第二单元 液压动力元件及执行元件_2005741221.ppt

液压与气动技术第二单元液压动力元件及执行元件,2007－1,2020年12月16日星期三,中南大学液压与气动技术,1.教学内容,液压泵的工作原理（重点）液压泵的主要性能及参数（难点）液压泵的结构液压泵与电动机参数的选用液压缸（重点）液压马达,,,,,2020年12月16日星期三,中南大学液压与气动技术,液压系统是以液压泵作为向系统提供一定的流量和压力的动力元件，液压泵由电动机带动将液压油从油箱吸上来并以一定的压力输送出去，使执行元件推动负载作功。,2.液压动力元件,,,,,2020年12月16日星期三,中南大学液压与气动技术,由于这种泵是依靠泵的密封工作腔的容积变化来实现吸油和压油的，因而称为容积式泵。容积式泵的流量大小取决于密封工作腔容积变化的大小和次数。若不计泄漏，流量与压力无关。液压泵的分类方式很多，它可按压力的大小分为低压泵、中压泵和高压泵。也可按流量是否可调节分为定量泵和变量泵。又可按泵的结构分为齿轮泵、叶片泵和柱塞泵，其中齿轮泵和叶片泵多用于中、低压系统，柱塞泵多用于高压系统。,2.1液压泵的工作原理,,,,,2020年12月16日星期三,中南大学液压与气动技术,1、压力1）工作压力液压泵实际工作时的输出压力称为工作压力。工作压力取决于外负载的大小和排油管路上的压力损失，而与液压泵的流量无关。2）额定压力液压泵在正常工作条件下，按试验标准规定连续运转的最高压力称为液压泵的额定压力。3）最高允许压力在超过额定压力的条件下，根据试验准规定，允许液压泵短暂运行的最高压力值，称为液压泵的最高允许压力，超过此压力，泵的泄漏会迅速增加。,2.2液压泵的主要性能和参数,,,,,2020年12月16日星期三,中南大学液压与气动技术,2、排量排量是泵主轴每转一周所排出液体体积的理论值，如泵排量固定，则为定量泵；排量可变则为变量泵。一般定量泵因密封性较好，泄漏小，在高压时效率较高。,2.2液压泵的主要性能和参数,,,,,2020年12月16日星期三,中南大学液压与气动技术,3、流量为泵单位时间内排出的液体体积（L/min），有理论流量Qth和实际流量Qac两种。（2－1）式中q泵的排量（L/r）n泵的转速（r/min）（2－2）∆Q泵运转时，油会从高压区泄漏到低压区，是泵的泄漏损失。,2.2液压泵的主要性能和参数,,,,,,,2020年12月16日星期三,中南大学液压与气动技术,4、容积效率和机械效率泵的容积效率泵的机械效率Tth－泵的理论输入扭矩Tac－泵的实际输入扭矩,2.2液压泵的主要性能和参数,,,,,,,,,,2020年12月16日星期三,中南大学液压与气动技术,5、泵的总效率、功率泵的总效率厄塔泵实际输出功率电动机输出功率泵的功率式中p泵输出的工作压力（MPa）Qac泵的实际输出流量（L/min），1L103cm3。,2.2液压泵的主要性能和参数,,,,,,,,,,,,,,2020年12月16日星期三,中南大学液压与气动技术,例题2－1某液压系统，泵的排量q＝10mL/r，电机转速n＝1200rpm，泵的输出压力p5Mpa泵容积效率ηv＝0.92，总效率η＝0.84，求1）泵的理论流量；2）泵的实际流量；3）泵的输出功率；4）驱动电机功率。,2.2液压泵的主要性能和参数,,,,,,,,,,,,,,2020年12月16日星期三,中南大学液压与气动技术,解1）泵的理论流量Qthq.n.10-310120010-3＝12L/min2泵的实际流量Qac＝Qth.