2-液压传动基本概念.pptx

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,#,液压传动,2,液压传动基本概念,液压传动,液压传动中的平均流速和流量,2.,2,伯努利方程,2.,3,液压传动中的压力,2.1,2,液压传动基本概念,液压系统中的压力损失,2.4,液压冲击和气穴现象,2.5,2.1,液压传动中的压力,1,2,压力的概念,压力的表示,3,4,静压力的特性,压力的传递,5,6,工作压力形成,液体静压力对固体壁面的作用力,2.1.1,压力的概念,液压传动中所说的压力概念是指当液体相对静止时，液体单位面积上所受的法向力，常用符号,p,表示。在物理学中则称为压强。,2.1.1,压力的概念,静止液体某点处微小面积,A,所受的法向力为,F,，则该点的压力为,液压传动系统中，外载荷（,F,）通过活塞（面积为,A,）均匀地作用于液体表面。此时，液体所受的压力为,2.1.2,压力的表示,（,1,）压力的表示方法,压力有两种表示方法，即绝对压力和相对压力。以绝对真空为基准的压力为绝对压力；以大气压（,Pa,）为基准的压力为相对压力。大多数测量压力的仪表都受大气压的作用，所以，仪表指示的压力都是相对压力，也称表压力。在液压传动中，如不特别说明，压力均指相对压力。,2.1.2,压力的表示,图,2-1,绝对压力、相对压力、真空度,2.1.2,压力的表示,如果液体中某点处的绝对压力小于大气压力（,Pa,），那么，比大气压小的那部分数值叫做该点的真空度。由图,2-1,可知，以大气压为基准计算压力值时，基准以上的正值是表压力，基准以下的负值就是真空度。绝对压力、相对压力、真空度的关系为,绝对压力大气压力相对压力,真空度大气压力绝对压力,2.1.2,压力的表示,（,2,）压力的单位,压力的法定计量单位是,Pa,（帕），,1Pa=1N/m2,，工程上也常使用,MPa,（兆帕），,1MPa=106Pa,（兆帕）。以前沿用过和某些部门惯用的压力单位还有,bar,（巴）、,at,（工程大气压，即,kgf/cm2,）、,atm,（标准大气压）、,mmH2O,（约定毫米水柱）或,mmHg,（约定毫米汞柱）等。,2.1.2,压力的表示,表,2-1,各种压力单位换算关系,2.1.3,静压力的特性,液体的压力沿着内法线方向作用于承压面，即静止液体只承受法向压力，不承受剪切力和拉力，否则就破坏了液体静止的条件。,静止液体内，任意点处所受到的静压力各个方向都相等。,2.1.3,静压力的特性,液压系统中实际流动的液体具有黏性，而且因管道截面积不同或在截面中的位置不同，各点的流速不同，即液体不是处于平衡状态的静止液体。但实测表明，在密闭系统中流动的液体，其压力与受相同外载下静压力的数值相差很小。,2.1.4,压力的传递,液体受外力作用的情况下，外力作用产生的压力与由外加重物和液体自重所产生的压力相比后者很小，因此，在液压传动系统中可以忽略不计，近似地认为在整个液体内部的压力是相等的。,2.1.4,压力的传递,压力的传递遵循帕斯卡原理或静压传递原理。即在密闭容器内，施加于静止液体上的压力可以等值传递到液体内各点。这就是静压传递原理，或称为帕斯卡原理。,2.1.4,压力的传递,图,2-2,相互连通的容器,2.1.4,压力的传递,如图,2-2,所示，设小活塞的面积,A1,与大活塞的面积,A2,之比为,1,：,10,，在小活塞上施加,lkN,的力，则在大活塞上就有,10kN,的向上推力。至于速度，小活塞的运动速度要为大活塞速度的,10,倍。从行程来说，也是,10,倍。,2.1.5,工作压力形成,图,2-3,液压系统压力的形成,（,a),外负载为,F,（,b),外负载为零 （,c),活塞移至缸体端部,2.1.5,工作压力形成,在图,2-3,中，液压泵连续地向液压缸供油，当油液充满后，由于活塞受到外界负载,F,的阻碍作用，使活塞不能向右移动，若液压泵继续强行向液压缸中供油，其挤压作用不断加剧，压力也不断升高，当作用在活塞有效作用面积,A,上的压力升高到足以克服外界负载时，活塞便向右运动，这时系统的压力为,2.1.5,工作压力形成,如果,F,不再改变，则由于活塞的移动，使液压缸左腔的容积不断增加，这正好容纳了液压泵的连续供油量，此时油液不再受到更大的挤压，因而压力也就不会再继续升高，始终保持相应的,p,值。