作者：米广杰 等编著
出版社：化学工业出版社
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液压与气压传动试读：
前言
本书是为贯彻教育部教学改革精神，以课程建设与改革作为提高教学质量的核心，按照职业岗位技能要求，以学生就业为导向，以市场用人标准为依据，紧密联系培养应用型人才的目标，坚持简化理论，注重实效，强化应用的原则精选内容，通过实践活动将液压与气动理论知识与相关实践结合起来，力求较好地符合学生的认知规律，突出基本理论和基本技能，培养学生的工程意识和职业素养，掌握专业基础知识和分析解决问题的能力。
全书共有5个学习情境，共19个任务，每个任务设有【任务目标】、【任务描述】、【知识准备】、【任务实施】和【知识拓展】等部分。学习情境1、学习情境2、学习情境4的内容选取以机床液压与气动系统为主要载体，通过拆装元件、基本回路的组建，分析组成、图形符号、工作原理及特点应用；学习情境3、学习情境5的内容为工程中常见典型液压与气动系统案例，通过识读液压与气动系统回路图，组建系统，分析工作过程，总结归纳系统特点。每个任务基于完整的工作过程，可操作性强，可以工作任务为导向，项目为载体，采取理实一体的教学模式，采用角色教学法、引导教学法、演示教学法、案例教学法进行教学与实践，建议在教学过程中，根据教学设施，合理选择。
本书由米广杰、赵春娥、李光梅、耿国卿、李琦、杨兆伟、侯加阳、李呈志、彭广耀、程春艳等参加编写，全书由米广杰统稿和定稿。
本书编写中，吸取并参考了众多专家、学者的教材、论文、设计手册等研究成果，刘永海教授对教材的建设提出了许多合理化建议，对此我们表示衷心的感谢。
本教材可供高职高专院校机械类、机电类专业师生使用，也可供成人教育机械类、机电类专业的师生使用和参考。
本书配套电子课件，可赠送给用书的院校和老师，如果需要，可登录www.cipedu.com.cn下载。
由于编者水平所限，书中疏漏和欠妥之处，敬请读者批评指正。编著者学习情境1认识液压传动任务1 机床工作台液压系统的认识【任务目标】
1.掌握机床工作台液压系统的基本工作原理，了解液压传动的系统组成。
2.了解液压传动的发展与应用。
3.了解液压传动的特点。【任务描述】
观察、使用液压千斤顶了解液压传动的工作原理，分析机床往复运动工作台往返运动的工作过程，了解液压传动系统的组成与特点。【知识准备】
流体传动可分为液体传动和气体传动。液压传动和液力传动均是以液体作为工作介质来进行能量传递的传动方式。液压传动主要是利用液体的压力能来传递能量；而液力传动则主要是利用液体的动能来传递能量。1.液压传动的工作原理
图1-1-1是液压千斤顶的工作原理图。大油缸9和大活塞8组成举升液压缸。杠杆手柄1、小油缸2、小活塞3、单向阀4和7组成手动液压泵。如提起手柄使小活塞向上移动，小活塞下端油腔容积增大，形成局部真空，这时单向阀4打开，通过吸油管5从油箱12中吸油；用力压下手柄，小活塞下移，小活塞下腔压力升高，单向阀4关闭，单向阀7打开，下腔的油液经管道6输入举升油缸9的下腔，迫使大活塞8向上移动，顶起重物。再次提起手柄吸油时，单向阀7自动关闭，使油液不能倒流，从而保证了重物不会自行下落。不断地往复扳动手柄，就能不断地把油液压入举升缸下腔，使重物逐渐地升起。如果打开截止阀11，举升缸下腔的油液通过管道10、截止阀11流回油箱，活塞在自重和外力作用下就向下移动。图1-1-1 液压千斤顶工作原理图1—杠杆手柄；2—小油缸；3—小活塞；4,7—单向阀；5—吸油管；6,10—管道；8—大活塞；9—大油缸；11—截止阀；12—油箱
通过对上面液压千斤顶工作过程的分析，可以初步了解到液压传动的基本工作原理。液压传动是利用有压力的油液作为传递动力的工作介质。压下杠杆时，小油缸2输出压力油，是将机械能转换成油液的压力能，压力油经过管道6及单向阀7，推动大活塞8举起重物，是将油液的压力能又转换成机械能。大活塞8举升的速度取决于单位时间内流入大油缸9中油容积的多少。由此可见，液压传动是一个不同能量的转换过程。
从分析液压千斤顶的工作过程，可知液压传动的基本工作原理。
