液压传动系统讲义

第三节 液压传动的工作原理
• 一、液压传动的工作原理 • 以油液为工作介质，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。液压传动装置实质上是一种能量转换装置。 • 二、帕斯卡定律 静止油液中任意一点所受到的各个方向的压力都相等，这个压力称为 静压力 油液静压力的作用方向总是垂直指向承压表面 密闭容器内静止油液中任意一点的压力如有变化，其压力的变化值将 传递给油液的各点，且其值不变。这称为静压传递原理，即帕斯卡原 理
• 2、液压系统中液阻的作用 • 对于液压系统中，流体的流动必需要有阻 力的存在（这个阻力不是管道的摩擦阻 力），如果在一套液压系统中没有液阻， 那由液压泵提供的液压油将沿管道无目的 的流动。 • 3、液压冲击对液压系统的危害
• 流体运动学和流体动力学 • 流体运动学/动力学：研究流体的运动规律/作用于流体上力与其运动 之间的关系。 • 一、基本概念（9个） 基本概念（ 个 • １、理想液体、恒定流动和一维流动 理想液体、 • 理想液体：既无粘性又不可压缩的假想液体。 • 恒定流动：液体流动时，其任一点的压力、速度和密度不随时间变化。 • 一维流动：当液体整个做线型流动时，称为一维流动。 • ２、流线、流管、流束 流线、流管、 • 流线：代表某一瞬时一群流体质点的流速方向。 • 流管：不属于流线的封闭曲线上点作流线所组成的表面。 • 流束：将流管无限缩小趋于零便获得微小流束。 • ３、通流截面、流量和平均流速 通流截面、 • 通流截面：流束中与所有流线正交的截面。 • 流量：单位时间内流过某通流截面的液体体积。 • 平均流速：流过通流截面的流量与其截面之比。
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3、工作介质的选用和维护 选择：品种和粘度。而粘度的选择一般根据液压泵的要求来确定。 使用和维护：合理使用，正确维护。维护的关键是控制污染。 １）污染物的种类及危害： 固体颗粒：加速磨损，堵塞缝隙，性能下降，产生噪声。 水：加速氧化，粘性胶质，滤心堵塞。 空气：降低体积模量及润滑性，引起气蚀。 溶剂、微生物：金属腐蚀，介质变质 。 ２）污染原因：液压装置加工组装时，从外界混入的，工作过程中产 生. ３）污染等级：单位体积工作介质中固体颗粒污染物的含量。 用两个数码表示。表示1ml介质中尺寸不小于 5um/15um的颗粒数等 级。 如：20/17。 等级对应的颗粒数见GB/T14039－1993《固体颗粒污染等级代号》 （与ISO4406等效）。 ４）控制污染的措施：清洗/防护/控温/保持良好密封/定期检查更换介 质
图示
一、液压传动的基本原理 、
1一杠杆手柄 一杠杆手柄 2一泵体（油腔） 一泵体（ 一泵体 油腔） 3—排油单向阀 — 4一吸油单向阀 一吸油单向阀 5一油箱 一油箱 6、7、9、10一油管 、 、 、 一油管 8—放油阀 — 11一液压缸（油腔） 一液压缸（ 一液压缸 油腔） 12—重物 —
第四节 液压系统的组成和标示方法
• 3、压力损失与流量的关系 由静压传递原理可知，密封的静止液体具有均匀 传递压力的性质，即当一处受到压力作用时，其 各处的压力均相等 由于流动液体各质点之间以及液体与管壁之间的 相互摩擦和碰撞会产生阻力，这种阻碍油液流动 的阻力称为液阻 液阻增大，将引起压力损失增大，或使流量减小
加强知识板块
• 1、压力和流量之间的关系是对于输出而言的。 • 对于液压系统的设计中，负载决定压力，流速决 定执行元件的运行速度 • 对于已经设计好的系统，最高压力已经决定，可 以调节的只有输出压力、流速和流动方向 • 流体在管道中运行，只要管道不便，流量与压力 无任何关系，只与管道两遍的压力差有关系 • 对变量泵来说，变量泵中压力和流量的关系图， 只是人们对压力和流量之间的关系的要求，而人 为的设定。功率=QP
1 2
• 2、意义： 、意义： • 在恒定流动中，单位时间内通过流管各截面的液体流量相 等；而液体的流速与通 • 流截面成反比。
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第七节 孔口流动 薄壁小孔（ 一、薄壁小孔（l/d <0.5 ） 定义：小孔长度与直径之比小于0.5。 流动情况：因惯性作用形成收缩截面Ae，再扩大。 完全收缩： （d/d0 ≥７） 流体的收缩不受孔前内壁的影响。 不完全收缩 （d/d0<７） 孔前内壁对流体进入小孔有导向作用。 流量公式：
• 六、液压图中液压元件的基本标示方法 • 1、油箱；2、过滤器；3、泵；4、溢流阀 • 5、手动换向阀；6、节流阀；7、手动换向 阀；8、液压缸 • 常用国标是： GB/T786.1--93规定的图形符 号
• 七、工作介质 • 在液压系统中，除了组成液压系统的必需的4种元件之外，还需要很 重要的一种介质，即工作介质（液压油） • 1、应具备的功能 • 传动：把由液压泵所赋予的能量传递给执行元件有。 • 润滑：润滑泵、阀、执行元件等运动件。 • 冷却：吸收并带出液压装置所产生的热量。 • 防锈：防止液压元件所用各种金属的锈蚀。 • ２、工作性能要求 • 可压缩性：可压缩性小以确保传动的准确性。 • 粘温特性：要有一个合适的粘度并随温度变化小。 • 润滑性：油膜对材料表面有牢固的吸附力，油膜抗挤压强度高。 • 安定性：不因热、氧化或水解而变化，使用寿命长。 • 防锈和抗腐蚀性：对铁和非金属的腐蚀性小。 • 相容性：对金属、密封件、橡胶软管、涂料等有良好的相容性。
