液压和气压传动工作原理

1液压和气压传动工作原理2第一章 绪论第一节 液压传动的发展概况第二节 液压传动工作原理及其组成第三节 液压传动的特点第四节 液压传动在机械工业中的应用 第五节 液压传动工作介质的性质和选择第六节 液压传动工作介质的污染及控制3液压传动的概念： 液体传动：是以液体作为工作介质来进行能量传递的一种传动形式。分为液压传动和液力传动。 液压传动：通过能量的转换装置，将原动机的机械能转换为液体的压力能,利用液体的压力能来传递能量。 液力传动：利用液体的动能来传递能量。液力传动的输入轴与输出轴之间只靠液体为工作介质联系，构件间不直接接触，是一种非刚性传动。第一章 绪论4液压传动：千斤顶液压泵液压缸油箱截止阀单向阀单向阀负荷动画密闭液体上的压强，能够大小不变地向各个方向传递 5第一节 液压传动发展概况 基于帕斯卡静压传递原理，18世纪末英国制成世界上第一台水压机，但由于水的粘性小，泄漏比较严重，从而抑制了液压传动的发展，直至19世纪石油工业的崛起，从而推动了液压传动技术的发展。 尤其是二次世界大战期间，为了提高兵器的性能，在兵器上用了功率大，反应快，动作准的液压传动和控制装置（如舰艇上的炮塔转位器等），大大促进了液压技术的发展。 二十世纪六十年代，原子能技术，空间技术，计算机技术的发展再一次将液压技术推向高潮，发展成为包括传动，控制，检测在内的一门完整的自动化技术，使得液压传动在国民经济中的各方面都得到了应用。 目前，95%的工程机械，90%的数控加工中心，95%以上的自动线都采用了液压传动，因此采用液压传动的程度现在已成为衡量一个国家工业水平的主要标志之一。6第二节 液压传动的工作原理及 其组成部分前言：机器组成一般主要由四部分组成原动机传动部分工作或执行部分控制部分7传动部分8910原动机11传动机构机械传动电气传动流体传动12机械传动皮带轮传动齿轮传动链条传动13工作机：直接工作部分冲头滑块刀架车刀卡盘14液压传动装置：汽车吊15液压传动装置：油压机16171体积小，输出力大2不会有过负载的危险-溢流阀3输出力调整容易-压力阀4速度调整容易-流量阀5易于自动化-方向阀、顺序阀为什么采用液压传动？(优点) 18 1接管不良造成油外泄，除了会污染工作场所外，还有引起火灾的危险。2油温上升时，粘度降低，油温下降时，粘度升高，油的粘度发生变化时，流量也会跟着改变，造成速度不稳定。3系统将马达的机械能转换成液体压力能，再把液体压力能转换成机械能来做功，能量经两次转换损失较大，能源使用效率比传统机械低。4液压系统大量使用各式控制阀、接头及管子，为了防止泄漏损耗，元件的加工精度要求较高。 液压传动的缺点 19一 液压传动的工作原理示例 机床工作台液压系统的工作原理图（动画）1.液压缸中液体压力的大小 为了克服移动工作台时所受到的各种阻力，液压缸必须产生一个足够大的推力，这个推力是由液压缸中的油液压力产生的，要克服的阻力越大，缸中的油液压力越高，反之，压力就越低。因此，液体的压力与负载大小有关-液体的压力取决于负载。2.流量 输入液压缸中的流量由节流阀控制，节流口越大，流入液压缸流量越大，工作台的移动速度越快，否则速度慢。工作台的移动速度与流量有关。 泵输出的多余流量由溢流阀流回油箱。因此，溢流阀的调定压力与泵输出口的最高压力相等，但与液压缸内压力不一样。3.液压传动的工作原理： 1. 利用液体的压力能来传递动力的； 2. 利用执行元件将液体的压力能转换为机械能来驱动工作部件运动； 3. 液压系统工作时，必须对油液进行压力、流量和方向的控制与调节，以满足工作部件在力、速度和方向上的要求。 