液压与气压传动
第一章 绪论
重点:①液压传动的定义及工作原理
②液压传动系统的组成
③液压传动的优缺点
1.液压传动:基于帕斯卡原理,以液体的压力能进行能量传递和控制的一种传动形式。 帕斯卡原理:加载密闭液体上的压力(强),能够大小不变地向各个方向同样地传递。 静压传递原理:P=Po+ρgh
2.液压传动的工作原理(以千斤顶为例P2图1-1):
当手提起杠杆1时,小活塞2下腔密封容积增大,腔内压力下降,形成部分真空,油箱10中的油液就在大气压力的作用下推开钢球4进入小液压缸3的下腔,完成一次吸油动作。压下杠杆1,小活塞下移,下腔密封容积减小,腔内压力升高,这时钢球4自动关闭了油液流回油箱的通路,压力油就推开钢球5挤入大液压缸6的下腔,推动大活塞将重物8向上顶
起。如此反复地提压杠杆1,就可以使重物不断升起,达到起重的目的。将放油阀9旋转 90°,则在重物8自重的作用下,大液压缸的油液流回油箱,活塞下降到原位。
3.液压传动系统的组成:
①能量装置(液压泵,机械能→压力能),
②执行装置(液压缸,压力能→机械能),
③控制调节装置(压力控制元件,方向控制元件,流量控制元件),
④辅助装置(油箱、过滤器、分水滤气器、油雾器、蓄能器等)
⑤传动介质(液压油、压缩空气)
4.液压系统的优点:
①运行平稳,可大范围无级调速,可达100:1~2000:1;
②体积小,重量轻,且能传递较大的力或转矩;
③操作控制简单,易于实现自动化;
④可自动实现过载保护,自行润滑。
5.液压系统的缺点:
①液体的泄漏和可压缩性,不能实现定比传动;
②存在损失的泄露,效率较低,不宜作远距离传动;
③故障诊断困难,维修复杂。
第二章 液压流体力学基础
重点:①静压传递方程;
②流体流态;
③液压冲击和气穴现象。
1.静压传递方程F2=p*A2=A2/A1*F1(帕斯卡原理P=F/A,同一个液压缸内,P一样大) P= Po +ρgh
在密闭容器内,施加于静止液体的压力将以等值传递到液体内各点。
液压系统的压力取决于负载,并且随着负载的变化而变化。
2.流体流态:
层流:液体分层流动,层与层之间无不干扰;粘性力起主导作用。
(流速低,质点受粘性作用,不能随意运动,粘性力起主导作用,能量损耗以摩擦为主,能量损失相对较小)
湍流(紊流):液体流动不分层,做混杂紊乱流动;惯性力起主导作用。
(流速高,粘性作用减弱,惯性力起主导作用,能量主要损耗在动能上,是流体产生混合,产生漩涡、造成气穴,撞击管壳,引起振动,形成液体噪声等。湍流时的能量损失较大。)
3.液压冲击和气穴现象(会给液压系统带来不利影响,必加以防治。)
①液压冲击:液压系统中,由于某种原因(如速度突然变小),引起系统压力在某一瞬间突然急剧上升,形成很高压力峰值的现象。
原因:①阀门突然关闭或换向,是流动液体手足,动能迅速转换为压力能,使压力升高,产生压力冲击波;②运动部件突然制动或换向,是压力升高。
危害:①引起振动、噪声,导致某些元件如密封装置、管路等损坏;②是某些元件(如压力继电器、顺序阀等)产生误动作,造成设备损坏。
改善措施:①延长阀门关闭和运动部件制动幻想的时间;②限制管道流速及运动部件的速度;③加大管道直径,尽量缩短管路长度;④采用软管以增加系统的弹性。
②气穴现象:液压系统中,如果某点的压力低于液压油液所在温度下的空气分离压时,原先溶于液体中的空气会分离出来,使液体产生大量气泡现象。(多发生在阀口和泵的进口)
原因:①压力油流过节流口、阀口或管道狭缝时,速度升高,压力降低;②液压泵吸油管道较小,吸油高度过大,阻力增大,压力降低;或液压泵转速过高,吸油不充分,压力降低。
危害:①产生气泡,破坏液流连续性,造成流量和压力脉动;②进入高压气泡破灭,引起液压冲击,噪声和振动;③金属表面气泡破灭发生气蚀。
改善措施:①减小小孔和缝隙前后压力降;②降低泵吸油高度h,增大管直径d,限制吸油管流速v,减少吸油管路压力损失;③管路要有良好密封性,防止空气进入;④提高零件抗腐蚀能力,采用抗腐蚀能力强的金属材料,减小表面粗糙度;⑤整个管路尽可能平直,避免急转弯缝隙,合理配置。
