第一章绪论第二章水力学基础

液压与气压技术主讲：郭贵生 第一章 绪论1.1 什么是液压传动 一部完整的机械由原动机、传动部分、控制部分和工作机构等组成。传动部分是中间环节，它的作用是把原动机（电动机、内燃机等）的输出功率传输给工作机构。传动机构有多种形式： 机械传动：齿轮、链条、皮带等 ； 电传动：电子和电气； 液力：利用液体的MV 或 FV,如工程机械中 液体 的挖掘机。 流体传动 液压：主要利用液体的压力，拖拉机的提 升机构、机床等。 气体 ：工厂的各种设备动作。 液体具有动能、位能、动力势能（液压）。动能主要用在液力传动中，而液压主要应用液体的动力势能。1.2 液压与气压发展史 液压传动工作原理和元件的应用早已提出。英国发明了动力机后液压传动就被提出，如在早期的纺织厂应用（原因机械传动复杂），用同一动力机带动许多机械设备工作。但因当时缺乏液力学方面的基本理论及机加工达不到要求，水腐蚀等问题不能解决而放下。但真正应用于生产实践还是上世纪初的事情。随着液压水力学研究的逐步发展起来，在各种机械复杂运动的实现和控制方面得到了广泛的应用中。（第二次世界大战推动液压技术的发展，军事上需要反映快重量轻功率大的各种武器。）特别是近几十年，液压传动在工农业的各种机械设备应用更广泛。液压传动在简化机器结构，减轻机器的重量，减少材料的消耗等方面是机械和电无法代替的。气压技术发展历史悠久，但18世纪开始应用。现在流体传动技术水平的高低已成为一个国家工业水平发展的标示。 举例：联合收获机的操纵系统，拖拉机的液压悬挂系统，汽车转向及速度的调节，机床等。1.3 简单液压系统示例图11 机床工作台液压系统的工作原理图 1.油箱 2.滤油器 3.12.14.回油管 4.液压泵 5.弹簧 6.钢球 7.溢流阀 8.压力支管 9.开停阀 10.压力管 11.开停手柄 13.节流阀 15.换向阀 16.换向手柄 1. 系统的主要组成： 油箱、液压泵、压力阀、操纵阀、流量阀、 液压缸和外载 2. 各部件的作用： 3. 工作原理：工作台左移，工作台右移，速度的调节，停止，推力大小的变化调节。 从上面的例子中可以看到： 液压传动是以液体作为工作介质来传递动力的。发动机带动油泵输出压力油推动油缸推动工作台。 液压传动用液体的压力能来传递动力，它与利用液体动能的液力传动是不相同的。 由R（推力）=P（压强）A，P=R/A知，推动外负载的能力决定于油压的高低和A的大小。 由Q=VA知，Q-流量，V只与流量Q有关，与负载的大小无关。 液压传动中的工作介质是在受控制、受调节的状态下进行工作的，因此液压传动和液压控制常常难以截然分开。职能图：图11是液压系统图的结构原理图，它的直观性强，容易理解，但绘制比较麻烦，系统中元件数量多时更是如此。图12是同一个液压系统用液压图形符号绘制成的工作原理图。使用这些图形符号可使液压系统图简单明了，便于绘制。有些液压元件的职能如果无法用这些符号表达时，仍可采用它的示意形式。 在系统图中元件位置规定以元件的静止位置和零位置表示，且只表示元件的职能，连接系统的通路，不表示元件在机器中的具体位置图1-2 用液压传动图形符号绘制的液压传动系统工作原理图1.油箱；2.过滤器；3.液压泵；4.溢流阀；5. 开停阀；6.节流阀；7.换向阀；8.液压缸 1.4 液压系统的组成 不论复杂或简单，一个完整的液压系统主要由4个部分组成。 1.液压泵：它供给液压系统压力油，将电动机或发动机输出的机械能转变为油液的压力能，用这压力油推动整个液压系统工作。 2.控制调节装置：如方向操纵阀、压力阀、节流阀等，通过她们来调节液流的压力、方向和流量，以满足作业的各种要求和维持系统正常工作。 3.液压执行器：液压执行器又叫液压机，包括液压缸和液压马达，通过它又使液体的压力能转换成执行机构的机械能。 4.辅助装置：油箱、滤油器、压力表、加热器、冷却器、油管、密封元件及其接头等 5.工作介质（视频工作油液）1.5 液压传动的优缺点 一）液压传动的优点： 1. 在尺寸小、重量轻的前提下可输出大的功率 液压元件的压力强度比电机的磁场强度大的多，油泵、马达的工作压力一般在2.5-32兆帕之间，而电机由于受饱和磁通量的限制，其磁场作用强度相当于压力强度0.4-0.6兆帕。油马达与电机同功率比较，尺寸12%，重量10-20%。因此，液压传动容易获得很大的力和力矩，应用如万吨水压机；飞机主梁、汽车外壳的压制等，齿轮与齿条作不到。 2.动作快，可以快速启动和快速换向。因惯性小，不需要复杂的离合器，单向阀们就可实现带载离合。 3.能在较大的范围内实现无级调速。机械也可以，但受限制，一般为2-4；液压不受功率的限制，速比可达2000；电传动无机变速重量很大，行走不能实现。 