1 液壓傳動定義 Definition of Hydraulic Power Transmission,4,液壓傳動是以液體為工作介質(zhì)，通過驅(qū)動裝置將原動機的機械能

3、轉換為液壓的壓力能，然后通過管道、液壓控制及調(diào)節(jié)裝置等，借助執(zhí)行裝置，將液體的壓力能轉換為機械能，驅(qū)動負載實現(xiàn)直線(Beeline)或回轉(Turning)運動。,ISO-TC131-6403中定義： 利用有壓液體的流動來實現(xiàn)功率(Power)傳送及傳遞的一種傳動方式。,1.1 液壓傳動定義,5,為什么要用液壓傳動？ 將能量從機械能轉換為液壓能，而后又將液壓能轉換為液壓能，何必多此一舉呢？ 幾乎所有的機械或機器都需要傳動機構。這因為原動機一般很難直接滿足執(zhí)行機構在速度、力、轉矩或運動方式等方面的要求，必須通過中間環(huán)節(jié)傳動裝置進行調(diào)節(jié)控制。液壓傳動就是這種調(diào)節(jié)控制方式中的一種。,其它的傳動方式有

4、： 機械傳動(Mechanics):常用零件為齒輪，曲軸，軸，皮帶等。氣壓傳動(Pneumatics):常用空氣或其它氣體為傳輸介質(zhì)。電器傳動(Electrics):常用零件是直流電機，可控硅，交流電機變頻器等。,1.1 液壓傳動定義,6,1.2.1 液壓傳動系統(tǒng)的工作原理,液壓千斤頂(Hydraulic Jack)液壓千斤頂常用于頂升重物，如頂起汽車以便拆換輪胎,在杠桿上沒有作用力時，負載可以停止在任意位置；在液壓缸行程范圍內(nèi)，可以將負載提升到任意位置。其實液壓千斤頂是前面討論過的簡化模型的進一步完善，它具有以下一些簡化模型所不具備的功能：,1.2 液壓傳動系統(tǒng)工作原理及構成 The Pri

5、nciple of Hydraulic Transmission System,7,千斤頂中，小缸、小活塞以及單向閥4和7組合在一起，就可以不斷從油箱中吸油和將油壓入大缸，這個組合體的作用是向系統(tǒng)中提供一定量的壓力油液，稱為液壓泵(Hydraulic Pump )。 大活塞和缸用于帶動負載，使之獲得所需運動及輸出力，這個部分稱為執(zhí)行機構(Actuator)。 放油閥門11的啟閉決定W是否向下運動，是一個方向控制閥(Directional Control Valve)。 另外，要進行動力傳輸必須借助液壓傳動介質(zhì)(Hydraulic Fluids)。,1.2.1 液壓傳動系統(tǒng)的工作原理,8,磨床工

6、作臺液壓系統(tǒng) Grinding Machines Hydraulic System,磨床工作臺,磨床工作要求： 工作臺水平往復運動。,1.2.1 液壓傳動系統(tǒng)的工作原理,9,磨床工作臺液壓系統(tǒng),工作臺向右移動,液壓缸 Cylinder,換向閥 Directional Valve,工作臺 Work Table,節(jié)流閥 Throttle Valve,換向閥 Directional Valve,限壓閥 Pressure Relief Valve,液壓泵 Pump,油箱 Tank,10,11,換向閥,如果將手動換向閥9轉換成如圖C所示的狀態(tài)，液壓泵輸出的油液經(jīng)手動換向閥9流回油箱，這時工作臺停止運動，

7、液壓系統(tǒng)處卸荷狀態(tài)(Hydraulic System Unload)。,12,磨床工作臺,溢流閥,液壓系統(tǒng)中工作的零部件都有一定的承載范圍，當系統(tǒng)的工作壓力(Work Pressure)超過這個承載范圍時，就可能會出現(xiàn)安全事故，如管道爆裂、電機過熱乃至燒毀等。 液壓系統(tǒng)一般采用設置安全閥(safety valve)的方法，來限制系統(tǒng)的最大工作壓力，保護人身設備的安全。,13,磨床工作臺,溢流閥,除了前面討論的各個環(huán)節(jié)外，液壓系統(tǒng)要能正常工作，還必須有儲存油的容器油箱(Tank)，有連接各元器件的管道(Pipes)，還得有過濾系統(tǒng)的油液，防止雜質(zhì)進入泵和液壓系統(tǒng)的過濾器(Filter)，另外還有