,2.1.5,工作压力形成,果用压力表实测图,2-3,中（,b,）和图（,c,）所示的两种情况，则测得如图（,b,）所示状态时的压力等于零。这是因为此时外界的负载为零,(,不计管道的阻力,),，油液的流动没有受到阻碍，因此建立不起来压力。在图,c,的情况下，当活塞移至缸体的端部时，由于液压泵连续供油，而液压缸左腔的容积却无法增加，所以系统的压力急剧升高，假如系统没有保护措施，系统的薄弱环节将被破坏。,2.1.6,液体静压力对固体壁面的作用力,静止液体和固体壁面相接触时，固体壁面上各点在某一方向上所受静压作用力的总和，就是液体在该方向上作用于固体壁面上的力。,2.1.6,液体静压力对固体壁面的作用力,（,1,）液体静压力对平面的作用力,在液压传动中，略去了液体自重产生的压力，液体中各点的静压力是均匀分布的，且垂直作用于受压表面。当固体壁面为一平面时，平面上各点处的静压力大小相等，作用在固体壁面上的力,F,等于静压力,p,与承压面积,A,的乘积，其作用力方向垂直于壁面，即,2.1.6,液体静压力对固体壁面的作用力,（,2,）液体静压力对曲面的作用力,当固体壁面为曲面时，曲面上液压作用力在某方向（如,x,方向）上的总作用力,Fx,等于液体压力,p,和曲面在该方向投影面积,Ax,的乘积，即,2.1.6,液体静压力对固体壁面的作用力,例如，如图,2-4,所示为一球面和圆锥面受液体压力作用的情况。球面和圆锥面在垂直方向所受的液体作用力,F,等于曲面在垂直方向的投影面积,A,与压力,p,的积，即,2.1.6,液体静压力对固体壁面的作用力,图,2-4,液体静压力对曲面的作用力,2.2,液压传动中的平均流速和流量,1,2,流速与流量,流动连续性方程,3,流量与活塞速度,2.2.1,流速与流量,（,1,）平均流速,液压传动是靠流动着的有压液体来传递动力，油液在油管或液压缸内流动的快慢称为流速。由于流动的液体在油管或液压缸的截面上的每一点的速度并不完全相等，因此通常说的流速都是平均流速，用,v,表示，流速单位为,m/s,。,2.2.1,流速与流量,（,2,）流量,单位时间内流过某通流截面的液体的体积称为流量，用,qV,表示，流量的单位为,m3/s,，工程上也用,L/min,（升,/,分）。,2.2.2,流动连续性方程,图,2-5,液体在管路中连续流动,2.2.2,流动连续性方程,如图,2-5,所示，密度为,的液体，在横截面不同的管路中定常流动时，设,1,、,2,两个不同的通流截面的面积分别为,A1,和,A2,，平均流速分别为,1,和,2,，那么，液体流动的连续性方程可表示为,1,A1=,2,A2=,常数,（,2-5,）,2.2.3,流量与活塞速度,图,2-6,简单液压系统,2.2.3,流量与活塞速度,图,2-6,所示液压系统中的流量常指通过油管进入液压缸的流量。以流量为,qV(m3/s),的液体进入液压缸推动活塞运动，取移动的活塞表面积为有效截面,A(m2),，显然液压缸中的液体流动速度与活塞运动速度相等，且为液体平均流速度,v,，所以活塞的运动速度为：,v=qV/A,（,2-6,）,2.2.3,流量与活塞速度,例,3.1,如图,2-7,所示，已知入口流量,qV1=25L/min,，小活塞杆直径,d1=20mm,，小活塞直径,D1=75mm,。大活塞杆直径,d2=40mm,，大活塞直径,D2=125mm,，假设没有泄漏，求小活塞和大活塞的运动速度,1,、,2,。,图,2-7,活塞速度计算,2.2.3,流量与活塞速度,解,根据液流流量与流速的关系,q=A,，活塞运动速度,1,、,2,分别为,2.3,伯努利方程,1,2,理想液体的伯努利方程,实际液体的伯努利方程,2.3.1,理想液体的伯努利方程,理想流体的伯努利方程标示为式（,2-8,）或式（,2-9,）的形式：,2.3.2,实际液体的伯努利方程,在推导理想流体伯努利方程时，认为通流截面的各点流速相等，但实际并非如此。因此，对动能部分引入修正系数,1,、,2,进行相应修正。这样，实际液体伯努利方程可表示为,2.3.2,实际液体的伯努利方程,在液压传动系统中，管路中的压力常为十几个到几百个大气压，而大多数情况下管路中液压油的流速不超过,6m/s,，管路安装高度变化也不超过,5m,。因此，在液压传动系统中，液压油流速引起的动能变化和高度引起的位能变化相对压力能来说可以忽略不计，这样，液压传动系统的能量损失主要表现为压力损失,pw,。