《液压传动与控制讲》PPT课件

第一章绪论 本章主要内容为 1 液压传动的定义 3 液压传动的优缺点 4 液压传动的工作介质 2 液压传动的工作原理和系统构成 17世纪中叶帕斯卡提出静压传递原理18世纪末英国制成第一台水压机19世纪炮塔转位器 六角车床和磨床第二次世界大战兵器 功率大 反应快 战后转向民用机械 工程 农业 汽车20世纪60年代后由于原子能技术 航空航天技术 控制技术 材料科学 微电子技术等学科的发展 再次将液压技术推向前进 使它发展成为包括传动 控制 检测在内的一门完整的自动化技术发展为一门完整的自动化技术现在国外95 工程机械 90 数控加工中心 95 以上的自动线采用液压传动 采用液压传动的程度成为衡量一个国家工业水平的重要标志 1 1液压技术的发展与应用 1 1 1发展 工程机械推土机 挖掘机 压路机起重运输汽车吊 叉车 港口龙门吊矿山机械凿岩机 提升机 液压支架建筑机械打桩机 平地机 液压千斤顶农业机械拖拉机 联合收割机冶金机械压力机 轧钢机锻压机械压力机 模锻机机械制造组合机床 冲床 自动线 气动扳手轻工机械打包机 注塑机汽车工业汽车中的转向器 减振器 自卸汽车智能机械模拟驾驶舱 机器人 1 1 2 液压技术的应用 装载机 钮荷兰拖拉机 汽车起重机 工程机械液压缸 联合收割机 液压翻斗车 铲运机 数控机床 液压摊铺机 液压平地机 航天发射架 坦克 水闸 车装钻机 盘式刹车 海洋钻井平台 小松挖掘机主液压泵 液压主泵 驱动马达 液压阀 转向及先导控制 液压辅件 本课程的任务1 了解液压元件的结构和工作原理 以正确熟练的选用液压元器件 2 了解各种液压元器件的控制性能及特点 以及它们组成的回路的特性 3 在以上两点的基础上能够设计液压回路 解决使用及维修方面的问题 1 2液压传动的定义 一般来说 原动机的输出特性是不能满足工作机械对速度 力 转矩或运动方式等方面的要求的 这就需要有一个中间装置 把原动机和工作机连结起来 使之满足要求 这个中间装置我们就称为传动装置 1 2 1 液压传动的工作原理 传动装置主要包括机械传动 电力传动和流体传动 或者是它们的组合 而流体传动又包括液压传动 液力传动和气压传动 液压传动系统的工作原理 就液压传动过程来说是能量转换的过程 即它将原动机的 机械能 M n 机械能 M n 液压能 p Q 主要是靠液体的压力和流速 流量 来传递能量 手动液压千斤顶的工作原理图 这个系统传递力 如果活塞2上有重物W 则当活塞1上施加的F力达到一定大小时 就能阻止重物W下降 这就是说可以利用密封容积中的液体传递力 这个系统传递运动 由于作用在密封容器内平衡液体表面上的压强 液压力 将均匀地传递到液体中所有各点上 且不改变大小 帕斯卡定律 这样 当活塞1在力F力作用下向下运动时 重物将随之上升 这说明密封容积中的液体不仅可以传递力 还可以传递运动 液压系统与其它传动形式比较有以下特征 1 以液体作为工作介质 实现传动 1 2 2 液压系统的特征 2 在密闭容器内 以静压传递原理进行工作 忽略管路 阀处的损失 系统压力由外载来建立 系统压力大小与负载大小有关 W A1p1 A2p2 l1 l2 P p 1 2 F 特别注意 负载的含义很广泛 压力取决于负载 为了能提升重物W 必须在活塞1上施加主动力F 这时 重物W就是工作的负载 如果活塞5上作用的W为0 如果工作负载为W 活塞5上作用的W为0 在不计活塞摩擦力和活塞自重的情况下 此时系统的液压力会是多少呢 很明显在活塞5下的压力这时活塞1下的压力 主动力F只能为0 也就是说主动力是加不上去的 即负载是第一性的 压力是第二性的 弹簧力 广义负载 W A1p1 A2p2 l1 l2 P p 1 2 F 节流阀 W A1p1 A2p2 l1 l2 P p 1 2 F 系统压力 3 工作机 执行元件 的运动速度 通常由系统中的流量 动力元件容积变化 来决定的 设在 t时间内 活塞A1移动了距离S1 活塞A2移动了距离S2 则由于液体不可压缩 有 A1S1 A2S2A1S1 t A2S2 tA1V1 A2V2 v2 缸 S1 S2 1 以Q 为油缸1 或称为泵 看成一个手动泵 的流量 即系统的流量 Q A2V2所以V2 Q A2可见 V2 Q Q变化时 V2也随之变化 因此 工作机构的运动速度是由流量Q来满足的 这是液压传动一个很重要的特点 运动速度取决于流量 v2 缸 S1 S2 1 活塞1 泵 的输入功率 