①液压传动以液体为传递运动和动力的工作介质；
②液压传动必须依靠密闭的容积（或密闭系统）内工作容积的变化传递能量；
③液压传动是一种能量转换装置，经过两次能量转换过程，先将机械能转换成液体的压力能，然后将便于输送的液体的压力能又转换成机械能。2.液压传动系统的组成
液压千斤顶是一种简单的液压传动装置。下面以图1-1-2所示机床往复运动工作台的液压传动系统为例，进一步了解液压传动系统应具备的基本性能和组成。图1-1-2 机床工作台液压系统工作原理图1—工作台；2—液压缸；3—活塞；4—换向手柄；5—换向阀；6,8,16—回油管；7—节流阀；9—开停手柄；10—开停阀；11—压力管；12—压力支管；13—溢流阀；14—钢球；15—弹簧；17—液压泵；18—滤油器；19—油箱
从机床工作台液压系统可以看出，一个完整的、能够正常工作的液压系统，应该由以下五个主要部分组成。（1）工作介质 工作介质指传递能量和信号的流体。在液压系统中通常用液压油作工作介质，同时还可起润滑、冷却和防锈的作用。（2）能源装置 能源装置是指供给液压系统压力油，把机械能转换成液压能的装置。最常见的形式是液压泵（如图1-1-2中的液压泵17）。（3）执行装置 执行装置是指把液压能转换成机械能的装置。包括做直线运动的液压缸（如图1-1-2中的液压缸2）和做回转运动的液压马达、摆动缸。它们又称为液压系统的执行元件。（4）控制调节装置 控制调节装置是对系统中的压力、流量或流动方向进行控制或调节的装置。包括各种阀类元件（如图1-1-2中的换向阀5、节流阀7、溢流阀13等）。（5）辅助装置 除以上装置外的其他元器件都称为辅助装置，如油箱、油管、管接头、过滤器、蓄能器、压力计等，起连接、储油、过滤、储存压力能和测量油液压力等作用，它们对保证系统正常工作是必不可少的。【任务实施】1.场地及设备（1）场地 液压实训室、实训基地。（2）设备 液压组合实训台、液压千斤顶及机床工作台液压系统。2.机床工作台液压系统工作过程
液压缸2固定在床身上，活塞连同活塞杆带动工作台1做往复运动。液压泵17由电动机驱动，从油箱19中吸油。油液经滤油器18被吸入液压泵输入系统。在图1-1-2（a）所示状态下，压力油经开停阀10、节流阀7、换向阀5进入液压缸左腔，推动活塞使工作台向右移动。液压缸右腔的油经换向阀和回油管6排回油箱。改变换向阀阀芯工作位置［如图1-1-2（b）所示状态］，则液压缸活塞反向向左移动。
工作台的移动速度是通过节流阀7来调节的。当节流阀开大时，进入液压缸的油量增多，工作台的移动速度增大；当节流阀关小时，进入液压缸的油量减小，工作台的移动速度减小。为克服移动工作台时所受到的各种阻力，液压泵输出油液的压力应能调整。根据不同工作情况，液压泵输出的油液压力由溢流阀13进行调整。一般由于电机转速一定，使液压泵单位时间内输出的油液体积也为定值，而输入液压缸的油液多少由节流阀7调节，因此液压泵输出的多余油液须经溢流阀13流回油箱19。
为了克服移动工作台时所受到的各种阻力，液压缸必须产生一个足够大的推力，这个推力是由液压缸中的油液压力所产生的。要克服的阻力越大，缸中的油液压力越高；反之压力就越低。这种现象正说明了液压传动的一个基本原理——压力决定于负载。3.液压传动系统图的图形符号
图1-1-2所示的液压系统是一种半结构式的工作原理图。它直观性强、容易理解，当液压系统发生故障时，根据原理图检查十分方便，但难于绘制。为了简化液压原理图的绘制，国家标准（GB/T 786.1—1993）规定了“液压气动图形符号”，这些符号只表示元件的职能，连接系统的通路，不表示元件的结构和参数，也不表示元件在机器中的实际安装位置，并以元件的静止状态或零位状态表示。一般液压传动系统图均应按标准规定的图形符号绘制，若某些元件无法用图形符号表示，或需着重说明系统中某一重要元件的结构和动作原理时，允许采用结构原理图表示。图1-1-3即为用图形符号绘制的图1-1-2所示的机床工作台液压系统工作原理图。图1-1-3 机床工作台液压系统的图形符号图1—工作台；2—液压缸；3—活塞；4—换向阀；5—节流阀；6—开停阀；7—溢流阀；8—液压泵；9—滤油器；10—油箱【知识拓展】1.液压传动技术的应用和发展
