液压传动技术

1、1主讲主讲 陈建农陈建农编著编著 国电镇江电力培训中心国电镇江电力培训中心 2012年年7月月 2联系方式：联系方式：地址：镇江市谏壁镇镇江电力培训中心地址：镇江市谏壁镇镇江电力培训中心陈建农陈建农手手 机机:-mail: 因时间仓促，本课件及讲稿有疏漏之处，敬请谅解！3目目 录录一一. .液压传动技术基础知识液压传动技术基础知识 二二. .液压流体力学基本理论液压流体力学基本理论三三. .液压油液压油四四. .液压传动系统的基本元件及功能液压传动系统的基本元件及功能五五. .液压系统的基本回路液压系统的基本回路六六. .典型液压系统液压传动典型液压系统液压传动七七.

2、 .液压系统故障诊断液压系统故障诊断 八八. .系统的使用和维护系统的使用和维护 41.2 液压传动系统的工作原理液压传动系统的工作原理 1.3 液压传动系统的组成液压传动系统的组成 1.4 液压传动系统的图形符号液压传动系统的图形符号 1.5 液压传动系统特点液压传动系统特点一一. 液压传动技术基础知识液压传动技术基础知识1.1 概述概述51.1 概述概述 液压传动是以液体（通常是油液）作为工作介质，利用液体压力来传递动力和进行控制的一种传动方式。 液压传动相对于机械传动是一门新技术，17世纪、18世纪是液压理论发展的鼎盛时期。二战期间，军事工业的需要促使液压技术迅速发展。战后液压技术转为民

3、用，在各行各业得到了广泛应用。 由于液压传动具有明显的优点，因此发展迅速，尤其在高效率的自动化、半自动化机械中，应用更为广泛。当前液压技术已经面为机械工业发展的一个重要方面。61.2液压传动系统的工作原理液压传动系统的工作原理 1 91 81 71 61 41 51 391 1214365781 01 21 61 591 1磨床工作台液压系统磨床工作台液压系统 磨床工作台磨床工作台 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。7磨床工作台磨床工作台 液压系统液压系统 液压缸液压缸液压泵液压泵节流阀节流阀换向阀换

4、向阀油箱油箱1 91 81 71 61 41 51 391 1214365781 01 21 61 591 1磨床工作台磨床工作台8磨床工作台液压系统磨床工作台液压系统 磨床的液压系统工作时，液压泵液压泵4 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，是一种齿轮泵齿轮泵。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 , 1 0 - 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

5、图1.1磨床工作台液压传动系统 工作原理 191817161415139112143657810121615911磨床工作台磨床工作台液压泵液压泵油箱油箱9磨床工作台液压系统磨床工作台液压系统 图1.1磨床工作台液压传动系统 工作原理 1 91 81 71 61 41 51 391 1214365781 01 21 61 591 1磨床工作台磨床工作台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 , 1 0 - 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；

6、 19-工作台 液压缸液压缸 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。 节流阀节流阀换向阀换向阀10磨床工作台液压系统磨床工作台液压系统 液压缸液压缸 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。 磨床工作台磨床工作台1 91 81 71 61 41 51 391 1214365781 01 21 61 591 1换向阀换向阀 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

7、阀节流阀11磨床工作台液压系统磨床工作台液压系统 磨床工作台磨床工作台换向阀换向阀 如果将手动换向阀9转换成如图11（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。1 91 81 71 61 41 51 391 1214365781 01 21 61 591 112磨床工作台液压系统磨床工作台液压系统 磨床工作台磨床工作台溢流阀溢流阀1 91 81 71 61 41 51 391 1214365781 01 21 61 591 1 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

8、机过热奈至烧毁等。 液压系统一般采用设置的方法，来限制系统的最大工作压力，保护人生设备的安全。13磨床工作台液压系统磨床工作台液压系统 磨床工作台磨床工作台溢流阀溢流阀 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，有连接各元器件的，还得有过滤系统的油液，防止杂质进入泵和液压系统的，另外还有，等。1 91 81 71 61 41 51 391 1214365781 01 21 61 591 1工作原理工作原理 从磨床的工作过程可看出，液压系统的工作原理：以油液作为工作介质，通过密封容积的变化来传递运动，通过油液内部的压力来传递动力。151.3液压传动系统的组成液压传动系

9、统的组成 从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：动力元件动力元件传动介质传动介质控制元件控制元件辅助元件辅助元件执行元件执行元件16 液压传动是以液体作为工作介质来进行工作的，一个完整的液压传动系统由以下几部分组成： 1、动力部分将原动机的机械能转换为油液的压力能，是系统的能量来源。能量转换元件为液压泵。其作用是向液压系统提供压力油。 2、执行部分将油液压力能转换成驱动负载运动的机械能，是系统的输出。执行元件有液压缸（作直线运动或摆动运动）、液压马达（作回转运动）。 3、控制部分对系统中油液的压力、流量、和流动方向进行控制或调节。控制元件有各种压力、流量和方

10、向控制阀等。 4、辅助部分组成系统，起贮油、过滤、检测、和密封等作用，保证系统可靠和稳定工作。辅助元件有管路和接头、油箱、过滤器、蓄能器、密封件和控制仪表等。 5、工作介质传递能量。采用液压油。 171.4 液压系统的图形符号液压系统的图形符号 图11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12所示。 9108765321418191817161415139112143657810121615911 图1.1用半结构式表示的磨床工作台 液压系统图91087653214 图

