液压技术基础

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流体传动与控制(液压与气动) Fluid Power
在密闭的回路(或系统)中,以受压流体为工作介质,进行 能量转换、传递、控制和分配的技术。简称 “液压及气动”
液压传动技术 Hydraulics -
以液体为工作介质的流体传动及控制技术,简称 “液压”。 在液压传动中,能量通过管路系统以压力液流的形式被控制和传递到 液压执行元件上进行做功。
18
液压技术的基础理论
6 功率
功率为单位时间内所做的功。做功通常是在一定的时间 内完成的,功率反映了做功的速率,或做功的能力。
N = FS = FV t
功率单位: 公制:W (Nm/s), kW 英制:hp ( ft·lbs/s), 1 hp = 0.746 kW
液压功率:
P = pQ (kW) 600
绝对压力
♦ 以绝对零压力为基点 (零) 计量的压力 值。(barA)
真空度
♦ 低于大气压力的绝对压力与大气压力 的差值。
10
液压技术的基础理论
3 帕斯卡原理
在密闭容器内的平衡液体中,任意一点的压力如有变化, 该压力变化值将传递给液体中的所有各点,且其值不变。
压力及力的传递
p = F1 = F2 A1 A2
γυl
节流孔流量公式
Q = kA∆pα α - 0.5 ~ 1
20
液压油液
8 液体的基本性质
液体分子之间的引力可将它们互相紧密地吸引在一起,但 又不足以像固体那样能使分子处于固定的位置,由此:
液体可以占据任何形状 液体相对地不可压缩
由于液体分子间接触紧密, 液体表现出固体的一种性 质,即相对地不可压缩。
8
液压技术的基础理论
外部作用力产生的压力
p= F A
液体不能抵抗切力, 故液体的压力垂直于 受压表面。
9
液压技术的基础理论
大气压力
♦ 包围地球的大气是有重量的,也会产 生压力,这种由大气产生的压力即称 为大气压力。
♦ 大气压力常用汞柱高度表示 (mmHg)。
表压 (压力)
♦ 以大气压为基点 (零) 计量的压力值。
受压油液
由于液体相对地不可压缩,并且能够占据任何容器的形状, 所以它在力的传递方面具有一定的优势。
21
液压油液
10 液体粘度 本质:实际流体的内摩擦力
动力粘度:
按牛顿液体内摩擦定律:
µ – 动力粘度系数
τ = µ dv dy
dv – 相邻油膜层间的相对滑动速度
dy – 相邻油膜层的间隔距离
µ
运动粘度: υ =
蒸汽压低,不易产生气泡。
防火性
25
油液污染控制
10 油液清洁度控制
油液清洁度要求 - 固体颗粒污染度等级
26
油液污染控制
滤器的选择
过滤精度
• 名义过滤精度,相对于表面型滤器
以滤芯材料的滤孔尺寸作为过滤精度 • 绝对过滤精度,相对于深层型滤器 • 滤芯的多次通过试验 (ISO 4572)
和过滤比
βX
5
液压传动的优缺点
缺点
噪声; 外部泄漏,会造成环境污染,即使是少量的矿物油漏泄, 也会毁坏大片的地表水;不过现在已越来越普遍地使用可 生物降解的液压油液; 易受污染,液压工作介质中的污染物质会导致介质变质、 元件磨损、系统性能恶化; 对环境温度较敏感,温度过高或过低均会影响甚至破坏元 件的可靠性和系统的性能。 液压油液中的气体会破坏系统的刚性,引起气穴,导致液 压泵和其它液压元件的损坏。
气动技术 Pneumatics -
以压缩空气为工作介质的流体传动及控制技术,简称 “气动”
液力传动技术 Hydrodynamics -
利用液体压力势能和动能的流体传动及控制技术。简称 “液力”
3
液压传动
液压系统将油液封闭; 压力油以相同的压力,垂直地作用在任何与之接触的表面 上; 压力油对固体表面的作用力等于压力乘以作用面积; 当力作用在自由物体上时,该物体将会产生一个加速度,并 由此产生运动,引起作功。
手动
液动
24 位通
气动
电磁方向阀
3位4通 电磁方向阀
35
液压图形符号 –基本符号
先导式方向阀
详图
3位4通 电液方向阀
简化图形
比例方向控制阀
电磁比例方向阀
电液比例方向阀
详图
简图
36
液压图形符号 –基本符号
压力控制阀
直动式溢流阀
先导式溢阀
流量控制阀
节流阀
单向节流阀
简图
调速阀
详图
溢流节流阀
37
液压图形符号 –基本符号
=
nin( ≥ X ) nout ( ≥ X )
nin
