液体传动.ppt

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,*,第,1,章,液压传动概述,1.1,液压传动的工作原理及组成,1.2,液压传动的优缺点及应用发展,知识拓展,本章小结,1.1,液压传动的工作原理及组成,1.1.1,液压传动的工作原理,.,液压千斤顶的工作原理,首先，从液压千斤顶着手来讨论液压传动的工作原理。液压千斤顶是一种起重高度低,(,低于,1,),的最简单的起重设备。它主要用于厂矿和交通运输等部门，做车辆修理及其他起重和支撑等工作。下面以液压千斤顶为例简述液压传动的工作原理。,如,图,1-2(a),所示，液压千斤顶主要由手动柱塞液压泵,(,杠杆,1,、泵体,2,、活塞,3),和液压缸,(,活塞,11,、缸体,12),两大部分构成。工作时，关闭卸油阀,8,，向上提起杠杆，活塞,3,被带动上升，如,图,1-2(b),所示，泵体油腔的工作容积增大，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,。压下杠杆，活塞,3,被带动下移，如,图,1-2(c),所示，泵体,下一页,返回,1.1,液压传动的工作原理及组成,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，而单向阀的钢球被推开，油液经油管,9,进入缸体油腔,10,，缸体油腔的工作容积增大，推动活塞,11,连同重物一起上升。反复提压杠杆，就能不断从油箱吸入油液并压入缸体油腔,10,，使活塞,11,和重物不断上升，从而达到起重的目的。提压杠杆的速度越快，单位时间内压入缸体油腔,10,的油液越多，重物上升的速度越快。重物越重，下压杠杆的力就越大。停止提压杠杆，单向阀,7,被关闭，缸体油腔中的油液被封闭。此时，重物保持在某一位置不动。若将卸油阀旋转,90,，缸体油腔直接连通油箱，油腔,10,中的油液在重物的作用下流回油箱，活塞,11,将下降直至恢复到原位。,上一页,下一页,返回,1.1,液压传动的工作原理及组成,从以上液压千斤顶的工作过程可以看出，液压传动有以下特点：,(1),液压传动以液体,(,一般为矿物油,),作为传递运动和动力的工作介质，而且传递中必须经过两次能量转换。先把机械能转换为便于传输的液体的压力能，然后把液体的压力能转换为机械能做功。,(2),液压传动是依靠密闭的容器,(,或密闭系统,),内密封容积的变化来传递运动，通过油液内部的压力来传递动力。如果容器不密封，就不能形成必要的压力；如果密封容积不变化，就不能实现吸油和压油，也就不能利用受压液体传递运动和动力。,上一页,下一页,返回,1.1,液压传动的工作原理及组成,.,机床工作台液压传动系统,如,图,1-3(a),所示为一简化了的机床工作台液压传动系统结构原理图。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，在液压泵输入的压力作用下，通过手动换向阀,9,、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，同时液压缸,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,1-3(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入节流阀,13,以外，其余的打开溢流阀,7,流回油箱。如果将手动换向阀,9,转换成如,图,1-3(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，液压系统处于卸荷状态。,上一页,下一页,返回,1.1,液压传动的工作原理及组成,1.1.2,液压传动系统的组成,从以上两个例子可以看出，液压系统主要由五部分组成。,1.,动力元件,动力元件是将电动机输入的机械能转换为液体压力能的能量转换装置。其作用是为液压系统提供压力能。在液压系统中动力元件是各种液压泵。,2.,执行元件,执行元件是将液压泵输入的液体压力能转化为机械能的能量转换装置。其作用是在压力油的推动下输出力和速度,(,直线运动,),，或力矩和转速,(,回转运动,),。这类元件包括液压缸和液压电动机。