11、1.2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 液压缸液压缸液压缸液压缸换向阀换向阀换向阀换向阀节流阀节流阀节流阀节流阀液压泵液压泵液压泵液压泵溢流阀溢流阀溢流阀溢流阀油箱油箱油箱油箱19 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，不反映其过渡过程。 91087653214液压缸液压缸液压泵液压泵节流阀节流阀换向阀换向阀油箱油箱溢流阀溢流阀201.5 液压传动的特点液压传动的特点

12、液压传动与其他传动形式相比较，有以下优点液压传动与其他传动形式相比较，有以下优点 1) 功率密度（即单位质量所具有的功率）大，结构紧凑，质量轻。 高压液压泵为56.8kw/kg，发电机为0.50.68kw/kg，前者约为后者 的1213，且尺寸相差悬殊。2) 传动平稳，能实现无级调速，且调速范围大。 调速比高达2000，最低稳定转速1r/min，且可在运行中调速。3) 液压元件质量轻、惯性矩小，变速性能好。 可实现高频率的换向，液压马达高速换向达8次/s，液压缸高速换向达78次/s，电动机达不到。液压马达加速仅需0.1s，而同功率电动机加速则需112s，快速性好。4) 布局方便灵活。5) 易于

13、实现过载保护。6) 运动平稳可靠，液压元件解自行润滑，使用寿命较长。7) 便于实现自动化和中等距离内的能量分配、传输和控制。8）液压元件实现标准化、系列化、通用化，便于设计、制造和使用。21液压传动也有不足，主要缺点有液压传动也有不足，主要缺点有 1）液压元件的制造精度和密封性能要求高，加工和安装都比较困难。2）泄漏难以避免，并且油液有一定的压缩性，因此传动比不能恒定，不适用于传动比要求比较严格的场合。3) 泄漏引起能量损失，油液在管道中受到时阻力及机械摩擦也会引起一定的能量损失，致使液压传动的效率较低。4）油液的粘度随温度变化，会影响传动机构的工作性能。5）油液中渗入空气时，会产生噪声，容易

14、引起振动和爬行（运动速度不均匀），影响传动的平稳。6) 维修保养困难，工作量大。当液压系统产生故障时，故障原因不易查找，排除较困难。本部分结束！请继续学习第二部分23 2.1 液体静力学基础液体静力学基础 2.2 液体流动性质（流体动力学）液体流动性质（流体动力学） 2.3 液压传动系统的基本参数液压传动系统的基本参数2.4 液压传动的压力、流量损失和功率计算液压传动的压力、流量损失和功率计算 2.5 液压冲击及气穴现象液压冲击及气穴现象 二二. . 液压流体力学基本理论液压流体力学基本理论242.1 液体静力学基础液体静力学基础 液体静力学研究液体处于相对平衡状态下的力学规律及其实际应用。所

15、谓相对平衡是指液体内部各质点间没有相对运动。液体内部质点之间没有相对运动的液体称为静止静止液体液体，静止液体可以随同容器一起如同刚体似的作各种运动。25 1液体静压力液体静压力 作用于液体上的力有质量力和表面力两种。 质量力作用于液体的每一质点上，如重力、惯性力等。 表面力作用于液体受力单元的分界面上。 对于静止液体，由于质点间没有相对运动，从而不存在切向力，又由于液体只能承受压力而不能承受拉力，所以作用于液体上的表面力只有压力。 26液体静压力具有两个重要特征： 液体的压力方向沿承压面的内法线方向 静止液体内任一点上在各方向的压力都相等2 2液体静力学基本方程式液体静力学基本方程式图2-1

16、重力作用下的静止液体27图2-1可示，在重力作用下的静止液体的受力情况，除液体的重力外，还有液面上和容器壁面作用于液体上的压力。在液体内取高度为、截面积为的液柱，如图1-2(b)可示。该液柱在重力及周围液体的压力作用下处于平衡状态，其垂直方向上的力平衡方程为pApAghArD=D+D 式中 p液体内深度为h处压力 rghDA 液柱的重力上式等式两边同除化简后得 ppghr=+28上式即为液体静力学基本方程。该方程说明以下三点 ： 静止液体内任一点的压力为液面上的压力与该点以上液体重力所形成的压力之和。 静止液体内的压力随液体深度按线性规律递增。 同一液体中，距液面深度相等各点的压力相等。由压力

17、相等的点组成的面称为等压面，在重力作用下静止液体中的等压面为水平面。 293.3.帕斯卡原理帕斯卡原理 对于静止液体，当其边界面上的压力发生变化时，其内部任一点的压力均将发生相同的变化，即：施加于静止液体任一表面上的压力将同时等值地传递到液体内部各点，这就是帕斯卡原理，或称静压传递原理。 30压机工作原理图 大、小活塞的面积分别为和，小活塞上的作用力为则在大活塞上将产生的作用力。压机内液体处于静止平衡（包括匀速运动）状态，且互相连通。 31 根据帕斯卡原理，液体内任一点的压力相等，即小活塞端面上产生的压力p1应该等于大活塞端面上压力p2（不计两活塞端面的位差），则有121212FFppAA=2

