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2、动。二、液压传动的理论基础1.帕斯卡原理(静压传递原理): 在密闭容器中,施加于静止液体上的压力可以等值地传递到液体内各点。2.流体力学三大方臭睬谓诫野辉咱泵琼幼逼操篙鼎窒饲戳肺哮疫餐驻饭相捍拇配锯淹番导衙敏林猎寝盏淖溃利椅乡姿移窒删顽蔫邵平写逛锐豪冯豁捕恨抹竣饱蛆踊圆髓贞芦递恭惮敢副革貉抿赫褂婚冉辛炸墒倚进弛郎止邢讶挺捌孙妹砒衙兵宏翻予笺每馏溜三完粘氰接快障秩充窍侗侧权矗柒猪窟握乏溜鞠罗通蓄通逛贱噬驭娥吃奋浦阑颓梗绘掂倘沼夯晃赂氖拙涩迂挽活嘲室忱页林旋滔弟琼轰毒颤黄为碘卓况借益氟珊轩散犬赘傍抛赎粹贯歧茬仆庆睹勿删臭墨胶羡打甩徐乖时孟矿甫警李周寞嫉瞄箕近赠沙惭孰欺特浆盏耸统饮晌疽巫纪恨岩鞘耿榜
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4、压传动概述一、液压传动的定义以液体压力能来传递动力和运动的传动方式叫液压传动。二、液压传动的理论基础1.帕斯卡原理(静压传递原理): 在密闭容器中,施加于静止液体上的压力可以等值地传递到液体内各点。2.流体力学三大方程:连续性方程它是质量守恒定律在流体力学中的表现形式。伯努利方程伯努利方程是能量守恒定律在流体力学中的表达形式,分为理想液体伯努利方程和实际液体伯努利方程。理想液体伯努利方程:其数学表达式为: 或 式中:、分别是液流截面上的压力、相对某一基准面的位置参数、流速;、分别是液流截面上的压力、相对同一基准面的位置参数、流速。 其物理意义为:做恒定流动的理想液体具有压力能、位能和动能三种形
5、式的能量。在流动过程中,三种能量可以相互转化,但总能量是守恒的。 实际液体的伯努利方程: 其数学表达式为:式中:、的含义均与理想液体伯努利方程相同,、分别为截面和截面上的液流动能修正系数(层流时,湍流时),为单位重量液流从截面到截面的平均能量损耗。液压系统的能量损耗通常表现为压力损失。系统的压力损失通常分为两类:沿程压力损失、局部压力损失。沿程压力损失用表示:,为沿程阻力系数层流时, (金属管)、(橡胶管) ,是判断管道内油液流动状态的雷诺数湍流时,可查液压手册局部压力损失用表示: 为局部阻力系数,可由液压手册查得。是液流平均流速,一般是指局部阻力下游处的流速。动量方程动量方程是动量定理在流体
6、力学中的表达形式。三、液压传动的工作原理液压传动的本质是将原动机的机械能转换为油液的压力能传递后,再通过工作机转换为机械能做功。这就是液压传动的工作原理。四、液压传动的基本特征压力取决于负载;速度取决于流量;力的传递遵循帕斯卡原理;运动的传递遵循质量守恒定律。五、液压系统的基本组成液压系统通常由动力元件、执行元件、控制调节元件和辅助元件四部分组成。六、液压系统常用职能符号这部分虽没有直接介绍,但作为液压从业者,掌握液压系统职能符号应属基本要求。要求大家至少认识:液压泵、液压马达、溢流阀、顺序阀(注意与溢流阀画法的区别)、减压阀、平衡阀、压力继电器、节流阀、调速阀、单向阀、换向阀(应根据“位+通
7、+控制方式+换向阀”命名方式正确说出名称)。第二讲 液压元件及其选择一、液压泵 液压泵是把机械能转换为油液压力能的能量转换装置。1.液压泵基本工作原理 液压泵的基本工作原理就是通过密封工作容积的周期性变化来实现吸油和排油。因此,液压泵又称为容积式泵。2.液压泵的分类按照结构的不同,按照排量是否可调,3.液压泵的共性特征不管何种类型的液压泵,一般都具有两个共性特征:都有周期性变化的密封工作容积,该容积由小变大时吸油,由大变小时排油;都有配流装置,以保证密封工作容积由小到大时只与吸油管接通,密封容积由大到小时只与排油管接通。2.液压泵的特征参数 液压泵的特征参数是压力、流量、功率和效率等。 压力
