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1、液压传动的概述一、什么是液压传动液压传动是用液体作为工作介质来传递能量和进行控制的传动方式。 液压系统利用液压泵将原动机的机械能转换为液体的压力能，通过液体压 力能的变化来传递能量，经过各种控制阀和管路的传递，借助于液压执行 元件（液压油缸或马达）把液体压力能转换为机械能，从而驱动工作机构， 实现直线往复运动和回转运动。二、液压传动的应用及发展液压传动开始于二十世纪初，德国研制出第一台液压传动装置。1906 年美国首先在军舰炮塔的仰附装置上应用液压传动装置，其后不断推广应 用在舰船的操舵、卷扬、提升等部位及港口设备上。到二十世纪三十年代， 一些工业发达的国家开始用于机床上，并组织液压件的生产，
2、液压传动被 广泛应用。二次世界大战期间，由于战争迫切需要一些反应迅速、准确、输出功 率大的设备，因此液压传动应用于飞机、坦克、火炮等军事武备上，促进 了液压技术的研究和发展。战后五十年代，液压技术很快转入民用工业， 在机床、工程机械、农用机械、汽车、船舶等行业都有很大发展。随着电子技术、伺服技术、空间技术及原子技术的发展，液压技术 被推向更高的水平，应用更广泛的领域，尤其近二十年中，深入到各行各 业中，在工程机械中，如挖掘机、起重机、推土机、压路机、路面铺筑机 械、石油采钻机械等均已采用液压技术并形成系列化产品，同样在其他各 行各业中，液压传动技术也得到广泛应用。三、液压传动的原理液压传动是利
3、用密封工作容积内液体压力势能的变化来传递能量，进行控制。1、液压传动与液力传动的区别：二者均属于液体传动，工作介质为 液体，靠液体来传递能量和进行控制，区别如下：（1）液压传动是利用密封工作容积内液体压力能（既势能）的变化来 传递能量，如：千斤顶。（2）液力传动则是利用液体动能的变化来传递能量，女如偶合器、变矩器。2、静压力：液压传动中所说的压力，都是指静压力。静压力指由于 外力作用的结果，在液体内部产生的压力。它包括两个方面：（1）是液体本 身的自重产生的压力Yh （其中Y为液体比重，h为液体某点至液面的高 度）；（2）液体表面所承受的外力作用P。即：静压力P=Yh + PO3、绝对压力、相
4、对压力、大气压力、真空度（R 二加325R）E庆%&力）22_d卡凹戈駅&一液压传动中所谓压力，在物理学中称为压强。压力有两种表示方法： 一是以零气压为基准所表 示的压力，称为绝对压力； 另一是以当地大气压为基 准所表示的压力，称为相对 压力（也叫表压力）。绝对压力、相对压力、 大气压力、真空度四者之间 的关系如下：绝对压力=大气压力+相对压力（表压力）当绝对压力低于大气压力时，相对压力为负值，此负值在工程机械上 称为真空度，即：真空度=大气压力-绝对压力。（1）液压泵从油箱吸油，就是利用液压泵运转时在吸油管内产生的真 空，依靠油面的大气压力把油压进去的。一般液压油的重度为 0.9xl0-3k
5、g/cm3,因此，若液压泵吸油口能达到完全真空（绝对压力等于零）, 并且吸油管路阻力为零，那么吸油最高可达1 1米；但实际中液压泵吸油口 真空度为0.4-0.5kgf/cm2 （绝对压力不低于0.5-0.6kgf/cm2），且吸油管 且有一定的阻力，故液压泵吸油高度一般不超过1米（要求不超过0.5米）。（2）液体的比重Y为常量，因此液体中某一点的表压力（相对压力） 与它所在位置的深度 h 成正比，在流体力学中常用液柱高度来表示压力的 大小，即：h=P/ Y；贝01标准大气压相当于10.336m水（Y为10-3kgf/cm3） 柱高度的压力，相当于0.760m水银（Y为1.36xl02kgf/c