,上一页,下一页,返回,1.1,液压传动的工作原理及组成,3.,控制调节元件,控制调节元件是用来控制或调节液压系统中油液的压力、流量和流动方向，保证执行元件完成预期工作的元件。这类元件包括各种压力控制阀、流量控制阀和方向控制阀等。这些元件的不同组合便形成了不同功能的液压传动系统。,4.,辅助元件,辅助元件是指各种管接件、油管、油箱、过滤器、蓄能器和压力表等。它们主要起连接、输油、贮油、过滤、贮存压力能和测量等作用，以保证系统正常工作，是液压系统不可缺少的组成部分。,5.,工作介质,工作介质在液压传动及控制中起传递运动、动力及信号的作用。工作介质为液压油或其他合成液体。,上一页,下一页,返回,1.1,液压传动的工作原理及组成,1.1.3,液压传动系统的符号,如图,1-2,和图,1-3,所示的液压千斤顶和机床工作台液压系统结构原理图，具有直观性强、容易理解的特点。但其绘制较复杂，特别是当系统中元件较多时，绘制更为困难。为了方便阅读、分析、设计和绘制液压系统，工程实际中，国内外都采用图形符号来表示液压元件。这些符号只表示元件的功能、操作,(,控制,),方法及外部连接口，不表示元件的具体结构及参数、连接口的实际位置和元件的安装位置，并以元件的静止状态或零位状态来表示。若液压元件无法用图形符号表述时，仍允许用半结构原理表示。,GB/T7861,1993,液压气动图形符号对液压气动元件的图形符号作了具体规定，常用液压元件及液压系统其他有关装置或器件的图形符号见相关手册。,图,1-4,所示为使用图形符号表示的机床工作台液压系统工作原理图。,上一页,返回,1.2,液压传动的优缺点及应用发展,1.2.1,液压传动的优缺点,液压传动与机械传动、电气传动、气压传动等相比较，具有以下特点。,1.,液压传动的优点,(1),在同等功率的情况下，液压传动装置的体积小、质量轻、结构紧凑，如液压电动机的质量只有同等功率电动机质量的,10,20,。当液压传动采用同等高压时，则更容易获得较大的力或力矩。,(2),液压系统执行机构的运动比较平稳，能在低速下稳定运动。当负载变化时，其运动也较稳定。同时因其惯性小、反应快，所以易于实现快速启动、制动和频繁地换向。在往复回转运动时换向可达每分钟,500,次，往复直线运动时换向可达每分钟,1000,次。,下一页,返回,1.2,液压传动的优缺点及应用发展,(3),液压传动可在大范围实现无级调速，调速比一般可达,100,以上，最大可达,2000,以上，并且可在液压装置运行的过程中进行调速。,(4),液压传动容易实现自动化，因为它是对液体的压力、流量和流动方向进行控制或调节，操纵很方便。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。,(5),液压装置易于实现过载保护且液压件能自行润滑，因此使用寿命较长。,(6),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。,上一页,下一页,返回,1.2,液压传动的优缺点及应用发展,2.,液压传动的缺点,(1),液压传动不能保证严格的传动比。这是由液压油的可压缩性和泄漏等因素所造成的。,(2),液压传动在工作过程中常有较多的能量损失,(,如摩擦损失和泄漏损失等,),。,(3),液压传动对油温的变化比较敏感，工作稳定性容易受到温度变化的影响，因此不宜在温度变化很大的环境中工作。,(4),为了减少泄漏，液压元件在制造精度上的要求比较高因此其造价较高，且对油液的污染比较敏感。,(5),液压传动出现故障的原因较复杂，因此故障查找困难。总的说来，液压传动的优点较为突出，且一些缺点现已大为改善。相信随着科学技术的发展，其缺点将得到进一步地克服。,上一页,下一页,返回,1.2,液压传动的优缺点及应用发展,1.2.2,液压传动技术发展概况,相对于机械传动来说，液压传动是一门新学科。从,17,世纪中叶帕斯卡提出静压传动原理，继而,18,世纪末英国制成第一台水压机算起，液压传动技术至今已有二三百年的历史。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，液压传动技术也得到了不断发展。特别是在第二次世界大战期间及战后，在军事及建设需求的刺激下，液压传动技术日趋成熟。,上一页,下一页,返回,1.2,液压传动的优缺点及应用发展,第二次世界大战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。