1、液压与气压传动液压与气压传动（第（第2版）版）普通高等教育“十一五”国家级规划教材（ISBN 7-111-19113-7）策划编辑 余茂祚责任编辑 余茂祚多媒体课件多媒体课件液压与气压传动是针对普通高等职业技术教育的特点，根据编者多年的教学与实践经验编写的。修订后的全书共分17章，1-12章详细讲解了液压传动部份，13-16 章介绍了气压传动部份，17液压传动实验实训指导。液压与气压传动可作为高等职业技术院校机械类专业教材，也可以作为相关行业岗位培训教材。主编 张福臣制作 王彦保 曹 平进入欢迎使用欢迎使用机械工业出版社机械工业出版社多媒体课件多媒体课件21世纪高职高专规划教材 （机械类）液压
2、与气压传动液压与气压传动（第（第2版）版）普通高等教育“十一五”国家级规划教材主编 张福臣 制作 王彦保 曹 平第第1章章 液压传动概述液压传动概述 第第10章章 液压伺服系统液压伺服系统第第2章章 液压传动的基础知识液压传动的基础知识 第第11章章 液压系统使用、维护与管理液压系统使用、维护与管理第第3章章 液压泵与液压马达液压泵与液压马达 第第12章章 液压系统故障诊断与排除液压系统故障诊断与排除 第第4章液压缸章液压缸 第第13章章 气压传动概述气压传动概述第第5章液压控制阀章液压控制阀 第第14章章 气压传动元件气压传动元件 第第6章章 液压辅助装置液压辅助装置 第第15章章 气动基气
3、动基本回路与系统本回路与系统第第7章章 液压基本回路液压基本回路 第第16章章 气动系统安装调试和维护气动系统安装调试和维护第第8章章 液压传动系统液压传动系统 第第17章章 液压传动实验实训指导液压传动实验实训指导 第第9章章 液压系统设计液压系统设计第第1章章 液压传动概述液压传动概述1.1 液压传动的发展及研究对象1.2 液压传动工作原理 1.2.1 液压千斤顶工作原理液压千斤顶工作原理 1.2.2 磨床工作台工作原理磨床工作台工作原理1.3 液压传动的组成及特点1.3.1 液压传动系统组成液压传动系统组成1.3.2 液压传动的优缺点液压传动的优缺点思考题与习题解答第第1章章 液压传动液
4、压传动工作介质:油液控制元件：阀液压传动:原动机的机械能液体的压力能液体的压力能 执行机构的机械能(所需的运动和动力)第第1 1章章 液压传动概述液压传动概述 利用受压液体的压力能来传递运动和动力利用受压液体的压力能来传递运动和动力第第1章章 液压传动液压传动液压技术的发展，可追溯到 17 世纪帕斯卡提出了著名的帕斯卡定律，开始奠定了流体静压传动的理论基础。在第二次世界大战后，液压技术由军工迅速转向民用工业。我国液压工业经历了40余年的发展，其生产的液压产品广泛应用于工业、农业和国防等各个部门。近20年以来，产品应用技术飞快发展。设计生产了许多新型液压元件。此外通过计算机辅助设计、计算机辅助测
5、试、污染控制、故障诊断、机电一体化等方面研究成果的应用，液压技术水平得到很大的提高。液压传动的任务：液压传动的任务：研究液压系统各类元件的结构、作用、工作原理、应用方法，以及组成液压系统的特点。掌握液压设备的安装、调试、维护及操作。1.1 1.1 发展及研究对象发展及研究对象1.2 1.2 液压传动工作原理液压传动工作原理第第1章章 液压传动液压传动1.2.1 1.2.1 液压千斤顶的工作原理液压千斤顶的工作原理 如图1-1所示。大缸体3和大活塞4组成了举升缸，杠杆手柄6、小缸体8、活塞7、单向阀5和9组成手动液压泵。当抬起手柄 6，使小活塞7向上移动，小活塞下腔密封容积增大形成局部真空时，单
6、向阀9打开，油箱1 中的油液在大气压力的作用下通过吸油管进入小活塞的下腔，完成一次吸油过程。当用力压下手柄6时，活塞7下移，其下腔密封容积减小，油液受挤压使压力升高，单向阀9关闭，单向阀5 打开，油液进入举升缸下腔，驱动大活塞 4 使重物G上升一段距离，完成一次排油过程。反复地抬、压手柄，使油液不断地压入举升缸，重物不断升高，达到起重的目的。如将放油阀2旋转90，活塞4可以在重力的作用下实现回程。这就是液压千斤顶的工作过程。1油箱 2放油阀 3大缸体 4大活塞 5、9单向阀 6杠杆手柄 7小活塞 8小缸体 第第1章章 液压传动液压传动图1-1 液压千斤顶的工作原理第第1章章 液压传动液压传动1
7、.2.2 1.2.2 磨床工作台工作原理磨床工作台工作原理第第1章章 液压传动液压传动图1-2 磨床工作台液压传动原理图a)液压传动结构原理图 b)用图形符号表示的液压原理图1油箱 2过滤器 3液压泵 4节流阀 5溢流阀 6换向阀7手柄 8液压缸 9活塞 10工作台 P、A、B、T各油口 a)b)如图1-2 所示。系统的功能是推动磨床工作台实现往复直线运动，其工作过程如下。第第1章章 液压传动液压传动 工作台向右直线运动：电动机(图中未画)带动液压泵3工作，从油箱l中吸入液压油，经过过滤器2进入油管，走节流阀4进入换向阀6，当手柄7向右推时，阀芯向右移，使油液进入液压缸8的左腔，推动活塞9向右
