液压传动发展概况.pdf

液压技术液压技术 第 1 章 绪论 第 1 章 绪论 第一节 液压传动发展概况第一节 液压传动发展概况 自 18 世纪末英国制成世界上第一台水压机算起，液压传动技术已有二三百年的历史。 直到 20 世纪 30 年代它才较普遍地用于起重机、机床及工程机械。在第二次世界大战期间， 由于战争需要，出现了由响应迅速、精度高的液压控制机构所装备的各种军事武器。第二次 世界大战结束后， 战后液压技术迅速转向民用工业， 液压技术不断应用于各种自动机及自动 生产线。 本世纪 60 年代以后，液压技术随着原子能、空间技术、计算机技术的发展而迅速 发展。因此，液压传动真正的发展也只是近三四十年的事。当前液压技术正向迅速、高压、 大功率、高效、低噪声、经久耐用、高度集成化的方向发展。同时，新型液压元件和液压系 统的计算机辅助设计CAD、计算机辅助测试CAT、计算机直接控制CDC、机电一体化技 术、可靠性技术等方面也是当前液压传动及控制技术发展和研究的方向。 我国的液压技术最初应用于机床和锻压设备上， 后来又用于拖拉机和工程机械。 现在， 我国的液压元件随着从国外引进一些液压元件、 生产技术以及进行自行设计， 现已形成了系 列，并在各种机械设备上得到了广泛的使用。 机械的传动方式 机械的传动方式 一切机械都有其相应的传动机构借助于它达到对动力的传递和控制的目的。 机械传动通过齿轮、齿条、蜗轮、蜗杆等机件直接把动力传送到执行机构的传递方 式。 电气传动利用电力设备，通过调节电参数来传递或控制动力的传动方式 液压传动利用液体静压力传递动力 液体传动 液力传动利用液体静流动动能传递动力 流体传动 气压传动 气体传动 气力传动 第二节第二节 液压传动的工作原理及其组成液压传动的工作原理及其组成 一、液压传动的工作原理一、液压传动的工作原理 液压传动的工作原理，可以用一个液压千斤顶的工作原理来说明。 图 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 图 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，重物就向下移动。这就是液压千斤顶的 工作原理。 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。 二、液压传动系统的组成二、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。 下面分析一种驱动工作台的液压传动系统。 如 图 1-2 所示，它由油箱、滤油器、液压泵、溢流阀、开停阀、节流阀、 图 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 换向阀、液压缸以及连接这些元件的油管、接头组成。其工作原理如下液压泵由电动机驱 动后，从油箱中吸油。油液经滤油器进入液压泵，油液在泵腔中从入口低压到泵出口高压， 在图 1-2a所示状态下，通过开停阀、节流阀、换向阀进入液压缸左腔，推动活塞使工作 台向右移动。这时，液压缸右腔的油经换向阀和回油管 6 排回油箱。 如果将换向阀手柄转换成图 1-2b所示状态，则压力管中的油将经过开停阀、节流阀 和换向阀进入液压缸右腔、 推动活塞使工作台向左移动， 并使液压缸左腔的油经换向阀和回 油管 6 排回油箱。 工作台的移动速度是通过节流阀来调节的。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。 从机床工作台液压系 统的工作过程可以看出，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 来组成 1.能源装置它是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。 2.执行装置它是把液压能转换成机械能的装置。 