液壓傳動(dòng)基礎(chǔ)知識(shí)

知識(shí)點(diǎn):

液體的靜壓力液壓傳動(dòng)系統(tǒng)輸出力的計(jì)算液壓油的選用原則技能點(diǎn):

能正確選用液壓油課題二液壓機(jī)輸出力的確定

如圖1—4所示，要求左方站立的人能夠借助液壓機(jī)械通過(guò)手的力氣將右方的小汽車舉起，計(jì)算的關(guān)系。與的關(guān)系。圖1—4液壓系統(tǒng)受力關(guān)系

一、任務(wù)引入

在日常生活中，僅依靠人力是不可能舉起重達(dá)幾噸的小汽車的。要完成將小汽車舉起的任務(wù)，液壓系統(tǒng)必須能將人的力放大，那么液壓系統(tǒng)是如何將較小的力轉(zhuǎn)化為較大的力呢？液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中是依靠什么作為工作介質(zhì)來(lái)傳遞力的，對(duì)工作介質(zhì)有何要求，又如何來(lái)選用？下面就讓我們一起學(xué)習(xí)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)輸出力和工作介質(zhì)的相關(guān)知識(shí)。

二、任務(wù)分析1．液體的靜壓力靜止液體在單位面積上所受的法向力稱為靜壓力，如果在液體內(nèi)某點(diǎn)處微小面積△A上作用有法向力△F，則ΔF／△A的極限就定義為該點(diǎn)處的靜壓力，用P表示。當(dāng)在液體的單位面積A上，受到均為分布的作用力F時(shí)，則靜壓力可表示為

P=F/A(1—1）

液體的靜壓力在物理學(xué)上稱為壓強(qiáng)，在工程實(shí)際應(yīng)用中習(xí)慣上稱為壓力。液體靜壓力具有以下特點(diǎn)：液體靜壓力垂直于其承壓面，其方向和該面的內(nèi)法線方向一致；靜止液體內(nèi)任一點(diǎn)所受的靜壓力在各個(gè)方向上都相等。

三、相關(guān)知識(shí)2．壓力的表示方法及單位根據(jù)度量基準(zhǔn)的不同，液體壓力分為絕對(duì)壓力和相對(duì)壓力兩種。以絕對(duì)真空為基準(zhǔn)度量的叫做絕對(duì)壓力，而以大氣壓力為基準(zhǔn)度量的稱為相對(duì)壓力或壓力。3．靜壓力的基本方程式在重力的作用下靜止液體所受的力，除了液體重力，還有液面上作用的外加壓力，其受力情況如圖1－5所示。PΔA＝Po△A＋ρghΔA等式兩邊同除以ΔA，則得：

P=Po＋pgh（1—2）上式即為液體的靜壓力基本方程式，從方程式中可知靜止液體的壓力具有如下特征：（1）靜止液體內(nèi)任一點(diǎn)的壓力由兩部分組成：一部分是液面上的外加壓力，另一部分是該點(diǎn)上液體自重所形成的壓力，即ρg與該點(diǎn)離液面高度h的乘積。當(dāng)液面只受大氣壓力Pа作用時(shí)，液體內(nèi)任一點(diǎn)處的壓力為：

p=Pa+pgh（1－3）（2）靜止液體內(nèi)的任一點(diǎn)壓力隨該點(diǎn)距離液面的深度皇直線規(guī)律遞增。（4）對(duì)靜止液體，如果液面外加壓力為Po，液面與基準(zhǔn)水平面的高度為ho，液體內(nèi)任一點(diǎn)的壓力為p，與基準(zhǔn)水平面的距離為h，則由靜壓力基本方程式可得：

式（1－4）表明靜止液體中任一質(zhì)點(diǎn)″總能量保持不變，即能量守恒。（5）在實(shí)際的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中外加壓力Po遠(yuǎn)大于液體自重所形成的壓力ρgh，故可將pgh忽略不計(jì)。

常量（1—4）4．帕斯卡原理密閉容器內(nèi)的液體，當(dāng)外加壓力Po發(fā)生變化時(shí)，只要液體仍保持原來(lái)的靜止?fàn)顟B(tài)不變，則液體內(nèi)任一點(diǎn)的壓力將發(fā)生同樣大小的變化。這就是帕斯卡原理，也稱為靜止傳遞原理。圖1一4中大活塞面積為，小汽車的重力作用在大活塞上形成負(fù)載，此時(shí)液體所受的壓力。

由帕斯卡原理可知：小活塞處的壓力亦為P，如果小活塞面積為A1，要使大小活塞處于平衡狀態(tài)，則

，要使大小活塞處于平衡狀態(tài)，則

那么在小活塞上應(yīng)施加的力為：

5．管道流動(dòng)流動(dòng)的液體具有黏性，液體流動(dòng)時(shí)突然的轉(zhuǎn)彎和通過(guò)閥口時(shí)會(huì)產(chǎn)生相互的撞擊和出現(xiàn)漩渦，因此，液體在管道流動(dòng)中必然會(huì)產(chǎn)生阻力。液體在流動(dòng)時(shí)需要損耗一部分能量來(lái)克服阻力，這種能量損失可用液體的壓力損失來(lái)表示。壓力損失是由沿程壓力損失和局部壓力損失兩部分組成。