18、211AFFA= 可见，大活塞上压力的力F2是输入力F1的A2/A1倍。 在液压传动系统中，由于外力作用产生的压力远大于液体自身重力产生的压力，因此忽略液体自身产生的压力。 32液压千斤顶如图2-3可示，柱塞2的直径为d2=34mm，活塞1的直径为d1=13mm，杠杆长度如图可示，问杠杆端点应加多大的力才能将W = 5104N的重物顶起： 图2-2 液压千斤顶工作原理33解 由重物引起的油液压力为 p = W/ A2 = 5104/4（3410-3）2 = 55.07MPa 则在活塞1上产生的作用力为F1 = p A1= p/4（1310-3）2 = 7309.57N 根据杠杆原理有25 F1

19、=750F 则 F=25/7507309.57=243.65N 即在杠杆端点上仅需243.65N的力，即可顶起5104N的重物。344. 压力的表示方法及单位压力的表示方法及单位 压力有绝对压力和相对压力两种表示方法。绝对压力是以绝对零压力为基准，相对压力是以大气压为基准来衡量的。绝对压力与相对压力的关系为： 绝对压力相对压力大气压 或得，相对压力绝对压力大气压力。 35真空度 当相对压力大于零时，又称为表压力。若相对压力小于零时，即此时的绝对压力小于大气压，小于多少，称为负压，也称为真空度，即 真空度大气压绝对压力36绝对压力、相对压力与真空度之间的关系 绝对压力以零压为基准，始终为正，而相

20、对压力则以大气压为基准，可正可负，真空度是负压的数值。 压力的单位为Pa或kPa、MPa。372.2 液体流动性质（流体动力学）液体流动性质（流体动力学） 液体与固体的最大区别是它可承受无限制的变形且无固定形状，在变形过程中其质点之间具有相对位移。这种液体质点间有相对位移的运动状态称为流动。由于液体在流动时其内部各质量所受重力、惯性力、粘性摩擦力等的影响各不相同，所以液体内部各点的速度、压力及密度是空间坐标和时间的函数。 381、理想液体和恒定流动、理想液体和恒定流动1）恒定流动液体流动时，其任意点处的压力、流速和密度都不随时间变化，而只是空间点的坐标的函数，便称为恒定流动，也叫定常流动或非时

21、变流动。反之，只要速度、压力或密度中有一个参数随时间变化而变化，则称为非恒定流动。通常在研究系统静态特性时，可以认为液体作恒定流动，当在研究系统动态特性时，则必须按非恒定流动考虑。392）理想液体实际液体具有粘性，在研究液体流动时必须考虑粘性的影响，但该问题比较复杂。为分析问题的的方便清晰，首先假设液体是没有粘性的，然后再考虑粘性的影响并通过实验验证，对理想结论进行修正。这种没有粘性的液体称为理想液体。所以，一般把既无把既无粘性又不可压缩的液体称为理想液体粘性又不可压缩的液体称为理想液体。402过流断面、流量、平均流速过流断面、流量、平均流速 1）过流断面在流动液体中所作的垂直于流线的截面称为

22、过流断面。过流断面上每一点的流速都垂直于该面。由于流动液体内的流线不一定平行，所以过流断面可能是一个平面，也可能是一个曲面。41 q=V/t单位为m3/s(米/秒)，常用单位为L/min(升/分)。换算关系为1m3/s=6104L/min 2）流量单位时间内流过某过流断面的液体体积，称为流过该过流断面的体积流量，用q表示423）平均流速在实际工程中，由于过流断面上的流速分布规律很难确定，为计算方便，引入平均流速的概念。假设过流断面上各点的流速相等，流体以此流速流过该断面的流量与实际流量相等，此流速则称为过流断面上的平均流速，用v表示。 v = q/A 433流量连续性方程流量连续性方程理想液体

23、（不可压缩的液体）在无分支管路中作稳定流动时，通过每一截面的流量相等，这称为流量的连续性原理。油液的可压缩性极小，通常可视作理想液体。 44q1= q2 即即 A1 v1 = A2 v2 式中 A1，A2截面1，2的面积，m2 v1，v2液体流经截面1，2时的平均流速，m/s液体在无分支管路中稳定流动时，流经管路不同截面时的平均流速与其截面面积大小成反比。上式表明：452.3 液压传动系统的基本参液压传动系统的基本参数数液压传动是以液体的压力能作为工作介质，液体的压力来实现动力的传递，以密封的工作容积变化来实现运动的传递。在液压系统中工作压力决定于负载的大小，而执行装置的运动速度取决于输入执行

24、装置的流量。 压力和流量是液压系统中最基本的二个参数。46 q=V/t单位为m3/s(米/秒)，常用单位为L/min(升/分)。换算关系为1m3/s=6104L/min 1）流量单位时间内流过某过流断面的液体体积，称为流过该过流断面的体积流量，用q表示1、流量和平均流速、流量和平均流速472) 排量 泵轴每转1周，密封容积几何尺寸变化理论上计算应排出的油液的的体积。 q= q排n ( m3/r)n-转速 r /s483）平均流速在实际工程中，由于过流断面上的流速分布规律很难确定，为计算方便，引入平均流速的概念。假设过流断面上各点的流速相等，流体以此流速流过该断面的流量与实际流量相等，此流速则称