其形式有作直线运动的液压缸， 有作回转运 动的液压马达，它们又称为液压系统的执行元件。 3.控制调节装置它是对系统中的压力、流量或流动方向进行控制或调节的装置。如溢流阀、 节流阀、换向阀、开停阀等。 4.辅助装置上述三部分之外的其他装置，例如油箱，滤油器，油管等。它们对保证系统正常 工作是必不可少的。 5.工作介质传递能量的流体，即液压油等。 三、液压传动系统图的图形符号三、液压传动系统图的图形符号 图 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油塞 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 图 1-2 所示的液压系统是一种半结构式的工作原理图它有直观性强、容易理解的优点， 当液压系统发生故障时，根据原理图检查十分方便，但图形比较复杂，绘制比较麻烦。我国 已经制定了一种用规定的图形符号来表示液压原理图中的各元件和连接管路的国家标准， 即 “液压系统图图形符号GB78676” 。我国制订的液压系统图图形符号GB78676中，对 于这些图形符号有以下几条基本规定。 1符号只表示元件的职能，连接系统的通路，不表示元件的具体结构和参数，也不表示元 件在机器中的实际安装位置。 2元件符号内的油液流动方向用箭头表示，线段两端都有箭头的，表示流动方向可逆。 3符号均以元件的静止位置或中间零位置表示，当系统的动作另有说明时，可作例外。 图 1-3 所示为图 1-2a系统用国标GB78676 液压系统图图形符号绘制的工作原理图。 使用这些图形符号可使液压系统图简单明了，且便于绘图。 第三节第三节 液压传动的优缺点液压传动的优缺点 液压传动之所以能得到广泛的应用，是由于它具有以下的主要优点 1由于液压传动是油管连接，所以借助油管的连接可以方便灵活地布置传动机构，这 是比机械传动优越的地方。例如，在井下抽取石油的泵可采用液压传动来驱动，以克服长驱 动轴效率低的缺点。 由于液压缸的推力很大， 又加之极易布置， 在挖掘机等重型工程机械上， 已基本取代了老式的机械传动，不仅操作方便，而且外形美观大方。 2液压传动装置的重量轻、结构紧凑、惯性小。例如，相同功率液压马达的体积为电 动机的 12～13。液压泵和液压马达单位功率的重量指标，目前是发电机和电动机的十分 之一，液压泵和液压马达可小至 0.0025N/W牛/瓦,发电机和电动机则约为 0.03N/W。 3可在大范围内实现无级调速。借助阀或变量泵、变量马达，可以实现无级调速，调 速范围可达 1∶2000，并可在液压装置运行的过程中进行调速。 4传递运动均匀平稳，负载变化时速度较稳定。正因为此特点，金属切削机床中的磨 床传动现在几乎都采用液压传动。 5液压装置易于实现过载保护借助于设置溢流阀等，同时液压件能自行润滑，因 此使用寿命长。 6液压传动容易实现自动化借助于各种控制阀，特别是采用液压控制和电气控制 结合使用时，能很容易地实现复杂的自动工作循环，而且可以实现遥控。 7液压元件已实现了标准化、系列化和通用化，便于设计、制造和推广使用。 液压传动的缺点是 1液压系统中的漏油等因素，影响运动的平稳性和正确性，使得液压传动不能保证严 格的传动比。 2液压传动对油温的变化比较敏感，温度变化时，液体粘性变化，引起运动特性的变 化，使得工作的稳定性受到影响，所以它不宜在温度变化很大的环境条件下工作。 3为了减少泄漏，以及为了满足某些性能上的要求，液压元件的配合件制造精度要求 较高，加工工艺较复杂。 4液压传动要求有单独的能源，不像电源那样使用方便。 5液压系统发生故障不易检查和排除。 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。 第四节第四节 液压传动在机械中的应用液压传动在机械中的应用 驱动机械运动的机构以及各种传动和操纵装置有多种形式。 