液压传动基础知识PPT演示课件

1,二OO七年十一月,目录,一、液压传动原理及工作特征二、工作介质液压油三、液压泵四、液压缸五、液压控制阀六、辅助元件七、液压基本回路,2,二OO七年十一月,第一章液压传动的原理及特征,原理：液压传动是以液压油为工作介质进行能量传递和控制的一种传动方式。他通过各种元件组成不同功能的基本回路，再由若干基本回路有机地组合成具有一定控制功能的传动系统。液压传动的主要组成：1、能源装置：把机械能转换成液体压力能的装置液压泵。2、执行元件：将液体压力能转换成机械能的元件液压缸，液压马达。,3,二OO七年十一月,3、控制元件：通过对液体的压力、流量、方向控制，改变执行元件的运动速度、方向、作用力等的元件阀类元件。4、辅助元件：上述三部分以外的其他元件油箱、过滤器、管路、接头和密封等。,4,二OO七年十一月,液压传动过程：机械能(电动机)液体压力能(液压泵)机械能(液压缸，液压马达),5,二OO七年十一月,液压传动的存在以下优点：1、液压元件的布置不受严格的空间位置限制，系统中各部分用管道连接，布局安装有很大的灵活性，能构成用其他方法难以完成的复杂系统；2、可以在运行过程中实现大范围的无级调速，调速范围可达2000:1；3、液压传动传递运动均匀平稳，易于实现快速启动、制动和频繁换向；4、操作控制方便、省力，易于实现自动控制、中远程距离控制、过载保护；5、液压元件属于机械工业基础件，标准化、系列化和通用化程度较高，有利于缩短机器的设计制造周期和降低成本。,液压传动的优缺点,6,二OO七年十一月,液压传动的存在以下缺点：1、在传动过程中，能量需两次转换，传动效率偏低（传动比不固定）；2、由于传动介质的可压缩性和泄露等因素影响，不能严格保证定比传动（噪音大）；3、液压传动性能对温度比较敏感，不能在高温下工作，过热会降低其工作效率或损坏设备；4、液压元件制造精度高（价格高），系统工作过程中发生故障不易诊断（维修人员的技能水平要求高）。总的来说液压传动的优点是主要的，其缺点会随着科技的不断发展得到克服。将液压传动与气压传动、电力传动、机械传动合理联合运用，进一步发挥各自优点，相互补充，弥补各自不足之处。,液压传动的优缺点,7,二OO七年十一月,第二章工作介质液压油,液压传动系统中传递能量的介质，润滑、防止锈蚀、冲洗系统内污染物并带走热量。,第一节液压油的物理性质,1.密度单位体积液体具有的质量,2.可压缩性,可压缩性：液体受压力作用而使体积减小的性质。体积为V的液体，当压力增大p时，体积减小V，液体在单位压力变化下的体积相对变化量为,k液体的体积压缩系数。,压力增大时，液体的体积减小，即p与V的符号相反，为保证k为正值，在式右边加负号。,8,液体的体积压缩系数k的倒数称为液体的体积弹性模量，以K表示。,K表示液体产生单位体积相对变化量所需要的压力增量。常温下，液压油的体积弹性模量K=(1.42)103MPa，数值很大，一般认为液体是不可压缩的。若工作液体中混入空气，其抗压缩能力会显著下降，并将严重影响液压系统的工作性能。,9,3.粘度液体流动时，液体与固体壁面之间的附着力和液体分子间的内聚力的作用，导致液体分子间产生相对运动，在液体内部产生内摩擦力液体的粘性。,液体流动时相邻液层间的内摩擦力F与液层接触面积A成正比，与液层间的速度梯度成正比。,10,液体粘性的内摩擦系数，称为动力粘度；,液层间单位面积上的内摩擦力。,牛顿液体内摩擦定律,静止液体中，速度梯度=0内摩擦力=0静止液体不呈现粘性，液体只有在流动时才显示出粘性。,11,粘性的大小用粘度表示，常用粘度有动力粘度、运动粘度和相对粘度。