系统建模与动力学分析-液压系统-1.ppt

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1、液 压 系 统n n 在工业中广泛采用流体（液体或气体）作为传在工业中广泛采用流体（液体或气体）作为传递信号和功率的最通用的介质。递信号和功率的最通用的介质。n n液体和气体基本上可由它们的相对不可压缩性，液体和气体基本上可由它们的相对不可压缩性，及液体可以有自由表面，而气体能充满其整个容及液体可以有自由表面，而气体能充满其整个容器的性质来加以区分。器的性质来加以区分。n n液压：是指采用液体的流体系统。液压：是指采用液体的流体系统。n n压力单位：压力定义为单位面积上的力。压力单位：压力定义为单位面积上的力。n n在在SISI单位制中压力的单位是单位制中压力的单位是 N/mN/m2，n帕斯卡

2、（Pa）1 Pa=1 N/mN/m2，n 103Pa=1kPan 106Pa=1MPan n表压力表压力和和绝对压力绝对压力:标准气压计在海平面、标准气压计在海平面、0 00 0C C时读数时读数是是760mmHg760mmHg。n n表压力表压力是指相对于大气压力面测量到的压力。它是压是指相对于大气压力面测量到的压力。它是压力中在大气压力以上的部分用表来指示的压力。力中在大气压力以上的部分用表来指示的压力。n n绝对压力绝对压力是表压力与气压计压力之和。是表压力与气压计压力之和。n n工程测量中压力所表示的是表压力，而在理论计算中工程测量中压力所表示的是表压力，而在理论计算中必须用绝对压力。

3、必须用绝对压力。n n液压系统液压系统：n n由于液压回路具有工作可靠、准确、柔性、高的功率由于液压回路具有工作可靠、准确、柔性、高的功率-重量比、停止和启动快及换向平稳而精确、以及操重量比、停止和启动快及换向平稳而精确、以及操作简单等因素，使液压回路普遍地应用于机床上、航作简单等因素，使液压回路普遍地应用于机床上、航空控制系统及类似的工作中。空控制系统及类似的工作中。n n液压系统中的工作压力一般在液压系统中的工作压力一般在1010MPa-35MPa之间，特殊的应用中，工作压力可能上升到70MPa。n n例例1 1：数控机床液压站（左图）。：数控机床液压站（左图）。n n例例2 2：应用于航

4、空系统的液压调节器（右图）。它具：应用于航空系统的液压调节器（右图）。它具有超高压、大流量的特性，可适用于多种恶劣环境。有超高压、大流量的特性，可适用于多种恶劣环境。n n例例3 3：液压闸门：液压闸门n n液压回路液压回路：是能够产生许多不同的运动和力的组合。它：是能够产生许多不同的运动和力的组合。它包含四个基本部分，即包含四个基本部分，即n n一个储油的油箱一个储油的油箱；n n给液压系统输油的一个或几个给液压系统输油的一个或几个泵泵；n n控制流体压力和流量的控制流体压力和流量的阀阀；n n把液压能转换成机械能而把液压能转换成机械能而 作功的一个或几个作功的一个或几个液压马达。液压马达。

5、n n液压动力单元液压动力单元：一个液压动力单元包含有一个：一个液压动力单元包含有一个油箱油箱、过滤器过滤器、一个电动机驱动一个或一组、一个电动机驱动一个或一组泵泵，及一个控制，及一个控制最高压力的最高压力的阀阀。n n油箱油箱的作用是作为一液压流体源，为了保持油液清洁，的作用是作为一液压流体源，为了保持油液清洁，油箱制成完全封闭的。油箱制成完全封闭的。n n过滤器、滤油器及磁铁芯过滤器、滤油器及磁铁芯是用来从液压流体中去掉外是用来从液压流体中去掉外面来的颗粒。面来的颗粒。n n液压泵液压泵：转换机械能为液压能。可分为：转换机械能为液压能。可分为容积式泵容积式泵和和非非容积式泵容积式泵。n n

6、容积式泵容积式泵由于有可靠的由于有可靠的 内部密封阻止泄漏，因内部密封阻止泄漏，因 此它的输出流量不受系此它的输出流量不受系 统中压力变化而影响。统中压力变化而影响。n n非容积式泵：非容积式泵：由于缺少一可靠的内部密封阻止泄漏，非由于缺少一可靠的内部密封阻止泄漏，非容积式泵的输出流量随压力而变。容积式泵的输出流量随压力而变。n n在动力液压系统中，所有的泵几乎都是容积式的。在动力液压系统中，所有的泵几乎都是容积式的。n n容积式泵的四种基本类型：容积式泵的四种基本类型：n n轴向柱塞泵轴向柱塞泵。n n1.1.工作原理：工作原理：n n密封工作腔（缸体孔、柱塞底部）密封工作腔（缸体孔、柱塞底