伯努利方程可简化为,p1,p1=pw,（,2-10,）,2.3.2,实际液体的伯努利方程,例,3.2,如果如图,2-8,所示液压泵的吸油口真空度不够，将导致液压泵吸油不足，影响液压系统正常工作。设油箱液面压力为,p1,，液压泵吸油口处的绝对压力为,p2,，泵吸油口距油箱液面的高度为,h,（吸油高度）。分析吸油高度的影响因素，并计算液压泵吸油口的真空度。,2.3.2,实际液体的伯努利方程,图,2-8,液压泵吸油口真空度计算,2.3.2,实际液体的伯努利方程,解,以油箱液面,11,截面为基准，泵的吸油口为,22,截面。对该两个截面建立实际液体的伯努利方程，则有：,2.3.2,实际液体的伯努利方程,考虑到如下情况。,油箱液面与大气接触，故,p1,为大气压力，即,p1=pa,。,1,为油箱液面下降速度，由于,1,远远小于,2,，可近似为,1,0,。,h1=0,，,h2=h,；,泵吸油口处液体的流速,2,等于液体在吸油管内的流速。,pw,为吸油管路的能量损失。,2.3.2,实际液体的伯努利方程,因此，上式可简化为,所以，泵的吸油高度,h,和真空度,pa,p2,如下：,2.4,液压系统中的压力损失,1,2,流动状态,压力损失,2.4.1,流动状态,（,1,）层流,层流是指液体流动时，液体质点没有横向运动，互不混杂，呈线状或层状的流动。,2.4.1,流动状态,（,2,）紊流,紊流是指液体流动时，液体质点有横向运动,(,或产生小旋涡,),，做混杂紊乱状态的运动。,2.4.1,流动状态,（,3,）雷诺数,液体在圆形管路中的流动状态不仅与管内的平均流速,有关，还与管路的直径,d,、液体的运动黏度,v,有关。实际上，液体流动状态是由这三个决定的一个叫做雷诺数（,Re,）的参数所决定的。,（,2-11,）,2.4.2,压力损失,(1),沿程损失,液体在等径直管中流动时，由于液体内部的摩擦力而产生的能量损失称为沿程压力损失，其计算公式为,2.4.2,压力损失,(2),局部损失,液体流过弯头、各种控制阀门、小孔、缝隙或管道面积突然变化等局部阻碍时，会因流速、流向的改变而产生碰撞、旋涡等现象而产生的压力损失称为局部压力损失，其计算公式为,2.4.2,压力损失,(3),管路系统总压力损失,整个管路系统的总压力损失，等于管路系统中所有的沿程压力损失和所有的局部压力损失之和，即：,p=p,沿,+p,局,（,2-14,）,2.4.2,压力损失,(4),减小压力损失的措施,缩短管道，减小截面变化和管道弯曲。,管道截面要合理，以限制流速，一般情况下的流速为吸油管小于,1m/s,；压油管为,2.55m/s,，回油管小于,2.5m/s,。,管道内壁力求光滑。,选用黏度合适润滑油。,2.4.2,压力损失,（,5,）压力损失的危害及可利用之处,管路总的压力损失增大，势必会降低系统的效率，增加能量消耗。而这些损耗的能量大部分转换为热能，使油液的温度上升，泄漏量加大，影响液压系统的性能，甚至可能使油液氧化而产生杂质，造成管道或阀口堵塞而使系统发生故障。,2.5,液压冲击和气穴现象,1,2,液压冲击,气 穴,2.5.1,液压冲击,(1),液压冲击的产生原因,在阀门突然关闭或液压缸快速制动等情况下，液体在系统中的流动会突然受阻。这时，由于液流的惯性作用，液体就从受阻端开始，迅速将动能逐层转换为压力能，因而产生了压力冲击波；此后，又从另一端开始，将压力能逐层转化为动能，液体又反向流动；然后，又再次将动能转换为压力能，如此反复地进行能量转换。,2.5.1,液压冲击,(2),液压冲击的危害,系统中出现液压冲击时，液体瞬时压力峰值可以比正常工作压力大好几倍。液压冲击会损坏密封装置、管道或液压元件，还会引起设备振动，产生很大噪声。有时，液压冲击使某些液压元件如压力继电器、顺序阀等产生误动作，影响系统正常工作。,2.5.1,液压冲击,(3),减小液压冲击的主要措施,延长阀门关闭和运动部件制动换向的时间。,限制管道流速及运动部件速度。,适当加大管道直径，尽量缩短管路长度。,采用软管，以增加系统的弹性。,2.5.2,气穴,为减少气穴和汽蚀的危害，通常采取下列措施。,减小小孔或缝隙前后的压力降。,降低泵的吸油高度，适当加大吸油管内径，限制吸油管流速，尽量减少吸油管路中的压力损失（如及时清洗过滤器）。,提高液压零件的抗汽蚀能力，采用抗腐蚀能力强的金属材料。,Thank you,