ηv＝120.92＝11.04L/min3泵的输出功率4）驱动电机功率,2.2液压泵的主要性能和参数,,,,,,,,,,,,,,,,2020年12月16日星期三,中南大学液压与气动技术,1、齿轮泵液压泵中结构最简单的一种，且价格便宜，故在一般机械上被广泛使用；齿轮泵是定量泵。,2.3液压泵的结构,,,,,,,,,,,,,,,,2020年12月16日星期三,中南大学液压与气动技术,2.3液压泵的结构,,,,,,,,,,,,,,,,,2020年12月16日星期三,中南大学液压与气动技术,齿轮泵的优缺点及应用优点结构简单，制造工艺性好，价格便宜，自吸能力较好，抗污染能力强，而且能耐冲击性负载。2.缺点流量脉动大，泄漏大，噪声大，效率低，零件的互换性差，磨损后不易修复。3.应用用于环境差、精度要求不高的场合，通常p10MPa，如工程机械、建筑机械、农用机械等。,2.3液压泵的结构,,,,,,,,,,,,,,,,,2020年12月16日星期三,中南大学液压与气动技术,2、螺杆泵如图2－5所示，液压油沿螺旋方向前进，转轴径向负载各处均相等，脉动少，故运动时噪音低，可高速运转，适合作大容量泵。但压缩量小，不适合高压，一般用于燃油、润滑油泵而不用作液压泵。,2.3液压泵的结构,,,,,,,,,,,,,,,,2020年12月16日星期三,中南大学液压与气动技术,2、叶片泵其优点是运转平稳、压力脉动小，噪音小；结构紧凑、尺寸小、流量大；其缺点是对油液要求高，如油液中有杂质，则叶片容易卡死；与齿轮泵相比结构较复杂。它广泛的应用于机械制造中的专用机床、自动线等中、低压液压系统中。该泵有两种结构形式一种是单作用叶片泵，另一种是双作用式叶片泵。,2.3液压泵的结构,,,,,,,,,,,,,,,,,2020年12月16日星期三,中南大学液压与气动技术,1）单作用叶片泵，其工作原理如图2－6所示，单作用叶片泵由转子1、定子2、叶片3和端盖等组成。定子具有圆柱形内表面，定子和转子的间有偏心距e，叶片装在转子槽中，并可在槽内滑动，当转子回转时，由于离心力的作用，使叶片紧靠在定子内壁。,2.3液压泵的结构,,,,,,,,,,,2020年12月16日星期三,中南大学液压与气动技术,1）单作用叶片泵改变转子与定子的偏心量，即可改变泵的流量，偏心越大，流量越大，如调成几乎是同心，则流量接近于零。因此单作用叶片泵大多为变量泵。另外还有一种限压式变量泵，当负荷小时，泵输出流量大，负载可快速移动，当负荷增加时，泵输出流量变少，输出压力增加，负载速度降低，如此可减少能量消耗，避免油温上升。,2.3液压泵的结构,,,,,,,,,,,,,,,,,2020年12月16日星期三,中南大学液压与气动技术,2）双作用叶片泵双作用式叶片泵如图2－7所示，定子内表面近似椭圆，转子和定子同心安装，有两个吸油区和两个压油区对称布置。转子每转一周，完成两次吸油和压油。双作用叶片泵大多是定量泵。,2.3液压泵的结构,,,,,,,,,,,,,,,,,2020年12月16日星期三,中南大学液压与气动技术,叶片泵的应用用于中低压、要求较高的系统中。2.油液粘度要合适，转速不能太低，500～1500rpm。3.要注意油液的清洁，油不清洁容易使叶片卡死（齿轮泵）。4.通常只能单方向旋转，如果旋转方向错误，会造成叶片折断。,2.3液压泵的结构,,,,,,,,,,,,,,,,,2020年12月16日星期三,中南大学液压与气动技术,4、柱塞泵工作原理是柱塞在液压缸内作往复运动来实现吸油和压油。与齿轮泵和叶片泵相比，该泵能以最小的尺寸和最小的重量供给最大的动力，为一种高效率的泵，但制造成本相对较高，该泵用于高压、大流量、大功率的场合。它可分为轴向式和径向式两种形式。