8、蓄能器(Accumulators)，壓力表等。,14,1.2.2液壓傳動系統(tǒng)的組成 Components of Hydraulic System,從千斤頂和磨床的液壓系統(tǒng)組成和工作原理可以看出，液壓系統(tǒng)一般有以下幾個部分組成：,1.2 液壓傳動系統(tǒng)工作原理及構成,15,從圖1.1可以看出，液壓傳動是以液體作為工作介質(zhì)來進行工作的，一個完整的液壓傳動系統(tǒng)由以下幾部分組成：,（l）液壓泵 Hydraulic Pumps（動力元件）：是將原動機所輸出的機械能轉換成液體壓力能的元件，其作用是向液壓系統(tǒng)提供壓力油，液壓泵是液壓系統(tǒng)的心臟。,（2）執(zhí)行元件 Actuators：把液體壓力能轉換成機械能以驅(qū)

9、動工作機構的元件，執(zhí)行元件包括液壓缸和液壓馬達。,（3）控制元件 Control Components：包括壓力、方向、流量控制閥，是對系統(tǒng)中油液壓力、流量、方向進行控制和調(diào)節(jié)的元件。如換向閥15即屬控制元件。,（4）輔助元件 Accessories：上述三個組成部分以外的其它元件，如：管道、管接頭、油箱、濾油器等為輔助元件。,1.2.2 液壓傳動系統(tǒng)的組成,16,1.2.3 液壓系統(tǒng)的圖形符號 Fluid Power Diagram and Symbols,圖1.1(a)所示的液壓系統(tǒng)圖是一種半結構式的工作原理圖。它： 直觀性強，容易理解，但難于繪制。,在實際工作中，除少數(shù)特殊情況外，一般都

10、采用液壓與氣動圖形符號（參看附錄）來繪制，如圖1.2所示。,圖1.2,17,圖1.1 磨床工作臺液壓傳動系統(tǒng)工作原理,圖1.2 用圖形符號表示的磨床工作臺液壓系統(tǒng) l-油箱；2-過濾器；3-液壓泵； 4-溢流閥； 5-手動換向閥；6-節(jié)流閥；7-換向閥； 8-活塞；9-液壓缸,18,圖形符號表示元件的功能，而不表示元件的具體結構和參數(shù)；反映各元件在油路連接上的相互關系，不反映其空間安裝位置；只反映靜止位置或初始位置的工作狀態(tài)，不反映其過渡過程。,液壓缸,液壓泵,節(jié)流閥,換向閥,油箱,溢流閥,19,液壓傳動與機械傳動、電氣傳動相比有以下主要優(yōu)點： （1）在同等功率情況下，液壓執(zhí)行元件體積小、結構

11、緊湊。 （2）液壓傳動的各種元件，可根據(jù)需要方便、靈活地來布置； （3）液壓裝置工作比較平穩(wěn)，由于重量輕，慣性小，反應快，液壓裝置易于實現(xiàn)快速啟動、制動和頻繁的換向； （4）操縱控制方便，可實現(xiàn)大范圍的無級調(diào)速(調(diào)速范圍達2000：1)，它還可以在運行的過程中進行調(diào)速；,1.3.1 主要優(yōu)點 Advantages,1.3 液壓傳動的優(yōu)缺點 Advantages and Disadvantages of Hydraulic Power Transmission,20,（5）一般采用礦物油為工作介質(zhì)，相對運動面可自行潤滑，使用壽命長；,（6）容易實現(xiàn)直線運動；,（7）既易實現(xiàn)機器的自動化，又易于實

12、現(xiàn)過載保護，當采用電液聯(lián)合控制甚至計算機控制后，可實現(xiàn)大負載、高精度、遠程自動控制。,（8）液壓元件實現(xiàn)了標準化、系列化、通用化，便于設計、制造和使用。,1.3.1 主要優(yōu)點,21,（1）液壓傳動不能保證嚴格的傳動比，這是由于液壓油的可壓縮性和泄漏造成的。,（2）工作性能易受溫度變化的影響，因此不宜在很高或很低的溫度條件下工作。,（3）由于流體流動的阻力損失和泄漏較大，所以效率較低。如果處理不當，泄漏不僅污染場地，而且還可能引起火災和爆炸事故。,（4）為了減少泄漏，液壓元件在制造精度上要求較高，因此它的造價高，且對油液的污染比較敏感。,1.3.2 主要缺點 Disadvantages,22,1

13、.4.1 液壓系統(tǒng)對工作介質(zhì)的要求 Requirement for Hydraulic Fluids,液壓工作介質(zhì)一般稱為液壓油。 液壓介質(zhì)的性能對液壓系統(tǒng)的工作狀態(tài)有很大影響，對液壓系統(tǒng)對工作介質(zhì)的基本要求如下：,(1) 有適當?shù)恼扯?Viscosity)和良好的粘溫特性。,粘度是選擇工作介質(zhì)的首要因素。液壓油的粘性，對減少間隙的泄漏、保證液壓元件的密封性能都起著重要作用。,液壓介質(zhì)粘度用運動粘度(kinematic viscosity) 表示。在國際單位制中的單位是m2/s ，而在實用上油的粘度用 mm2/s(cSt，厘斯)表示。粘度是液壓油(液)劃分牌號的依據(jù)。按國標GB/T3141-9