8、移动，同时带动工作台10向右直线运动。工作台向左直线运动：由于工作台运动方向需要变化，当手柄7向左拉时，换向阀 6 的阀芯相对于阀体位置改变，油液通道发生变化，于是液压泵3从油箱1中吸入的液压油，经进油路进入液压缸8的右腔，推动活塞 9向左移动，带动工作台10向左直线运动。工作台处于停止状态：当换向阀6阀芯相对于阀体处于中位时，如图1-2a所示位置，这时由液压泵3输出的压力油经溢流阀5，沿回油管直接流回油箱1。磨床工作时，工作台往复运动速度能够调节。通过改变节流阀4 的开口大小，来控制通过节流阀的流量，从而控制进入液压缸的流量，使其控制工作台运动速度的快慢，即液压缸的运动速度取决于流量液压缸的
9、运动速度取决于流量。第第1章章 液压传动液压传动 工作台移动时，要克服各种负载(如切削力、摩擦力等)。因为工件材料不同、切削用量不同，其负载大小也不同，因此液压缸必须有足够大的推力来克服工作负载。液压缸的推力是由油液压力产生的，其负载越大，所需推力就越大，工作压力也越高。即工作压力的高低直接取决工作压力的高低直接取决于负载的大小于负载的大小。同时根据负载不同，系统提供的油液压力可以调整，通过调整溢流阀 5 的弹簧压紧力来控制油液的压力，压紧力越大，油液压力越大；反之则小。油液的压力数值可以通过压力表来观察，当系统压力达到溢流阀的调整压力时，溢流阀溢流，系统的压力维持在溢流阀的调定值上，油液压力
10、不再升高。综上所述综上所述，液压传动系统是以液压油为工作介质来实现各种机械传液压传动系统是以液压油为工作介质来实现各种机械传动和控制的。其压力和流量是液压系统的两个重要参数，它们的特性是动和控制的。其压力和流量是液压系统的两个重要参数，它们的特性是液压系统的工作压力取决于负载，液压缸的运动速度取决于流量。液压系统的工作压力取决于负载，液压缸的运动速度取决于流量。液压系统图按国标液压系统图按国标GB/T786.11993GB/T786.11993中所规定的绘制中所规定的绘制。1.3 1.3 液压传动的组成及特点液压传动的组成及特点第第1章章 液压传动液压传动1.3.1 1.3.1 液压传动系统组
11、成液压传动系统组成动力装置：泵，将机械能转换成液体压力能的装置。执行装置：缸或马达，将液体压力能转换成机械能的装置。控制装置：阀，对液体的压力、流量和流动方向进行控制和调节的装置。辅助装置：对工作介质起到容纳、净化、润滑、消声和实现元件间连接等作用的装置。传动介质：传递能量的液体液压油液压油。1.3.2 1.3.2 液压传动的优缺点液压传动的优缺点第第1章章 液压传动液压传动液压传动与机械传动、电气传动相比有以下优点液压传动与机械传动、电气传动相比有以下优点输出力大,定位精度高、传动平稳，使用寿命长。容易实现无级调速，调速方便且调速范围大。容易实现过载保护和自动控制。机构简化和操作简单。液压传
12、动的缺点液压传动的缺点传动效率低，对温度变化敏感，实现定比传动困难。出现故障不易诊断。液压元件制造精度高，油液易泄漏。第第1章章 液压传动液压传动 、何谓液压传动？液压传动有哪两个工作特性？答：液压传动是以液体为工作介质，把原动机的机械能转换成为液体的压力能，通过控制元件将具有压力能的液体送到执行机构，由执行机构驱动负载实现所需的运动和动力，把液体的压力能再转变为工作机构所需的机械能，也就是说利用受压液体来传递运动和动力。液压传动的工作特性是液压系统的工作压力取决于负载，液压缸的运动速度取决于流量。、液压传动系统有哪些主要组成部分？各部分的功用是什么？答：动力装置：泵，将机械能转换成为液体压力
13、能的装置。执行装置：缸或马达，将液体的压力能转换成机械能的装置。控制装置：阀，对液体的压力、流量和流动方向进行控制和调节的装置。辅助装置：对工作介质起到容纳、净化、润滑、消声和实现元件间连接等作用的装置。传动介质：液压油，传递能量。、液压传动与机械传动、电气传动相比有哪些优缺点？答：液压传动的优点：输出力大,定位精度高、传动平稳，使用寿命长。容易实现无级调速，调速方便且调速范围大。容易实现过载保护和自动控制。机构简化和操作简单。液压传动的缺点：传动效率低，对温度变化敏感，实现定比传动困难。出现故障不易诊断。液压元件制造精度高，油液易泄漏。第第2 2章章 液压传动的基础知识液压传动的基础知识2.