柱塞沿径向放置的泵称为径向柱塞泵，柱塞轴向布置的泵称为轴向柱塞泵。为了连续吸油和压油，柱塞数必须大于等于3。,2.3液压泵的结构,,,,,,,,,,,,,,,,,2020年12月16日星期三,中南大学液压与气动技术,1）轴向柱塞泵如图2－8所示，可分为直轴式（图a）所示）和斜轴式（图b）所示）两种，该两种泵都是变量泵，通过调节斜盘倾角γ，即可改变泵的输出流量。,2.3液压泵的结构,,,,,,,,,,,,,,,,,,2020年12月16日星期三,中南大学液压与气动技术,2）径向柱塞泵（柱塞运动方向与液压缸体的中心线垂直），又可分为固定液压缸式和回转液压缸式两种。,2.3液压泵的结构,,,,,,,,,,,,,,,,,,,2020年12月16日星期三,中南大学液压与气动技术,柱塞泵特点1）工作压力高，容积效率高，p＝20～40MPa，Pmax可到100MPa；2）流量大，易于实现变量；3）主要零件均受压，使材料的强度得以充分利用，寿命长，单位功率重量小。,2.3液压泵的结构,,,,,,,,,,,,,,,,,,,2020年12月16日星期三,中南大学液压与气动技术,5、液压泵的图形符号,2.3液压泵的结构,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,2020年12月16日星期三,中南大学液压与气动技术,1、选择液压泵的原则是否要求变量径向柱塞泵、轴向柱塞泵、单作用叶片泵是变量泵。工作压力柱塞泵压力31.5MPa；叶片泵压力6.3MPa,高压化以后可达16MPa；齿轮泵压力2.5MPa，高压化以后可达21MPa。工作环境齿轮泵的抗污染能力最好。噪声指标低噪声泵有内啮合齿轮泵、双作用叶片泵和螺杆泵，双作用叶片泵和螺杆泵的瞬时流量均匀。效率轴向柱塞泵的总效率最高；同一结构的泵，排量大的泵总效率高；同一排量的泵在额定工况下总效率最高。,2.4液压泵与电动机参数的选用,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,2020年12月16日星期三,中南大学液压与气动技术,1、液压泵大小的选用液压泵的选择，通常是先根据对液压泵的性能要求来选定液压泵的型式，再根据液压泵所应保证的压力和流量来确定它的具体规格。液压泵的的工作压力是根据执行元件的最大工作压力来决定的，考虑到各种压力损失，泵的最大工作压力P泵可按下式确定P泵≥k压P缸式中P泵一液压泵所需要提供的压力，Pa,k压一系统中压力损失系数，取1.31.5P缸一液压缸中所需的最大工作压力，Pa,2.4液压泵与电动机参数的选用,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,2020年12月16日星期三,中南大学液压与气动技术,1、液压泵大小的选用液压泵的选择，通常是先根据对液压泵的性能要求来选定液压泵的型式，再根据液压泵所应保证的压力和流量来确定它的具体规格。液压泵的输出流量取决于系统所需最大流量及泄漏量，即Q泵≥K流.Q缸式中Q泵液压泵所需输出的流量，m3/min。K流系统的泄漏系数，取1.11.3Q缸一液压缸所需提供的最大流量，m3/min。若为多液压缸同时动作，Q缸应为同时动作的几个液压缸所需的最大流量之和。在P泵、Q泵求出以后，就可具体选择液压泵的规格，选择时应使实际选用泵的额定压力大于所求出的P泵值，通常可放大25。泵的额定流量略大于或等于所求出的Q缸值即可。