1-液壓傳動(dòng)-陳奎生-液壓傳動(dòng)概述

1、第一章,液壓傳動(dòng)概述Introduction to Hydraulic Power Transmission,2,1.1 液壓傳動(dòng)的定義,1.2 液壓傳動(dòng)的工作原理及系統(tǒng)構(gòu)成,1.3 液壓傳動(dòng)的優(yōu)缺點(diǎn),1.4 液壓傳動(dòng)的工作介質(zhì),本章教學(xué)內(nèi)容,習(xí)題,點(diǎn)擊進(jìn)入 相應(yīng)章節(jié),http:// yycd.mech.wust.edu.cn/ 引用本教案內(nèi)容，請(qǐng)注明出處,返回本頁點(diǎn)擊此,3,一部完整的機(jī)器是由原動(dòng)機(jī)(Prime Mover)

2、、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(Transmission Section)及控制部分(Control Section)、工作機(jī)(End-use Device)（含輔助裝置）組成。,◆傳動(dòng)機(jī)構(gòu)通常分為機(jī)械傳動(dòng)(Mechanics)、電氣傳動(dòng)(Electrics)和流體傳動(dòng)(Fluid Power)機(jī)構(gòu)。,◆流體傳動(dòng)是以流體為工作介質(zhì)進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換、傳遞和控制的傳動(dòng)。它包括液壓傳動(dòng)(Hydraulic Power Transmission )、液力傳動(dòng)(Flui

3、d Drive)和氣壓傳動(dòng)(Pneumatics) 。,◆液壓傳動(dòng)和液力傳動(dòng)均是以液體作為工作介質(zhì)來進(jìn)行能量傳遞的傳動(dòng)方式。,◆液壓傳動(dòng)主要是利用液體的壓力能來傳遞能量； 液力傳動(dòng)則主要是利用液體的動(dòng)能來傳遞能量。,1.1 液壓傳動(dòng)定義 　　Definition of Hydraulic Power Transmission,4,液壓傳動(dòng)是以液體為工作介質(zhì)，通過驅(qū)動(dòng)裝置將原動(dòng)機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為液壓的壓力能，然后通過管道、液壓控制

4、及調(diào)節(jié)裝置等，借助執(zhí)行裝置，將液體的壓力能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，驅(qū)動(dòng)負(fù)載實(shí)現(xiàn)直線(Beeline)或回轉(zhuǎn)(Turning)運(yùn)動(dòng)。,ISO-TC131-6403中定義：　　利用有壓液體的流動(dòng)來實(shí)現(xiàn)功率(Power)傳送及傳遞的一種傳動(dòng)方式。,1.1 液壓傳動(dòng)定義,5,為什么要用液壓傳動(dòng)？ 將能量從機(jī)械能轉(zhuǎn)換為液壓能，而后又將液壓能轉(zhuǎn)換為液壓能，何必多此一舉呢？ 幾乎所有的機(jī)械或機(jī)器都需要傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。這因?yàn)樵瓌?dòng)機(jī)一般

5、很難直接滿足執(zhí)行機(jī)構(gòu)在速度、力、轉(zhuǎn)矩或運(yùn)動(dòng)方式等方面的要求，必須通過中間環(huán)節(jié)——傳動(dòng)裝置進(jìn)行調(diào)節(jié)控制。液壓傳動(dòng)就是這種調(diào)節(jié)控制方式中的一種。,,其它的傳動(dòng)方式有：機(jī)械傳動(dòng)(Mechanics):常用零件為齒輪，曲軸，軸，皮帶等。氣壓傳動(dòng)(Pneumatics):常用空氣或其它氣體為傳輸介質(zhì)。電器傳動(dòng)(Electrics):常用零件是直流電機(jī)，可控硅，交流電機(jī)變頻器等。,1.1 液壓傳動(dòng)定義,6,1.2.1 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的工作原理,

6、液壓千斤頂(Hydraulic Jack)　　液壓千斤頂常用于頂升重物，如頂起汽車以便拆換輪胎……,在杠桿上沒有作用力時(shí)，負(fù)載可以停止在任意位置；在液壓缸行程范圍內(nèi)，可以將負(fù)載提升到任意位置?！　∑鋵?shí)液壓千斤頂是前面討論過的簡(jiǎn)化模型的進(jìn)一步完善，它具有以下一些簡(jiǎn)化模型所不具備的功能：,1.2 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)工作原理及構(gòu)成 The Principle of Hydraulic Transmission System,7,千斤頂