液體流動(dòng)時(shí)的兩種形式：一種是液體流動(dòng)時(shí)液流層次分明，不相混雜稱為層流；另一種是液體流動(dòng)時(shí)液流完全紊亂稱為紊流。層流與紊流是兩種不同性質(zhì)的流動(dòng)狀態(tài)。層流時(shí)液體流速較低，液體質(zhì)，點(diǎn)間的黏性力起主導(dǎo)作用，液體質(zhì)點(diǎn)受黏性的約束，不能隨意運(yùn)動(dòng)；紊流時(shí)液體流速較高，液體質(zhì)點(diǎn)間黏性的制約作用減弱，慣性力起主導(dǎo)作用。

6．液壓油在液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中，力的傳遞是依靠液體來(lái)完成的，液體是液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中的工作介質(zhì)，在實(shí)際的液壓系統(tǒng)中常用油類作為工作介質(zhì)，這種油稱為液壓油。（1）液壓油的性質(zhì)

1）密度。單位體積液體的質(zhì)量稱為該液體的密度。密度是液體的一個(gè)重要參數(shù)。隨著溫度或壓力的變化，其密度也會(huì)發(fā)生變化，但變化量一般很小，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)一般可忽略不計(jì)。

2）可壓縮性。液體受壓力作用從而發(fā)生體積變小的性質(zhì)稱為液體的可壓縮性。對(duì)于一般液壓系統(tǒng)，可認(rèn)為液壓油是不可壓縮的。需要說(shuō)明的是，當(dāng)液壓油中混入空氣時(shí)，其可壓縮性將明顯增加，且會(huì)影響液壓系統(tǒng)的工作性能。因此，在液壓系統(tǒng)中必須盡量減少油液中的空氣含量。

3）黏性。液體在外力作用下流動(dòng)時(shí)，液體內(nèi)部分子間的內(nèi)聚力會(huì)阻礙分子相對(duì)運(yùn)動(dòng)，即分子間會(huì)產(chǎn)生一種內(nèi)摩擦力，這一特性稱為液體的黏性。黏性也是選擇液壓油的一個(gè)重要參數(shù)。

液體黏性的大小用黏度來(lái)表示。常用的黏度有動(dòng)力黏度、運(yùn)動(dòng)黏度和相對(duì)黏度3種。

（2）液壓油的分類與牌號(hào)

液壓油的種類繁多，分類方法各異。長(zhǎng)期以來(lái),習(xí)慣以用途進(jìn)行分類，也有根據(jù)油品類型、化學(xué)成分或可燃性分類的，這些分類方法只反映了油品的性質(zhì)，但缺乏系統(tǒng)性，也難以了解油品間的相互關(guān)系和發(fā)展。液壓油采用統(tǒng)一的命名方式，其一般形式如下：

（3）液壓油的規(guī)格、性能及應(yīng)用在GB／T7631.2－87分類中曲HH、HL、HM、HV、HV、HG液壓油均屬礦油型液壓油，這類油的品種多，使用量約占液壓油總量的85％以上，汽車與工程機(jī)械液壓系統(tǒng)常用的液壓油也多屬于此類。

1）HH液壓油。HH液壓油是一種不含任何添加劑的礦物油。這種液壓油雖已列人分類之中，但在液壓系統(tǒng)中已不使用。這種油安定性差、易起泡。

2）HL液壓油（通用型機(jī)床工業(yè)用潤(rùn)滑油）。HL液壓油是由精度較高的中性基礎(chǔ)油，加人抗氧和防銹添加劑制成的。HL液壓油按40℃運(yùn)動(dòng)黏度可分為15、22、32、46、68、100六個(gè)牌號(hào)。適用場(chǎng)合：HL液壓油主要用于對(duì)潤(rùn)滑油無(wú)特殊要求，環(huán)境溫度在0℃以上的各類機(jī)床的軸承箱、齒輪箱、低壓循環(huán)系統(tǒng)或類似機(jī)械設(shè)備循環(huán)系統(tǒng)的潤(rùn)滑。它的使用時(shí)間比機(jī)械油可延長(zhǎng)一倍以上，具有較好的橡膠密封適應(yīng)性，其最高使用溫度為80℃。

