液壓與氣動(dòng)技術(shù)教案7-1

項(xiàng)目九認(rèn)識(shí)液壓傳動(dòng)項(xiàng)目十認(rèn)識(shí)液壓泵Ⅰ、引入新課液壓傳動(dòng)在生活、工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用錄像。Ⅱ、講授新課一、液壓傳動(dòng)的工作原理及其組成1、液壓傳動(dòng)的工作原理液壓傳動(dòng)的工作原理，可以用一個(gè)液壓千斤頂?shù)墓ぷ髟韥碚f明。圖1-1液壓千斤頂工作原理圖1—杠桿手柄2—小油缸3—小活塞4，7—單向閥5—吸油管6，10—管道8—大活塞9—大油缸11—截止閥12—油箱圖1-1是液壓千斤頂?shù)墓ぷ髟韴D。大油缸9和大活塞8組成舉升液壓缸。杠桿手柄1、小油缸2、小活塞3、單向閥4和7組成手動(dòng)液壓泵。如提起手柄使小活塞向上移動(dòng)，小活塞下端油腔容積增大，形成局部真空，這時(shí)單向閥4打開，通過吸油管5從油箱12中吸油；用力壓下手柄，小活塞下移，小活塞下腔壓力升高，單向閥4關(guān)閉，單向閥7打開，下腔的油液經(jīng)管道6輸入舉升油缸9的下腔，迫使大活塞8向上移動(dòng)，頂起重物。再次提起手柄吸油時(shí)，單向閥7自動(dòng)關(guān)閉，使油液不能倒流，從而保證了重物不會(huì)自行下落。不斷地往復(fù)扳動(dòng)手柄，就能不斷地把油液壓入舉升缸下腔，使重物逐漸地升起。如果打開截止閥11，舉升缸下腔的油液通過管道10、截止閥11流回油箱，重物就向下移動(dòng)。這就是液壓千斤頂?shù)墓ぷ髟?。通過對(duì)上面液壓千斤頂工作過程的分析，可以初步了解到液壓傳動(dòng)的基本工作原理。液壓傳動(dòng)是利用有壓力的油液作為傳遞動(dòng)力的工作介質(zhì)。壓下杠桿時(shí)，小油缸2輸出壓力油，是將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成油液的壓力能，壓力油經(jīng)過管道6及單向閥7，推動(dòng)大活塞8舉起重物，是將油液的壓力能又轉(zhuǎn)換成機(jī)械能。大活塞8舉升的速度取決于單位時(shí)間內(nèi)流入大油缸9中油容積的多少。由此可見，液壓傳動(dòng)是一個(gè)不同能量的轉(zhuǎn)換過程。2、液壓傳動(dòng)的特點(diǎn)及應(yīng)用液壓傳動(dòng)之所以能得到廣泛的應(yīng)用，是由于它具有以下的主要優(yōu)點(diǎn)：(1)由于液壓傳動(dòng)是油管連接，所以借助油管的連接可以方便靈活地布置傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，這是比機(jī)械傳動(dòng)優(yōu)越的地方。例如，在井下抽取石油的泵可采用液壓傳動(dòng)來驅(qū)動(dòng)，以克服長驅(qū)動(dòng)軸效率低的缺點(diǎn)。由于液壓缸的推力很大，又加之極易布置，在挖掘機(jī)等重型工程機(jī)械上，已基本取代了老式的機(jī)械傳動(dòng)，不僅操作方便，而且外形美觀大方。(2)液壓傳動(dòng)裝置的重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊、慣性小。例如，相同功率液壓馬達(dá)的體積為電動(dòng)機(jī)的12%～13%。液壓泵和液壓馬達(dá)單位功率的重量指標(biāo)，目前是發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)的十分之一，液壓泵和液壓馬達(dá)可小至0.0025N/W(牛/瓦),發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)則約為0.03N/W。