6、m）柱高度的压力。h =1.013 x105 pa/10-3kgf/cm3=1.013x108 N/m2/9.8x10-6 N/m3=10.336 m=l.0l3 xl05 pa/1.36xl0-2kgf/cm3=0.760m4、液压传动中常用的单位及换算关系(1)力的单位：牛顿(N), 1 N =1 kg.m/s2 , 1 kgf = 9.8 N（2）压力的国际单位：帕（pa）， 1 pa= lN/m2=10-5bar lMpa=l06 pa=l0 bar压力的常用单位为：kgf/cm2,1kgf/cm2的压力可称为一个工程大气 压，而1标准大气压值为1.034kgf/cm2。标准大气压、工
7、程大气压、Mpa三者间关系如下：1标准大气压 = 1.013 x 105 pa=1.034kgf/cm21工程大气压 = 1 kgf/cm2= 9.8N/10-4m2= 0.98 x 105 N/m2=0.98 x 105 pa1Mpa=106pa=10.204 kgf/cm2=9.8692 标准大气压10个标准大气压 1Mpa 10个工程大气压(3) 液体比重的单位：kg f/cma,(4) N/m2、bar、kg f均为沿用单位。5、液压传动的原理(1) 液体静力学方程式：在密闭容器内液体表面施加压力P1,则容 器内任意一点的液体的压力P值为：P=P1+ Y h也即：液体内任意一点静压力等
8、于自由面上的压力加液柱的压力。(2) 帕斯卡定理：在密闭容器内，处于平衡状态下的液体对施加于 它表面的压力，在液体内各个方向等值传递。四、液压传动的组成与作用(以千斤顶为例)个完整的液压系统由五个部分组成，即动力元件、执行元件、控制 元件、附件和液压油。1、动力元件(液压泵)：作用是将原动机的机械能转换成液体的压力 能，指液压系统中的油泵，它向整个液压系统提供动力。液压泵的结构形 式一般有齿轮泵、叶片泵和柱塞泵，它们的性能比较见：附表1所示。泵 体2、杠杆1、活塞a等组成的手油泵即为动力元件。压力控制阀、流量控制阀和方向控制阀。压力控制阀又分为溢流阀 (安全 阀)、减压阀、顺序阀、压力继电器等
9、；流量控制阀包括节流阀、调整阀、 分流集流阀等；方向控制阀包括单向阀、液控单向阀、梭阀、换向阀等。 根据控制方式不同，液压阀可分为开关式控制阀、定值控制阀和比例控制 阀。如图，单向阀5、7 以及放油阀8 即为控制元件。4、辅助元件：包括油箱、滤油器、油管及管接头、密封圈、压力表、 真空表、储能器、油位计、油温计等；从他们对整个液压传动的工作原理 看，起辅助作用，但从保证完成液压系统传递功率的作用看，确非常重要。 如图，油管9、油箱6 等。5、液压油：是液压系统中传递能量的工作介质，有各种矿物油、乳化 液和合成型液压油等几大类。(另作专门介绍)附表 1： 各种液压泵性能比较项目齿轮泵(外啮合)叶
10、片泵斜轴式柱塞泵斜盘式柱塞泵排量(cm3r)1-500平衡式1-350 不平衡式10-230100-10004-500最高压力(MPa)1-25平衡式3.5-40 不平衡式3.5-1421-4021-40最高转速(r/min)900-4000平衡式1200-3000 不平衡式1200-180(750-3600750-3600最高效率(%)70-85平衡式70-90 不平衡式60-7088-9585-92对污染 敏感性不易受污染影响， 随着齿轮的磨损，效 率有所降低对污染较敏感，叶 片磨损时，效率降低 到很小对污染最敏 感，配流盘受损 伤时效率降低对污染最敏感， 配流盘滑靴磨 损时效率降低吸油性