8、泵的压力有2个:额定压力、工作压力。 额定压力:是指泵在正常工作条件下按试验标准规定连续运转的最高压力。它是一个定值,就是液压泵铭牌上标注的压力。 工作压力:是指泵工作时,输出油液的实际压力。它取决于外负载,随负载的变化而变化。 流量 与泵流量密切相关的基本量是泵的排量,它是在无泄漏的情况下,泵轴转一周所排出的油液体积,用表示。泵的流量有3个:理论流量、实际流量、额定流量 理论流量:泵在无泄漏的情况下,单位时间内所排出的油液体积,用表示。 实际流量:泵工作时实际输出的流量,用表示。 为泵的油液泄漏量,为泵的流量泄漏系数,为泵的输出压力。额定流量:在额定压力和额定转速下,泵的实际输出流量。 液压
9、泵的功率 泵的功率分为输入功率和输出功率。泵的输入功率是电动机等原动机输入泵的功率,是机械功率,用表示。 泵的输出功率是泵实际输出的功率,是液压功率,用表示。 效率 泵的效率有3个:容积效率、机械效率、总效率 容积效率: 机械效率: 是电动机输出的扭矩,也是泵的输入扭矩,称为泵的实际扭矩; 是泵的输入扭矩减去摩擦损耗剩余的用于转换为压力能的扭矩,称为泵的理论扭矩。 总效率:是指泵的输出功率与输入功率之比。 二、液压马达。 液压马达是把油液液压能转变为机械能的能量转换装置。 1.马达的主要参数: 马达的排量、流量和容积效率 排量:在无泄漏的情况下,使马达旋转一周所要输入的油液体积,用表示。 马达
10、的流量分为理论流量和实际流量。 理论流量:在无泄漏的情况下,形成马达指定转速所要输入的油液流量,用表示。 实际流量:马达入口处的流量,用表示。 由于马达存在泄漏,其理论流量与实际流量不等,关系为: ,为马达泄漏量 容积效率:马达理论流量与实际流量之比,用表示。 马达的转速 根据马达排量定义,有: 马达的转矩和机械效率 马达的转矩分为理论转矩和实际转矩。 理论转矩是液压能转化为机械能后尚未输出的转矩,用表示; 理论转矩在输出过程中要磨损消耗才能实际输出,马达实际输出的转矩为其实际转矩,用表示。 马达出口常有回油背压,因此输入马达的液压能只有部分转换为机械能。 设马达入口处压力为,出口压力为,则马
11、达进出口压差为 则有: 马达由于存在摩擦,其实际输出转矩小于理论转矩。 我们把实际扭矩与理论扭矩之比称为马达的机械效率,用表示。 马达的功率和总效率 马达的功率分为输入功率和输出功率。 马达的输入功率是液压功率,用表示; 马达的输出功率是机械功率,用表示。 马达输出功率与输入功率之比称为马达的总效率,用表示。3.内曲线径向柱塞式低速大扭矩马达的功能、结构组成和工作原理 功能 提供低速大扭矩的工作特性。结构组成内曲线径向柱塞式马达主要由定子1、转子2、柱塞4、滚轮5、横梁6、输出轴3、配流轴7等主要零件组成。定子是整体式的,其内表面由六个完全相同的曲面组成,每段曲面凹部的顶点都将曲面分成、两段;
