流体传动及控制

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先导式比例换向阀
柱塞泵
单向阀
叠加阀
小 型 液 压 泵 站
实 验 台 一
实验台二
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第二章 液压传动基础知识
第一节 液压传动的工作介质 液压传动中的工作介质在液压传动中不 仅起传递能量和信号的作用，还起润滑、冷 却和防锈的作用。 工作介质性能的好坏，选择是否得当， 对液压系统能否可靠、有效地工作影响很大 据统计，液压系统的故障80%是因油液 污染引起的。
将以等值传递到液体中所有各点，这就是帕斯卡 原理，或称为静压传递原理。
二、液体压力的表示方法
压力根据度量基准的不同有两种表示方法： 以绝对零压力为基准所表示的压力，称为绝对 压力； 以当地大气压力为基准所表示的压力，称为相 对压力。
注意：在液压传动中，如不特别指明，所提到 的压力均为相对压力，也称表压力。如果某点的绝 对压力比大气压力低，说明该点具有真空。
流体传动及控制
主讲教师：刘健 教材：液压与气压传动 张世亮主编（机工版）
第一篇：液压传动
发展概况
液压传动已有二三百年历史了。
最早实践成功的液压传动装置是舰艇上的炮塔转位 器，其后才出现了液压六角车床和磨床。
液压传动已发展成为包括传动、控制、检测在内的 一门完整的自动化技术，使它在国民经济的各方面 都得到了应用。
2、速度与流量 s1A1=s2A2 ; q1=v1A1=v2A2=q2 ; V2=q2/A2
液压传动系统的运动速度取决于输入其流量的大小。 压力p和流量q是液压传动中的两个基本参数。
3、液压功率 P=F2v2=p2q2
三、磨 床工作 台液压 传动系 统的工 作原理
第二节 液压传动系统的组成和表示方法
的调节与控制； 4）实现工作装置输出动力要求（力F、速度v或转
矩T、转速n）的一种传动装置。
一. 液 压 千 斤 顶 的 工 作 原 理
二、液压与气压传动中的压力、流量和功率
1、压力与负载的关系 F1=p1A1=pA1 F2=p2A2=pA2 P=F1/A1=F2/A2
液压系统的工作压力取决于外界负载。 这是液压传动中的一个基本概念。
5．工作介质的类型与选用
(1)工作介质的类型
(2)工作介质的选用 1)液压系统的环境条件。 2)液压系统的工作条件。 3)液压油的性质。 4)经济性和供货情况。
第二节 液压油的污染及其控制
液压系统中的污染物，是指包含在油液中的固 体颗粒、水、空气、化学物质、微生物和污染能量 等杂物。
一、污染产生的原因
一、液体静压力(压强)的性质和单位 作用在液体上的力有质量力和表面力。 质量力是作用于液体内部任何一个质点上的力，
与质量成正比，由加速度引起，如重力、惯性力、 离心力等。
表面力是作用在所研究液体的外表面上的力， 与所受液体作用的表面积成正比。
表面力有两种，即法向表面力和切向表面力。
静止液体的表面力只有法向力。
三、污染测定的方法与标准
1．污染测定的方法 液压油污染程度是指单位体积油液中固体颗
粒物的含量，即液压油中固体颗粒物的浓度。
1)质量分析法。 2)显微镜计数法。 3)显微镜比较法。 4)自动颗粒计数法。 5)滤膜(网)堵塞法。 6)扫描电子显微镜法。 7)图像分析法。
2．污染测定的标准
我国制定的液压油颗粒污染度等级标准采 用IS04406（20/11）。
恩氏粘度与运动粘度间的换算关系式为
(3)粘度与温度的关系
温度对油液粘度的影响很大，当油温升高时，其 粘度显著下降，这一特性称为油液的粘温特性。
(4)压力对粘度的影响
当油液所受的压力加大时，其分子间的距离就缩 小，内聚力增加，粘度会变大。
4．液压系统对工作介Biblioteka Baidu的性能要求
1)要有合适的粘度和较好的粘温特性。 2)良好的物理和化学性能。
二. 系 统 的 图 形 符 号
第三节 液压传动的优缺点
