1-液壓傳動-陳奎生-液壓傳動概述

1、第一章,液壓傳動概述Introduction to Hydraulic Power Transmission,2,1.1 液壓傳動的定義,1.2 液壓傳動的工作原理及系統(tǒng)構成,1.3 液壓傳動的優(yōu)缺點,1.4 液壓傳動的工作介質,本章教學內容,習題,點擊進入 相應章節(jié),http:// yycd.mech.wust.edu.cn/ 引用本教案內容，請注明出處,返回本頁點擊此,3,一部完整的機器是由原動機(Prime Mover)

2、、傳動機構(Transmission Section)及控制部分(Control Section)、工作機(End-use Device)（含輔助裝置）組成。,◆傳動機構通常分為機械傳動(Mechanics)、電氣傳動(Electrics)和流體傳動(Fluid Power)機構。,◆流體傳動是以流體為工作介質進行能量轉換、傳遞和控制的傳動。它包括液壓傳動(Hydraulic Power Transmission )、液力傳動(Flui

3、d Drive)和氣壓傳動(Pneumatics) 。,◆液壓傳動和液力傳動均是以液體作為工作介質來進行能量傳遞的傳動方式。,◆液壓傳動主要是利用液體的壓力能來傳遞能量； 液力傳動則主要是利用液體的動能來傳遞能量。,1.1 液壓傳動定義 　　Definition of Hydraulic Power Transmission,4,液壓傳動是以液體為工作介質，通過驅動裝置將原動機的機械能轉換為液壓的壓力能，然后通過管道、液壓控制

4、及調節(jié)裝置等，借助執(zhí)行裝置，將液體的壓力能轉換為機械能，驅動負載實現(xiàn)直線(Beeline)或回轉(Turning)運動。,ISO-TC131-6403中定義：　　利用有壓液體的流動來實現(xiàn)功率(Power)傳送及傳遞的一種傳動方式。,1.1 液壓傳動定義,5,為什么要用液壓傳動？ 將能量從機械能轉換為液壓能，而后又將液壓能轉換為液壓能，何必多此一舉呢？ 幾乎所有的機械或機器都需要傳動機構。這因為原動機一般

5、很難直接滿足執(zhí)行機構在速度、力、轉矩或運動方式等方面的要求，必須通過中間環(huán)節(jié)——傳動裝置進行調節(jié)控制。液壓傳動就是這種調節(jié)控制方式中的一種。,,其它的傳動方式有：機械傳動(Mechanics):常用零件為齒輪，曲軸，軸，皮帶等。氣壓傳動(Pneumatics):常用空氣或其它氣體為傳輸介質。電器傳動(Electrics):常用零件是直流電機，可控硅，交流電機變頻器等。,1.1 液壓傳動定義,6,1.2.1 液壓傳動系統(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，負載可以停止在任意位置；在液壓缸行程范圍內，可以將負載提升到任意位置?！　∑鋵嵰簤呵Ы镯斒乔懊嬗懻撨^的簡化模型的進一步完善，它具有以下一些簡化模型所不具備的功能：,1.2 液壓傳動系統(tǒng)工作原理及構成 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 )?！　〈蠡钊透子糜趲迂撦d，使之獲得所需運動及輸出力，這個部分稱為執(zhí)行機構(Actuator)?！　》庞烷y門11的啟閉決定W是否向下運動，是一個方向控制閥(Directional Control Valve)?！　×硗?，要進行動力傳輸必須借助液壓傳動介質(H

8、ydraulic Fluids)。,1.2.1 液壓傳動系統(tǒng)的工作原理,8,磨床工作臺液壓系統(tǒng)Grinding Machine’s Hydraulic System,磨床工作臺,磨床工作要求： 工作臺水平往復運動。,1.2.1 液壓傳動系統(tǒng)的工作原理,9,磨床工作臺液壓系統(tǒng),,工作臺向右移動,液壓缸 Cylinder,換向閥 Directional Valve,工作臺 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,如果將手動換向閥9轉換成如圖C所示的狀態(tài)，液壓泵輸出的油液經手動換向閥9流回油箱，這時工作臺停止運動，液壓系統(tǒng)處卸荷狀態(tài)(Hydraulic System Unload)。,,,,12,磨床工作臺,溢流閥,,液壓系統(tǒng)中工作的零部件都有一定的承載范圍，當系統(tǒng)的工作壓力(

10、Work Pressure)超過這個承載范圍時，就可能會出現(xiàn)安全事故，如管道爆裂、電機過熱乃至燒毀等?！　∫簤合到y(tǒng)一般采用設置安全閥(safety valve)的方法，來限制系統(tǒng)的最大工作壓力，保護人身設備的安全。,,,13,磨床工作臺,溢流閥,,除了前面討論的各個環(huán)節(jié)外，液壓系統(tǒng)要能正常工作，還必須有儲存油的容器—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，防止雜質進入泵和液壓系統(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)一般有以下幾個部分組成：,1.2 液壓傳動系統(tǒng)工作原理及構成,15,從圖1.1可以看出，液壓傳動是以液體作為工作介質來進行工作的，一個完整的液壓傳動系統(tǒng)由以下幾部分組成：,（l）液壓泵 Hydraulic

