工信版（中职）液压与气压传动第1章教学课件.ppt

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1、Y CF（中职）液压与气压传动第1 章教学课件第1 章液压传动概述 1.1 液压传动原理及其系统组成 1.2 液压油的分类及选用 1.3 液压传动系统的压力和流量 1.4 液压冲击和气穴现象1.1 液压传动原理及其系统组成 1.1.1 液压传动原理 液压传动的基本原理:液压系统利用液压泵将原动机的机械能转换为液体的压力能，通过液体压力能的变化来传递能量，经过各种控制阀和管路的传递，借助于液压执行元件(液压缸或电动机)把液体压力能转换为机械能，从而驱动工作机构，实现直线往复运动和回转运动。其中的液体称为工作介质，一般为矿物油，它的作用和机械传动中的皮带、链条和齿轮等传动元件相类似。下一页 返回1

2、.1 液压传动原理及其系统组成 1.1.2 液压传动系统的组成 液压系统主要由:动力元件(油泵)、执行元件(油缸或液压电动机)、控制元件(各种阀)、辅助元件和工作介质等五部分组成。1.动力元件(油泵)它的作用是把液体利用原动机的机械能转换成液压力能;是液压传动中的动力部分。2.执行元件(油缸、液压电动机)它是将液体的液压能转换成机械能。其中，油缸做直线运动，电动机做旋转运动。上一页 下一页 返回1.1 液压传动原理及其系统组成 3.控制元件 包括压力阀、流量阀和方向阀等，它们的作用是根据需要无级调节液动机的速度，并对液压系统中工作液体的压力、流量和流向进行调节控制。4.辅助元件 除上述三部分以

3、外的其他元件，包括压力表、滤油器、蓄能装置、冷却器、管件各种管接头、高压球阀、快换接头、软管总成、测压接头、管夹等及油箱等。5.工作介质 工作介质是指各类液压传动中的液压油或乳化液，它经过油泵和液动机实现能量转换。上一页 下一页 返回1.1 液压传动原理及其系统组成 1.1.3 液压传动的优缺点 1.液压传动的优点.质量轻、体积小、运动惯性小、反应速度快;.液压元件操纵控制方便，可实现大范围的无级调速(调速范围达2 000:1);.很容易实现直线运动;.液压传动的各种元件可根据需要方便、灵活地来布置;.一般采用矿物油为工作介质，相对运动面可自行润滑，设备使用寿命长;上一页 下一页 返回1.1

4、液压传动原理及其系统组成.出现故障时，可自动实现过载保护;.易实现机器的自动化。当采用电液联合控制后，不仅可实现更高程度的自动控制过程，而且可以实现遥控。2.液压传动的缺点.使用液压传动对维护的要求高，工作油要始终保持清洁;.对液压元件制造精度要求高，工艺复杂，成本较高;.液压元件维修较复杂，且需有较高的技术水平;上一页 下一页 返回1.1 液压传动原理及其系统组成.液压传动对油温变化较敏感，这会影响它的工作稳定性，因此液压传动不宜在很高或很低的温度下工作，一般工作温度在-15-60 范围内较合适;.液压传动在能量转化的过程中，特别是在节流调速系统中，其压力大，流量损失大，故系统效率较低。上一

5、页 下一页 返回1.1 液压传动原理及其系统组成 1.1.4 液压传动的典型应用 1.液压千斤顶的工作过程 如图1-1(a)所示，工作时，关闭放油阀8，作用力F向上提起杠杆1，活塞3 被带动上移，见图1-1(b)，泵体油腔4 的工作容积逐渐增大，由于单向阀7 受油腔10 中油液的作用力而关闭，油腔4 形成真空，油箱6 中的油液在大气压力的作用下，推开单向阀5 的钢球，进入并充满油腔4。作用力向下压杠杆1，活塞3 被带动下移，见图1-1(c)，泵体油腔4 的工作容积减小，其内的油液在外力的挤压作用下压力增大，迫使单向阀5 关闭，而单向阀7 的钢球被推开，油液经油管9 进入缸体油腔10,缸体油腔的

