液压传动的基本概念

液压传动的基本概念

【复习要求】

1.掌握液压传动的原理和液压传动系统组成及功用；

2.正确理解液压传动的特点、流量、液流连续性原理和压力的建立与传递等基本概念；

3.掌握液压传动中压力、流量、速度和功率的计算。

【知识网络】

【知识精讲】

一、液压传动的原理及其系统的组成

1.液压传动原理

液压传动的工作原理是以油液作为工作介质，依靠密封容积的变化来传递运动，依靠油液内部的压力来传递动力。

注 (1)液压传动装置实质上是一种能量转换装置，它先将机械能转换为液压能(液体的压力能)，并依靠液压能来实现能量的传递，即将液压能转换为机械能；

(2)作为工作介质的油液具有两个重要的特性：压缩性(一般近似地视油液为不可压缩)和粘性(与温度变化有关)。

2.液压传动系统的组成及功能

3.液压传动的特点

二、流量、流速及压力的概念

三、活塞(或缸)的运动速度与流量的关系

1.活塞(或缸)的运动速度等于液压缸内油液的平均流速。即υ=υ=Q/A；

2.当活塞(或缸)的有效作用面积一定时，活塞(或缸)的运动速度决定于流入液压缸中的流量；

3.活塞(或缸)的运动速度仅仅和活塞(或缸)的有效作用面积及流入液压缸的流量两个因素有关。

四、液流连续性原理

1.定义：油液流经无分支管道时，每一横截面上通过的流量一定相等。

2.表达式：Q1=Q2=……＝Q i或A1υ1=A2υ2=……A iυi。

注据液流连续性原理可知(1)同一管道中任意两个截面的流量都相等；(2)同一管道中各个截面的平均流速与截面积大小成反比。

五、压力的建立

液压系统中某处油液的压力是由于受到各种形式负载的挤压而产生的；压力的大小决定于负载，并随负载的变化而变化；当某处有几个负载并联时，则压力取决于克服负载的各个压力值中的最小值；压力建立的过程是从无到有，从小到大迅速进行的。

六、静止油液中压力的特征

1.静止油液中，任何一点所受的各个方向的压力都相等。

2.油液压力的作用方向总是垂直指向受压表面。

3.密闭容器中的静止油液，当一处受到压力作用时，这个压力将通过油液传到连通器的任意点上，而且其压力值处处相等。

注特征3又称为帕斯卡原理或静压传递原理，可用p1=p2或F1/A1=F2/A2表达式表示。

七、压力损失和流量损失

1.液阻：流动油液各质点之间以及油液与管壁之间的摩擦与碰撞所产生的阻力。

2.泄漏：从液压元件的密封间隙漏过少量油液的现象。

3.压力损失、流量损失的产生原因、后果及减小损失措施

八、液压传动功率的计算

1.液压传动的功率有两种表现方式：即P=F*V=p*Q。

2.常需计算的功率

注当液压泵为定量泵时，无论是求P电还是求P电配，流量一律代Q额。

【典型例题】

【例题1】在图简化液压千斤顶中，手掀力T=294N，大小活塞的面积分别为A2=5*10-3m2,A1=

1*10-3m2，忽略损失，试解答下列各题，并在计算末尾填入所用的原理或定义。

(1)通过杠杆机构作用在小活塞上的力F1及此时系统压力p；

(2)大活塞能顶起重物的重量G；

(3)大小活塞运动速度哪个快?快多少倍?

(4)设需顶起的重物G=19600N时，系统压力p又为多少?作用在小活塞上的力F1应为多少?

