液压液力知识第一部分

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1、课程介绍,1.课程的性质：专业基础课、考试课、80学时研究以液体为工作介质，以压力、流量、动量的变化来实现传动的技术。2.课程的任务： 3.特点及方法： 4.参考书：,液压传动与液力传动,2018年9月3日,第一章 概述,液压传动工作原理、基本特征。 液压传动系统的组成 液压传动的优缺点 液压传动发展概况、机械工业中的应用,第一章 概述,一部机器至少由3部分组成：原动机、传动机构和工作机构。原动机：为机器提供动力，如电动机、内燃机等。工作机构：机器完成工作任务的直接工作部分。传动机构：改变原动机输出的运动参数和动力参数，以适应机器工作性能的要求。传动机构通常分为机械传动、电气传动和流体传动机构

2、。,流体传动,液体传动,气体传动,液压传动,液力传动,电气传动,机械传动,传动机构,流体传动 是以流体为工作介质的进行能量转换和能量控制的传动。它包括液体传动和气体传动。液体传动又包括液力传动和液压传动。 液力传动 主要是利用液体的动能进行能量转换、能量传递和能量控制的传动系统。 液压传动 主要是利用液体的压力能进行能量转换、能量传递和能量控制的传动系统。,1-1液压传动的基本工作原理,图1-1所示为液压千斤顶工作原理放大图。,F,W,A1,A2,s1,s2,一、液压传动的基本工作原理,液压传动概念:主要是利用液体的压力能进行能量转换、传递和控制的传动系统。,（依靠密闭容积变化中的液体的压力能

3、实现动力和运动传递的传动系统。） 液压传动条件：1.液体不可压缩性2.只能承受压力，不能承受剪切力3.帕斯卡原理:在密闭容器内，施加于静止液体的压力可以等值向液体各点传递。,二、液压传动的主要工作特征,(1)力（或力矩）的传递是靠液体压力来实现,结论1： 液压泵的工作压力p1取决于外负载 （执行元件的结构尺寸一定）。,(2) 液压泵的速度（或转速）的传递是靠液体“容积变化相等”的原则进行。,A1S1= A2 S2,结论2：执行元件的运动速度（或转速）只与输入流量大小有关（执行元件的结构尺寸一定），理论上讲与外负载无关。,Q称为流量，即单位时间流过的液体体积,液压功率：,N=Wv2=P2A2v2

4、=P2A2(Q/A2)=PQ 液压功率等于压力与流量的乘积,1-2 液压传动系统实例及液压系统的组成,一、液压千斤顶（机床工作台）,二、液压系统的组成,三、液压图形符号,F,W,A1,A2,S1,S2,1.1液压传动的基本工作原理及组成,以液压千斤顶为例，来说明液压传动的工作原理及系统组成。图1.1所示为液压千斤顶工作原理图。,(动画),液压千斤顶的工作原理,吸油过程：当手柄1带动活塞，手动泵2的容积（形成局部真空），排油单向阀3关闭，油箱5中的液体油箱经管道及吸油单向阀4进入泵2。 排油过程：当手柄1带动活塞，吸油单向阀4关闭，泵2中的液体推开排油单向阀3经管道进入液压缸7，使活塞克服外负载

5、G向上运动从而对外做功。 当手动泵2的活塞在手柄1的带动下不断上下往复运动时，负载G就不断上升；当需要液压缸7的活塞停止时，使手柄1停止运动，此时排油单向阀3在液压力作用下关闭，液压缸7的活塞就自锁不动。 工作时截止阀6关闭，当需要液压缸7的活塞放下时，打开此阀，液体在重力作用下经此阀流回油箱5。,1 2,8 9,3 4,10 11,2、执行元件 液压缸或液压马达。作用：是将液压能重新转化成机械能，克服负载，带动机器完成所需的运动。,二、液压系统的组成,1、动力元件 即液压泵，它可将机械能转化成液压能，是一个能量转化装置。作用：为系统提供压力油。,4、辅助元件 除上述三个组成部分以外的其他元件

6、如油箱、油管、滤油器等，作用： 提供必要的条件使系统能正常工作和便于监控。 5、传动介质 即液体，能量传动的载体。,3、控制元件 如各种阀。作用：控制液压系统的液体的压力、流量、方向，保证执行元件完成预期的工作。,三、液压图形符号,图1.2为机床工作台液压传动系统图。 工作台要求实现慢速向右进给，然后向左快速 退回的动作循环。,三、液压传动系统图的图形符号,图1-3所示的液压系统是一种半结构式的工作原理图它有直观性强、容易理解的优点，当液压系统发生故障时，根据原理图检查十分方便，但图形比较复杂，绘制比较麻烦。我国已经制定了一种用规定的图形符号来表示液压原理图中的各元件和连接管路的国家标准，即“