第二次世界大战期间，随着功率大、反应快、动作准的液压传动和控制装置在兵器制造上的广泛应用，兵器的性能得到了很大的提高，同时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、系列化趋势，在机械制造，工程机械、农业机械和汽车制造等行业中推广开来。近,30,年来，原子能技术、航空航天技术、控制技术、材料科学和微电子技术等学科的发展，再次使液压技术得到进一步发展，使其发展成为包括传动、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应用。如今采用液压传动的程度已成为衡量一个国家工业化程度的重要标志之一。,上一页,下一页,返回,1.2,液压传动的优缺点及应用发展,1.2.3,液压传动的主要应用及发展方向,.,液压传动的主要应用,由于液压传动的显著优点，如今，液压传动已被广泛地应用在各个领域之中。在机床上，液压传动常应用在以下的一些装置中。,(1),进给运动传动装置：磨床砂轮架和工作台的进给运动大部分采用液压传动；车床、六角车床、自动车床的刀架或转塔刀架；铣床、刨床、组合机床的工作台等的进给运动也都采用液压传动。这些部件有的要求快速移动，有的要求慢速移动。有的则既要求快速移动，也要求慢速移动。这些运动多半要求有较大的调速范围，要求在工作中无级调速；有的要求持续进给，有的要求间歇进给；有的要求在负载变化下速度恒定，有的要求有良好的换向性能等。所有这些要求都是可以用液压传动来实现的。,上一页,下一页,返回,1.2,液压传动的优缺点及应用发展,(2),往复主体运动传动装置：龙门刨床的工作台、牛头刨床或插床的滑枕，由于要求作高速往复直线运动，并且要求换向冲击小、换向时间短、能耗低，因此都可以采用液压传动,(3),仿形装置：车床、铣床、刨床上的仿形加工可以采用液压伺服系统来完成。其精度可达,0.01,0.02,。此外，磨床上的成形砂轮修正装置亦可采用这种系统。,(4),辅助装置：机床上的夹紧装置、齿轮箱变速操纵装置、丝杆螺母间隙消除装置、垂直移动部件平衡装置、分度装置、工件和刀具装卸装置、工件输送装置等，采用液压传动后，有利于简化机床结构，提高机床自动化程度。,(5),静压支承重型机床、高速机床、高精度机床上的轴承、导轨、丝杠螺母机构等处采用液体静压支承后，可以提高工作平稳性和运动精度。液压传动在其他机械工业部门的应用情况如,表,1-1,所列。,上一页,下一页,返回,1.2,液压传动的优缺点及应用发展,2.,液压传动的发展方向,(1),液压传动正向着高压、高速、高效、大功率、低噪声、经久耐用、高度集成化的方向发展。,(2),与计算机科学相结合。新型液压元件和液压系统的计算机辅助设计,(CAD),、计算机辅助测试,(CAT),、计算机直接控制,(CDC),、计算机实时控制技术、机电一体化技术、计算机仿真技术和优化技术相结合。,(3),与其他相关科学结合。如污染控制技术和可靠性技术等方面也是当前液压技术发展和研究的方向。,(4),开辟新的应用领域。,上一页,返回,知识拓展,实验液压系统组成,.,实验目的,通过对简单液压系统的组装和调试，更加形象、准确地了解液压传动系统的组成部分，加深对液压传动系统工作原理和特点的认识。,.,实验设备,液压传动实验台,1,部实验内容,组装液压系统，对液压系统进行调试。观察及了解各零件在液压系统中的作用，分析液压系统的工作原理，更加直观地体会液压传动的工作特点。,液压传动系统的组成如,图,1-5,所示。,(1),实验原理。电机驱动液压泵,3,从油箱中吸油，,下一页,返回,知识拓展,将油加压后输入油路，经节流阀,5,、换向阀,6,进入液压缸,7,左腔，推动活塞向右运动。液压缸右腔的油经换向阀,6,和回油管流回油箱。操纵换向阀,6,的手柄，可改变换向阀的工作位置，从而使油液分别进入液压缸两腔，推动活塞左右运动。活塞运动速度的大小是靠调节节流阀,5,节流口的大小实现的。系统调压和稳压则要通过调节溢流阀,4,来实现液压系统中负载大，则系统油压上升，反之，系统油压降低。当油压大于溢流阀的调定压力时，溢流阀打开，系统油压稳定在溢流阀的调定值上。由此可见，系统压力取决于负载，并随负载大小的变化而变化。,(2),实验报告要求。分析本液压系统各组成部分涉及的液压元件，分析液压系统中各元件的作用。