14、1 液体的性质液体的性质2.1.1 液压油的物理性质液压油的物理性质2.1.2 粘度的表示方法粘度的表示方法2.1.3 液压油的基本要求液压油的基本要求2.1.4 常用液压油的类型常用液压油的类型2.1.5 液压油的选用液压油的选用2.1.6 液压油污染控制措施液压油污染控制措施 2.2 液体静力学基础液体静力学基础2.2.1 静止液体的压力及其性质静止液体的压力及其性质2.2.2 帕斯卡原理帕斯卡原理 第第2 2章章 液压传动的基础知识液压传动的基础知识2.2.3 压力表示方法压力表示方法2.2.4 液体对固体壁面的作用力液体对固体壁面的作用力2.3 液体动力学基础液体动力学基础2.3.1
15、基本概念基本概念2.3.2 连续性方程连续性方程2.3.3 伯努利方程伯努利方程2.3.4 液体动量方程液体动量方程 2.4 管路的压力损失管路的压力损失 2.4.1 沿程压力损失沿程压力损失2.4.2 局部压力损失局部压力损失2.4.3 管路系统中的压力损失管路系统中的压力损失第第2 2章章 液压传动的基础知识液压传动的基础知识2.4.4 液压泵出口压力的确定液压泵出口压力的确定 2.5 液体流经孔口及缝隙的流量压力特性液体流经孔口及缝隙的流量压力特性2.5.1 液体流经小孔的流量压力特性液体流经小孔的流量压力特性2.5.2 液体流经缝隙的流量压力特性液体流经缝隙的流量压力特性2.6 液压冲
16、击与气穴现象液压冲击与气穴现象2.6.1 液压冲击液压冲击 2.6.2 气穴现象气穴现象思考题与习题解答思考题与习题解答第第2 2章章 液压传动的基础知识液压传动的基础知识第第2 2章章 液压传动的基础知识液压传动的基础知识 油液是液压传动与控制系统中用来传递能油液是液压传动与控制系统中用来传递能量的工作介质。此外，它还起着传递信号、润量的工作介质。此外，它还起着传递信号、润滑、冷却、防锈和减振等作用。滑、冷却、防锈和减振等作用。第第2 2章章 液压传动的基础知识液压传动的基础知识 2.1 2.1 液体的性质液体的性质油液直接影响液压系统的工作性能，因此必须合理的选择和使用。2.1.1 2.1
17、.1 液压油的物理性质液压油的物理性质1.1.液体的密度液体的密度 密度是指单位体积内液体所具有的质量，密度是指单位体积内液体所具有的质量，用符号表示，单位为kg/m3。计算式为 液压油的密度随压力的升高而增大，随着温度的升高而减小。但在通常的使用压力和温度范围内对密度的影响都极小，一般情况下可视液压油的密度为常数，其密度值为900 kg/m3。（2-1）Vm2.2.液体的可压缩性 液体受压力作用其体积会减小的性质称为液体的可压缩性，其定义为单位压力变化时引起的液体单位体积的变化量，用体积压缩率 k 来表示，单位为m2/N，计算式为 由于液体随压力的增加体积减小，故在公式前加负号，使 k 为正
18、值。（2-2）第第2 2章章 液压传动的基础知识液压传动的基础知识pdd1VVk 液体的体积压缩系数（或体积弹性模量）说明液体抵抗压缩能力的大小，其值与压力、温度有关，但影响甚小。因此，在压力、温度变化不大的液压系统中可视为常数，认为液压油是不可压缩的。常用油液体积弹性模量 K（1.22.0）109 Pa。第第2 2章章 液压传动的基础知识液压传动的基础知识体积压缩系数的倒数称为体积弹性模量 K，单位为Pa，写成微分形式，即（2-3）KVV1ddpk 如图 2-1所示，粘性使流动液体内部各处的速度不等。假设两平行平板间存在着液体，当上平板以u0速度向右运动，下平板静止不动时，液体在附着力的作用
19、下，紧贴上平板的一层液体以u0速度向右运动，而紧贴下平板的液体保持静止，当两平板之间的距离较小时，各液层间的速度呈线性变化。第第2 2章章 液压传动的基础知识液压传动的基础知识图图2-1 液体粘度示意图液体粘度示意图3.液体的粘性液体流动时分子间相互牵制的力称为液体的内摩擦力或粘滞力，而液体流动时呈现阻碍液体分子之间相对运动的这种性质称为液体的粘性。式（2-4）称为牛顿液体的内摩擦定律称为牛顿液体的内摩擦定律。根据实验得出，液体流动时相邻液层间的内摩擦力 F 与接触面积 A 和速度变化量du成正比，与液层间距离的变化量dy成反比，其比例系数为，即或写成（2-4）第第2 2章章 液压传动的基础知