7、部）由于斜盘倾斜放置，使得柱塞由于斜盘倾斜放置，使得柱塞 随缸体转动时沿轴线作往复运随缸体转动时沿轴线作往复运 动，动，底部密封容积变化，实现底部密封容积变化，实现 吸油、吸油、排油。排油。n n吸油过程：柱塞伸出吸油过程：柱塞伸出V Vp p吸油；吸油；n n排油过程：柱塞缩回排油过程：柱塞缩回v vp p排油。排油。*缸体转动缸体转动*斜盘、配油盘不动斜盘、配油盘不动缸体、柱塞、配油盘、斜盘缸体、柱塞、配油盘、斜盘*柱塞伸出柱塞伸出低压油低压油机械装置机械装置2.2.典型结构典型结构3.3.流量计算流量计算排量排量:一个密封空间一个密封空间:式中：式中：d-d-柱塞直径柱塞直径 D-D-柱

8、塞分布圆直径柱塞分布圆直径 -斜盘倾角斜盘倾角 z -z -柱塞数柱塞数4.特点及应用n n容积效率高，压力高。（柱塞和缸体均为圆柱表面,易加工,精度高，内泄小）n n结构紧凑、径向尺寸小，转动惯量小;n n易于实现变量；n n构造复杂,成本高；n n对油液污染敏感。n n用于高压、高转速的场合。5.典型结构SCY14-1型轴向柱塞泵（p=32 MPa）斜盘配油盘变量机构压盘缸体滑靴配油盘传动轴SCY14-1型轴向柱塞泵结构特点n n滑靴：降低接触应力，减小磨损。n n柱塞的伸出：由弹簧压紧压盘，有自吸能力。n n变量机构：手动变量机构。6.轴向柱塞泵的常见故障及排除方法故障现象故障现象产产

9、生生 原原 因因排排 除除 方方 法法噪声大噪声大或压力或压力波动大波动大1 1变量柱塞因油脏或污物卡住运变量柱塞因油脏或污物卡住运动不灵活动不灵活2 2变量机构偏角太小，流量过小，变量机构偏角太小，流量过小，内泄漏增大内泄漏增大3 3柱塞头部与滑履配合松动柱塞头部与滑履配合松动1 1清洗或拆下配研、更清洗或拆下配研、更换换2 2加大变量机构偏角，加大变量机构偏角，消除内泄漏消除内泄漏3 3可适当铆紧可适当铆紧容积效率容积效率低或压力低或压力提升不高提升不高1 1泵轴中心弹簧折断，使柱塞回泵轴中心弹簧折断，使柱塞回程不够或不能回程，缸体与配程不够或不能回程，缸体与配流盘间密封不良流盘间密封不良

10、2 2配油盘与缸体间接合面不平或配油盘与缸体间接合面不平或有污物卡住以及拉毛有污物卡住以及拉毛3 3柱塞与缸体孔间磨损或拉伤柱塞与缸体孔间磨损或拉伤4 4变量机构失灵变量机构失灵5 5系统泄漏及其他元件故障系统泄漏及其他元件故障1 1更换中心弹簧更换中心弹簧2 2清洗或研磨、抛光配清洗或研磨、抛光配油盘与缸体结合面油盘与缸体结合面3 3研磨或更换有关零件，研磨或更换有关零件，保证其配合间隙保证其配合间隙4 4检查变量机构，纠正检查变量机构，纠正其调整误差其调整误差5 5逐个检查，逐一排除逐个检查，逐一排除径向柱塞泵1.1.结构特点：结构特点：定子不动定子不动 缸体（转子）转动缸体（转子）转动

11、偏心距偏心距e e 配油轴（不动）配油轴（不动）衬套（与缸体紧配合）衬套（与缸体紧配合）2.2.工作原理工作原理n n调节调节e e的的大小大小变量泵变量泵n n改变改变e e的方向的方向双向泵双向泵密封工作腔密封工作腔柱塞伸出：离心力柱塞伸出：离心力3.3.流量计算流量计算n n叶片泵叶片泵n n工作原理：工作原理：n n在径向槽中有可移动的叶片的一个圆柱转子在一圆形在径向槽中有可移动的叶片的一个圆柱转子在一圆形壳体内旋转。定子和转子间有偏心距壳体内旋转。定子和转子间有偏心距 。n n由于转子旋转，离心力迫使叶片向外，导致叶片总是由于转子旋转，离心力迫使叶片向外，导致叶片总是与壳体的内表面接

