液压传动—电梯培训课件

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1、液 压 传 动,河北省特种设备监督检验院 井科学,第1章 液压传动概论,章 节 目 录,1.1 液压传动的研究内容 1.2 液压传动的工作原理 1.3 液压传动系统的组成 1.4 液压传动的特点 1.5 液压传动发展及应用概况,河北省特种设备监督检验院,第1章 液压传动概论,能源介质： 液压传动是以有压流体（压力油）为能源介质。 实现传动和控制的方法： 液压传动实现传动和控制的方法：利用各种控制元件组成能够实现特定功能的基本回路，再由若干回路有机组合成能完成一定控制功能的传动系统，从而进行能量的传递、转换与控制 。 了解的内容： (1)传动介质的基本物理性能及其静力学、动力学特性；(2)组成系

2、统的各类液压元件的结构、工作原理、工作性能以及由这些元件所组成的各种控制回路的性能和特点 ；(3)进行液压传动控制系统的设计。,能源介质 控制方法 应该要理解的内容,1.1 液压传动的研究内容,第1章 液压传动概论,1.2 液压传动的工作原理,帕斯卡定律：在密闭容器内，施加于静止液体上的压力将以等值同时穿液体中各点。,图1-1 液压千斤顶工作原理图,第1章 液压传动概论,视频演示1-1 液压千斤顶工作原理,第1章 液压传动概论,（1-2）,1. 力的传递,据上式，系统压力与外负载密切相关。 由此得出液压传动工作原理的第一个重要特征： 液压传动中工作压力取决于外负载。,（1-1）,液压缸中所产生

3、的液体压力P2：,作用在液压泵活塞上的作用力F1,第1章 液压传动概论,由此得出液压传动工作原理的第二个重要特征：活塞的运动速度只取决于输入流量的大小， 而与外负载无关。 从上面的讨论还可以看出，压力和流量是液压传动中两个最基本的参数。,2. 运动的传递,液压泵排出的液体体积等于进入液压缸的液体体积，则有：,（1-3）,上式两边同除以运动时间t得：,q1=v1A1=v2A2=q2,（1-4）,第1章 液压传动概论,1.3 液压传动系统的组成,图1-2 典型液压系统原理图,1-液压泵 2-流量控制阀 3- 换向阀 4-液压缸 5-工作台 6-溢流阀 7-过滤器 8-油箱,第1章 液压传动概论,视

4、频演示1-2 典型液压系统原理图,第1章 液压传动概论,2. 从上面的例子可以看出，液压传动系统主要由以下五个部 分组成：,（1）功率输入装置（能源装置）：把机械能流体压力能。如液压泵。 （2）功率输出装置（执行元件）：把流体的压力能机械能。如液压缸、液压马达。 （3）控制元件：对系统中流体压力、流量和流动方向进行控制或调节的装置，如溢流阀等。 （4）辅助元件：保证系统正常工作所需的上述三种以外的装置。如油箱、过滤器等。 （5）工作介质：液压油等。 为了简化液压系统的表示方法，通常采用图形符号来绘制系统原理图。图1-2（b）就是按GB/T786-93绘制的图1-2(a)所示液压系统原理图。,第

5、1章 液压传动概论,1.4 液压传动的特点,1. 液压传动的优点,2. 液压传动的缺点,优点： 1）在同等体积下，液压装置比电气装置产 生更高的动力。在同等功率下，液压装置体 积小，重量轻，功率密度大，结构紧凑。 2）工作比较平稳。 3）能在大范围内实现无级调速 4）易于自动化 5）易于实现过载保护 6）液压系统的设计、制造和使用比较方便。 7）用液压传动实现直线运动远比用机械传 动简单。 。,缺点： 1）较多的能量损失。 2）工作性能易受温度变化的影响 。 3）液压元件的制造精度要求较高，因而价格较贵 4）液压传动出现故障时不易找原因,第1章 液压传动概论,主要经历如下阶段： 17、18世纪

