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1、第十九章 液压传动,目的要求： 1、了解液压传动的基础知识； 2、掌握液压传动的组成及工作原理； 3、掌握常见常见液压元件的结构、原理 ； 4、掌握常见液压基本回路的构成、原理； 5、能读懂液压原理图,一、液压传动概述,液压传动是以液体作为工作介质，利用液体的压力能来传递动力和进行控制的一种传动方式。,从1795年英国制成第一台水压机开始，至今已有近两百年的历史，第二次大战后，液压技术得到了迅速的发展和广泛的应用，目前液压元件质量的着重点是高压、大流量、微型化、集成化、低噪音和长寿命。,（一）液压传动的概念及特点,1、液压传动的概念：,与机械传动，电气传动等传动相比，液压传动具有结构紧凑、传动
2、力大、定位精确、运动平稳、易于实现自动控制，机件润滑良好，寿命长等优点,2、液压传动的特点,液压传动广泛应用于机械工业、冶金工业、石油工业、工程建筑，船舶、航空、军事、宇航等工业部门。,其不足之处在于传动效率较低，不宜作远距离传递，不宜于高温或低温条件下工作，以及液压元件精度要求高，成本高等缺点。,1、液压系统的组成,任何一个简单而完整的液压系统，均由以下四个部分组成：,（二）液压传动的工作原理及液压系统的组成,（1）动力元件（油泵）：其作用是向液压系统提供压力油，是系统的动力源。,（2）执行元件（油缸或马达）：其作用是在压力油的作用下，完成对外作功。,（3）控制元件：如溢流阀、节流阀、换向阀
3、等，其作用是分别控制系统的压力、流量和流向，以满足执行元件对力，速度和运动方向的要求。,（4）辅助元件：如油箱、油管、管接头、滤油器、蓄能器等。,2、液压传动的工作原理,（油泵）,（油缸或马达）,铸型输送机液压传动原理图,1油箱 2滤网 3油泵 4节流阀 5、7、11、13油管 6换向阀 8油缸 9活塞 10工作台 12溢流阀,3、液压传动系统的图示方法,半结构原理图,职能符号式原理图,二 液压油、流量和压力,（一）液压油,液压油既是工作介质，又是润滑剂和冷却液。油液的特性将会影响液压传动性能（如工作可靠性、灵敏性、系统效率及零件寿命等）,=M/V (M-液体的质量,V-液体的体积） =G/V
4、 (G-液体的重量) 液压油的密度和重度因油的牌号而异，并且随着温度的上升而减小，随着压力的提高而稍有增加。,液压油的某些物理性质,1、密度和重度,2、可压缩性,液体受压缩后体积缩小的性质称可压缩性。其大小可用体积压缩系数或体积弹性模量表示,p-压力的增量，V-被压缩的液体体积，V-体积缩量,体积压缩系数,体积弹性模量,3、粘度,液体在外力作用下流动时，其流动受到牵制，且在流动截面上各点的流速不同。各层液体间有相互牵制作用，这种相互牵制的力称作液体内的摩擦力或粘性力。,流体流动时，在流体内部产生内摩擦力的性质称为粘性，粘性的大小，可以用粘度来表示。粘度大，液层的内摩擦力就大，油液就“稠”；反之
5、，油液就“稀”。,流体的粘度有三种表示方法：动力粘度，运动粘度和相对粘度,将流动着的液体看作许多相互平行移动的液层, 各层速度不同,形成速度梯度(dv/dx)，这是流动的基本特征,由于速度梯度的存在，流动较慢的液层阻滞较快液层的流动，因此，液体产生运动阻力，为使液层维持一定的速度梯度运动，必须对液层施加一个与阻力相反的反向力。,在单位液层面积上施加的这种力，称为切应力(N/m2). 切变速率(D) D=d u /d z 切应力与切变速率是表征体系流变性质的两个基本参数,T=A. du/dz 或=.du/dz 液体动力粘度； 单位面积上的摩擦力； du/dz速度梯度， 此式又称为牛顿内摩擦定律。