,1)动力粘度,(绝对粘度),根据牛顿液体内摩擦定律,动力粘度的物理意义：液体在单位速度梯度下流动时，流动液层间单位面积上的内摩擦力。单位：Ns/m2或Pas,12,2)运动粘度,动力粘度与液体密度的比值运动粘度,运动粘度单位：m2/s，mm2/s1m2/s=106mm2/s规定：采用40时油液的运动粘度平均值表示液压油牌号。N32号液压油在40时运动粘度平均值为32mm2/s。,13,3)相对粘度(条件粘度)采用特定粘度计在规定的条件下测量出来的粘度。测量条件不同，各国所用相对粘度不同。中国、德国和俄罗斯等采用恩氏粘度。,将200mL被测液体装入恩氏粘度计中，在某一温度下，测出液体经容器底部直径为2.8mm小孔流尽所需的时间t1，与同体积的蒸馏水在20时流过同一小孔所需的时间t2的比值被测液体在该温度下的恩氏粘度。,14,4)恩氏粘度与运动粘度关系,5)粘度与温度关系液体的粘度随温度变化的性质粘温特性。粘温特性较好的液体，粘度随温度的变化较小温度变化对液压系统性能的影响较小。粘度和温度关系用粘温图查找。,6)粘度与压力关系液体所受压力增大时，其分子间的距离将减小，内摩擦力增大，粘度随之增大。一般液压系统压力在20MPa以下时，压力对粘度的影响不大，可以忽略不计。压力较高或压力变化较大时，粘度变化不容忽视。,15,二、对工作液体的要求,在采掘机械液压系统中，工作液体的温度变化较大(4080)，工作压力一般在1225MPa之间，甚至在32MPa以上(如液压支架)，而且井下环境污染严重。因此，对工作液体有如下要求：1较好的粘温特性使工作液体在较大的温度变化范围内粘度变化尽量小，以保持液压传动系统工作的稳定性；2良好的抗磨性能(即润滑性能)抗磨性是指减少液压元件零部件磨损的能力。工作液体的润滑性愈好，油膜强度愈高，抗磨性就愈好。采掘机械液压系统压力高，载荷大，而且还受冲击载荷，所以必须要用抗磨性好的液压油；,16,3抗氧化性好工作液体抵抗空气中氧化作用的能力工作液体被氧化后粘度会发生变化，酸值增加，使系统工作性能变坏。工作液体温度越高，越易被氧化，所以采掘机械中规定液压系统温度不超过70，短期不超过80；,4良好的防锈性矿物油与水接触时，延缓金属锈蚀过程的能力采掘机械工作条件潮湿，并且冷却喷雾系统的水容易进入油箱，必须使工作液体有良好的防锈性；,5良好的抗乳化性矿物油与水接触时，抵抗它们生成乳化液的能力以矿物油为工作介质的液压系统中，当系统内进入水后，在液压元件的剧烈搅动下，就与工作液体形成乳化液，使工作液体变质，产生腐蚀性沉淀物，从而降低其润滑性、防锈性和工作寿命；,17,6抗泡沫性能好当液体内混入气体时，液体内不易生成微小的气泡或泡沫；即使生成了微小的气泡或泡沫，它也会迅速长大成大气泡而升出液面自行破灭。工作液体中混入空气，对液压系统工作性能影响很大。气体会使系统动态性能变坏，产生气穴、气蚀现象。,在液压系统中，当流动液体某处的压力低于空气分离压力时，原先溶解在液体中的空气就会游离出来，使液体中产生大量气泡，这种现象称为气穴现象。因气穴而对金属表面产生腐蚀的现象称为气蚀。气穴多发生在阀口和液压泵进口处阀口的通道狭窄，流速增大，该处的压力大幅度下降，以致产生气穴。泵安装高度过大，吸油管直径太小，吸油阻力大，过滤器阻塞、油液粘度等因素影响，造成泵进口处的真空度过大，亦会产生气穴,18,7经济性液压系统中工作液体的经济性具有普遍性，在选用时既要符合性能要求，又要照顾价格。如在采煤工作面液压支架中的工作液体，由于使用量极大，一般采用比较廉价的乳化液作为工作液体。