《液压气压传动技术书项目化教程》-1.2液压千斤顶传动回路分析

模块一：气压、液压传动系统分析任务2液压千斤顶控制回路分析1任务2：液压千斤顶控制回路分析学习目标：

1、能够正确查阅手册及标准选用工作介质；

2、说明压力流量两个重要参数

3、能够根据工作状况进行压力、流量计算；4、描述液压冲击和气穴现象。2任务2描述：任务2：液压千斤顶控制回路分析-静力学

如右图：油压千斤顶将顶起小轿车的重量F=16000N，：油压千斤顶气缸活塞大活塞直径D=60cm。1、液压油选用2、求系统压力P3、试分析千斤顶的工作原理4、管道中液体的流速快慢分析。

1一杠杆2一活塞3—液压泵4、5一单向阀6一油箱7－放油阀8—活塞缸9－柱塞3一、液压油的用途和各类任务2：液压千斤顶控制回路分析-液压油1、液压油的用途(1)传递运动与动力(2)润滑。

(3)密封

(4)冷却。2、液压油的种类

(依据德国手册p271））主要分为两大类型：矿物油+合成液体油

4二、液压油的主要性质1、密度

单位体积液体的质量称为该液体的密度，即矿物油系工业液压油，密度约0.85～0.95，W/O型密度约0.92～0.94；O/W型密度约1.05～1.1。其密度越大，泵吸入性越差。任务2：液压千斤顶控制回路分析-液压油液压传动中涉及到的液压油最主要的性质:粘性和可压缩性5二、液压油的主要性质2、粘性1）粘性的定义

液体在外力作用下流动时，分子间的内聚力要阻止分子间的相对运动，因而产生一种内摩擦力，这一特性称为液体的粘性。任务2：液压千斤顶控制回路分析-液压油62）粘性的度量

液体粘性的大小用粘度表示。常用的粘度有三种，即动力粘度、运动粘度和相对粘度。图1-11液体的粘性示意图二、液压油的主要性质（１）动力粘度任务2：液压千斤顶控制回路分析-液压油动力粘度的物理意义是：液体在单位速度梯度下流动时，接触液层间单位面积上的内摩擦力。

动力粘度的法定计量单位为Pa·s（帕·秒，N·s/）。7二、液压油的主要性质(2)运动粘度

在相同温度下，液体的动力粘度和它的密度的比值称为运动粘度任务2：液压千斤顶控制回路分析-液压油1㎡/s=106m㎡/s=106cSt

液压油的牌号，采用液压油在40℃温度下运动粘度平均cSt(厘斯)值来标号。

如某一种牌号L-HL22普通液压油，是指其在40℃时运动粘度平均值为22cSt。

运动粘度的计量单位是㎡/s(ISO)，常用单位（非ISO）为St（斯）和cSt（厘斯）8任务2实施1：任务2：液压千斤顶控制回路分析-液压油任务描述：查手册：DIN51502CGLP220(ISOVG220（粘度等级），说明相应符号的含义（其在40

℃时运动粘度平均值为220m㎡/s）。小组讨论分析：1、粘性是否会影响系统的工作性能？

粘性直接影响系统的工作性能。92、某车间磨床常用L-HM46牌号的液压油，请解释其含义。

二、液压油的主要性质3）粘度和压力的关系

压力增大时，液压油粘度增大。在一般液压系统使用的压力范围内，液压油粘度随压力增大的数值很小，可以忽略不计。任务2：液压千斤顶控制回路分析-液压油4）粘度和温度的关系液压油粘度对温度的变化十分敏感，这种油的粘度随温度变化的性质，称为粘温特性。10任务2：液压千斤顶控制回路分析-液压油任务2实施2：任务描述：分析图表,总结粘度与温度的关系

小组讨论分析：1、温度变化对粘度是如何影响的？

注意：温度升高，粘度减小11图1-12几种国产液压油的粘度—温度曲线粘度和温度的关系任务2：液压千斤顶控制回路分析-液压油12任务2：液压千斤顶控制回路分析-液压油1、对液压油的基本要求三、对液压油的基本要求和选用2、液压油的选择在选择粘度时应注意以下几方面的情况：