6、 液体动力粘度与液体密度之比称为运动粘度 =/。 当压力增加时，粘度有所增加；液体的粘度对温度很敏感，温度略升高，粘度显著降低。,牛顿以如图的模式来定义流体的粘度。两不同平面但平行的流体，拥有相同的面积”A”，相隔距离”dz”，且以不同流速”u1”和”u2”往相同方向流动，牛顿假设保持此不同流速的力量正比于流体的相对速度或速度梯度，即：,粘度定义： 将两块面积为1m2的板浸于液体中，两板距离为1米，若加1N的切应力，使两板之间的相对速率为1m/s，则此液体的粘度为1Pa.s。,恩氏粘度又叫思格勒(Engler)粘度。是一定量的试样，在规定温度(如：50、80、100)下，从恩氏粘度计流出200
7、毫升试样所需的时间与蒸馏水在20流出相同体积所需要的时间(秒)之比。温度t时，恩氏粘度用符号Et表示，恩氏粘度的单位为条件度。,恩氏粘度,4、影响油液粘度的主要因素,石油基矿物油的粘度对温度的变化很敏感。当温度升高时，粘度显著下降。,（1）温度对粘度的影响,油的粘温性能在国外常用粘度指数（VI）表示。它表示被试油液的粘度随温度变化的程度同标准油液粘度随温度变化程度比较的相对值。粘度指数高，表示这种油的使用温度范围大。,5、对液压油的要求和选择液压油的原则,对液压油的要求：,（1）粘温特性好。粘度指数不小于90,（2）具有良好的润滑性,（3）具有良好的化学稳定性；,（4）质量纯净，不含各种杂质,
8、（5）闪点（油蒸气自燃的温度）要高，凝固点要低。,（2）压力对粘度的影响,从理论上讲，随着压力升高，油液的分子间距离缩小，粘度提高。,选择油时应考虑的因素：,（1）工作压力的高低：压力高，应用粘度高的油，以减小泄漏，提高容积效率。,（2）环境温度：温度高，应用粘度较高的油；反之，环境温度较低时，宜用粘度较低的油。,（3）工作部件运动速度的高低：在运动速度较高时，为了减少压力损失，宜用粘度较低的油，反之，应用粘度较高的油。,（二）流量和压力,1、流量和平均速度,1）流量,流量是指单位时间内流过管道或液压缸某一截面的油液体积，通常用Q表示。若在时间t内，流过某一截面的液体体积为V，则流量为,QV/
9、t,2）额定流量,试验标准规定，连续运转所必须保证的流量称为额定流量。它是液压元件基本参数之一。,流量的单位为m3/s，它和目前工程中常用的单位L/min的换算关系为 1m3/s6104 L/min。,3）平均流速v,式中： v 液体的平均流速，m/s Q 流入液压缸或管道的流量，m3/s A 活塞的有效作用面积或管道的流通面积，m3,vQ/A,如图所示：假定在时间t内。活塞2移动的距离为H2，则： Q2A2H2/t H2/tQ2/A2 式中：H2/t 活塞运动速度（用v表示） Q2/A2 液压缸内油液的平均流速v,4）活塞运动速度与流量的关系,由上分析可得：,（1）活塞的运动速度等于液压缸内
10、油液的平均流速。,（2）活塞的运动速度仅仅和活塞的有效作用面积及流入液压缸的流量两个因素有关，而和压力的大小均匀无关,（3）当活塞的有效作用面积一定时。活塞的运动速度取决于流入液压缸中的流量。,2、液流连续性理论,油液流经无分支管道时，每一横截面上通过的流量一定是相等的，这就是液流连续性原理,3、压力的建立与压力的传递,1）压力的概念：,油液中的压力主要是由油液自重或油液表面受外力作用而产生的，忽略油液自重，油液压力是指液体表面受外力作用所产生的压力。,如图所示：外力F与液体作用于活塞上的力FP相等。油液作用于活塞单位面积上的力应为 FP/AF/A。,式中 P油液压力，Pa（帕）； F作用在油
11、液表面上的外力， N（牛顿）； A油液表面的承压面积，。,2）额定压力,在正常条件，按试验标准规定连续运转的最高压力称为额定压力。,3）静止油液中压力的特征,帕斯卡原理：在密闭容器中的静止油液体，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，而且其压力处处相等。,因此，静止的油液中，任何一点所受到的各个方向的压力都相等,4）液压传动系统中压力的建立,综上所述，液压系统中某处油液的压力是由于受到各种形式负载的挤压而产生的；压力的大小决定于负载，并随负载变化而变化；当某处有几个负载并联时，则压力取决于克服负载的各个压力值中的最小值；压力建立的过程是从无到有，从小到大迅速进行的。,1