,减少气穴现象的措施：1)减小小孔或缝隙处的压力降，一般希望小孔或缝隙前后的压力比3.5。2)降低液压泵的吸油高度，适当加大吸油管内径，限制吸油管的流速，及时清洗过滤器。对高压泵可采用辅助泵供油3)管路要有良好的密封，防止空气进入。4)对容易产生气蚀的元件，如泵的配流盘等，要采用抗腐蚀能力强的金属材料，增强元件的机械强度。,19,为适应液压技术的发展，经精炼的矿物油中加入各种改善性能的添加剂抗氧化、抗泡沫、抗磨损、防锈以及改进粘度指数的添加剂等，以提高其使用性能，这些工作液体又分为普通工作液体、抗磨工作液体，如32、46普通工作液体和68抗磨工作液体等。正确而合理地选用和维护工作液体，对于液压系统达到设计要求、保障工作能力、满足环境条件、延长使用寿命、提高运行可靠性、防止事故发生等方面都有重要影响注：机械油、汽轮机油和柴油机油均属机械传动中的润滑油，将润滑油用于液压传动中是不合理的。,第二节液压油的要求和选用,20,1液压油的选择液压油的选择包含品种和粘度两个方面，通常包含四个基本步骤：(1)列出液压系统对工作液体性能变化范围的要求：粘度、密度、体积模量、饱和蒸气压、空气溶解度、温度界限、压力界限、阻燃性、润滑性、相容性、污染性等；(2)查阅产品说明书，选出符合或基本符合上述各项要求的工作液体品种；(3)进行综合、权衡，调整各方面的要求和参数；(4)与供货厂商联系，最终决定所采用的合适工作液体。,21,选择工作液体时要考虑的因素,22,在液压系统所有元件中，液压泵的工作条件最为严格，不但压力、转速和温度高，而且工作液体在被液压泵吸入和排出时要受到剪切作用，所以一般根据液压泵的要求来确定工作液体的粘度。在选择工作液体的粘度时，还应考虑环境温度、系统工作压力、执行元件运动类型和速度以及泄漏量等因素。当环境温度高、压力高，往复运动或旋转运动速度低时，或泄漏量大，而运动速度不高时，宜采用粘度较高的工作液体，以减少系统泄漏；当环境温度低、压力低，往复运动或旋转运动速度高时，宜采用粘度低的工作液体，以减少液流功率损失。,23,第二节液压油的要求和选用,几种常见液压油质量标准,24,2液压油的使用和维护选择合适的液压油仅是保障液压系统正常工作的先决条件，而要保持液压装置长期高效而可靠地运行，则必须对液压油进行合理的使用和正确的维护。,液压油的维护关键是控制污染。实际工作当中，液压油被污染是系统发生故障的主要原因，它严重影响着液压系统的可靠性及元件的寿命。,25,(1)固体颗粒会加速元件磨损，堵塞缝隙及过滤器，使液压泵和阀性能下降，产生噪声(2)水侵人液压油会加速工作液体的氧化，并与添加剂起作用产生粘性胶质，堵塞滤心(3)空气的混入会降低工作液体的体积模量，引起气蚀，降低润滑性能(4)溶剂、表面活性化合物等化学物质使金属腐蚀(5)微生物的生成使工作液体变质，降低润滑性能，加速元件腐蚀。对高水基工作液体的危害更大,2)污染原因液压装置组装时残留下来的污染物，主要有切屑、毛刺、型砂、磨粒、焊渣、铁锈等；从周围环境混入的污染物，主要有空气、尘埃、水滴等；在工作过程中产生的污染有金属微粒、锈斑、涂料和密封件的剥离片、水分、气泡以及工作液体变质后的胶状生成物等,26,3)工作液体的污染控制措施：(1)严格清洗元件和系统液压元件在加工的每道工序后都应净化，装配后再仔细清洗，以清除在加工和组装过程中残留的污染物。系统在组装前，先清洗油箱和管道，组装后再进行全面彻底的冲洗；,(2)防止污染物从外界侵入在贮存、搬运及加工的各个阶段都应防止工作液体被污染。工作液体必须经过过滤器注入系统。设计时可在油箱呼吸孔上装设空气滤清器或采用密封油箱，防止运行时尘土、磨料和冷却物侵入系统。