根据所用的部件和零件， 可 分为机械的、电气的、气动的、液压的传动装置。经常还将不同的形式组合起来运用四 位一体。由于液压传动具有很多优点，使这种新技术发展得很快。液压传动应用于金属切削 机床也不过四五十年的历史。航空工业在 1930 年以后才开始采用。特别是最近二三十年以 来液压技术在各种工业中的应用越来越广泛。 在机床上，液压传动常应用在以下的一些装置中 1.进给运动传动装置磨床砂轮架和工作台的进给运动大部分采用液压传动； 车床、 六角 车床、自动车床的刀架或转塔刀架；铣床、刨床、组合机床的工作台等的进给运动也都采用 液压传动。这些部件有的要求快速移动，有的要求慢速移动。有的则既要求快速移动，也要 求慢速移动。这些运动多半要求有较大的调速范围，要求在工作中无级调速；有的要求持续 进给，有的要求间歇进给；有的要求在负载变化下速度恒定，有的要求有良好的换向性能等 等。所有这些要求都是可以用液压传动来实现的。 2.往复主体运动传动装置龙门刨床的工作台、 牛头刨床或插床的滑枕， 由于要求作高速 往复直线运动，并且要求换向冲击小、换向时间短、能耗低，因此都可以采用液压传动。 3.仿形装置车床、铣床、刨床上的仿形加工可以采用液压伺服系统来完成。 其精度可 达 0.01～0.02mm。此外，磨床上的成形砂轮修正装置亦可采用这种系统。 4.辅助装置机床上的夹紧装置、齿轮箱变速操纵装置、丝杆螺母间隙消除装置、垂直移 动部件平衡装置、分度装置、工件和刀具装卸装置、工件输送装置等，采用液压传动后，有 利于简化机床结构，提高机床自动化程度。 5.静压支承重型机床、高速机床、高精度机床上的轴承、导轨、丝杠螺母机构等处采用 液体静压支承后，可以提高工作平稳性和运动精度。 液压传动在其他机械工业部门的应用情况见表 1-1 所示。 表 1-1 液压传动在各类机械行业中的应用实例表 1-1 液压传动在各类机械行业中的应用实例 行业名称 应用场所举例 工程机械 挖掘机、装载机、推土机、压路机、铲运机等 起重运输机械 汽车吊、港口龙门吊、叉车、装卸机械、皮带运输机等 矿山机械 凿岩机、开掘机、开采机、破碎机、提升机、液压支架等 建筑机械 打桩机、液压千斤顶、平地机等 农业机械 联合收割机、拖拉机、农具悬挂系统等 冶金机械 电炉炉顶及电极升降机、轧钢机、压力机等 轻工机械 打包机、注塑机、校直机、橡胶硫化机、造纸机等 汽车工业 自卸式汽车、平板车、高空作业车、汽车中的转向器、减振器等 智能机械 智能机械 折臂式小汽车装卸器、数字式体育锻炼机、模拟驾驶舱、机器人等 第 2 章 液压传动基础知识 第 2 章 液压传动基础知识 本章介绍有关液压传动的流体力学基础，重点为液体静压方程、连续性方程、伯努力方 程的应用，压力损失、小孔流量的计算。要求学生理解基本概念、牢记公式并会应用。 第一节 第一节第一节 第一节 液压油 液压油 液压油是液压传动系统中的传动介质，而且还对液压装置的机构、零件起这润滑、冷却 和防锈作用。液压传动系统的压力、温度和流速在很大的范围内变化，因此液压油的质量优 劣直接影响液压系统的工作性能。故此，合理的选用液压油也是很重要的。 1.1 液压油的分类 普通液压油 专用液压油 1、石油基液压油 抗磨液压油 高粘度指数液压油 石油基液压油是以石油地精炼物未基础，加入抗氧化或抗磨剂等混合而成的液压油， 不同性能、不同品种、不同精度则加入不同的添加剂。 合成液压油磷酸酯液压油 2、难燃液压油 水乙二醇液压油 含水液压油 油包税乳化液 乳化液 水包油乳化油 1石油基液压油 这种液压油是以石油的精炼物为基础，加入各种为改进性 能的添加剂而成。添加剂有抗氧添加剂、油性添加剂、抗磨添加剂等。不同工作条件要求具 有不同性能的液压油，不同品种的液压油是由于精制程度不同和加入不同的添加剂而成。 2成添加剂 磷酸脂液压油是难燃液压油之一。它的使用范围宽，可达-54135℃。抗 燃性好， 氧化安定性和润滑性都很好。 缺点是与多种密封材料的相容性很差， 有一定的毒性。 