液压传动从1795年英国制造出世界上第一台水压机诞生，至今已有200多年的历史。19世纪末，德国制造出液压龙门刨床，美国制成液压六角车床和磨床，但因当时缺乏成熟的液压元件以及受制造工艺水平的限制，液压传动技术的应用发展缓慢。二战期间，一些兵器由于采用了反应快、动作准、功率大的液压传动装置，大大提高了兵器的性能，同时推动了液压技术的发展。战后，液压传动技术迅速转向民用，在机械制造、工程建筑、交通运输、矿山冶金、航空航海、轻工、农林渔业等行业广泛地应用。20世纪60年代后，随着原子能技术、空间技术、计算机技术的发展，液压技术的应用更加广泛。
目前，液压技术正在向高压、高速、高效、大流量、大功率、微型化、低噪声、经久耐用、高度集成化和模块化、高可靠性及污染控制的方向发展。同时，随着计算机辅助设计、计算机仿真和优化、微机控制等技术在液压元件和液压系统设计中的快速应用，又使液压技术的发展向更广阔的领域渗透，发展成为包括传动、控制和检测在内的一门完整的自动化技术。因此采用液压传动的程度已成为衡量一个国家工业技术水平的重要标志之一。
我国的液压技术行业最初在20世纪50年代开始生产各种通用液压元件，应用于机床和锻压设备上，后来又用于拖拉机和工程机械。自1964年从国外引进一些液压元件生产技术以及进行自行设计以来，现已形成了系列，并在各种机械设备上得到了广泛的使用。当前，我国经济发展迅猛，液压工业也和其他工业一样，发展很快。我国已自行设计和生产出许多新型系列产品，如插装式锥阀、电液比例阀、电液比例阀、电液伺服阀、电液脉冲马达以及其他新型液压元件等。但由于过去基础薄弱，所生产的液压液压元件在品种与质量等方面和发达国家先进水平相比，还存在一定差距。可以预见，随着我国液压传动在各个工业领域的应用，液压技术将获得进一步发展，也将会越来越广泛。2.液压传动的优缺点
液压传动与机械传动、电气传动、气压传动相比较主要有以下优点。
①相同功率的情况下，体积小、重量轻、结构紧凑、惯性小，可快速启动和频繁换向，能传递较大的力和转矩。
②可在运行过程中方便地实现无级调速，且调速范围大，可达100:1至2000:1。而其最低稳定转速可低至每分钟几转，可实现低速强力或低速大扭矩传动。
③传递运动均匀平稳、方便可靠，负载变化时速度较稳定。
④控制调节方便、省力，易于实现自动化。与电气控制或气动控制配合使用，能实现各种复杂的自动工作循环，而且可以实现远程控制或遥控。
⑤易于实现过载保护，同时液压元件可自行润滑，使用寿命较长。
⑥液压元件实现了标准化、通用化、系列化，便于设计制造和推广使用。
⑦液压传动系统元件之间用管路连接时，布置安装方便灵活。
液压传动的主要缺点。
①液压系统存在泄漏和液体的可压缩性，影响运动的平稳性和准确性，使得液压传动不能保证严格的传动比。
②对油温变化较敏感，运动件的速度不易保持稳定，同时对油液的清洁程度要求高。所以它不宜在温度变化很大的环境条件下工作。
③为减少泄漏，液压元件制造精度要求较高，加工工艺较复杂，因而成本造价较高。
④系统发生故障时，不易检查和排除。
⑤传动过程中需经两次能量转换，能量损失较大，因而传动效率较低，不宜于远距离传动。
总之，液压传动的优点是主要的，随着设计制造和使用水平的不断提高，有些缺点正在逐步加以克服。液压传动有着广泛的发展前景。【思考与练习】
1.什么是液压传动？简述其工作原理。
2.液压系统由哪几部分组成？各组成部分的作用是什么？
3.液压传动有哪些优缺点？最突出的优点是什么？目前最难解决的缺点是什么？
4.根据图1-1-3画出液压泵、液压缸、溢流阀、节流阀、滤油器的图形符号。任务2 机床工作台液压系统的液压油的选用【任务目标】
1.了解机床工作台液压系统中液压油的作用。
2.掌握液压油的基本性质。
3.掌握液压油的品种及选用。【任务描述】
观察机床工作台液压系统常用液压油，清洗油箱、滤油器或更换油液、滤油器，了解液压油性质、特点和选用。【知识准备】