6、液压基础理论的建立（流体运动原理、物体在流动的液体中的粘性和阻力问题、 流体能量传递原理、静压传递原理） 18世纪末世界上第一台水压机由英国制造 19世纪至今流体运动方程进一步发展 ，液压传动在工程上得到了广泛的应用,应用举例：,1.5 液压传动发展及应用概况,表1-1液压传动在各类机械行业中的应用举例,第1章 液压传动概论,第2章 液压流体力学基础,2.1 液压油的性质 2.2 液体静力学 2.3 液体动力学 2.4 管道中液流的特性 2.5 孔口及缝隙的压力流量特性 2.6 液压冲击和气穴现象,2.1 液压油的性质 2.2 液体静力学 2.3 液体动力学 2.4 管道中液流的特性 2.5

7、孔口及缝隙的压力流量特性 2.6 液压冲击和气穴现象,章 节 目 录,第2章 液压流体力学基础,2.1.1 主要性质 2.1.2 对液压油的要求和选用,2.1 液压油的性质,第2章 液压流体力学基础,2.1 液压油的性质,密度(Kg/m3),2. 可压缩性 液体的压缩系数:,2.1.1 主要性质,它的倒数称为液体的体积弹性模量，以K表示:,（2-2）,（2-3）,（2-1）,液压油的K值很大，所以几乎可认为不可压缩，但当混入空气，其可压缩性将显著增加，而影响液压系统的工作性能。,第2章 液压流体力学基础,3. 粘性,牛顿液体的内磨擦定律： 其中： 比例系数，动力粘度。,图2-1 粘性示意图,第

8、2章 液压流体力学基础,液体的粘性表示方法: 液体粘性的大小用粘度来表示。常用的粘度有三种，即：,(1) 动力粘度：单位是：(Pas)（帕秒）或用(N s/m2) 表示。,(2) 运动粘度：其单位：2/s，（米2/秒）。,（2-4）,(3) 相对粘度（条件粘度）,动力粘度、运动粘度和相对粘度。,第2章 液压流体力学基础,图2-3 几种国产油液粘温图,第2章 液压流体力学基础,1. 要求 工作油液具有双重作用，一是作为介质，二是作为润滑剂， 对其是要求：合适的粘度，粘温特性好，良好的润滑性，化学稳 定性和环境稳定性，与系统元件的材料的兼容性好等等,2.1.2 对液压油的要求和选用,2. 选用 选

9、择液压用油首先要考虑的是粘度问题。 一般液压系统的油液粘度在 之间。,在液压系统中，常根据液压泵的要求选择液压油的粘度。 各类液压泵适用的粘度范围如表2-2所示。,第2章 液压流体力学基础,表2-1 各类液压泵适用的粘度范围,第2章 液压流体力学基础,2.2.1 静压力及其特性 2.2.2 静压力基本方程式 2.2.3 帕斯卡原理 2.2.4 静压力对固体壁面的作用力,2.2 液体静力学,第2章 液压流体力学基础,1. 液体的静压力 液体静压力在物理学上称为压强，在工程实际应用中习惯上称为压力。 2. 液体静压力的特性 (1) 液体静压力垂直于其承压面，其方向和该面的内法线方向一致。 (2)

10、静止液体内任一点所受到的静压力在各个方向上都相等。,2.2.1 静压力及其特性,第2章 液压流体力学基础,由于液柱受力平衡，故：,2.2.2 静压力基本方程式,1. 静压力基本方程式 在重力作用下的静止液体所受的力，其受力情况如图2-4所示。,图2-4 静止液体内压力分布规律,（2-9）,将式（2-9）两边同除以 ，则得静压力基本方程式：,（2-10）,第2章 液压流体力学基础,静止液体内任一点处的压力由两部分组成：,由上式可知：重力作用下的液体其压力分布具有如下的 特征：,(2) 静止液体内压力随液体深度呈直线规律递增。,(3) 离液面深度相同处各点的压力均相等，而压力相等的所有点 组成的面

11、叫做等压面。,(4) 能量守恒。,（2-11）,（2-12）,式中，p0为静止液体中单位质量液体的压力能，h为单位质量液体的势能。,第2章 液压流体力学基础,（1）绝对压力 （2）相对压力（表压力）：用压力表测得的压力数值是相对压力。 （3）真空度,1Pa（帕）1 N/m2；1bar（巴）1105 Pa1105 N/m2; 1at（工程大气压）1kgf/cm2=9.8104 N/m2; 1mH2O（米水柱）9.8103 N/m2; 1mmHg (毫米汞柱)1.33102 N/m2,绝对压力、相对压力和真空度的关系见图2-5（下页）,第2章 液压流体力学基础,2. 压力的表示方法及单位 压力的单

