液压传动第1章-绪论

第1章绪论,1.液压传动的基本概念2.液压传动的工作原理和组成3.液压传动的特点4.液压传动的概况5.液压系统图的图形符号6.液压工作介质的性质和选择,本章重点,1.简单液压传动系统的工作原理分析2.粘度计算,主要内容,第1章绪论,原动机,传动部分,工作机构,控制部分,机器设备的组成：,传动类型：机械传动、电力传动、液体传动、气压传动及他们的组合(复合传动)。,液体传动：液压传动：利用液体压力能来传递能量。液力传动：利用液体的动能来传递能量。,1.1液压传动系统的工作原理和组成,1.1.1液压传动系统的工作原理,单向阀3也被称为吸油阀；单向阀2也被称为压油阀；小液压缸1吸油时，吸油阀3打开，压油阀2关闭；小液压缸1压油时，压油阀2打开，吸油阀3关闭。为将重物从举高的位置放下，系统中专门设置了截止阀5（放油螺塞）。,液压千斤顶的工作原理,1.1.1液压传动系统的工作原理,机床的工作台往复运动液压传动系统的工作原理,1.启动系统将开停（换向）阀9的开停手柄向左搬（图d）。电动机带动液压泵4空载起动。2.往复运动(调速)工作台向右、向左运动及工作台停止运动的实现。值得注意的是：液压泵的输出压力油的最大压力由溢流阀7调节；工作压力有工作台的负载决定；液压缸的速度由节流阀调节流入液压缸的流量来实现。3.系统停止先停止工作台的运动，然后将开停（换向）阀9的开停手柄向左搬（图d）。停止电动机。,1.1.1液压传动系统的工作原理,液压泵,节流阀溢流阀,液压缸,原动机,由以上两个液压系统的工作原理可以用如下流程图来表示：,工作台重物,F,vT,n,p,q,p,q,F,vT,n,液压工作介质（液压油液）,液压传动的工作原理：通过液压泵将机械能（F、v或T、n）转换为液体的压力能(具有一定压力p和流量q的液体)，通过控制调节元件对液体的压力能（压力p、流量q）进行调节，最后由液压缸将压力能转换为机械能（F、v或T、n），去推动负载工作台或重物。,液压传动中两个重要的概念：1.液压传动中的液体压力取决于负载。液压泵的出口压力大小取决于其后所带的负载的大小。2.流量决定速度。执行元件的速度取决于流入执行元件(液压缸)的流量。,1.1.1液压传动系统的组成,由以上液压系统的工作原理图可以看出，液压传动系统由动力装置、执行元件、控制调节装置、辅助装置和工作介质五个部分构成。,动力装置：机械能液压能，典型液压元件：液压泵；执行元件：液压能机械能，典型液压元件：液压缸，液压马达；控制调节元件：控制工作介质的流动压力、流量及方向，从而控制执行元件的力(力矩)、运动速度及运动方向；这些元件的不同组合形成了不同功能的液压系统。辅助元件：如油箱、过滤器、油管等，它们对保证系统正常工作有重要作用。,1.2液压传动的特点,1）液压传动能输出大的推力或大转矩，可实现低速大吨位传动，这是其它传动方式所不能比的突出优点；2）液压传动能在大范围内很方便地实现无级调速(调速比范围可达2000)，且可在系统运行过程中调速；3）在相同功率条件下，液压传动装置体积小、重量轻、结构紧凑；4）液压传动能使执行元件的运动十分均匀稳定，可使运动部件换向时无换向冲击；5）液压传动系统操作简单，调整控制方便，易于实现自动化；6）液压传动系统便于实现过载保护，使用安全、可靠，不会因过载而造成元件损坏；7）液压元件已实现了标准化、系列化和通用化。,液压传动的优点,1.2液压传动的特点,工作介质的泄漏和液体的可压缩性会影响执行元件运动的准确性；工作介质对温度的变化比较敏感；液压传动系统工作过程中的能量损失(泄漏损失、溢流损失、节流损失、摩擦损失等)较大；为减少泄漏，液压元件的制造和装配精度要求较高；系统出现了故障时，不易查找原因。,液压传动的缺点,1.3液压传动的概况,液压系统的应用,1.3液压传动的概况,液压系统的应用-注塑机,液压系统的发展,1.3液压传动的概况,第一阶段：液压传动从17世纪帕斯卡提出静压传递原理、1795年世界上第一台水压机诞生，已有200多年的历史，但由于没有成熟的液压传动技术和液压元件，且工艺制造水平低下，发展缓慢，几乎停滞。第二阶段：20世纪30年代，由于工艺制造水平提高，开始生产液压元件，并首先应用于机床。第三阶段：20世纪50、60、70年代，工艺水平有了很大提高，液压与气动技术也迅速发展，渗透到国民经济的各个领域。第四阶段：20世纪80年代初期引进美国、日本、德国的先进技术和设备，使我国的液压技术水平有了很大的提高。