12、输出轴3与转子连接为一体;转子体上有8个沿径向均布的柱塞孔,柱塞4与滚轮5和横梁6组成柱塞组件安放其中;配流轴7固定不动,其上均布12个配流窗口,交替分为两组经轴向孔分别与进、回油口相通,每一组配流窗口都对准曲面或的中间位置。 工作原理 如图,假设段曲面对应的配流窗口通高压油,段曲面对应的配流窗口通低压油。则在图示位置,柱塞一、五处于高压油作用下,柱塞三、七处于回油状态;柱塞二、四、六、八处于过度状态。 柱塞一、五在高压油作用下产生力,通过横梁和滚轮作用于定子内表面,定子给柱塞组件一个反作用力,分解为两个力:一个为与平衡;另一个为,该力经横梁传递给转子,带动输出轴顺时针转动输出扭矩。 处于段曲
13、面上的柱塞都产生转矩,处于段曲面上的柱塞都回油缩回;在、段的连接点处,柱塞腔封闭,即从高压区向低压区过渡或由低压区向高压区过渡。 由于曲面段数小于柱塞数,因此总有柱塞处于段,从而可使马达输出轴连续运转,输出扭矩。此外,这种马达其排量可以很大,因而可以输出较低的速度和较大的扭矩。这就是内曲线径向柱塞式马达的工作原理。 三、液压阀 1.液压阀分类。 按用途(功能)分3种 方向控制阀:用于控制油液流动方向压力控制阀:用于控制和调节系统中油液压力流量控制阀:用于控制和调节系统中油液流量按连接方式分4种管式连接、板式连接、叠加式连接、插装式连接 2.先导式溢流阀组成、工作原理及特点组成它由先导阀和主阀两
14、部分组成。先导阀是一个小规格的直动式溢流阀。主阀由阀体、阀座、阀芯1和回位弹簧3组成。在主阀阀体、主阀芯、导阀上可根据需要加工有阻尼孔。一般有两个作用:使主阀芯前后产生压差,压差产生的液压力使主阀芯开启;产生阻尼作用使阀芯减振。工作原理油液由进油口经主阀芯阻尼孔2流入主阀芯后腔、导阀前腔。当油液压力较小时,导阀前腔的压力油不能顶开导阀,油液无法流动,此时主阀芯前后腔和导阀前腔油液压力相等,都等于溢流阀进口压力。此时主阀芯仅在回位弹簧的作用下压在主阀座上。当油液压力增大,使得作用于导阀前腔的油液足以克服导阀芯的弹簧预紧力时,先导阀打开,一小部分油液经导阀口流回油箱。油液流动过程中,由于阻尼孔2的
15、作用,在主阀芯两侧形成了油液压差。该压差对主阀芯产生一个开启液压力,当它大于主阀芯回位弹簧的预紧力时,主阀芯开启,大部分油液经主阀口溢流。特点导阀调压,主阀溢流。即转动调压手轮6调节导阀调压弹簧5预紧力,可改变溢流阀导阀芯开启压力,决定溢流阀的溢流压力;一但导阀开启,主阀随后也打开,大部分油液经主阀芯处溢流。先导式溢流阀的稳压性能优于直动式溢流阀。但由于先导式溢流阀是二级阀,所以它的灵敏度不及直动式溢流阀。 3.平衡阀的功能油路承受负值负载时,在回油路产生回油背压。第三讲 液压系统回路及计算一、液压基本回路的定义液压基本回路是由若干个液压元件组成的,用以完成特定功能的油路单元。二、调速回路及相
16、关计算1.调速的概念调速是指执行元件运动速度能够连续变化的速度调节控制方式。2.调速回路的分类按照调速方式的不同,调速回路分为:节流调速回路、容积调速回路和容积节流调速回路三类。3.节流调速回路小孔出流规律按照长径比的不同,小孔分为三种: 薄壁小孔出流特性 流量系数,取0.6 通流截面面积 孔口前后压差 短孔出流特性 取0.8细长孔出流特性 这三类孔的出流规律可统一归并为一个公式:节流调速回路的定义及分类定义用定量泵供油,利用流量控制阀控制进入或流出执行元件的流量,以实现调节执行元件运动速度的回路,称为节流调速回路。分类按照流量控制阀在油路中位置的不同,节流调速回路分为:进油节流调速回路、回油