,上一页,返回,本章小结,本章主要通过液压千斤顶和机床工作台的两个实例介绍了液压传动的工作原理及其组成，以及液压传动的特点、应用和发展方向。通过本章的学习，对典型液压系统应能区分其各部分的组成情况，为后面的学习奠定基础。,返回,图,1-1,液压千斤顶,返回,图,1-2,液压千斤顶的工作原理,返回,(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,卸油阀；,9,油管；,12,缸体,图,1-3,机床工作台液压传动系统,返回,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,图,1-4,机床工作台液压,系统的图形符号图,返回,1,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；,10,工作台,图,1-5,液压传动系统的组成,返回,1,油箱；,2,滤油器；,3,液压泵；,4,溢流阀；,5,节流阀；,6,换向阀；,7,液压缸；,8,活塞,表,1-1,液压传动在各类,机械行业中的应用实例,返回,第,2,章 液压传动基础,2.1,液压油,2.2,液体静力学基础,2.3,液体动力学基础,知识拓展,本章小结,2.1,液压油,下一页,返回,2.1.1,液压油的主要性质,1.,密度单位体积液体的质量称为该液体的密度，用表示。即,式中,m,液体的质量,;,V,液体的体积。,密度是液体的一个重要物理性质，它会随温度的升高而下降，随压力的增加而增大。对于液压传动中常用的液压油,(,矿物油,),来说，一般情况下，密度变化很小，可视为常数在计算时，常取,15,时的液压油密度,=900 kg/m,3,。,2.1,液压油,2.,可压缩性,可压缩性指液体受压力作用而发生体积减小的特性。在常温下，液体的可压缩性很小，故认为液体是不可压缩的。只有在研究液压系统的动态特性和高压情况下，才考虑油液的可压缩性。但是，如果液压油中混入空气及其他挥发物质，其压缩性将显著增加，并将严重影响液压系统的工作性能，所以应尽量减少。,上一页,下一页,返回,2.1,液压油,3.,黏性,液体在外力作用下流动时，分子间的内聚力阻碍分子间的相对运动而产生内,摩擦力的特性称为黏性。液体在管内流,动时，它和固体壁面间的附着力和液体,本身分子间的内聚力，导致液体内部各,液层间的速度不相等。如,图,2-2,所示，两平行平板间充满液体，下平板不动，而上平板以速度,u,0,，向右运动。由于液体的黏性，紧靠下平板和上平板的液体层,速度分别为,0,和,u,0,，而中间各液层在内聚力的牵制下，从上到下速度逐渐递减。,当两平板间的距离较小时，各液层的速度按线性规律分布。,上一页,下一页,返回,2.1,液压油,上一页,下一页,返回,2.1,液压油,黏性是液体的重要物理性质，也是选择液压用油的主要依据。液体的黏性大小用黏度来表示，常用的黏度有三种,:,动力黏度、运动黏度和相对黏度。,1),动力黏度,动力黏度又称绝对黏度，是表征液体黏性的内摩擦系数，可由式,(2-3),导出，即,液体动力黏度的物理意义是当速度梯度等于,1,时，流动液体液层间单位面积上的内摩擦力。,在,SI,单位中，动力黏度的法定计量单位为,Pa,s(,帕秒,),或,N,s/m,2,在,CGS,中，的单位为,P(,泊,),。单位换算关系为,1 Pa,s=10P(,泊,)=1000cP(,厘泊,),上一页,下一页,返回,2.1,液压油,2),运动黏度,运动黏度。是动力黏度与液体密度之比，即,运动黏度,v,在其单位中只有长度和时间的量纲，没有明确的物理意义，所以称为运动黏度，其在液压分析和计算中是一个经常遇到的物理量。工程中常用运动黏度来标志液体黏度。机械油的牌号就是用机械油在,40,时运动黏度的平均值来表示的。如,10,号机械油就是指其在,40,时的运动黏度的平均值为,10cSt,牌号为,L-HL22,的普通液压油在,40,时运动黏度的平均值为,22 mm,2,/s(L,表示润滑剂类，,H,表示液压油，,L,表示防锈抗氧型,),。,在,SI,单位中，运动黏度的单位为,m,2,/s,。在,CGS,中，运动黏度的单位为,St(,斯,),。单位换算关系为,1 m,2,/s=10,4,St(,斯,)=10,6,cSt(,厘斯,),。,上一页,下一页,返回,2.1,液压油,3),相对黏度,相对黏度又称条件黏度，是采用特定的黏度计，在规定的条件下测量出来的液体黏度。