,2.4液压泵与电动机参数的选用,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,2020年12月16日星期三,中南大学液压与气动技术,2、电动机参数的选择驱动液压泵所需的电动机功率可按下式确定（KW）式中PM－电动机所需的功率，kwp泵－泵所需的最大工作压力，Pa,Q泵－泵所需输出的最大流量，m3/minη－泵的总效率。各种泵的总效率大致为齿轮泵0.60.7，叶片泵0.60.75；柱塞泵0.80.85。,2.4液压泵与电动机参数的选用,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,2020年12月16日星期三,中南大学液压与气动技术,3、计算举例例2－2已知某液压系统如图2－12所示，工作时，活塞上所受的外载荷为F9720N，活塞有效工作面积A＝0.008m2，活塞运动速度v0.04m/s。.问应选择额定压力和额定流量为多少的液压泵驱动它的电机功率应为多少,2.4液压泵与电动机参数的选用,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,2020年12月16日星期三,中南大学液压与气动技术,例2－3如图2－12所示的液压系统，巳知负载F30000N，活塞有效面积A0.01m2，空载时的快速前进的速度为0.05m/s，负载工作时的前选速度为0.025m/s，选取k压＝1.5，k流＝1.3＝0.75，.试从下列已知泵中选择一台合适的泵，并计算其相应的电动机功率。已知泵如下YB-32型叶片泵，Q额＝32L/min，p额＝63kgf/cm2YB-40型叶片泵，Q额.＝40L/min，p额＝63kgf/cm2YB-50型叶片泵，Q.额.＝50L/min，p额＝63kgf/cm2,2.4液压泵与电动机参数的选用,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,2020年12月16日星期三,中南大学液压与气动技术,2－7某液压泵的转速为950r/min，排量为q＝168ml/r在额定压力29.5Mpa和同样转速下，测的实际流量为150l/min，额定工况下的总效率为0.87，求1）泵的理论流量；2）泵的容积效率和机械效率；3）泵在额定工况下，所需电机驱动功率。2－8已知某液压系统工作时所需最大流量Q＝510－4m3/s，最大工作压力p＝40105Pa，取k压＝1.3，k流＝1.1，试从下列表中选择液压泵。若泵的效率＝0.7，计算电机功率。CB－B50型泵Q＝50L/min，p＝25105PaYB－40型泵Q＝40L/min，p＝63105Pa,思考题与习题,,,,,,,,,,,,,,,,,,2020年12月16日星期三,中南大学液压与气动技术,液压缸是使负载作直线运动的执行元件。1、液压缸分类分为单作用式液压缸和双作用式液压缸两类。单作用式液压缸又分为无弹簧式、附弹簧式、柱塞式三种，如图3－1所示。双作用式液压缸又分为单杆形，双杆形两种，如图3－2所示。,3.1液压缸,,,,,2020年12月16日星期三,中南大学液压与气动技术,液压缸及其分类,柱塞式液压缸,单活塞杆式液压缸,,,双活塞杆式液压缸,,伸缩式液压缸,,,,,,2020年12月16日星期三,中南大学液压与气动技术,液压缸及其分类,单活塞杆式液压缸,,双活塞杆式液压缸,,伸缩式液压缸,,,,,,,,,2020年12月16日星期三,中南大学液压与气动技术,液压缸及其分类,增压缸,弹簧复位式液压缸,,,串联式液压缸,,伸缩式液压缸,,,,,,,,,,,,,,,2020年12月16日星期三,中南大学液压与气动技术,2、液压缸结构图3－3为液压缸结构图，选用液压缸时，首先考虑活塞杆长度（由行程决定），再根据回路的最高压力选出适合的液压缸。