25、为过流断面上的平均流速，用v表示。 v = q/A 494) 活塞（或液压缸）的运动速度活塞（或液压缸）的运动速度是由于流入液 压缸的的油液迫使密封容积增大导致的结果，因此其运动速度与流入液压缸的油量有关。以图2-2 为例，设在时间t内活塞移动距离为H，活塞的有效作用面积为A，则密封容积变化即所需流入的油液的体积为AH，则流量50 q=V/t =AH/ t H= q t/A活塞（或液压缸）的运动速度为 v=H/ t= q/A=v 结论：（1）v=v （2）v与A、qv有关，与p无关 （3）A一定时，v决定于q，改变 流量就能改变速度 512、压力、压力1）压力的概念油液的压力是由油液的自重和油

26、液受外力作用所产生的。p=F/A N/m2 帕斯卡（Pa） N/ m m2 兆帕（M Pa） Kgf/cm2 工程大气压 10N/cm2 巴（bar） 1Mpa = 106Pa 1 bar=105 N/m20.1N/ m m2 1 Kg/cm2 = 9.8104N/m2 =0.098 N/ m m2 压力的单位： 换算关系：52液压传动中，压力按其大小分为五级液压传动中，压力按其大小分为五级 单位：MPa 压力分级压力分级低压低压中压中压中高压中高压高压高压超高压超高压压力范围压力范围2.52.58.08.016.016.032.032532）液压系统及元件的公称压力额定压力 液压系统的及元件

27、在正常条件下，按试验标准连续工作的最高压力。超过此值，液压系统便过载。 液压系统必须在额定压力以下工作，额定压力应符合公称压力系列。 54液压系统及元件液压系统及元件-公称压力系列公称压力系列1.01.01.61.62.52.54.04.06.36.3(8.0)(8.0)10.010.0 (12.5)(12.5)16.016.020.020.025.025.031.531.540.040.050.050.063.063.080.080.0100100553）液压传动系统中压力的建力）液压传动系统中压力的建力 密闭容器内静止油液受到外力挤压而产生压力（静压力），对于采用液压泵连续供油的液压传动系

28、统，流动油在某处的压力也是因为受到其各种形式负载（如工作阻力、磨擦力、弹簧力等）的挤压而产生的。除静压力外，由于液流还有动压力，但在一般液压传动中，油液的动压力很小，可忽略不计。因此，液压传动系统中流动油液的压力，主要考虑静压力。下面就图 所示液压传动系统中压力的建立进行分析。56 在右图中，假定负载阻力为零（不考虑油液的自重、活塞的质量、磨擦力等因素），由液压泵输入液压缸左腔的油液不受任何阻挡就能推动活塞向右运动，此时，油液的压力为零（p = 0）。活塞的运动是由于液压缸左腔内油液的体积增大而引起的。 57 在下图中，输入液压缸左腔的油液由于受到外界负载F的阻挡，不能立即推动活塞向右运动，而

29、液压泵总是连续不断地供油，使液压缸左腔中的油液受到挤压，油液的压力从零开始由小到大迅速升高，作用在活塞有效作用面积A上的液压作用力（pA）也迅速增大。当液压作用力足以克服外界负载F时，液压泵输出的油液迫使液压缸左腔的密封容积增大，从而推动活塞向右运动。在一般情况下，活塞作匀速运动，作用在活塞上的力相互平衡，即液压作用力等于负载阻力（pA=F）。因此，可知油液压力p=F/A。若活塞在运动过程中负载F保持不变，则油液不会再受更大的挤压，压力就不会继续上升。也就是说液压传动中液压传动中油液的压力取决于负载的大小，并随负载大小的变化油液的压力取决于负载的大小，并随负载大小的变化而变化而变化。5859

30、右图表示向右运动的活塞接触固定挡铁后，液压缸左腔的密封容积因活塞运动受阻停止而不能继续增大。此时，若液压泵仍继续供油，油液压力会急剧升高，如果液压传动系统没有保护措施，则系统中薄弱的环节将损坏。 60 综合上面分析，可知液压传动系统中某处油液的压力是由于受到各种形式负载的挤压而产生的，压力的大小决定于负载，并随负载变化面变化。当某处有几个负载并联时，压力的大小取决于克服负载的各个压力值中最小值。应特别注意的是压力建立的过程是从无到有、从小到大迅速进行的。6124 液压传动的压力、流量损失和功率计算液压传动的压力、流量损失和功率计算1、液压传动的压力损失1）液阻和压力损失 油液具有粘性，油液流动

31、时，油液的分子之间、油液与管壁之间的摩擦和碰撞会产生阻力，这种阻硬油液流动的阻力称为液阻。 由于注液阻的存在，油液流动时会引起能量损失，主要表现为压力损失。 油液流动产生的压力损失，会造成功率浪费，油液发热，粘度下降，进而使用泄漏增加，同时液压元件受热膨胀也会影响政常工作，甚至“卡死”。因此，必须采取措施尽量减少压力损失。一般情况，只要油液粘度适当，管路内壁光滑，尽量缩短管路长度和减少管路的截面变化及弯曲，是可以使压力损失控制在很小的范围内。 622）压力损失的近似估算）压力损失的近似估算 影响压力损失的因素很多，精确计算较为复杂，通常采用近似估算的方法。液压泵最高工作压力的近似计算式为p泵泵