第三章 液压泵与液压马达
重点:①液压泵的工作原理、必要条件
②液压泵、液压马达主要性能参数及计算
③齿轮泵的结构要点(径向不平衡力、困油现象、端面泄漏)及解决措施 ④叶片泵和柱塞泵的结构、工作原理及特点
1.液压泵的工作原理
液压泵都是依靠密封容积变化的原来来进行工作的,故一般称为容积式液压泵。 吸油:密封容积增大,产生部分真空; 压油:密封容积减小,油液被迫压出。
2.液压泵工作的必要条件
①形成密封容积;
②密封容积变化;
③吸压油腔隔开(配流装置);
④油箱与大气接通。
3.液压泵的主要工作性能参数:
①工作压力Pp和额定压力Pn:
液压泵实际工作时的输出压力叫工作压力Pp,大小取决于负载。
泵在正常工作下,按试验标准规定连续运转的最高压力,叫额定压力Pn。即泵工作时允许达到的最高压力。大小受泵本身的结构强度和泄漏决定。当Pp>Pn时,泵过载。正常工作时,工作压力应小于等于额定压力。
②排量和流量:
排量V(mL/r):在不考虑泄漏的情况下,泵轴没转一周所排出的油液的体积。(只与液压泵密封容积几何尺寸变化量的大小有关。)
理论流量qt(L/min):在不考虑泄漏的情况下,单位时间内所排出油液的体积。(qt=Vn,n-泵轴的每分钟转速。)
瞬时流量qin:在任一瞬时理论输出的流量。(一般泵的瞬时流量是脉动的。)
实际流量q:液压泵工作时实际排出的流量。(q=qt-△q,△q-泄漏量。实际流量q与工作压力p有关。由于△q随p的增大而增大,引起q随p的增大而减小。)
额定流量qn:泵在额定压力和额定转速下的输出流量。(用来评价液压泵的供油能力,是液压泵技术规格指标之一。)
③功率和效率:
泵的输入:转矩Ti,转速n(机械能) 输入功率:Pi=Ti*ω=2*π*n*Ti
泵的输出:压力p,流量q(压力能) 输出功率:Po=p*q
容积效率ηv:(实际流量与理论流量的比值):
ηv=q/qt=(qt-△q)/qt=1-△q/qt
机械效率:ηm:(理论转矩与实际转矩的比值)
ηm=Tt/T=Tt/(Tt+△T)
总效率η:(泵的实际输入功率与输入功率的比值)
η=Po/Pi=(p*q)/(Ti*ω)=[q/(V*n)]*[(p*V)/(2*π*Ti)]= ηv*ηm
4.液压马达的主要性能参数
①液压马达的容积效率和转速
ηv =qt/q n=q/V*ηv
②液压马达的机械效率和转速
ηm=T/Tt T=(△p*V)/2π*ηm
③液压马达的总效率
η=ηm *ηv
5.液压泵、液压马达的计算
某液压泵的输出压力p=10 MPa, 排量V=10mL/r,泵的转速n=1450 r/min,机械效率ηm=0.9,容积效率ηV=0.9时,试求(1)泵的输出功率Po;(2)驱动泵的电机的功率Pi
?
以及作业PPT
6.齿轮泵的结构要点(径向不平衡力、困油现象、端面泄漏)及解决措施
①径向不平衡力:
产生:作用在齿轮顶圆上的径向液压力不相等
径向液压力分布规律:油压力从压油腔至吸油腔逐齿降低
危害:①使轴弯曲,加速轴承的磨损,降低寿命;②齿顶与泵体接触,产生振动和噪声。
改善措施:①缩小压油口,减少压力油作用面积(1~2齿);②开压力平衡槽;③适当增大径向间隙,使齿顶不与泵体接触(不足泄漏增加)
②困油现象:
产生原因:为平稳转动,齿轮啮合重合度ε>1,两对齿轮同时啮合,油液困在两齿轮行程的封闭空间内。
危害:①困油容积缩小,高压油从一切可能泄漏的缝隙强行挤出,使轴和轴承受很大冲击载荷,泵剧烈振动,同时无功损耗增大,油液发热。②困油容积增大,行程局部真空,产生气穴,引起振动、噪声、气蚀等。
消除方法:在泵前后两盖板上开卸荷槽,以消除困油。
③端面泄漏:高压腔油液通过间隙向低压腔泄漏。
齿轮两端面和端盖间的间隙占75%~80%
危害:泄漏降低了容积效率和出口压力,须采取措施对端面间隙进行补偿。
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、浮动侧板
7.叶片泵的结构、工作原理及特点