解题分析该题是运用液压传动基本概念进行求解的综合应用题。学生可通过对本题的求解，进一步加深对液压传动工作原理的理解，强化液压传动的基本概念。

解：(1)F1=540/27*T=540/27*294=5880N(杠杆原理)

p=F1A1=5880/1*10-8=58.8*1010P a(压力定义)

(2)G=A2/A1F=5*10-3/1*10-3*5880=29400N(帕斯卡原理)

(3)V1/V2=A2/A1=5*10-3/1*10-3=5，∴V1比V2快4倍(液流连续性原理)

(4) p=G/A2=19600/5*10-3=39.2*1010P a(压力定义)

F1=A1/A2G=1*10-3/5*10-3*19600=3920N(帕斯卡原理)

名师点拨对帕斯卡原理、液流连续性原理的正确理解是求解该题的关键。即p1=p2(F1/A1=F2/A2)；

Q1=Q2(A1υ1=A2υ2)。

【例题2】图简单液压系统，溢流阀弹簧力负载与活塞杆阻力负载F并联。压力油顶开溢流阀溢流回油箱的压力为23.52*105P a，油泵输出的额定流量为4.17*10-4m3/s，油缸无杆腔活塞有效作用面积

A=5*10-3m2。若不计损失，试确定下列四种情况下，泵的输出压力p及活塞运动速度υ各为多少?

(1)当阻力负载F=9800N时；

(2)当阻力负载F=14700N时；

(3)当阻力负载F=0时；

(4)当阻力负载F=11760N时，并假定此时经溢流阀流走Q溢=0.833*10-4m3/s的油液回油箱。但当活塞杆运动到死挡铁挡死后(图中未画出)，泵压p又为多少?

解题分析从题意可知，溢流阀弹簧力负载与活塞杆阻力负载并联，求阻力负载为四种不同数值时泵的输出压力p及活塞运动速度υ。学生解题时应明确，液压系统中当有几个负载并联时，则压力取决于克服负载的各个压力值中的最小值。

解：(1)p=F/A=9800/5*10-3=19.6*105Pa

υ=Q/A=4.17*10-4/5*10-3≈0.08m/s

(2)p=F/A=14700/5*10-3=29.4*105Pa＞23.52*105Pa

∴泵输出的压力p=23.52*105Pa。

∴活塞不能运动，υ=0

(3)p=F/A=0/5*10-3=0Pa

υ=Q/A=4.17*10-4/5*10-3≈0.08m/s

(4)p=F/A=117605*10-3=23.52*105P (溢流阀开启溢流)

υ＝Q-Q溢/A＝4.17*10-4-0.833*10-4/5*10-3≈0.07m/s

名师点拨该题中的(2)、(4)问较难，求解这两题的关键在于学生应对液压系统中并联负载有正确的认识。题(2)中因推动负载所需的压力p=29.4*105Pa，大于溢流阀的开启压力，故系统压力为溢流阀的调定压力，溢流阀阀口全开，泵输出的油液全部由溢流阀流回油箱，速度为0。题(4)中系统压力

p=23.52*105Pa，已达到打开溢流阀所需的压力，溢流阀打开，从溢流阀流走的流量Q溢=0.833*10-4m3/s，流入液压缸的流量Q缸=Q泵-Q溢=3.337*10-4m3/s。

【例题3】如图13-3所示简化液压系统，要求活塞速度υ=0.05m/s，活塞杆负载F=24000N，无杆腔有效面积A1=8*10-3m2，液压泵额定流量Q 额=10.5*10-4m2/s，额定压力p额=63*105Pa，泵的总效率η

总=0.8。取K压=1.4，K漏=1.2，试确定：

(1)此液压泵能否适用?

(2)计算驱动该泵的电机功率P电。

解题分析此泵能否适用应在求出缸的最高压力和最大流量的基础上，考虑压力损失和流量损失得出泵的最高压力和最大流量，并与泵的额定值相比较进行求解。由于液压泵是定量泵，故驱动电机的功率为p电=p泵·Q额总。

解： (1)p缸=F/A1=24000/8*10-3=30*105Pa

Q缸=A1υ=8*10-3*0.05＝4*10-4m3/s

p泵=K压*p缸=1.4*30*105＝42*105Pa

Q泵=K漏*Q缸=1.2*4*10-4＝4.8*10-4m3/s

∵p泵＜p额＝63*105Pa

Q泵＜Q额＝10.5*10-4m3/s

∴能用

(2)P电=p泵·Q额/∩总=42*105*10.5*10-4/0.8=5512.5W≈5.5KW

名师指点该题所求的是驱动该泵的电动机功率，若所求为与泵所匹配的电机功率，则计算式应为p电配=p额Q额/∩总。