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作者:王佳庆

出版社:电子工业出版社

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液压应用技术项目化教程

液压应用技术项目化教程试读:

前言

。前言

近年来,随着经济的快速发展,我国已成为世界性制造大国。各种机械设备产品层出不穷并得到广泛应用。液压技术作为现代传动与控制的关键技术也得到快速发展。掌握液压传动技术已成为许多人员上岗就业的必要条件,高职院校有多个专业开设了本课程。本书根据教育部新的教学改革要求,结合近几年开展的示范专业建设和课程内容改革,在长期从事职业教育和培训经验的基础上进行编写。

本书的内容设置以学生为教学主体,以激发学生主动学习、提高课堂教学效率为目标,注重培养学生理论联系实际的能力,突出职业素质和技能的培养。全书将17个实训项目贯穿于教学的始终,用项目和任务进行知识的引入,每个项目包含1~3个任务,所有的实训任务都来源于企业生产的实际工作。在教学课时方面,课程的实践占了50%以上,教学全部在实训室进行,合理分配实训工位,使学生能在做中学、学中做。例如,在讲解液压回路时,学生首先在计算机上使用液压教学软件进行虚拟仿真模拟,教师提出相关问题让学生分析解答,使学生理解回路运行原理和各元件的作用;然后再由学生分组合作在实训台上完成回路的搭建和调试,并注意观察和分析实际运行结果;最后完成实训报告,由教师和学生一起进行总结评价。这样的教学方式有利于学生主动学习和掌握相关知识及技能。

本课程教学时数建议为72学时,各院校可根据实际情况灵活选择和安排教学内容。

本书由苏州工业园区职业技术学院机电工程系王佳庆老师主编。在编写过程中,参阅了同类著作和文献资料,得到许多同行的关心和帮助,多家合作企业的技术人员提供了宝贵的资料和建议,在此一并表示感谢。

为了方便教师教学,本书配有免费的电子教学课件、习题参考答案,请有此需要的教师登录华信教育资源网(http://www.hxedu.com.cn)免费注册后再进行下载,有问题时请在网站留言或与电子工业出版社联系(E-mail:hxedu@phei.com.cn)。

由于编者水平所限,书中难免存在不足和疏漏之处,恳请读者批评指正。编者绪论0.1 液压系统的工作原理及组成

如图0-1所示为磨床工作台液压系统,其工作原理为:在如图0-1(a)所示位置,液压泵3由电动机带动旋转后,从油箱1中吸油,油液经过滤器2进入液压泵3,并经换向阀5、节流阀6、换向阀7进入液压缸8的左腔,液压缸8右腔的油液经换向阀7流回油箱,液压缸活塞在压力油作用下驱动工作台9右移。反之,通过换向阀7换向,如图0-1(b)所示,压力油进入液压缸8的右腔,液压缸8左腔的油液经换向阀7流回油箱,液压缸活塞在压力油的作用下驱动工作台9左移。

根据以上分析可以看出,液压传动是以液压油作为工作介质,先通过动力元件(液压泵)将原动机(如电动机)输入的机械能转换为液体压力能,再经密封管道和控制元件等输送至执行元件(如液压缸),将液体压力能又转换为机械能以驱动工作部件。

液压传动系统由以下5个主要部分组成。(1)动力元件。将原动机输入的机械能转换为液体压力能的装置,其作用是为液压系统提供压力油,是系统的动力源,如各类液压泵。(2)执行元件。将液体压力能转换为机械能的装置,其作用是在压力油的推动下输出力和速度(或转矩和转速),以驱动工作部件,如各类液压缸和液压马达。(3)控制调节元件。用来控制液压传动系统中油液的压力、流量和流动方向的装置,如溢流阀、节流阀和换向阀等。(4)辅助元件。上述三部分以外的其他装置分别起储油、输油、过滤和测量压力等作用,如油箱、油管、过滤器和压力表等。(5)液压油。液压系统中传递能量的工作介质,有矿物油、乳化液和合成型液压油等。图0-1 磨床工作台液压系统1—油箱;2—过滤器;3—液压泵;4—溢流阀;5、7—换向阀;6—节流阀;8—液压缸;9—工作台0.2 液压传动的优缺点

