绪论第二章水力学基础

'液压与气压技术主讲：郭贵生西北农林科技大学机电学院 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。 在一个密闭的系统里，把原动力机的机械能（90-95%）主要转化成液体的压力势能传递出去，在执行元件上，再把压力势能转化成机械能输出，推动工作部件运动的传动方式称为液压传动。第一章绪论 第一章绪论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。 第一章绪论 图1—1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1.3简单液压系统示例第一章绪论 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。第一章绪论 职能图：图1—1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1—2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.液压缸第一章绪论 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）第一章绪论 第一章绪论工作油液液压系统的组成 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。第一章绪论 第一章绪论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。第一章绪论 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；15一行程阀第一章绪论 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.第一章绪论 第一章绪论油水分离器通过五级分离—降速、离心、碰撞、变向、凝聚等原理，除去压缩空气（气体）中的液态水份，达到净化的作用。常安置在冷却器的后面空气压缩机 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。第一章绪论 内容提要第一章绪论第二章流体力学基础第三章液压泵和液压马达第四章液压与气压缸第五章液压控制阀第六章液压基本回路第七章液压典型系统第一章绪论 1.课程说明2.课程体系简介3.学习应注意的事项4.实验第一章绪论 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+v2/2gv=(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+ΔP，可见在Δt时间内液流方向作用于a—b段液体外力的冲量为：图2－1液压冲击示意图 [P1A-（P1+ΔP）A]Δt=-ΔPAΔt=0-ΔSAρvΔP=(ΔS/Δt)ρv=aρv，在广大无边的液体中,a=(βe/ρ)1/2。在管道中要对其进行修正a=（βe/ρ）1/2/（1+Dβe/δβC）1/2。βe—液体弹性系数；ρ—液体密度；βC—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.第二章水力学基础 第二章水力学基础在液压系统中，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。第二章水力学基础'