2022年液压传动概述 .pdf

1 液压传动概述1.1 液压传动定义与发展概况1.1.1 液压传动的定义一部完整的机器是由原动机、传动机构及控制部分、工作机(含辅助装置 )组成。原动机包括电动机、内燃机等。工作机即完成该机器之工作任务的直接工作部分，如剪床的剪刀，车床的刀架、车刀、卡盘等。由于原动机的功率和转速变化范围有限，为了适应工作机的工作力和工作速度变化范围较宽，以及其它操纵性能的要求， 在原动机和工作机之间设置了传动机构， 其作用是把原动机输出功率经过变换后传递给工作机。传动机构通常分为机械传动、电气传动和流体传动机构。流体传动是以流体为工作介质进行能量转换、传递和控制的传动。 它包括液压传动、液力传动和气压传动。液压传动和液力传动均是以液体作为工作介质来进行能量传递的传动方式。液压传动主要是利用液体的压力能来传递能量；而液力传动则主要是利用液体的动能来传递能量。由于液压传动有许多突出的优点，因此，它被广泛地应用于机械制造、工程建筑、石油化工、交通运输、军事器械、矿山冶金、轻工、农机、渔业、林业等各方面。同时，也被应用到航天航空、海洋开发、核能工程和地震预测等各个工程技术领域。1.1.2 液压传动的发展概况名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 10 页 - - - - - - - - - 液压传动相对于机械传动来说，它是一门新学科，从17 世纪中叶帕斯卡提出静压传动原理，18 世纪末英国制成第一台水压机算起，液压传动已有23 百年的历史，只是由于早期技术水平和生产需求的不足，液压传动技术没有得到普遍地应用。随着科学技术的不断发展，对传动技术的要求越来越高，液压传动技术自身也在不断发展，特别是在第二次世界大战期间及战后，由于军事及建设需求的刺激，液压技术日趋成熟。第二次世界大战前后，成功地将液压传动装置用于舰艇炮塔转向器，其后出现了液压六角车床和磨床，一些通用机床到本世纪30 年代才用上了液压传动。 第二次世界大战期间， 在兵器上采用了功率大、反应快、动作准的液压传动和控制装置，它大大提高了兵器的性能，也大大促进了液压技术的发展。战后，液压技术迅速转向民用，并随着各种标准的不断制订和完善及各类元件的标准化、规格化、系列化而在机械制造，工程机械、农业机械、汽车制造等行业中推广开来。近 30 年来，由于原子能技术、航空航天技术、控制技术、材料科学、微电子技术等学科的发展， 再次将液压技术推向前进， 使它发展成为包括传动、控制、 检测在内的一门完整的自动化技术，在国民经济的各个部门都得到了应用， 如工程机械、数控加工中心、 冶金自动线等。采用液压传动的程度已成为衡量一个国家工业水平的重要标志之一。返回本章目录1.2 液压传动的工作原理及系统构成1.2.1 液压传动系统的工作原理名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 10 页 - - - - - - - - - 图 1.1 为磨床工作台液压系统工作原理图。 液压泵 4 在电动机 (图中未画出 )的带动下旋转，油液由油箱1 经过滤器 2 被吸入液压泵，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。如果将换向阀 15转换成如图 1.1(b)所示的状态， 则压力油进入液压缸18 的右腔，推动活塞 17 和工作台19 向左移动，液压缸18 左腔的油液经换向阀15 排回油箱。工作台19 的移动速度由节流阀13 来调节。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。液压泵4 输出的压力油除了进人节流阀13 以外，其余的打开溢流阀6 流回油箱。如果将手动换向阀9 转换成如图 1.1(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。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 10 页 - - - - - - - - - 图 1.1 磨床工作台液压传动系统工作原理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； 8,10-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-工作台名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 10 页 - - - - - - - - - 图 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1.2.2液压传动系统的组成从上述例子可以看出，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： (l) 液压泵 (动力元件 )： 是将原动机所输出的机械能转换成液体压力能的元件， 其作用是向液压系统提供压力油，液压泵是液压系统的心脏。 (2) 执行元件 ： 把液体压力能转换成机械能以驱动工作机构的元件，执行元件包括液压缸和液压马达。 (3) 控制元件 ：包括压力、方向、流量控制阀，是对系统中油液压力、流量、方向进行控制和调节的元件。如换向阀15 即属控制元件。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 10 页 - - - - - - - - - (4) 辅助元件 ：上述三个组成部分以外的其它元件，如管道、管接头、油箱、滤油器等为辅助元件。1.2.3 液压系统的图形符号图 1.1(a) 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，一般都采用国标GBT786.193 所规定的液压与气动图形符号(参看附录 )来绘制，如图 1.2 所示。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。使用图形符号既便于绘制， 又可使液压系统简单明了。返回本章目录1.3 液压传动的优缺点1.3.1 液压传动系统的主要优点液压传动与机械传动、电气传动相比有以下主要优点： (1) 在同等功率情况下，液压执行元件体积小、重量轻、结构紧凑。例如同功率液压马达的重量约只有电动机的1/6 左右。 (2) 液压传动的各种元件，可根据需要方便、灵活地来布置； (3) 液压装置工作比较平稳，由于重量轻，惯性小，反应快，液压装置易于实现快速启动、制动和频繁的换向；(4) 操纵控制方便，可实现大范围的无级调速(调速范围达 2000：1)，它还可以在运行的过程中进行调速； (5) 一般采用矿物油为工作介质， 相对运动面可自行润滑， 使用寿命长； (6) 容易实现直线运动； (7) 既易实现机器的自动化， 又易于实现过载保护， 当采用电液联合控制甚至计算机控制后， 可实现大负载、高精度、远程自动控制。 (8) 液压元件实现了标准化、系列化、通用化，便于设计、制造和使用。1.3.2 液压传动系统的主要缺点 (1)液压传动不能保证严格的传动比，这是由于液压油的可压缩性和泄漏造成的。 (2)工作性能易受温度变化的影响，因此不宜在很高或很低的温度条件下工作。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 10 页 - - - - - - - - - (3)由于流体流动的阻力损失和泄漏较大，所以效率较低。如果处理不当，泄漏不仅污染场地，而且还可能引起火灾和爆炸事故。 (4)为了减少泄漏，液压元件在制造精度上要求较高，因此它的造价高，且对油液的污染比较敏感。总的说来，液压传动的优点最突出的，它的一些缺点有的现已大为改善，有的将随着科学技术的发展而进一步得到克服。返回本章目录1.4 液压传动的工作介质1.4.1 液压系统对工作介质的要求液压工作介质一般称为液压油( 有部分液压介质已不含油的成份)。液压介质的性能对液压系统的工作状态有很大影响，对液压系统对工作介质的基本要求如下：(l) 有适当的粘度和良好的粘温特性。粘度是选择工作介质的首要因素。液压油的粘性， 对减少间隙的泄漏、保证液压元件的密封性能都起着重要作用。粘度过高，各部件运动阻力增加，温升快，泵的自吸能力下降，同时，管道压力降和功率损失增大。反之，粘度过低会增加系统的泄漏，并使液压油膜支承能力下降，而导致摩擦副间产生摩擦。 所以工作介质要有合适的粘度范围，同时在温度、压力变化下和剪切力作用下， 油的粘度变化要小。液压介质粘度用运动粘度表示。在国际单位制中的单位是sm /2，而在实用上油的粘度用smm /2(cSt ，厘沲) 表示。粘度是液压油 (液) 划分牌号的依据。按国标GB/T3141-94 所规定，液压油产品的牌号用粘度的等级表示，即用该液压油在40时的运动粘度中心值表示。表 l.1是常用液压油的新、旧粘度等级牌号的对照(注：82 年以前的旧标准是以 50时的粘度值作为液压油的粘度等级牌号)。表 1.1 常用液压油的牌号和粘度ISO 3448-92 粘度等级GB/T3141-94 粘度等级 ( 现牌号) 40的运动粘度厘施83-90 年的过渡牌号82 年以前相近的旧牌号ISO VG15 15 13.516.5 N15 10 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 10 页 - - - - - - - - - ISO VG22 22 19.824.2 N22 15 ISO VG32 32 28.835.2 N32 20 ISO VG46 46 41.450.6 N46 30 ISO VG68 68 61.274.8 N68 40 ISO VGI00 100 9011O N100 60 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。一般情况下，在高压或者高温条件下工作时，为了获得较高的容积效率，不使油的粘度过低， 应采用高牌号液压油； 低温时或泵的吸入条件不好时(压力低，阻力大 ) ，应采用低牌号液压油。(2) 氧化安定性和剪切安定性好。工作介质与空气接触，特别是在高温、高压下容易氧化、变质。氧化后酸值增加会增强腐蚀性，氧化生成的粘稠状油泥会堵塞滤油器，妨碍部件的动作以及降低系统效率。因此，要求它具有良好的氧化安定性和热安定性。剪切安定性是指工作介质通过液压节流间隙时，要经受剧烈的剪切作用，会使一些聚合型增粘剂高分子断裂，造成粘度永久性下降，在高压、高速时，这种情况尤为严重。为延长使用寿命，要求剪切安定性好。 (3)抗乳化性、抗泡沫性好。工作介质在工作过程中可能混入水或出现凝结水。混有水分的工作介质在泵和其它元件的长期剧烈搅拌下，易形成乳化液， 使工作介质水解变质或生成沉淀物， 引起工作系统锈蚀和腐蚀， 所以要求工作介质有良好的抗乳化性。 抗泡沫性是指空气混入工作介质后会产生气泡，混有气泡的介质在液压系统内循环，会产生异常的噪声、振动，所以要求工作介质具有良好的抗泡性和空气释放能力。 (4)闪点、燃点要高，能防火、防爆。 (5)有良好的润滑性和防腐蚀性，不腐蚀金属和密封件。(6) 对人体无害，成本低。1.4.2 液压介质的种类液压传动介质按照GB/T7631.2-87( 等效采用 ISO 6743/4) 进行分类，主要有石油基液压油和难燃液压液两大类。1.4.2.1 石油基液压油名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页，共 10 页 - - - - - - - - - (1)L-HL液压油 (又名普通液压油 ) ：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O 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。 (2)L-HM液压油 ( 又名抗磨液压油， M代表抗磨型 ) ：其基础油与普通液压油同，除加有抗氧、防锈剂外，主剂是极压抗磨剂，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： HM 32、HM 46、HM 68、HM I00、HM 150。 (3)L-HG液压油 (又名液压一导轨油 )： 其基础油与普通液压油同，除普通液压油所具有的全部添加剂外，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。 (4)L-HV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。 (5)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。1.4.2.2 难燃液压液难燃液压液可分为合成型、油水乳化型和高水基型三大类。 (1)合成型抗燃工作液水一乙二醇液 (L-HFC 液压液 )：这种液体含有 35 55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，使用温度范围为- 18 65 。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。 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。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(-54 135) ，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。 (2)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。分水包油乳化液名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 9 页，共 10 页 - - - - - - - - - 和油包水乳化液两大类。 (3)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。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 10 页，共 10 页 - - - - - - - - -