与机械传动、电气传动相比,液压传动具有以下优点。(1)液压传动可在运行过程中进行无级调速,调速方便且调速范围大。(2)质量轻、体积小、运动惯性小、反应速度快、输出力大。液压装置的体积比同样大小输出力的电动机及机械传动装置的体积要小得多。(3)液压传动工作比较平稳、反应快、换向冲击小,能快速启动、制动和频繁换向。(4)液压传动的控制调节简单,操作方便、省力,易实现自动化。当其与电气控制结合时更易实现各种复杂的自动工作循环。(5)液压传动易实现过载保护,液压元件能够自行润滑,故使用寿命较长。(6)液压元件已实现了系列化、标准化和通用化,故制造、使用和维修都比较方便。

液压传动同样存在一些缺点。(1)液体的泄漏和可压缩性使液压传动难以保证严格的传动比。泄漏如果处理不当,会污染场地,还可能引起火灾和爆炸事故。(2)液压传动在工作过程中能量损失较大,不宜做远距离传动。(3)液压传动对油温变化比较敏感,不宜在很高或很低的环境温度下工作。(4)液压传动要求有单独的能源,不像电源那样使用方便。(5)液压元件的制造精度要求较高,因而价格较贵。(6)液压传动出现故障时不易找出原因,使用和维修要求有较高的技术水平。0.3 液压传动的应用

液压传动技术的应用领域非常广泛,建筑工程机械、农业机械等行走机械是液压技术的主要用户(如图0-2所示),其次是机床、冶金、塑机等行业(如图0-3所示)。图0-2 液压挖掘机图0-3 液压磨床

液压传动技术在各类机械行业中的应用实例见表0-1。表0-1 液压传动技术在各类机械行业中的应用实例思考与练习题

1.液压传动系统由哪几部分组成?试说明各部分的作用。

2.液压传动有什么特点?

3.列举你所熟悉的液压传动在实际工程中的应用。项目1 液压教学软件的使用

作为学习液压技术的工具和平台,液压传动教学软件可用于流量和压力的检测,元件图形符号和工作原理的学习,元件基本性能的检测,基本回路的设计、仿真、安装与检测,以及信号的控制连接与检测等。掌握软件的操作和使用方法,对于学习液压知识有着非常重要的意义。1.1 项目目标(1)学习液压油的相关知识;(2)掌握压力和流量的基本概念,能够分析管道中油液压力和流量的变化;(3)学会设置液压教学软件中各个液压元件的相关参数,并分析液压回路的运行状态和回路中各元件的作用;(4)了解液体流动状态和压力损失的分类,知道液压冲击和空穴现象的产生原因及其危害;(5)了解液压知识的学习过程和方法。1.2 实训设备和元器件

项目所需实训设备和元器件见表1-1。表1-1 实训设备和元器件明细表1.3 基础知识1.3.1 液压油

在任何液压系统中,液压油都是至关重要的组成部分。它的功能是有效地传递能量、润滑部件、防锈防腐蚀和作为一种散热介质。液压系统能否可靠、灵敏、准确、有效而且经济地工作,与所选用的液压油品种及性能密切相关。因此,正确选用液压油是确保液压系统长期正常工作的前提。

1.黏性

液体在外力作用下流动时,分子间的内聚力会阻碍分子间的相对运动而产生一定的内摩擦力,这种性质称为液体的黏性。油液只有在流动时才有黏性,静止液体不显示黏性。

黏性的大小用黏度表示。黏度是选择液压油的主要指标,它对油液流动特性影响很大。当油液黏度过高时,会导致机械上和液体内部两方面的摩擦增加,产生高温,增大压力损失和能耗;黏度过低时,又会增加内外泄漏,增加泵的动力传递损耗和元件的磨损。

常用的黏度有三种,即动力黏度、运动黏度和相对黏度。液压油的牌号用40℃下运动黏度的平均值来表示,如N46号液压油就是指这种液压油在40℃时的运动黏度的平均值是46cSt(厘斯)。

