液压培训资料.doc
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1、【精品文档】如有侵权,请联系网站删除,仅供学习与交流液压培训资料.精品文档.液压培训参考资料 中川液压公司 5/5/2010第一章 绪论 一 液压传动的基本概念 一部完整的机器都是由原动机、传动装置和工作机三部分组成。 传动装置分为:机械传动、流体传动、电气传动 流体传动分为:液压传动、气压传动、液力传动液压传动:以液体为工作介质,在密封回路里,主要依靠液体的压力能来进行能量传递和控制的一种传动形式。工作压力在1MPa以上。气压传动:以气体为工作介质,在密封回路里,主要依靠气体的压力能来进行能量传递和控制的一种传动形式。工作压力在1MPa以下。液力传动:以液体为工作介质,在密封回路里,主要依靠
2、液体的动能来进行能量传递和控制的一种传动形式。 二、液压传动的工作原理所谓液压传动就是由动力元件将机械能转化为液压能,然后通过控制装置合理控制液压油的压力、流量等,最后通过执行元件将液压能转化为机械能。1)力比例关系p=W/A2 F1=pA1 在液压传动中工作压力取决于负载,而与流入的液体多少无关。注意:负载包括:有效负载、无效负载(如摩擦力)以及液体的流动阻力。2)运动关系A1h1=A2h2 A1V1=A2V2 =q 结论:活塞的运动速度取决于进入液压缸的流量,而与液体的压力大小无关。3)功率关系不计各种功率损失的条件下:P=Fv1=Wv2=pq 液压传动系统的输出功率WV2等于输入功率FV
3、1。液压传动中的功率可以用压力p和流量q的乘积来表示。在液压传动中压力p和流量q是最基本、最重要的两个参数。三、液压传动系统的组成1)动力元件:把机械能转化成液体压力能的装置,如各种液压泵。2)执行元件:把液体压力能转化成机械能的装置,如液压缸和液压马达。3)控制元件:对液体的压力、流量和流动方向进行控制和调节的装置。如各类控制阀。4)辅助元件:如各种管接件、油管、油箱、过滤器、蓄能器、压力表等,起连接、输油、贮油、过滤、贮存压力能和测量等作用。5)传动介质:如液压油,起传递能量和润滑作用。四、液压传动的优缺点1优点(1)传动平稳。(2)功率质量比大。(3)具有重量轻、体积小,惯量小,动作灵敏
4、。(4)工作安全性好,易于实现过载保护。 (5)能实现无级调速,且调速范围大。(6)操作控制方便,易于实现自动化。(7)液压元件通用化、标准化和系列化,便于推广应用。 2、缺点(1)易泄漏,传递效率偏低,在传递大功率时显得不够经济。(2)使用和维护要求较高,故障排除比较困难。第二章 液压液液压介质要完成的功能 传递能量和信号; 润滑液压元件,减少摩擦和磨损; 散热; 防止锈蚀; 密封液压元件对偶摩擦副中的间隙; 传输、分离和沉淀非可溶性污染物; 为元件和系统失效提供诊断信息等。一、液压油液的物理性质 1. 密度单位体积液体的质量称为液体的密度。体积为V、质量为m的液体的密度为 m/V 矿物型液
5、压油的密度随温度和压力而变化的,但其变动值很小,可认为其为常数,一般矿物油系液压油在20时密度约为850900 kg/m3 左右2可压缩性液体受压力作用而发生体积变化的性质称为液体的可压缩性。 液体的压缩性可用体积压缩系数表示。液体体积压缩系数的倒数,称为液体的体积弹性模量,以K表示,即K1/K值越大表示液体越不可压缩。液压油的体积弹性模量和温度、压力以及含在油液中的空气有关。一般在分析时取K=700-1000MPa。石油基液压油体积模量的数值是钢的100-150倍一般情况下,液压液的可压缩性对液压系统性影响不大,但在高压下或研究系统动态性能及计算远距离操纵的液压机构时,则必须予以考虑。石油基