12、位以及各种表示法之间的换算关系如下：,图2-5 绝对压力、相对压力和真空度,由图2-5可知，以大气压为基准计算压力时，基准以上的正值是表压力，基准以下的负值就是真空度。,第2章 液压流体力学基础,2.2.3 帕斯卡原理,即：在密闭容器内，施加于静止液体的压力可以等值地传递到液体中各点,应用实例如下：,图2-7 帕斯卡原理应用实例,第2章 液压流体力学基础,（1）当固体壁面为一平面时：F=PA （2）当固体壁面为一曲面时：,2.2.4 静压力对固体壁面的作用力,第2章 液压流体力学基础,2.3 液体动力学,2.3.1流量连续性方程质量守恒定律 2.3.2 伯努利方程能量守恒定律 2.3.3 动量

13、方程动量守恒,描述流动液体力学规律的三个基本方程式是流动液体的 连续性方程、伯努利方程、动量方程,2.3.1 流量连续性方程质量守恒定律,图2-9 液流连续性方程 推导简图,根据质量守恒定律可得： 不考虑液体的压缩性： 或写成： 式（2-16）为液流的流量连续性方程,（2-14）,（2-15）,（2-16）,第2章 液压流体力学基础,假设液体无能量损失，据能量守恒定律可 得： 或写成： 以上两式即为理想液体的伯努利方程。其 物理意义：理想流体具有压力能、动能、 势能。三者可以互相转换，但总的能量不 变。,2.3.2 伯努利方程能量守恒定律,图2-10 伯努利方程推导简图,（2-17）,1. 理

14、想液体的伯努利方程,第2章 液压流体力学基础,2.3.3 动量方程动量守恒,图2-13 带有压力容器的管道流动示意图,图2-14 液压油在一个管道中流动的示意图,图2-15 液压油流过弯曲的管道示意图,三图均满足： 上式与牛顿第二定律相似，即：,（2-20）,（2-21）,第2章 液压流体力学基础,由于液体具有粘性，以及液体流动是会突然转弯和通过阀口会产生撞击或出现漩涡等，液体流动时，会产生阻力，必然会损耗一部分能量，这种能量损失可以用压力损失hw表示：它由两部分组成：（1）沿程压力损失，（2）局部压力损失。 沿程压力损失：液体在直径不变的直管中流动时克服摩擦阻力的作用而产生的能量消耗称为沿程

15、压力损失。 局部压力损失：液体流过进出阀口，突然的扩大管，弯管等局部位置时候产生的压力损失。,2.5.1 液压冲击 2.5.2 气穴现象,2.5 液压冲击和气穴现象,第2章 液压流体力学基础,2.5.1 液压冲击,液压冲击现象、危害,液压冲击的类型 按其产生的原因分为： 液流的惯性导致的液压冲击； 工作部件的惯性引起的液压冲击。,下面分别根据这两种情况进行分析：,第2章 液压流体力学基础,当管道的末端突然关闭时，液体立即停止运动。根据能量守恒定律，则： 所以：,（1）液体突然停止运动时产生的液压冲击,图2-31 液压冲击,（2-70）,第2章 液压流体力学基础,（2）运动部件制动时产生的液压冲击 根据动量定理，可求得系统中的冲击压力的近似值p为：,第2章 液压流体力学基础,减小液压冲击的措施 分析前面各式中p的影响因素，可以归纳出减小液压冲击的主要措施有： 延长阀门关闭和运动部件制动换向的时间，可采用换向时间可调的换向阀。 限制管道流速及运动部件的速度。 适当增大管径。 尽量缩短管道长度，使完全冲击改变为不完全冲击。 用橡胶软管或在冲击源处设置蓄能器，也可以在容易出现液压冲击的地方，安装限制压力升高的安全阀。,第2章 液压流体力学基础,2.6.2 气穴现象,1. 气穴现象的机理及危害,气穴现象机理： 为什么最容易产生气穴处的是泵的吸油腔和阀口： 危害