1）根据工作机械的不同要求选用

2）根据液压泵的类型选用

3）根据液压系统工作压力选用

4）根据液压系统的环境温度选用

5）根据工作部件的运动速度选用液压油的选用首先根据工作条件（v、p、T）和元件类型选择油液品种，然后根据粘度选择牌号慢速、高压、高温：μ大（以↓△q）通常<

快速、低压、低温：μ小（以↓△P）13液压油的种类任务2：液压千斤顶控制回路分析-液压油14类型名称代号黏度等级特性和用途矿物型普通液压油L-HL15，22，32，46，68，100抗氧防锈，适用于一般设备的中低压系统抗磨液压油L-HM15，22，32，46，68，100，150抗氧防锈、抗磨，适用于工程机械、车辆液压系统低温液压油L-HV15，22，32，46，68抗氧防锈、抗磨，黏温特性较好，可用于环境温度在-20℃~-40℃的系统液压导轨油L-HG32，68抗氧防锈、抗磨、防爬，适用于机床中液压和导轨润滑合用的系统乳化型水包油乳化液L-HFA10，15，22，32难燃、黏温特性好、防锈、润滑性差，适用于有抗燃要求、油液流量大的系统油包水乳化液L-HFB22，32，46，68，100防锈、抗磨、抗燃，适用于有抗燃要求的中压系统合成型水-乙二醇液L-HFC15，22，32，46，68，100难燃、黏温特性好、抗蚀性好，适用于有抗燃要求的中低压系统磷酸酯液L-HFDR15，22，32，46，68，100难燃、润滑、抗磨抗氧性好、有毒，适用于有抗燃要求的高压精密系统任务2：液压千斤顶控制回路分析-液压油任务2实施3：任务描述：矿山机械液压油的选用

1、设备说明书或使用手册中规定了该设备系统使用的液压油品种、牌号和黏度级别，首先应根据设备制造商的推荐选用液压油。

2、若所用系统的工况和使用环境与设备制造商所规定的有一定的出入，需要自行另选。一般的原则是：分析液压系统的工作条件，主要是液压泵来确定工作介质的黏度，同时，要考虑工作的压力范围、润滑性、系统升温程度、工作介质与密封材料和涂料是否相容等。针对采煤机械工作条件和载荷特征，常用抗磨液压油（L-HM液压油）、普通液压油和乳化液等分析液压系统的工作环境，主要是温度变化范围、有无明火和高温源、抗燃性等。进下矿山机械的工作温度变化大，一般40—80C；环境潮湿，常有水浸。故应根据功率大小选用L-HM68\L-HM100或LHM15液压油。综合经济分析：全盘考虑价格和使用寿命、元件更换、运行维护、生产效率等。15一、流体静压力及其特性

1.压力的定义

静压力:是指液体处于静止状态时,其单位面积上所受的法向作用力。若法向力F均匀地作用在面积A上，则压力可表示为:

1MPa=106Pa

例：气缸F=4000N，A=78.5c㎡,求P任务2：液压千斤顶控制回路分析-静力学16流体静力学主要是讨论流体静止时的平衡规律以及这些规律的应用。“流体静止”指的是流体内部质点间没有相对运动，不呈现粘性而言。2.压力的表示方法及单位一、流体静压力及其特性

如左图，当以大气压为基准计算压力时，基准以上的正值是表压力，基准以下的负值就是真空度。任务2：液压千斤顶控制回路分析-静力学相对压力（表压力）:以大气压力为基准，测量所得的压力是高于大气压的部分绝对压力:以绝对零压为基准测得的压力(p42册，P471书）绝对压力Pabs=相对压力Pe（表压力）+大气压力(Pamb)17汽车车胎充气的表压力：pe=2.2bar

求：Pabs=?任务2：液压千斤顶控制回路分析-静力学任务描述：任务2实施4：小组讨论：1、液压或气压系统中，设置一个压力表，读出压力表的表压指的是什么？18一、流体静压力及其特性

3.液体的静压力特性液体的静压力具有两个重要特性：（1)液体静压力的方向总是作用面的内法线方向。（2)静止液体内任一点的液体静压力在各个方向上都相等。任务2：液压千斤顶控制回路分析-静力学19二、流体静力学基本方程及其应用

液体静压力基本方程:反映了在重力作用下静止液体中的压力分布规律。

p是静止液体中深度为h处的任意点上的压力,p0为液面上的压力，若液面为与大气接触的表面，则p0等于大气压p。1、流体静力学基本方程

任务2：液压千斤顶控制回路分析-静力学20二、流体静力学基本方程及其应用

(1)静止液体内任一点处的压力由两部分组成，一部分是液面上的压力p0，另一部分是ρg与该点离液面深度h的乘积。

(2)同一容器中同一液体内的静压力随液体深度h的增加而线性地增加。

(3)连通器内同一液体中深度h相同的各点压力都相等。由压力相等的点组成的面称为等压面。重力作用下静止液体中的等压面是一个水平面。1、流体静力学基本方程

任务2：液压千斤顶控制回路分析-静力学21三、帕斯卡原理

在密闭容器内，施加于静止液体上的压力将以等值同时传到液体内部所有各点。这就是静压传递原理或称帕斯卡原理。液压系统中的压力是由外界负载决定决定的，而与流入的流体多少无关。