6、液压油的体积模量与温度、压力有关:温度升高时K值减小;压力增加时,K值增大。封闭在容器内的液体在外力作用下的情况极像一个弹簧(称为液压弹簧):外力增大,体积减小;外力减小,体积增大。3粘性 1) 粘性的概念 液体在外力作用流动(或有流动趋势)时,分子间的内聚力要阻止分子间的相对运动而产生一种内摩擦力,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。如图:为比例常数,有时称为粘性系数或粘度。以表示切应力,即单位面积上的内摩擦力,则=du / dy (1-5) 这就是牛顿的液体内摩擦定律。液体的粘性大小可用粘度来表示。粘度的表示方法有动力粘度、运动粘
7、度、相对粘度。(1)动力粘度 式(1-5)中为由液体种类和温度决定的比例系数,它是表征液体粘性的内摩擦系数。如果用它来表示液体粘度的大小,就称为动力粘度,或称绝对粘度。动力粘度的物理意义是液体在单位速度梯度下流动时单位面积上产生的内摩擦力。动力粘度的单位为Pas(帕秒,Ns/m2 )。以前沿用的单位为P(泊,dynes/c m2)。单位换算关系为 1Pas = 10P(泊)= 1000 cP(厘泊) (2) 运动粘度 液体的动力粘度与其密度的比值,称为液体的运动粘度,即 =/ (1-6)运动粘度的单位为m2 /s。以前沿用的单位为St(斯)。单位换算关系为 1 m2 /s=104 St(斯)=
8、106 cSt(厘斯) 就物理意义来说,不是一个粘度的量,但习惯上常用它来标志液体粘度,液压油液的粘度等级是以40时运动粘度(以mm2/s计)的中心值来划分的。例如,牌号为LHL22的普通液压油在40时运动粘度的中心值为22 mm2/s(L表示润滑剂类,H表示液压油,L表示防锈抗氧型)。 (3 )相对粘度 相对粘度又称条件粘度,它是按一定的测量条件制定的。根据测量的方法不同,可分为恩氏粘度E、赛氏粘度SSU、雷氏粘度Re等。我国和德国等国家采用恩氏粘度。恩氏粘度用恩氏粘度计测量。恩氏粘度与运动粘度间的换算关系。4) 粘度的影响因素 液体的粘度随液体的压力和温度而变。对液压油来说,压力增大时,粘
9、度增大,但影响很小,通常忽略不计。液压油的粘度对温度变化十分敏感。温度升高时,粘度下降。在液压技术中,希望工作液体的粘度随温度变化越小越好。 粘度随温度变化特性,可以用粘度温度曲线表示。图1-3为几种国产液压油的粘温图。4 、其它性质 其他物理性质还有:比热容(单位质量的物质作单位温度变化时所需要的热量)、导热系数、流动点(比凝固点低2.5的温度叫做流动点)与凝固点、闪点(明火能使油面上油蒸气闪燃,但油本身不燃烧的温度)与燃点(使油液能自行燃烧的温度)、润滑性(在金属摩擦表面形成牢固油膜的能力)等。 化学性质有:热稳定性、氧化稳定性、水解稳定性、相容性(对密封材料、涂料等非金属材料的化学作用程
10、度,如不起作用或很少起作用则相容性好)和毒性等。二、对液压油液的要求 (1)合适的粘度和良好的粘度温度特性,一般液压系统所选用的液压油,其运动粘度大多为(1368 cSt)(40下)或25.8。(2)良好的化学稳定性。(3)良好的润滑性能,以减小元件中相对运动表面的磨损。(4)质地纯净,不含或含有极少量的杂质、水分和水溶性酸碱等。(5)对金属和密封件有良好的相容性。(6)抗泡沫性好,抗乳化性好,腐蚀性小,抗锈性好。(7)体积膨胀系数低,比热容高。(8)流动点和凝固点低,闪点和燃点高。(9)对人体无害、成本低。三、液压油液的分类和选用 1 分类 目前,我国各种液压设备所采用的液压油液,按抗燃烧特
11、性可分为两大类:一类为矿物油系;一类为不燃或难燃油系。大多数设备的液压系统采用是矿物油系 。不燃或难燃油系可分为水基液压油和合成液压油两种。 液压技术中广泛采用石油基液压油作为工作液体,特殊情况下可采用抗燃液压油。2 液压油液的选用原则 选择液压油时,首先考虑其粘度是否满足要求,同时兼顾其它方面。选择时应考虑如下因素:(1) 液压泵的类型(2) 液压系统的工作压力 (3) 运动速度(4) 环境温度(5) 防污染的要求(6) 综合经济性 总之,选择液压油时一是考虑液压油的品种,二是考虑液压油的粘度。四、液压介质的污染与防污控制(参见P17)1污染的种类及危害2污染的原因3污染的测定4污染等级5.