根据测量的方法不同，可分为恩氏黏度,E,、赛氏黏度,SSU,和雷氏黏度,Re,等。中国和德国等国家采用恩氏黏度。,恩氏黏度用恩氏黏度计测定。即，将,200 mL,的被测液体装入底部有小,2.8 mm,小孔的恩氏黏度计的容器中，在某一特定温度,t(,),时，测定全部液体在自重作用下流过小孔所需的时间,t,1,与同体积的蒸馏水在,20,时流过同一小孔所需的时间,t,2,之比值，便是该液体在,t(,),时的恩氏黏度。,恩氏黏度和运动黏度之间的经验换算公式为,上一页,下一页,返回,2.1,液压油,4),温度对黏度的影响,液压油的黏度对温度变化十分敏感，黏度会随着温度的升高而减小，这种液体黏度随温度变化的性质称为黏温特性。黏度的变化直接影响液压系统的性能和泄漏量，因此，黏度随温度的变化越小越好。如,图,2-3,所示为几种国产液压油的黏温特性曲线。,5),压力对黏度的影响,当压力增加时，液体分子间距离减小，内聚力增加，其黏度也有所增加。在液压系统中，当压力不高且变化不大时，压力对黏度的影响较小，一般可以忽略不计。当压力高于,50MPa,或压力变化较大时，需要考虑这种影响。,上一页,下一页,返回,2.1,液压油,4.,液压油的其他性质,液压油的其他一些物理化学性质，如抗燃性、抗氧化性、抗泡沫性、抗乳化性、防锈性和抗磨性等，都对它的选择和使用有重要影响。这些性质需要在精炼的矿物油中加入各种添加剂来获得，具体应用时可查阅液压油类产品相关手册。,上一页,下一页,返回,2.1,液压油,2.1.2,液压油的选用,1.,液压油的使用要求,液压介质的性能对液压系统的工作状态有很大影响，液压系统对工作介质的基本要求如下,:,(l),黏温性好。所有工作介质的黏度都随温度的升高而降低。黏温特性好是指工作介质的黏度随温度变化小。,(2),质地纯净，杂质少。避免油液中的机械杂质堵塞油路。,(3),化学稳定性好。在贮存和工作过程中不易氧化变质，以防胶质沉淀物影响系统正常工作。防止油液变酸，腐蚀金属表面。,(4),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他元件的,长,上一页,下一页,返回,2.1,液压油,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沫性和空气释放能力。,(5),闪点、燃点高，凝固点低。高闪点和燃点能防火、防爆。一般液压系统中所用的液压油的闪点约为,130,150,;,在温度低的环境下工作时，要求低凝固点一般液压系统中所用的液压油的凝固点约为,-10,-15,。,(6),润滑性能好。在规定的范围内有足够的油膜强度，以免产生干摩擦。,(7),对人体无害，成本低。,上一页,下一页,返回,2.1,液压油,2.,液压油的种类,液压油的品种很多，主要可分为三大类,:,矿物油型、合成型和乳化型。常见液压油的代号、特性和用途详见,表,2-1,、,表,2-1(,续表,),。,矿物型液压油的特点是润滑性好，腐蚀性小，化学稳定性高，所以约,90%,以上的液压系统采用此类液压油。乳化型液压油价格便宜，抗燃性好，但润滑性能差，腐蚀性大，适用温度范围小，因此一般用于水压机、矿山机械和液压支架等特殊场合。合成型液压油润滑性好、凝固点低、抗燃性好，但价格昂贵且有毒，一般用于防火要求高的钢铁厂、火力发电厂等场合。,上一页,下一页,返回,2.1,液压油,3.,液压油的选择,合理液压油的选择，对液压系统的运动平稳性，工作可靠性，灵敏性有显著影响。选用液压油时根据系统要求选择适当的油液品种和黏度，选择时一般考虑以下几个方面,:,(1),液压系统的工作压力。工作压力较低时，宜用黏度较低的油，以减少压力损失。工作压力较高时，宜选用黏度较高的液压油以免系统泄漏过多，效率过低。,(2),液压泵的类型。在液压系统的所有元件中，液压泵对液压油的性能最敏感，因此，在一般情况下，可将液压泵要求的黏度作为选择液压油的基准，见,表,2-2,。,(3),液压系统的工作环境。主要是环境温度的变化范围、有无明火和高温热源、抗燃性等要求。还要考虑环境污染、毒性和气味等因素,上一页,下一页,返回,2.1,液压油,(4),运动速度。液压系统执行元件速度较高时，选用黏度较低的液压油，以减小液流的功率损失。,(5),经济性分析。