2.黏温特性

油液的黏度对温度的变化极为敏感,温度升高,油的黏度即显著降低,油的黏度随温度变化的性质称为黏温特性。如图1-1所示为某品牌液压油外包装示意图,黏温特性是液压油的主要性能特点之一,不同种类的液压油有不同的黏温特性,黏温特性较好的液压油,黏度随温度的变化较小。图1-1 某品牌液压油外包装示意图

除了黏温特性以外,液压油还有其他的一些主要性能,如润滑性与抗磨性、防锈和抗腐蚀性、氧化安定性和热安定性、抗剪切安定性、抗乳化性和水解安定性、抗泡性和空气释放性、清洁度和可滤性、对密封材料的相容性及其他要求,如低温性能、可压缩性等。

3.液压油的分类

液压油的分类见表1-2,液压油的品种主要可分为石油型、乳化型和合成型三大类。表1-2 液压油的分类

4.液压油的选用

首先应根据液压系统的环境与工作条件选用合适的液压油类型,其次选择液压油的牌号。

对液压油牌号的选择主要是对油液黏度等级的选择,这是因为黏度对液压系统的稳定性、可靠性、效率、温升及磨损都有显著影响。在选择黏度时应注意以下几点。(1)液压系统的工作压力。工作压力较高的液压系统宜选用黏度较大的液压油,以便于密封,减少泄漏;反之,可选用黏度较小的液压油。(2)环境温度。环境温度较高时宜选用黏度较大的液压油,因为环境温度高使油的黏度下降。(3)运动速度。当工作部件的运动速度较高时,为减小液流的摩擦损失,宜选用黏度较小的液压油。

在液压系统的所有元件中,以液压泵对液压油的性能最为敏感,因为泵内零件的运动速度最高,承受的压力最大,且承压时间长,温升高。因此,常根据液压泵的类型及其要求来选择液压油的黏度。1.3.2 液体静力学基础

1.压力

在液压传动中,油液的压力主要来自油液表面所受的外力(大气压力除外),通常将液体在单位面积上所受到的垂直作用力称为压力,用符号p表示,即

式中,p为外力产生的压力,单位为Pa;F为对液体的作用力,2单位为N;A为受力面积,单位为m。

压力的表示方法有两种,一种是以绝对真空作为基准所表示的压力,称为绝对压力;另一种是以大气压力作为基准所表示的压力,称为相对压力,也称为表压力(仪表所测得的压力)。两者的关系为:绝对压力=相对压力+大气压力,当绝对压力低于大气压力时,比大气压力小的那部分数值叫做真空度,即真空度=大气压力-绝对压力。2

压力的单位为N/m,即Pa,除此之外还有kPa、MPa,以及以前2沿用的一些单位,如bar、工程大气压at(即kgf/cm)、标准大气压atm等。

换算关系为361 MPa=10 kPa=10 Pa5221 bar=10 N/m=0.1 MPa=1.02 kgf/cm

2.帕斯卡原理

在密闭容器内,施加于静止液体的压力能等值地传递到液体内部各点,这就是帕斯卡原理,或称静压力传递原理。111

如图1-2所示,作用在大活塞上的负载F形成液体压力p=F/A,22121为防止大活塞下降,在小活塞上应施加的力F=pA=FA/A,由此可得:液压传动可使力放大,也可使力缩小,也可以改变力的方向;液体内的压力是由负载决定的。图1-2 帕斯卡原理示意图1.3.3 液体动力学基础

1.理想液体和恒定流动

研究流动液体时要考虑其黏性,而液体的黏性阻力是一个很复杂的问题,因此引入了理想液体的概念。所谓理想液体就是无黏性、不可压缩的假想液体。首先对理想液体进行研究,然后通过实验验证的方法对所得的结论进行补充和修正。这样,不仅使问题简单化,而且得到的结论在实际应用中也具有足够的精确性。

恒定流动是指液体流动时液体中任意一点处的压力、流速和密度不随时间而变化。反之,则是非恒定流动。

2.流量

单位时间内通过通流截面的液体体积称为流量,用q表示,即3

式中,q为流量,单位为m/s,工程上常用L/min;V为液体体积,3单位为m;t为通过液体所需的时间,单位为s;v为平均流速,单位2为m/s;A为通流截面面积,单位为m。

