任务1液压系统基本知识解读.docx
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任务1液压系统基本知识解读
咸阳职业技术学院课时授课计划
课题
模块1.1基本液压系统分析
授课班级
计划课时
授课时间
教
学
目
的
与
要
求
1、掌握液压传动的基本概念；
2、掌握液压系统的工作原理（以千斤顶为例）；
3、掌握液压传动系统的组成（以机床工作台液压系统为例）；
4、识记液压系统图形符号
5、了解液压传动的优点和缺点
能力培
养目标
培养学生对液压系统的学习兴趣
重点难点
液压系统的工作原理、组成
教学方法
讲授法、演示法、课堂提问法
课堂提问
分析液压千斤顶工作过程总结液压系统工作原理？
作业及
思考题
一个完整的液压系统应该哪五个主要部分来组成？
参考书
及教具
《液压与气压传动技术》苑章义北京理工大学出版社
教师：
教研室审批：
年月日
项目1液压系统基本知识
一、复习回顾
二、新课导入
模块1.1基本液压系统分析
任务1.1.1液压千斤顶工作状态分析
1.液压传动的基本概念
机械的传动方式：
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
2.液压传动工作原理
通过对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。
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
由此可见，液压传动是一个不同能量的转换过程。
学生总结液压传动概念。
3.液压与气动技术的工程应用（多媒体）
任务1.1.2液压工作台工作状态分析
1.液压传动系统的组成
如图是一驱动机床工作台的液压传动系统。
该系统工作原理为：
在图示位置，液压泵3由电动机带动旋转后，从油箱1中吸油，油液经过过滤器2进入液压泵3的吸油腔，并经液压泵3、节流阀5、换向阀6进入液压缸左腔，，液压缸右腔的油液经换向阀6流回油箱
，液压缸活塞在压力油的作用下驱动工作台右移。
反之，通过换向阀6换向（阀芯左移），压力油进入液压缸的右腔，液压缸6左腔的油液经过换向阀6留回油箱，液压缸活塞在压力油的作用下驱动工作台左移。
由以上例子可以看出，一个完整的液压系统应该由以下五个主要部分来组成：
1.动力装置：
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：
把液压能转换成机械能的装置。
包括液压缸和液压马达。
3.控制调节装置：
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。
包括压力、流量、方向等控制阀。
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。
2.液压传动系统的图形符号
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（GB/T786.1-93）”。
我国制订的液压系统图图形符号（GB/T786.1-93）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。
3.液压传动系统元件的总体布局
液压传动系统元件的总体布局分四部分：
执行元件：
液压缸、液压马达。
液压油箱：
装有空气滤清器、过滤器、液面指示器、清洗孔。
液压泵装置：
液压泵、驱动器及联轴器。
液压控制调节装置：
组成液压系统的各种阀类元件及其联接体
除执行元件外，液压传动系统元件的连接形式有集中式（液压站）和分散式。
4.液压传动的优缺点
液压传动的优点：
①单位功率的重量轻（比功率大）。
②可在较大范围内实现无级调速，调速范围大。
③工作平稳、反应快、冲击小。
④容易获得很大的力和转矩，可以使传动结构简单。
⑤操作控制方便，调节简单，易于实现自动化。
⑥易于实现过载保护，安全性好。
⑦液压元件已实现了标准化、系列化和通用化。
液压传动的缺点主要体现在以下几方面。
①液压系统中存在着油液泄漏，油液的可压缩性、油管的变形等都会影响运动传递的准确性，故不宜用于对传动比要求精确的场合。
②由于液压油对温度比较敏感，油温变化，容易引起工作性能的改变，故液压传动系统不宜用于温度变化范围较大的场合。
此外，油液对污染较为敏感，故不宜用于环境差、粉尘多的场合。
③由于工作过程中有较多的能量损失，如摩擦损失、泄漏损失等，故此，液压传动的效率不高，不宜用于远距离传动。
④为减少泄漏，液压元件的制造精度高要求较高，其制造成本较大。
液压系统的故障较难诊断排除。
三、课后小结