(3)可在大范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速。借助閥或變量泵、變量馬達(dá)，可以實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速，調(diào)速范圍可達(dá)1∶2000，并可在液壓裝置運(yùn)行的過程中進(jìn)行調(diào)速。(4)傳遞運(yùn)動(dòng)均勻平穩(wěn)，負(fù)載變化時(shí)速度較穩(wěn)定。正因?yàn)榇颂攸c(diǎn)，金屬切削機(jī)床中的磨床傳動(dòng)現(xiàn)在幾乎都采用液壓傳動(dòng)。(5)液壓裝置易于實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)——借助于設(shè)置溢流閥等，同時(shí)液壓件能自行潤滑，因此使用壽命長。(6)液壓傳動(dòng)容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化——借助于各種控制閥，特別是采用液壓控制和電氣控制結(jié)合使用時(shí)，能很容易地實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的自動(dòng)工作循環(huán)，而且可以實(shí)現(xiàn)遙控。(7)液壓元件已實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化，便于設(shè)計(jì)、制造和推廣使用。液壓傳動(dòng)的缺點(diǎn)是：(1)液壓系統(tǒng)中的漏油等因素，影響運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性和正確性，使得液壓傳動(dòng)不能保證嚴(yán)格的傳動(dòng)比。(2)液壓傳動(dòng)對(duì)油溫的變化比較敏感，溫度變化時(shí)，液體粘性變化，引起運(yùn)動(dòng)特性的變化，使得工作的穩(wěn)定性受到影響，所以它不宜在溫度變化很大的環(huán)境條件下工作。(3)為了減少泄漏，以及為了滿足某些性能上的要求，液壓元件的配合件制造精度要求較高，加工工藝較復(fù)雜。(4)液壓傳動(dòng)要求有單獨(dú)的能源，不像電源那樣使用方便。(5)液壓系統(tǒng)發(fā)生故障不易檢查和排除。總之，液壓傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是主要的，隨著設(shè)計(jì)制造和使用水平的不斷提高，有些缺點(diǎn)正在逐步加以克服。液壓傳動(dòng)有著廣泛的發(fā)展前景。液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的應(yīng)用驅(qū)動(dòng)機(jī)械運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)以及各種傳動(dòng)和操縱裝置有多種形式。根據(jù)所用的部件和零件，可分為機(jī)械的、電氣的、氣動(dòng)的、液壓的傳動(dòng)裝置。經(jīng)常還將不同的形式組合起來運(yùn)用——四位一體。由于液壓傳動(dòng)具有很多優(yōu)點(diǎn)，使這種新技術(shù)發(fā)展得很快。液壓傳動(dòng)應(yīng)用于金屬切削機(jī)床也不過四五十年的歷史。航空工業(yè)在1930年以后才開始采用。特別是最近二三十年以來液壓技術(shù)在各種工業(yè)中的應(yīng)用越來越廣泛。