3乙二醇液压油 这种液体由水、乙二醇和添加剂组成，而蒸馏水占 35％55％，因 而抗燃性好。这种液体的凝固点低，达-50℃，粘度指数高（130170） ，为牛顿流体。缺点 是能使油漆涂料变软。但对一般密封材料无影响。 4乳化液 乳化液属抗燃液压油，它由水、基础油和各种添加剂组成。分水包油乳化液 和油包水乳化液，前者含水量达 90％95％，后者含水量大 40％。 1.2 液压油的物理特性 1.2 液压油的物理特性 1、 1、 密度 ρ ρ m/V [kg/ m ρ m/V [kg/ m 3 3] ] 一般矿物油的密度为 850950kg/m 3 2、重度 γ γ G/V [N/ mγ G/V [N/ m 3 3] ] 一般矿物油的重度为 84009500N/m 3 因 G mg 所以 γ G/Vρg γ G/Vρg 3、液体的可压缩性 当液体受压力作用二体积减小的特性称为液体的可压缩性。 体积压缩系数 β - ▽V/▽pV0 ▽体积弹性模量 K 1 /β 4、 4、 流体的粘性 液体在外力作用下流动时， 由于液体分子间的内聚力而产生一种阻碍液体分子之间 进行相对运动的内摩擦力， 液体的这种产生内摩擦力的性质称为液体的粘性。 由于液体具有 粘性，当流体发生剪切变形时，流体内就产生阻滞变形的内摩擦力，由此可见，粘性表征了 流体抵抗剪切变形的能力。 处于相对静止状态的流体中不存在剪切变形， 因而也不存在变形 的抵抗，只有当运动流体流层间发生相对运动时，流体对剪切变形的抵抗，也就是粘性才表 现出来。 粘性所起的作用为阻滞流体内部的相互滑动， 在任何情况下它都只能延缓滑动的过 程而不能消除这种滑动。 粘性的大小可用粘度来衡量， 粘度是选择液压用流体的主要指标， 是影响流动流体的重 要物理性质。 图 2-2 液体的粘性示意图 当液体流动时， 由于液体与固体壁面的附着力及流体本身的粘性使流体内各处的速度大 小不等，以流体沿如图 2-2 所示的平行平板间的流动情况为例，设上平板以速度 u0向右运 动，下平板固定不动。紧贴于上平板上的流体粘附于上平板上，其速度与上平板相同。紧贴 于下平板上的流体粘附于下平板图 2-2 液体的粘性示意图上， 其速度为零。 中间流体的速度 按线性分布。 我们把这种流动看成是许多无限薄的流体层在运动， 当运动较快的流体层在运 动较慢的流体层上滑过时， 两层间由于粘性就产生内摩擦力的作用。 根据实际测定的数据所 知，流体层间的内摩擦力 F 与流体层的接触面积 A 及流体层的相对流速 du 成正比，而与此 二流体层间的距离 dz 成反比，即 FμAdu/dzFμAdu/dz 以τF/A 表示切应力，则有 τ＝μdu/dz 2-6τ＝μdu/dz 2-6 式中μ为衡量流体粘性的比例系数，称为绝对粘度或动力粘度；du/dz 表示流体层间速度 差异的程度，称为速度梯度。 上式是液体内摩擦定律的数学表达式。 当速度梯度变化时， μ为不变常数的流体称为牛 顿流体，μ为变数的流体称为非牛顿流体。除高粘性或含有大量特种添加剂的液体外，一般 的液压用流体均可看作是牛顿流体。 流体的粘度通常有三种不同的测试单位。1绝对粘度μ。绝对粘度又称动力粘度，它 直接表示流体的粘性即内摩擦力的大小。动力粘度μ在物理意义上讲，是当速度梯度 du/dz1 时，单位面积上的内摩擦力的大小，即 du dz   2-7 2-7 动力粘度的国际SI计量单位为牛顿秒/米 2，符号为 Ns/m2，或为帕秒，符号为 Pas。 2运动粘度ν。运动粘度是绝对粘度μ与密度ρ的比值 νμ/ρ 2-8 νμ/ρ 2-8 式中ν为液体的动力粘度，m 2/s；ρ为液体的密度，kg/m3。 运动粘度的 SI 单位为米 2/秒，m2/s。还可用 CGS 制单位斯托克斯，St 斯的单位太大， 应用不便，常用 1斯，即 1 厘斯来表示，符号为 cSt，故 1cSt 101cSt 10 -2-2St 10 St 10 -6-6m m2 2/s /s 运动粘度ν没有什么明确的物理意义， 它不能像μ一样直接表示流体的粘性大小， 但对 ρ值相近的流体，例如各种矿物油系液压油之间，还是可用来大致比较它们的粘性。