3.连续性方程

假定液体不可压缩,则液体在同一单位时间内流过同一通道两个12不同断面的体积应相等。如图1-3所示,v、v为液体在截面1和2处121122的平均流速,A、A为截面1和2处的截面积,则vA=vA=常量,因而流速和截面积成反比,直径大的管道流速慢,直径小的管道流速快。图1-3 液体的连续性原理

4.伯努利方程

假定液体不具有黏性且不可压缩,则

式中,p为液体压力;ρ 为液体密度;v为液体流速;z为液体高度。

式(1.3)称为理想液体(无黏性和不可压缩的液体)的伯努利方程,其物理意义是:在密闭管道内做稳定流动的理想液体具有三种形式的能量(压力能、位能、动能),在沿管道流动过程中三种能量之间可以互相转化,但在任一截面处,三种能量的总和为一常数。

实际液体在管道中流动时,由于液体具有黏性,会产生内摩擦力,而且随着管道形状和尺寸的变化,会产生扰动,造成能量损失,因此实际液体在流动时的伯努利方程中需加入能量损耗。

实例1-1 试用连续性方程和伯努利方程分析如图1-4所示的变截面水平管道各截面上的液体流速和压力。图1-4 变截面管道示意图112233

解 由连续性方程vA=vA=vA=常量123123

因为A>A>A,所以v

再根据伯努利方程123

由于管道水平放置,故z=z=z,上式可改写为123123

因为vp>p。

实例1-2 分析如图1-5所示液压千斤顶的工作原理。图1-5 液压千斤顶的原理图1—杠杆;2—泵体;3、11—活塞;4、10—油腔;5、7—单向阀;6—油箱;8—放油阀;9—油管;12—缸体

分析 液压千斤顶的结构中有两个液压缸,用手向上扳动手柄,小液压缸中的小活塞3向上移动,油从油箱6经过油管、单向阀5(只准油液从下往上单方向流动的阀门)进入小液压缸下腔4,产生抽吸作用;当压下手柄,小活塞3下移时,将吸入小液压缸下腔4的油经油管9、单向阀7压入大液压缸下腔10,迫使大活塞11向上移动,从而顶起重物。这样不断地上下扳动手柄就能将油间歇地压入大液压缸下腔10,使重物缓慢上升,而且由于油液的不可压缩性,可以保持重物的上升位置。工作完毕,拧开放油阀8,大液压缸下腔10的油就可经管道流回油箱,大活塞11下移,千斤顶就可取出来了。1.3.4 液压传动教学软件

FluidSIM是一款由德国FESTO公司开发的专门用于液压与气压传动的教学软件,运行于Microsoft Windows 操作系统,其中FluidSIM-H用于液压传动教学。该软件的绘图功能模块中含有100多种标准液压、电气元件,利用该模块实现液压、电气回路的设计及绘制。

如图1-6所示为软件界面,在新建文件后,首先用鼠标从左侧元件库中拖动所需的元件至右侧绘图区域中的期望位置进行元件的布置。完成元件布置后,在两个选定的油口之间可绘制油管,从而完成液压回路的搭建。用同样方法可搭建电气回路。

当回路搭建完成后,利用系统模拟仿真功能模块可对组成液压回路的元件参数进行调节设置,从而对设计的系统进行准确的动作和工作参数的模拟及测试。图1-6 液压传动教学软件FluidSIM-H界面1.4 实训操作任务1-1 观察和了解液压回路的工作过程

1.任务说明

通过液压教学软件的使用,观察和了解教学软件中液压回路的工作过程。

2.操作步骤(1)打开计算机,运行液压教学软件FluidSIM-H;(2)单击工具栏上的“新建”按钮;(3)如图1-7所示,用鼠标从元件图库中选择所需元件,并拖动至右侧绘图区域中,在元件选定的油口之间绘制油管,完成液压回路的搭建;图1-7 任务1-1的液压回路图(4)点选回路中的液压元件,通过鼠标右键菜单观看元件描述、元件图片和元件插图;(5)仿真运行液压回路,观察回路的工作过程;(6)完成实训报告(见附录)。