14、4所規(guī)定，液壓油產(chǎn)品的牌號用粘度的等級表示，即用該液壓油在40時的運動粘度中心值表示。(參見教材：表1.1),1.4 液壓傳動的工作介質(zhì) Hydraulic Fluids,23,所有工作介質(zhì)的粘度都隨溫度的升高而降低，粘溫特性好是指工作介質(zhì)的粘度隨溫度變化小，粘溫特性通常用粘度指數(shù)表示。,一般情況下，在高壓或者高溫條件下工作時，為了獲得較高的容積效率，不使油的粘度過低，應采用高牌號液壓油；低溫時或泵的吸入條件不好時（壓力低，阻力大），應采用低牌號液壓油。,(2) 氧化安定性和剪切安定性好。,(3) 抗乳化性、抗泡沫性好。,(4) 閃點、燃點要高，能防火、防爆。,(5) 有良好的潤滑性和防腐蝕性

15、，不腐蝕金屬和密封件。,(6) 對人體無害，成本低。,1.4 液壓傳動的工作介質(zhì),1.4.1 液壓系統(tǒng)對工作介質(zhì)的要求,24,1.4.2 液壓介質(zhì)的種類 Types of Hydraulic Fluids,液壓傳動介質(zhì)按照GB/T7631.2-87（等效采用ISO 6743/4）進行分類，主要有石油基液壓油(Petroleum-based Fluids)和難燃液壓液(Synthetic Fire-resistant Fluids)兩大類。, 石油基液壓油 Petroleum-based Fluids,（1）L-HL液壓油（又名普通液壓油）： 采用精制礦物油作基礎油，加入抗氧、抗腐

16、、抗泡、防銹等添加劑調(diào)合而成，是當前我國供需量最大的主品種，用于一般液壓系統(tǒng)，但只適于0 以上的工作環(huán)境。 其牌號有：HL32、HL46、HL68。在其代號L-HL中，L代表潤滑劑類，H代表液壓油，L代表防銹、抗氧化型，最后的數(shù)字代表運動粘度。,1.4 液壓傳動的工作介質(zhì),25,（2）L-HM液壓油（抗磨液壓油，M代表抗磨型）： 其基礎油與普通液壓油同，加有極壓抗磨劑，以減少液壓件的磨損。適用于15以上的高壓、高速工程機械和車輛液壓系統(tǒng)。 其牌號有：HM32、HM46、HM68、HMI00、HM150,（3）L-HG液壓油（又名液壓一導軌油）： 除普通液壓油所具有的全部添加劑外，還加有油性劑，

17、用于導軌潤滑時有良好的防爬性能。 適用于機床液壓和導軌潤滑合用的系統(tǒng)。,1.4.2 液壓介質(zhì)的種類,1.4 液壓傳動的工作介質(zhì),26,（4）L-HV液壓油（又名低溫液壓油、稠化液壓油、高粘度指數(shù)液壓油）： 用深度脫蠟的精制礦物油，加抗氧、抗腐、抗磨、抗泡、防銹、降凝和增粘等添加劑調(diào)合而成。 其粘溫特性好，有較好的潤滑性，以保證不發(fā)生低速爬行和低速不穩(wěn)定現(xiàn)象。 適用于低溫地區(qū)的戶外高壓系統(tǒng)及數(shù)控精密機床液壓系統(tǒng)。,（5）其它專用液壓油：如航空液壓油（紅油）、炮用液壓油、艦用液壓油等。,1.4.2 液壓介質(zhì)的種類,1.4 液壓傳動的工作介質(zhì),27, 難燃液壓液 Synthetic F

18、ire-resistant Fluids,難燃液壓液分為合成型(Synthetics)、油水乳化型(Oil-water Emulsions)和高水基型(High Water Content Fluids)三大類。,(1) 合成型抗燃工作液,1.4.2 液壓介質(zhì)的種類,1.4 液壓傳動的工作介質(zhì),水-乙二醇液(Water-Glycol)（L-HFC液壓液）： 這種液體含有 3555的水，其余為乙二醇及各種添加劑（增稠劑、抗磨劑、抗腐蝕劑等）。 優(yōu)點是凝點低（50），有一定的粘性，而且粘度指數(shù)高，抗燃。適用于要求防火的液壓系統(tǒng)。 缺點是價格高，潤滑性差，只能用于中等壓力（20MPa以下）。這種液體密度大，所以吸入困難。,28,水-乙二醇液能使許多普通油漆和涂料軟化或脫離，可換用環(huán)氧樹脂或乙烯基涂料。, 磷酸酯液(Phosphate Esters) （L-HFDR液壓液）,優(yōu)點：使用溫度范圍寬（54135），抗燃性好，抗氧化安定性和潤滑性都很好。允許使用現(xiàn)有元件在高壓