选择工作介质时要通盘考虑价格和使用寿命，高质量的液压油从一次购置的角度来看花费较大，但从使用寿命、元件更换、运行维护、生产效率等方面的提高上看，总的经济效益是非常合算的。,上一页,下一页,返回,2.1,液压油,2.1.3,液压油的污染与控制,1.,污染的主要原因,(1),已被污染的新油。虽然液压油和润滑油是在比较清洁的条件下精炼和调和的，但油液在运输和储存过程中会受到管道、油桶和储油罐的污染。其污染物为灰尘、砂土、锈垢、水分和其他液体等,(2),残留污染。液压系统和液压元件在装配和冲洗中的残留物，如毛刺、切屑、型砂、涂料、橡胶、焊星和棉纱纤维等,上一页,下一页,返回,2.1,液压油,(3),侵入污染。液压系统运动过程中，由于油箱密封不完善以及元件密封装置损坏而由系统外部侵入的污染物，如灰尘、砂土、切屑以及水分等,(4),内部生成污染。液压系统运行中系统本身所生成的污染物。其中既有元件磨损剥离、被冲刷和腐蚀的金属颗粒或橡胶末，又有油液老化产生的污染物等，这一类污染物最具有危险性。,上一页,下一页,返回,2.1,液压油,2.,污染的危害,(1),固体颗粒和胶状生成物堵塞滤油器，使液压泵吸油不畅、运转困难、产生噪声。堵塞阀类元件的小孔或缝隙，使阀类元件失灵。,(2),微小固体颗粒会加速有相对滑动零件表面的磨损，使液压元件不能正常工作，同时还会划伤密封件，使泄漏增加。,(3),水分和空气的混入会降低液压油液的润滑性，并加速其氧化变质，产生气蚀，使液压元件加速损坏，并使液压传动系统出现振动和爬行等现象。,上一页,下一页,返回,2.1,液压油,3.,污染的控制措施,(1),减少外来的污染。系统在组装前，油箱和管道必须清洗。用机械方法除去残渣和表面氧化物，然后进行酸洗。系统在组装后要进行全面清洗，用系统工作时使用的工作液体,(,加热后,),清洗，不可用煤油。系统冲洗时应设置高效滤油器，并启动系统使元件动作，用铜锤敲打焊口和连接部位。在油箱通气孔上装设空气滤清器或采用隔离式油箱给油箱加油要用滤油装置，对外露件应装防尘密封，并经常检查，定期更换。液压系统传动系统的维修，液压元件的更换、拆卸应在无尘区进行。,(2),滤除系统产生的杂质。应在系统的相应部位安装适当精度的过滤器，并且要定期检查、清洗或更换滤芯。,上一页,下一页,返回,2.1,液压油,(3),控制液压油的工作温度。系统工作时，一般应将工作液体的温度控制在,65,以下。工作液体温度过高会加速氧化，产生各种生成物。,(4),定期检查，更换液压油液。应根据液压设备使用说明书的要求和维护保养规程的有关规定，定期检查更换液压油液。更换液压油液时要清洗油箱，冲洗系统管道及液压元件。,上一页,返回,2.2,液体静力学基础,液体静力学主要是研究静止液体所具有的力学规律以及这些规律的应用。所谓“静止液体”，指的是液体内部质点间没有相对运动，不呈现黏性。至于盛装液体的容器，不论它是静止还是匀速、匀加速运动都没有关系，液体整体则可以随同容器一起作各种运动。,下一页,返回,2.2,液体静力学基础,2.2.1,液体的静压力及其特性,作用在液体上的力有两种，即质量力和表面力。质量力作用于液体的所有质点上，如重力和惯性力等。表面力是作用于液体表面上的力。单位面积上作用的表面力称为应力，它是一种外力，有法向应力和切向应力之分。当液体静止时，液体质点间没有相对运动，不存在摩擦力，所以静止液体的表面力只有法向力。液体在单位面积上所受的法向力称为压力，用,P,表示。液体内某点处单位面积上所受到的法向力,F,与单位面积,A,之比即为压力,P(,静压力,),，可表示为,上一页,下一页,返回,2.2,液体静力学基础,如法向力,F,均匀地作用于面积,A,上，则压力可表示为,液体静压力具有两个重要特性,:,(1),液体静压力垂直于其受压平面，且方向与该平面的内法线方向一致。,(2),静止液体内任一点的液体静压力在各个方向上都相等液体静力学基本方程。,上一页,下一页,返回,2.2,液体静力学基础,2.2.2,液体静力学基本方程,在重力作用下静止液体的受力情况可用,图,2-4,所示。在液体中任取一点,A,若要求得液体内,A,点处的压力，可从液体中取出一个底部通过该点的垂直小液柱。设液柱的底面积为,dA,，高度为,h,，液柱质量为,G=,ghdA,，由于液柱处于平稳状态，则平衡方程如下所示,。,上一页,下一页,返回,2.2,液体静力学基础,式中,P,0,为作用在液面上的压力，上式为液体静压力的基本方程。