由于在 理论分析和计算中常常碰到绝对粘度与密度的比值， 为方便起见才采用运动粘度这个单位来 代替μ/ρ。它之所以被称为运动粘度，是因为在它的量纲中只有运动学的要素长度和时间 因次的缘故。机械油的牌号上所标明的号数就是表明以厘斯为单位的，在温度 50℃时运动 粘度ν的平均值。例如 10 号机械油指明该油在 50℃时其运动粘度ν的平均值是 10cSt。蒸 馏水在 20.2℃时的运动粘度ν恰好等于 1cSt，所以从机械油的牌号即可知道该油的运动粘 度。例如 20 号油说明该油的运动粘度约为水的运动粘度的 20 倍，30 号油的运动粘度约为 水的运动粘度的 30 倍，如此类推。动力粘度和运动粘度是理论分析和推导中经常使用的粘 度单位。它们都难以直接测量，因此，工程上采用另一种可用仪器直接测量的粘度单位，即 相对粘度。 3相对粘度。相对粘度是以相对于蒸馏水的粘性的大小来表示该液体的粘性的。相对粘度 又称条件粘度。各国采用的相对粘度单位有所不同。有的用赛氏粘度，有的用雷氏粘度，我 国采用恩氏粘度。恩氏粘度的测定方法如下测定 200cm 3 某一温度的被测液体在自重作用 下流过直径 2.8mm 小孔所需的时间 tA，然后测出同体积的蒸馏水在 20℃ 时流过同一孔所 需时间 tBtB50～52s，tA与 tB的比值即为流体的恩氏粘度值。恩氏粘度用符号E 表示。 被测液体温度 t℃时的恩氏粘度用符号Et 表示。 Et tEt tA A/t/tB B 2-9 2-9 工业上一般以 20℃、50℃和 100℃ 作为测定恩氏粘度的标准温度，并相应地以符号 E20、E50和E100来表示。 知道恩氏粘度以后，利用下列的经验公式，将恩氏粘度换算成运动粘度。 ν7.31E-6.31/E10ν7.31E-6.31/E10 -6 -6 2-10 2-10 为了使液体介质得到所需要的粘度， 可以采用两种不同粘度的液体按一定比例混合， 混合后 的粘度可按下列经验公式计算。 E＝[aEE＝[aE1 1bEbE2 2-cE-cE1 1-E-E2 2]/100 2-11 ]/100 2-11 式中E 为混合液体的恩氏粘度；E1，E2分别为用于混合的两种油液的恩氏粘度， E1＞E2；a，b 分别为用于混合的两种液体E1、E2各占的百分数，ab100；c 为与 a、 b 有关的实验系数，见表 2-1。 表 2-1 系数 c 的值 表 2-1 系数 c 的值 a/ 10 20 30 40 50 60 70 80 90 b/ 90 80 70 60 50 40 30 20 10 c 6.7 13.1 17.9 22.1 25.5 27.9 28.2 25 17 4压力对粘度的影响。在一般情况下，压力对粘度的影响比较小，在工程中当压力低于 5MPa 时，粘度值的变化很小，可以不考虑。当液体所受的压力加大时，分子之间的距离缩 小，内聚力增大，其粘度也随之增大。因此，在压力很高以及压力变化很大的情况下，粘度 值的变化就不能忽视。在工程实际应用中，当液体压力在低于 50MPa 的情况下，可用下式计 算其粘度 ννp pνν0 01α1αp p 2-12 2-12 式中νp 为压力在 pPa时的运动粘度；ν0为绝对压力为 1 个大气压时的运动粘度；p 为 压力Pa；α为决定于油的粘度及油温的系数，一般取α0.002～0.00410 -5，1/Pa。 5温度对粘度的影响。液压油粘度对温度的变化是十分敏感的，当温度升高时，其分 子之间的内聚力减小，粘度就随之降低。不同种类的液压油，它的粘度随温度变化的规律也 不同。我国常用粘温图表示油液粘度随温度变化的关系。