本次课通过实例对液压系统的工作原理予以阐述，介绍了液压系统的组成及其能量转换过程、液压系统的图形符号，液压传动系统元件的总体布局，通过多媒体动画的播放，给同学一个感性的认识，希望通过阐述使同学对这门课产生较浓的兴趣，同时培养学生起独立思考的能力，以利于以后课程内容的学习。
咸阳职业技术学院课时授课计划
课题
模块1.2液压系统工作介质选择
授课班级
计划课时
授课时间
教
学
目
的
与
要
求
1、掌握液体的几种性质；
2、掌握液压油的主要物理性质和选用原则。
能力培
养目标
培养学生对液压系统的学习兴趣
重点难点
液压油的主要物理性质和选用原则
教学方法
讲授法、演示法、课堂提问法
课堂提问
油液污染的控制措施有哪些？
作业及
思考题
参考书
及教具
《液压与气压传动技术》苑章义北京理工大学出版社
教师：
教研室审批：
年月日
一、复习回顾
提问：
机械工程的三大传动方式？
液压传动工作原理介绍？
液压传动系统的组成？
（动力装置、执行装置、控制装置、辅助装置、工作介质）
二、新课导入
模块1.2液压系统工作介质选择
任务1.2.1液压系统工作介质性质分析
液压油的用途：
传递运动和动力；润滑；密封；冷却。
液压油的种类：
石油型；合成型；乳化型。
1.液压油的物理性质
（1）、液体的密度
单位体积的液体质量称为密度ρ。
ρ=m/V[kg/m3]
（2）、液体的黏性
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，这一特性称为黏性。
实验测定指出，液体流动时相邻液层之间的内摩擦力F与液层间的接触面积A和液层间的相对速度
成正比，而与液层间的距离
成反比，即
F=μA
式中：
μ为比例常数，称为黏性系
数或动力黏度。
为速度梯度。
液体粘性示意图
黏度的分类：
黏度是衡量流体黏性的指标。
常用的黏度有动力黏度、运动黏度和相对黏度。
①动力黏度μ
动力黏度μ在物理意义上讲，是当速度梯度du/dz=1时，单位面积上的内摩擦力的大小，即：
它直接表示流体的黏性即内摩擦力的大小。
②运动黏度ν
运动黏度是动力黏度μ与液体密度ρ的比值,即：
ν=μ/ρ
运动黏度ν没有什么明确的物理意义，因在理论分析和计算中常遇到μ/ρ的比值，为方便起见用ν表示。
③相对黏度
相对黏度又称条件黏度。
各国采用的相对黏度单位有所不同。
有的用赛氏黏度，有的用雷氏黏度，我国采用恩氏黏度。
（3）、液体的可压缩性
当液体受压力作用而体积减小的特性称为液体的可压缩性。
可压缩性用体积压缩系数
表示，并定义为单位压力变化下的液体体积的相对变化量。
设体积为V0的液体，其压力变化量为
，液体体积减小
，则
体积压缩系数
体积弹性模量K表示液体产生单位体积相对变化量时所需要的压力增量，为
的倒数。
（4）、其它性质
1）压力对黏度的影响
在一般情况下，压力对黏度的影响比较小。
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，其黏度也随之增大。
2）温度对黏度的影响
液压油黏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，黏度就随之降低。
任务1.2.2液压油的选用
1、对液压传动工作介质的要求
1）适宜的黏度和良好的黏温性能，一般液压系统所用的液压油其粘度范围为
ν=11.5×10-6～35.3×10-6m2/s（2～5°E50）；
2）润滑性能好，对液压装置及相对运动的元件具有良好的润滑性，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；
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）对金属材料具有防锈性和防腐性；
5）抗泡沫性好，抗乳化性好；
6）油液纯净，含杂质量少；
7）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。
2、液压油选用
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黏度范围，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黏度指数高、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。
1.3.3液压油的污染、控制
三、课后小结
本节课主要介绍液压油的特点及物理性质，使学生能够合理的选用液压油，并了解液压油污染的原因和危害，能对其采取措施进行控制，以利于以后课程内容的学习。
咸阳职业技术学院课时授课计划
课题
模块1.3液体静力学分析
授课班级
计划课时
授课时间
教
学
目
的
与
要
求
1、掌握液体静力学基本方程及意义；