20二 液压传动的组成部分1 动力装置：如液压泵：将电动机输出的机械能转换为油液压力能，给液压系统提供压力油，以推动液压系统工作。2执行装置：用以将液体的压力能转换为机械能的装置。 它包括液压缸用以实现直线运动 液压马达用以实现旋转运动3 控制调节装置：用来控制液压系统的液体压力，流量，流速和 流向，以保证执行元件完成预期的工作运动。它包括各种阀类，如压力阀（溢流阀、减压阀），流量阀（节流阀、调速阀），方向阀（换向阀、单向阀）等。 4 辅助装置：指各种管接口，油管，油箱，过滤器和压力计等。它们起着连接、储油、过滤、储存压力能和测量流量、 油压等作用，以保证液压系统可靠，稳定，持久地工作。21三 液压系统图的图形符号图形符号有两种：一种是结构示意图，它的直观性强，但绘制起来比较麻烦。另一种是液压图形符号，其简单明了，便于绘制。有些液压元件的职能如果无法用这些符号表达时，仍可以采用它的结构示意形式。我国制定的液压气动图形符号标准为9322第三节 液压传动的控制方式液压传动的“控制方式”有两种不同含义： 一种是：指对传动部分的操纵调节方式，有手动式，半自动式和全自动式三种。手动式：由人拨动手柄或按下按钮才能使系统实现其动作或状态的。半自动式：由人启动之后系统的各种动作或状态在机械的，电气的，电子的或其他机构操纵下顺序地实现出来，并在全部工作完成后自动停车的。全自动式：若连启动也无须人参与，便是全自动的。 另一种是：指控制部分本身的结构组成形式，有开环式和闭环式两种:开环控制的质量受工作条件（如油温，负载等）变化影响很大，严重时甚至无法达到既定的目标。闭环控制的质量受工作条件变化的影响较小，为此它可以用一般元件组成较精确的控制系统。23第四节 液压传动在机械工业中的应用24液压挖掘机2526联合收割机27装载机28铲运机29液压翻斗车30数控机床31液压摊铺机323334353637工程机械液压缸38驱动马达39液压主泵40转向及先导控制41小松挖掘机主液压泵42液压辅件43 在液压系统中，液压油液是传递动力和信号的工作介质。同时它还起到润滑、冷却和防锈的作用。液压系统能否可靠、有效地工作，很大程度上取决于系统中所用的液压油液。 因此，在掌握液压系统之前，必须先对液压油液有一清晰的了解。第五节：液压油液的特性及选择44一、液压油液的分类及特性 1、液压油液的分类：液压系统中使用的工作介质按国际标准组织（ISO）的分类如表所示：工 作 介 质 类 别组成与特性代号石油基液压液无添加剂的石油基液压液HH+抗氧化剂、防锈剂HL+抗磨剂、HL+增粘剂HM+增粘剂、HM+防爬剂L-HH、L-HLL-HM、L-HRL-HV、L-HG难燃液压液含水液压液高含水液压液水包油液压液L-HFAL-HFAE水的化学溶液L-HFAS油包水乳化液L-HFB水-乙二醇L-HFC合成液压液磷酸脂L-HFDR氯化烃L-HFDSHFDR+HFDSL-HFDT其他合成液压液L-HFDU表1-1 液压传动工作介质的种类452、液压油液特性目前90%以上的液压设备采用石油基液压油液，石油基液压油以机械油为基料,精炼后按需要加入适当添加剂而成。这种油液的润滑性好,但抗燃性差。添加剂有两类：一类是改善油液化学性能的，如抗氧化剂、防腐剂、防锈剂等；另一类是改善油液物理性能的，如增粘剂、抗泡剂、抗磨剂、防爬剂等。 乳化液有两大类：一类是少量油（5%-10%）分散在大量水中，称为水包油乳化液，也称高水基液（O/W）；另一类是水分散在大量油中（油约占60%），称为油包水乳化液（W/O）。后者的润滑性比前者好。水乙二醇液适用于要求防火的液压系统。磷酸酯液自燃点高，氧化安定性好，润滑性好，使用温度宽，对大多数金属不腐蚀，但能溶解许多非金属材料，必须选择合适的橡胶密封材料。