3.分析讨论

通过观察教学软件中液压回路的工作过程,分析讨论系统组成及各部分的作用。任务1-2 液压回路的压力分析

1.任务说明

在液压教学软件中搭建液压回路,设置液压缸和液压源的相应参数,根据伸出时压力表的读数,分析回路中压力的变化。

2.操作步骤(1)搭建回路

如图1-8所示,运行液压教学软件,在软件的绘图区域中搭建液压回路,点选每一个液压元件,通过鼠标右键菜单观看元件描述、元件图片和元件插图。图1-8 液压回路及参数设置示意图(2)设置参数

点选液压源,在鼠标右键菜单上单击属性,在液压源的属性窗口中设置工作压力为10 MPa。(3)仿真运行

对回路进行仿真运行,观察并记录液压缸在伸出时和伸出到位后压力表的读数(见表1-3)。表1-3 压力表读数记录(4)修改参数并仿真运行回路

在液压缸的属性窗口中设置输出力为1 000 N,仿真运行回路后记录液压缸伸出时和伸出到位后压力表的读数。(5)再次修改参数并仿真运行回路

改变相应参数(液压缸输出力为2 000 N,活塞面积为3 qcm,液压源工作压力为15 MPa),仿真运行回路后记录液压缸伸出时和伸出到位后压力表的读数。

3.分析讨论

根据液压缸伸出且输出力为0时的进油路压力计算液压缸伸出时摩擦力的大小,分析后面两种情况下压力读数的变化。

4.总结

液压系统中的压力是由于油液的前面受负载阻力的阻挡,后面受液压泵输出油液的不断推动而处于一种“前阻后推”的状态下产生的,工作压力取决于负载,而与流入液体的多少无关。1.5 拓展知识1.5.1 层流和紊流

液体在管道中流动时存在两种不同状态,它们的阻力性质也不相同,如图1-9所示。层流是指液体质点互不干扰,流动呈线性或层状,平行于管道轴线,没有横向运动;紊流是指液体质点的运动杂乱无章,除沿管道轴线运动外,还有剧烈的横向运动。图1-9 液体流动状态示意图e

液体的流动状态通过雷诺数R来判断,即

式中,v为液体流动速度;d为管道直径;γ 为液体的运动黏度。ee0

液体流动时由层流转化为紊流时的雷诺数R叫临界雷诺数R。ee0e当雷诺数R小于临界雷诺数R时为层流,而当雷诺数R大于临界雷e0诺数R时为紊流。1.5.2 压力损失

液压系统中的压力损失分为两类,一类是油液沿等直径直管流动时所产生的压力损失,称之为沿程压力损失。这类压力损失是由液体流动时的内、外摩擦力所引起的。另一类是油液流经局部障碍(如弯头、接头、管道截面突然扩大或收缩)时,由于液流的方向和速度的突然变化,在局部形成旋涡引起油液质点间,以及质点与固体壁面间相互碰撞和剧烈摩擦而产生的压力损失,称之为局部压力损失。

压力损失过大会引起液压系统中功率损耗的增加,这将导致油液发热、泄漏量增加、效率下降和液压系统性能变坏。

管路系统的总压力损失等于所有沿程压力损失和所有局部压力损失之和。1.5.3 液压冲击

在液压系统中,由于某种原因(当极快地换向或关闭液压回路时)而引起油液的压力在瞬间急剧升高,形成较大的压力峰值,这种现象称为液压冲击。

系统中出现液压冲击时,液体瞬时压力峰值可以比正常工作压力大好几倍。液压冲击会损坏密封装置、管道或液压元件,还会引起设备振动,产生很大噪声。有时,液压冲击还会使某些液压元件如压力继电器、顺序阀等产生误动作,影响系统正常工作。

减小液压冲击的主要措施有以下几点。(1)延长阀门关闭和运动部件制动换向的时间。(2)限制管道流速及运动部件速度。(3)适当加大管道直径,尽量缩短管路长度。(4)采用软管,以增加系统的弹性。(5)在系统中装置安全阀,可起卸载作用。1.5.4 空穴现象

在液压系统中,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,导致液体中出现大量气泡的现象,称为空穴现象。如果液体中的压力进一步降低到饱和蒸汽压时,液体将迅速气化,产生大量蒸汽泡,这时的空穴现象将会更加严重。