,由液体静压力基本方程可知，静止液体内任意点处的压力由两部分组成，即液面上的外压力,P,0,和液体自重对该点的压力,gh,。当液面上只受大气压力,P,0,作用时，点,A,处的静压力则为,P=P,0,+gh,。静止液体内的静压力随液体深度,h,的增加而线性地增加。静止液体内同一深度的各点压力都相等，压力相等的所有点组成的面称为等压面。在重力作用下，静止液体中的等压面是一个水平面压力的表示方法。,上一页,下一页,返回,2.2,液体静力学基础,2.2.3,压力的表示方法,压力的表示方法有两种,:,绝对压力和相对压力。绝对压力是以绝对真空作为基准所表示的压力。相对压力是以大气压力作为基准所表示的压力。若绝对压力大于大气压，则相对压力为正值。由于大多数测压仪表所测得的压力都是相对压力，故相对压力也称表压力。若绝对压力小于大气压，则相对压力为负值，比大气压小的那部分称为真空度。,如,图,2-5,给出了绝对压力、相对压力和真空度三者之间的关系，即,:,绝对压力,=,相对压力,+,大气压力,真空度,=,大气压力,绝对,压力,上一页,下一页,返回,2.2,液体静力学基础,在,SI,单位中压力的单位为帕斯卜，简称帕，符号为,Pa,1 Pa=1 N/m,2,。由于,P,。太小，工程上常用其倍数单位兆帕,(MPa),来表示，,1MPa=10,6,Pa,。,压力单位及其他非法定计量单位的换算关系,:,1atm(,工程大气压,)=1kgf/cm,2,=9.8 x 10,4,Pa,1mmH,2,O(,米水柱,)=9.8 x 103 Pa,1mmHg(,毫米汞柱,)=1.33 x 10,2,Pa,1bar(,巴,)=10,5,Pa,1.02kgf/cm,2,上一页,下一页,返回,2.2,液体静力学基础,2.2.4,压力的传递,由液体静压力基本方程可知，盛放在密闭容器内的液体，其外压力,P,0,发生变化时，只要液体仍保持其原来的静止状态不变，液体中任一点的压力均将发生同样大小的变化。这就是说，在密闭容器中，由外力作用所产生的压力可以等值传递到液体内部的所有点。这就是静压传递原理,(,或称帕斯卡原理,),。,在液压传动系统中，通常是外力产生的压力要比液体自重所产生的压力,(,gh),大得多。因此常把自重产生的压力忽略不计，而认为静止液体内部各点的压力处处相等。,上一页,下一页,返回,2.2,液体静力学基础,如,图,2-6,所示，当给小活塞缸,1,的活塞上施加力,F,1,时，液体中就产生,p=F,1,/A,1,压力。随着,F,1,的增加，液体的压力也不断增加，当压力,P=W/A,2,时，大活塞缸,2,的活塞开始运动。,可见，静压力传动有以下特点,:,传动必须在密封容器内进行，系统内压力大小取决于外负载的大小。也就是说，液体的压力是由于受到各种形式的阻力而形成的。当外负载,W=0,时，则,p=0,。液压传动可以将力放大，力的放大倍数等于活塞面积之比，即,液压传动是依据帕斯卡原理实现力的传递、放大和方向变换的。,上一页,下一页,返回,2.2,液体静力学基础,2.2.5,液体作用在固体壁面上的力,液体流经管道和控制元件，并推动执行元件做功，都要和固体壁面接触。固体壁面将受到液体静压力的作用。由于静压力近似处处相等，可认为作用在固体壁面上的压力是均匀分布的。,当固体壁面为一平面时，如,图,2-7,所示，作用在该面上的静压力的方向与该平面垂直，是相互平行的，液体对该平面的作用力,F,为液体的压力,P,与该平面面积的乘积。即,上一页,下一页,返回,2.2,液体静力学基础,当固体壁面为一曲面时，如,图,2-8,所示，作用在曲面上各点静压力的方向均垂直于曲面，互相是不平行的。在工程上通常只需计算作用于曲面上的力在某一指定方向上的分力。液压力在曲面某方向上的分力等于液体压力与曲面在该方向上投影面积的乘积。,球面如图,2-8(a),和锥面如图,2-8(b),在垂直方向所受液压作用力,F,等于曲面在垂直方向的投影面积,A,与压力,P,相乘。,上一页,返回,2.3,液体动力学基础,液体动力学基础主要研究液体流动时流速和压力之间的规律。流动液体的运动规律，能量转换以及流动液体与限制其流动的固体壁面间的相互作用等内容，是液压技术中分析问题和设计计算的理论依据。本节主要阐明流动液体的,3,个基本方程,:,连续性方程、伯努利方程和动量方程。,下一页,返回,2.3,液体动力学基础,2.3.1,基本概念,1.,理想液体和实际液体,液体是具有黏性的，液体的黏性问题非常复杂。