液压与气液传动任务二液压动力元件的选用ppt课件.ppt

2023年1月14日星期六,任务二 液压动力元件,液压泵,液压油箱,控制阀,液压缸,液压马达,蓄能器,冷却器,滤清器,液压油管,压力表,辅助元件,动力元件,控制元件,执行元件,液压元件,2023年1月14日星期六,动力元件是指液压泵。是靠发动机或电动机驱动，从液压油箱中吸入油液，形成压力油排出，送到执行元件的一种元件。,容积式,非容积式,齿轮泵,叶片泵,柱塞泵,按工作原理,按结构,单向式,双向式,变量式,定量式,按压力,低压泵,中压泵,高压泵,分类,2023年1月14日星期六,2.1液压泵的工作原理,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。即泵的输油能力，由密封工作腔的数目、容积变化的大小及容积变化的快慢决定的。一般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。,2023年1月14日星期六,2.1.1液压泵正常工作的三个必备条件必须具有一个由运动件和非运动件所构成的密闭容积；密闭容积的大小随运动件的运动作周期性的变化，容积由小变大 吸油，由大变小 压油；密闭容积增大到极限时，先要与吸油腔隔开，然后才转为排油；密闭容积减小到极限时，先要与排油腔隔开，然后才转为吸油。,2.1液压泵的工作原理,2.1.2液压泵的主要性能和参数,2023年1月14日星期六,1、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，根据试验标准规定，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，超过此压力过载，泵的泄漏会迅速增加，工作效率就下降，寿命降低。,2、排量,2023年1月14日星期六,2.1.2液压泵的主要性能和参数,排量是在不考虑泄漏的情况下，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。排量与转速、压力无关，只取决于密封工作腔的几何尺寸。,3、流量,2023年1月14日星期六,2.1.2液压泵的主要性能和参数,为泵单位时间内排出的液体体积（L/min），有理论流量Q、实际流量Qa和额定流量种。（31）式中：q 泵的排量（L/r）n 泵的转速（r/min）（32）Q 泵运转时，油会从高压区泄漏到低压区，是泵的泄漏损失。液压泵的额定流量是指在额定转速和额定压力下，液压泵输出（入）的流量。其值为额定条件下的实际流量。,2023年1月14日星期六,4、功率,液压泵输入是转矩和转速，输出是流量和压力，若忽略能量转换中的能量损失，输入、输出功率相等。功率损失：容积损失和机械损失 容积损失=理论和实际流量的差值=泵的泄漏量 泵的泄漏量随压力的增加而增加，而实际流量却减少。容积效率=泵的实际流量/理论流量这说明泵的输出压力越高、泄漏系数越大、粘度越低、排量越小、转速越低，则泵的容积效率越低。机械损失=理论和实际输入转矩的差值机械效率=泵的理论转矩/实际转矩泵的功率：式中：p 泵输出的工作压力（MPa）Qa 泵的实际输出流量（L/min），1L=103cm3。,2023年1月14日星期六,5、容积效率和机械效率,泵的容积效率：泵的机械效率：Tt 泵的理论输入扭矩 Ta 泵的实际输入扭矩,2023年1月14日星期六,6、泵的总效率,泵的总效率：Pa 泵实际输出功率 PM 电动机输出功率,例：某液压系统，泵的排量q10m L/r，电机转速n1200rpm，泵的输出压力p=5Mpa 泵容积效率v0.92，总效率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。,例：某液压系统，泵的排量q10m L/r，电机转速n1200rpm，泵的输出压力p=5Mpa 泵容积效率v0.92，总效率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。解：1）泵的理论流量 Qt=q.n.10-3=10120010-312 L/min 2)泵的实际流量 QaQt.v120.9211.04 L/min 3)泵的输出功率 4）驱动电机功率,2023年1月14日星期六,泵性能指标公式记忆,理论转矩记住它,等于排量乘压差.理论流量记得住,等于排量乘转速.功率等于p 乘 q,也等转矩乘转速.能流方向分得清,乘除效率不含糊.计算单位要统一,角度一律用弧度.,2.2液压泵,2023年1月14日星期六,1、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，可分为外啮合齿轮泵和内啮合齿轮泵两种。