17、节流调速回路和旁路节流调速回路三种。进油节流调速回路节流阀串联在液压缸工作状态的进油路中,用节流阀控制进入液压缸的流量,多余油液通过溢流阀流回油箱。这里需要注意的是:此时溢流阀必须打开溢流,即此时泵的工作压力就是溢流阀的调定压力,且保持不变。 回路的主要性能: 速度负载特性 这即为进油节流调速回路的速度负载特性。这种调速回路油缸运动速度受负载变化影响,这种影响程度通常用速度刚度来评价。速度刚度就是速度负载特性曲线上任意点处斜率的负倒数,用表示。 速度刚度越大,速度负载曲线越平缓,说明油缸运动速度受负载变化影响越小。 ()从速度负载曲线中可以看出,进油节流调速回路适宜于低速轻载工况下工作,此时其
18、速度刚度较大。最大承载能力最大承载能力,它只取决于溢流阀调定压力和油缸有效工作面积,而与节流阀通流面积无关。功率损失和效率节流调速回路的功率损失由两部分组成:节流功率损失、溢流功率损失这种回路由于存在两种功率损失,效率是比较低的,通常不超过40%。调速范围 调速范围是指在某一负载下,回路能得到的最大工作速度和最小工作速度之比,用表示。 为节流阀的调速范围,即进油节流调速回路的调速范围就是所用节流阀的调速范围。旁路节流调速回路节流阀安装在和执行元件并联的旁通油路上就构成了旁路节流调速回路。此时溢流阀是安全阀,处于关闭状态。速度负载特性这种调速回路油缸运动速度也受负载变化影响,其速度刚度这种调速回
19、路在高速重载时速度刚度较高,适于高速重载工况。这是与进、回油节流调速回路不同之处。此外,进、回油节流调速回路工作时,溢流阀开启溢流,泵压恒定;而旁路节流调速回路工作时,溢流阀关闭,泵压随负载变化而变化。这是进、回油节流调速回路与旁路节流调速回路第二点不同之处。所以,旁路节流调速回路又称为变压调速回路,进、回油节流调速回路称为定压调速回路。最大承载能力旁路节流调速回路的最大承载能力与节流阀阀口通流截面面积有关,越大,即油缸速度越低,最大承载能力越小。因此,这种调速回路低速承载能力差。功率损失与效率旁路节流调速回路中的溢流阀只起安全阀作用,调速过程中阀口处于关闭状态。回路只有节流而无溢流功率损失。
20、故此,这种调速回路的效率较进回油节流调速回路要高。该回路高速重载时效率高。调速范围这种调速回路除与节流阀调节范围有关外,还与负载有关。 节流调速回路功率损耗大,效率低,一般用于小功率系统。对于大功率液压系统,常采用容积调速回路进行调速。 4.容积调速回路 容积调速回路的工作原理容积调速回路的工作原理是通过改变回路中变量泵或变量马达的排量来调节执行元件的运动速度。 由于该回路中没有节流损失和溢流功率损失,故效率较高,可用于大功率液压系统。容积调速回路分类容积调速回路按照执行元件的不同,分为泵缸式和泵马达式两类。泵马达式容积调速回路 泵马达式容积调速回路有三种组合:变量泵定量马达式容积调速回路这种
21、调速回路,由于调速过程中转矩不变,因而又称为恒转矩调速回路。这种调速回路的调速范围很大,一般可达若回路中泵可双向变量,马达可双向作用时,马达可实现平稳换向转动。定量泵变量马达式容积调速回路这种调速回路,由于调速过程中马达输出功率不变,因而又称为恒功率调速回路。这种回路不能调的过小,否则过小不能克服摩擦扭矩而带动负载转动。所以,这种回路的调速范围很小,变量泵变量马达式容积调速回路。这种调速回路的调速过程分两个阶段:低速阶段将马达排量固定在最大值上(相当于一个定量马达),调节变量泵排量从小到大,直到泵排量最大。这一调速过程中,马达转速随泵排量变大而上升,为等转矩调速过程。高速阶段将泵的排量固定在最