总之：从蓝天到水下，军用到民用，从重工业到轻工业，到处都有流体传动与控制技术的应用。,液压系统的发展,1.3液压传动的概况,当前，液压技术在实现高压、高速、大功率、高效率、低噪声、经久耐用、高度集成化等各项要求方面都取得了重大的进展，在完善比例控制、伺服控制、数字控制等技术上也有许多新成就。此外，在液压元件和液压系统的计算机辅助设计、计算机仿真和优化以及微机控制等开发性工作方面，日益显示出显著的成绩。,1.4液压传动的图形符号表示,1）GB/T786.1-2001规定了液压元件图形符号。液压系统原理图采用图形符号绘制。2）在液压系统原理图中，图形符号只表示液压元件的种类，不表示元件的实际安装位置，即性能种类。3）对于具有特殊性能的非标准液压元件,允许用半结构图表示其结构特征。,关于图形符号的几点说明：,1.5液压传动工作介质的性质和选择,1.5.1液压工作介质的种类,1.5液压传动工作介质的性质和选择,1.5.1液压工作介质的种类,一、种类石油基液压油、合成液体、乳化液(水包油/油包水)二、石油基液压油石油基液压油是以精炼后的机械油为基料，按需要加入适当的添加剂而制成。三、石油基液压油中使用的添加剂1、改善油液化学性质的添加剂，如抗氧化剂，防绣剂等2、改善油液物理性质的添加剂，如增粘剂，抗磨剂等。,1.5液压传动工作介质的性质和选择,1.5.2液压工作介质的性质,一、密度单位体积的液体质量称为密度。一般认为密度不受温度和压力的影响。二、可压缩性和膨胀性可压缩性指液体受压力的作用而使体积发生变化的性质。膨胀性指液体受温度影响而使体积发生变化的性质。可压缩性的表示方法：液体的体积压缩系数k；液体的体积弹性模量K。1.液体体积弹性模量越大，液体越不容易被压缩。2.液压弹簧刚度,1.5液压传动工作介质的性质和选择,1.5.2液压工作介质的性质,三、粘性）粘性的表现：液体在外力作用下流动时，分子间内聚力的存在使其流动受到牵制从而沿其界面产生内摩擦力，这一特性称为液体的粘性。,图1-6液体粘性示意图,在静止液体中，速度梯度du/dy=0，故其内摩擦力为零，因此静止液体不呈现粘性，液体只在流动时才显示其粘性。,注意：,1.5液压传动工作介质的性质和选择,1.5.2液压工作介质的性质,三、粘性2）粘性的度量。度量粘性大小的物理量称为粘度。常用的粘度有三种，即动力粘度、运动粘度v、相对粘度。动力粘度动力粘度是表征流动液体内摩擦力大小的粘性系数。其量值等于液体在以单位速度梯度流动时，单位面积上的内摩擦力。其单位为Pa.s,在力学计算中，内摩擦力Ff可以按照如下方法计算获得：,例1-1，图示一液压缸，内径D=12cm，活塞直径d=11.96cm。活塞宽度L=14cm，油液动力粘度=0.065pa.s，活塞回程要求的稳定速度为v=0.5m/s，试求不计油液压力时，拉回活塞所需的力F等于多少。解：分析可知拉回活塞所需的力F等于拉回活塞时受到的液体内摩擦力Ff。即：,1.5液压传动工作介质的性质和选择,1.5.2液压工作介质的性质,动力粘度计算内摩擦力举例：,运动粘度v。液体动力粘度与其密度之比称为该液体的运动粘度v，即v=/。,1.5液压传动工作介质的性质和选择,1.5.2液压工作介质的性质,国际标准化组织ISO已规定统一采用运动粘度来表示油的粘度。,在我国法定计量单位制及SI制中，运动粘度v的单位是m2/s（米2/秒）。因其中只有长度和时间的量纲，故得名为运动粘度。国际标准ISO按运动粘度值对油液的粘度等级（VG）进行划分，见下表。,相对粘度。相对粘度是根据特定测量条件制定的，故又称条件粘度。测量条件不同，采用的相对粘度单位也不同。如恩氏粘度E（中国、德国）、通用塞氏秒SUS（美国、英国）、商用雷氏秒R1S（英、美等国）和巴氏度B（法国）等。,恩氏粘度E：200mL温度为T的被测液体,流经恩氏粘度计小孔（2.8mm）所用时间t1，与同体积20度的水通过小孔所用时间t2之比。,1.5液压传动工作介质的性质和选择,1.5.2液压工作介质的性质,1.5液压传动工作介质的性质和选择,1.5.2液压工作介质的性质,三、粘性3）粘度与温度的关系,温度变化使液体内聚力发生变化，因此液体的粘度对温度的变化十分敏感：温度升高，粘度下降。这一特性称为液体的粘温特性。粘温特性常用粘度指数VI来度量。VI表示该液体的粘度随温度变化的程度与标准液的粘度变化程度之比。