当液压系统中出现空穴现象时,大量的气泡破坏了液流的连续性,造成流量和压力脉动。气泡随液流进入高压区时又急剧破灭,以致引起局部液压冲击,发出噪声并引起振动。当附着在金属表面上的气泡破灭时,它所产生的局部高温和高压会使金属剥蚀,这种由气穴造成的腐蚀作用称为气蚀。气蚀会使液压元件的工作性能变坏,并使其寿命大大缩短。

空穴多发生在阀口和液压泵的进口处。由于阀口的通道狭窄,液流的流速增大,压力则大幅下降,以致产生空穴。当泵的安装高度过大,吸油管直径太小,吸油阻力太大,或泵的转速过高,造成进口处真空度过大时,也会产生空穴。

为减小空穴和气蚀的危害,通常采取下列措施。(1)减小小孔或缝隙前、后的压力降。(2)降低泵的吸油高度,适当加大吸油管内径,限制吸油管内液体的流速,尽量减小吸油管路中的压力损失(如及时清洗滤油器或更换滤芯等)。对于自吸能力差的泵,需用辅助泵供油。(3)管路要有良好的密封,防止空气进入。1.6 拓展任务——液压千斤顶的操作

1.任务说明

如图1-10所示为车用立式液压千斤顶实物图,学生通过分组练习来操作液压千斤顶,掌握液压千斤顶的使用方法和结构原理。图1-10 车用立式液压千斤顶实物图

2.操作步骤

操作步骤如下。(1)用手柄的开槽端,顺时针方向旋紧放油阀;(2)使用前估计起重物体的质量,切忌超载使用,选择着力点,正确放置于起升部位下方;(3)将千斤顶手柄插入手柄套管中,上下摇动手柄使活塞杆平稳上升,起升重物至理想高度;(4)卸下手柄,缓慢地逆时针方向转动手柄,放松放油阀。如有载荷时,手柄转动不能太快,且放油阀松开一圈为宜。

3.注意事项

注意事项如下。(1)操作时,基础应稳固牢靠;(2)载荷应与千斤顶轴线一致;(3)液压千斤顶不能倒置使用。

4.分析讨论

通过实际观察和操作液压千斤顶分析讨论千斤顶的结构原理。思考与练习题

1.液压油有哪些主要类型?液压油的牌号与黏度有什么关系?如何选用液压油?

2.液体的压力是如何形成的?常用的压力单位是什么?

3.什么叫大气压力、相对压力、绝对压力和真空度?它们之间有什么关系?液压系统中压力表的读数指的是什么压力?

4.写出连续性方程和理想液体的伯努利方程,并说明伯努利方程的物理意义。

5.如图1-11所示液压千斤顶大活塞直径为100 mm,小活塞直径为25 mm,杠杆尺寸a =20 mm,b =100 mm,如果要顶起质量m =1 000 kg的重物,需要多大的力?图1-11 题5图

6.说明液体流动状态和压力损失的分类。

7.什么是液压冲击?液压冲击的危害有哪些?

8.什么是空穴现象?空穴现象的危害有哪些?项目2 液压泵的性能检测

作为液压传动系统中不可缺少的核心元件,液压泵提供系统所需的流量和压力,是系统的动力源。而对于液压泵的性能质量,可以采用试验测出的效率曲线(如压力-流量曲线、输出功率-压力曲线)来评价。2.1 项目目标(1)掌握液压泵的工作原理和分类;(2)学会液压泵的主要性能参数计算;(3)明白节流阀的结构原理及应用;(4)能正确选取所需液压元件,熟练安装液压回路并完成曲线绘制;(5)知道各类液压泵的结构特点和工作原理。2.2 实训设备和元器件

项目所需实训设备和元器件见表2-1。表2-1 实训设备和元器件明细表2.3 基础知识2.3.1 液压泵

液压泵(如图2-1所示)是液压系统的动力元件,将原动机输入的机械能转换为压力能输出,为执行元件提供压力油,是一种能量转换装置。液压泵的常用图形符号如图2-2所示。图2-1 液压泵实物图图2-2 液压泵的常用图形符号

