液压与气动课题2液压系统的动力元件

项目三液压系统的动力元件,液压与气动技术,项目三液压系统的动力元件,活动1探讨容积式液压泵的工作原理活动2研究液压泵的主要性能参数活动3探讨齿轮泵的工作原理及结构活动4探讨叶片泵的工作原理及结构活动5探讨柱塞泵的工作原理及结构活动6选用液压泵,项目三液压系统的动力元件,学完本课题后，应具备以下能力：1）说出液压系统动力元件的基本原理。2）叙述液压泵的主要性能参数及符号。3）说出齿轮泵的结构特点及工作原理。4）说出叶片泵的结构特点及工作原理。5）说出柱塞泵的结构特点及工作原理。6）根据不同的压力选用液压泵。,学习目标,下图所示为一台专用铣床，铣床的工作台采用单杆液压缸驱动。工作时，推动液压缸所需的最高压力为2.64MPa，液压缸快进时所需的最大流量为4.58L/min，为了满足以上条件，我们应如何选择液压泵类型、规格和型号？如何确定驱动它的电动机功率？,铣床工作台动力分析简图,【任务提出】,项目三液压泵,液压泵是液压系统的动力装置最常见的形式，是将电动机输出的机械能转换成油液压力能的装置，其作用是向液压系统提供压力油。在选择液压泵时，我们根据主机工况、功率大小和系统对工作性能的要求，首先确定液压泵的类型，然后按系统所要求的压力、流量大小确定其规格和型号。再通过计算应选配电动机的功率，来确定驱动它的电动机型号规格。本项目的任务是通过各类泵工作原理、结构特点等相关知识的学习，掌握液压泵类型、规格和型号的确定及电动机选配的方法。,【任务分析】,项目三液压泵,3.1.1液压泵和液压马达的工作原理及分类,功用：,液压泵：将电动机或其它原动机输入的机械能转换为液体的压力能，向系统供油。液压马达：将泵输入的液压能转换为机械能而对负载做功。液压泵与液压马达关系：功用上相反；结构上相似；原理上互逆。,当偏心轮1由电机带动旋转时，柱塞2做往复运动。柱塞右移时，密封工作腔4的容积逐渐增大，形成局部真空，油箱中的油液在大气压力作用下，通过单向阀5进入工作腔4，这是吸油过程。当柱塞左移时，工作腔4的容积逐渐减小，使腔内油液打开单向阀6进入系统，这是压油过程。偏心轮不断旋转，泵就不断地吸油和压油。,容积泵的工作原理,一、液压泵的工作原理,（一）压力1、工作压力p：是指泵（马达）实际工作时的压力。对泵来说，工作压力是指它的输出油液压力；对马达来说，则是指它的输入压力。2、额定压力pn：是指泵（马达）在正常工作条件下按试验标准规定的连续运转的最高压力，超过此值就是过载。3、最大压力：在短时间内运行所允许的最高压力值，一般为额定压力的1.1倍。,液压泵基本工作条件,1、形成密封容积2、密封容积周期性变化3、吸、压油腔隔开（配流装置）4、油箱与大气相通液压泵输出的流量取决于密封工作腔容积变化的大小；泵的输出压力取决于外负载。,二、液压泵和液压马达的主要工作参数,3、实际流量q：是液压泵在工作时实际输出的流量。实际流量随工作压力增大而减小，这是由于压力增高、泄漏增大所致。4、额定流量qn：是指在正常工作条件下，按试验标准规定必须保证的流量。亦即在额定转速和额定压力下由泵输出（或输入到马达中去）的流量。因泵和马达存在内泄漏，所以额定流量的值和理论流量是不同的。,2、理论流量qt：是指泵（马达）在单位时间内由其密封油腔几何尺寸变化计算而得出的输出（输入）的液体体积，亦即在无泄漏的情况下单位时间内所能输出（所需输入）的液体体积。泵（马达）的转速为n时，泵（马达）的理论流量为,（二）排量和流量1、排量V：是指泵（马达）每转一转，由其密封油腔几何尺寸变化所算得的输出（输入）液体的体积，亦即在无泄漏的情况下，其每转一转所能输出（所需输入）的液体体积。,2、机械效率：由于液压泵存在机械摩擦（相对运动零件之间及液体粘性摩擦），因此它的输入转矩必然大于理论转矩，则理论转矩液压泵的机械效率是理论转矩和实际输入转矩的比值，即：,（三）功率和效率,1、容积效率：由于液压泵工作时存在泄漏，因此实际流量总是小于理论流量，也就是液压泵的容积效率为实际流量与理论流量的比值，即,例从产品样本上查看到某液压泵流量，额定压力，转速，泵的容积效率，驱动功率。试求：（1）泵的总效率和机械效率；（2）泵的理论流量及在额定压力下泵的实际流量。,3.功率：液压泵输入的是机械能，表现为输入转矩和转速，输出的为液压能，表现为输出流量（实际流量）和压力。所以液压泵输入功率为液压泵输出功率为,4.