32、=K压压p缸缸式中：p泵泵液压泵最高工作压力Pa p缸缸液压缸最高工作压力Pa K压压系统压力损失系数 一般K压 =1.31.5。系统复杂或管路较长 取大值，反之取小值。632、液压传动的流量损失1）泄漏和流量损失 在液压系统系统工作的情况下，从液压元件的密封间隙漏过少量油液的现象称为泄漏。由于液压元件必然存在着一定间隙，当间隙的两端有压力差时，就会有油液从这些间隙中流过。所以，液压系统中泄漏现象总是存在的。 64内泄漏液压元件内部高、低压腔间泄漏称为内泄漏 外泄漏液压系统内部的油液漏到系统外部的泄漏 液压系统的泄漏必然引起流量损失，使液压泵输出的流量不能全部流入液压缸等执行元件。652）流量

33、损失的估算流量损失一般也采用近似估算的方法。 q泵泵=K漏漏q缸缸 式中：q泵液压泵最大输出流量 m3/s q缸液压缸最大输出流量 m3/s K漏系统泄漏系数 一般K漏=1.1 1.3。系统复杂或管路较长取 大值，反之取小值。66 3）液压传动的功率计算 （1）液压缸的输出功率P缸 功率等于力和速度的乘积。对于液压缸来说，其输出功率等于负载阻力F和活塞（或液压缸）运动速度v的乘积，即 P缸=F v 由于F= p缸A v= q缸/A 所以液压缸的输出功 率（不计液压缸的损失）P缸=p缸q缸67（2）液压泵的输出功率P泵P泵 = p泵q泵（3）液压泵的效率和驱动液压泵的电动机功率计算 由于液压泵在

34、工作中也存在因泄漏和机械 磨擦所造成的流量损失及机械损失，所以驱动 液压泵的电动机所需的功率 P 电要比液压泵的输出功率P泵大。液压泵的总效率 总= P泵/P电 68 外啮合齿轮泵取0.630.80 总 叶片泵取0.750.85 柱塞泵取0.800.90 驱动液压泵的电动机功率P电= P泵/总 = p泵q泵/总6928 液压冲击及气穴现象液压冲击及气穴现象1、液压冲击 在液压系统工作过程中，管路中流动的液体往往会因执行元件换向或阀门关闭而突然停止运动，由于液流和运动部件的惯性，在系统内会产生很大的瞬时压力峰值，这种刺针叫液压冲击。 液压冲击会引起振动和噪声。其压力峰值可超过工作压力的几倍；有时

35、使某些液压元件，如压力继电器、顺序阀等产生错误动作而影响系统正常工作，甚至可能使某些液压元件、密封装置和管路损坏。702、气穴现象 在液压传动中，液压油总是含有一定量的空气。空气可溶解在液压油中，也可以气泡的形式混合在液压油中。对于矿物型液压油，常温时一个大气压下约有612的溶解空气。如果某一处的压力低于空气分离压力时，溶解于油中的空气就会从油中分离出来形成气泡，当压力降至油液的饱和蒸汽压力以下时，油液就会沸腾而产生气泡。这些气泡混杂在油液中，使得原来充满导管和元件容腔中的油液成为不连续状态，定种现象称为气穴现象。 71 为了防止气穴现象的产生，在液压元件和液压系统设计时，对于液压泵来说，要正

36、确设计泵的结构参数和泵的管路。对于元件和系统管路，应尽量避免油道狭窄或急剧转弯，以防止产生低压区。另外，应合理选择液压元件的材料，增加零件的机械强度，提高零件表面质量等，以提高抗腐蚀能力。72请继续学习第三部分请继续学习第三部分73 3.1 液体的物理性能液体的物理性能 3.2 液压油的质量指标液压油的质量指标 3.3 液压油的要求和选用液压油的要求和选用3.4 液压油的产品符号说明液压油的产品符号说明 3.5 液压油液的污染及其控制液压油液的污染及其控制 三三. . 液压油液压油743.1 液体的物理性能1液体的密度 对于均质液体，其密度为 其单位为：kg/m3 液体的密度是液体的一个重要参

37、数，密度的大小随压力或温度的变化而发生变化，当液体密度的变化量很小时，变化量在工程计算中可以忽略。 vm(1-2)752液体的可压缩性和热膨胀性可压缩性 定义：当液体可受的压力发生变化时，其体积随之发生相应变化的性质称为可压缩性。压力和温度对液体体积的影响非常小。 76 液体的可压缩性用体积压缩系数k和体积弹性模量K表示。p0p0+ pv0v0- v77体积压缩系数体积压缩系数k ：单位压力变化下的体积相对变化量。 P0 初始压力；p 压力增量；V0 原始体积（压力为P0 时的积）；v 压力增大p时，体积的减少量；“-” 压力增大时，体积减少，所以须加 负号，以使k为正值。 78体积弹性模量（

38、体积模量）体积弹性模量（体积模量）K K= 1/k k注意注意常用体积弹性模量K表示液体的可压缩性、影响可压缩性的因素、影响可压缩性的因素温度tKk可压缩性（容易被压缩）压力pKk可压缩性79 压力增大时，值增大，但这种变化不呈线性关系。当p3pa时，值基本上不再增大。 若液压油中混有气泡时，值将大大减小。 液压油液的可压缩性对在动态下工作的液压系统来说影响很大，但当液压系统在静态下工作时，一般可以不予考虑。注 意80 对于液体，压力、温度及压缩过程对体积弹性模量的影响非常小，所以，在压力和温度变化不大的过程应用中常认为为常数，当液压传动系统处于稳态情况时，一般可认为液体是不可压缩的。 但在高