v2 h1 h2 由于N1 N2 pQ 不考虑任何损失 因此液压系统中的能量传输和转换是守恒的 满足能量守恒定律 对油泵来说 它把发动机 手 的能量 机械能 转换为液体的能量 对工作机来说 把液体的能量转换为机械能 活塞2的输入功率 泵 4 系统的功率决定于系统的流量和压力 液压系统中 功率表达式N pQ 综上所述 液压传动是靠密闭容器内受静压力的液体来传递运动的一种方式 它是由油泵把发动机的机械能转化为液体能 再由油缸等液动机将液压能转化为机械能 以满足工作机对运动和力的要求 磨床工作台液压系统 磨床工作台 磨床工作时 要求其工作台水平往复运动 实现工作台水平往复运动控制的是一套液压控制系统 如图所示是一台磨床的液压系统结构原理图 左 右 磨床工作台液压系统 液压缸 液压泵 节流阀 换向阀 油箱 磨床工作台液压系统 磨床的液压系统工作时 液压泵4的动力是由电机驱动的 其作用是向系统提供一定流量的压力油 该泵是由一对相互啮合的齿轮来完成吸油和排油过程的 是一种齿轮泵 虽然 它的结构和千斤顶的手动泵不同 且动力是由电机驱动的 但其功能都相同 都是向系统提供具有一定流量和压力的油液 1 油箱 2 过滤器 3 12 14 回油管 4 液压泵 5 弹簧 6 钢球 7 溢流阀 8 10 压力油管 9 手动换向阀 11 16 换向手柄 13 节流阀 15 换向阀 17 活塞 18 液压缸 19 工作台 图1 1磨床工作台液压传动系统工作原理 磨床工作台 磨床工作台液压系统 图磨床工作台液压传动系统工作原理 磨床工作台 1 油箱 2 过滤器 3 12 14 回油管 4 液压泵 5 弹簧 6 钢球 7 溢流阀 8 10 压力油管 9 手动换向阀 11 16 换向手柄 13 节流阀 15 换向阀 17 活塞 18 液压缸 19 工作台 液压缸 由液压泵输入的压力油通过手动换向阀11 节流阀13 换向阀15进入液压缸18的左腔 推动活塞17和工作台19向右移动 液压缸18右腔的油液经换向阀15排回油箱 节流阀 换向阀 磨床工作台液压系统 液压缸 当手动换向阀15换向后 液压油进入液压缸18的右腔 推动活塞17和工作台19向左移动 磨床工作台 当节流阀开大时 进入液压缸18的油液增多 工作台的移动速度增大 当节流阀关小时 工作台的移动速度减小 节流阀 磨床工作台液压系统 磨床工作台 换向阀 如果将手动换向阀9转换成如图1 1 C 所示的状态 液压泵输出的油液经手动换向阀9流回油箱 这时工作台停止运动 液压系统处卸荷状态 磨床工作台液压系统 磨床工作台 溢流阀 液压系统中工作的零部件都有一定的承载范围 当系统的工作压力超过这个承载范围时 就可能会出现安全事故 如管道爆裂 电机过热乃至烧毁等 液压系统一般采用设置安全阀的方法 来限制系统的最大工作压力 保护人身及设备的安全 磨床工作台液压系统 磨床工作台 溢流阀 除了前面讨论的各个环节外 液压系统要能正常工作 还必须有储存油的容器 油箱 有连接各元器件的管道 还要有工作介质 油液 防止杂质进入泵和液压系统的过滤器 另外还有蓄能器 压力表等 机械手 机械手液压系统 注塑机 1 3液压传动系统的组成 从千斤顶和磨床的液压系统组成和工作原理可以看出 液压系统一般有以下几个部分组成 动力元件 执行元件 一个完整的液压传动系统由以下几部分组成 l 液压泵 动力元件 是将原动机所输出的机械能转换成液体压力能的元件 其作用是向液压系统提供压力油 液压泵是液压系统的心脏 2 执行元件 把液体压力能转换成机械能以驱动工作机构的元件 执行元件包括液压缸和液压马达 3 控制元件 包括压力 方向 流量控制阀 是对系统中油液压力 流量 方向进行控制和调节的元件 如换向阀15即属方向控制元件 节流阀1 属流量控制元件 4 辅助元件 上述三个组成部分以外的其它元件 如 管道 管接头 油箱 滤油器等为辅助元件 1 4液压系统的图形符号 图1 1 a 所示的液压系统图是一种半结构式的工作原理图 它直观性强 容易理解 但难于绘制 在实际工作中 除少数特殊情况外 一般都采用液压与气动图形符号 参看附录 来绘制 如图1 2所示 图磨床工作台液压传动系统工作原理 图用图形符号表示的磨床工作台液压系统图l 油箱 2 过滤器 3 液压泵 4 溢流阀 5 手动换向阀 6 节流阀 7 换向间 8 活塞 9 液压缸 图形符号表示元件的功能 而不表示元件的具体结构和参数 反映各元件在油路连接上的相互关系 不反映其空间安装位置 