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1、液压传动第一章 液压传动概述 第一节 液压传动的定义、工作原理及组成一、基本概念1、定义： 原动机配力机工作机2、分类：就传动方式而言，常用的有以下几种： 1) 机械传动：如齿轮、皮带等传动。 2) 电气传动；3) 流体传动：是以流体为工作介质，进行能量的转换、传递和控制的传动。包括：（1）气体传动。以气体为工作介质的流体传动。（2）液体传动：以液体为工作介质的流体传动， 根据工作原理不同又可分为： 液力传动：主要利用液体动能的液体传动。 液压传动：只利用液体压力能。3、液压传动的定义：用液体作为工作介质，在密封的回路里，以液体的压力能进行能量传递的传动方式，称之为液压传动。 从三方面理解此概
2、念。4、液压控制的定义： 液压控制与液压传动的不同之点在于液压控制是一个自动控制系统，具有反馈装置，系统具有较强的抗干扰能力,所以系统输出量的精度高。二、研究对象 要研究液压传动及其控制技术； 要了解传动介质的基本物理性能及其静力学、运动学和动力学特性； 要了解组成系统的各类液压元件的结构、工作原理、工作性能以及有这些元件所组成的各种回路的性能和特点，并在此基础上进行液压传动系统的设计。 另外,介绍几种液压控制系统中使用的控制元件。三、液压传动的工作原理 1系统组成 基本组成元件：1-杠杆手柄；2-小缸体；3-小活塞；4、6-单向阀；5-吸油管；7、10-管道；8-大活塞；9-大缸体；11-截
3、止阀；12-油箱。 2工作原理 见液压传动原理图：o 泵吸油过程。 o 泵压油和重物举升过程。 o 重物落下过程。 放大液压传动演示图四、液压系统的组成 见图 1）能源装置（或称动力元件）：把机械能转化成液体压力能的装置，常见的是液压泵。 2）执行装置（或称执行元件）： 把液体压力能转化成机械能的装 置，一般常见的形式是液压缸和液压马达。3）控制调节装置（或称控制元件）：对液体的压力、流量和流动方向进行控制和调节的装置。这类元件主要包括各类控制阀或者由各种阀构成的组合装置。这些元件的不同组合组成了能完成不同功能的液压系统。 放大液压系统的组成图4）辅助装置（或称辅助元件）：指以上三种组成部分以
4、外的其它装置，如各种管接件、油管、油箱、过滤器、蓄能器、压力表等，起连接、输油、贮油、过滤、贮存压力能和测量等作用。 5）传动介质： 传递能量的液体介质，即各种液压工作介质。 五、液压传动的基本特征 见图 1） 力比例关系 液压传动区别于其它传动方式的基本特征一： 力（或力矩）的传递是靠液体压力来实现的，或者说，力（或力矩）的传递是按帕斯卡原理（即静压传递原理）进行的。 因此，有人把液压传动称为“静压传动” 。 帕斯卡原理（即静压传递原理）： “在密闭容器内，施加于静止液体上的压力将以等值同时传到液体各点”。结论： 在液压传动中工作压力取决于负载，而与流入的液体多少无关。注意：负载包括：有效负
5、载、无效负载（如摩擦力）以及液体的流动阻力。2） 运动关系液压传动区别于其它传动方式的基本特征二： 运动速度（或转速）的传递是按照“容积变化相等”的原则进行的。基于此，有人把液压传动成为“容积式液体传动”。 在流体力学中，把单位时间内流过某一通流截面A的流体体积称为流量，则流量 q = vA 结论： 活塞移动速度正比于流入液压缸中油液流量q，与负载无关。也就是说，活塞的运动速度可以通过改变流量的方式进行调节。基于这一点，液压传动可以实现无级调速。 活塞的运动速度反比于活塞面积，可以通过对活塞面积的控制来控制速度。 3） 功率关系由前述可得 P=Fv=Wv=pq 上式说明，在不计各种功率损失的条
6、件下，液压传动系统的输出功率Wv等于输入功率Fv，并且液压传动中的功率可以用压力p和流量q的乘积来表示。 总结上述： 在液压传动中压力p和流量q是最基本、最重要的两个参数。 第二节 液压传动的优缺点 一、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(调速范围达2000：1)；(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；(7)容易实现机器的自动化，当采用电液联
7、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。 二、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 第三节 液压传动的工作液体液压系统中的工作液体既是传递功率的介质，又是液压元件的冷却、防锈和润滑剂。在工作中产生的磨粒和来自外界的