β10≥100, 滤器的过滤精度为10µm
流通能力 — 规格尺寸
纳垢容量
∆p
被试 滤芯
nout
27
油液污染控制
滤器过滤精度的选择
28
一个简单的液压系统
用于提升负载的系统
方向控制阀由主阀和 小型远程控制先导阀 组成; 先导阀设置在尽可能 好的,安全的操作位 置上; 通过远程控制,保证 负载的运行平稳,控 制精确。
压力头
(比压能 单位重量的压力能)
速度头
(比动能 单位重量的动能)
或 p + ρv2 + γh = cons tan t
2
水头
(比势能 单位重量的势能)
压力
背压 - 速度对应的压力值 液体重量产生的压力
12
液压技术的基础理论
柏努利 (Bernoulli) 原理应用实例: 机翼的升力
低压区
高压区
13
单位:St (cm2/s), cSt (mm2/s)
ρ
赛波特通用秒 - 液体粘度的一种计量方法 (简称赛氏秒 SUS或SSU)
赛波特粘度计:在容器中倒入液体,加热至规定的温度。在保持该温度的 状态下拔掉容器底部的塞子,同时按动秒表,纪录液体流入烧瓶的容积达 到60 mL时的时间,该时间即为赛氏粘度值表示为:150 SUS @ 100℉ 。
p – bar Q – L/min
19
液压技术的基础理论
7 油液流经节流孔的流量公式
薄壁小孔(l/d ≤ 0.5)
Q = µA 2g ∆p (cm3/s) γ
µ - 流量系数,当截面变化很大时可取为0.62
Q = 60A ∆p (L/min)
细长孔(l/d ≥ 4)
144d4
Q=
∆p = kA∆p (cm3/s)
6
液压技术的基础理论
1 力学基本定律
牛顿第一定律,静力平衡公式:
如果一个物体所受的所有作用力的合力为零,则该物体将保持其原
来的运动状态。换言之,如果一个物体处于平衡状态,则其所受全
部作用力的合力为零。
ΣF = 0
ΣFX = 0 ΣFY = 0 ΣFZ = 0
ZXFYΣF
牛顿第r二定律d,vr 动力学公式: ΣF = m dt
大园
♦ 能量转换元件(泵、马达、压缩机)
中园
♦ 检测仪表
小园
♦ 单向元件、旋转接头 ♦ 机械铰链、滚轮
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液压图形符号 - 基本元素
3 正方形
水平
♦ 控制元件 ♦ 除电动机外的原动机
45o 放置
♦ 调节器件(过滤器、热交换器等)
4 长方形
大长方形
♦ 液压缸体、阀件等
小长方形
♦ 控制器等
5 囊形
♦ 压力油箱、蓄能器、贮气罐等
标准:ISO 1219.1-1991, GB/T 786.1 - 93
1 线条
实线
♦ 供油、工作管路 ♦ 回油管路 ♦ 电气线路
虚线
♦ 控制管路 ♦ 泄油、放气管路 ♦ 过滤材料 ♦ 过渡位置
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液压图形符号 - 基本元素
点划线
♦ 元件组合框
双线
♦ 机械连接轴、操纵杆、活塞杆
箭头线
♦ 表示可调节
2园
7
液压技术的基础理论
2 压力 - 单位面积上所受的作用力
p= P A
压力单位: 公制: Pa (帕 N/m2), MPa (兆帕 106 Pa) 或 bar (巴 10-1 MPa)
英制: psi (lbs/in2), 1 psi = 0.07 bar
液体自身重量所产生的压力
p=γh
右图中,不管容器的外形如何,只要所盛 液体的高度(h)相等,则容器底面积处的压 力相等,即:p1 = p2 = p3。 若底面积相等 (A1=A2=A3),则底面处的 作用力亦相等,即:F1 = F2 = F3
10000 N
A
B
Fra Baidu bibliotek
15
液压技术的基础理论
5 流量
流量为单位时间内通过封闭截面的流体体积 。液压 系统中所用的流量是指容积流量
Q = V = vA t
流量单位: 公制:Lpm (L/min) 英制:gpm, 1 gpm = 3.78 L/min
在液压系统中流量意味着负载速度的大小。
16
液压技术的基础理论
22
液压油液
粘度与润滑性
♦ 油液对金属表面 的浸润性
♦ 粘度越大,形成 的油膜越厚
♦ 良好的润滑要求 相对运动的金属 表面间形成适当 厚度的油膜
粘度随温度变化 粘 - 温特性
23
液压油液