12、 Pumps（動力元件）：是將原動機所輸出的機械能轉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：把液體壓力能轉換成機械能以驅動工作機構的元件，執(zhí)行元件包括液壓缸和液壓馬達。,（3）控制元件 Control Components：包括壓力、方向、流量控制閥，是對系統(tǒng)中油液壓力、流量、方向進行控制和調節(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 液壓傳動系統(tǒng)的組成,16,1.2.3 液壓系統(tǒng)的圖形符號 Fluid Power Diagram and Symbols,圖1.1(a)所示的液壓系統(tǒng)圖是一種半結構式的工作原理圖。它：　　直觀性強，容易理解，但難于繪制。,在實際工作中，除少數(shù)特殊情況外，一般都采用液壓與氣動圖形符號（參看附錄）來繪制，如圖1.2所示。,圖1.2,17

14、,圖1.1 磨床工作臺液壓傳動系統(tǒng)工作原理,圖1.2 用圖形符號表示的磨床工作臺液壓系統(tǒng) l-油箱；2-過濾器；3-液壓泵； 4-溢流閥； 5-手動換向閥；6-節(jié)流閥；7-換向閥； 8-活塞；9-液壓缸,18,圖形符號表示元件的功能，而不表示元件的具體結構和參數(shù)；反映各元件在油路連接上的相互關系，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,液壓傳動與機械傳動、電氣傳動相比有以下主要優(yōu)點：　?。?）在同等功率情況下，液壓執(zhí)行元件體積小、結構緊湊?！　。?）液壓傳動的各種元件，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，反應快，液壓裝置易于實現(xiàn)快速啟動、制動和頻繁的換向； 　　（4）操縱控制方便，可實現(xiàn)大范圍的無級調

16、速(調速范圍達2000：1)，它還可以在運行的過程中進行調速；,1.3.1 主要優(yōu)點 Advantages,1.3 液壓傳動的優(yōu)缺點 Advantages and Disadvantages of Hydraulic Power Transmission,20,（5）一般采用礦物油為工作介質，相對運動面可自行潤滑，使用壽命長；,（6）容易實現(xiàn)直線運動；,（7）既易實現(xiàn)機器的自動化，又易于實現(xiàn)過載保護，當采用電液聯(lián)合控制甚至計算機控制后

17、，可實現(xiàn)大負載、高精度、遠程自動控制。,（8）液壓元件實現(xiàn)了標準化、系列化、通用化，便于設計、制造和使用。,1.3.1 主要優(yōu)點,21,（1）液壓傳動不能保證嚴格的傳動比，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）由于流體流動的阻力損失和泄漏較大，所以效率較低。如果處理不當，泄漏不僅污染場地，而且還可能引起火災和爆炸事故。,（4）為了減少泄漏，液壓元件在制造精

18、度上要求較高，因此它的造價高，且對油液的污染比較敏感。,1.3.2 主要缺點 Disadvantages,22,1.4.1 液壓系統(tǒng)對工作介質的要求 Requirement for Hydraulic Fluids,液壓工作介質一般稱為液壓油?！　∫簤航橘|的性能對液壓系統(tǒng)的工作狀態(tài)有很大影響，對液壓系統(tǒng)對工作介質的基本要求如下：,(1) 有適當?shù)恼扯?Viscosity)和良好的粘溫特性。,粘

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

20、4 液壓傳動的工作介質 Hydraulic Fluids,23,所有工作介質的粘度都隨溫度的升高而降低，粘溫特性好是指工作介質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，為了獲得較高的容積效率，不使油的粘度過低，應采用高牌號液壓油；低溫時或泵的吸入條件不好時（壓力低，阻力大），應采用低牌號液壓油。,,(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、燃點要高

21、，能防火、防爆。,(5) 有良好的潤滑性和防腐蝕性，不腐蝕金屬和密封件。,(6) 對人體無害，成本低。,1.4 液壓傳動的工作介質,1.4.1 液壓系統(tǒng)對工作介質的要求,24,1.4.2 液壓介質的種類 Types of Hydraulic Fluids,液壓傳動介質按照GB/T7631.2-87（等效采用ISO 6743/4）進行分類，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油，加入抗氧、抗腐、抗泡、防銹等添加劑調合而成，是當前我國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。其牌號有：HL－32、HL－46、HL－68。在其代號L-HL中，L代表潤滑劑類，H代表液壓油，L代表防銹、抗氧化型

23、，最后的數(shù)字代表運動粘度。,1.4 液壓傳動的工作介質,25,（2）L-HM液壓油（抗磨液壓油，M代表抗磨型）：其基礎油與普通液壓油同，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、高速工程機械和車輛液壓系統(tǒng)。 其牌號有：HM－32、HM－46、HM－68、HM－I00、HM－150,（3）L-HG液壓油（又名液壓一導軌油）：除普通液壓油所具有的全部添加劑外，還加有油性劑，用于導軌潤滑時有良好的防爬性能。適用于機

24、床液壓和導軌潤滑合用的系統(tǒng)。,1.4.2 液壓介質的種類,1.4 液壓傳動的工作介質,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合而成。其粘溫特性好，有較好的潤滑性，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 液壓介質的種類,1.4 液壓傳動的工作介質,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 液壓介質的種類,1.4 液壓傳動的工作介質,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）?！　?yōu)點是凝點低（－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)?！　∪秉c是價格高，潤滑性差，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：使用溫度范圍寬（?54～135℃），抗燃性好，抗氧化安定性和潤滑性都很好。允許使用現(xiàn)有元件在高壓下工作。,缺點：價格昂貴（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 液壓介質的種類,1.4 液壓傳動的工作介質,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

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