20、识液压传动的基础知识dyduAFdydu表示液体粘性的内摩擦系数，表示液体粘性的内摩擦系数，称为液体动力粘度；称为液体动力粘度；速度梯度，即液层间相对速速度梯度，即液层间相对速度对液层距离的变化率；度对液层距离的变化率；第第2 2章章 液压传动的基础知识液压传动的基础知识图2-2 液体的粘度-温度特性曲线1石油型普通液压油 2石油型高粘度指数液压油3水包油乳化液 4水-乙二醇 5磷酸酯液4.粘度和压力、温度的关系 液体的粘度液体的粘度随压力变化的性质称为随压力变化的性质称为液体的粘压特性液体的粘压特性，液体压力增大时，其粘度增大；变化量较小，可忽略不计。液体粘度随温度变化液体粘度随温度变化的性
21、质称为液体的粘温的性质称为液体的粘温特性特性。如图 2-2所示，粘度随温度变化越小，其粘温特性越好，该油适宜温度范围就越广。第第2 2章章 液压传动的基础知识液压传动的基础知识yudd/2.1.2 2.1.2 粘度的表示方法粘度的表示方法液体的粘度主要用动力粘度、运动粘度和相对粘度来表示。1.1.动力粘度动力粘度 动力粘度是绝对粘度，是指液体在单位速度梯度流动力粘度是绝对粘度，是指液体在单位速度梯度流动时的表面切应力。其计算式为动时的表面切应力。其计算式为（2-5）动力粘度的单位为帕秒（Pas）1 Pas10 P（泊）103 cP(厘泊)第第2 2章章 液压传动的基础知识液压传动的基础知识 （
22、2-6）运动粘度的单位为m2/s，或斯（St）和厘斯（cSt）。1 m2/s=104 St(cm2/s)=106 cSt(mm2/s)。我国液压油的牌号：我国液压油的牌号：指在某一温度下运动粘度的平均厘斯（cSt）值来表示，例如N32号液压油，就是指此种油在 40时运动粘度的平均值为32厘斯。2.运动粘度 液体的动力粘度与其密度之比，用符号表示，即第第2 2章章 液压传动的基础知识液压传动的基础知识201ttEt 3.相对粘度 相对粘度有恩氏粘度、赛氏粘度和雷氏粘度等。恩氏粘度的测量方法：将200 mL的被测液体放入粘度计的容器内，加热到温度 t后，让它从容器底部一个 2.8 mm的直径小孔流
23、出，测出液体全部流出所用的时间 t1；然后与流出同样体积的20的蒸馏水所需时间 t20 之比，比值即为该液体在温度 t 时的恩氏粘度，用符号oEt表示，即（2-7）第第2 2章章 液压传动的基础知识液压传动的基础知识在 20时，水值常数 t20=5052。工业上常以 20、50、100作为测定液体粘度的标准温度，由此得到的恩氏粘度可用0E20、0E50、0E100标记。恩氏粘度和运动粘度可通过下列经验公式进行换算（2-8）61031.631.7ttEE(m2/s)第第2 2章章 液压传动的基础知识液压传动的基础知识粘温特性好，压缩性要小。润滑性能好，防锈、耐腐蚀性能好。抗泡沫、抗乳化性好。抗燃
24、性能好。2.1.3 2.1.3 液压油的基本要求液压油的基本要求第第2 2章章 液压传动的基础知识液压传动的基础知识矿物油型液压油是以石油的精炼物为基础，加入各种添加剂调制而成。这种油液的特点是润滑性好，腐蚀性小，化学稳定性好，所以约90以上的液压系统采用此类液压油。常见液压油的代号、特性和用途见表表 2-12-1所示。2.1.4 2.1.4 常用液压油的类型常用液压油的类型第第2 2章章 液压传动的基础知识液压传动的基础知识类类 别别组组 成成代代 号号特性和用途特性和用途矿物型液压油无添加剂的石油基液压油LHH稳定性差，易起泡，主要用于润滑HH+抗氧化剂、防锈剂LHL有抗氧化和防锈能力，常
25、用于中低压液压系统HL+抗磨剂LHM改善抗磨性能，适用于工程机械、车辆液压系统HL+增粘剂LHR改善温粘特性，适用于环境温度变化较大的低压系统和轻负载机械的润滑部位HM+增粘剂LHV改善温粘特性，可用于环境温度在 4020的高压系统。低温粘度小，高温下能保持一定粘度，故适用范围宽M+防爬剂LHG改善粘滑性能，适用液压及导轨润滑为同一油路系统的精密机床抗燃液压液含水液压液高含水液压液LHFA难燃、温粘特性好，有防锈能力，润滑性差，易泄漏。适用于抗燃、用油量大且泄漏严重的系统油包水乳化液LHFB有抗磨、防锈性能和抗燃性，用于有抗燃要求的中压系统水-乙二醇LHFC有温粘特性、难燃和抗蚀性好，能在20