粘度随温度变化 - 粘温指数 IV (Viscosity Index)
24
液压油液
9 液压系统对工作液体的基本要求
液压技术的基础理论
液压系统中的压力由负载或元件对油液的阻力所产 生。 液压泵泵出的是流量,而不是压力。
10000 N
100 bar 14
液压技术的基础理论
油液总是进入阻力最小的通路
即:对于并联的负载,最轻 (要求的工作压力最低) 的负载 最先动作,动作完成后,其它负载再按轻重依次动作。
5000 N
Foundational Knowlege in Hydraulics
液压技术基础
2007/10/03
1
何谓液压传动
液体可看成是不可压缩的,可将封闭的受压液体看成刚体,封 闭的受压液柱象固体一样,可对力、运动以及功率进行传递。
固体钢杆
滑动 负载
机械传动
缸体 活塞 封闭油液
滑动 负载
液压传动
2
何谓液压传动 - 几个基本概念
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液压系统主要元件
原动机 –
输入机械功率(电动机、柴油机等)
液压泵 –
输送压力液流
液压控制阀 – 导控液流及限制压力
执行元件 – 将液压功率转换为机械功率(液压缸 / 液压马达)
油箱 –
贮存油液并对油液工作状态进行调控
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液压图形符号 - 基本元素
在讨论液压元件和系统的时候,采用图形符号来表达,这是一 种通用、形象、简明、准确的技术语言。
润滑及抗磨损性 - 抗磨添加剂
液体在两固体接触面之间形成不易被破坏的油膜的能力,防 止固体表面的磨损破坏。 ♦ 液体自然油膜的厚度(与液体的粘度有关);
♦ 液体对固体表面的附着力(液体的表面张力)。
对固体材料的相容性 - 防锈剂
对金属及密封材料。
抗氧化及耐腐蚀性 - 氧化抑止剂
不易变质及孳生细菌。
抗气泡性 - 消泡添加剂
辅件
油箱
蓄能器
管道交叉和连接
滤油器
冷却器
加热器
交叉
连接
连接
交叉
38
液压图形符号 – 回路图
压力补偿变量泵
39
液压图形符号 – 回路图
40
基本计算公式
41
单位换算
42
流量的连续性
液体被看成是不可压缩的,在封闭的容积中既不能吸收 流量,也不会生成流量,因此:
♦ 串联管道中流量处处相同; Q1 = Q2
或 A1v1 =A2v2 ♦ 对于液压系统的一个部分,其输入流量之和等于输
出流量之和。 QP = Q1+Q2+QT
17
液压技术的基础理论
液压缸活塞杆 (执行机构,负载) 的速度 - 取决于流量 液压缸的活塞杆速度由活塞后的容积被油液充满的速度 (即: 流量) 决定
F2 = pA2 > F1
F1与F2的做功相等
V = A1S1 = A2S2 W1 = F1S1 = pA1S1 W2 = F2S2 = pA2S2 ∴ W1 = W2
11
液压技术的基础理论
4 流体的能量守恒 - 柏努利 (Bernoulli) 方程
p + v2 + h = cons tan t γ 2g
封闭油液
4
液压传动的优缺点
优点
结构紧凑,功率-重量比大。输出功率 大而重量轻且安装尺寸小; 动力能轻易地通过管道进行传输,传 递距离较长; 元件安装灵活,可按实际需要选择最 恰当的位置; 生产率高,操作人员可利用手柄、脚 踏板等先导控制元件,以遥控的方式 轻松自在地同时控制多个功能。 易于实现自动化,能与现代电气和计 算机控制技术紧密结合,对大功率的 传动系统进行控制; 易于实现过载保护,并不会损坏液压 元件和系统
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液压图形符号 –基本符号
1 原动机及泵
定量液压泵
变量泵
电动机
2 执行元件
液压缸
除电动机外 的原动机
气动泵 双向液压泵
空气压缩机
液压马达
单杆缸 简化
双杆缸 简化
单向定量 马达
双向变量 马达
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液压图形符号 –基本符号
3 液压控制阀
单向阀
方向控制阀
机械定位机构 机械滚轮驱动
单向阀
液控单向阀
直动式方向阀
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