液压与气动技术教案7-1

项目九认识液压传动项目十认识液压泵Ⅰ、引入新课液压传动在生活、工业生产中的应用录像。Ⅱ、讲授新课一、液压传动的工作原理及其组成1、液压传动的工作原理液压传动的工作原理，可以用一个液压千斤顶的工作原理来说明。图1-1液压千斤顶工作原理图1—杠杆手柄2—小油缸3—小活塞4，7—单向阀5—吸油管6，10—管道8—大活塞9—大油缸11—截止阀12—油箱图1-1是液压千斤顶的工作原理图。大油缸9和大活塞8组成举升液压缸。杠杆手柄1、小油缸2、小活塞3、单向阀4和7组成手动液压泵。如提起手柄使小活塞向上移动，小活塞下端油腔容积增大，形成局部真空，这时单向阀4打开，通过吸油管5从油箱12中吸油；用力压下手柄，小活塞下移，小活塞下腔压力升高，单向阀4关闭，单向阀7打开，下腔的油液经管道6输入举升油缸9的下腔，迫使大活塞8向上移动，顶起重物。再次提起手柄吸油时，单向阀7自动关闭，使油液不能倒流，从而保证了重物不会自行下落。不断地往复扳动手柄，就能不断地把油液压入举升缸下腔，使重物逐渐地升起。如果打开截止阀11，举升缸下腔的油液通过管道10、截止阀11流回油箱，重物就向下移动。这就是液压千斤顶的工作原理。通过对上面液压千斤顶工作过程的分析，可以初步了解到液压传动的基本工作原理。液压传动是利用有压力的油液作为传递动力的工作介质。压下杠杆时，小油缸2输出压力油，是将机械能转换成油液的压力能，压力油经过管道6及单向阀7，推动大活塞8举起重物，是将油液的压力能又转换成机械能。大活塞8举升的速度取决于单位时间内流入大油缸9中油容积的多少。由此可见，液压传动是一个不同能量的转换过程。2、液压传动的特点及应用液压传动之所以能得到广泛的应用，是由于它具有以下的主要优点：(1)由于液压传动是油管连接，所以借助油管的连接可以方便灵活地布置传动机构，这是比机械传动优越的地方。例如，在井下抽取石油的泵可采用液压传动来驱动，以克服长驱动轴效率低的缺点。由于液压缸的推力很大，又加之极易布置，在挖掘机等重型工程机械上，已基本取代了老式的机械传动，不仅操作方便，而且外形美观大方。(2)液压传动装置的重量轻、结构紧凑、惯性小。例如，相同功率液压马达的体积为电动机的12%～13%。液压泵和液压马达单位功率的重量指标，目前是发电机和电动机的十分之一，液压泵和液压马达可小至0.0025N/W(牛/瓦),发电机和电动机则约为0.03N/W。(3)可在大范围内实现无级调速。借助阀或变量泵、变量马达，可以实现无级调速，调速范围可达1∶2000，并可在液压装置运行的过程中进行调速。(4)传递运动均匀平稳，负载变化时速度较稳定。正因为此特点，金属切削机床中的磨床传动现在几乎都采用液压传动。(5)液压装置易于实现过载保护——借助于设置溢流阀等，同时液压件能自行润滑，因此使用寿命长。(6)液压传动容易实现自动化——借助于各种控制阀，特别是采用液压控制和电气控制结合使用时，能很容易地实现复杂的自动工作循环，而且可以实现遥控。(7)液压元件已实现了标准化、系列化和通用化，便于设计、制造和推广使用。液压传动的缺点是：(1)液压系统中的漏油等因素，影响运动的平稳性和正确性，使得液压传动不能保证严格的传动比。(2)液压传动对油温的变化比较敏感，温度变化时，液体粘性变化，引起运动特性的变化，使得工作的稳定性受到影响，所以它不宜在温度变化很大的环境条件下工作。(3)为了减少泄漏，以及为了满足某些性能上的要求，液压元件的配合件制造精度要求较高，加工工艺较复杂。(4)液压传动要求有单独的能源，不像电源那样使用方便。(5)液压系统发生故障不易检查和排除。总之，液压传动的优点是主要的，随着设计制造和使用水平的不断提高，有些缺点正在逐步加以克服。液压传动有着广泛的发展前景。液压传动系统的应用驱动机械运动的机构以及各种传动和操纵装置有多种形式。根据所用的部件和零件，可分为机械的、电气的、气动的、液压的传动装置。