2013-04-12-16-系统建模与动力学分析-液压系统.ppt

1、在液压系统中，流体(液体或气体)被广泛用作工业中传输信号和动力的最常见介质。液体和气体的基本区别在于它们的相对不可压缩性，以及液体可以有自由表面而气体可以充满整个容器的特性。液压：指使用液体的流体系统。压力单位：压力定义为单位面积的力。在国际单位制中，压力单位为牛顿/米2，帕斯卡(帕)1帕=1牛顿/米2，103帕=1千帕106帕=1百万帕，表压和绝对压力为：标准气压计在海平面和00摄氏度时的读数是760毫米汞柱。表压是指相对于大气压表面测量的压力。它是表中表示的高于大气压的压力部分的压力。绝对压力是表压和气压计压力的总和。在工程测量中，压力代表表压，而绝对压力必须用于理论计算。液压系统：由于其

2、可靠、准确、灵活、高功率重量比、快速启停、平稳准确换向、操作简单等因素，液压回路广泛应用于机床、航空控制系统及类似工作中。液压系统的工作压力一般在10兆帕至35兆帕之间，在特殊应用场合，工作压力可升至70兆帕。例1:数控机床液压站(左图)。例2:应用于航空系统的液压调节器(右)。它具有超高压、大流量的特点，可适用于各种恶劣环境。例3:液压闸门，液压回路：它是一个组合，可以产生许多不同的运动和力量。它由四个基本部分组成，即一个储油的油箱；一个或几个泵，用于向液压系统供油；用于控制流体压力和流量的阀；一个或多个液压马达，将液压能转换成机械能做功。液压动力装置：液压动力装置包括油箱、过滤器、驱动一个

3、或一组泵的电机以及控制最大压力的阀门。油箱用作液压油源。为了保持油的清洁，油箱是完全关闭的。过滤器、滤油器和磁芯用于去除液压油中的颗粒。液压泵：将机械能转化为液压能。它可分为正排量泵和非正排量泵。容积式泵具有可靠的内部密封以防止泄漏，因此其输出流量不受系统中压力变化的影响。非正排量泵：由于缺乏可靠的内部密封来防止泄漏，非正排量泵的输出流量随压力而变化。在动力液压系统中，几乎所有的泵都是容积式的。四种基本类型的容积泵：轴向活塞泵。1.工作原理：密封工作腔(缸孔和柱塞底部)是倾斜的，使柱塞在缸旋转时沿轴线来回移动，底部的密封容积发生变化，从而实现吸油和排油。吸油过程：柱塞伸出Vp吸油；排油过程：柱

4、塞缩回vp以排出油。*缸体旋转*斜盘和配油盘不动，缸体、柱塞、配油盘和斜盘*柱塞伸出，低压油机械装置，2。典型结构，3。流量计算，排量：一个密封空间：其中：D-柱塞直径D-柱塞分布圆直径-斜盘倾角z-(柱塞和缸体为圆柱面，易于加工，精度高，内漏小)。结构紧凑，径向尺寸小，转动惯量小。易于实现的变量；结构复杂，成本高；对油污染敏感。用于高压和高速场合。scy14-1轴向柱塞泵的典型结构(p=32 MPa)，SCY14-1轴向柱塞泵的结构特点，滑靴：减少接触应力和磨损。柱塞伸出：压板由弹簧压紧，具有自吸能力。可变机构：手动可变机构。轴向柱塞泵常见故障及排除方法，1.结构特点：定子固定缸体(转子)旋

5、转偏心，配油轴(固定)衬套(与缸体紧密配合)；2.工作原理，调节e变量泵的大小改变e双向泵的方向，密封工作腔柱塞延伸；3.流量计算，叶片泵工作原理：在径向槽内有活动叶片的圆柱形转子在圆形壳体内旋转。定子和转子之间存在偏心。当转子旋转时，离心力迫使叶片向外，导致叶片总是接触外壳的内表面。叶片将转子和外壳之间的区域分成两个工作室。1个转子、2个定子和3个叶片。当转子沿图中所示方向旋转时，在图的右侧，叶片逐渐延伸，叶片之间的工作空间逐渐增大，以从吸油口(即吸油腔)吸油。在图的左侧部分，叶片被定子的内壁逐渐压入槽中，工作空间逐渐缩小，油从压油口即压油腔中被压出。在吸油室和油压室之间，有一个将吸油室和油