只反映静止位置或初始位置的工作状态 不反映其变化过程 液压缸 液压泵 节流阀 换向阀 油箱 溢流阀 1 5液压传动的优缺点 1 5 1液压传动系统的主要优点 液压传动与机械传动 电气传动相比有以下主要优点 1 在同等功率情况下 液压执行元件体积小 结构紧凑 2 液压传动的各种元件 可根据需要方便 灵活地来布置 3 液压装置工作比较平稳 由于重量轻 所以惯性小 反应快 液压装置易于实现快速启动 制动和频繁的换向 4 操纵控制方便 可实现大范围的无级调速 调速范围达2000 1 它还可以在运行的过程中进行调速 1 5 1液压传动系统的主要优点 5 一般采用矿物油为工作介质 相对运动面可自行润滑 使用寿命长 6 容易实现直线运动 7 既易实现机器的自动化 又易于实现过载保护 当采用电液联合控制甚至计算机控制后 可实现大负载 高精度 远程自动控制 8 液压元件实现了标准化 系列化 通用化 便于设计 制造和使用 1 5 2液压传动系统的主要缺点 1 液压传动不能保证严格的传动比 这是由于液压油的可压缩性和泄漏造成的 2 工作性能易受温度变化的影响 因此不宜在很高或很低的温度条件下工作 3 由于流体流动的阻力损失和泄漏较大 所以效率较低 如果处理不当 泄漏不仅污染场地 而且还可能引起火灾和爆炸事故 4 为了减少泄漏 液压元件在制造精度上要求较高 因此它的造价高 且对油液的污染比较敏感 液压介质粘度用运动粘度 表示 在国际单位制中的 单位是m2 s 而在实用上油的粘度用mm2 s cSt 厘沲 表示 1 6液压传动的工作介质 1 6 1液压系统对工作介质的要求 l 有适当的粘度和良好的粘温特性 粘度是液压油 液 划分牌号的依据 按国标GB T3141 94所规定 液压油产品的牌号用粘度的等级表示 即用该液压油在40 时的运动粘度中间值表示 参见书 表1 1 液压工作介质一般称为液压油 液压介质的性能对液压系统的工作状态有很大影响 对液压系统对工作介质的基本要求如下 粘度是选择工作介质的首要因素 液压油的粘性 对减少间隙的泄漏 保证液压元件的密封性能都起着重要作用 所有工作介质的粘度都随温度的升高而降低 粘温特性好是指工作介质的粘度随温度变化小 粘温特性通常用粘度指数表示 2 氧化安定性和剪切安定性好 3 抗乳化性 抗泡沫性好 4 闪点 燃点要高 能防火 防爆 5 有良好的润滑性和防腐蚀性 不腐蚀金属和密封件 6 对人体无害 成本低 一般情况下 在高压或者高温条件下工作时 为了获得较高的容积效率 不使油的粘度过低 应采用高牌号液压油 低温时或泵的吸入条件不好时 压力低 阻力大 应采用低牌号液压油 1 6 2液压介质的种类 液压传动介质按照GB T7631 2 87 等效采用ISO6743 4 进行分类 主要有石油基液压油和难燃液压液两大类 1 L HL液压油 又名普通液压油 采用精制矿物油作基础油 加入抗氧 抗腐 抗泡 防锈等添加剂调合而成 是当前我国液压油供需量最大的品种 用于一般液压系统 但只适于0 以上的工作环境 其牌号有 HL 32 HL 46 HL 68 在其代号L HL中 L代表润滑剂类 H代表液压油 L代表防锈 抗氧化型 最后的数字代表运动粘度 1 6 2 1石油基液压油 2 L HM液压油 抗磨液压油 M代表抗磨型 其基础油与普通液压油同 加有极压抗磨剂 以减少液压件的磨损 适用于 15 以上的高压 高速工程机械和车辆液压系统 其牌号有 HM 32 HM 46 HM 68 HM I00 HM 150 3 L HG液压油 又名液压一导轨油 除普通液压油所具有的全部添加剂外 还加有油性剂 用于导轨润滑时有良好的防爬性能 适用于机床液压和导轨润滑合用的系统 4 L HV液压油 又名低温液压油 稠化液压油 高粘度指数液压油 用深度脱蜡的精制矿物油 加抗氧 抗腐 抗磨 抗泡 防锈 降凝和增粘等添加剂调合而成 其粘温特性好 有较好的润滑性 以保证不发生低速爬行和低速不稳定现象 适用于低温地区的户外高压系统及数控精密机床液压系统 5 其它专用液压油 如航空液压油 红油 炮用液压油 舰用液压油等 水一乙二醇液 L HFC液压液 这种液体含有35 55 的水 其余为乙二醇及各种添加剂 增稠剂 抗磨剂 抗腐蚀剂等 其优点是凝点低 50 有一定的粘性 而且粘度指数高 抗燃 适用于要求防火的液压系统 其缺点是价格高 润滑性差 只能用于中等压力 20MPa以下 这种液体密度大 所以吸入困难 难燃液压液分