26、50温度下使用，用于有抗燃要求的中低压系统合成液压液磷酸酯氯化烃HFDR+HFDS其他合成液压液LHFDRLHFDSLHFDTLHFDU难燃、润滑性好，抗磨性能和抗氧化性能良好，能在较广温度范围内使用。用于有抗燃要求的高压精密液压系统表表2-1 2-1 常见液压油的代号、特性和用途常见液压油的代号、特性和用途第第2 2章章 液压传动的基础知识液压传动的基础知识 液压油对液压系统的运动平稳性、工作可靠性、灵敏性、系统效率、功率损耗、气蚀和磨损等都有显著影响，所以选用液压油时，选择合适的粘度和适当的油液品种。按工作机的类型选用：按液压泵的类型选用：2.1.5 2.1.5 液压油的选用液压油的选用
27、精密机械与一般机械对粘度要求不同，为了避免温度升高而引起机件变形，影响工作精度，精密机械宜采用较低粘度的液压油。如机床液压伺服系统，为保证伺服机构动作灵敏性，也宜采用粘度较低的油液。液压泵是液压系统的重要元件，在系统中它的运动速度、压力和温升都较高，工作时间又较长，因而对粘度要求较严格，所以选择粘度时应先考虑到液压泵。否则，泵磨损过快，容积效率降低，甚至可能破坏泵的吸油条件。在一般情况下，可将液压泵要求的粘度作为选择液压油的基准，见表 2-2 所示。第第2 2章章 液压传动的基础知识液压传动的基础知识 条件条件液压泵类型液压泵类型运动粘度(40)/mm2s-1环境温度540时运动粘度(40)/
28、mm2s-1 环境温度4080时叶叶片片泵泵7MPa以下以下305040757MPa以上以上50705590齿轮泵齿轮泵307095165柱塞泵柱塞泵305065240表表2-2 2-2 按液压泵类型推荐用油粘度按液压泵类型推荐用油粘度第第2 2章章 液压传动的基础知识液压传动的基础知识 按液压系统工作压力选用：工作压力较高时，宜选用粘度较高的油，以免系统泄漏过多，效率过低；工作压力较低时，宜用粘度较低的油，这样可以减少压力损失，例如机床工作压力一般低于 6.3 MPa，采用(2060)10-6 m2s 的油液；工程机械工作压力属于高压，多采用较高粘度的油液。考虑液压系统的环境温度：考虑液压系
29、统的运动速度：选择合适的液压油品种：矿物油的粘度受温度影响很大，为了保证在工作温度下有较适宜的粘度，还必须考虑环境温度的影响。当温度高时，宜采用粘度较高的油液；环境温度低时，宜采用粘度较低的油液。当液压系统工作部件的运动速度很高时，油液的流速也高，液压损失随着增大，而泄漏相对减少，因此宜用粘度较低的油液；反之，当工作部件运动速度较低时，每分钟所需的油量很小，这时泄漏相对较大，对系统的运动速度影响也较大，所以宜选用粘度较高的油液。液压系统使用的油液品种很多，主要有机械油、变压器油、汽轮机油、通用液压油、低温液压油、抗燃液压油和抗磨液压油等。机械油最为广泛采用。如果温度较低或温度变化较大时，应选择
30、粘温特性好的低温液压油；若环境温度较高且有防火要求，则应选择抗燃液压油；如果设备长期在重载下工作，为减少磨损，可选用抗磨液压油。选择合适的液压油品种可以保证液压系统的正常工作，减少故障发生，还可以提高设备使用寿命。第第2 2章章 液压传动的基础知识液压传动的基础知识 液压油污染是液压系统故障的主要原因，据统计液压系统故障至少70是油液污染造成的。因此液压油的正确使用、管理和防污是保证液压系统正常可靠工作的重要方面。1.油液污染的主要原因液压油污染造成液压系统故障。其主要原因表现为：1)油液在炼制、运输和储存过程中受到了污染。2)液压系统在加工、装配、存储、运输过程中灰尘、焊渣、型砂、切屑、磨料
31、等残留物造成了污染。3)液压系统运行中由于油箱密封不完善以及元件密封装置损坏而由系统外部侵入污染物造成污染。4)液压系统运行中自身产生的污染物，如金属及密封件因磨损而产生的颗粒，油液氧化变质生成物也都会造成油液的污染。2.1.6 2.1.6 液压油污染控制措施液压油污染控制措施第第2 2章章 液压传动的基础知识液压传动的基础知识 2.2.油液污染的危害液压系统中污染物主要有固体颗粒、水、空气、化学物质、微生物等杂物。其中固体颗粒性污垢是引起污染危害的主要原因。1)固体颗粒会使泵的滑动部分(如叶片泵中的叶片和叶片槽、转子端面和配油盘)磨损加剧，缩短泵的使用寿命；对于阀类元件，污垢颗粒会加速阀芯和
32、阀体的磨损，甚至使阀芯卡死，把节流孔和阻尼孔堵塞，从而使阀的性能下降、变坏、甚至动作失灵；对于液压缸，污垢颗粒会加速密封件的磨损，使泄漏增大；当油液中的污垢堵塞过滤器的滤孔时，会使泵吸油困难、回油不畅，产生气蚀、振动和噪声。2)水的侵入加速了液压油的氧化，并且和添加剂起作用，产生粘性胶质，使滤芯堵塞。3)空气的混入能降低油液的体积模量，引起气蚀，降低其润滑性能。4)微生物的生成使油液变质，降低润滑性能，加速元件腐蚀。第第2 2章章 液压传动的基础知识液压传动的基础知识3.油液污染的控制措施对液压油进行良好的管理，保证液压油的清洁，对于保证设备的正常运行，提高设备使用寿命有着非常重要的意义。对液