为了便于分析和计算，可先假设液体没有黏性，然后再考虑黏性的影响，并通过实验验证等办法对上述结论进行补充或修正。把既无黏性又不可压缩的液体称为理想液体，而把事实上既有黏性又可压缩的液体称为实际液体。,2.,恒定流动和非恒定流动,液体流动时，若液体中任何一点的压力、速度和密度都不随时间而变化，则这种流动就称为恒定流动。否则，只要压力、速度和密度任一个量随时间变化，则这种流动就称为非恒定流动。,上一页,下一页,返回,2.3,液体动力学基础,3.,通流截面、流量和平均流速,液体在管道中流动时，垂直于流动方向的截面称为通流截面。,单位时间内，流过通流截面的液体体积称为流量，用,q,表示，在,SI,中单位为,m3/s,，工程上常用的单位是,L/min,。,实际液体在管道中流动时，由于具有黏性，通流截面上各点的速度一般是不相等的。为了便于解决问题，引入了平均流速的概念。假设流经通流截面的流速是均匀分布的，则平均流速，,v,为,在液压系统中，活塞或液压缸的运动速度等于液压缸内油液的平均速度，其大小取决于输入或流出液压缸的流量。,上一页,下一页,返回,2.3,液体动力学基础,4.,液体的流动状态,液体有两种流动状态，即层流和紊流。,层流,:,液体流动时没有任何混杂现象，层次分明，层与层之间互不干扰，能够维持安定的流束状态。,紊流,:,液体流动时质点之间不仅沿轴向运动还有横向运动，流束错杂交换。,这两种流动状态可以通过雷诺实验观察出来。液体在圆管中的流动状态与平均速度,v,、管径,d,、液体的运动黏度有关，决定流动状态的就是这三个参数所组成的一个量纲为,1,的数，称为雷诺数,:,上一页,下一页,返回,2.3,液体动力学基础,液体流动时，雷诺数相同，则流动状态也相同。,液体的流动状态由临界雷诺数,Recr,决定。当,Re Recr,时为紊流。临界雷诺数一般由实验求得，常见管道的临界雷诺数见,表,2-3,。,上一页,下一页,返回,2.3,液体动力学基础,2.3.2,连续性方程,连续性方程是质量守恒定律在流体力学中的一种表达形式，即液体在密封管道内作恒定流动时，设液体不可压缩，则单位时间内流过任意截面的质量相等。,如,图,2-9,所示为液体在管道中作恒定流动，任意取截面,1,和,2,，其通流截面面积分别为,A,1,、,A,2,，液体流经两截面时的平均流速和液体密度分别为,v,1,、,1,，和,v,2,、,2,。根据质量守恒定律，单位时间流过两个断面的液体质量,相等,。,当,忽略液体的可压缩性时，则,得,上一页,下一页,返回,2.3,液体动力学基础,由于通流截面是任意选取的，故,连续性方程说明,:,(1),在管道中作恒定流动的不可压缩液体流过各截面的流量是相等的。,(2),液体的流速与管道通流截面积成反比。,上一页,下一页,返回,2.3,液体动力学基础,2.3.3,伯努利方程,伯努利方程是能量守恒定律在流动液体中的表现形式，它主要反映动能、位能和液压力能三种能量的转换。,1.,理想液体的伯努利方程,理想液体在管道中流动时，具有三种能量,:,液压力能、动能、位能。按照能量守恒定律，在各个截面处的总能量是相等的。如,图,2-10,所示，设液体质量为,m,，体积为,V,密度为，则有,式中,1,V,2,V,为截面,1,2,处的液体压力能。,上一页,下一页,返回,2.3,液体动力学基础,将式,(2-16),各项除以,mg,，得,式中,P/,g,比压能,;,v,2,/2g,比动能,;,h,比位能。,上式称为理想液体的伯努利方程，其物理意义是在密闭的管道内作恒定流动的液体具有三种形式的比能，即比压能、比位能和比动能，在流动过程中，三种能量可以相互转化，但各个通流截面上三种能量之和为定值。,上一页,下一页,返回,2.3,液体动力学基础,2.,实际液体流束的伯努利方程,实际液体都具有黏性，因此液体在流动时还需克服由于黏性所引起的摩擦阻力，这必然要消耗能量。另外，实际液体的黏性使流束在通流截面上各点的真实流速并不相同，精确计算时必须引进动能修正系数。则实际液体的伯努利方程,为,式,中,h,w,单位质量液体因液体黏性引起的能量损失,;,1,，,2,动能修正系数，一般在紊流时取,=1,，层流,时,取,=2,。,上一页,下一页,返回,2.3,液体动力学基础,在液压系统中，管路的高度一般不超过,10 m,管内油液的平均流速也较低,(,一般不超过,6