在液压系统中，液压油是传递动力和运动的工作介质，同时起到润滑、冷却和防锈的作用。为了更好地理解液压传动原理、液压元件的结构及性能，合理设计、使用液压系统，必须了解液压油的基本性质，正确选择、使用和保养液压油。
液压油的性质主要有密度、可压缩性、黏性以及稳定性、抗氧化性、抗泡沫性、抗乳化性、防锈性、润滑性、相容性等。1.密度
单位体积液体的质量称为液体的密度。通常以ρ表示式中 m——液体的质量，kg；3
V——液体的体积，m；3
ρ——液体的密度，kg/m。
密度随温度的上升而有所减小，随压力的提高而稍有增加，但变3化量很小，可以忽略不计。一般液压油的密度为900kg/m。2.可压缩性
液体受压力的作用而发生的体积减小变化称为液体的可压缩性。在一般液压系统中，液压油可压缩性很小，可认为油液是不可压缩的。但在压力变化很大的高压系统中或进行液压系统动态分析，以及远程控制的液压机构，必须考虑其压缩性，可参考相关手册。
另外，当液压油中混入空气时，其可压缩性将显著增加，将严重影响液压系统的工作性能，故在液压系统中应尽量减少油液中的气体及其他易挥发物质（如汽油、煤油、乙醇、苯等）的含量。3.黏性
液体在外力作用下流动时，分子间的内聚力会阻止分子间的相对运动而产生一种内摩擦力，这一特性称为液体的黏性。它是液体的重要物理性质，也是选择液压油的主要依据。
液体只在流动时才会呈现黏性。如图1-2-1所示，若两平行平板间充满液体，下平板固定不动，上平板以速度u向右平动，由于液体0的黏性作用，紧靠着下平板的液体层速度为零，紧靠上平板的液体层速度为u，而中间各层液体速度则根据它与下平板间的距离，从上到0下按递减规律近似呈线性分布。图1-2-1 液体黏性原理图
实验表明，液体流动时相邻液层间的内摩擦力F与液层接触面积A、液层间相对运动速度梯度du/dy成正比，即
式中，μ为比例常数，称为黏性系数或动力黏度。
若以τ表示内摩擦切应力，即液层间在单位面积上的内摩擦力，则有上式又称为牛顿液体内摩擦定律。
由式（1-2-3）可知，在静止液体中，因速度梯度du/dy=0，内摩擦力为0，所以流体在静止状态不呈现黏性。
液体黏性的大小用黏度来表示，常用的黏度有三种，即动力黏度、运动黏度和相对黏度。（1）动力黏度 表征流动液体内摩擦力大小的黏性系数，又称为绝对黏度，用μ表示。即
由上式可知，动力黏度μ的物理意义是：液体在单位速度梯度下流动时，相互接触液层间内摩擦力。2
动力黏度μ的法定计量单位为Pa·s（帕·秒）或N·s/m。2
在CGS中，动力黏度μ的单位为dyn·s/cm，又称P（泊）。61Pa·s=10P=10cP（厘泊）（2）运动黏度 动力黏度μ与其密度ρ的比值，称为运动黏度，用ν表示，即
运动黏度ν无明确的物理意义。因为在其单位中只有长度与时间的量纲，类似于运动学的量，所以称为运动黏度。2
运动黏度ν的法定单位是m/s。2
在CGS中，运动黏度ν为cm/s，又称St（斯）。24261m/s=10cm/s（St）=10cSt（厘斯）
工程上常用运动黏度ν表示油液的黏度等级。液压油的牌号用在40℃温度时运动黏度平均值表示，例如N32号液压油，指这种油在40℃时的运动黏度平均值为32cSt。我国的液压油旧牌号则是采用按50℃时运动黏度的平均值表示的。液压油新旧牌号对照见表1-2-1。表1-2-1 常用液压油的牌号和黏度（3）相对黏度 相对黏度又称条件黏度。因动力黏度与运动黏度都难以直接测量，工程上常用一些简便方法测定液体的相对黏度。相对黏度根据测量条件的不同，各国采用的单位各不相同，如中国、德国等采用恩氏黏度°E；美国采用赛氏黏度SSU；英国采用雷氏黏度R。3
恩氏黏度°E用恩式黏度计测定，即将200cm被测液体装入黏度计的容器内，加热液体均匀升温到温度t℃，液体由容器底部ф2.8mm的小孔流尽所需要的时间t与流出同体积20℃蒸馏水所需时间t（通12常平均值t=51s）的比值，称为被测液体在这一温度t℃时的恩氏黏2度°E，即
一般以20℃、40℃、50℃、100℃作为测定恩氏黏度的标准温度，对应得到的恩氏黏度分别用°E、°E、°E和°E表示。204050100
工程上通常先测出液体的恩氏黏度，再根据关系式或用查表法，换算出动力黏度或运动黏度。