39、压、研究系统的动态性能及计算机远距离操纵的液压机构时，则必须考虑液体的可压缩性。注 意81热膨胀性 液体的体积随温度的变化而变化的性质称为热膨胀性，其大小用热膨胀系数表示，即 上式表示液体在某恒定压力下，温度变化1k或1时所引起的体积的相对变化量。对于液压油，从工程实用性看，可以为仅取决于油液本身而与压力和温度无关，其值为 =8.210-46.010-4)(1TVv （1-6）82定义：液体在外力作用下流动（或有流动趋势）时，分子间的内聚力要阻止分子相对运动而产生一种内摩擦力，这种现象叫做液体的粘性。注意 粘度是衡量液体粘性的指标； 常用的粘度为动力粘度，运动粘度，相对粘度； 液体流动或有流动

40、趋势时，才有粘性，静止液体无粘性。3液体的粘性与粘度83动力粘度（绝对粘度）动力粘度（绝对粘度） 实验测定指出液体流动时相邻液层间的内摩擦力f 与液层接触面积、液层间的速度梯度 du/dy 成正比，即：式中：比例常数，称为粘度或粘性系数（动力粘度）。84单位：单位：在SI中，为Pas（帕秒）或Ns/m2 在CGS中，为dyns/cm2，又称泊（P）。 1 Pa s 10 P 运动粘度运动粘度 ：液体动力粘度与其密度的比值， 称为液体的运动粘度。即： = / 单位：单位：在SI中，为m2/s 在CGS中，为cm2/s，又称St（斯） mm2/s 又称cSt（厘斯） 1 m2/s = 10 st

41、= 106 cst.物理意义：不是一个粘度的量，但习惯上常用 它来标志液体粘度。85例如1：液压油的牌号就是用液压油在40时运动粘度（以mm2/s计）的平均值来标志的。例如2：20HL 表示HL液压油的运动粘度在40时为20 mm2/s。相对粘度（条件粘度）相对粘度（条件粘度） 我国采用我国采用“恩恩氏粘度氏粘度E t” 液体粘度在工程上的测定方法是测出液体的“相对粘度”，然后再根据关系式算出动力粘度或运动粘度。86方法：方法：将200ml温度为 t的被测液体装入粘度计的容器内，使之由其下部直径为 2.8mm的小孔流出，测出液体流尽所需的时间t1（s）；再测出200ml温度为20 的蒸馏水在同

42、一粘度计中流尽所需 的时间t2 (s)。这两个时间的比值即为被测液体在t 下的恩氏粘度。即E t = t1 / t287 一般以20 、50 、100 作为测定液体粘度的标准温度，所以恩氏粘度分别 0E20、0E 50、0E100标记。 88影响粘度的因素影响粘度的因素说明：说明：在一般液压系统使用的压力范围内，增大的数值很小，可以忽略。 液压油液粘度对温度的变化十分敏感,如图所示。t t893.2 液压油的质量指标液压油的质量指标 1、酸值 表示油中的含酸量。即中和1g石油产品所需氢氧化钾的毫克数。液压油的酸值越低,质量越好。2、闪点 将液压油在一定条件下加热，油蒸汽与周围空气的混合气体同火

43、焰接触开始闪光时的最低温度。闪点越高越好。3、燃点 如果使闪点时间延长5秒，这时的温度称为燃点。4、凝点 液压油在低温下停止移动的最高温度。5、灰分 油试样在规定条件完全燃烧后的残留物占试样质量的百分数。6、机械杂质 油中的沉淀和悬殊物，经过溶解过滤后的残留物。903.3 液压油的要求和选用液压油的要求和选用1、液压油的要求 液压传动系统工作性能的好坏，在很大程度上取决于工作液体的选择，液压传动系统70的以上的故障直接或间接与液压油有关。1）有适当的粘度和良好的粘温特性。 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。 合适的粘度

44、和良好的粘温特性。液压油的粘度一般为=（11.5-41.3）mm2/s或（25.8）E502）润滑性能要好。913）纯净度好、杂质少。4）具有良好的化学稳定性。主要指在高温下（抗热）、与空气长期接触（抗氧化）仍能保持原有的化学成分不变的性质。5）对液压系统所用金属及密封材料等有良好的相容性。6）抗泡沫性、抗乳化性和防锈性好，腐蚀性小。7）比热和传热系统大、体积膨胀系统小、闪点和燃点高、凝点低。922、液压油的选用液压油的选用 液压油的选择，应根据液压系统的工作环境和条件进行。 在众多考虑因素中，主要考虑的是液压油的粘度，粘度选择是否合适，将对液压系统的稳定性、可靠性、效率、温升、磨损等产生显著

45、影响。93 粘度的选用原则粘度的选用原则 在选择液压油的粘度时，应综合考虑液压系统的工作压力、环境温度及工作速度等因素。 对于高压系统，为了减少泄漏，宜选用粘度较大的液压油；反之可选用粘度较小的液压油。 当环境温度较高时，宜选用粘度较大的液压油。对于工作部件运动速度较大的系统，宜选用粘度较小的液压油，以减小液流的摩擦损失。943.4 3.4 液压油的产品符号说明液压油的产品符号说明 液压传动介质按照GB/T7631.2-87（等效采用ISO 6743/4）进行分类，主要有石油基液压油石油基液压油和难燃液压液难燃液压液两大类。 1 1）石油基液压油）石油基液压油 L-HL液压油液压油（又名普通液