在機(jī)床上，液壓傳動(dòng)常應(yīng)用在以下的一些裝置中：1.進(jìn)給運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)裝置磨床砂輪架和工作臺(tái)的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)大部分采用液壓傳動(dòng)；車床、六角車床、自動(dòng)車床的刀架或轉(zhuǎn)塔刀架；銑床、刨床、組合機(jī)床的工作臺(tái)等的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)也都采用液壓傳動(dòng)。這些部件有的要求快速移動(dòng)，有的要求慢速移動(dòng)。有的則既要求快速移動(dòng)，也要求慢速移動(dòng)。這些運(yùn)動(dòng)多半要求有較大的調(diào)速范圍，要求在工作中無級(jí)調(diào)速；有的要求持續(xù)進(jìn)給，有的要求間歇進(jìn)給；有的要求在負(fù)載變化下速度恒定，有的要求有良好的換向性能等等。所有這些要求都是可以用液壓傳動(dòng)來實(shí)現(xiàn)的。2.往復(fù)主體運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)裝置龍門刨床的工作臺(tái)、牛頭刨床或插床的滑枕，由于要求作高速往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，并且要求換向沖擊小、換向時(shí)間短、能耗低，因此都可以采用液壓傳動(dòng)。3.仿形裝置車床、銑床、刨床上的仿形加工可以采用液壓伺服系統(tǒng)來完成。其精度可達(dá)0.01～0.02mm。此外，磨床上的成形砂輪修正裝置亦可采用這種系統(tǒng)。4.輔助裝置機(jī)床上的夾緊裝置、齒輪箱變速操縱裝置、絲桿螺母間隙消除裝置、垂直移動(dòng)部件平衡裝置、分度裝置、工件和刀具裝卸裝置、工件輸送裝置等，采用液壓傳動(dòng)后，有利于簡化機(jī)床結(jié)構(gòu)，提高機(jī)床自動(dòng)化程度。5.靜壓支承重型機(jī)床、高速機(jī)床、高精度機(jī)床上的軸承、導(dǎo)軌、絲杠螺母機(jī)構(gòu)等處采用液體靜壓支承后，可以提高工作平穩(wěn)性和運(yùn)動(dòng)精度。液壓傳動(dòng)在其他機(jī)械工業(yè)部門的應(yīng)用情況見表1-1所示。表1-1液壓傳動(dòng)在各類機(jī)械行業(yè)中的應(yīng)用實(shí)例行業(yè)名稱應(yīng)用場所舉例工程機(jī)械挖掘機(jī)、裝載機(jī)、推土機(jī)、壓路機(jī)、鏟運(yùn)機(jī)等起重運(yùn)輸機(jī)械汽車吊、港口龍門吊、叉車、裝卸機(jī)械、皮帶運(yùn)輸機(jī)等礦山機(jī)械鑿巖機(jī)、開掘機(jī)、開采機(jī)、破碎機(jī)、提升機(jī)、液壓支架等建筑機(jī)械打樁機(jī)、液壓千斤頂、平地機(jī)等農(nóng)業(yè)機(jī)械聯(lián)合收割機(jī)、拖拉機(jī)、農(nóng)具懸掛系統(tǒng)等冶金機(jī)械電爐爐頂及電極升降機(jī)、軋鋼機(jī)、壓力機(jī)等輕工機(jī)械打包機(jī)、注塑機(jī)、校直機(jī)、橡膠硫化機(jī)、造紙機(jī)等汽車工業(yè)自卸式汽車、平板車、高空作業(yè)車、汽車中的轉(zhuǎn)向器、減振器等智能機(jī)械折臂式小汽車裝卸器、數(shù)字式體育鍛煉機(jī)、模擬駕駛艙、機(jī)器人等二、液壓油液壓油就是利用液體壓力能的液壓系統(tǒng)使用的液壓介質(zhì)，在液壓系統(tǒng)中起著能量傳遞、系統(tǒng)潤滑、防腐、防銹、冷卻等作用。