当1.35≤°E≤3.2时
当°E>3.2时（4）调合油的黏度 选择适合黏度的液压油，对液压系统的工作性能起着重要的作用。但有时能得到的油液产品的黏度不合要求，在此种情况下可把同一型号两种不同黏度的油液按适当的比例混合起来使用，称为调合油。调合油的黏度可用下面经验公式计算。式中 °E，°E——混合前两种油液的恩氏黏度，取°E>°E；1212
°E——调合后油的恩氏黏度；
α，α——参与调合的两种油液各占的百分数12（α+α=100％）；12
c——实验系数，见表1-2-2。表1-2-2 实验系数c的值（5）黏度与压力的关系 液体所受的压力增加其分子间的距离将减小，内聚力增加，黏度也略随之增大。不同的油液有不同的黏度压力变化关系，这种关系称为油液的黏压关系。液体的黏度与压力的关系可表示为ν=ν（1+0.003p） （1-2-10）p式中 ν——压力为p时液体的运动黏度；p
ν——压力为101.33kPa时液体的运动黏度；
p——液体所受的压力。
在液压系统中，当压力不高且变化不大时，压力对黏度的影响较7小，一般可忽略不计。当压力较高（大于10Pa）或压力变化较大时，应考虑压力对黏度的影响。（6）黏度与温度的关系 油液的黏度对温度的变化十分敏感，温度升高时黏度下降。液体的黏度随温度变化的性质称为黏温特性。
如图1-2-2所示为常用几种国产液压油的黏温特性曲线。由图可见，温度对黏度影响较大。图1-2-2 典型液压油的黏度-温度特性曲线
油液黏度的变化直接影响液压系统的性能和泄漏量，因此希望黏度随温度的变化越小越好。它可用黏度指数VI来表示，它表示被试油和标准油黏度随温度变化程度比较的相对值。VI值大表示黏温特性平缓，即油的黏度受温度影响小，因而性能好；反之则差。一般的液压油要求VI值在90以上，精制的液压油或掺有添加剂的液压油VI值可达100以上。4.其他特性
液压油的其他性质，如稳定性、抗氧化性、抗泡沫性、抗乳化性、防锈性、润滑性以及相容性（主要指对所接触的金属、密封材料、涂料等作用程度）等，它们对液压传动系统的工作性能有重要影响。这些性质可以在精炼的矿物油中加入各种添加剂来获得，不同品种的液压油有不同的指标，具体应用时可参阅油类产品手册。【任务实施】1.场地及设备（1）场地 液压实训室、实训基地。（2）设备 常用透明瓶装油液标本、滤油器、清洗工具。2.认识液压油的种类
了解液压油液的种类，正确、合理地选择使用液压油液，对保证液压油液对液压系统适应各种环境条件和工作状况的能力，延长系统和元件的寿命，提高设备运转的可靠性，防止事故发生等方面都有重要影响。
液压油的品种很多，主要分为三大类：矿油型、合成型和乳化型。
矿油型液压油主要品种有通用液压油、抗磨液压油、低温液压油、高黏度指数液压油、液压导轨油及其他专用液压油。这类液压油是以机械油为原料，精炼后按需要加入适当添加剂而成，润滑性能好，应用广泛，但抗燃性较差，在一些高温、易燃、易爆的工作场合，为了安全起见，应该在液压系统中使用难燃性的合成型和乳化型，如水-乙二醇、磷酸酯等合成液或水包油、油包水等乳化液。液压油的主要品种、性质及使用范围见表1-2-3。表1-2-3 液压油的主要品种、性质及使用范围3.液压油的选用
正确合理地选择液压油液，对液压系统适应各种工作环境，延长系统和元件的寿命，提高系统的稳定性、可靠性都有重要的影响。（1）选用原则 选择液压油液方法主要有三方面。
①列出液压系统对系统油液性能的要求，如黏度、工作压力、工作温度、可压缩性、抗燃性、润滑性、毒性等容许范围，以及技术经济性。
②从液压元件的生产厂产品样本或说明书中获得对液压油液的推荐材料，并考虑液压油与液压系统密封材料的适应性。尽可能选出符合或基本符合上述要求的液压油液品种。
③综合、权衡、调整各方面的要求和参数，决定采用合适的、经济的液压油液。（2）选择油液品种 在通常情况下，应从工作压力、温度、工作环境、液压系统及元件结构和材质、经济性等几个方面综合考虑和判断。
①工作压力 液压系统的工作压力一般以其主油泵额定或最大压力为标志。如表1-2-4所示。表1-2-4 按液压系统和油泵工作压力选液压油品种