总效率：液压泵的输出功率与输入功率的比值称为液压泵的总效率即液压泵的总效率等于各自的容积效率和机械效率的乘积。,二、液压泵的功用、分类及图形符号,1、功用,液压泵:,将电动机或其它原动机输入的机械能转换为液体的压力能,向系统供油。,2、图形符号：（见书本231页附表3）,单向定量泵,单向变量泵,双向变量泵,液压泵的图形符号,双向定量泵,3、液压泵分类,细分：,例：某液压泵的输出压力pMPa，泵转速n=1450r/min,排量v=46.2ml/r,容积效率v=0.95,总效率.。试求液压泵的输出功率和驱动泵的电动机的功率。,解（）求液压泵的输出功率液压泵输出的实际流量为：则液压泵的输出功率为：（）求电动机的功率电动机的功率即泵的输入功率为：,/60,项目三液压系统的动力元件,活动1探讨容积式液压泵的工作原理容积式液压泵是依靠密封容积变化的原理进行工作的，常用液压泵一般均为容积式液压泵。图3-1所示是一单柱塞液压泵的工作原理图。请仔细观察图片，结合注射器的工作原理，想一想容积式液压泵的工作原理是什么？,活动1,项目三液压系统的动力元件,活动1,图3-1液压泵工作原理1偏心轮2柱塞3缸体4弹簧5、6单向阀,项目三液压系统的动力元件,1液压泵的工作过程1）弹簧4使柱塞2始终在偏心轮1的外圆轮廓上。2）偏心轮1使单柱塞液压泵的密封工作腔产生变化，从而实现和两动作。3）吸油时，油液在大气压作用下从油箱被往上吸，此时单向阀6的状态为，而单向阀5却是；反之，压油时，单向阀6也是关闭的，而单向阀5在油压作用下打开，油液被输送到液压系统。,活动1,项目三液压系统的动力元件,2容积泵必须具备的特征1）具有若干个交替变化的容积。2）具有相应的配流装置。3）吸油过程中，油箱必须和相通。3液压泵的常用种类和图形符号目前常用的液压泵有齿轮式液压泵、叶片式液压泵和柱塞式液压泵等。按照输油方向能否改变可分单向泵和双向泵；根据排量能否改变可分定量泵和变量泵；按额定压力的高低，又可以分为低压泵、中压泵和高压泵三类。,活动1,项目三液压系统的动力元件,活动1,图2-3液压泵的图形符号a）单向定量泵b）单向变量泵c）双向定量泵d）双向变量泵,项目三液压系统的动力元件,活动2研究液压泵的主要性能参数将下列元件按图2-4所示顺序分别连接，并连接好油箱，起动液压泵仔细观察压力表的示值，然后完成相应题目。1）请为上图2-4的三个图选择适合的工作状态。A正常工作（p=F/A）B过载（p不断增大直到溢流阀打开）C卸载（p=0）2）通过实验可知，工作压力的大小取决于的大小和排油管路上的压力损失，与液压泵的流量无关。,活动2,项目三液压系统的动力元件,活动2,图2-4液压泵三种工作状态,项目三液压系统的动力元件,1压力（1）工作压力液压泵实际工作时的输出压力称为工作压力。（2）额定压力液压泵在正常工作条件下，按试验标准规定连续运转的最高压力称为液压泵的额定压力。在正常的工作环境下，应设置液压泵的压力压力（填或）。,活动2,项目三液压系统的动力元件,2排量与流量（1）排量V液压泵每转一周排出液体的体积称为液压泵的排量。排量可调节的液压泵称为变量泵；排量为常数的液压泵则称为定量泵。（2）流量Q液压泵在某一具体工况下，单位时间内所排出的液体体积称为实际流量。下例可说明液压泵的流量Q与排量V的关系。某液压泵的排量V为20mL3/r，泵的主轴转速n为500r/min，则每分钟的流量Q为Q=Vn=20mL3/r500r/min=104mL3/min若要把一只容积为0.05m3的水桶装满，需要min。,活动2,项目三液压系统的动力元件,活动3探讨齿轮泵的工作原理及结构齿轮泵是液压系统中广泛采用的一种液压泵，它是利用齿轮的啮合原理，使其密封工作腔产生容积变化，从而实现吸油和压油。齿轮泵一般做成定量泵，按结构不同，齿轮泵分为外啮合齿轮泵和内啮合齿轮泵，其中外啮合齿轮泵应用最广泛。齿轮泵具有结构简单、体积小、自吸性能好、对油污不敏感、可靠和维护方便等优点，因而获得广泛应用。其缺点是流量脉动大、流量不可调、泄漏大等。由于泄露的问题，齿轮泵一般只用作低压泵。,活动3,项目三液压系统的动力元件,拆装外啮合齿轮泵，如图2-5和图2-6所示，探讨齿轮泵的工作原理及结构特征。,活动3,图2-5齿轮泵及其主要零件,项目三液压系统的动力元件,活动3,图2-6齿轮泵的工作原理,项目三液压系统的动力元件,齿轮泵的工作原理：1）吸油：吸油腔中的轮齿脱开，工作腔容积，由此产生瞬间真空，液压油在大气压力下被吸油腔，工作腔转动，油液被带到密封工作腔中再转移到另一侧的中。