q = Cd A0 2∆p / ρ
• 流量系数 ：（Re：800-5000时） • • 特点：流量与小孔前后的压差的平方根、小孔面积成正比， 与粘度无关。沿程压力 与粘度无关 • 损失小，通过的流量对工作介质温度的变化不敏感。常用 作调节流量的器件
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二、短孔和细长孔 短孔(0.5 <l/d≤4) １、短孔 定义：小孔长度与直径之比大于0.5小于4。 流量公式： q = Cd A0 2∆p / ρ （Re>2000时，Ｃd=0.8） 特点：比薄壁小孔易加工，常用作固定节流器。 细长孔(l/d>4) ２、细长孔 定义：小孔长度与直径之比大于4。 流量公式： πd 4
第二节 液压传动的概念
• 液压传动 • 定义：以液体（液压油）作为工作介质对能量进行传递和控制的一种 传动形式 • 分类：动力式：利用液体的动能冲击工作机械使之运转。 容积式：利用液体的压力能使执行元件的容积发生变化而做功 • 基础理论：帕斯卡原理（静压传递原理）： • 在密闭容器内，施加于静止液体上的压力将以等值传递到液体中所有 各点。（理想状态）
第五节 液压传动的简易力学知识
• • 一、压力与流量 1、压力的概念
油液的压力是由油液的自重和油作用 力，在工程中习惯称为压力。
• 2、流量 流量——单位时间内流过管道某一截 面的液体体积。 • Q=V/A
由上式可知，当液压缸的活塞有效作用面积一定时，活塞运动 速度的大小由输入液压缸的流量来决定。
∆p max = ρ K′
ρ
v = ρcv
c=
K ρ d
1+
δ
×
K E
• 当阀门没有完全关闭，液体流速从v降至v´时，其压力升高值为：
∆p r = ρc v − v '
(
)
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２）液压冲击的形式： 直接液压冲击（完全冲击）：关闭时间t<tc=2l/c 间接液压冲击（不完全冲击）：关闭时间t>tc=2l/c。 ３）不同情况下管道内的压力升高值： 瞬时全部关闭： ∆pmax = ρcv 瞬时部分关闭： ∆pr = ρc(v − v ' ) 逐渐全部关闭： ∆p r' max = ρcv t c
t = ρc(v − v ′) tc t
• 逐渐部分关闭： p r' ∆
• 4)发生液压冲击时，管道内的最高压力为：
pmax = p + ∆p
• ２、运动部件制动引起的液压冲击 • １）液压冲击产生的过程： • 根据动量定律： ∆pA∆t = Σm∆v • 则压力升高值为： Σm∆v ∆p = A∆ t • ３、减小液压冲击的措施： • １）适当加大管径，限制管道流速，一般v在4.5m/s以内、△Ｐmax 小于5MPa； • ２）延长阀门关闭和制动装置的换向时间，采用换向时间可调的换向 阀； • ３）正确设计阀口或设置制动装置，使运动部件制动速度变化比较均 匀； • ４）尽可能缩短管长，变直接冲击为间接冲击； • ５）在易发生冲击的部位采用橡胶软管或设置蓄能器，吸收冲击压力， 或安装安全阀，限制压力升高。
• • • • • • • • • • 一、液压系统的组成 液压系统由以下四个部分组成：1、动力元件；2、控制元件；3、执行元件； 4、辅助元件。 二、动力元件 提供液压系统动作的所需能量的装置，也是把机械能转化为液压能的装置， 主要是：液压泵 三、控制元件 控制液压系统中，传动介质（液压油）的流动方向，压力和流动速度的元件， 主要是：液压阀 四、执行元件 完成液压系统最后动作的元件，也是把液压能转化为机械能的元件。主要是： 液压缸、液压马达 五、辅助元件 在液压系统中，其辅助作用的元件，不直接参与控制。主要是，蓄能器等
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七、液压系统的优缺点 1、液压传动的优点 1) 实现无极调速，并且可以在运行过程中进行调速。 2)工作平稳，易于实现快速启动、制动和频繁的换向。 3)功率－重量比大。 4)易于实现自动化。与电子、电气结合可实现远程控制和 复杂的自动控制。 5)易于实现过载保护。 6)元件已实现了标准化、系统化和通用化。 7)实现直线运动比机械传动简单的多。 二、液压传动的缺点 1)能量损失大，不适合长距离传动。 2)对油温变化比较敏感，要有合适的工作温度。 3)液压元件制造精度要求高，成本高。 4)出现故障时不易找出原因。 5)对工作介质的污染比较敏感。
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二、连续方程 1、公式推导： 、公式推导： 恒定流场中取一流管，流管中取一流束。 根据质量守恒：ρ1u1 dA1 = ρ 2 u 2 dA2