另外，在液压缸活塞杆端应装防尘密封，并经常检查定期更换；(3)采用高性能的过滤器这是控制工作液体污染度的重要手段，它可使系统在工作中不断滤除内部产生的和外部侵入的污染物。过滤器必须定期检查、清洗和更换滤芯；,27,(4)控制工作液体的温度工作液体的抗氧化、热稳定性决定了其工作温度的界限。因此，液压装置必须设立良好的散热条件，使工作液体长期处在低于它开始氧化的温度下工作。一般液压系统的工作温度最好控制在65以下；(5)保持系统所有部位良好的密封性空气侵入系统将直接影响工作液体的物理化学性能。一旦发生泄漏，应立即排除；(6)定期检查和更换工作液体每隔一定时间，对系统中的工作液体进行抽样分析。如发现污染度已超过标准，必须立即更换。在更换新工作液体前，整个系统必须先清洗。,28,第四章液压泵,液压泵作为液压系统的动力元件，将原动机（电机、柴油机）输出的机械能(输出轴上的转矩T和角速度w的乘积)转变为液压能(液压泵的输出压力p和输出流量q的乘积)的能量转换装置，为系统提供一定流量和压力的油液，以推动执行元件工作。,第一节液压泵概述,29,单柱塞泵组成：偏心轮、柱塞、弹簧、缸体、两个单向阀。柱塞与缸体孔之间形成密闭容积。柱塞直径为d，偏心轮偏心距为e。偏心轮旋转一转，柱塞上下往复运动一次，向下运动吸油，向上运动排油。,泵每转一转排出的油液体积称为排量，排量只与泵的结构参数有关。V=Sd2/4=ed2/2,单柱塞泵工作原理图,30,液压泵工作原理归纳如下：1.具有密封而又可以变化的容积液压泵必须具备的基本结构；2.具有隔离吸排液腔(隔离低压和高压液体)的装置配流装置；3.油箱内的工作液体具有不低于一个大气压的绝对压力。,31,液压泵类型按构成密封而可变化容积的零件结构形状分：齿轮泵、叶片泵和柱塞泵等。按其每转一转所能输出油液体积可否调节分：定量泵和变量泵。,一个三角形尖头向外，表示单向定量排液;单向定量泵两个三角形代表双向定量泵；450斜箭头代表变量泵。,液压泵图形符号,32,第二节液压泵技术性能参数,一、排量、流量和容积效率,排量：液压泵主轴每旋转一周所排出的液体体积。,理论排量V(不计泄漏)，单位mL/r排量可以调节变量泵，固定不变定量泵。排量的大小仅与泵的几何尺寸有关。,平均理论流量qt：泵在单位时间内理论上排出的油液体积，qt=nV，单位m3/s或L/min。实际流量q：泵在单位时间内实际排出的油液体积。泵出口压力0时，存在泄漏流量qq=qt-q,33,瞬时理论流量qsh：任一瞬时理论输出的流量，一般泵的瞬时理论流量是脉动的，即qshqt。额定流量qn：泵在额定压力、额定转速下允许连续运转的流量。容积效率VV=q/qt=(qtq)/qt=1-q/qt=1-kp/nV式中，k为泄漏系数。液压泵内零件间的间隙很小，泄漏油液的流态可以看作是层流泄漏量和液压泵工作压力成正比。柱塞泵V=0.850.98,叶片泵V=0.80.95,齿轮泵V=0.90.95,34,二、压力和转速,额定压力：泵在额定转速和最大排量下能连续运转的工作压力。工作压力：在实际工作中输出油液的压力值(泵出口处的压力值)。最大压力：在短时间内超载所允许的极限压力。实际压力：大小取决于执行元件的负载。,额定转速nn：额定压力下能连续长时间正常运转的最高转速。最高转速nmax：额定压力下允许短时间运行的最高转速。最低转速nmin：正常运转允许的最低转速。转速范围：最低转速和最高转速之间的转速。