1）外啮合齿轮泵：其的构造和动作原理如图所示。,齿轮泵由装在壳体内的一对齿轮所组成，齿轮两侧有端盖罩住，壳体、端盖和齿轮的各个齿间槽组成了许多密封工作腔。,2.2液压泵,2023年1月14日星期六,2023年1月14日星期六,齿轮泵的泄漏较大，外啮合齿轮运转时泄漏途径有三：一为齿轮顶隙，其次为侧隙，第三为啮合间隙（端面侧隙泄漏较大占总泄漏量的8085），当压力增加时，前者不会改变，但后者挠度大增，此为外啮合齿轮泵泄漏最主要的原因，容积效率较低，故不适合用作高压泵。解决方法：端面间隙补偿采用静压平衡措施：在齿轮和盖板之间增加一个补偿零件，如浮动轴套、浮动侧板。,泄漏问题,2023年1月14日星期六,困油现象,液压油在渐开线齿轮泵运转过程中，因齿轮相交处的封闭体积随时间改变，常有一部分的液压油被封闭在齿间，如图所示，称为困油现象，因液压油不可压缩将使外接齿轮泵产生极大的震动和噪音，故必须在侧板上开设卸荷槽，以防止其发生。,2023年1月14日星期六,卸荷措施：在前后盖板或浮动轴套上开卸荷槽开设卸荷槽的原则：两槽间距a为最小闭死容积，而使闭死容积由大变小时与压油腔相通，闭死容积由小变大时与吸油腔相通。,困油现象,2023年1月14日星期六,径向受力平衡,左侧是压油腔，右侧是吸油腔，两腔的压力是不平衡的；另外压油腔因齿顶泄，其压力为递减。两不平衡压力作用于齿轮和轴一径向不平衡力，油压越高，该力越大，加速轴承磨损，降低轴承寿命，使轴弯曲，加大齿顶与轴孔磨损。防止措施：采用压力平衡槽或缩小压油腔。,2023年1月14日星期六,2）内啮合齿轮泵,图a为有隔板的内啮合齿轮泵，图b为摆动式内啮合齿轮泵，它们共同的特点是由于内外齿轮转向相同，齿面间相对速度小，运转时噪音小；又因齿数相异，绝对不会发生困油现象，但因外齿轮的齿端必须始终与内齿轮的齿面紧贴，以防内漏，故不适用于较高的压力，泵的额定压力可达成 30 MPa。,2023年1月14日星期六,3）齿轮泵的特点及应用,优点：结构简单紧凑、体积小、重量轻、工艺性好、价格便宜、自吸力强、对油液污染不敏感、转速范围大、能耐冲击性负载，维护方便、工作可靠。缺点：径向力不平衡、流动脉动大、噪音大、效率低，零件的互换性差，磨损后不易修复，不能做变量泵用。应用：用于环境差、精度要求不高的场合，通常p10MPa，低压齿轮泵广泛用于低压系统，如补油、润滑、冷却装置。中压齿轮泵主要用于机床、轧钢设备等。中高压齿轮泵主要用于工程机械、农业机械、船舶机械、航空技术。,2023年1月14日星期六,2、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。,2023年1月14日星期六,1）单作用叶片泵,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、叶片泵,2023年1月14日星期六,叶片泵叶片槽根部全部通压力油会带来以下副作用：定子的吸油腔部被叶片刮研，造成磨损；减少了泵的理论排量；可能引起瞬时理论流量脉动。,1）单作用叶片泵,2023年1月14日星期六,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。,1）单作用叶片泵,2023年1月14日星期六,限压式变量泵,转子中心固定，可变的定子中心与前者有一偏心距e，螺钉1可调限最大e（最大流量），配油盘的进、排油窗口不对称，排油腔作用于定子压力p的水平分力px和弹簧力平衡，来根据工作压力调节e，改变流量（当工作压力达到调整值时流量减小）。调整弹簧5的预紧力，可以改变最大流量时的最大压力pmax,2023年1月14日星期六,改变偏心距e，就可以改变流量，这就是单作用叶片泵可做变量泵的理论依据。改变偏心距e方向，就可以使进油腔和压油腔互换，这就是单向叶片泵的理论依据。,2023年1月14日星期六,2）双作用叶片泵,双作用式叶片泵的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。,2023年1月14日星期六,3）叶片泵的应用,1.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，5001500rpm。3.要注意油液的清洁，油不清洁容易使叶片卡死。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。,2023年1月14日星期六,3、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。为了连续吸油和压油，柱塞数必须大于等于3。