对于一般常用的液压油，当运动粘 度不超过 76mm 2/s， 温度在 30～150℃ 范围内时， 可用下述近似公式计算其温度为 t℃的运 动粘度 ννt tνν50 5050/t50/t n n 2-13 2-13 式中ννt t为温度在 t℃时油的运动粘度；νν50 50为温度为 50℃时油的运动粘度；n 为粘温指 数。粘温指数 n 随油的粘度而变化，其值可参考表 2-2。 表 2-2 粘温指数 νν5050/mm 2s-1 2.5 6.5 9.5 12 21 30 38 45 52 60 n 1.39 1.59 1.72 1.79 1.99 2.13 2.24 2.32 2.42 2.49 1.3 液压系统对液压油的要求1.3 液压系统对液压油的要求 液压油是液压传动系统的重要组成部分，是用来传递能量的工作介质。除了传递能量外，它 还起着润滑运动部件和保护金属不被锈蚀的作用。 液压油的质量及其各种性能将直接影响液 压系统的工作。从液压系统使用油液的要求来看，有下面几点 1.适宜的粘度和良好的粘温性能一般液压系统所用的液压油其粘度范围为 ν11.510 -6～35.310-6m2/s2～5E 50 2.润滑性能好在液压传动机械设备中， 除液压元件外， 其他一些有相对滑动的零件也要用液 压油来润滑，因此，液压油应具有良好的润滑性能。为了改善液压油的润滑性能，可加入添 加剂以增加其润滑性能。 3.良好的化学稳定性即对热、氧化、水解、相容都具有良好的稳定性。 4.对液压装置及相对运动的元件具有良好的润滑性 5.对金属材料具有防锈性和防腐性 6.比热、热传导率大，热膨胀系数小 7.抗泡沫性好，抗乳化性好 8.油液纯净，含杂质量少 9.流动点和凝固点低， 闪点明火能使油面上油蒸气内燃， 但油本身不燃烧的温度和燃点高 此外，对油液的无毒性、价格便宜等，也应根据不同的情况有所要求。 1.4 液压油的选用1.4 液压油的选用 正确而合理地选用液压油，乃是保证液压设备高效率正常运转的前提。 选用液压油时，可根据液压元件生产厂样本和说明书所推荐的品种号数来选用液压油， 或者根据液压系统的工作压力、工作温度、液压元件种类及经济性等因素全面考虑，一般是 先确定适用的粘度范围， 再选择合适的液压油品种。 同时还要考虑液压系统工作条件的特殊 要求，如在寒冷地区工作的系统则要求油的粘度指数高、低温流动性好、凝固点低；伺服系 统则要求油质纯、压缩性小；高压系统则要求油液抗磨性好。在选用液压油时，粘度是一个 重要的参数。粘度的高低将影响运动部件的润滑、缝隙的泄漏以及流动时的压力损失、系统 的发热温升等。所以，在环境温度较高，工作压力高或运动速度较低时，为减少泄漏，应选 用粘度较高的液压油，否则相反。 液压油的牌号即数字表示在 40℃下油液运动粘度的平均值单位为 cSt。 原名内为过 去的牌号，其中的数字表示在 50℃时油液运动粘度的平均值。 但是总的来说， 应尽量选用较好的液压油， 虽然初始成本要高些， 但由于优质油使用寿命长， 对元件损害小，所以从整个使用周期看，其经济性要比选用劣质油好些。 表 2-3 常见液压油系列品种 种类 牌号 原 名 用途 油名 代号 普通液压油 N32号液压油 N68G 号液压油 YA-N32 YA-N68 20 号精密机床液压油 40 号液压导轨油 用于环境温度 0～ 45℃工作的各类液 压泵的中、低压液 压系统 抗磨液压油 N32号抗磨液压油 N150号抗磨液压油 N168K 号抗磨液压油 YA-N32 YA-N150 YA-N168 K 20 抗磨液压油 80 抗磨液压油 40 抗磨液压油 用 于 环 境 温 度 -10～40℃工作的 高压柱塞泵或其他 泵的中、高压系统 低温液压油 N15号低温液压油 N46D 号低温液压油 YA-N15 YA-N46 D 低凝液压油 工程液压油 用 于 环 境 温 度 -20℃至高于 40℃ 工作的各类高压油 泵系统 高 粘 度 指 数 液压油 N32H 号高粘度指数 液压油 YD-N32 D 用于温度变化不大 且对粘温性能要求 更高的液压系统 1.5 液压油的污染与防护液压油的污染与防护 液压油是否清洁， 不仅影响液压系统的工作性能和液压元件的使用寿命， 而且直接关系 到液压系统是否能正常工作。 