4.液压传动的机器运动平稳，在低速下也能稳定运转。而电机在低转速时则不稳定；和机械传动相比，齿轮、齿条加工再好也有冲击。因此在机床上大量应用，如磨床（加工精度要求高） 5.简化机器结构，易于完成各种复杂动作。管子等工作件可随意放置，如拖拉机变速箱等相当复杂，挖掘机只能用液压。 6.体积小重量轻，油马达的外形尺寸约为同功率电机的12%，重量为10-20%。 7.操作简单，便于实现自动化。机械传动有，但受局限（老式标准件加工的机床），液+电，工厂自动化70%是液压。 8.易于实现过载保护；因油液为工作介质，运动表面间能自行润滑。二）液压传动的缺点： 1.液体易泄漏，而且管道阻力损耗大（包括回油），降低了运动速度和效率。一般效率为80-90%，比一般机械传动的效率为低。科研主攻方向。 2.可靠性差。对于油液的污染较敏感，（加工件有铁，磨损，带进杂物、氧化堵塞工作偶件间隙）。故障70%与油污染有关。工作时受温度的影响较大，使运动不稳定。 3.安全性差且成本高。着火和加工精度高、密封要求好 。 4.实现定比传动较为困难。速度对油温较敏感，一般变低。因油变稀易泄露。 5.液压传动要求有单独的能源。 6.液压传动出现故障时不易找到原因。 液压传动常与其他传动联合使用，发挥各自的优点，构成性能完善的电液、机液、气液传动系统。六、气压传动的组成及气源装置 1.气压传动组成图1-3 气压传动系统工作原理图1一空气压缩机；2一后冷却器;3一除油器；4一干燥器；5一储气罐；6一过滤器；7一减压阀；8一压力表；9一油雾器； 10、12一气压控制阀；11一气压逻辑元件；13一气缸门；14一可调单向节流阀门；15一行程阀2.气源装置的组成和布置作用：气源装置为气压系统提供满足一定质量要求的压缩空气.内容提要七、气压传动的优缺点 1. 空气随处可取，节省储存运输。 2.因空气黏度小（为液压油的万分之一），在管道内流动阻力小，压力损失小，便于集中供气和远距离输送。 3. 与液压相比，气动反应快，动作迅速，维护简单。 4. 气动对工作环境适应性好，安全可靠性优于液和电。 5. 具有可压缩性，能实现过载自动保护。 6. 具有可压缩性，当载荷变化时动作稳定性差。 7.工作压力低（0.4-0.6MP），因结构尺寸不宜过大，因而输出的功率小。 8.排气的噪声大，需加消声器。 具体设计时应分析考虑，用机械和电能解决的 液压和气压。下面课程的学习思路以液压为主，从水利学基础元件、基本回路、液压系统 、设计。机械部分一般为标准件。 对上课及实验的要求讲一下。v 内容提要v 第一章 绪论v 第二章 流体力学基础v 第三章 液压泵和液压马达v 第四章 液压与气压缸v 第五章 液压控制阀v 第六章 液压基本回路v 第七章 液压典型系统第二章 水力学基础本章主要讲两个概念 一、液压冲击 先看一种现象，当打开开关则h+0+0=0+0+v2/2g v=(2gh)1/2当阀门突然关闭，则管道中有一个压力波向前传送，则压强为P+P，可见在t时间内液流方向作用于ab段液体外力的冲量为：P1A-（P1+P）A t=-PAt=0-SAv P=(S/t)v=av， 在广大无边的液体中,a=(e/)1/2。在管道中要对其进行修正a=（e/）1/2/（1+De/C）1/2。e液体弹性系数；液体密度；C与管道材料有关的系数。若2L/a=T 关阀需时间t,若t小于T，则直接冲击; 若t大于T，间接冲击.在液压系统中，当其流速因某种原因变化而引起油液压力也发生改变，这种现象称为液压冲击（水利学为水锤）。惯性引起的，有时比正常压力大好几倍，引起系统的振动、冲击和管路破坏。同时，冲击压力又常使压力继电器等发生错误信号而影响系统的正常工作。 减少液压冲击的措施：1.增大关阀时间； 2.减小T，就近增加储能器； 3.该用橡胶管 4.减小流速 5.使用溢流阀二、气蚀（空穴现象） 在液压系统中，由于某种原因而产生低压区，当压力低于当时温度下液体的饱和蒸气压时，液体就开始汽化形成气泡。气泡中有油液蒸汽和溶解于油液的空气，气泡进入高压区时突然凝缩（非常激烈的过程），液体质点以极大的速度向凝结中心冲去，动能转化成压能，形成局部的液压冲击，在冲击质点上，压力和温度均急剧升高，引起强烈的噪声和振动，在管壁长期作用，腐蚀，产生小坑。 气蚀（空穴现象）：在流动的液体中，如果某处的压力低于空气分离压时，原先溶解在液体中的空气就会分离出来，从而导致液体中出现大量的气泡，这种现象称为气蚀。 危害：1.震动、噪声； 2.零件的损坏，氧化作用； 3.流量波动。 防止办法：防止局部的压力过低和降低油液中的空气含量。例如油泵的吸油高度H，吸油速度V和管路压力损失过大均会引起油泵吸油腔的压力过低，限制吸油高度H。