7、液压系统图图形符号(GB7862009)”。 我国制订的液压系统图图形符号(GB7862009)中，对于这些图形符号有以下几条基本规定。,(1)符号只表示元件的职能，连接系统的通路，不表示元件的具体结构和参数，也不表示元件在机器中的实际安装位置。 (2)符号均以元件的静止位置或中间零位置表示，当系统的动作另有说明时，可作例外。,下图为机床工作台液压系统的图形符号图,液压图形符号,表示元件的职能和连接通路的规定的符号。 用静止位置和零位置表示。, 1-3 液压传动的优缺点,一、液压传动的主要优点 1.可实现大范围的无级调速（调速范围可达2000:1）； 2.同功率比较时，液压传动具有质量轻、体积

8、小、运动惯量小、反应速度快等特点； 3.液压传动的各元件，可根据需要方便、灵活地来布置； 4.操纵省力，控制方便，易于实现自动化或遥控； 5.易于实现过载保护； 6.工作介质一般采用矿物油，相对运动表面可自行润滑，因此可提高系统和元件的使用寿命； 7.易于实现直线运动。,相同功率液压马达的体积为电动机的12%13%。 液压泵和液压马达单位功率的重量指标，目前是发电机和电动机的十分之一，液压泵和液压马达可小至0.0025N/W(牛/瓦),发电机和电动机则约为0.03N/W。,二、液压传动的主要缺点,1.液压传动系统同时存在压力损失、容积损失和机械损失，因此传动效率较低； 2.工作性能易受温度变化

9、的影响，因此不易在较高或较低温度条件下工作； 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，不能得到严格的定传动比； 5.系统的故障诊断比较困难，使用和维修要求有较高的技术水平； 6.油液泄漏不仅污染场地，如处理不当，还可能引起火灾或爆炸事故。,1-4 液压传动的发展概况,液压传动是一门新的学科，虽然从17世纪中叶帕斯卡提出静压传动原理，18世纪末英国制成世界上第一台水压机算起，液压传动技术已有二、三百年的历史。但直到20世纪30年代它才较普遍地用于起重机、机床及工程机械。 在第二次世界大战期间，由于战争需要，出现了由响应迅速、精度高的液压控制机构所装备

10、的各种军事武器。第二次世界大战结束后，液压技术迅速转向民用工业，液压技术不断应用于各种自动机及自动生产线。,液压传动发展概况,1648年法国的B.帕斯卡(B. Pascal)提出静止液体中压力传递的基本定律，奠定了液体静力学和液压传动的基础。 液体传动的先驱者是英国的约瑟夫布拉曼，他于1795年在伦敦制造了世界上第一台水压机 1861年由奥地利工程师(John Haswell)的10MN级锻造液压机，曾在1862年伦敦世界博览会展 出，主要用于机车附件锻造。德国巴伐利亚HIett&Co机器制造厂的工程师Ludwig Werder在 1852年制造的1 MN万能液压试验机，最大加载弯 矩可达75

11、0 MN “ m，最大加载扭矩可达60 MN“mo 现存纽伦堡文通博物馆(图7)。,1867年在巴黎举行的世博会上首次展出载人水力升降梯,3年后，1870年奥地利工程师Anton Freissler在维也纳首先建造并投人实际运行的载人水力货梯。开始的水力升降机直接使用城市供水压力，由于水击现象引起水管破裂被禁止。人们开始采用独立的泵供压。间接驱动型的液压载人梯最早是由美国OTIS兄弟工厂制成并投人使用，可达20层高度(图8)。19世纪90年代后由于电动机驱动的电梯开始出现高层梯逐渐为电驱动梯代替，液压梯退居低层梯位置。,1905年美国工程师威廉斯和詹尼将工作介质从水改为了油，使得液压机械又向前