2、掌握压力、流量两个重要参数；
能力培
养目标
培养学生对液压流体静力学基础的初步认识，掌握相关方程的意义和计算方法。
重点难点
液体静力学基本方程
教学方法
讲授法、多媒体演示法、课堂提问法
课堂提问
液体的流动状态有哪几种，如何判断？
作业及
思考题
参考书
及教具
教师：
教研室审批：
年月日
一、复习回顾
液压油用途及种类？
液压油的物理性质？
二、新课导入
模块1.3液体静力学分析
任务1.3.1液体静压力分析
1.液体静压力
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＝lim
ΔA→0
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。
2.液体静力学方程
静止液体内部受力情况可用下图来说明。
平衡方程为：
；得
特征：
A.静止液体内任意点的压力由俩部分组成（液面上的压力和液体自重对改点的压力）
B.静止液体内同一深度的各点压力相等。
3.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。
相对压力（表压力）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。
绝对压力是以绝对真空为基准零值时所测得的压力。
真空度是指某点的绝对压力比大气压小的那部分数值。
绝对压力、相对压力、真空度的关系是：
（1）绝对压力＝大气压力+相对压力
（2）相对压力＝绝对压力-大气压力
（3）真空度＝大气压力-绝对压力
压力单位为帕斯卡，简称帕，符号为Pa，1Pa＝1N/m2。
由于此单位很小，工程上使用不便，因此常采用兆帕，符号MPa。
任务1.3.2液体静力学计算
密封容器内的静止液体，当边界上的压力p0发生变化时，例如增加Δp，则容器内任意一点的压力将增加同一数值Δp0也就是说，在密封容器内施加于静止液体任一点的压力将以等值传到液体各点。
这就是帕斯卡原理或静压传递原理。
（压力取决于负载）
三、课后小结
本次课讲解了静力学相关概念和计算，要求对相关的概念有清晰的认识，为以后的课程打下相关参数计算的基础。
咸阳职业技术学院课时授课计划
课题
模块1.4液体动力学分析
授课班级
计划课时
授课时间
教
学
目
的
与
要
求
1、掌握压力、流量两个重要参数；
2、掌握动力学基本概念，了解流体力学三个基本方程式：
连续性方程、伯努利方程和动量方程的意义和计算。
能力培
养目标
培养学生对液压流体动力学基础的初步认识，掌握相关方程的意义和计算方法。
重点难点
流体力学三个基本方程式：
连续性方程、伯努利方程和动量方程的意义和计算方法。
教学方法
讲授法、多媒体演示法、课堂提问法
课堂提问
作业及
思考题
参考书
及教具
教师：
教研室审批：
年月日
一、复习回顾
二、新课导入
模块1.4液体动力学分析
任务1.4.1液体动力学基础
1.基本概念
（1）、理想液体和恒定流动
1）理想液体
理想液体就是指没有粘性、不可压缩的液体。
而把既具有粘性又可压缩的液体称为实际液体。
2）恒定流动
如果空间上的运动参数p、v及
在不同的时间内都有确定的值，即它们只随空间点坐标的变化而变化，不随时间t变化，对液体的这种运动称为定常流动或恒定流动或稳定流动。
（2）、迹线、流线、流束和通流截面
①迹线：
迹线是流场中液体质点在一段时间内运动的轨迹线。
②流线：
流线是流场中液体质点在某一瞬间运动状态的一条空间曲线。
在该线上各点的液体质点的速度方向与曲线在该点的切线方向重合。
（a）流线（b）流束
③流管：
某一瞬时t在流场中画一封闭曲线，经过曲线的每一点作流线，由这些流线组成的表面称流管。
④流束：
充满在流管内的流线的总体，称为流束。
⑤通流截面：
垂直于流束的截面称为通流截面。
（3）、流量和平均流速
①流量：
单位时间内通过通流截面的液体的体积称为流量，用q表示，流量的常用单位为升/分，L/min。
对微小流束，通过dA上的流量为dq,其表达式为：
dq=udA
流过整个通流截面的流量为q=
当已知通流截面上的流速u的变化规律时，可以由上式求出实际流量。
②平均流速：
假设通流截面上流速均匀分布，用v来表示，得
q=
=vA
则平均流速为：
v=q/A
2.液体的流动状态
（1）流动状态——层流和紊流
层流：
在液体运动时，如果质点没有横向脉动，不引起液体质点混杂，而是层次分明，能够维持安定的流束状态，这种流动称为层流。
紊流：
如果液体流动时质点具有脉动速度，引起流层间质点相互错杂交换，这种流动称为紊流或湍流。
（2）雷诺数
液体流动时究竟是层流还是紊流，须用雷诺数来判别。
实验证明，液体在圆管中的流动状态不仅与管内的平均流速v有关，还和管径d、液体的运动粘度