经常还将不同的形式组合起来运用——四位一体。由于液压传动具有很多优点，使这种新技术发展得很快。液压传动应用于金属切削机床也不过四五十年的历史。航空工业在1930年以后才开始采用。特别是最近二三十年以来液压技术在各种工业中的应用越来越广泛。在机床上，液压传动常应用在以下的一些装置中：1.进给运动传动装置磨床砂轮架和工作台的进给运动大部分采用液压传动；车床、六角车床、自动车床的刀架或转塔刀架；铣床、刨床、组合机床的工作台等的进给运动也都采用液压传动。这些部件有的要求快速移动，有的要求慢速移动。有的则既要求快速移动，也要求慢速移动。这些运动多半要求有较大的调速范围，要求在工作中无级调速；有的要求持续进给，有的要求间歇进给；有的要求在负载变化下速度恒定，有的要求有良好的换向性能等等。所有这些要求都是可以用液压传动来实现的。2.往复主体运动传动装置龙门刨床的工作台、牛头刨床或插床的滑枕，由于要求作高速往复直线运动，并且要求换向冲击小、换向时间短、能耗低，因此都可以采用液压传动。3.仿形装置车床、铣床、刨床上的仿形加工可以采用液压伺服系统来完成。其精度可达0.01～0.02mm。此外，磨床上的成形砂轮修正装置亦可采用这种系统。4.辅助装置机床上的夹紧装置、齿轮箱变速操纵装置、丝杆螺母间隙消除装置、垂直移动部件平衡装置、分度装置、工件和刀具装卸装置、工件输送装置等，采用液压传动后，有利于简化机床结构，提高机床自动化程度。5.静压支承重型机床、高速机床、高精度机床上的轴承、导轨、丝杠螺母机构等处采用液体静压支承后，可以提高工作平稳性和运动精度。液压传动在其他机械工业部门的应用情况见表1-1所示。表1-1液压传动在各类机械行业中的应用实例行业名称应用场所举例工程机械挖掘机、装载机、推土机、压路机、铲运机等起重运输机械汽车吊、港口龙门吊、叉车、装卸机械、皮带运输机等矿山机械凿岩机、开掘机、开采机、破碎机、提升机、液压支架等建筑机械打桩机、液压千斤顶、平地机等农业机械联合收割机、拖拉机、农具悬挂系统等冶金机械电炉炉顶及电极升降机、轧钢机、压力机等轻工机械打包机、注塑机、校直机、橡胶硫化机、造纸机等汽车工业自卸式汽车、平板车、高空作业车、汽车中的转向器、减振器等智能机械折臂式小汽车装卸器、数字式体育锻炼机、模拟驾驶舱、机器人等二、液压油液压油就是利用液体压力能的液压系统使用的液压介质，在液压系统中起着能量传递、系统润滑、防腐、防锈、冷却等作用。对于液压油来说，首先应满足液压装置在工作温度下与启动温度下对液体粘度的要求，由于油的粘度变化直接与液压动作、传递效率和传递精度有关，还要求油的粘温性能和剪切安定性应满足不同用途所提出的各种需求。液压油的种类繁多，分类方法各异，长期以来，习惯以用途进行分类，也有根据油品类型、化学组分或可燃性分类的。这些分类方法只反映了油品的挣注，但缺乏系统性，也难以了解油品间的相互关系和发展。品种选择根据工作环境和工况条件选择液压油的品种在选用液压设备所使用的液压油时，应从工作压力、温度、工作环境、液压系统及元件结构和材质、经济性等几个方面综合考虑和判断。环境因素有：地上、地下、室内、野外、沿海、寒区、高温、明火。使用工况：泵的类型、压力、温度、材质、密封材料、运行时间。油品性质：理化性能特点。经济性：使用时间、换油期、价格。工作压力主要对液压油的润滑性即抗磨性提出要求。高压系统的液压元件特别是液压泵中处于边界润滑状态的摩擦副，由于正压力加大，速度高而使摩擦磨损条件较为苛刻，必须选择润滑性即抗磨性、极压性优良的HM油。按液压系统和油泵工作压力选用液压油，压力<8MPa用L—HH、L—HL（叶片泵则用L-HM），压力8-16MPa用L—HL、L—HM、L—HV，压力>16MPa用L—HM、L—HV液压油。液压系统的工作压力一般以其主油泵额定或最大压力为标志。