液压系统多数故障与液压油受到污染有关， 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液压油被污染的原因主要有以下几方面 1液压系统的管道及液压元件内的型砂、切屑、磨料、焊渣、锈片、灰尘等污垢在系统 使用前冲洗时未被洗干净，在液压系统工作时，这些污垢就进入到液压油里。 2外界的灰尘、砂粒等，在液压系统工作过程中通过往复伸缩的活塞杆，流回油箱的漏 油等进入液压油里。另外在检修时，稍不注意也会使灰尘、棉绒等进入液压油里。 3液压系统本身也不断地产生污垢，而直接进入液压油里，如金属和密封材料的磨损颗 粒，过滤材料脱落的颗粒或纤维及油液因油温升高氧化变质而生成的胶状物等。 2.油液污染的危害 液压油污染严重时，直接影响液压系统的工作性能，使液压系统经常发生故障，使液压元件 寿命缩短。造成这些危害的原因主要是污垢中的颗粒。对于液压元件来说，由于这些固体颗 粒进入到元件里， 会使元件的滑动部分磨损加剧， 并可能堵塞液压元件里的节流孔、 阻尼孔， 或使阀芯卡死， 从而造成液压系统的故障。 水分和空气的混入使液压油的润滑能力降低并使 它加速氧化变质，产生气蚀，使液压元件加速腐蚀，使液压系统出现振动、爬行等。 3.防止污染的措施 造成液压油污染的原因多而复杂， 液压油自身又在不断地产生脏物， 因此要彻底解决液压油 的污染问题是很困难的。为了延长液压元件的寿命，保证液压系统可靠地工作，将液压油的 污染度控制在某一限度以内是较为切实可行的办法。 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楚出去。污 染控制要贯穿于整个液压装置的设计、制造、安装、使用、维护和修理等各个阶段。 为防止油液污染，在实际工作中应采取如下措施 1 1 使液压油在使用前保持清洁。液压油在运输和保管过程中都会受到外界污 染，新买 来的液压油看上去很清洁，其实很“脏” ，必须将其静放数天后经过滤加入液压系统中使用。 2使液压系统在装配后、运转前保持清洁。液压元件在加工和装配过程中必须清洗干 净，液压系统在装配后、运转前应彻底进行清洗，最好用系统工作中使用的油液清洗，清洗 时油箱除通气孔加防尘罩外必须全部密封，密封件不可有飞边、毛刺。 3使液压油在工作中保持清洁。液压油在工作过程中会受到环境污染，因此应尽量防 止工作中空气和水分的侵入，为完全消除水、气和污染物的侵入，采用密封油箱，通气孔上 加空气滤清器，防止尘土、磨料和冷却液侵入，经常检查并定期更换密封件和蓄能器中的胶 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定期更换液压油。更换新油前，油箱必须先清洗一次，系统较脏时，可用煤油清洗， 排尽后注入新油。 6控制液压油的工作温度。液压油的工作温度过高对液压装置不利，液压油本身也会 加速化变质，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。 第二节液体静力学第二节液体静力学 液压传动是以液体作为工作介质进行能量传递的， 因此要研究液体处于相对平衡状态下 的力学规律及其实际应用。 所谓相对平衡是指液体内部各质点间没有相对运动， 至于液体本 身完全可以和容器一起如同刚体一样做各种运动。 因此， 液体在相对平衡状态下不呈现粘性， 不存在切应力，只有法向的压应力，即静压力。本节主要讨论液体的平衡规律和压强分布规 律以及液体对物体壁面的作用力。 一、液体静压力及其特性一、液体静压力及其特性 作用在液体上的力有两种类型一种是质量力，另一种是表面力。 质量力作用在液体所有质点上，它的大小与质量成正比，属于这种力的有重力、惯性力 等。单位质量液体受到的质量力称为单位质量力，在数值上等于重力加速度。 