33、压油的污染控制工作概括起来有两个方面：一是一是防止污染物侵入液压系统；二是二是把已经侵入的污染物从系统中清除出去。污染控制贯穿于液压系统的设计、制造、安装、使用、维修等各个环节。在实际工作中污染控制主要有以下措施：1)油液使用前保持清洁。液压油进厂前必须取样检验，加入油箱前应按规定进行过滤。贮运液压油的容器应清洁、密封，系统中漏出来的油液未经过滤不得重新加入油箱。2)合理选用液压元件和密封元件，减少污染物侵入的途径。装配前所有液压元件及零件应彻底清洗，特别是细管、细小盲孔及死角的铁屑、锈片和灰尘、沙粒等应清洗干净。在确保液压传动系统性能的前提下，尽量少用液压元件，减少管路的连接和泄漏。第第2
34、2章章 液压传动的基础知识液压传动的基础知识 3)液压系统在装配后、运行前保持清洁。液压元件加工和装配时要认真清洗和检验，装配后进行防锈处理。油箱、管道和接头应去除毛刺、焊渣后进行酸洗以去除表面氧化物。液压系统装配好后应做循环冲洗并进行严格检查后再投入使用。4)注意液压油在工作中保持清洁。液压油在工作中会受到环境的污染，所以采用密封油箱或在通气孔上加装高效能空气滤清器，可避免外界杂质、水分的侵入。合理选用过滤器，是防止杂质污染油液的非常重要措施。根据设备的要求、使用场合在液压系统中选用不同的过滤方式、不同精度和结构的滤油器，并对滤油器定期检查、清洗。5)系统中使用的液压油应定期检查、补充、更换
35、。6)控制液压油的工作温度，防止过高油温造成油液氧化变质。第第2 2章章 液压传动的基础知识液压传动的基础知识 液体静力学主要研究静止液体所具有的力学规律。所谓静止液体是指液体内部质点与质点之间没有相对运动，而液体整体则完全可以随同容器一起作各种匀速运动。2.2 2.2 液体静力学基础液体静力学基础 AFp。2.2.1 2.2.1 静止液体的压力及其性质静止液体的压力及其性质1.液体的压力液体的压力液体单位面积上所受到的法向作用力液体单位面积上所受到的法向作用力，常用 p 来表示。压力的单位为 Pa 或 MPa，1 MPa=106 Pa，计算公式为（2-9）式中 F法向作用力（N）；A承压面积
36、（m2）。在这里压力与压强的概念相同，物理学中称为压强，工程实际中称为压力。静止液体压力具备两个重要特性静止液体压力具备两个重要特性：1)压力的方向沿着承压面的内法线方向内法线方向；2)流体内任一点上各个方向的压力相等压力相等。第第2 2章章 液压传动的基础知识液压传动的基础知识第第2 2章章 液压传动的基础知识液压传动的基础知识 在重力作用下静止液体表面受压力 p0 的作用,如图2-3所示。如果 2.液体静压力液体处于静止状态下的压力称为液体静压力。在液压传动中所指压力都是指液体的静压力。图2-3 重力作用下的静止液体第第2 2章章 液压传动的基础知识液压传动的基础知识AghApAp0求液体
37、内任意一点 A 的压力 p，可从液面向下取一微小圆柱，其高度为 h，底面积为A，则该圆柱除受侧面力外，上表面受力为 p0A，下表面所受力 pA，液体所受重力为ghA，作用在圆柱的质心上。小圆柱在这些力的作用下处于平衡状态，于是在垂直方向上力应平衡。平衡方程式为（2-10）式中 g 重力加速度；液体的密度。第第2 2章章 液压传动的基础知识液压传动的基础知识ghpp0ghppa 由式（2-10）简化后，得液体静力学基本方程式 如果液面上所受压力为大气压时（p0=pa），则（2-11）式中 pa 大气压力。由式可知：液体的静压力是由液体的自重和液体表面受到的外：液体的静压力是由液体的自重和液体表面
38、受到的外力产生的。力产生的。（2-12）第第2 2章章 液压传动的基础知识液压传动的基础知识 静压力特性：1)静止液体内任意一点的压力由液面上的压力（p0=F/A）和液体重力引起的压力gh两部分组成；2)静止液体内的压力随深度增加而增大；3)液面深度相等，其静压力相等。压力相等的点组成的面叫做等压面。在重力作用下等压面是水平面。第第2 2章章 液压传动的基础知识液压传动的基础知识 2.2.2 2.2.2 帕斯卡原理帕斯卡原理 静止液体，当其液面上的压力发生变化时，液体内部任意一点的压力均将发生相同的变化，即：在密封容在密封容器内，静止液体任一点的压力将等值地传递到液体内部器内，静止液体任一点的