6、工作容积增大，推动活塞11 连同重物G 一起上升。上一页 下一页 返回1.1 液压传动原理及其系统组成 2.机床工作台液压传动系统 图1-2 所示为简化的机床工作台液压传动系统。其动力部分为液压泵3;执行部分为双活塞杆液压缸6;控制部分有人力控制(手动)三位四通换向阀7、节流阀8、溢流阀9;辅助部分包括油箱1、过滤器2、压力计4 和管路等。液压泵由电动机驱动进行工作，油箱中的油液经过过滤器被吸人液压泵，并经液压泵向系统输出。油液经节流阀、换向阀的P-A 通道(换向阀的阀芯在图1-2 的左边位置)进入液压缸的右腔，推动活塞连同工作台5 向左运动，液压缸左腔的油液则经换向阀的B-T 通道流回油箱。

7、上一页 下一页 返回1.1 液压传动原理及其系统组成 改变节流阀开口的大小以调节油液的流量，从而调节液压缸连同工作台的运动速度。由于节流阀开口较小，在开口前后油液存在压力差，当系统压力达到某一数值时，溢流阀被打开，使系统中多余的油液经溢流阀开口流回油箱。当换向阀的阀芯移至右边位置时，来自液压泵的液压油液经换向阀的P-B通道进入液压缸的左腔，推动活塞连同工作台向右运动，液压缸右腔的油液则经换向阀的A-T 通道流回油箱。上一页 返回1.2 液压油的分类及选用 1.2.1 液压油的分类 液压油的种类繁多，分类方法各异，长期以来，习惯以用途进行分类，也有根据油品类型、化学组分或可燃性分类的。GB 76

8、31.2-1987 等效采用IS06743/4 的规定。类一品种数字 L HV22 其中:L-类别(润滑剂及有关产品，GB7631.1)HV-品种(低温抗磨)22-牌号(赫度级，GB3141)液压油的赫度牌号由GB 3141 做出了规定，等效采用ISO 的赫度分类法，以40 运动粘度的中心值来划分牌号。下一页 返回1.2 液压油的分类及选用 1.液压油的基本要求(1)度合适，并具有较好的赫温特性若液压油赫度太大，则系统的压力损失大，效率降低，并且磨损增加，降低泵的使用寿命。如果液压油的赫度太小，则系统易泄漏，系统的效率也降低。(2)在工作温度和压力下，具有良好的润滑性、剪切稳定性和一定的油膜强

9、度液压系统工作时元器件总是要产生摩擦和磨损的，机器停止、启动时，摩擦力较大，启动时摩擦力为最大，易引起磨损。上一页 下一页 返回1.2 液压油的分类及选用(3)具有较好的抗氧化性液压系统工作时有较高的压力和温度，需要液压油在此条件下不变质老化，不析出沥青、焦油等胶质沉淀，因此液压油要有较好的抗氧化性。(4)要具有良好的抗泡性液压油中混有气泡是很有害的，在系统工作时会产生空穴作用，形成冲击波，若这种冲击力和冲击波作用于固体壁面上，就会产生气蚀作用，使元器件损坏。另外，气泡受压会迅速压缩，产生局部高温(据计算，可达几百度以上)，将加快油液的热分解、蒸发和氧化，使油液变质、变黑。上一页 下一页 返回

10、1.2 液压油的分类及选用 2.液压油的选择 一般说，首先根据泵的种类，确定适用的赫度范围，再具体确定液压油的品牌型号。表1-1 为液压油的主要品种及其特性和用途。3.液压油的使用 污染程度的测定有条件的情况下，可用各种仪器测试液压油的污染程度;但在生产现场往往没有专门的仪器来测试液压油受污染的程度，大多用眼看、鼻闻的方法直接观察液压油的污染程度。一般人的眼睛的能见度为40 um，所以，看上去很脏的油实际上已经污染较为严重了。下表1-2 为液压油污染的目测项目及判断、处理措施。上一页 返回1.3 液压传动系统的压力和流量 1.3.1 液压系统中的压力 1.压力的概念 油液的压力是由油液的自重和