结构:①定子(内表面椭圆形,包括两段大半径R圆弧、两段小半径r圆弧、四段过渡圆弧);②转子(与定子同心,开叶片槽);③叶片(在转子槽内径向滑动,紧贴定子内表面);④配流盘(对应四过渡曲线,两个吸油腔和两个压油腔)
工作原理:
8.柱塞泵的结构、工作原理及特点
第四章 液压缸(看书上公式)
重点:①活塞杆液压缸基本参数的计算
②液压缸的差动连接
第五章 液压控制阀
重点:①单向阀的定义及其功用
②换向阀:位、通、中位机能及智能符号
③压力阀:溢流阀、减压阀、顺序阀的功用、异同点及综合分析计算
④以上各种液压元件的职能符号
1.单向阀:控制油液的单向流动,防止液流倒流的阀。
分类:普通单向阀和液控单向阀
功用:只允许液流一个方向流通,反向被截止。
2.换向阀:
功用:利用阀芯对于阀体的相对运动,使油路连通,断开或变换油液流动的方向,实现
液压执行元件及其驱动机构的气动、停止或变换运动方向。
位:工作时的位置数
通:进出口通路数(P-进(供)油口;T-回油口;A,B表示与执行元件连接的油口) 中位机能:阀芯在中间位置时各油口的连通方式。(P86表格)
分析和选择中位机能时:
系统保压:P口堵塞,能用于多缸回路。
系统卸荷:P、T口相通。
换向平稳性和换向精度:A、B口堵塞,制动有液压冲击现象,换向不平稳,但换向精
度高;A、B口与T口相通,换向平稳,但换向过程不易制动,换向精度不高。 启动平稳:若油缸某腔通油箱,则启动腔内因无油液起缓冲作用,启动不平稳。反之则
启动平稳。
液压缸“浮动”和在任意位置上停止:A、B口互通时,则油缸处于“浮动”状态;A、
B口堵塞,则可在任意位置停止。
3.压力阀:分为溢流阀、减压阀、顺序阀
功用:①溢流阀(溢流稳定):当系统的压力达到(超过)其调定值时,开始溢流(多余
的油液流回油箱),将系统(泵)的压力稳定在调定值上,实现对系统压力的控制; ②减压阀:用于降低系统某一支路压力,以获得比主系统低的稳定的工作压力;利用液流流过缝隙产生压力降的原理,使其阀的出口压力低于进口压力;以出口压力控制主阀芯移动实现压力调节。
③顺序阀:利用油液压力作为控制信号来控制油路通断,实现多个执行元件动作的先后顺序(压力控制开关)
4.溢流阀与减压阀的比较:
①控制压力:溢流阀以进口压力控制,保证进口压力为定值;减压阀以出口压力控制,保
证出口压力为定值。
②不工作时(常态)阀口状态:溢流阀阀口常闭;减压阀阀口常开。
③泄油口:溢流阀的出油口同油箱的,不必单独外接油箱;减压阀先导阀弹簧通过泄油口
单独外接油箱。
5.溢流阀与顺序阀的区别
①出口:溢流阀出口接油箱;顺序阀出口接系统油路,一般有压力。
②泄油口:溢流阀出口通油箱的,不必单独外界油箱;顺序阀出口接系统,一般有外泄口
单独接油箱。
6.计算综合分析计算:(见第五章作业)
7.
第七章 液压基本回路
重点:①调速回路:节流调速、容积调速、容积节流调速原理、调速特性、及优缺点
②速度换接回路、顺序动作回路的工作原理、电磁铁动作顺序分析
1.调速回路
功用:在一定范围内调节执行元件的运动速度
调速原理:液压缸的速度:v=q/A A不易变,改变q来调速
液压马达的转速:n=q/Vm 改变q或Vm来调速
调速方法:
①节流调速:采用定量泵的流量阀改变流量q;
原理:通过改变回路中流量控制阀(节流阀或调速阀)的阀口开度来控制流入(或流出)执行元件的流量,以调节其速度。
②容积调速:采用变量泵改变流量q或马达排量Vm;
原理:利用变量泵或变量马达的排量变化来调节执行元件的运动速度。
特点和应用:无节流额溢流损失,效率高,发热少;速度-负载特性较软,低速稳定性差;适用于高速、大功率调速系统中。
③容积-节流调速:压力补偿型变量泵供油,调速阀(或节流阀)调流量
特点:无溢流损失,有节流损失,效率较高;速度负载特性好,速度平稳性好。 调速特性及优缺点(见P147表格)
2.速度换接回路:
功用:是液压系统执行机构在一个工作循环中平稳地实现速度切换。
类型:快速与慢速的换接回路;两种慢速的换接回路(见PPT)
3.顺序动作回路:
功用:利用油液本身的压力变化来控制液压缸的先后动作顺序