2）压油：当油液被带到压油腔中时，轮齿啮合，工作腔容积，油液受挤压被压油腔中，而此时又有新的油液被带到压油腔，油液由此从压油口压出。,活动3,项目三液压系统的动力元件,活动4探讨叶片泵的工作原理及结构叶片泵是利用叶片之间的密封工作腔产生容积变化来实现吸油和压油的。根据各密闭工作容积在转子旋转一周吸、压油液次数的不同，叶片泵分为两类，即旋转一周完成一次吸、压油的单作用叶片泵和完成两次吸、压油的双作用叶片泵。叶片泵的优点是流量均匀、脉动小、运转平稳、噪声小等。叶片泵的缺点是吸油能力差、结构复杂、对油液的污染比较敏感等。,活动4,项目三液压系统的动力元件,拆装双作用叶片泵，如图2-7所示。探讨叶片泵的工作原理及结构特征，如图2-8所示。,活动4,图2-7双作用叶片泵及其主要零件,项目三液压系统的动力元件,活动4,图2-8双作用叶片泵的工作原理,项目三液压系统的动力元件,1双作用叶片泵1）转子如图2-8所示，顺时针转动，因为存在半径差，在、象限内密封腔容积由小增大，形成。当转子转到、象限时，密封腔容积减小，油液变为压力油，形成。2）叶片能在叶片槽内自由的伸缩，槽中不设弹簧，只是靠转子的旋转，使叶片在力作用下紧贴定子内壁。3）观察图2-8可知，此泵的转子在旋转一周内完成次吸油和压油，故称为双作用叶片泵。由于泵的密封腔的变化量不能改变，以及压力流动方向不能改变，所以双作用叶片泵为泵。,活动4,项目三液压系统的动力元件,2单作用叶片泵如图2-9所示，单作用叶片泵与双作用叶片泵显著不同的是，单作用叶片泵的定子内表面是圆形，转子与定子间有一偏心量e，两端的配流盘上只开有一个吸油窗口和一个压油窗口。观察图2-9所示的工作原理图，由于的减小，泵的流量也相应减小。由此可知，改变的大小，就可以改变泵的排量，所以单作用叶片泵可以作为泵。一般情况下，单作用叶片泵只作为单向泵用。,活动4,项目三液压系统的动力元件,活动4,图2-9单作用叶片泵的工作原理,项目三液压系统的动力元件,活动5探讨柱塞泵的工作原理及结构柱塞泵是靠柱塞在缸体中作往复运动，使密封容积变化来实现吸油与压油的液压泵。与齿轮泵和叶片泵相比，这种泵有以下特点。优点：密封性能好、适合高压、有较高的容积效率、易于实现变量等。缺点：结构复杂，成本较高。,活动5,项目三液压系统的动力元件,1轴向柱塞泵柱塞在泵体内以平行轴向排列的柱塞泵称为轴向柱塞泵。轴向柱塞泵可分为斜盘式和斜轴式两大类。下面以图2-10所示斜盘式轴向柱塞泵为例来说明其工作原理。,活动5,图2-10斜盘式轴向柱塞泵1配油盘2卡簧3密封圈4轴承5缸体6柱塞7保持架8传动轴9可调斜盘,项目三液压系统的动力元件,1）泵体在转动轴的带动下旋转，柱塞在斜盘的作用下在槽内作往复运动，从而使封闭的工作腔产生变化。由此可知，只需要改变的大小，即可改变封闭容积的变化大小，即改变排量。2）若改变倾斜角的方向，即可使配流盘的方向改变。3）从上述可知，轴向柱塞泵为泵。,活动5,项目三液压系统的动力元件,2径向柱塞泵柱塞在泵体内径向排列的柱塞泵称为径向柱塞泵。径向柱塞泵的结构和工作原理与单作用叶片泵很类似。试比较图2-8和图2-11，然后完成下面的问题。,活动5,图2-11径向柱塞泵的工作原理,项目三液压系统的动力元件,1）叶片泵的两叶片之间形成工作腔，而径向柱塞泵的工作腔则是由和之间形成。2）由于密封性的问题，柱塞不能靠转子的转动惯性来自由伸缩，必须要靠槽内的来使柱塞紧贴定子内壁。3）与单作用叶片泵比较可知，径向柱塞只要改变的大小，则可改变其排量。另外，改变的正负，则可改变油口的方向，所以此泵可以做成单向泵也可做成。,活动5,项目三液压系统的动力元件,活动6选用液压泵1完成下列选择请根据表2-1，在不同环境下选择适合的液压泵（可多选）。系统需要变化的流量，可以选择（）；在筑路机械、港口机械，以及小型工程机械等工况较差的液压系统，则选（）；能源有限，需要效率在90%以上的液压可选（）；中低压液压系统的机床适宜用（）；大型、重型机械应选用（）。A齿轮泵B单作用叶片泵C双作用叶片泵D轴向柱塞泵E径向柱塞泵,活动6,项目三液压系统的动力元件,1）液压泵是系统的动力元件，它把机械能转化为液压能。容积式液压泵是利用密封容积的变化来实现吸油和压油的。2）工作压力为液压泵实际工作