11、油液受到外力作用所产生的。在液压传动中，与油液受到的外力相比，油液的自重一般很小，可忽略不计。以后所说的油液压力主要是指因油液表面受外力(不计入大气压力)作用所产生的压力，即相对压力或表压力。如图1-3(a)所示，油液充满于密闭的液压缸左腔，当活塞受到向左的外力F作用时，液压缸左腔内的油液(被视为不可压缩)受活塞的作用，处于被挤压状态，同时，油液对活塞有一个反作用力FP而使活塞处于平衡状态。不考虑活塞的自重，则活塞平衡时的受力情形如图1-3(b)所示。下一页 返回1.3 液压传动系统的压力和流量 作用于活塞的力有两个，一是外力F，另一是油液作用于活塞的力FP。两力大小相等，方向相反，如果活塞的

12、有效作用面积为A，油液作用在活塞单位面积上的压力则为FP/A，活塞作用在油液单位面积上的压力为F/A。油液单位面积上承受的作用力称为压强，在工程上习惯称为压力，用符号P 表示，即 式中P 油液的压力(Pa);F 作用在油液表面的外力(N);A 油液表面的承压面积，即活塞的有效作用面积(m2)。上一页 下一页 返回1.3 液压传动系统的压力和流量 压力的国际计量单位是Pa(帕，N/m2)，还有非国际计量单位，各种压力单位之间的换算 关系如下:1 Pa(帕)=1 N/m2 1 at(工程大气压)=1 kgf/cm2=9.8 x 104N/m2 1 mH20(米水柱)=9.8 x 103 N/m2

13、1 mmHg(毫米汞柱)=1.33 x 102 N/m2 液压传动的压力分级见表1-3。上一页 下一页 返回1.3 液压传动系统的压力和流量 2.静压传递原理 静压传递原理，又称为帕斯卡原理，它是指在密闭容器中的静止液体，当一处受到压力作用时，这个压力将通过液体传到连通器的任一点上，而且其压力值处处相等。液压千斤顶就是利用这个原理工作的。如图1-4 所示，当柱塞泵活塞1 受到外力F，作用(液压千斤顶压油)时，柱塞泵油腔5 中油液产生的压力为上一页 下一页 返回1.3 液压传动系统的压力和流量 此压力通过油液传递到液压缸油腔3，即油腔3 中的油液以P2(P2=P1)垂直作用于液压缸活塞2，活塞2

14、 上受到作用力F2，且有 式中F1作用在活塞1 上的力(N);F2作用在活塞2 上的力(N);A1,A2活塞1,2 的有效作用面积(m2)。上一页 下一页 返回1.3 液压传动系统的压力和流量 上式表明，活塞2 上所受液压作用力F2与活塞2 的有效作用面积A2成正比。如果A2远大于A1，则只要在柱塞泵活塞1 上作用一个很小的力F1，便能获得很大的力F2，用以推动重物。这就是液压千斤顶在人力作用下能顶起很重物体的道理。例1-1 如图1-4 所示，已知柱塞泵活塞1 的面积A1=1.13 x 10-4m2，液压缸活塞2 的面积A2=9.6x10-4m2，作用在活塞1 上的力F1=5.78 x 103

15、 N。试问柱塞泵油腔5 内的油液压力P1为多大?液压缸能顶起多重的重物?上一页 下一页 返回1.3 液压传动系统的压力和流量 3.液压传动的压力损失 由于油液具有赫性，在油液流动时，油液的分子之间、油液与管壁之间的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。液压传动系统存在着液阻，油液流动时会引起能量损失，主要表现为压力损失。如图1-5 所示，油液从A 处流到B 处，中间经过较长的直管路、弯曲管路、各种阀孔和管路截面的突变等，由于液阻的影响致使油液在A 处的压力PA与在B 处的压力PB不相等，显然PA PB，引起的压力差为p，即p=PA PB。p 就称为这段管路中的压力损失。上一页