有关。
但是，真正决定液流状态的，却是这三个参数所组成的一个称为雷诺数Re的无量纲数：
Re=vd/
任务1.4.2液体动力学计算
1.连续性方程
质量守恒是自然界的客观规律，不可压缩液体的流动过程也遵守能量守恒定律。
在流体力学中这个规律用称为连续性方程的数学形式来表达的。
其中不可压缩流体作定常流动的连续性方程为：
v1A1=v2A2
由于通流截面是任意取的，则有：
q=v1A1=v2A2=v3A3=……=vnAn=C（常数）
式中：
v1，v2分别是流管通流截面A1及A2上的平均流速。
上式表明通过流管内任一通流截面上的流量相等，当流量一定时，任一通流截面上的通流面积与流速成反比。
则有任一通流断面上的平均流速为：
vi=q/Ai
2.伯努利方程
（1）理想液体的伯努利方程
由理论推导可得到理想液体的伯努利方程：
由于流束的A1、A2截面是任取的，因此伯努利方程表明，在同一流束各截面上参数
、
及
之和是常数，即：
（c为常数）
伯努利方程的物理意义为：
在密封管道内作定常流动的理想液体在任意一个通流断面上具有三种形成的能量，即压力能、势能和动能。
三种能量的总合是一个恒定的常量，而且三种能量之间是可以相互转换的，即在不同的通流断面上，同一种能量的值会是不同的，但各断面上的总能量值都是相同的。
（2）实际液体的伯努利方程
由于液体存在着粘性，其粘性力在起作用，并表示为对液体流动的阻力，实际液体的流动要克服这些阻力，表示为机械能的消耗和损失，因此，当液体流动时，液流的总能量或总比能在不断地减少。
所以，实际液体的伯努力方程为
3.动量方程
动量方程是动量定理在流体力学中的具体应用。
流动液体的动量方程是流体力学的基本方程之一，它是研究液体运动时作用在液体上的外力与其动量的变化之间的关系。
在液压传动中，计算液流作用在固体壁面上的力时，应用动量方程去解决就比较方便。
三、课后小结
本次课内容较多，讲解了液体动力学相关概念和计算，如连续性方程、伯努利方程和动量方程的意义和计算，要求对相关的概念有清晰的认识，为以后的课程打下相关参数计算的基础。
咸阳职业技术学院课时授课计划
课题
模块1.5管道内压力损失的计算
模块1.6液压冲击及空穴现象
授课班级
计划课时
授课时间
教
学
目
的
与
要
求
1.掌握液体流动时压力损失有哪几类；
2.掌握液压冲击和空穴现象产生原因、带来危害及常用措施；
能力培
养目标
要求学生掌握液体流动时的压力损失，掌握液压冲击及空穴现象。
重点难点
液压冲击和空穴现象产生原因、带来危害及常用措施。
教学方法
讲授法、演示法、课堂提问法
课堂提问
液体流动时压力损失有几类？
各受哪些因素控制？
作业及
思考题
参考书
及教具
教师：
教研室审批：
年月日
一、复习回顾
二、新课导入
模块1.5管道内压力损失的计算
1.液体流动时的压力损失
（1）沿程压力损失
1）层流时的沿程压力损失
2）紊流时的沿程压力损失
计算公式：
（2）局部压力损失
局部压力损失可按下式计算：
2.管路系统的总压力损失
管路系统的总压力损失等于所有沿程压力损失和所有局部压力损失之和，即
应用上式计算系统压力损失，要求两个相邻局部阻力区间的距离（直管长度）应大于10～20倍直管内径。
从压力损失计算公式可知，减少流速、缩短管路长度、减少管路截面的突变，提高管壁加工质量，适当增加管道内径，合理选用阀类元件等都可以使压力损失减少。
模块1.6液压冲击及空穴现象
1.液压冲击
在液压系统工作过程中，管路中流动的液体往往会因执行部件换向或阀门关闭而突然停止运动。
由于液流和运动部件的惯性，在系统内会产生很大的瞬时压力峰值，这种现象叫做液压冲击。
液压冲击会引起振动和噪声，其压力峰值可超过工作压力的几倍，有时使某些液压元件，如压力继电器、顺序阀等产生误动作而影响系统正常工作，甚至可能使某些液压元件、密封装置和管路损坏。
减少液压冲击的方法：
①延长阀门关闭和运动部件换向制动的时间；
②限制管道内液体的流速及运动部件的速度；
③适当增大管径或采用橡胶软管，尽量缩短管道长度；
④在系统中设置蓄能器和安全阀，在液压元件中设置缓冲装置。
2.空穴现象
在液压系统中，泵的吸油口及吸油管路中的压力低于大气压力容易产生空穴现象。
空穴现象产生的气泡，随着油液运动到高压区时，气泡在高压油作用下迅速破裂，并凝结成液体，使体积突然减小而形成真空，周围高压油高速流过来补充。
这一过程会产生强烈的噪声和振动。
在气泡凝结区域的管壁及其他液压元件表面，因长期受冲击压力和高温作用，以及从油液中游离出来的空气中的氧气的酸化作用，使零件表面受到腐蚀，这种因空穴现象而产生的零件腐蚀，称为气蚀。
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