这种液体有毒。46二 液压油液的物理性质（一）密度 单位体积液体所具有的质量称为该液体的密度，即 =m/V 液体的密度(kg/m3)； m液体的质量(kg)； V液体的体积(m3)。 液体的密度随压力和温度的变化关系为： = 01+K（p-p0）- t（T-T0） K液体的压缩比 t液体的膨胀系数。 可见密度随压力p的增加而增加，随温度T的增大而减小，但数值很小，在工程计算中可以忽略。一般液压油的密度为900kg/m3。47（二）可压缩性 液压油液在压力增大时体积缩小的性质称为液体的可压缩性。它用体积压缩率k来表示，即 液体压缩率的倒数称为液体的体积模量，以K表示。即 液体的体积模量K与温度和压力关系： 温度升高，K值减小，可压缩性增大，一般有5%-25%的变化； 压力升高，K值增大，但不呈线性变化，当压力P=3MPa时，K值基本不再加大。 液体如果混有气泡时，K值将大大减小。 K值一般取0.7103MPa48（三）粘性1、粘性的概念 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的一种内摩擦力，这种现象叫做液体的粘性。 液体只有在流动（或有流动趋势）时才会呈现出粘性，静止液体是不呈现粘性的。 由于粘性使流动的液体内部各处的速度不相等。 例如： 图2-149 实验测定，液体流动时相邻液层间的内摩擦力Ff与液层接触面积A，液层间的速度梯度 成正比。即 (2-4) 其中称为粘性系数或动力粘度。 若以表示液层间的切应力，即单位面积上的内摩擦力，则上式可表示为 : (2-5) 这就是牛顿液体内摩擦定律。 牛顿液体是指其动力粘度只与液体种类有关，与速度梯度无关。 50 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、相对粘度。 a. 动力粘度 是表征流动液体内摩擦力大小的粘性系数。 由公式（2-5）得 (2-6)国标单位pas（帕秒）或用Ns/m2（牛秒/米2）表示。若动力粘度只与液体种类有关而与速度梯度无关，这种液体称为牛顿液体，否则为非牛顿液体，石油基液压油一般为牛顿液体。51 b. 运动粘度 液体动力粘度与其密度之比称为该液体的运动粘度。 即： (2-7) 国标单位 /s 。 单位换算：1 /s =104cm2/s=104St（斯）=106cSt（厘斯），我国液压油的牌号就是用温度为40时的运动粘度平均值来表示的。 c. 相对粘度 相对粘度是根据特定的测量条件制定的，故又称为条件粘度。我国采用恩氏粘度E，是用恩氏粘度计测量的。52 工业常用20C、40C 、100C 作为测定恩氏粘度的标准温度，其恩氏粘度分别E20、 E40、 E100。 恩氏粘度与运动粘度的换算关系式为：被测液体20C的蒸馏水53 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来表示。表示该液体的粘度随温度的变化程度与标准液的粘度变化程度之比。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。精制的液压油及加有添加剂的液压油，其值大于100。/ 4、粘度随压力的变化 压力增大，粘度增大。但低压时并不明显，当压力高于50Mpa时，其影响才趋于显著。 3、温度对粘度的影响54三 对液压油液的要求液压系统使用的液压油液应具备如下性能：(1)合适的粘度，较好的粘温特性；(2) 润滑性能好；(3) 质地纯净，杂质少；(4) 对金属和密封件有良好的相容性；(5) 对热，氧化，水解和剪切都有良好的稳定性。