7、中，小缸、小活塞以及單向閥4和7組合在一起，就可以不斷從油箱中吸油和將油壓入大缸，這個(gè)組合體的作用是向系統(tǒng)中提供一定量的壓力油液，稱為液壓泵(Hydraulic Pump )。　　大活塞和缸用于帶動(dòng)負(fù)載，使之獲得所需運(yùn)動(dòng)及輸出力，這個(gè)部分稱為執(zhí)行機(jī)構(gòu)(Actuator)?！　》庞烷y門11的啟閉決定W是否向下運(yùn)動(dòng)，是一個(gè)方向控制閥(Directional Control Valve)。　　另外，要進(jìn)行動(dòng)力傳輸必須借助液壓傳動(dòng)介質(zhì)(H

8、ydraulic Fluids)。,1.2.1 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的工作原理,8,磨床工作臺(tái)液壓系統(tǒng)Grinding Machine’s Hydraulic System,磨床工作臺(tái),磨床工作要求： 工作臺(tái)水平往復(fù)運(yùn)動(dòng)。,1.2.1 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的工作原理,9,磨床工作臺(tái)液壓系統(tǒng),,工作臺(tái)向右移動(dòng),液壓缸 Cylinder,換向閥 Directional Valve,工作臺(tái) Work Table,節(jié)流閥 Throttle Valv

9、e,換向閥 Directional Valve,限壓閥Pressure Relief Valve,液壓泵 Pump,油箱 Tank,,,,,,,,,10,11,換向閥,如果將手動(dòng)換向閥9轉(zhuǎn)換成如圖C所示的狀態(tài)，液壓泵輸出的油液經(jīng)手動(dòng)換向閥9流回油箱，這時(shí)工作臺(tái)停止運(yùn)動(dòng)，液壓系統(tǒng)處卸荷狀態(tài)(Hydraulic System Unload)。,,,,12,磨床工作臺(tái),溢流閥,,液壓系統(tǒng)中工作的零部件都有一定的承載范圍，當(dāng)系統(tǒng)的工作壓力(

10、Work Pressure)超過這個(gè)承載范圍時(shí)，就可能會(huì)出現(xiàn)安全事故，如管道爆裂、電機(jī)過熱乃至燒毀等。　　液壓系統(tǒng)一般采用設(shè)置安全閥(safety valve)的方法，來限制系統(tǒng)的最大工作壓力，保護(hù)人身設(shè)備的安全。,,,13,磨床工作臺(tái),溢流閥,,除了前面討論的各個(gè)環(huán)節(jié)外，液壓系統(tǒng)要能正常工作，還必須有儲(chǔ)存油的容器—油箱(Tank)，有連接各元器件的管道(Pipes)，還得有過濾系統(tǒng)的油液，防止雜質(zhì)進(jìn)入泵和液壓系統(tǒng)的過濾器(Filt

11、er)，另外還有蓄能器(Accumulators)，壓力表等。,14,1.2.2液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的組成 Components of Hydraulic System,從千斤頂和磨床的液壓系統(tǒng)組成和工作原理可以看出，液壓系統(tǒng)一般有以下幾個(gè)部分組成：,1.2 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)工作原理及構(gòu)成,15,從圖1.1可以看出，液壓傳動(dòng)是以液體作為工作介質(zhì)來進(jìn)行工作的，一個(gè)完整的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)由以下幾部分組成：,（l）液壓泵 Hydraulic

12、 Pumps（動(dòng)力元件）：是將原動(dòng)機(jī)所輸出的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成液體壓力能的元件，其作用是向液壓系統(tǒng)提供壓力油，液壓泵是液壓系統(tǒng)的心臟。,（2）執(zhí)行元件 Actuators：把液體壓力能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能以驅(qū)動(dòng)工作機(jī)構(gòu)的元件，執(zhí)行元件包括液壓缸和液壓馬達(dá)。,（3）控制元件 Control Components：包括壓力、方向、流量控制閥，是對(duì)系統(tǒng)中油液壓力、流量、方向進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)的元件。如換向閥15即屬控制元件。,（4）輔助元件 Accessori