12、迈进了一步。液压传动技术的广泛研究是开始于第一次世界大战之后，从1920年开始液压传动技术得到了迅速的发展，液压传动技术领域涌现了一批杰出的人才，液压元件也逐步走入了正规的工业生产阶段 液压传动技术和液压元件工业在1925年迎来了维克斯（F.Vikers），他发明的压力平衡式叶片泵和先导式溢流阀为后来者奠定了基础。 到20世纪初叶，康斯坦丁尼斯克提出了能量波动传递理论，而后在1910年又在液力传动方面提出了自己的理论见解，为这一领域的发展做出了贡献。,液压传动技术被工业企业所应用则是开始于第二次世界大战期间，美国已经有30%的机床应用了液压传动。 液压传动技术现居世界领先位置的日本，其科研活动

13、实际上比欧美等国晚了将近20年，但是靠着后期的努力，日本在现代液压传动领域得到了巨大发展 19世纪 炮塔转位器、六角车床和磨床第二次世界大战 兵器（功率大、反应快）战后转向民用 机械、工程、农业、汽车20世纪60年代后 发展为一门完整的自动化技术 现在国外 95%工程机械、90%数控加工中心、95%以上的自动线采用液压传动。采用液压传动的程度成为衡量一个国家工业水平的重要标志,液压传动在各类机械行业中的应用实例,飞机起落架,自卸车,挖掘机,数控液压折弯机,越野汽车,摊铺机,三臂液压凿岩台车,汽车起重机,我国液压技术的发展,我国的液压技术最初应用于机床和锻压设备上，后来又用于拖拉机和工程机械。现

14、在，我国的液压元件随着从国外引进一些液压元件、生产技术以及进行自行设计，现已形成了系列，并在各种机械设备上得到了广泛的使用。 我国液压与气动技术从上世纪60年代开始发展较快，新产品研制开发和先进国家不差上下，但其发展速度远远落后于同期发展的日本，主要由于工艺制造水平跟不上去，制造比较困难，材料性能不能满足设计需要，影响了我国流体传动技术的发展。,路甬祥,著名的流体传动与控制专家。在德国连续取得了构成电液比例控制新技术的二通插装式电液比例流量控制装置等五项专利发明。被联邦德国液压界誉为“崭新的80年代液压技术”；他还研究开发了一系列新型电液控制器件及系统工程，主持开发研究了相应的CAD、CAT支

15、撑系统。 路甬祥主导或参与开发出50多项科研成果，推广电液比例控制技术，并直接应用于国民经济及国防等各部门，得到有关部委和省市的嘉奖，其中包括机械工业部优秀科技成果一等奖，国家教育委员会科技进步一等奖，浙江省优秀科技成果一等奖,国家发明二等奖、三等奖各一项。已在国内外获专利20项， 路甬祥已在国内外书刊上发表学术论文250余篇，出版专著电液比例控制技术（与胡大合著）等两部，,本世纪60年代以后，液压技术随着原子能、空间技术、计算机技术的发展而迅速发展。因此，液压传动真正的发展也只是近三四十年的事。 当前液压技术正向高速、高压、大功率、高效、低噪声、经久耐用、高度集成化的方向发展。同时，新型液压

16、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)、机电一体化技术、可靠性技术等方面也是当前液压传动及控制技术发展和研究的方向。,展望,21世纪纳米材料、纳米工艺的进展 使流体传动与控制器件加工精度及表面质量达到纳米量级，其效率、寿命得以数量级的提高，对介质的机械、物理、化学品质也将可能提出新的标准。 将提供各种新的高强度，耐磨，耐蚀，自润滑，自修复，自补偿，自组装的新型结构材料。,新材料的发展,抗磨损的陶瓷材料在液压件上的应用。陶瓷材料化学性能稳定，具有耐酸碱盐和抗腐蚀、耐高温等特性。陶瓷液压件制约因素 1)陶瓷烧结过程中有25%以上的收缩;最后机加工需用金刚石磨削，加工费用高。 2)散热困难，其热膨胀系数与金属不一样，使两者粘结强度低。 3)性脆，难于承受大的冲击载荷。4)等离子喷涂、激光涂覆等工艺成本较高。,新的介质将可能出现具有自洁净、自补偿(压敏、场敏、温敏)、自降解(光敏，或生物降解)，更适应传动、润滑和生态环境友好要求。生命科学及生物技术的新突破，导致对生物流体传动与控制的新需求。无论就其介质、控制要求和工作环境而言都将具有新的特点。生物芯片流程，血液、泌尿、淋巴、呼吸系统的诊断治疗及支持系统，药物定时、定量注射及体液检测系统均将成为新的研究开发方向。,