表面力作用于所研究液体的表面上，如法向力、切向力。表面力可以是其他物体例如 活塞、大气层作用在液体上的力；也可以是一部分液体间作用在另一部分液体上的力。对 于液体整体来说，其他物体作用在液体上的力属于外力，而液体间作用力属于内力。由于理 想液体质点间的内聚力很小， 液体不能抵抗拉力或切向力， 即使是微小的拉力或切向力都会 使液体发生流动。因为静止液体不存在质点间的相对运动，也就不存在拉力或切向力，所以 静止液体只能承受压力。 所谓静压力是指静止液体单位面积上所受的法向力，用 p 表示。 液体内某质点处的法向力ΔF 对其微小面积ΔA 的极限称为压力 p，即 p＝limΔF/ΔA p＝limΔF/ΔA 2-14 2-14 ΔA→0ΔA→0 若法向力均匀地作用在面积 A 上，则压力表示为 p＝F/A p＝F/A 2-15 式中A 为液体有效作用面积；F 为液体有效作用面积 A 上所受的法向力。 静压力具有下述两个重要特征 1液体静压力垂直于作用面，其方向与该面的内法线方向一致。 2静止液体中，任何一点所受到的各方向的静压力都相等。 二、液体静力学方程 图 2-3 静压力的分布规律 静止液体内部受力情况可用图 2-3 来说明。 设容器中装满液体， 在任意一点 A 处取一微小面 积 dA，该点距液面深度为 h，距坐标原点高度为 Z，容器液平面距坐标原点为 Z0。为了求得 任意一点 A 的压力，可取 dAh 这个液柱为分离体〔见图b〕 。根据静压力的特性，作用于 这个液柱上的力在各方向都呈平衡， 现求各作用力在Ｚ方向的平衡方程。 微小液柱顶面上的 作用力为 p0dA方向向下，液柱本身的重力Ｇ＝γhdA方向向下，液柱底面对液柱的作用 力为 pdA方向向上，则平衡方程为 pdAppdAp0 0dAγhdA 故 p p dAγhdA 故 p p0 0γh 2-16γh 2-16 为了更清晰地说明静压力的分布规律，将2-16式按坐标Ｚ变换一下，即以hZ0-Z 代入上式整理后得 pγZ ppγZ p0 0γZγZ0 0常量常量 2-17 2-17 上式是液体静力学基本方程的另一种形式。 其中 Z 实质上表示 A 点的单位质量液体的位 能。设 A 点液体质点的质量为 m，重力为 mg，如果质点从 A 点下降到基准水平面，它的重力 所做的功为 mgz。因此 A 处的液体质点具有位置势能 mgz，单位质量液体的位能就是 mgz/mg＝Z，Z 又常称作位置水头。而 p/ρg 表示 A 点单位质量液体的压力能，常称为压力 水头。由以上分析及式2-1可知，静止液体中任一点都有单位质量液体的位能和压力能， 即具有两部分能量，而且各点的总能量之和为一常量。 分析式2-16可知 1静止液体中任一点的压力均由两部分组成，即液面上的表面压力 p0和液体自重而引 起的对该点的压力γh。 2静止液体内的压力随液体距液面的深度变化呈线性规律分布，且在同一深度上各点 的压力相等，压力相等的所有点组成的面为等压面，很显然，在重力作用下静止液体的等压 面为一个平面。 3可通过下述三种方式使液面产生压力 p0 ①通过固体壁面如活塞使液面产生压力； ②通过气体使液面产生压力； ③通过不同质的液体使液面产生压力。 三、压力的表示方法及单位 三、压力的表示方法及单位 液压系统中的压力就是指压强，液体压力通常有绝对压力、相对压力表压力、真空度 三种表示方法。 因为在地球表面上，一切物体都受大气压力的作用，而且是自成平衡的， 即大多数测压仪表在大气压下并不动作，这时它所表示的压力值为零，因此，它们测出的压 力是高于大气压力的那部分压力。 也就是说， 它是相对于大气压即以大气压为基准零值时 所测量到的一种压力， 因此称它为相对压力或表压力。 另一种是以绝对真空为基准零值时所 测得的压力， 我们称它为绝对压力。 当绝对压力低于大气压时， 习惯上称为出现真空。 因此， 某点的绝对压力比大气压小的那部分数值叫作该点的真空度。 如某点