39、压力将等值地传递到液体内部各点。这就是静止液体中的压力传递原理，即帕斯卡原各点。这就是静止液体中的压力传递原理，即帕斯卡原理。理。在液压传动系统中，通常由外力产生的压力要比液体自重形成的压力大的多，可以忽略gh影响，即认为静止液体中的压力处处相等。第第2 2章章 液压传动的基础知识液压传动的基础知识 液体压力表示方法有两种：一种是以绝对真空为基准表示的绝对压绝对压力力；另一种是以大气压力为基准表示的相对压力相对压力。绝大多数压力仪表所测得的压力是相对压力，所以也称为表压力表压力。在液压系统中，没有特别说明的压力均指相对压力。绝对压力和相对压力的关系为绝对压力大气压力相对压力绝对压力大气压力相对
40、压力 当液体中某处绝对压力低于大气压力(即相对压力为负值)时，习惯上称该处具有真空，绝对压力小于大气压力的那部分数值用普通压力表无法测量，而要用真空计或真空表来测量，所以称为真空度真空度。它们的关系为 真空度大气压力真空度大气压力绝对压力绝对压力 绝对压力、相对压力和真空度的相互关系如图2-4所示。2.2.3 2.2.3 压力表示方法压力表示方法第第2 2章章 液压传动的基础知识液压传动的基础知识图2-4 绝对压力、相对压力和真空度的关系第第2 2章章 液压传动的基础知识液压传动的基础知识例例1 如图2-5所示为装有水银的U形管测压计，左端与水的容器相连，右端与大气相通。汞的密度为汞=13.6
41、103 kgm3，标准大气压1atm=101325Pa。1)如图 2-5a，已知 h=20cm，h1=30cm，试计算A点的相对压力和绝对压力。2)如图2-5b，已知 h1=15cm，h2=30cm，试计算A点的真空度和绝对压力。图2-5 U形管测压计第第2 2章章 液压传动的基础知识液压传动的基础知识11ghphhgA水汞)(1水汞汞ghghpA33310106.1330.081.92.081.9106.13MPaPa064.063765MPapA165.0064.0101.0上式求得是相对压力，A点的绝对压力是 解：a）图取B-B面为等压面，列静力学方程，即第第2 2章章 液压传动的基础知
42、识液压传动的基础知识21ghghppAC汞水21ghghppCA汞水81.9)3.0106.1315.010(10132533MPaPa06.059828b）图取C-C面为等压面，pC 压力等于大气压 pa，列静力学方程，即上式求得是绝对压力，A点的真空度是MPaPappAa04.04149759828101325第第2 2章章 液压传动的基础知识液压传动的基础知识pAF 2.2.4 2.2.4 液体对固体壁面的作用力液体对固体壁面的作用力 当固体壁面为平面时，液体对固体壁面上的作用力F 等于液体压力 p 与该平面面积 A 的乘积,即（2-13）当固体壁面是曲面时，液体作用于曲面某x 方向上的
43、作用力等于液体压力 p 与曲面在该方向投影面积 Ax 的乘积，即xxpAF（2-14）第第2 2章章 液压传动的基础知识液压传动的基础知识 本节主要研究液体流动时的流动状态、运动规律及能量转化等问题。并介绍几个基本方程，即连续性方程、能量方程(伯努利方程)和动量方程。它们是液体动力学基础，也是液压技术分析问题和设计计算的理论依据。2.3 2.3 液体动力学基础液体动力学基础第第2 2章章 液压传动的基础知识液压传动的基础知识2.3.1 2.3.1 基本概念基本概念2.稳定流动和非稳定流动液体流动时，如果任意点处的压力、流速和密度都不随时间变化而变化，则这种流动称作为稳定流动，否则，称作为非稳定
44、流动。如图2-6a 所示,由于水箱中的水位保持不变，1-1、2-2截面处的压力、流速和密度都不随时间变化而变化，故 1-1、2-2截面处为稳定流动。如图2-6b所示 1.理想液体和实际液体粘性对液体的流动将产生一定的影响，若考虑这种影响，将使问题变得复杂。为了分析问题的方便清晰，首先假设液体是没有粘性的，然后再考虑粘性的影响并进行修正。所以把既无粘性又不可压缩的液体叫做理想液体，而把实际上既有粘性又可压缩的液体叫做实际液体。第第2 2章章 液压传动的基础知识液压传动的基础知识 由于水箱中的水位随着时间而变化，1-1、2-2截面处的压力、流速和密度都随时间变化而变化，故 1-1、2-2截面处为非