,2023年1月14日星期六,1）分类,径向式,固定液压缸,轴向式,斜轴式,回转液压缸,按柱塞布置,分类,直轴式,2023年1月14日星期六,2）轴向柱塞泵,轴向柱塞泵可分为直轴式（图a）和斜轴式（图b）两种，该两种泵都是变量泵，改变斜盘的斜角，可以改变柱塞的有效行程，从而改变排量和流量,2023年1月14日星期六,工程机械研究所,手动变量机构,手动变量调节机构后盖上有刻度盘，每一格表示流量变动10%，共10格。,2023年1月14日星期六,伺服变量调节机构,油泵出口压力油经单向阀进入变量活塞的下腔e，产生向上的推力，并进入通道d。拉杆不动时，通道d和上腔a封闭，变量活塞不动，流量不变。拉杆下移时，推动伺服阀下移，通道d打开，压力油进入上腔a，作用于变量活塞上端，产生向下的推力，大于下腔e的上推力（面积不等），变量活塞下移，带动销轴改变斜盘角度，增加出油量，直至伺服阀堵住通道d为止。变量活塞的移动量等于拉杆的移动量。拉杆上移时，拉动伺服阀上移，卸油道b打开，上腔a的压力油通油箱卸油，变量活塞靠下腔的上推力上移，带动销轴改变斜盘角度，减少出油流量，直至伺服阀堵住卸油道b为止。,2023年1月14日星期六,工程机械研究所,3）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。,观看F2.1-9径向柱塞泵,观看F2.1-10配流轴式径向柱塞泵,2023年1月14日星期六,4）柱塞泵特点,1）工作压力高，容积效率高，p2040MPa，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。,2023年1月14日星期六,5）液压泵的图形符号,4、液压泵与电动机参数的选用,）液压泵的选择原则,2023年1月14日星期六,1、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。,2023年1月14日星期六,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 液压泵所需要提供的压力，Pa,k压 系统中压力损失系数，取1.3 1.5 P缸 液压缸中所需的最大工作压力，Pa,2）液压泵大小的选用,2023年1月14日星期六,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1.11.3 Q缸 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）液压泵大小的选用,2023年1月14日星期六,3）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，kw p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/min 泵的总效率。各种泵的总效率大致为：齿轮泵0.6 0.7，叶片泵0.6 0.75；柱塞泵0.8 0.85。,泵的额定流量为100L/min，额定压力为2.5MPa，当转速为1450r/min时，机械效率为m=0.9。由实验测得，当泵出口压力为零时，流量为106L/min，压力为2.5MPa时，流量为100.7L/min，求：1、泵的容积效率；2、如泵的转速下降到500r/min，在额定压力下工作时，估算泵的流量为多少？3、上述两种转速下泵的驱动力功率。,解：1、出口压力为零时的流量为理论流量，即106L/min，所以泵的容积效率v=100.7/106=0.95。2、转速为500r/min时，泵的理论流量为=36.55L/min，因压力仍是额定压力，故此时泵的流量为36.550.95L/min=34.72L/min。3、泵的驱动功率在第一种情况下为=4.91kW，第二种情况下为=1.69kW,2023年1月14日星期六,4）计算举例,例22 已知某液压系统如图所示，工作时，活塞上所受的外载荷为F=9720N，活塞有效工作面积A0.008m2，活塞运动速度v=0.04m/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?,2023年1月14日星期六,例23如图212所示的液压系统，巳知负载F=30000N，活塞有效面积A=0.01m2，空载时的快速前进的速度为0.05 m/s，负载工作时的前选速度为0.025 m/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.40 L/min，p额63kgf/cm2YB-50型叶片泵，Q.额.50 L/min，p额63 kgf/cm2,4）计算举例,2023年1月14日星期六,Take a Break,