,3.1液压缸,,,,,,,2020年12月16日星期三,中南大学液压与气动技术,2、液压缸结构1）缸筒主要是由钢材制成，缸筒内要经过精细加工，表面粗糙度Ra0.08um，以减少密封件的摩擦。2）盖板通常由钢材制成，有前端盖和后端盖，安装在缸筒的前后两端，盖板和缸筒的连接方法有焊接、拉杆、法兰、罗纹连接等。3）活塞的材料通常用钢或铸铁，也可采用铝合金。活塞和缸筒内壁间需要密封，采用的密封件有O形环、V形油封、U形油封、X形油封和活塞环等。而活塞应有一定的导向长度，一般取活塞长度为缸筒内径的（0.6～1.0）倍。,3.1液压缸,,,,,,2020年12月16日星期三,中南大学液压与气动技术,4）活塞杆是由钢材做成实心杆或空心杆，表面经淬火再镀铬处理并抛光。5）缓冲装置为了防止活塞在行程的终点与前后端盖板发生碰撞，引起噪音，影响工件精度或使液压缸损坏，常在液压缸前后端盖上设有缓冲装置，以使活塞移到快接近行程终点时速度减慢下来终至停止。,3.1液压缸,,,,,,2020年12月16日星期三,中南大学液压与气动技术,3、液压缸的参数计算图3－4所示，液压缸缸体固定，液压油从A口进入作用在活塞上，产生一推力F，通过活塞杆以克服负荷W，活塞以速度υ向前推进，同时将活塞杆侧内的油液通过B口流回油箱。相反，如高压油从B口进入，则活塞后退。,3.1液压缸,,,,,,,2020年12月16日星期三,中南大学液压与气动技术,3、液压缸的参数计算1）速度和流量若忽略泄漏，则速度和流量的关系如下QAυ（3－1）υQ/A（3－2）式中Q液压缸的输入流量（m3/s或L/min,L110－3m3）A液压缸活塞上有效工作面积υ活塞移动速度通常活塞上工作有效面积是固定的，由式（3－2）可知，活塞的速度取决于输入液压缸的流量，又由理论上可知，速度和负载无关。,3.1液压缸,,,,,,2020年12月16日星期三,中南大学液压与气动技术,2）推力和压力推力F是压力为p的液压油作用在工作有效面积为A的活塞上，以平衡负载W，若液压缸回油接油箱，则P00，故FWp.AN3－3式中p液压缸的工作压力（MPa）A液压缸活塞上有效工作面积（mm2）推力F可看成是液压缸的理论推力，因为活塞的有效面积固定，故压力取决于总负载。,3.1液压缸,,,,,,,2020年12月16日星期三,中南大学液压与气动技术,3.1液压缸,,,,,,,,,,,,图3－6所示为单杆活塞的另一种联结方式。它把右腔的回油管道和左腔的进油管道接通。这种联结方式称为差动联结。活塞前进的速度υ及推力F为故显然，差动联结时活塞运动速度较快，产生的推力较小。所以差动联结常用于空载快进场合。,,,,,2020年12月16日星期三,中南大学液压与气动技术,4、其他液压缸1）摆动缸摆动式液压缸也称摆动马达。,3.1液压缸,,,,,,,,,,,,,,,,2020年12月16日星期三,中南大学液压与气动技术,4、其他液压缸1）摆动缸摆动式液压缸也称摆动马达。当它通入液压油时，它的主轴输出小于3600的摆动运动。图3－7a所示为单叶片式摆动缸，它的摆动角度较大，可达3000、当摆动缸进出油口压力为p1和p2，输入流量为q时，它的输出转矩T和角速度ω为3－103－11式中b为叶片的宽度，R1,R2为叶片底部、顶部的回转半径。图3－7b所示为双叶片式摆动缸，它的摆动角度和角速度为单叶片式的一半，而输出角度是单叶片式的两倍。