11、能转速 1800r/min 时， 允许吸入真空度为： -26664.4-54328.8Pa (-20-40cmHg)转速 1800r/min 时， 允许吸入真空度为： -13332.2-26664.4Pa (-10-20cmHg)转速1800r/mi时， 允许吸入真空 度为：-3.9997-0P(-3-0cmHg)冋斜轴式柱塞 a泵噪声(dB)额定转速 300r/min 时，噪声83dB额定转速1450-2400r/min 时， 噪声76dB额定转速1450-2400r/min时，噪声87dB额定转速1450 -2400r/min 时， 噪声77dB对过滤精305Oym2030pm1525pm
12、1525pm度要求易出故障 的部位内部摩擦副；支承 轴套端面、齿轮及轴 颈磨损，引起橡胶密 封损坏、泵体内孔及 两侧板磨损。配油盘三角槽极 易堵塞，污染物侵入 摩擦副，发生异常磨 损或卡殆，应注意油 液清洁和吸油通畅， 易出现突发性故障。连杆组件磨 损，连杆球头从 驱动轴球窝中 脱出，功率调节 弹簧失效，两对 摩擦副磨损。所有变量泵 的变量机构，三 对摩擦副磨。五、液压传动的优点和缺点1、液压传动的优点：（1）力的放大，易于大幅度减速，获得较大的力 和力矩。（2）易实现无级变速。（3）操作轻便、安全可靠。（4）能容量大 （即较小的重量和尺寸的液压元件可传递较大的功率）。（5）便于布局，各 液压
13、元件可用管路连接，安装自由度多。（6）自润滑功能，由于液压传动 工作介质本身就是润滑油，因而简化了机械保养，延长了元件寿命。2、液压传动的缺点：（1）液压油的泄漏难以避免。外泄会污染环境并 造成液压油浪费，内泄会降低传动效率并影响传动的平稳性、准确性。（2） 效率低。 （3）随着粘温性的变化，会影响传动机构工作性能。（4）流动 压力损失大，不易远距离传递。（5）加工成本高。六、液压传动系统的形式及性能评价 从不同的角度出发，可以把液压传动系统分成不同的形式。 1、按油液的循环方式，液压传动系统可分为开式系统和闭式系统。（1）开式系统 开式系统是指液压泵从油箱吸油，油经各种控制阀后，驱动液压执行
14、 元件，回油再经过换向阀回油箱。特点：开式系统结构较为简单，可以发挥油箱的散热、沉淀杂质作用， 系统油箱大，油泵自吸性能好；但因油液常与空气接触，使空气易于渗入 系统，导致机构运动不平稳等后果。（2）闭式系统闭式系统中，液压泵的进油管直接与执行元件的回油管相连，工作液 体在系统的管路中进行封闭循环。特点：其结构紧凑，与空气接触机会少，空气不易渗入系统，故传动较 平稳。工作机构的变速和换向靠调节泵或马达的变量机构实现，避免了开式 系统换向过程中所出现的液压冲击和能量损失。但闭式系统较开式系统复 杂，因无油箱，油液的散热和过滤条件较差。为补偿系统中的泄漏，通常需要 一个小流量的补油泵和油箱。由于单
15、杆双作用油缸大小腔流量不等，在工作 过程中会使功率利用下降，所以闭式系统中的执行元件一般为液压马达。2、按系统中液压泵的数目，可分为单泵系统、双泵系统和多泵系统。 3、按所用液压泵形式的不同，可分为定量泵系统和变量泵系统。 变量泵的优点是在调节范围之内，可以充分利用发动机的功率，但其 结构和制造工艺复杂，成本高，可分为手动变量、尽可能控变量、伺服变 量、压力补偿变量、恒压变量、液压变量等多种方式。4、按向执行元件供油方式的不同，可分为串联系统和并联系统。（1）串联系统中，上一个执行元件的回油即为下一个执行元件的进油， 每通过一个执行元件压力就要降低一次。在串联系统中，当主泵向多路阀 控制的各执行元件供油时，只要液压泵的出口压力足够，便可以实现各执 行元件的运动的复合。但由于执行元件的压力是叠加的，所以克服外载能 力将随执行元件数量的增加而降低。（2）并联系统中，当一台液压泵向一组执行元件供油时，进入各执行 元件的流量只是液压泵输出流量的一部分。流量的分配随各件上外载荷的 不同而变化，首先进入外载荷较小的执行元件，只有当各执行元件上外载 荷相等时，才能实现同时动作。全液压传动机械性能的优劣，主要取决于液压传动系统性能的好坏，包括所