12、 污染控制三、 恒定管流的压力损失在液压传动中,能量损失主要表现为压力损失 ,压力损失分为两类:沿程压力损失和局部压力损失。沿程压力损失:油液沿等直径直管流动时所产生的压力损失,这类压力损失是由液体流动时的内、外摩擦力所引起的。 局部压力损失:是油液流经局部障碍(如弯管、接头、管道截面突然扩大或收缩)时,由于液流的方向和速度的突然变化,在局部形成旋涡引起油液质点间,以及质点与固体壁面间相互碰撞和剧烈摩擦而产生的压力损失。 1、流态、雷诺数 1)层流和紊流 层流:液体质点互不干扰,液体的流动呈线性或层状,且平行于管道轴线;层流时,液体流速较低,质点受粘性制约,不能随意运动,粘性力起主导作用。紊流
13、:液体质点的运动杂乱无章,除了平行于管道轴线的运动以外,还存在着剧烈的横向运动;紊流时,液体流速较高,粘性的制约作用减弱,惯性力起主导作用。2)雷诺数 雷诺数Re:无量纲数平均流速v、液体的运动粘度、管径d,流动状态。 临界雷诺数: 当液流的实际流动时的雷诺数小于临界雷诺数时,液流为层流,反之液流则为紊流。常见的液流管道的临界雷诺数可由实验求得。雷诺数的物理意义:影响液体流动的力主要有惯性力和粘性力,雷诺数就是惯性力对粘性力的无因次比值。 2、液体在直管中流动时的压力损失 液体在直管中流动时的压力损失称为沿程压力损失。它除与管道的长度、内径和液体的流速、粘度等有关外,还与液体的流动状态有关。液
14、体在圆管中的层流流动是液压传动中最常见的现象,在设计和使用液压系统时就希望管道中的液流保持这种状态。3、怎样减少液压系统中的压力损失u 压力损失的优缺点: 压力效率低; 热量温升,影响工作性能; 利用液阻来控制压力或流量,或实现缓冲。u 措施: 管道长度; 管道内壁光滑; 液压油的粘度; 通流面积,流速。五 空穴现象和液压冲击1、空穴现象在流动的液体中,因某点处的压力低于空气分离压而产生气泡的现象,称为空穴现象。 1)有关概念 某温度下的空气分离压。 某温度下的饱和蒸气压。 一般来说,液压油的饱和蒸气压相当小,比空气分离压小得多,因此,要使液压油不产生大量气泡,它的压力最低不得低于液压油所在温
15、度下的空气分离压(1)节流口处的空穴现象(2)液压泵的空穴现象 液压泵吸油管直径太小时、或吸油阻力太大、或液压泵转速过高。 由于吸油腔压力低于空气分离压而产生空穴现象。(3)、减小空穴现象的措施 危害: 局部的液压冲击,发出噪声,引起振动,当附着在金属表面上的气泡破灭时,它所产生的局部高温和高压会使金属剥落,使表面粗糙,或出现海绵状的小洞穴。发生气蚀现象。 具体措施要防止液压系统中的压力过度降低:(1)减小流经节流小孔前后的压力差,一般希望小孔前后压力比小于3.5。(2)正确设计液压泵的结构参数,适当加大吸油管内径。(3)提高零件的抗气蚀能力,增加零件的机械强度,采用抗腐蚀能力强的金属材料,减
16、小零件表面粗糙度等。2、液压冲击 在液压系统中,由于某种原因,液体压力在一瞬间会突然升高,产生很高的压力峰值,这种现象称为液压冲击。产生的原因:I. 当阀门K瞬间关闭时。II. 液压系统中运动着的工作部件突然制动或换向时。III. 液压系统中某些元件的动作不够灵敏,也会产生液压冲击,如系统压力突然升高,但溢流阀反应迟钝,不能迅速打开时,便产生压力超调。也即液压冲击。液压冲击的危害和减小液压冲击的措施n 危害:瞬时压力高;振动和噪声;损坏液压元件;误动作。n 措施: 使直接冲击变为间接冲击,这可用减慢阀的关闭速度和减小冲击波传递距离来达到。 限制管道中油液的流速v。 设置蓄能器或者缓冲装置。 在