任务2：液压千斤顶控制回路分析-静力学22任务2：液压千斤顶控制回路分析-静力学任务2实施5：【步1】解活塞与液体接触面上的压力均匀分布，有液压千斤顶的工作原理

小轿车的重量F=16000N，：油压千斤顶气缸活塞大活塞直径D=60cm。23【步2】分析1：右图为千斤顶相互连通两个液压缸，大缸内径D=60mm，小缸内径d=20mm，大活塞上放一1600kg的小轿车。在小活塞上所加的力F有多大才能使大活塞顶起重物？任务2：液压千斤顶控制回路分析-静力学任务2实施5：分析2：物体的重力为

G=mg=1600kg×9.8m/s2=15680kg·m/s2=15680N

根据帕斯卡原理，因为外力产生的压力在两缸中均相等，即24

本节主要讨论液体在外力作用下流动时的运动规律,即讨论作用在液体上的力与液体运动之间的关系以及能量关系。任务2：液压千斤顶控制回路分析-流体力学251、理想液体和定常流动1）理想液体:既不可压缩又无粘性的液体2）定常流动：液体流动时，若液体中任何一点的压力、速度和密度都不随时间而变化，则这种流动就称为定常流动(恒定流动或非时变流动)。3）非定常流动：只要压力、速度和密度中有一个随时间而变化，液体就是作非定常流动(非恒定流动或时变流动)。任务2：液压千斤顶控制回路分析-流体力学26讨论：观看动画视频，分组讨论定常流动和非定常流动的本质区别是什么？任务2：液压千斤顶控制回路分析-流体力学结论：流动液体中任一点的p、v和ρ都不随时间而变化流动272、流线和通流截面1）流线：是表示某一瞬时液流中各处质点运动状态的一条条曲线，在此瞬时，流线上各质点速度方向与该线相切，流线只能是一条光滑的曲线。2）通流截面：流束中与所有流线正交的截面称为通流截面，截面上每点处的流动速度都垂直于这个面。任务2：液压千斤顶控制回路分析-流体力学284、流量和平均流速1）流量:单位时间内流过某通流截面的流体体积

单位:米3/秒(m3/s)

常用单位：升/分（L/min）2）通流截面上的平均流速:任务2：液压千斤顶控制回路分析-流体力学29质量守恒定律在流动液体情况下的具体应用不可压缩流体作定常流动时，通过流管任一通流截面的流量相等，当流量一定时，流速和通流截面面积成反比。

任务2：液压千斤顶控制回路分析-流体力学5、连续性方程30【步3】已知，下图千斤顶示意图中，小活塞的面积A1=10,大活塞的面积A2=100，管道的截面积A3=2。小活塞以υ1=1m/min的速度向下移动时，求大活塞上升的速度υ2，管道中液体的流速υ3。任务2：液压千斤顶控制回路分析-流体力学任务2实施5：31解由连续性方程有任务2：液压千斤顶控制回路分析-流体力学讨论分析：液压油流速与通流面积的关系？326、

流动液体中的压力和能量:由于存在运动，所以理想流体流动时除了具有压力能与位能外，还具有动能。即流动理想流体具有压力能，位能和动能三种能量形式单位重量的压力能:

单位重量的位能:Z

单位重量的动能:任务2：液压千斤顶控制回路分析-流体力学伯努利方程(能量方程)33

图1-22伯努利方程

能量守恒定律在流动液体中的表达形式任务2：液压千斤顶控制回路分析-流体力学34理想液体的伯努利方程物理意义：在密闭管道内作定常流动的理想液体，具有三各形式的能量，即压力能、位能和动能，在沿管道流动的过程中，三种形式的能量可以相互转化，但在任一截面处，其能量的总和为一常数。

由于方程中的每一项均以长度为量纲，所以亦分别称为压力水头，位置水头和速度水头

静压力基本方程是伯努利方程的特例任务2：液压千斤顶控制回路分析-流体力学351）层流：在液体运动时，如果质点没有横向脉动，不引起液体质点混杂，而是层次分明，能够维持安定的流束状态的流动。2）紊流：如果液体流动时质点具有脉动速度，引起流层间质点相互错杂交换的流动。1、层流、紊流和雷诺数任务2：液压千斤顶控制回路分析-液体的压力损失363）雷诺数：由平均流速、管径d、液体的运动粘度所组成的一个无量纲纯数，用Re表示。

当液流的雷诺数Re小于临界雷诺数时，液流为层流；反之为紊流。任务2：液压千斤顶控制回路分析-液体的压力损失372、