通常在各种工作介质的质量指标中都给出粘度指数。粘度指数高，说明粘度随温度变化小，其粘温特性好。,一般要求工作介质的粘度指数应在90以上，优异在100以上。当液压系统的工作温度范围较大时，应选用粘度指数高的介质。,1.5液压传动工作介质的性质和选择,1.5.2液压工作介质的性质,三、粘性3）粘度与压力、气泡的关系,压力增大时，液体分子间距离缩小，内聚力增加，粘度也会有所变大。但是这种影响在低压时并不明显，可以忽略不计；当压力大于50MPa时，其影响才趋于显著。,气泡对粘度的影响液体中混入直径为0.250.5mm悬浮状态气泡时，对液体的粘度有一定影响，其值可按下式计算：,vb=v0(1+0.015b),式中b混入空气的体积分数；vb混入b空气时液体的运动粘度，单位为m2/s；v0不含空气时液体的运动粘度，单位为m2/s。,1.5液压传动工作介质的性质和选择,1.5.3液压工作介质的要求,1）可压缩性可压缩性尽可能小，响应性好；2）粘性温度及压力对粘度影响小，具有适当的粘度，粘温特性好；3）润滑性通用性对液压元件滑动部位充分润滑；4）安定性不因热、氧化或水解而变质，剪切稳定性好，使用寿命长；5）防锈和抗腐蚀性对铁及非铁金属的锈蚀性小；6）抗泡沫性介质中的气泡容易逸出并消除；7）抗乳化性除含水液压液外的油液，油水分离要容易；8）洁净性质地要纯净，尽可能不含污染物，当污染物从外部侵入时能迅速分离；9）相容性对金属、密封件、橡胶软管、涂料等有良好的相容性；10）阻燃性燃点高，挥发性小，最好具有阻燃性；11）其他对工作介质的其他要求还有；无毒性和臭味；比热容和热导率要大；体胀系数要小等。,1.5液压传动工作介质的性质和选择,1.5.4液压工作介质的选择,工作介质的选择包含两个方面：液压油的类型和粘度。选择工作介质时要考虑的因素如下表所示：,工作介质的选择通常要经历下述四个基本步骤：,1）列出液压系统对工作介质以下性能变化范围的要求：粘度、密度、体积模量、饱和蒸气压、空气溶解度、温度界限、压力界限、阻燃性、润滑性、相容性、污染性等；2）查阅产品说明书，选出符合或基本符合上述各项要求的工作介质品种；3）进行综合权衡，调整各方面的要求和参数；4）与供货厂商联系，最终决定所采用的合适工作介质。,1.5液压传动工作介质的性质和选择,1.5.4液压工作介质的选择,1.6液压传动工作介质的污染及控制,1.6.1工作介质污染的原因,工作介质的污染是液压系统发生故障的主要原因。工作介质遭受污染的原因是多方面的，污染物的来源有：,液压装置组装时残留下来的污染物，主要是指切屑、毛刺、型砂、磨粒、焊渣、铁锈等；从周围环境混入的污染物，主要是指空气、尘埃、水滴等；在工作过程中产生的污染物，主要是指金属微粒、锈斑、涂料和密封件的剥离片、水分、气泡以及工作介质变质后的胶状生成物等。,1.6液压传动工作介质的污染及控制,1.6.2工作介质污染的危害,固体颗粒会加速元件磨损，堵塞缝隙及过滤器，使液压泵和阀性能下降，产生噪声；水侵入液压油会加速油液的氧化，并与添加剂起作用产生粘性胶质，使滤心堵塞；空气的混入会降低工作介质的体积模量，引起气蚀，降低润滑性；溶剂、表面活性化合物等化学物质使金属腐蚀；微生物的生成使工作介质变质，降低润滑性能，加速元件腐蚀，对高水基液压液的危险更大。,液压系统中的污染物，是指混入工作介质中的各种杂物，如固体颗粒、水、空气、化学物质、微生物和污染能量等。工作介质被污染后，将对系统及元件产生下述不良后果：,1.6液压传动工作介质的污染及控制,1.6.3工作介质污染的控制,严格清洗元件和系统。液压元件在加工的每道工序后都应净化，装配后再仔细清洗，以清除在加工和组装过程中残留的污染物。系统在组装前，先清洗油箱和管道，组装后再进行全面彻底的冲洗；防止污染物从外界侵入。在贮存、搬运及加注的各个阶段都应防止工作介质被污染。工作介质必须经过过滤器注入系统。设计时可在油箱呼吸孔上装设空气过滤器或采用密封油箱，防止运行时尘土、磨料和冷却物侵入系统。另外，在液压缸活塞杆端部应装防尘密封，并经常检查定期更换；采用高性能的过滤器。这是控制工作介质污染度的重要手段，它可使系统在工作中不断滤除内部产生的和外部侵入的污染物。过滤器必须定期检查、清洗和更换滤心；,常用的控制工作介质污染的措施有：,1.6液压传动工作介质的污染及控制,1.6.3工作介质污染的控制,常用的控制工作介质污染的措施有：,控制工作介质的温度