13、es：上述三個(gè)組成部分以外的其它元件，如：管道、管接頭、油箱、濾油器等為輔助元件。,1.2.2 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的組成,16,1.2.3 液壓系統(tǒng)的圖形符號(hào) Fluid Power Diagram and Symbols,圖1.1(a)所示的液壓系統(tǒng)圖是一種半結(jié)構(gòu)式的工作原理圖。它：　　直觀性強(qiáng)，容易理解，但難于繪制。,在實(shí)際工作中，除少數(shù)特殊情況外，一般都采用液壓與氣動(dòng)圖形符號(hào)（參看附錄）來繪制，如圖1.2所示。,圖1.2,17

14、,圖1.1 磨床工作臺(tái)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)工作原理,圖1.2 用圖形符號(hào)表示的磨床工作臺(tái)液壓系統(tǒng) l-油箱；2-過濾器；3-液壓泵； 4-溢流閥； 5-手動(dòng)換向閥；6-節(jié)流閥；7-換向閥； 8-活塞；9-液壓缸,18,圖形符號(hào)表示元件的功能，而不表示元件的具體結(jié)構(gòu)和參數(shù)；反映各元件在油路連接上的相互關(guān)系，不反映其空間安裝位置；

15、只反映靜止位置或初始位置的工作狀態(tài)，不反映其過渡過程。,,,,液壓缸,液壓泵,節(jié)流閥,換向閥,油箱,溢流閥,19,液壓傳動(dòng)與機(jī)械傳動(dòng)、電氣傳動(dòng)相比有以下主要優(yōu)點(diǎn)：　　（1）在同等功率情況下，液壓執(zhí)行元件體積小、結(jié)構(gòu)緊湊?！　。?）液壓傳動(dòng)的各種元件，可根據(jù)需要方便、靈活地來布置； 　?。?）液壓裝置工作比較平穩(wěn)，由于重量輕，慣性小，反應(yīng)快，液壓裝置易于實(shí)現(xiàn)快速啟動(dòng)、制動(dòng)和頻繁的換向； 　?。?）操縱控制方便，可實(shí)現(xiàn)大范圍的無級(jí)調(diào)

16、速(調(diào)速范圍達(dá)2000：1)，它還可以在運(yùn)行的過程中進(jìn)行調(diào)速；,1.3.1 主要優(yōu)點(diǎn) Advantages,1.3 液壓傳動(dòng)的優(yōu)缺點(diǎn) Advantages and Disadvantages of Hydraulic Power Transmission,20,（5）一般采用礦物油為工作介質(zhì)，相對(duì)運(yùn)動(dòng)面可自行潤(rùn)滑，使用壽命長(zhǎng)；,（6）容易實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)；,（7）既易實(shí)現(xiàn)機(jī)器的自動(dòng)化，又易于實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)，當(dāng)采用電液聯(lián)合控制甚至計(jì)算機(jī)控制后

17、，可實(shí)現(xiàn)大負(fù)載、高精度、遠(yuǎn)程自動(dòng)控制。,（8）液壓元件實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化，便于設(shè)計(jì)、制造和使用。,1.3.1 主要優(yōu)點(diǎn),21,（1）液壓傳動(dòng)不能保證嚴(yán)格的傳動(dòng)比，這是由于液壓油的可壓縮性和泄漏造成的。,（2）工作性能易受溫度變化的影響，因此不宜在很高或很低的溫度條件下工作。,（3）由于流體流動(dòng)的阻力損失和泄漏較大，所以效率較低。如果處理不當(dāng)，泄漏不僅污染場(chǎng)地，而且還可能引起火災(zāi)和爆炸事故。,（4）為了減少泄漏，液壓元件在制造精

18、度上要求較高，因此它的造價(jià)高，且對(duì)油液的污染比較敏感。,1.3.2 主要缺點(diǎn) Disadvantages,22,1.4.1 液壓系統(tǒng)對(duì)工作介質(zhì)的要求 Requirement for Hydraulic Fluids,液壓工作介質(zhì)一般稱為液壓油?！　∫簤航橘|(zhì)的性能對(duì)液壓系統(tǒng)的工作狀態(tài)有很大影響，對(duì)液壓系統(tǒng)對(duì)工作介質(zhì)的基本要求如下：,(1) 有適當(dāng)?shù)恼扯?Viscosity)和良好的粘溫特性。,粘