16、下一页 返回1.3 液压传动系统的压力和流量 影响压力损失的因素很多，精确计算较为复杂，通常采用近似估算的方法。液压泵最高工作压力的近似计算式为 式中P泵液压泵最高工作压力(Pa);P缸液压缸最高工作压力(Pa);K压系统的压力损失系数，一般瓜=1.3-1.5。系统复杂或管路较长取大值，反之取小值。上一页 下一页 返回1.3 液压传动系统的压力和流量 1.3.2 流量、流量损失和平均流速 流量和平均流速是描述油液流动时的两个主要参数。液体在管道中流动时，通常将垂直于液体流动方向的截面称为通流截面。1.流量 流量就是在单位时间内流体通过一定截面积的量。这个量用流体的体积来表示称为瞬时体积流量，用

17、符号qv表示。若在时间t 内流过管路或液压缸某一通流截面的油液体积为V，则油液的流量上一页 下一页 返回1.3 液压传动系统的压力和流量 流量的单位为m3/s(立方米/秒)，常用单位L/min(升/分)，它们之间的换算关系为1 m3/s=6 x 104L/min。2.平均流速 由于液体都具有赫性，液体在管中流动时，在同一截面上各点的流速是不相同的，分布规律为抛物线，如图1-6 所示。为了方便计算，因而引入一个平均流速的概念，即假设通流截面上各点的流速均匀分布。油液通过管路或液压缸的平均流速v可用下式计算上一页 下一页 返回1.3 液压传动系统的压力和流量 式中v油液通过管路或液压缸的平均流速(

18、m/s);qv油液的流量(m3/s);A 管路的通流截面的面积或液压缸(或活塞)的有效作用面积(m2)。液压缸工作时，活塞运动的速度就等于缸内液体的平均流速。上一页 下一页 返回1.3 液压传动系统的压力和流量 3.液压传动的流量损失 在液压系统正常工作的情况下，从液压元件的密封间隙漏过少量油液的现象称为泄漏。由于液压元件必然存在着一些间隙，当间隙的两端有压力差时，就会有油液从这些间隙中流过。流量损失一般也采用近似估算的方法。液压泵输出流量的近似计算式为 q泵=K漏q缸 式中q泵液压泵最大输出流量(m3/s);q缸液压缸的最大流量(m3/s)K漏系统的泄漏系数，一般 K漏=1.1-1.3。系统

19、复杂或管路较长取大值，反之取小值。图1-7 表示了液压缸的两种泄露方式。上一页 下一页 返回1.3 液压传动系统的压力和流量 1.3.3 液流的连续性 理想液体(不可压缩的液体)在无分支管路中作稳定流动时，通过每一截面的流量相等，这称为液流连续性原理。油液的可压缩性极小，通常可视作理想液体。如图1-8 所示管路中，流过截面1 和2 的流量分别为qv1和qv2，根据液流连续性原理，qv1=qv2，代入，则可得 式中A1,A2截面1,2 的面积(m2);v1,v2-液体流经截面1,2 时的平均流速(m/s)。上一页 下一页 返回1.3 液压传动系统的压力和流量 1.3.4 液压传动的功率计算 1.