8、污染物，也要靠工作液体带走。工作液体的粘性，对减少间隙的泄漏、保证液压元件的密封性能都起着重要作用。一、液压传动的工作液体应具有的基本性质(1)应有适当的粘度和良好的粘温特性(即温度变化时粘度变化的幅度要小)。过高的粘度会增加系统的压力损失，降低效率，使系统发热，并恶化了泵的吸入条件。反之，粘度过低会加大泄漏量，不仅影响效率，而且还会降低润滑性能。A液体的粘度粘度用运动粘度p表示。在国际单位制中，的单位是/s，而在实用上标定油的粘度用c/s(St，沲)的1/100，即m/s(cSt，厘沲)表示。按我国GB标准规定，液压油产品的代号按下列顺序表示：类组号-牌号-尾注号。牌号即该介质在40时的运动
9、粘度等级，并在级前冠以N字符，以区别于其它温度下的运动粘度等级。尾注号有以下几种：H表示由石油烃叠合或缩合等工艺制得的产品；G表示具有良好的粘-温特性，可减少导轨的爬行现象；D表示具有良好的低温起动性能；K表示对镀银部件具有良好的抗腐蚀性。表1-1是常用液压油的新、旧粘度等级牌号的对照(注：旧标准是以50时的粘度值作为液压油的粘度等级牌号)。表1-1 常用液压油的牌号和粘度ISO 粘度等级GB2512-81粘度等级40的运动粘度 厘沲(即m/s) 相近的旧标准粘度等级ISO VGl5N1513516510ISO VG22N2219824215ISO VG32N3228835220ISO VG4
10、6N4641450630ISO VG68N6861274840ISO VGl00N1009011060D液体的粘温特性粘温特性用粘度指数表示，是油液粘温特性的相对比较值图12 几种国产液压油的粘温曲线1-N32 机械油；2-YC-N32 低温液压油；3-N15机械油，4-N15 航空液压油；5-HU-45 汽轮机油；6-N68 机械油；7- N46机械油；8-HU-30 汽轮机油；9-YC-N46 低温液压油，10-HU-20 汽轮机油 二、工作液体的种类1石油基液压油(1)机械油(2)汽轮机油(3)普通液压油(类组号YA)(4)液压导轨油(5)抗磨液压油(类组号YB)(6)低温液压油(又名低
11、凝、工程、稠化液压油)(类组号YC)(7)高粘度指数液压油(类组号YD)(8)清净液压油(9)其它专用液压油：按使用的场合不同又分为以下几种：a.航空液压油(红油)b炮用液压油c舰用液压油d. 舵机液压油e. 液压设备防锈油f. 合成锭子油和专用锭子油2抗燃液压液抗燃液压液可分为合成型、油水乳化型和高水基型三大类。1)合成型抗燃工作液(1)水L-醇液(类组号YRC)(2)磷酸酯液(类组号YRD)(3)硅油2)油水乳化型抗燃工作液油水乳化液是指互不相溶的油和水，使其中的一种液体以极小的液滴均匀地分散在另一种液体中所形成的抗燃液体。分水包油乳化液和油包水乳化液两大类。(1)水包油乳化液(类组号YR
12、A)(2)油包水乳化液(类组号YRB)：YRB40、YRB60、YRB90、YRB130。3)高水基型抗燃工作液这种工作液不是油水乳化液。其主体为水，占95，其余5为各种添加剂(抗磨剂、防锈剂、抗腐剂、乳化剂、抗泡剂、极压剂、增粘剂等)。其优点是成本低，抗燃性好，不污染环境。其缺点是粘度低，润滑性差。3海水或淡水舰船液压系统，以海水(或淡水)为工作介质，液压泵直接从海洋(或江河)中吸入海水(或淡水)，高压海水(或淡水)进入执行元件工作后直接排入海洋(或江河)。其优点是：可省去回油管路和油箱；液压系统重量大大减轻；系统不会出现过热问题；避免了液压油作介质的舰船液压系统因泄漏而对海洋(或江河)的污
13、染；可避免潜艇暴露目标当潜艇液压系统以液压油为介质时，敌人常根据海洋(或江河)面上飘有泄漏液压油而判定潜艇所在位置)。其缺点是：液压系统的容积效率和机械效率较低；对元件的材质和制造工艺要求较高；价格较贵。三、工作液体的污染及其控制 1污染的原因及危害工作液体中的污染物来源包括：液压装置组装时残留下来的污染物(如切屑、毛刺、型砂、磨粒、焊渣、铁锈等)；从周围环境混入的污染物(如空气、尘埃、水滴等)；在工作过程中产生的污染物(如金属微粒、锈斑、涂料剥离片、密封材料剥离片、水分、气泡以及工作液体变质后的胶状生成物等)。2固体颗粒污染物的测定工作液体的污染度是指单位容积工作液体中固体颗粒污染物的含量(
14、含量可用重量或颗粒数表示)。污染度的测定方法有以下两种：(1)称重法：把100mL的工作液体样品进行真空过滤并烘干后，在精密天平上称出颗粒的重量，按标准定出污染等级。此法设备简单，操作方便，重复精度高。但只能表示工作液体中颗粒污染物的总量，不能反映颗粒尺寸的大小及分布情况。适用于工作液体日常性的质量管理场(2)颗粒计数法：是测定单位容积工作液体中含有某给定尺寸范围的颗粒数。其测定方法有以下两种：a显微镜颗粒计数法b自动颗粒计数法3固体颗粒污染等级我国国家标准GB/T14039-93(与国际标准IS04406相同)规定，污染等级代号由用斜线隔开的两个标号组成：前面的标号表示lmL工作液体中大于5/1m的颗粒数；后面的标号表示lmL工作液体中大于15/lm的颗粒数。颗粒数与其标号的对应关系如表1-2所示。例：等级代号18/13表示在lmL给定工作液体中大于5/xm的颗粒数量在13002500个之间，大于15pm的颗粒数量在4080个之间