對(duì)于液壓油來說，首先應(yīng)滿足液壓裝置在工作溫度下與啟動(dòng)溫度下對(duì)液體粘度的要求，由于油的粘度變化直接與液壓動(dòng)作、傳遞效率和傳遞精度有關(guān)，還要求油的粘溫性能和剪切安定性應(yīng)滿足不同用途所提出的各種需求。液壓油的種類繁多，分類方法各異，長期以來，習(xí)慣以用途進(jìn)行分類，也有根據(jù)油品類型、化學(xué)組分或可燃性分類的。這些分類方法只反映了油品的掙注，但缺乏系統(tǒng)性，也難以了解油品間的相互關(guān)系和發(fā)展。品種選擇根據(jù)工作環(huán)境和工況條件選擇液壓油的品種在選用液壓設(shè)備所使用的液壓油時(shí)，應(yīng)從工作壓力、溫度、工作環(huán)境、液壓系統(tǒng)及元件結(jié)構(gòu)和材質(zhì)、經(jīng)濟(jì)性等幾個(gè)方面綜合考慮和判斷。環(huán)境因素有：地上、地下、室內(nèi)、野外、沿海、寒區(qū)、高溫、明火。使用工況：泵的類型、壓力、溫度、材質(zhì)、密封材料、運(yùn)行時(shí)間。油品性質(zhì)：理化性能特點(diǎn)。經(jīng)濟(jì)性：使用時(shí)間、換油期、價(jià)格。工作壓力主要對(duì)液壓油的潤滑性即抗磨性提出要求。高壓系統(tǒng)的液壓元件特別是液壓泵中處于邊界潤滑狀態(tài)的摩擦副，由于正壓力加大，速度高而使摩擦磨損條件較為苛刻，必須選擇潤滑性即抗磨性、極壓性優(yōu)良的HM油。按液壓系統(tǒng)和油泵工作壓力選用液壓油，壓力<8MPa用L—HH、L—HL（葉片泵則用L-HM），壓力8-16MPa用L—HL、L—HM、L—HV，壓力>16MPa用L—HM、L—HV液壓油。液壓系統(tǒng)的工作壓力一般以其主油泵額定或最大壓力為標(biāo)志。工作溫度系指液壓系統(tǒng)液壓油在工作時(shí)的溫度，其主要對(duì)液壓油的粘溫性和熱安定性提出要求，工作溫度-10-90℃用L－HH、L－HL、L－HM液壓油、低于-10℃用L－HV、L－HS，工作溫度>90℃選用優(yōu)質(zhì)的L－HM、L－HV、L－HS。環(huán)境溫度和操作溫度一般關(guān)系為：液壓設(shè)備在車間廠房，正常工作溫度比環(huán)境溫度高15－25℃；液壓設(shè)備在溫帶室外，高25－38℃；在熱帶室外日照下，高40－工作環(huán)境一方面要考慮液壓設(shè)備工作的環(huán)境是室內(nèi)還是室外，地下或水上，以及是否處于冬夏溫差大的寒區(qū)、內(nèi)陸沙漠區(qū)等工作環(huán)境；另一方面若液壓系統(tǒng)靠近300℃以上高溫的表面熱源或有明火場所，就要選用難燃液壓油。按使用溫度及壓力選擇難燃液壓油：高溫?zé)嵩椿蛎骰鸶浇?，壓力?MPa以下、溫度<50℃用L－HFAE，L－HFAS；壓力7－14MPa、溫度<60℃用L－HFB、L－HFC；壓力7－14MPa、溫度50－80℃類型選擇①根據(jù)摩擦副的形式及其材料根據(jù)摩擦副的形式及其材料。葉片泵的葉片與定子面與油接觸在運(yùn)動(dòng)中極易磨損，其鋼－鋼的摩擦副材料，適用于以ZDDP（二烷基二硫代磷酸鋅）為抗磨劑的L－HM抗磨液壓油；柱塞泵的缸體、配油盤、活塞的摩擦形式與運(yùn)動(dòng)形式也適于使用HM抗磨液壓油，但柱塞泵中有青銅部件，由于此材質(zhì)部件與ZDDP作用產(chǎn)生腐蝕磨損，故有青銅件的柱塞泵不能使用以ZDDP為添加劑的HM抗磨液壓油。同時(shí)，選用液壓油還要考慮其與液壓系統(tǒng)中密封材料相適應(yīng)。