②工作温度 液压系统的工作温度一般以液压油的工作温度为标志。如表1-2-5所示。表1-2-5 按液压油工作温度选液压油
③泵阀结构特点 液压油的润滑抗磨性对三大泵类的减摩效果，叶片泵最好，柱塞泵次之，齿轮泵较差。故凡是以叶片泵为主油泵的液压系统，不论其压力大小，常选用抗磨液压油HM。
液压系统阀的精度越高，要求所用的液压油清洁度也越高。如对有电液伺服阀的闭环液压系统要用清洁度高的清净液压油。对有电液脉冲马达的开环系统要求用数控机床液压油。此两种油可分别由高级抗磨液压油HM和高级低凝液压油HV代用。（3）选择黏度等级 液压油的黏度对液压系统工作的稳定性、可靠性、效率、温升及磨损有显著影响。黏度过大，使液体流动阻力增加，功率损失大，液压泵吸油困难；黏度过小，则使泄漏增加，容积效率降低，功率损失增加，环境污染。在具体选用时，一般在温度、压力较高及工作部件速度较低时，可采用黏度较高的液压油液，反之宜采用黏度较低的液压油液。
在液压系统的元件中，泵的转速最高、压力较大、温度较高。因此，一般根据液压泵的要求来确定工作介质的黏度，见表1-2-6液压泵用油黏度范围及推荐用油。表1-2-6 液压泵用油黏度范围及推荐用油-62注：1cSt=1×10m/s。4.液压油的使用
①液压系统运行前应按有关规定严格冲洗，使用中按规定要求更换新油。评定油液是否劣化，一是采取现场抽样，观察油液颜色、气味、有无沉淀物，与新油进行比较的定性方法；二是将油样送往实验室，用定量的方法评定。另外，应注意如液压传动装置在运转中的声音有异常，应及时对油液进行评定。
②保持液压系统清洁，密封良好，防止泄漏和尘土、杂物和水的侵入。因此，应定期给油箱放水，定期清洗液压系统。
③控制好液压油的温度。油温过高，油液氧化变质，产生各种生成物；过低，黏度过高使装置无法启动或发生气蚀。一般液压系统的油温，应控制在10～50℃。【知识拓展】
液压油的污染与控制
液压油是保证液压系统的工作性能和液压元件的使用寿命的重要条件。油液污染将会影响系统的正常工作和使元件过度的磨损，甚至会造成设备的故障。有关资料表明，现场70％～80％液压系统的工作不稳定和出现故障都与液压油的污染有关，因此控制液压油的污染是十分重要的。（1）液压油被污染的原因
①液压系统的液压元件以及管道、油箱在制造、储存、运输、安装、维修过程中，带入的砂粒、铁屑、磨料、焊渣、锈片和灰尘等，在系统使用前未清洗干净而残留下来的残留物所造成的液压油液污染。
②在液压系统工作过程中外界的砂粒、空气、水滴等，通过往复伸缩的活塞杆、油箱的通气孔和注油孔等进入液压油里。另外在检修时，环境周围的污染物如灰尘、棉绒等进入液压油里。
③液压传动系统在工作过程中所产生的金属微粒、密封材料磨损颗粒、涂料剥离片、水分、气泡及油液变质后的胶状物等所造成的液压油液污染。（2）液压油液被污染后对液压传动系统所造成的主要危害
①固体颗粒和胶状生成物堵塞过滤器，使液压泵吸油不畅、运转困难，产生噪声；堵塞阀类元件的小孔或缝隙，使阀类元件动作失灵，从而造成液压系统的故障。
②微小固体颗粒会加剧液压元件有相对滑动零件表面的磨损，降低元件的使用寿命，影响液压元件正常工作。同时，也会划伤密封件，使系统泄漏流量增加。
③空气和水分的混入液压油会降低润滑能力，并加速氧化变质；产生气蚀，使液压元件加速损坏；使液压传动系统出现振动、爬行等现象。（3）防止油液污染的措施
造成液压油污染的原因多而复杂，要彻底解决液压油的污染问题是很困难的。行之有效的办法是将液压油的污染度控制在某一限度以内。对液压油的污染控制工作主要是从两个方面着手：一是防止污染物侵入液压系统；二是把已经侵入的污染物从系统中清除出去。污染控制要贯穿于整个液压系统的设计、制造、安装、使用和维护等各个阶段。
①保持液压油在使用前清洁。防止液压油在运输和保管过程受到外界污染，加入液压系统时必须将其静放数天后经过滤使用。
②做好液压系统在组装前、后清洁。液压元件在组装过程中必须严格清洗，液压系统在组装前、后都应用系统工作中使用的油液彻底进行清洗。拆装元件应在无尘区进行。