3）HM液壓油（抗磨液壓油）HM液壓油是從防銹、抗氧化液壓油基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的，它有堿性高鋅、堿性低鋅、中性高鋅型及無(wú)灰型等系列產(chǎn)品，按40℃運(yùn)動(dòng)黏度可分為22、32、46、68四個(gè)牌號(hào)。適用場(chǎng)合：主要用于重負(fù)荷、中壓、高壓的葉片泵、柱塞泵和齒輪泵的液壓系統(tǒng)；用于中壓、高壓工程機(jī)械、引進(jìn)設(shè)備和車輛的液壓系統(tǒng)，如計(jì)算機(jī)數(shù)控機(jī)床、隧道掘進(jìn)機(jī)、履帶式起重機(jī)、液壓反鏟挖掘機(jī)和采煤機(jī)等；也可用于中等負(fù)荷工業(yè)齒輪（蝸輪、雙曲線齒輪除外）的潤(rùn)滑。其應(yīng)用的環(huán)境溫度為－10~40℃。該產(chǎn)品與丁腈橡膠具有良好的適應(yīng)性。

4）HR液壓油。HR液壓油是在環(huán)境溫度變化大的中低壓液壓系統(tǒng)中使用的液壓油。該油具有良好的防銹、抗氧化性能，并在此基礎(chǔ)上加人了黏度指數(shù)改進(jìn)劑，使油品具有較好的黏溫特性。同時(shí)具有優(yōu)良的防銹、抗氧化、抗磨性能和優(yōu)良的抗黏滑性主要適用于各種液壓和導(dǎo)軌合用的機(jī)床潤(rùn)滑系統(tǒng)或機(jī)床導(dǎo)軌潤(rùn)滑系統(tǒng)及機(jī)床液壓系統(tǒng)。在低速情況下，防爬效果良好。5）HV、HS液壓油（低溫液壓油）這是兩種不同檔次的液壓油，均屬于寬溫度變化范圍下使用的液壓油。這兩種油都有低的傾點(diǎn)，優(yōu)良的抗磨性、低溫流動(dòng)性和低溫泵送性。HV、HS液壓油按基礎(chǔ)油分為礦油型與合成油型兩種，按40℃運(yùn)動(dòng)黏度，Hv油分為15、22、32、46、68、100六個(gè)牌號(hào)，HS油分為15、22、32、45四個(gè)牌號(hào)。適用場(chǎng)合：

HV低溫液壓油主要用于寒區(qū)或溫度變化范圍較大和工作條件苛刻的工程機(jī)械、引進(jìn)設(shè)備和車輛的中壓或高壓液壓系統(tǒng)，如數(shù)控機(jī)床、電纜井泵以及船舶起重機(jī)、挖掘機(jī)、大型吊車等液壓系統(tǒng)，使用溫度在－30℃以上。

HS低溫液壓油主要用于嚴(yán)寒地區(qū)上述各種設(shè)備，使用溫度在－30℃以下。

HV油和HS油由于基礎(chǔ)油組成成分不同，所以不能混裝、混用，以免影響使用性能。

2.液壓油的選擇理想液壓油是不存在的，各種液壓油都會(huì)有著這樣或者那樣的不足，而選用的原則是要根據(jù)液壓系統(tǒng)的工作條件和工作環(huán)境，并結(jié)合維護(hù)保養(yǎng)與經(jīng)濟(jì)因素綜合考慮。（1）根據(jù)液壓系統(tǒng)的工作壓力選擇不同的工作壓力對(duì)液壓油品質(zhì)的要求是有一定差異的。一般來(lái)說(shuō)，隨著工作壓力的增加，要求液壓油的抗磨性、抗氧化性、抗泡性以及抗乳化和水解安定等性能要提高。另外，為防止隨壓力的增加而引起泄漏，其黏度也應(yīng)相應(yīng)的增加；反之，則降低。

四、任務(wù)實(shí)施不同工作壓力下液壓油黏度的選擇見表1—1。

表1－1不同工作壓力下液壓油黏度的選擇

（2）根據(jù)工作環(huán)境選擇工作條件較惡劣或工作環(huán)境溫度較高，對(duì)油液的黏溫特性、熱穩(wěn)定性、潤(rùn)滑性以及防銹蝕等性能有嚴(yán)格的要求。一般情況下環(huán)境溫度高（＞40℃）或靠近熱源的機(jī)械，為保證系統(tǒng)的安全可靠，應(yīng)優(yōu)先選用難燃性及黏溫性較高的油品；環(huán)境條件惡劣或溫差變化大時(shí)，應(yīng)選用黏溫特性好及潤(rùn)滑性能優(yōu)良的油品；環(huán)境溫度較低時(shí)應(yīng)選擇黏度較小的液壓油。（3）根據(jù)工作速度選擇當(dāng)系統(tǒng)工作速度較低時(shí)應(yīng)選擇黏度較高的液壓油，反之則選擇黏度較低的液壓油。（4）注意事項(xiàng)

1）要保持液壓系統(tǒng)的清潔，要及時(shí)清除油箱內(nèi)的油泥和金屬屑。

2）按換油參考指標(biāo)進(jìn)行換油，換油時(shí)應(yīng)將設(shè)備各部件清洗