液压传动与控制第一章

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1、 本章重点1从实例出发，深入浅出对液压传动进行 定义；2介绍液压传动的起源与发展过程；3简介液压传动的优缺点、研究范围与应 用领域；4液压传动工作介质简介。 目录1 绪论 一部完整的机器由原动机、传动部分、和工作机构组成。 传动部分是一个中间环节，它的作用是把原动机的输出功率传 送给工作机构。传动有多种类型，如机械传动、电力传动、液 体传动、气压传动以及它们的组合-复合传动等。液体传动: 用液体作为工作介质进行能量传递的传动方式。 按照其工作原理的不同，液体传动又可分为液压 传动和液力传动两种形式：（1）液压传动主要是利用液体的压力能来传递能量，根 据它的工作特点又可称为容积式液压传动。（2）

2、液力传动则主要是利用液体的动能来传递能量。1.1 液压传动系统的工作原理和组成 1.1.1 液压传动系统的工作原理磨床工作台液压传动系统 工作原理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-工作台磨床工作台液压传动系统工作原理从上面这个简单的例子中可以看到:(1) 液压传动是以液体作为工作介质来传递动力的.(2) 液压传动用液体的压力能来传递动力,它与利用液体动能的液力传动是不相同的.(3) 液压传动中的工作介质是

3、在受控制、受调节的状态下进行工作的,因此液压传动和液压控制常常难以截然分开.用图形符号表示的磨床工 作台液压系统图 l-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 液压传动是以液体作为工作介质来进行工作的，一个完整 的液压传动系统由以下几部分组成： (l) 液压泵(动力元件)：是将原动机所输出的机械能转换成液体 压力能的元件，其作用是向液压系统提 供压力油，液压泵是液压系统的心脏。(2) 执行元件：(3) 控制元件：包括压力、方向、流量控制阀，是对系统中油液 压力、流量、方向进行控制和调节的元件。把液体压力能转换成机械能以驱动工

4、作机构的元 件，执行元件包括液压缸和液压马达。1.1.2 液压系统的组成(4) 辅助元件： 上述三个组成部分以外的其它元件，如管道 、管接头、油箱、滤油器等为辅助元件。(5)工作介质:指传动液体,在液压传动系统中通常称为液压 油液。1.2 液压传动的特点1.2.1.1 液压传动的主要优点 与机械传动、电气传动相比，液压传动具有以下优点：(1)液压传动的各种元件、可根据需要方便、灵活地来布置；(2)重量轻、体积小、运动惯性小、反应速度快；(3)操纵控制方便，可实现大范围的无级调速(4)可自动实现过载保护；(5)一般采用矿物油为工作介质，相对运动面可自行润滑，使用寿命长；(6)很容易实现直线运动；

5、(7)容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。 1.2.1.2 液压传动的主要缺点 (1)由于流体流动的阻力损失和泄漏较大，所以效率较低。如果处理不当，泄漏不仅污染场地，而且还可能引起火灾和 爆炸事故。 (2)工作性能易受温度变化的影响，因此不宜在很高或很低的温度条件下工作。 (3)液压元件的制造精度要求较高，因而价格较贵。 (4)由于液体介质的泄漏及可压缩性影响，不能得到严格的定比传动。 (5)液压传动出故障时不易找出原因；使用和维修要求有较高的技术水平。 (6)油液污染1.3 液压传动的概况1.3.1 液压传动的现状液压传动和气压传

6、动称为流体传动，它是工农业生产中广 为应用的一门技术。液压传动和液力传动均是以液体作为工作介质来进行能 量传递的传动方式。液压传动主要是利用液体的压力能来传 递能量；而液力传动则主要是利用液体的动能来传递能量。 由于液压传动有许多突出的优点，因此，它被广泛地应用于 机械制造、工程建筑、石油化工、交通运输、军事器械、矿 山冶金、轻工、农机、渔业、林业等各方面。同时，也被应 用到航天航空、海洋开发、核能工程和地震预测等各个工程 技术领域。 1.3.2 液压传动的发展液压传动相对于机械传动来说，它是一门新学科，从17 世纪中叶帕斯卡提出静压传动原理，18世纪末英国制成第一 台水压机算起，液压传动已有

7、23百年的历史，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，液压传动技术自身也在不断发展，特别是在第二次世 界大战期间及战后，由于军事及建设需求的刺激，液压技术 日趋成熟。 第二次世界大战前后，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，一些通用机 床到本世纪30年代才用上了液压传动。 第二次世界大战期间，在兵器上采用了功率大、反应快 、动作准的液压传动和控制装置，它大大提高了兵器的性能 ，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

8、件的标准 化、规格化、系列化而在机械制造，工程机械、农业机械、 汽车制造等行业中推广开来。近30年来，由于原子能技术、 航空航天技术、控制技术、材料科学、微电子技术等学科的 发展，再次将液压技术推向前进，使它发展成为包括传动、 控制、检测在内的一门完整的自动化技术，在国民经济的各 个部门都得到了应用，如工程机械、数控加工中心、冶金自 动线等。采用液压传动的程度已成为衡量一个国家工业水平 的重要标志之一。1.4 液压传动的图形符号两种工作原理图：1、半结构式 直观，画法复杂。2、职能符号 画法简单，清晰。半结构式的工作原理图,在实际工作中，除少数特殊情 况外，一般都采用国标GBT786.193所