③保持液压油在工作中清洁。尽量避免液压油在工作过程中受到环境污染，采用密封油箱，通气孔上加空气滤清器，防止空气、水分、尘土和磨料的侵入，经常检查并定期更换密封件和蓄能器的胶囊。
④采用合适的滤油器。这是控制液压油污染的重要手段。应根据设备的要求，在液压系统中选用不同的过滤方式、不同的精度和不同的结构的滤油器，并要定期检查和清洗滤油器和油箱。
⑤控制液压油的工作温度。采取水冷、风冷等适当的措施，控制系统的工作温度，防止液压油氧化变质，产生各种生成物，缩短它的使用期限。一般液压系统的工作温度最好控制在65℃以下，机床液压系统则应控制在55℃以下。
⑥定期检查和更换液压油。定期对系统的液压油进行抽样检查，发现不符合要求，应及时更换。更换新油前，必须对整个液压系统进行彻底清洗。【思考与练习】
1.何谓液体的黏性？黏性的大小通常的表示方法有哪些？
2.黏温特性指的是什么？
3.说明常用液压油的种类及选用。任务3 机床工作台液压系统中的压力和流量【任务目标】
1.了解液体静压力的性质及静力学方程。
2.掌握压力的表示方法。
3.了解动力学方程及应用。【任务描述】
分析计算机床工作台液压系统中压力、流量，总结归纳应用力学知识解决实际问题的一般方法。【知识准备】
液压传动是以液体作为工作介质进行能量传递的。研究液体平衡和运动的力学规律，有助于正确理解液压传动的基本原理，同时这些内容也是液压系统分析设计、计算和正确使用维护液压传动装置的理论基础。1.液体的静压力及其性质
液体静力学是研究液体处于相对平衡状态下的力学规律及其实际应用。相对平衡是指液体内部各个质点之间没有相对位移，此时液体不显示黏性。液体内部无剪切应力，而只有法向应力，即静压力。（1）液体静压力 当液体相对静止时，液体单位面积上所受的法向力称为压力。它在物理学中称为压强，但在液压传动中习惯称为压力，压力通常用p表示。2
压力的单位为Pa（N/m）。由于Pa单位太小，工程使用不便，36因而常采用kPa（千帕）和MPa（兆帕），1MPa=10kPa=10Pa。目5前国际上仍常用的单位为巴（bar），1bar=10Pa=0.1MPa。（2）液体静压力的性质
①液体的压力沿着内法线方向作用于承压面。
②静止液体内任一点外所受到的静压力在各个方向上的大小都相等。（3）液体静力学基本方程 在重力作用下的静止液体，其受力情况如图1-3-1（a）所示。液体内部任取一点A，假想从液面向下垂直切去一个小液柱为研究对象，设小液柱的底面积为ΔA，高为h，如图1-3-1（b）所示。由于小液柱处于平衡状态，则A点所受的压力为pΔA=pΔA+ρghΔAp=p+ρgh （1-3-2）00图1-3-1 重力作用下的静止液体式中 g——重力加速度；
p——作用于液面上的压力，Pa；03
ρ——液体密度，kg/m；
h——该点至液面的垂直距离，m。
式（1-3-2）即为液体静力的基本方程，由此可知：
①静止液体内任一点处的压力由两部分组成，一部分是液面上的压力p，另一部分是该点以上液体自重对该点的压力ρgh。0
②静止液体内的压力随液体深度h的增加而呈线性规律分布。
③液体中深度相同的各点压力相等，由压力相等的点组成的面称为等压面。在重力作用下静止液体中的等压面是一个水平面。（4）静压传递原理 由式（1-3-2）可知，静止液体中任一点的压力都包含了液面上的压力p，由此可得出结论：在密闭容器中，由0外力施加于静止液体表面所产生的压力将以等值同时传递到液体内部所有各点。这就是静压力传递原理，即帕斯卡原理。
在液压传动系统中，由外力产生的压力通常比液体自重产生的压力大得多。因此，根据式（1-3-2）可认为液压系统中静止液体内部各点的压力处处相等。即
由此可见，液压系统中液体内的压力是由外界负载作用形成的，即液压系统中的工作压力决定于负载。这是液压传动中一个重要的概念。（5）压力的表示方法及单位
①压力的表示方法 压力的表示方法有两种。以绝对真空作为基准所表示的压力，称为绝对压力。以大气压力作为基准所表示的压力，称为相对压力。由于作用于物体上的大气压一般自成平衡，所以在分析时，往往只考虑外力而不再考虑大气压。因此绝大多数的测压仪表测得的压力均为高于大气压的那部分压力，即相对压力，故相对压力也称表压力。