20、液压缸的输出功率P缸 功率等于力和速度的乘积。对于液压缸来说，其输出功率等于负载阻力F和活塞(或液压缸)运动速度。的乘积，即 P缸=Fv(1-8)由于F=p缸A,v=q缸/A，所以液压缸的输出功率(不计液压缸的损失)，P缸=p缸q缸(1-9)上一页 下一页 返回1.3 液压传动系统的压力和流量 式中P缸液压缸的输出功率(W);p缸液压的最高工作压力(Pa);q缸液压缸的流量(m3/s)。2.液压泵的输出功率P泵 P泵=p泵q泵(1-10)式中P泵液压泵的输出功率(W);p泵液压泵的最高工作压力(Pa);q泵液压泵输出的流量(m3/s)。对于输出流量为定值的定量液压泵，振即为该泵的额定流量。上一

21、页 下一页 返回1.3 液压传动系统的压力和流量 3.液压泵的效率和液压泵驱动电动机功率的计算 由于液压泵在工作中也存在因泄漏和机械摩擦所造成的流量损失及机械损失，所以驱动液压泵的电动机所需的功率P电要比液压泵的输出功率P泵大，液压泵的总效率 为 因此，驱动液压泵的电动机功率P电为上一页 返回1.4 液压冲击和气穴现象 1.4.1 液压冲击 在液压系统中，当突然关闭或开启液流通道时，在通道内液体压力发生急剧交替升降的波动过程称为液压冲击。液压系统中产生液压冲击的原因很多，如液流速度突变(如关闭阀门)或突然改变液流方向(换向)等因素将会引起系统中油液压力的迅速升高而产生液压冲击。当出现液压冲击时

22、，液体中的瞬时峰值压力往往比正常工作压力高好几倍，它不仅会损坏密封装置、管道和液压元件，而且还会引起震动和噪声;有时使某些压力控制元件产生误动作，造成事故。下一页 返回1.4 液压冲击和气穴现象 避免产生液压冲击的基本措施是尽量避免液流速度发生急剧变化，延缓速度变化的时间，其具体办法是:.缓慢开关阀门;.限制管路中液流的速度;.系统中设置蓄能器和溢流阀;.在液压元件中设置缓冲装置(如节流孔)。上一页 下一页 返回1.4 液压冲击和气穴现象 1.4.2 气穴现象 气穴现象是指液流内，压力局部降低至液体汽化压力，形成水蒸气(或气体)空穴的现象。当液压系统中出现气穴现象时，大量的气泡破坏了液流的连续

23、性，造成流量和压力脉动，当气泡随液流进入高压区时又急剧破灭，引起局部液压冲击，使系统产生强烈的噪声和振动。气穴现象多发生在阀口和液压泵的进口处，由于阀口的通道狭窄，流速增大，压力大幅度下降，以致产生气穴现象。当泵的安装高度过高，吸油管直径太小，吸油阻力大，以及过滤器阻塞造成进口处真空度过大，亦会产生空穴。上一页 下一页 返回1.4 液压冲击和气穴现象 为减少空穴和气蚀的危害，一般采取下列措施:.减小液流在间隙处的压力降，一般希望间隙前后的压力比为P1/P2 3.5;.降低液压泵吸油高度，适当加大吸油管内径，限制吸油管的流速，及时清洗滤油器。对高压泵可采用辅助泵供油;.管路要有良好密封，防止空气

24、进入。上一页 返回图1-1 液压千斤顶的工作原理(a)工作原理图;(b)泵的吸油过程;(c)泵的压油过程1-杠杆;2-泵体;3,11-活塞;4,10-油腔;5,7-单向阀;6-油箱;8-放油阀;9-油管;12-缸体返回图1-2 往复运动工作台液压传动系统1-油箱;2-过滤器;3-液压泵;4-压力计;5-工作台;6-液压缸;7-换向阀;8-节流阀;9-溢流阀返回表1-1 液压油的主要品种及其特性和用途返回表1-2 液压油使用返回图1-3 油液压力的形成返回表1-3 液压传动的压力分级返回图1-4 液压千斤顶的压油过程1-柱塞泵活塞;2-液压缸活塞;3-液压缸油腔4-管路;5-柱塞泵油腔返回图1-5 油液的压力损失返回图1-6 实际流速和平均流速返回图1-7 液压缸的内泄漏和外泄漏1-低压腔;2-高压腔;3-外泄漏;4-内泄漏返回图1-8 液流连续性原理返回