46、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，是当前我国供需量最大的主品种，用于一般液压系统，但只适于0 以上的工作环境。其牌号有：HL32、HL46、HL68。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。 95 L-HM液压油液压油（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：HM32、HM46、HM68、HMI00、HM150 L-HG液压油液压油（又名液压一导轨油）：除普通液压油所具有的全部添加剂外，

47、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。 96 L-HV液压油液压油（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。 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。 972 2）难燃液压液）难燃液压液 难燃液压液分为合成型、油水乳化型和高水基型三大类。 合成型抗燃工作液合成型抗燃工作液 水一乙二醇液水一乙二醇液（L-HFC液压液）：

48、这种液体含有 3555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。98 水一乙二醇液能使许多普通油漆和涂料软化或脱离，水一乙二醇液能使许多普通油漆和涂料软化或脱离，可换用环氧树脂或乙烯基涂料。可换用环氧树脂或乙烯基涂料。 磷酸酯液磷酸酯液（L-HFDR液压液） 这种液体的优点是，使用的温度范围宽（-54135），抗燃性好，抗氧化安定性和润滑性都很好。允许使用现有元件在高压下工作。 其缺点是价格昂贵（为

49、液压油的58倍）；有毒性；与多种密封材料（如丁氰橡胶）的相容性很差，而与丁基胶、乙丙胶、氟橡胶、硅橡胶、聚四氟乙烯等均可相容。99 油水乳化型抗燃工作液油水乳化型抗燃工作液（L-HFB、L-HFAE液压液） 油水乳化液是指互不相溶的油和水，使其中的一种液体以极小的液滴均匀地分散在另一种液体中所形成的抗燃液体。分水包油乳化液和油包水乳化液两大类。 高水基型抗燃工作液高水基型抗燃工作液（L-HFAS液压液） 这种工作液不是油水乳化液。其主体为水，占 95，其余 5为各种添加剂（抗磨剂、防锈剂、抗腐剂、乳化剂、抗泡剂、极压剂、增粘剂等）。其优点是成本低，抗燃性好，不污染环境。其缺点是粘度低，润滑性差

50、。1003.5 3.5 液压油液的污染及其控制液压油液的污染及其控制 液压系统的故障75%以上是由于液压油的污染造成的，所以，液压油清洁与否直接影响液压系统的工作状况和元件的寿命。污染的原因污染的原因 液压油污染的原因是很复杂的，污染物的来源如表表2-1。101外界侵入的污染物外界侵入的污染物工作过程中产生的污工作过程中产生的污染物染物液压油液运输过程中带来的污染物液压装置组装时残留下来的污染物从周围环境混入的污染物液压装置中相对运动件磨损时产生的污染物液压油液物理化学性能变化时产生的污染物表表3-1 3-1 液压油液中的污染物液压油液中的污染物102污染度的等级污染度的等级 为了描述和评定液

51、压油污染的程度，以便对它进行控制，有必要规定出液压油的污染度等级。美国美国NAS1638污染度等级污染度等级污染等级：污染等级：00级、0级、1级、.、12级。00级最清洁，12级污染最高。103我国我国ISO4406污染度的等级污染度的等级 前面的代号表示1ml 油液中大于5um颗粒数的等级， 后面的代号表示1ml油液中大于15um颗粒数的等级， 两个代号间用一斜线分隔。例如：例如：等级代号为20/17的液压油液，表示它在每ml 内大于5um的颗粒数在5000-10000之间，大于15um的颗粒数在640-1300之间。104 5um左右的颗粒对堵塞 元件缝隙的危害最大， 而大于15um的颗

52、粒对元件的磨损作用最 为显著，用它们来反映油液的污染度最 为恰当。原因本部分结束！请继续学习第四 部 分106四四. .液压传动系统的基本元件及功能液压传动系统的基本元件及功能 第四部分主要内容为第四部分主要内容为 ：4.1 液压泵和液压马达液压泵和液压马达 4.2 液压缸液压缸4.3 液压阀液压阀4.4 辅助装置辅助装置 1074.1 4.1 液压泵和液压马达液压泵和液压马达 1084.1 .14.1 .1概述概述 一一 、作用和分类、作用和分类一一、液压泵的作用和分类、液压泵的作用和分类 1、作用：、作用： 把驱动电机的机械能转换成输到系统中去的油液的压力能，供液压系统使用。2 、工作原理

53、、工作原理 原理图如图4-1所示。 109110 当凸轮旋转时 柱塞和弹簧右移 密封工作腔体积 产生真空 油液便通过吸油阀吸入； 当凸轮旋转时 柱塞和弹簧左移 密封工作腔体积 已吸入的油液通过压油阀输出到系统中去。1113 、分类、分类 定量泵 、变量泵 齿轮泵 、叶片泵、 柱塞泵、 螺杆泵3) 单向泵 、双向泵4）按压力高低分为： 低压泵、中压泵、高压泵定量泵定量泵变量泵变量泵112二二、液压马达、液压马达1 、作用、作用 ：把输来油液的压力能转换成机械能，使主机的工作部件克服负载及阻力而产生运动。2 、工作原理、工作原理 从原理上说 ：向容积式泵中输入压力油，使其轴转动，就成为液压马达。大