17、容易出现液压冲击的地方,安装限制压力升高的安全阀。第四章 动力元件动力元件起着向系统提供动力源的作用,是一种将机械能转换成液体压力能的能量转换装置。 一、液压泵概述1、 液压泵的工作原理及特点1)液压泵的工作原理液压泵都是依靠密封容积变化的原理来进行工作的,故一般称为容积式液压泵。以图示简单的单柱塞液压泵工作过程为例。 2)液压泵正常工作的基本条件 在结构上具有一个或多个密封且可以周期性变化的工作容积;当工作容积增大时,完成吸油过程;当工作容积减小时,完成排油过程。液压泵的输出流量与此空间的容积变化量和单位时间内的变化次数成正比,与其它因素无关。 具有相应的配油机构,将吸油过程与排油过程分开;
18、 油箱内液体的绝对压力必须恒等于或大于大气压力。2、 液压泵的主要性能参数1)压力(MPa) 工作压力:液压泵实际工作时输出的压力。工作压力取决于外负载大小和管道上的压力损失,而与液压泵的流量无关。 额定压力: 液压泵长期连续运转能正常工作所允许使用的最高工作压力,其值受液压泵的容积效率和使用寿命的限制。 极限压力:液压泵在短时间内超载所允许使用的最高压力,其值受液压泵效率、零件强度和使用寿命等所限制。 液压泵在正常工作时,其工作压力应小于或等于泵的额定压力。 2) 排量和流量排量V(m3/r)(mL/r) 在不考虑泄漏的情况下,液压泵每转一转所排出的液体体积。它只与液压泵的工作容积的几何尺寸
19、有关。 理论流量qt(m3/s)(L/min)qt=Vn实际流量q q=qt-ql 泄漏量ql随着压力p的增大而增大, 实际流量q随着压力p的增大而减小。 3)功率和效率 液压泵的功率损失 液压泵的功率损失包括容积损失和机械损失。 容积损失和容积效率容积损失主要是液体泄漏造成的功率损失。v随着压力的增大而降低。 机械损失和机械效率 机械损失是因摩擦而造成的功率损失。 Tl 基本不随压力变化,而Tt随着压力的增大而增大。m随着压力的增大而增大。 液压泵的功率 输入功率Pi 国际单位特定单位Nmr/min输出功率P (国际单位) 压力单位:MPa ; 流量:l/min(3) 总效率 液压泵的输出功
20、率与输入功率的比值 3、液压泵分类液压泵按其流量是否可调节分为定量泵和变量泵两类;按结构形式分为齿轮式、叶片式和柱塞式三大类。齿轮泵分为:内啮合式和外啮合式;叶片泵分为:单作用式、双作用式和凸轮式;柱塞泵分为:轴向式和径向式。液压泵的图形符号:单向定量泵 单向变量泵 双向定量泵 双向变量泵二 齿轮泵齿轮泵按结构分外啮合齿轮泵和内啮合齿轮泵。1、 外啮合 齿轮泵工作原理 立体动画2、外啮合齿轮泵的流量 排量:实际齿间槽容积比轮齿的体积稍大些,有 V=6.66zm2B流量特点:1).齿轮泵的平均流量与齿数成正比,而与模数的平方成比例。619 2). 齿轮泵的流量与齿宽成正比,但齿宽的增大受齿轮所受
21、液压径向力增加的限制,一般取齿宽B(610)m,高压时取小值。3).提高转速可以提高泵的流量,但受泵吸入性能的限制。齿轮泵的转速一般在10001500r/min。4). 在容积式液压泵中,齿轮泵的流量脉动最大。3、齿轮泵的结构特点1) 困油现象齿轮泵要平稳工作,齿轮啮合的重叠系数必须大于1,这将会出现两对轮齿同时啮合的情况,形成一个闭死的容积。当它由大变到小时,由于液体的不可压缩性,闭死容积中的压力急剧升高,封闭的液体从一切可以泄漏的缝隙强行挤出,使轴承受到很大的附加载荷,同时产生功率损失及液体发热等不良现象;当它由小变大时,由于不能及时补油,闭死容积形成局部真空,溶解于液体中的空气便析出产生
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