,3.1液压缸,,,,,,,,,,,,,,,2020年12月16日星期三,中南大学液压与气动技术,4、其他液压缸2）增压缸在某些短时或局部需要高压的液压系统中，常用增压缸与低压大流量泵配合作用，单作用增压缸的工作原理如图3－8a所示，输入低压力p1的液压油，输出高压力为p2的液压油，增大压力关系如式（3－12）。（3－12）单作用增压缸不能连续向系统供油，图3－8b为双作用式增压缸，可由两个高压端连续向系统供油。,3.1液压缸,,,,,,,,,,,,,,,,2020年12月16日星期三,中南大学液压与气动技术,4、其他液压缸3）伸缩缸图3－9所示，伸缩式液压缸由两个或多个活塞式液压缸套装而成，前一级活塞缸的活塞是后一级活塞缸的缸筒，可获得很长的工作行程。伸缩缸广泛的用于起重运输车辆上。图3－9a是单作用式，图3－9b是双作用式。,3.1液压缸,,,,,,,,,,,,,,,,,,2020年12月16日星期三,中南大学液压与气动技术,4、其他液压缸4）齿轮缸图3－10所示，它由两个柱塞和一套齿轮齿条传动装置组成，当液压油推动活塞左右往复运动时，齿条就推动齿轮往复转动，从而由齿轮驱动工作部件作往复旋转运动。,3.1液压缸,,,,,,,,,,,,,,,,,,2020年12月16日星期三,中南大学液压与气动技术,液压马达是使负载作连续旋转的执行元件，其内部构造与液压泵类似，差别仅在于液压泵的旋转是由电机所带动，输出的是液压油；液压马达则是输入液压油，输出的是转矩和转速。因此，液压马达和液压泵在细部结构上存在一定的差别。,3.2液压马达,,,,,,,,,,,,,,,,,2020年12月16日星期三,中南大学液压与气动技术,1、液压马达分类及特点液压马达按其结构类型来分可以分为齿轮式、叶片式、柱塞式等其它形式。也可按液压马达的额定转速分为高速和低速两大类。额定转速高于500r/min的属高速液压马达，额定转速低于500r/min的属于低速液压马达。高速液压马达的基本形式有齿轮式、螺杆式、叶片式和轴向柱塞式等。高速液压马达的主要特点是转速高、转动惯量小，便于启动和制动。通常高速液压马达输出转矩不大（仅几十N.m到几百N.m），所以又称为高速小转矩马达。低速液压马达的基本形式是径向柱塞式，低速液压马达的主要特点是排量大、体积大、转速低（可达每分钟几转甚至零点几转）、输出转矩大（可达几千N.m到几万N.m）,所以又称为低速大转矩液压马达。,3.2液压马达,,,,,,,,,,,,,,,,,,2020年12月16日星期三,中南大学液压与气动技术,,,,A,B,P,T,溢流阀,液压泵,,,,,,液压马达回路,,,,,2020年12月16日星期三,中南大学液压与气动技术,2、液压马达图形符号液压马达图形符号如图3－11所示,3.2液压马达,,,,,,,,,,,,,,,,,,2020年12月16日星期三,中南大学液压与气动技术,液压马达与液压泵的区别,从原理上讲，液压泵与液压马达可以互换，但结构有差异,1、泵的进油口比出油口大，马达的进、出油口相同,2、结构上要求泵有自吸能力,3、马达要正反转，结构具有对称性；泵单方向转，不要对称,4、要求马达的结构及润滑，能保证在宽速度范围内正常工作,5、液压马达应有较大的起动扭矩和较小的脉动,,,,,2020年12月16日星期三,中南大学液压与气动技术,液压马达的参数计算,,,,,2020年12月16日星期三,中南大学液压与气动技术,液压马达的参数计算,,,,,2020年12月16日星期三,中南大学液压与气动技术,液压泵的工作原理液压泵的主要性能及参数液压泵的结构液压泵与电动机参数的选用液压缸液压马达,总结,,,,,,,,,,,,,,,,,2020年12月16日星期三,中南大学液压与气动技术,TakeaBreak,