6、压室隔开的油封区。位移和流量计算r是定子的内径(m)；e是转子和定子之间的偏心力矩(m)；b是定子的宽度(m)；两个相邻叶片之间的夹角=2/z；z是刀片的数量。因此，单作用叶片泵的排量如下：齿轮泵的工作原理：两个齿轮相互啮合工作，一个主动，一个被动，通过两个齿轮的相互啮合，将泵内的整个工作室分成两个独立的部分。a是吸入室，b是排出室。齿轮油泵运行时，主动齿轮带动从动齿轮转动。当齿轮啮合和分离时，在吸入侧形成局部真空，液体被吸入。吸入的液体充满齿轮的每个齿谷，并将其带到排出侧(b)。当齿轮啮合时，液体被挤出形成高压液体，该高压液体通过泵排出口排出泵外。齿轮泵1的特点。结构紧凑，使用维护方便。2.

7、它具有很好的自吸收性，所以每次启动泵前都不需要注入液体。3.齿轮油泵的润滑是由输送的液体自动实现的，因此在日常工作中不需要添加润滑油。液压泵蓄能器的性能比较和选择：蓄能器储存从液压泵流出的压力流体，经常用于液压回路中，以提供所需的压力油并消除流量脉动。例如，右下角的图片。流量脉动：由于齿轮啮合时啮合点的位置瞬间变化，所以工作腔的容积变化率不是恒定的。例如，齿轮泵的瞬时流量是脉动的。流量脉动率：通常，流量脉动率用于评估瞬时流量脉动。如果qmax和qmin代表最大瞬时流量和最小瞬时流量，q代表平均流量，流量脉动率可用公式=(qmax-qmin)/q表示。液压马达：它执行与液压泵相反的任务，液压泵将

8、液压能转换回机械能来工作。它可以分为直线型(称为液压缸)和旋转型。液压缸：将液压能转换成机械能并作直线往复运动(或摆动)的液压致动器。根据常用液压缸的结构形式，可分为四种类型：1 .活塞型：两端的进、出口A、B可充入压力油或回油，实现活塞的双向运动，故又称双作用缸。单活塞杆液压缸(左)只有一端有活塞杆。活塞的左侧面积较大，当流体压力作用在左侧时，它以较大的力提供一个缓慢的工作冲程；但是，活塞右侧的面积较小，回程较快。双活塞杆液压缸(右)在两个方向上具有相等的力。柱塞式：它是一个单作用液压缸，只能通过液压和回程向一个方向移动4.摆动式：摆动式液压缸是输出扭矩并实现往复运动的执行元件，也称为摆动式

9、液压马达。有两种形式：单刀片和双刀片。定子块固定在缸体上，而叶片和转子连接在一起。根据进油方向，叶片将带动转子前后摆动。结构：叶片、缸体、输出轴、单叶片、双叶片、旋转液压马达，包括柱塞马达、叶片马达和齿轮马达。许多液压泵可以作为马达使用，几乎没有或根本没有变化。1.轴向柱塞马达的结构；2.工作原理：输入的高压油通过柱塞作用在斜盘上。斜盘给柱塞的反作用力的径向分量导致缸体产生扭矩。通过输出轴驱动负载做功。平行于盘的力作用在轴上的扭矩上，改变供油方向，电机反转。双向电机改变斜盘倾角、排量和速度。可变马达3。用途：高速、大扭矩。2.径向柱塞马达2的结构。径向柱塞马达的工作原理在径向柱塞马达中，加压液

10、体进入半个液压缸并沿液压缸轴线推动每个柱塞。这些柱塞径向移动，直到它们旋转到定子轮廓离机油分配轴最远的位置。这样，柱塞被径向推动，以产生气缸和柱塞的旋转。齿轮马达的工作原理(与齿轮泵正好相反)两个齿轮是被动的，但只有一个与输出轴相连。液压流体从泵进入工作室A，并沿着壳体的内表面在两个方向上流向工作室B，迫使齿轮旋转。输出轴上的功可以通过这种旋转运动获得。液压控制阀：它利用机械运动来控制液压马达的流向。它可以分为以下四种类型：1 .滑阀：通常根据流入和流出该阀的通道数量进行分类。例如，四通柱塞阀的工作原理滑阀可以在两个方向上移动。如果滑阀向右移动，端口B连接到压力端口P，端口A连接到回油端口，动