主要优点： 1）系统的布局和安装灵活 2）易于实现无级调速 3）系统的运动与换向性能优良 4）具有良好的控制调节特性 5）主要元件标准化生产 6）功率质量比高 7）容易实现低速大功率传动
主要缺点： 1）传动效率较低 2）不能实现严格的定比传动 3）对温度的变化比较敏感 4）液压元件的精度要求高 5）易发生故障，且故障不易诊断排除。
牛顿的液体内摩擦定律
动力粘度：在单位速度梯度下流动时单位面积 上产生的内摩擦力。（物理意义）
2)运动粘度 液体动力粘度与其密度的比值。即ν＝η／ρ。习惯 上常用它来标志液体牌号。（无物理意义）
3)相对粘度
液体粘度在工程上的测定方法，它是按一定的 测量条件制定的。我国、德国等国采用恩氏粘 度。
恩氏粘度用恩氏粘度计测定： Et＝t1/t2。
液体传动有液力传动和液压传动两种形式：液 压传动是利用封闭容腔中流动液体的流量和压力 进行能量传递，工作时的流速较低但压力较高。
第一节 液压传动的定义及工作原理
液压传动系统的概念：
1）由一些功能不同的液压元件与辅助元件组成； 2）在封闭的回路中依靠运动的液体进行能量（压
力p、流量q）传递； 3）通过对液体相关参数(压力p、流量q、方向）
XZR显微镜
附表 显微颗粒计数法计数分析表 油样标记_____________________ 空白计数 (K)____________ 测 试__________ 分析时间_______年____月____日 取样到分析间隔时间____日____时 分析油样名称___________ 汽车测试前状态_________ 容 积_________ 滤膜型号规格_________________ 滤膜颜色_________ 测试环境_______ 温 度_____________________ 湿 度________________
压力：液体在单位面积上所受的内法线方向 的法向应力，例如当△A面积上作用有法向力 △F时，液体内某点处的压力即定义为
1．压力的单位 1)国际单位制单位。 国际单位制单位为Pa(帕)、N／m2(我国法定
计量单位)或兆帕(MPa)， 1MPa=106Pa。
2)工程制单位。工程制单位为kg/cm2。国外 也有用bar(巴)，1bar=105Pa。
子相对运动而产生一种内摩擦力，这种 现象叫做液体的粘性。
液体只有在流动(或有流动趋势)时才会
呈现出粘性，静止液体是不呈现粘性 的。
(2)粘性的度量 度量粘性大小的物理量为粘度。常用的粘
度有三种：动力粘度、运动粘度、相对粘度。 1)动力粘度
•液体流动时相邻液层间的 内摩擦力Ff与 液层接触面 积A、液层间的速度梯度 du／dy成正比，即
1）外界侵入的污染物 液压油液运输过程中带来的污染物； 液压装置组装时残留下来的污染物； 从周围环境混入的污染物； 2）工作过程中产生的污染物 液压装置中相对运动件磨损时产生的污染物； 液压油液物理化学性能变化式产生的污染物。
二、污染的危害
1)固体颗粒加速元件磨损，堵塞缝隙及滤油器，使 泵、阀性能下降，产生噪声。 2)水的侵入加速油液的氧化，并和添加剂起作用产 生粘性胶质，使滤芯堵塞。 3)空气的混入降低油液的体积模量，引起气蚀，降 低油液的润滑性。 4)溶剂、表面活性化合物化学物质使金属腐蚀。 5)微生物的生成使油液变质，降低润滑性能，加速 元件腐蚀。对高水基液压液的危害更大。
一、系统的组成 1）动力元件：把机械能转换成油液液压能的装置。 2）执行元件：把油液的液压能转换成机械能的装置。 3）控制元件：对系统中油液压力、流量、或流动方向
进行控制和调节的装置。 4）辅助元件：起连接、储油、过滤、测压等作用的装
置。 5）传动介质：用于传递动力和运动（能量和信号传递）
的介质。
条，其面积为 dA=lds=lrd dFx=dFcos=pdAcos ＝plrd
第四节液体动力学
主要讨论：液体在流动时的运动规律、能量 转换和流动液体对固体壁面作用力等问题。
重点研究三个基本方程：连续方程、能量方 程(伯努利方程)和动量方程及其应用。