45、稳定流动。在液压系统中液体流动通常是稳定流动状态。图2-6 稳定流动和非稳定流动a）稳定流动 b）非稳定流动1水箱 2进水管 3溢流口 4出水管 A、B阀门第第2 2章章 液压传动的基础知识液压传动的基础知识 vAq 3.流量单位时间内流过通流截面液体的体积单位时间内流过通流截面液体的体积，用符号q表示，单位为 m3s，在工程中常用 Lmin,1 L/min=1/610-4 m3/s。4.流速通常所说的流速均指平均流速，是假想液体经过通流截面的流速是均匀分布的，用符号 v 表示，单位为m/s。用平均流速计算流量，则有（2-15）式中 A垂直于液体流动方向的通流截面的面积。第第2 2章章 液压传
46、动的基础知识液压传动的基础知识5.液体的流动状态液体的流动状态分为层流和紊流，这一现象可通过雷诺实验观察。1)雷诺实验，人们为了探索流体摩擦阻力的规律，研究了液体流动过程中的物理现象，1883年著名的雷诺(Reynoids)实验揭示了液体流动时存在着两种不同的流动状态层流和紊流。如图 2-7所示为雷诺实验装置示意图。在透明水箱内，水面下部安装一根带有喇叭形进口的玻璃管，管的下游装有阀门以便调节管内水的流速。水箱的液面始终保持不变，使液体作稳定流动。玻璃管的喇叭形口中心有一根针形小管，红色液体由针管流出，红色液体的密度与水的密度几乎相同。第第2 2章章 液压传动的基础知识液压传动的基础知识实验结
47、果表明实验结果表明 当玻璃管内水的流速较小时，管中心的红色液体呈现一根平稳的细线流，沿着玻璃管的轴线流过全管，如图2-7a所示。随着水的流速增大至某个值后，红色液体的细线开始抖动、弯曲，呈现波浪形，如图2-7b所示，速度再增大，细线被冲散、断裂，最后使全管内水的颜色均匀一致，如图 2-7c 所示。图2-7 雷诺实验装置示意图a）层流 b）过度流 c）紊流第第2 2章章 液压传动的基础知识液压传动的基础知识 雷诺实验揭示了液体流动有两种截然不同的状态。一种相当于图2-7a的流动，称为层流层流，液体流动呈现层状；另一种相当于图 2-7b、c的流动，称为紊流紊流，液体流动呈现混杂状。层流时粘性力起主
48、导地位，液体质点受粘性的约束，流动时能量损失小；紊流时惯性力起主导作用，粘性力的制约作用减弱，流动时能量损失大。第第2 2章章 液压传动的基础知识液压传动的基础知识 2)判别液体的流态是层流或紊流，可通过雷诺数 Re 来判断。液体在圆管中流动时的雷诺数 Re 与管道的直径和液体流速成正比而与运动粘度成反比，即 dRe（2-16）式中 v管道内液体的流动速度；d圆形管道的直径；液体的运动粘度。液体的流动状态是层流或紊流，由临界雷诺数Rec决定。当雷诺数ReRec时，流动状态为层流；当雷诺数ReRec时，流动状态为紊流。通过实验得出常用管道的临界雷诺数见表2-3。第第2 2章章 液压传动的基础知识
49、液压传动的基础知识管管 道道Rec管管 道道Rec光滑金属圆管2320带环槽的同心环状缝隙700橡胶软管16002000带环槽的偏心环状缝隙400光滑的同心环状缝隙1100圆柱形滑阀阀口260光滑的偏心环状缝隙1000锥阀阀口20100表表2-3 2-3 常用管道的临界雷诺数常用管道的临界雷诺数ReRec c第第2 2章章 液压传动的基础知识液压传动的基础知识dReHxdA4H 对于非圆截面的管道来说，雷诺数 Re 可用下式计算（2-17）式中 dH为管道截面的水力直径，其值与通流截面的有效面积A 和湿周长度x(通流截面上与液体接触的固体壁面的周 界长度)的关系式，即（2-18）水力直径大，液
50、体流动时与管壁接触少，阻力小，通流能力大；水力直径小，液体流动时与管壁接触多，阻力大，通流能力小，容易堵塞。一般液压传动系统所用液体为矿物油，粘度较大，且管中流速不大，多属层流。只有当液体流经阀口或弯头等处时才会形成紊流。第第2 2章章 液压传动的基础知识液压传动的基础知识 当液体在管道中作稳定流动时，根据质量守恒定律，管内液体的质量不会增多也不会减少，因而在单位时间内液体流经管道任意截面的质量相等，这就是液体的质量守恒定律，也称液流的连续性定律。如图 2-8 所示为液体在直径不同的管道中流动时的情况。若在管道上取l-1通流截面，其通流截面的面积为A1，液体的平均流速为V1；若在管道上取 2-