11、力(或马达)活塞向左移动。如果滑阀向左移动，端口A连接到压力端口P，端口B连接到回油端口，动力(或马达)活塞向右移动。三通阀：通过改变作用在面积不等的动力活塞一侧的压力来改变运动方向。2.挡板阀：也称为喷嘴挡板阀。挡板被放置在两个相对的喷嘴之间。如果挡板稍微向右移动，喷嘴中出现压力不平衡，动力活塞向左移动，依此类推。在液压伺服系统中，挡板阀通常用作两级伺服阀的第一级，以提供必要的相对较大的力来移动第二级滑阀。喷射管阀液压流体从喷射管喷出，如果喷射管从中间位置向右移动，动力活塞向左移动。(图4-15)喷射管阀的使用不如挡板阀多，因为它在零位时泄漏量大，响应慢，且具有不可预测的特性。它的主要优点是

12、对脏流体不敏感。提升阀：它基本上是一个双向阀。典型的提升阀可以在单向阀和溢流阀中找到。单向阀：单通道方向阀，允许液体单向流动，并能控制液体流量。而相反方向的流动受到阻碍。单向阀的工作原理：溢流阀：作为一种保护装置，防止电路元件过载或限制液压马达的作用力。溢流阀的工作原理：当入口压力超过弹簧力时，阀被推离阀座，流体通过阀从压力管道流回油箱。当压力下降到弹簧力以下时，阀门返回其原始位置，流量停止。当阀门被迫离开阀座，流体开始流动时的压力称为开启压力。满流量时的压力大于开启压力。压力的增加导致通过溢流阀的流量增加，这称为压力增量。液压系统1的优点和缺点。液压油具有润滑的功能，并能传递热量。2.小尺寸

13、的液压马达可以产生大的力和力矩。3.液压马达具有高速启动、停止和速度转换响应。4.液压马达可以连续、间歇、反向和无损坏地停止运行。5.线性和旋转液压马达可以设计成灵活的。6.液压马达泄漏小，负载下速度下降小。缺点(pp176)，油锤现象(pp176)，由于管道一端的阀门瞬间关闭，管道中的油或水突然停止流动，这可能导致间歇性的压力脉冲，从而引起一系列冲击，其声音类似锤击，这与流体介质有关。例如水管系统。气蚀现象(pp177)是指在流体快速流动过程中汽化和气泡破裂过程中的气蚀现象。它会产生噪音和振动，降低效率，并损坏流道。例如离心泵。液压流体的性质，密度：物质的质量密度是每单位体积的质量。单位为千

14、克/立方米。比容：比容是密度的倒数。它是每单位质量流体的体积。比重和比重：物质的比重是它每单位体积的重量。单位为牛顿/立方米。比重和质量密度之间的关系是，在标准大气压和温度下，物质的比重是其重量与等体积水的重量之比。液压流体的性质及其密度是压力和温度的函数。它可以写成：密度、压力和温度。假设当压力为，温度为时，流体密度为。a和b的值是正的。因此，流体的质量密度随着压力的增加而增加，随着温度的升高而降低。系数a和b分别称为压缩模量和体积膨胀系数。液压流体的性质、可压缩性和体积模量流体的可压缩性用其体积模量来表示。流体的体积模量和压缩模量是倒数。如果体积为v的流体增加了压力dp，它将导致体积减少d

15、V。其体积模量定义为dV为负，因此-dV为正。由于所有液压流体都将在一定范围内与空气混合，因此任何给定流体的体积模量值都与流体中包含的空气量有关。粘度是液压流体最重要的特性，也是流体在流动中的内耗或阻力的量度。粘度的物理本质是分子间引力、分子热运动和碰撞。低粘度意味着泄漏损失增加，而高粘度意味着低灵敏度操作。液压系统中允许的粘度受泵、马达和阀门的运行特性以及环境和运行温度的限制。流体的粘度随着温度的升高而降低。粘度是通过观察一定体积的流体在一定水头下通过具有相同孔径的短管所需的时间来测量的。例如毛细管粘度计。由流体中各部分的相对运动引起的阻力称为动态粘度或绝对粘度。它是流体的剪切应力与剪切变形之比。动态粘度或绝对粘度系数是流体薄层平行于薄层移动时产生的阻力，它与另一个流体薄层之间的单位距离具有单位相对速度。动力粘度的单位为： (SISI制)N*s/m2或kg/m * s(cgs制)dyn*s/cm2或g/cm*s泊(p)，动力粘度的单位为3360(si制)m2/s(cgs制)cm2/s 2