1.液压泵的工作原理

液压泵是靠“容积变化”进行工作的(转变成液体的压力能)。液压泵的工作原理如图2-3所示,柱塞装在缸体3中形成一个密封容积,在弹簧作用下柱塞始终压紧在偏心轮上。原动机驱动偏心轮旋转使柱塞做往复运动,从而使密封容积的大小发生周期性的交替变化。当密封容积由小变大时就形成部分真空,使油箱中的油液在大气压作用下,经单向阀6进入密封容积腔而实现吸油;反之,当密封容积由大变小时,密封容积腔中的油液将顶开单向阀5流入系统而实现压油。这样原动机驱动偏心轮不断旋转,液压泵不断地吸油和压油,将机械能转换为液体的压力能。图2-3 液压泵的工作原理图1—偏心轮;2—柱塞;3—缸体;4—弹簧;5—压油单向阀;6—吸油单向阀

2.液压泵的分类

液压泵按其在单位时间内所能输出的油液体积是否可调节可分为定量泵和变量泵两类;按结构形式可分为齿轮式、叶片式和柱塞式三大类;按额定压力的高低分为低压泵(0~2.5 MPa)、中压泵(2.5~8 MPa)、中高压泵(8~16 MPa)和超高压泵(32以上)四种。

3.液压泵的主要性能参数

1)压力(单位为MPa)(1)工作压力p。泵在实际工作时的输出压力(与外负载和压力损失有关)。n(2)额定压力p。在正常工作条件下,保证泵能长时间运转的最高压力。在液压泵铭牌上会标出该压力,超出此值即为过载。max(3)最高允许压力p。允许泵在短时间内超过额定压力运转时的最高压力。超出此压力,泄漏会迅速增加。

2)排量(单位为mL/r)和流量(单位为L/min)(1)排量V。泵每旋转一周所能排出的液体体积。排量可调节的液压泵称为变量泵;排量为常数的液压泵称为定量泵。i(2)理论流量q。不考虑泄漏的情况下,液压泵在单位时间内排出的液体体积。i

如果液压泵的排量为V,转速为n(单位为r/s),则理论流量q为i(3)实际流量q。泵在实际工作时的流量为理论流量q乘以容积vi效率η或理论流量q减去泄漏量Δq,即n(4)额定流量q。正常工作条件下,保证泵长时间运转所能输出的最大流量。

3)效率η

电动机输入转矩和转速带动液压泵,液压泵的输出量为压力和流量,在机械能转换为压力能的过程中,液压泵的功率损失由容积损失和机械损失两部分组成。(1)容积损失是指液压泵在流量上的损失。由于油液的压缩、泄漏等原因导致油液不能充满密封工作腔,使得液压泵的实际输出流v量总是小于理论流量,液压泵的容积损失用容积效率η来表示,它等i于实际输出流量q与理论流量q之比,即(2)机械损失是指液压泵在转矩上的损失。由于机械摩擦、液体黏性等原因使得液压泵的实际输入转矩T总是大于理论上所需要的imi转矩T,液压泵的机械损失用机械效率η表示,它等于理论转矩T与实际输入转矩T之比,设转矩损失为ΔT,则液压泵的机械效率为(3)总效率为容积效率与机械效率的乘积,即

4)功率(单位为kW)i(1)输入功率P是指作用在液压泵主轴上的机械功率。当输入转矩为T(单位为N • m),角速度为ω(单位为rad/s)时,输入功率为(2)输出功率P为液压泵在工作过程中吸油口与压油口间的压差Δp和输出流量q的乘积除以60,即

实例 某液压泵的排量为10 mL/r,工作压力为10 MPa,转速为1 500 r/min,泄漏量为1.2 L/min,机械效率为0.9,求泵的容积效率和总效率、输入和输出功率。2.3.2 节流阀

1.工作原理

节流阀(如图2-4所示)通过改变节流口的大小来调节通过阀口的流量,是流量控制阀的一种。当油液流经细长孔、薄壁孔、针形等形式的节流口时,会产生较大的阻力,改变节流口的通流面积,使液阻发生变化,就可以调节流量的大小。

如图2-5所示,用手旋动旋钮,柱塞随节流杆上下移动,改变节流口通流截面积,从而实现流量的调节。

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