(6) 抗泡沫性好，抗乳化性好，腐蚀性小，防锈性好；(7) 体积膨胀系数小，比热容大；(8) 流动点和凝固点低，闪点和燃点高；(9) 对人体无害，成本低。 闪点：燃油在规定结构的容器中加热挥发出可燃气体与液面附近的空气混合，达到一定浓度时可被火星点燃时的燃油温度。 流动点：液体能够保持流动状态的最低温度 比热容: 单位质量的某种物质温度升高1吸收的热量（或降低1释放的热量） 55四 液压油液的选用 选用液压油考虑的重要因素是粘度，粘度大，液压传动流的压力损失和发热大，使系统效率下降，粘度太小，泄漏增大也影响系统效率。通常按以下几方面选用： 1） 按工作机械的不同要求选用 精密机械与一般机械对粘度的要求不同，精密机械宜选用较低粘度的液压油。 2） 按液压泵的类型选用 在液压系统所有元件中，液压泵的工作条件最为严峻，不但压力高、转速高和温度高，而且工作介质在被液压泵吸入和压出时要受到剪切作用，所以一般要根据液压泵的要求来确定介质的粘度。见推荐表。 3） 按工作压力选用 压力较高的场合，为防泄漏宜选用粘度较高的油液，如工程机械；压力较低的场合，为防压力损失，宜选用粘度较低的油液，如一般机械。 4） 按运动速度选用 工作部件运动速度高，油液流速高，摩擦损失较大，宜选用粘度较低的油液。 5） 按环境温度选用 温度较高时选用粘度较大的油液，反之采用较低的油液。566）选用合适的液压油品种。机械油最为普遍，选用石油基液压油和难燃液压油可参照 图2-35758第六节 液压油液的污染及其控制污染原因： 工作介质遭受的原因是多方面的： 首先是液压装置组装时留下的污染物，主要指切屑、毛刺、型砂、磨粒、焊渣、铁锈等； 其次是从环境混入的污染物，如空气、尘埃、水滴等； 再是工作中产生的污染物，如金属微粒、锈斑、涂料和密封件的剥离片、水分、气泡等。59污染度的等级： 工作介质的污染度是指单位体积工作介质中固体颗粒污染物的含量，即工作介质中所含固体颗粒的浓度。 为了定量描述和评价工作介质的污染程度，国际标准ISO4406-1999规定了污染度的等级标准。 根据标准，工作介质的污染度用两组数码表示， 第一组数码代表每毫升工作介质中不小于5m的颗粒数等级；第二组数码代表单位毫升工作介质中不小于15m的颗粒等级；两组数码之间用斜线分隔。颗粒浓度越大代表的等级数码越大。如：18/15，含义见表（P15）。60常用的控制工作介质的污染的措施有：1） 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。2） 防止污染物从外界侵入。 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。3） 采用高性能的过滤器 过滤器必须经常检查、清洗和更换滤芯。 614） 控制工作介质的温度 工作介质的抗氧化、热稳定性决定了其工作温度的界限。因此，液压装置必须设立良好的散热条件，使工作介质长期处在低于它开始氧化的温度之下工作。一般液压系统的工作温度最好控制在65以下，机床液压系统还应更低一些。5） 保持系统所有部件的密封性。 空气侵入系统将直接影响工作介质的物理化学性质。因此，一旦发现泄漏，应立即排除。6） 定期检查和更换工作介质并形成制度。 每隔一定时间，对系统中的工作介质进行抽样分析，如发现污染度超过标准，必须立即更换。更换新工作介质前，整个系统必须先清洗一次。 62小结：1、液压传动的基本概念？2、液压传动的工作原理？3、液压传动的五大组成部分？4、液压传动的优、缺点？5、液压油液的型号？636、油液的物理性质密度体积压缩性：粘性动力粘度、运动粘度、相对粘度