3)标准大气压。1标准大气压=101325Pa。 4)液体柱高度。H=p/ρg ，常用的有水柱、 酒精柱、汞柱等。
2．液体静压力的几个重要特性 1)液体静压力的作用方向始终指向作用面的
内法线方向。液体不能受拉只能受压。 2)静止液体中，任何一点所受到各个方向的
液体静压力都相等。 3)在密封容器内，施加于静止液体上的压力
2.可压缩性
液体的可压缩性可用体积压缩系数k，即单
位压力变化下的体积相对变化量来表示。
K＝1／κ，称为体积弹性模量K，简称体积模 量。
液压油液的体积模量和温度、压力有关。液压油 液中如混有气泡时，K值将大大减小。
3.粘性
(1) 定义：液体在外力作用下流动(或有
流动趋势)时，分子间的内聚力要阻止分
由这个例子可以看到， 液体在受压情况下，
其液柱高度所引起的
那部分压力ρgh相当 小，可以忽略不计，
并认为整个液体内部
的压力是近乎相等的。
四、液体静压力对固体壁面的作用力
平面：F=pA，其作用方向垂直于壁面。 曲面：Fx=pAx； Fy=pAy 求：图中压力对液压缸缸筒 的作用力。 解：在缸筒壁上取一微小窄
便携式液压油测定仪
THY-20BY型油液质量检测仪测 试 程 序 清洗油腔→左右油腔放入标准油→仪器调零→清 洗右油腔→右油腔放入污油→判断污染程度及类 型→测试结束→清洗油腔→置于干燥处
将检测数据与所给参考值比较，即可得出被测 油污染程度及类型并判断能否继续使用。
第三节 液体静力学
液体静力学是研究液体处于静止状态下的力学 规律。这里所谓的静止液体，是指液体宏观质点之 间没有相对运动，达到了相对平衡。
采用液压传动的程度现在已成为衡量一个国家工业 水平的重要标志之一。
我国的液压工业开始于本世纪50年代，80年代起更 加速了对西方先进液压产品和技术的有计划引进、 消化、吸收和国产化工作 。
第一章 液压传动概述
电子是神经 液压是肌肉 机械是骨头
——机电液一体化技术
三峡截流合龙时选定的设计流量为每秒1.4万立方米 至1.94万立方米，是迄今为止世界水电工程最大截 流流量——巴西伊泰普工程截流流量的1.75倍；是 国内最大截流流量——葛洲坝截流流量的2.9倍。三 峡截流最大水深为60米，是世界水电工程最大的截 流水深——美国达勒斯工程截流水深的1.3倍，比葛 洲坝截流水深深40米。
第四节 液压传动的应用及其发展前景
液压技术已经发展成为包括传动、控制和检测在 内的一门完整的自动化技术。
液压技术发展趋势： 1）高压、高速、大功率、高效率、低噪声、经久 耐用、高度集成化； 2）比例控制、伺服控制、数字控制； 3）计算机辅助设计、计算机仿真和优化以及微机 控制等开发性工作方面。
1999年修订（22/16/9）。
美国NAS1638油液污染度等级以颗粒浓度 为基础，最清洁的为00级，污染最高的为12级。
四、防止污染的措施
1)对元件和系统进行清洗，清除在加工和组装 过程中残留的污染物。液压元件在加工的每道 工序后都应净化，装配后经严格的清洗。 2)防止污染物从外界侵入。 3)采用合适的过滤器。 4)控制液压油液的温度。 5)定期检查和更换液压油液。
上游截流围堰仅剩下40米的小龙口。 400多辆巨 型装载车紧张有序地轮番在上下游围堰4个堤头向 龙口抛投石料，激起阵阵浪花，发出巨大的轰响。 龙口被逐步收窄至30米、20米、10米、5米……
流体传动：
以流体（液体或压缩气体）为传动介质进行 能量传递与控制的一种传动形式，它包括液体传 动和气体传动两种形式。
表压力＝绝对压力 —大气压
真空度＝大气压 —绝对压力
三、静压力方程及其物理本质
1．静压力方程
静止液体在自重作用 下任意一点的压力随液体 深度呈直线规律递增。
压力相等的所有点组 成的面叫做等压面。静 止液体中的等压面是一 个水平面。
2．静压力方程的物理本质
例：图示一容器内充满油液，如用在活塞上的力 为F＝1000N，活塞的面积A＝1×10-3㎡，问活 塞下方深度为h＝0．5m处的压力等于多少?油 液的密度p＝900kg／m3。