12、油泵 2液压阀 3液压缸 4死挡铁,空载、无油压,加载、有油压,超载、油压剧增,油压取决于最小负载,三、液压元件,（一）液压泵,1、作用：,将原动机（如电机）输出的机械能转换为液体的压力能。,2、类型,按其流量是否可改变，分为定量油泵和变量油泵；,按其输油方向能否改变分为单向泵和双向泵；,按额定压力的高低分为低压泵、中压泵和高压泵；,按结构不同，可分为齿轮泵、叶片泵、柱塞泵、螺杆泵和凸轮转子泵等,3、液压泵的工作原理,组成：1杠杆 2泵体 3活塞 4油腔 5、7单向阀 6油箱,工作原理：,油泵正常工作的条件是：,第一，应具备密封容积,第二，密封容积能交替变化,第三，应有配流装置,第四，吸油过程
13、中，油箱应和大气相通,柱塞泵原理,柱塞泵原理,齿轮泵 GEAR PUMPS,4、齿轮泵,组成： 其一般由泵体1，一对相同大小的齿轮2、齿轮轴及端盖等组成,工作原理：,特点： 结构简单紧凑，容易制造，便于维修，价格低廉，对油的污染不敏感，但其泄漏较多，容积效率低，且有“困油”现象,柱塞泵 PISTON PUMPS,MCY14-1B轴向柱塞泵,MCY14-1B轴向柱塞泵,5、柱塞泵,组成：1斜盘 2柱塞 3缸体（转子） 4配油盘 5压油槽 6吸油槽,工作原理：,柱塞泵可分为轴向柱塞泵和径向柱塞泵，其中轴向柱塞泵以可分为斜盘式和斜缸式,斜盘轴向泵：,特点： 结构紧凑，体积小、重量轻，工作压力高（因泄
14、漏少且刚性好），易于实现变量，但其加工精度较高、价格较贵，对油液的污染敏感。,组成：1配油盘 2缸体（转子） 3柱塞 4斜盘,叶片泵 VANE PUMPS,日本油研,6、叶片泵,双作用叶片泵,叶片泵又分为单作用和双作用两类,单作用叶片泵,双作用泵为定量泵,单作用泵为变量泵,叶片泵具有输出流量均匀，压力脉动小，容积效率高等优点，但其结构复杂，对油液污染敏感。,液压缸及马达,（二）液压缸及液压马达,1、作用：,将液体的压力能转换为机械能,2、类型,按运动形式不同，可分为推力油缸和摆动油缸。,按液压力作用方式，推力油缸可分为单作用式和双作用式,按结构不同，可分为活塞式、柱塞式、伸缩套筒式和组合式。,
15、3、活塞式液压缸的结构及工作原理,（1）实心单出杆液压缸,液压缸,油缸 CYLINDERS,（2）实心双出杆液压缸,双出杆液压缸,（3）空心双出杆液压缸,4、液压马达,液压马达也是能量转换装置，与液压泵相反，它是将液体的压力能转换为旋转运动形式输出的机械能,其通常也有三种形式：齿轮式、柱塞泵式、叶片式,齿轮式、叶片式和轴向柱塞泵式液压马达为高速小转矩马达；径向轴塞式液压马达为低速大转矩马达,叶片式液压马达的结构及原理,液压控制阀,液压元件和液压装置,液压配件,（三）液压控制阀,液压控制阀是液压系统的控制元件，用来控制和调节液流方向、压力和流量，从而控制执行元件的运动方向、输出的力或力矩、运动速
16、度、动作顺序，以及限制和调节液压系统的工作压力，防止过载等，根据用途和工作特点不同，控制阀主要分为三大类：,方向控制阀：单向阀、换向阀等；,1、方向控制阀,（1）单向阀：,压力控制阀：溢流阀、减压阀、顺序阀等；,流量控制阀：节流阀、调速阀等。,只允许油液向一个方向运动,钢球式,锥阀式,方向控制阀（单向阀）,（2）换向阀：,作用：利用阀芯和阀体相对位置的改变，来控制液流的方向,类型：,按阀芯运动方式：滑阀和转阀；,按阀的位置和通道数：二位二通， 三位四通，三位五通等,按阀的操纵方式：手动式、机动 电磁、液动、电液动,按安装方式：管式、板式，法兰式,接线盒型,DIN插头型,换向阀的结构特点及换向原理：,换向阀的结构特点,滑阀式换向阀的换向原理,换向阀的图形符号和滑阀机能：,换向阀的图形