19、度是選擇工作介質(zhì)的首要因素。液壓油的粘性，對(duì)減少間隙的泄漏、保證液壓元件的密封性能都起著重要作用。,液壓介質(zhì)粘度用運(yùn)動(dòng)粘度(kinematic viscosity)? 表示。在國(guó)際單位制中的?單位是m2/s ，而在實(shí)用上油的粘度用 mm2/s(cSt，厘斯)表示。粘度是液壓油(液)劃分牌號(hào)的依據(jù)。按國(guó)標(biāo)GB/T3141-94所規(guī)定，液壓油產(chǎn)品的牌號(hào)用粘度的等級(jí)表示，即用該液壓油在40℃時(shí)的運(yùn)動(dòng)粘度中心值表示。(參見教材：表1.1),1.

20、4 液壓傳動(dòng)的工作介質(zhì) Hydraulic Fluids,23,所有工作介質(zhì)的粘度都隨溫度的升高而降低，粘溫特性好是指工作介質(zhì)的粘度隨溫度變化小，粘溫特性通常用粘度指數(shù)表示。,一般情況下，在高壓或者高溫條件下工作時(shí)，為了獲得較高的容積效率，不使油的粘度過低，應(yīng)采用高牌號(hào)液壓油；低溫時(shí)或泵的吸入條件不好時(shí)（壓力低，阻力大），應(yīng)采用低牌號(hào)液壓油。,,(2) 氧化安定性和剪切安定性好。,(3) 抗乳化性、抗泡沫性好。,(4) 閃點(diǎn)、燃點(diǎn)要高

21、，能防火、防爆。,(5) 有良好的潤(rùn)滑性和防腐蝕性，不腐蝕金屬和密封件。,(6) 對(duì)人體無害，成本低。,1.4 液壓傳動(dòng)的工作介質(zhì),1.4.1 液壓系統(tǒng)對(duì)工作介質(zhì)的要求,24,1.4.2 液壓介質(zhì)的種類 Types of Hydraulic Fluids,液壓傳動(dòng)介質(zhì)按照GB/T7631.2-87（等效采用ISO 6743/4）進(jìn)行分類，主要有石油基液壓油(Petroleum-based Fluids)和難燃液壓液(Synthetic

22、Fire-resistant Fluids)兩大類。,,,1.4.2.1 石油基液壓油 Petroleum-based Fluids,（1）L-HL液壓油（又名普通液壓油）：采用精制礦物油作基礎(chǔ)油，加入抗氧、抗腐、抗泡、防銹等添加劑調(diào)合而成，是當(dāng)前我國(guó)供需量最大的主品種，用于一般液壓系統(tǒng)，但只適于0 ℃以上的工作環(huán)境。其牌號(hào)有：HL－32、HL－46、HL－68。在其代號(hào)L-HL中，L代表潤(rùn)滑劑類，H代表液壓油，L代表防銹、抗氧化型

23、，最后的數(shù)字代表運(yùn)動(dòng)粘度。,1.4 液壓傳動(dòng)的工作介質(zhì),25,（2）L-HM液壓油（抗磨液壓油，M代表抗磨型）：其基礎(chǔ)油與普通液壓油同，加有極壓抗磨劑，以減少液壓件的磨損。適用于?15℃以上的高壓、高速工程機(jī)械和車輛液壓系統(tǒng)。 其牌號(hào)有：HM－32、HM－46、HM－68、HM－I00、HM－150,（3）L-HG液壓油（又名液壓一導(dǎo)軌油）：除普通液壓油所具有的全部添加劑外，還加有油性劑，用于導(dǎo)軌潤(rùn)滑時(shí)有良好的防爬性能。適用于機(jī)