工作温度系指液压系统液压油在工作时的温度，其主要对液压油的粘温性和热安定性提出要求，工作温度-10-90℃用L－HH、L－HL、L－HM液压油、低于-10℃用L－HV、L－HS，工作温度>90℃选用优质的L－HM、L－HV、L－HS。环境温度和操作温度一般关系为：液压设备在车间厂房，正常工作温度比环境温度高15－25℃；液压设备在温带室外，高25－38℃；在热带室外日照下，高40－工作环境一方面要考虑液压设备工作的环境是室内还是室外，地下或水上，以及是否处于冬夏温差大的寒区、内陆沙漠区等工作环境；另一方面若液压系统靠近300℃以上高温的表面热源或有明火场所，就要选用难燃液压油。按使用温度及压力选择难燃液压油：高温热源或明火附近，压力在7MPa以下、温度<50℃用L－HFAE，L－HFAS；压力7－14MPa、温度<60℃用L－HFB、L－HFC；压力7－14MPa、温度50－80℃类型选择①根据摩擦副的形式及其材料根据摩擦副的形式及其材料。叶片泵的叶片与定子面与油接触在运动中极易磨损，其钢－钢的摩擦副材料，适用于以ZDDP（二烷基二硫代磷酸锌）为抗磨剂的L－HM抗磨液压油；柱塞泵的缸体、配油盘、活塞的摩擦形式与运动形式也适于使用HM抗磨液压油，但柱塞泵中有青铜部件，由于此材质部件与ZDDP作用产生腐蚀磨损，故有青铜件的柱塞泵不能使用以ZDDP为添加剂的HM抗磨液压油。同时，选用液压油还要考虑其与液压系统中密封材料相适应。一般叶片泵可选用含锌型抗磨液压油，柱塞泵最好选用无灰型油。叶片泵压力高于15MPa、柱塞泵压力高于30MPa、两种型号泵同时存在的液压系统，应选用符合DenisonHF－0规格的油品。②齿轮泵、叶片泵和柱塞泵是液压系统中主要的泵类型。液压油的润滑性对三大泵类减磨效果的顺序是叶片泵>柱塞泵>齿轮泵。故凡是叶片泵为主油泵的液压系统不管其压力大小选用HM油为好。液压系统的精度越高，要求所选用的液压油清洁度也越高，如对有电液伺服阀的闭环液压系统要求用数控机床液压油，此两种油可分别用高级HM和HV液压油代替。试验表明：三类泵对液压油清洁度要求的顺序是柱塞泵高于齿轮泵与叶片泵，而在对极压性能的要求顺序是齿轮泵高于柱塞泵与叶片泵。三、液压传动中的能量损失和两种现象1、压力损失和流量损失实际粘性液体在流动时存在阻力，为了克服阻力就要消耗一部分能量，这样就有能量损失。在液压传动中，能量损失主要表现为压力损失，这就是实际液体流动的伯努利方程式中的hw项的含义。液压系统中的压力损失分为两类，一类是油液沿等直径直管流动时所产生的压力损失，称之为沿程压力损失。这类压力损失是由液体流动时的内、外摩擦力所引起的。另一类是油液流经局部障碍（如弯头、接头、管道截面突然扩大或收缩）时，由于液流的方向和速度的突然变化，在局部形成旋涡引起油液质点间，以及质点与固体壁面间相互碰撞和剧烈摩擦而产生的压力损失称之为局部压力损失。压力损失过大也就是液压系统中功率损耗的增加，这将导致油液发热加剧，泄漏量增加，效率下降和液压系统性能变坏。2、液压冲击现象及空穴现象1）液压冲击在液压系统中，当极快地换向或关闭液压回路时，致使液流速度急速地改变(变向或停止)，由于流动液体的惯性或运动部件的惯性，会使系统内的压力发生突然升高或降低，这种现象称为液压冲击(水力学中称为水锤现象)。在研究液压冲击时，必须把液体当作弹性物体，同时还须考虑管壁的弹性。液压冲击的危害是很大的。发生液压冲击时管路中的冲击压力往往急增很多倍，而使按工作压力设计的管道破裂。此外，所产生的液压冲击波会引起液压系统的振动和冲击噪声。因此在液压系统设计时要考虑这些因素，应当尽量减少液压冲击的影响。为此，一般可采用如下措施。(1)缓慢关闭阀门，削减冲击波的强度；(2)在阀门前设置蓄能器，以减小冲击波传播的距离；(3)应将管中流速限制在适当范围内，或采用橡胶软管，也可以减小液压冲击；(4)在系统中装置安全阀，可起卸载作用。2）空穴现象一般液体中溶解有空气，水中溶解有约2%体积的空气，液压油中溶解有(6%～12%)体积的空气。成溶解状