12、触。与壳体的内表面接触。n n叶片把转子与壳体之间的面积分为两个工作腔。叶片把转子与壳体之间的面积分为两个工作腔。n n 11转子转子 22定子定子 33叶片叶片n n当转子按图示的方向回转时，在图的右部，叶片逐渐伸当转子按图示的方向回转时，在图的右部，叶片逐渐伸出，叶片间的工作空间逐渐增大，从吸油口吸油，这是出，叶片间的工作空间逐渐增大，从吸油口吸油，这是吸油腔。吸油腔。n n在图的左部，叶片被定子内壁逐渐压进槽内，工作空间在图的左部，叶片被定子内壁逐渐压进槽内，工作空间逐渐缩小，将油液从压油口压出，这是压油腔逐渐缩小，将油液从压油口压出，这是压油腔。n n在吸油腔和压油腔之间，有一段封油区

13、，把吸油腔和压在吸油腔和压油腔之间，有一段封油区，把吸油腔和压油腔隔开油腔隔开。n n排量和流量计算排量和流量计算n nR R为定子的内径为定子的内径(m);(m);n ne e为转子与定子之间的偏心矩为转子与定子之间的偏心矩(m);(m);n nB B为定子的宽度为定子的宽度(m);(m);n n 为相邻两个叶片间的夹角为相邻两个叶片间的夹角,=2/z;,=2/z;n nz z为叶片的个数。为叶片的个数。n n因此，单作用叶片泵的排量为：因此，单作用叶片泵的排量为：n n齿轮泵齿轮泵n n工作原理：工作原理：n n用两个齿轮互啮转动来工作一个主动，一个被动，用两个齿轮互啮转动来工作一个主动，

14、一个被动，n n依靠两齿轮的相互啮合，把泵内的整个工作腔分两个独立依靠两齿轮的相互啮合，把泵内的整个工作腔分两个独立的部分。的部分。A A为吸入腔，为吸入腔，B B为排出腔。为排出腔。n n齿轮油泵在运转时主动齿轮带动被动齿轮旋转，当齿轮从齿轮油泵在运转时主动齿轮带动被动齿轮旋转，当齿轮从啮合到脱开时在吸入侧啮合到脱开时在吸入侧(A)(A)就形成局部真空，液体被吸入。就形成局部真空，液体被吸入。n n被吸入的液体充满齿轮的各个齿谷而带到排出侧被吸入的液体充满齿轮的各个齿谷而带到排出侧(B)(B)，齿轮，齿轮进入啮合时液体被挤出，形成高压液体并经泵排出口排出进入啮合时液体被挤出，形成高压液体并经

15、泵排出口排出泵外。泵外。n n齿轮泵特点齿轮泵特点1.1.结构紧凑，使用和保养方便。结构紧凑，使用和保养方便。2.2.具有良好的自吸性，故每次开泵前无须灌入液体。具有良好的自吸性，故每次开泵前无须灌入液体。3.3.齿轮油泵的润滑是靠输送的液体而自动达到的，故日常齿轮油泵的润滑是靠输送的液体而自动达到的，故日常工作时无须别加工作时无须别加润滑油润滑油。液压泵的性能比较与选用n n蓄能器蓄能器：贮存自液压泵流出的压力流体，经常用于液压：贮存自液压泵流出的压力流体，经常用于液压回路中以提供所要求的压力油，以及消除流量脉动。例回路中以提供所要求的压力油，以及消除流量脉动。例如右下图。如右下图。n n流

16、量脉动流量脉动：因为齿轮啮合过程中，啮合点位置瞬间变化，：因为齿轮啮合过程中，啮合点位置瞬间变化，工作腔容积变化率不是常数。例如齿轮泵的瞬时流量是工作腔容积变化率不是常数。例如齿轮泵的瞬时流量是脉动的。脉动的。n n流量脉动率流量脉动率：一般，运用流量脉动率：一般，运用流量脉动率 来评价瞬时流量来评价瞬时流量的脉动。设的脉动。设qmaxqmax、qminqmin表示最大瞬时流量和最小瞬时表示最大瞬时流量和最小瞬时流量，流量，q q表示平均流量，则流量脉动率表示平均流量，则流量脉动率 可以用式可以用式=（qmax-qminqmax-qmin）/q/q表示。表示。n n液压马达液压马达：执行与液压泵相反的任务，：执行与液压泵相反的任务，它是把液压能转换变回到机械能来工作。它是把液压能转换变回到机械能来工作。可分为可分为直线式的（称为液压缸）直线式的（称为液压缸）和和旋转旋转 式式的。的。