24、床液壓和導(dǎo)軌潤(rùn)滑合用的系統(tǒng)。,1.4.2 液壓介質(zhì)的種類,1.4 液壓傳動(dòng)的工作介質(zhì),26,（4）L-HV液壓油（又名低溫液壓油、稠化液壓油、高粘度指數(shù)液壓油）：用深度脫蠟的精制礦物油，加抗氧、抗腐、抗磨、抗泡、防銹、降凝和增粘等添加劑調(diào)合而成。其粘溫特性好，有較好的潤(rùn)滑性，以保證不發(fā)生低速爬行和低速不穩(wěn)定現(xiàn)象。適用于低溫地區(qū)的戶外高壓系統(tǒng)及數(shù)控精密機(jī)床液壓系統(tǒng)。,（5）其它專用液壓油：如航空液壓油（紅油）、炮用液壓油、艦用液壓油

25、等。,1.4.2 液壓介質(zhì)的種類,1.4 液壓傳動(dòng)的工作介質(zhì),27,1.4.2.2 難燃液壓液 Synthetic Fire-resistant Fluids,難燃液壓液分為合成型(Synthetics)、油水乳化型(Oil-water Emulsions)和高水基型(High Water Content Fluids)三大類。,(1) 合成型抗燃工作液,1.4.2 液壓介質(zhì)的種類,1.4 液壓傳動(dòng)的工作介質(zhì),①水-乙二醇液(Wate

26、r-Glycol)（L-HFC液壓液）：　　這種液體含有 35％～55％的水，其余為乙二醇及各種添加劑（增稠劑、抗磨劑、抗腐蝕劑等）。　　優(yōu)點(diǎn)是凝點(diǎn)低（－50℃），有一定的粘性，而且粘度指數(shù)高，抗燃。適用于要求防火的液壓系統(tǒng)。　　缺點(diǎn)是價(jià)格高，潤(rùn)滑性差，只能用于中等壓力（20MPa以下）。這種液體密度大，所以吸入困難。,28,水-乙二醇液能使許多普通油漆和涂料軟化或脫離，可換用環(huán)氧樹脂或乙烯基涂料。,② 磷酸酯液(Phosphat

27、e Esters) （L-HFDR液壓液）,優(yōu)點(diǎn)：使用溫度范圍寬（?54～135℃），抗燃性好，抗氧化安定性和潤(rùn)滑性都很好。允許使用現(xiàn)有元件在高壓下工作。,缺點(diǎn)：價(jià)格昂貴（為液壓油的5～8倍）；有毒性；與多種密封材料（如丁氰橡膠）的相容性很差，而與丁基膠、乙丙膠、氟橡膠、硅橡膠、聚四氟乙烯等均可相容。,1.4.2.2 難燃液壓液,1.4.2 液壓介質(zhì)的種類,1.4 液壓傳動(dòng)的工作介質(zhì),29,（2）油水乳化型抗燃工作液(L-HFB、L-H

28、FAE液壓液),油水乳化液是指互不相溶的油和水，使其中的一種液體以極小的液滴均勻地分散在另一種液體中所形成的抗燃液體。分水包油乳化液(Oil-in-water Emulsions)和油包水乳化液(Water-in-oil Emulsions)兩大類。,（3）高水基型抗燃工作液(L-HFAS液壓液),這種工作液不是油水乳化液。其主體為水，占 95％，其余5％為各種添加劑(抗磨劑、防銹劑、抗腐劑、乳化劑、抗泡劑、極壓劑、增粘劑等)。其優(yōu)點(diǎn)

29、是成本低，抗燃性好，不污染環(huán)境。其缺點(diǎn)是粘度低，潤(rùn)滑性差。,1.4.2.2 難燃液壓液,1.4.2 液壓介質(zhì)的種類,1.4 液壓傳動(dòng)的工作介質(zhì),30,1.1 什么叫液壓傳動(dòng)？液壓傳動(dòng)系統(tǒng)由哪幾部分組成？各組成部分的作用是什么？　　1.2 液壓傳動(dòng)與機(jī)械傳動(dòng)（以齒輪傳動(dòng)為例）、電傳動(dòng)比較有哪些優(yōu)點(diǎn)？為什么有這些優(yōu)點(diǎn)？　　1.3 試討論液壓傳動(dòng)系統(tǒng)圖形符號(hào)的特點(diǎn)?！　?.4 普通液壓油與抗磨液壓油有什么區(qū)別？　　1.5 目前實(shí)用的難