一般葉片泵可選用含鋅型抗磨液壓油，柱塞泵最好選用無灰型油。葉片泵壓力高于15MPa、柱塞泵壓力高于30MPa、兩種型號(hào)泵同時(shí)存在的液壓系統(tǒng)，應(yīng)選用符合DenisonHF－0規(guī)格的油品。②齒輪泵、葉片泵和柱塞泵是液壓系統(tǒng)中主要的泵類型。液壓油的潤滑性對(duì)三大泵類減磨效果的順序是葉片泵>柱塞泵>齒輪泵。故凡是葉片泵為主油泵的液壓系統(tǒng)不管其壓力大小選用HM油為好。液壓系統(tǒng)的精度越高，要求所選用的液壓油清潔度也越高，如對(duì)有電液伺服閥的閉環(huán)液壓系統(tǒng)要求用數(shù)控機(jī)床液壓油，此兩種油可分別用高級(jí)HM和HV液壓油代替。試驗(yàn)表明：三類泵對(duì)液壓油清潔度要求的順序是柱塞泵高于齒輪泵與葉片泵，而在對(duì)極壓性能的要求順序是齒輪泵高于柱塞泵與葉片泵。三、液壓傳動(dòng)中的能量損失和兩種現(xiàn)象1、壓力損失和流量損失實(shí)際粘性液體在流動(dòng)時(shí)存在阻力，為了克服阻力就要消耗一部分能量，這樣就有能量損失。在液壓傳動(dòng)中，能量損失主要表現(xiàn)為壓力損失，這就是實(shí)際液體流動(dòng)的伯努利方程式中的hw項(xiàng)的含義。液壓系統(tǒng)中的壓力損失分為兩類，一類是油液沿等直徑直管流動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的壓力損失，稱之為沿程壓力損失。這類壓力損失是由液體流動(dòng)時(shí)的內(nèi)、外摩擦力所引起的。另一類是油液流經(jīng)局部障礙（如彎頭、接頭、管道截面突然擴(kuò)大或收縮）時(shí)，由于液流的方向和速度的突然變化，在局部形成旋渦引起油液質(zhì)點(diǎn)間，以及質(zhì)點(diǎn)與固體壁面間相互碰撞和劇烈摩擦而產(chǎn)生的壓力損失稱之為局部壓力損失。壓力損失過大也就是液壓系統(tǒng)中功率損耗的增加，這將導(dǎo)致油液發(fā)熱加劇，泄漏量增加，效率下降和液壓系統(tǒng)性能變壞。2、液壓沖擊現(xiàn)象及空穴現(xiàn)象1）液壓沖擊在液壓系統(tǒng)中，當(dāng)極快地?fù)Q向或關(guān)閉液壓回路時(shí)，致使液流速度急速地改變(變向或停止)，由于流動(dòng)液體的慣性或運(yùn)動(dòng)部件的慣性，會(huì)使系統(tǒng)內(nèi)的壓力發(fā)生突然升高或降低，這種現(xiàn)象稱為液壓沖擊(水力學(xué)中稱為水錘現(xiàn)象)。在研究液壓沖擊時(shí)，必須把液體當(dāng)作彈性物體，同時(shí)還須考慮管壁的彈性。液壓沖擊的危害是很大的。發(fā)生液壓沖擊時(shí)管路中的沖擊壓力往往急增很多倍，而使按工作壓力設(shè)計(jì)的管道破裂。此外，所產(chǎn)生的液壓沖擊波會(huì)引起液壓系統(tǒng)的振動(dòng)和沖擊噪聲。因此在液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要考慮這些因素，應(yīng)當(dāng)盡量減少液壓沖擊的影響。為此，一般可采用如下措施。(1)緩慢關(guān)閉閥門，削減沖擊波的強(qiáng)度；(2)在閥門前設(shè)置蓄能器，以減小沖擊波傳播的距離；(3)應(yīng)將管中流速限制在適當(dāng)范圍內(nèi)，或采用橡膠軟管，也可以減小液壓沖擊；(4)在系統(tǒng)中裝置安全閥，可起卸載作用。2）空穴現(xiàn)象一般液體中溶解有空氣，水中溶解有約2%體積的空氣，液壓油中溶解有(6%～12%)體積的空氣。成溶解狀