绝对压力与相对压力的关系为
绝对压力=相对压力+大气压力
当绝对压力小于大气压时，相对压力为负值，称为真空度。即
真空度=大气压-绝对压力
由此可知，当以大气压为基准计算压力时，基准以上的正值是表压力，基准以下的负值就是真空度。绝对压力、相对压力和真空度的相互关系如图1-3-2所示。图1-3-2 绝对压力、相对压力和真空度2
②压力单位 压力法定单位为Pa（N/m）。在工程上采用压力2单位工程大气压at（kgf/cm）、标准大气压（atm）、水柱高（mmHO）或汞柱高（mmHg）等，在液压技术中，目前还采用的压2力单位有巴（bar）。各种压力单位之间的换算关系见表1-3-1。表1-3-1 各种压力单位的换算关系（6）液体对固体壁面的作用力 在液压传动中，略去液体自重产生的压力，液体中各点的静压力是均匀分布的，且垂直作用于受压表面。
如图1-3-3（a）所示，当承受压力的表面为平面时，液体对该平面的总作用力F为液体的压力p与受压面积A的乘积，其方向与该平面相垂直。如压力油作用在直径为D的柱塞上，则有2F=pA=pπD/4 （1-3-3）图1-3-3 液体对固体壁面的作用力
当承受压力的表面为曲面时，由于压力总是垂直于承受压力的表面，所以作用在曲面上各点的力相等但不平行。作用在曲面上的液压作用力在某一方向上的分力等于静压力与曲面在该方向投影面积的乘积。图1-3-3（b）、（c）为球面和锥面所受液压作用力分析图。球面和锥面在垂直方向受力F等于曲面在垂直方向的投影面积A与压力p相乘，即2F=pA=pπd/4 （1-3-4）式中 d——承压部分曲面投影圆的直径。2.液体动力学
在液压传动系统工作中，液压油处于流动状态。液体动力学研究液体在外力作用下的运动规律，即研究作用于液体上的力与液体运动间的关系。对液压流体力学我们只分析研究平均作用力和运动之间的关系。液流的连续性方程、伯努利方程和动量方程是液体动力学的三个基本方程，它们是刚体力学中的质量守恒、能量守恒及动量守恒原理在流体力学中的具体应用。本任务主要讨论连续性方程、伯努利方程。（1）基本概念
①理想液体与恒定流动 实际液体具有黏性和可压缩性，复杂化。为使工程问题的研究简化，假想液体为无黏性又不可压缩的理想液体。
液体流动时，若液体中任一点处的压力、流速和密度都不随时间而变化，则称为恒定流动（也称定常流动或稳定流动），反之，则称为非恒定流动。恒定流动与时间无关，研究比较方便。
②流量和平均流速 液体在管道中流动时，通常将垂直于液体流动方向的截面称为通流截面或称过流断面。流量和平均流速是描述液体流动的主要参数。
a.流量 单位时间流过某一过流断面的液体体积称为流量，用q表示334
流量q单位为m/s或L/min，1m/s=6×10L/min。
b.平均流速 由于液体都具有黏性，液体在管中流动时，在同一截面上各点的流速是不相同的，为方便计算，引入一个平均流速概念，即假设过流断面上各点的流速均匀分布，流速是指液流在单位时间内流过过流断面的液体体积，通常用v表示，即
单位为m/s或m/min。
在液压传动系统中，液压缸工作时，活塞运动的速度就等于缸内液体的平均流速。根据公式（1-3-6）可知，输入液压缸的流量决定了活塞的运动速度的大小。（2）流量连续性方程 连续性方程是质量守恒定律在液体力学中的一种表达形式。设液体在图1-3-4所示的管道中作恒定流动，若任取两个通流截面1、2，其截面积分别为A、A，此两断面上的密12度和平均速度为ρ、v和ρ、v。根据质量守恒定律，在同一时间内1122流过两个断面的液体质量相等，即图1-3-4 液流的连续性原理ρvA=ρvA111222
假定液体不可压缩时，ρ=ρ，可得12vA=vA （1-3-7）1122q=vA=常量 （1-3-8）
上式即为液体流动的连续性方程，它表明液体在管中流动时流过各个通流断面的流量相等，因而任一通流截面上的通流面积与流速成反比。直径大的管道流速低，直径小的管道流速快。（3）液体流动状态 实际液体具有黏性，是产生流动阻力的根
试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]