54、部分容积式泵都可作液压马达使用，但在结构细节上有一些不同在结构细节上有一些不同。3 、分类、分类 ： 定量马达 变量马达113液压马达的职能符号液压马达的职能符号定量马达定量马达变量马达变量马达114二二 、压力、压力、 排量和流量排量和流量 1 、压力、压力是指泵实际工作时的输出压力。是指马达实际工作时的输入压力。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。1152 、排量、排量 v ：指在不考虑泄漏的情况下，轴转过一整转时所能输出（或所需输入）的油液体积。3 、流量、流量 q 指在不考虑泄漏的情况下，单位时间内所能输出（或所需输入）的油液体积。 设液

55、压泵（液压马达）的转速为设液压泵（液压马达）的转速为nqt = v n116指在额定转速和额定压力下液压泵输出（或输入马达）的流量。注注 意意 实际中液压泵和液压马达存在内泄漏，所以额定流量与理论流量不同。117三三 、 功率和效率功率和效率 一一、 功率功率 液压泵由电机驱动，输入量是转矩和转速，输出量是液体的压力和流量；马达则刚好相反。1 、 若不考虑能量损失若不考虑能量损失 ： 输出功率 =输入功率 Pt = p qt = p v n = Tt = 2Tt n式中 ：Tt 理论转矩； 液压泵（马达）的角速度。1182 、若考虑能量损失、若考虑能量损失 能量在转换过程中是有损失的。因此输出

56、功率小于输入功率，两者之差称为功率损失。 即： 功率损失功率损失 P = P入入 P出出 因内泄漏而造成的流量上的损失。 因摩擦而造成的转矩上的损失。119二二、效率、效率1、 液压泵的效率液压泵的效率 q v = qt 式中 ：q t - 理论流量。 Tt m = T 式中：Tt - 理论转矩。120 2 、液压马达的效率、液压马达的效率 qt v = q T m = Tt3 、液压泵（马达）的总效率、液压泵（马达）的总效率 输出功率 P出 = = =vm 输入功率 P入1214.1.2 齿轮泵 齿轮泵可分为内啮合式和外啮合式两类 一一 、外啮合式齿轮泵的工作原理、外啮合式齿轮泵的工作原理

57、如图4 - 3所示外啮合齿轮泵的工作原理1 、配油系统 ：存在配油盘（在端盖上）2 、密封容积 ：壳体、端盖和齿轮的各个齿间槽组成。1221233 、密封容积是可变的 1、当齿轮旋转时 相互啮合的齿轮逐渐脱开（右侧） 密封容积 形成部分真空 油箱中的油液被吸进来。2、当齿轮旋转时 齿轮逐渐进入啮合 密封容积 油液被挤出去。二二 、流量计算和流量脉动、流量计算和流量脉动 1 、 流量计算 排量的精确计算根据齿轮啮合原理。 近似计算可认为“排量=两个齿轮的齿间槽容积之和”，而“齿间槽的容积轮齿的体积”。124 所以：所以： v =D h b = 2zm2b 考虑齿间槽容积比轮齿的体积稍大些，通常取

58、 v = 6.66zm2b 齿轮泵的实际输出流量：q = 6.66zm2bnv 式中：式中：z 齿轮系数； D 节圆直径； h 齿高； m 模数； b 齿宽。1252 、 流量脉动流量脉动 q max q min = q1)、外啮合齿轮泵的 z ( max=0.2以上) 2)、内啮合齿轮泵的流量脉动小于小于外啮合的流量脉动 。z外啮合内啮合1263、外啮合齿轮泵的结构特点和优缺点、外啮合齿轮泵的结构特点和优缺点一、困油 现象1、 齿轮泵的困油现象齿轮泵的困油现象 齿轮泵要平稳工作，齿轮啮合的重叠系数 1 1，于是总有两对轮齿同时啮合，并有一部分油液被围困在两对轮齿所形成的封闭空腔之间，如图所示

59、：127当齿轮旋转时 这个封闭腔的容积 以后又逐渐128会使被困油液受挤压并从缝隙中挤出而产生很高的压力，油液发热，又会造成局部真空使油液中溶解的气体分离， 上述这些都将使泵产生强烈的振动和噪声，这就是齿轮泵的困油现象。1292 、 消除困油的方法消除困油的方法 使封闭腔容积减少时通过左边的卸荷槽与压油腔相通； 容积增大时通过右边的卸荷槽与吸油腔相通。二二、泄漏、泄漏 高压腔的压力油通过如下三条途径泄漏到低压腔中去：1 、 通过齿轮啮合处的间隙；通过齿轮啮合处的间隙；1302 、通过泵体内孔和齿顶园间的径向间隙；、通过泵体内孔和齿顶园间的径向间隙；3 、 通过齿轮两侧面和侧盖板间的端面间隙。通

60、过齿轮两侧面和侧盖板间的端面间隙。（通过端面间隙的泄漏量最大，可占总泄漏量的 75% - 80%75% - 80%。） 结结 论论 普通齿轮泵的容积效率较低，输出压力也不易提高。要提高齿轮泵的压力，首要的问题是减小端面间隙。131三、径向不平衡力 齿轮与壳体内孔的径向间隙中，可认为压力由高压腔压力逐渐分级下降到吸油腔的压力，综合作用的结果，相当于给齿轮一个径向作用力，使齿轮和轴承受载。1 1、径向不平衡力产生的后果、径向不平衡力产生的后果 132解决的方法：解决的方法： 改为带保护架的滚针轴承（设计寿命为2000h）； 采用滑动轴承； 采用SF型复合材料作为润滑材料。2、减小、减小F径径的办法