9、规定的液压与气动 图形符号(参看附录)来绘制，图形符号表示元件的功能，而 不表示元件的具体结构和参数；反映各元件在油路连接上的 相互关系，不反映其空间安装位置；只反映静止位置或初始 位置的工作状态，不反映其过渡过程。 使用图形符号既便 于绘制，又可使液压系统简单明了。 图形符号举例单向阀液控单向阀二位二通换向阀机动换向阀电磁换向阀1.5 液压传动工作介质的性质和选择1.5.1 液压工作介质的种类1.5.2 液压工作介质的性质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 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。 1.5.2

10、.1 密度 m/V 1.5.2.2 可压缩性 和膨胀性体积弹性模量K (体积压缩系数的倒数)V0一定，在同样p下， K 越大, V 越小说明K 越大 ，液体的抗压能力越强。1.5.2.3 粘性及其表示方法液体在外力作用下流动（或有流动趋势）时，分子间的 内聚力要阻止分子相对运动而产生的一种内摩檫力（液体粘 性定义）。它使液体各层间的运动速度不等，这种现象叫做液体 的粘性。=du / dy 这这就是牛顿顿的液体内摩擦定律。液体的粘度随液体的压压力和温度而变变。 1) 压力增大时，粘度增大，但影响很小，通常忽略不计。 2) 液压油的粘度对温度变化十分敏感。温度升高时，粘度下 降；相反，温度降低，粘

11、性升高。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 ）。（1）动力粘度：（2）运动粘度：=/ 运动粘度的单位为m2/s。（3）相对粘度： 恩氏粘度E、赛氏粘度SSU、雷氏粘度Re 等。液体的粘性大小可用粘度来表示。粘度的表示方法有:1.5.3 对液压工作介质的要求1）合适的粘度，润滑性能好，具有较好的粘温特性；2）质地纯净、杂质少，并对金属和密封件有良好的相容性 ；3）对热、氧化、水解和剪切有良好的稳定性；4）抗泡沫性、抗乳化性和防锈性好，腐蚀性小；5）体积膨胀系数小，比热容大，流动点和凝固点低，闪点 和燃点高；6）对人体无害，对环境污染小

12、，成本低，价格便宜。1.5.4 液压工作介质的选择1.5.4.1 选择液压油液类型在选择液压油液类型时，主要是考虑液压系统的工作环 境和工作条件，若系统靠近300 以上的高温表面热源或有 明火场所，要选择难燃型液压油或液压液。其中对液压油液 用量大的液压系统建议选用乳化型液压液；用量小的选用合 成型液压液。当选用了矿物油型液压油后，首选的是专用液 压油；在受到某些限制或对简单液压系统，也可选用普通液 压油或汽轮机油。 1.5.4.2 选择液压油液的粘度 对液压系统所使用的液压油液来说，首先要考虑的是粘 度。粘度太大，液流的压力损失和发热大，使系统的效率降 低；粘度太小，泄漏增大，也会使液压系统

13、的效率降低。因 此，应选择使系统能正常、高效和可靠工作的油液粘度。在液压系统中，液压泵的工作条件最为严峻。它不但 压力大、转速和温度高，而且液压油液被泵吸入和被泵压出 时要受到剪切作用，所以一般根据液压泵的要求来确定液压 油液的粘度。同时，因油温对油液的粘度影响极大，而且还 会分解出不利于使用的成分，或因过量的汽化而使液压泵吸 空，无法正常工作。所以，应根据具体情况控制油温，使泵 和系统在油液的最佳粘度范围内工作。对各种不同的液压泵 ，推荐粘度范围及用油见下表。1.6 液压传动工作介质的污染及控制1.6.1 工作介质污染的原因w液压装置组装时残留下来的污染物 w从周围环境混入的污染物 w在工作

14、过程中产生的污染物 工作介质（包括液压油）的污染用污染度等级来表示， 它是指单位体积工作介质中固体颗粒污染物的含量，即工作 介质中所含固体颗粒的浓度。ISO4406规规定的污污染度根据颗颗粒浓浓度的大小共分为为26个 等级级数码码，颗颗粒浓浓度愈大，代表等级级的数码码愈大。为了定量地描述和评定工作介质的污染程度，国际标准 ISO4406中已经给出了污染度等级标准，污染度等级用两个数 码表示工作介质中固体颗粒的污染度，前面的数码代表1 mL 工作介质中尺寸不小于5 m的颗粒数等级，后面的数码代表1 mL工作介质中尺寸不小于15 m的颗粒数等级，两个数码之间 用一斜线分隔。例如污染度等级数码为18

15、/15的液压油，表示它在每毫升 内不小于5 m的颗粒数在1 3002 500之间，不小于15 m的 颗粒数在160320之间。1.6.2 工作介质污染的危害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 阀类元件动作失灵。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，它也会划伤密封件，使泄漏 流量增加。水份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；使液压传动 系统出现振动、爬行等现象。1.6.3 工作介质污染的控制（1）减少外来的污染：液压传动系统的管路和油箱 等在装配前

16、必须严格清洗，用机械的方法除去残渣和表面 氧化物，然后进行酸洗。液压传动系统在组装后要进行全 面清洗，最好用系统工作时使用的油液清洗，特别是液压 伺服系统最好要经过几次清洗来保证清洁。油箱通气孔要 加空气滤清器，给油箱加油要用滤油车，对外露件应装防 尘密封，并经常检查，定期更换。液压传动系统的维修、 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、清洗或更换滤心 。（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。（3）控制液压油液的工作温度：液压油液的工作温度 过高会加速其氧化变质，产生各种生成物，缩短它的使用 期限。所以要限制油液的最高使用温度。