22、大值上(相当于定量泵),调节马达排量从大到小。这一调速过程中,马达转速随马达排量变小而继续上升,直到允许的最高转速为止。该阶段为恒功率调速过程。这种回路调速范围很大,等于泵调速范围和马达调速范围之积。,可达100这种回路适于大功率液压系统。容积调速回路因不存在节流和溢流损失,因而效率高发热少,对功率利用较为合理。三、热平衡计算 1.系统发热的主要原因 主要由液压泵和执行元件以及各类液压阀功率损失造成,油液流过元件产生压力降导致了系统油液的温升。 2.系统热平衡计算的基本原理 当系统发热功率与散热功率相等时,系统达到热平衡,此时系统温升即为系统最大温升。3.系统发热功率的计算工作循环计算法可按下
23、式计算: 这里需要注意的是工作循环时间的确定。机床液压系统,工作循环时间可由整机实际动作循环确定;工程机械,其工作循环时间应按照相关规范给出的当量工作循环确定。 4.最大温升计算 系统达到热平衡时,温升为系统最大温升。 四、行走回路计算 这部分内容只要求了解性理解,不做考试要求。练习题一、计算题1.设液压泵转速为,排量,在额定压力29.5mpa和同样转速下,测得的实际流量为150l/min,额定工况下的总效率为0.87,试求:泵的理论流量;(159.6l/min) 泵的容积效率(0.94)泵在额定工况下的输入功率;(84.77kw) 驱动泵的转矩。(853nm)2.如图所示为变量泵和定量马达系
24、统。低压辅助油泵使变量泵的吸油管和马达出口压力保持在,变量泵的最大排量,转速,机械效率容积效率,;马达排量,容积效率,机械效率。不计管道损失,当马达的输出转矩为,转速为时,试求: 变量泵的排量;(9.36ml/r)变量泵的工作压力;(5.98mpa)马达的输入功率。(840w)二、简答题1.简述液压传动的定义及其基本特征2.简述理想液体伯努利方程的物理意义3.说明先导式溢流阀中主阀芯上的阻尼孔和导阀前腔的阻尼孔各有什么作用?4.进油节流调速回路实现调速的前提条件是什么?该回路的功率损失有哪些?5.溢流阀在系统安装位置的不同可能会有多种作用,你能否给出3种以上并做出简单说明。6.给出下列元件职能
25、符号名称 7.工作循环法如何计算系统发热功率,公式中各参数的含义是什么?三、综合题图式液压系统可实现快进工进快退停止(卸荷)工作循环。液压缸无杆腔有效面积、有杆腔有效面积,阀9调定压力为5mpa,阀1调定压力为0.3mpa,泵输出流量为40l/min,工进时负载为45000n。快进快退时阻力可以忽略,不计一切损失。(节流阀阀口按薄壁孔计,取,)1.说出标号1、2、4、7、8、8、10元件的名称及在该系统中的作用;12345678910112.给出快进的走油路线(包括进、回油),计算快进时油缸的工作速度;(0.13m/s)3.工进时液压缸进油压力是多少?(4.65mpa)4.若工进时节流阀通流截面,根据计算判断工进时阀9是否开启;(开启)5.工进过程中该系统的最大承载能力是多少?(48.5kn)6.若泵的总效率为0.85,理论上该系统驱动电机的功率至少应为多少?(3.9kw)试题类型一、填空题(10个20分)二、判断正误(10个20分)三、简答题(2题20分)四、计算题(1题20分)五、综合题(1题20分) 其中填空、判断正误题均在复习提纲中标红内容中说明:泵和马达相关参数的计算、调速回路的相关计算、热平衡计算是液压系统设计计算的主要内容,希望大家切实掌握相关公式和计算方法。涟乞啪良扣怂落愈牌红握潘恳运逢弦忱透涵层凭散狈菲蹿辕诞跪涩谩例
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