,转速：齿轮泵：10001800r/min叶片泵：10001800r/min轴向柱塞泵：10002200r/min,35,三、输出功率、输入功率和总效率,已知输出压力p，流量q，实际输出功率,理论输出功率,36,输出压力p、流量q时，所需电动机功率,p泵的实际工作压力,Pa;q泵的实际工作流量,m3/s,考虑到电机本身效率并使电机容量有一定裕度，实际所选电机功率应当大于此计算值.,液压泵总效率值柱=0.80.9齿=0.60.8叶=0.750.85,37,第三节齿轮泵,齿轮泵利用齿轮啮合原理工作。根据啮合形式不同分外啮合齿轮泵和内啮合齿轮泵。,1、工作原理,传动轴带动主动齿轮转动时，在啮合点逐渐脱开的一侧容积增大，经吸液口吸入油液，利用两齿轮的齿谷将油液带至啮合点另一侧。轮齿逐渐进入啮合使容积变小油液挤出排液口。齿轮不断运转，实现连续吸、排油液。,组成：一对几何参数完全相同的齿轮，齿宽为B，齿数为z泵体，前后盖板，长短轴。,38,2.排量和流量,齿轮泵理论排量，齿轮分度圆直径、轮齿有效工作高度、齿宽、模数。,mL/r,近似计算认为排量等于两个齿轮的齿槽容积之和。,流量,，,齿轮泵的流量不均匀，具有脉动性，且齿数愈少，流量的脉动性愈严重。设qmax，qmin表示最大、最小瞬时流量，流量脉动率,39,3.困油现象,困油现象产生原因齿轮重迭系数1，在两对轮齿同时啮合时，它们之间将形成一个与吸、压油腔均不相通的闭死容积，此闭死容积随齿轮转动其大小发生变化，先由大变小，后由小变大。困油现象危害闭死容积由大变小时油液受挤压，导致压力冲击和油液发热，闭死容积由小变大时，会引起汽蚀和噪声。,40,4.径向不平衡液压力齿轮泵工作原理知，排液腔侧压力高，吸液腔侧压力低齿轮从吸液腔至排液腔沿齿轮顶圆的压力分布，近似认为逐渐升高齿轮和轴承受不平衡径向液压力P(压力越高，P越大)增加从动齿轮轴及轴承负荷轴承提前损坏。,41,液压径向力的平衡措施之一：通过在盖板上开设平衡槽，使其分别与低、高压腔相通，产生一个与液压径向力平衡的作用。平衡径向力的措施都是以增加径向泄漏为代价。,齿轮顺利转动侧面(轴向)和顶圆(径向)与泵体之间留有间隙泄漏。减少泄漏量，泵体内开挖通道，将泄漏油液直接从内部引向泵进液口。,42,泄漏与间隙补偿措施齿轮泵存在端面泄漏、径向泄漏和轮齿啮合处泄漏。端面泄漏占8085。端面间隙补偿采用静压平衡措施：在齿轮和盖板之间增加一个补偿零件，如浮动轴套或浮动侧板，在浮动零件的背面引入压力油，让作用在背面的液压力稍大于正面的液压力，其差值由一层很薄的油膜承受。,43,第四节柱塞泵,原理：利用柱塞往复运动，改变柱塞缸内的容积实现吸、排油液。加工方便，压力和容积效率高。根据柱塞排列形式分轴向柱塞泵、径向柱塞泵,44,柱塞沿径向放置的泵称为径向柱塞泵。柱塞轴向布置的泵称为轴向柱塞泵。,45,二、柱塞泵排量计算,柱塞直径d，柱塞行程h，偏心距e，柱塞数Z，柱塞分布圆直径D，主轴盘球铰分布圆直径D1，柱塞排数Y，斜盘或摆缸的倾角,46,配流轴式径向柱塞泵,工作原理缸体均布有奇数柱塞孔，柱塞底部空间为密闭工作腔。柱塞头部滑履与定子内圆接触。定子与缸体存在偏心。配流轴传动轴,47,第五节选择液压泵的原则,是否要求变量径向柱塞泵、轴向柱塞泵、单作用叶片泵可以是变量泵。工作压力柱塞泵压力31.5MPa；叶片泵压力6.3MPa，高压化以后可达16MPa；齿轮泵压力2.5MPa，高压化以后可达21MPa。工作环境齿轮泵的抗污染能力最好。噪声指标低噪声泵有内啮合齿轮泵、双作用叶片泵和螺杆泵，双作用叶片泵和螺杆泵的瞬时流量均匀。效率轴向柱塞泵的总效率最高；同一结构的泵，排量大的泵总效率高；同一排量的泵在额定工况下总效率最高。,48,执行元件带动工作机构实现直线往复运动或回摆运动。,第四