第2章 液压流体力学基础12.6 2.6 液压冲击和气穴现象液压冲击和气穴现象2.6.2 2.6.2 气穴现象气穴现象1. 气穴现象的机理及危害气穴现象的机理及危害 气穴现象又称为空穴现象。在液压系统中，如果某点处的压力低于液压油液所在温度下的在液压系统中，如果某点处的压力低于液压油液所在温度下的空气分离压时，原先溶解在液体中的空气就会分离出来，使液体中迅速出现大量气泡，这种现空气分离压时，原先溶解在液体中的空气就会分离出来，使液体中迅速出现大量气泡，这种现象叫做气穴现象。象叫做气穴现象。 当压力进一步减小、而低于液体的饱和蒸汽压时，液体将迅速汽化，产生大量蒸汽气泡，使气穴现象更加严重。 气穴现象多发生在阀口和液压泵的吸油口。在阀口处，一般由于通流截面较小而使流速 很高，根据伯努利方程，该处的压力会很低，以致产生气穴。在液压泵的吸油过程中，吸油口的绝对压力会低于大气压，如果液压泵的安装高度太大，再加上吸油口处过滤器和管道阻力、油液粘度等因素的影响，泵入口处的真空度会很大，亦会产生气穴。 当液压系统出现气穴现象时，大量的气泡使液流的流动特性变坏，造成流量和压力的不稳定，当带有气泡的液流进入高压区时，周围的高压会使气泡迅速崩溃，使局部产生非常高的温度和冲击压力，引起振动和噪声。当附着在金属表面上的气泡破灭时，局部产生的高温和高压会使金属表面疲劳，时间一长会造成金属表面的侵蚀、剥落，甚至出现海绵状的小洞穴。这种由于气穴造成的对金属表面的腐蚀作用称为气蚀。气蚀会缩短元件的使用寿命，严重时会造成故障。第2章 液压流体力学基础22.6 2.6 液压冲击和气穴现象液压冲击和气穴现象2.2.减少气穴现象的措施减少气穴现象的措施 为减少气穴现象和气蚀的危害，一般采取如下一些措施： （1 1）减小阀孔或其它元件通道前后的压力降，一般使压力比p1p23.5。 （2 2）尽量降低液压泵的吸油高度，采用内径较大的吸油管并少用弯头，吸油管端的过滤器容量要大，以减小管道阻力，必要时对大流量泵采用辅助泵供油。 （3 3）各元件的联接处要密封可靠、防止空气进入。 （4 4）对容易产生气蚀的元件，如泵的配油盘等，要采用抗腐蚀能力强的金属材料，增强元件的机械强度。 第2章 液压流体力学基础32.4 2.4 管道中液流的特性管道中液流的特性 实验结果证明，液体在圆管中的流动状态不仅与管内的平均流速v有关，还和管道内径d、液体的运动粘度有关。而决定流动状态的，是这三个参数所组成的一个称为雷诺数的无纲量数，即 (2-28)(2-28) 式（2-28）中的雷诺数Re的物理意义为：惯性力与粘性力之比。 这就是说，如果液流的雷诺数相同它的流动状态亦相同。液流由层流转变为紊流时的雷诺数和由紊流转变为层流时的雷诺数是不相同的，后者的数值小，所以一般都用后者作为判别液流状态的依据，称为临界雷诺数，记为Recr 。当液流的实际雷诺数Re小于临界雷诺数Recr时，为层流；反之，为紊流。常见液流管道的临界雷诺数由实验求得，如表2-5所示：第2章 液压流体力学基础42.5 2.5 孔口及缝隙的压力流量特性孔口及缝隙的压力流量特性 本节主要介绍液流经过小孔及缝隙的流量公式。在研究节流调速及分析计算液压元件的泄漏时它们是重要的理论基础。2.5.1 2.5.1 薄壁小孔薄壁小孔 当小孔的通流长度 与孔径 之比l/d 0.5时，称为薄壁小孔。如图2-21所示。一般薄壁小孔的孔口边缘都做成刃口形式。图2-21 通过薄壁小孔的液流 当液流经过管道由小孔流出时，由于液体的惯性作用，使通过小孔后的液流形成一个收缩断面C-C，然后再扩散，这一收缩和扩散过程产生很大的能量损失。当孔前通道直径与小孔直径之比小 时，液流的收缩作用不受孔前通道内壁的影响，这时的收缩称为完全收缩完全收缩；当 时，孔前通道对液流进入小孔起导向作用，这时的收缩称为不完全不完全收缩收缩。第2章 液压流体力学基础52.5 2.5 孔口及缝隙的压力流量特性孔口及缝隙的压力流量特性现对孔前，孔后通道断面1-1和2-2列伯努利方程，并设动能修正系数=，则有 （2-40）式中h为液流流径小孔的局部能量损失，它包括两部分：液流经截面突然缩小时的h1和突然扩大时的h2。 ，经查手册， 。因为 ，所以 。又因为A1=A2时，v1=v2，将这些关系代入伯努利方程，得出 （2-41）上式 称为速度系数，反映了局部阻力对速度的影响。经过薄壁小孔的流量为： （2-42） 式中：A0小孔截面积； c截面收缩系数， ； Cd流量系数，Cd=CvCc 。第2章 液压流体力学基础62.5 2.5 孔口及缝隙的压力流量特性孔口及缝隙的压力流量特性 流量系数Cd的大小一般由实验确定，在液流完全收缩的情况下，Re105时，Cd可由下式计算 (2-43)当105时，Cd可以认为是不变的常数，计算时按Cd=0.600.61选取。液流不完全收缩时，Cd可按表2-7来选择。这时由于管壁对液流进入小孔起导向作用，Cd可增至0.7-0.8。表2-7 不完全收缩时流量系数Cd的值0.10.10.20.20.30.30.40.40.50.50.60.60.70.7C Cd d0.6020.6020.6150.6150.6340.6340.6610.6610.6960.6960.7420.7420.8040.804 薄壁小孔因其沿程阻力损失非常小，通过小孔的流量对油温的变化不敏感，因此薄壁小孔多被用作调节流量的节流器使用。第2章 液压流体力学基础72.5 2.5 孔口及缝隙的压力流量特性孔口及缝隙的压力流量特性2.5.3 2.5.3 平板缝隙平板缝隙 当两平行平板缝隙间充满液体时，如果液体受到压差p=p1- p2的作用，液体会产生流动。如果没有压差p的作用，而两平行平板之间有相对运动，即一平板固定，另一平板以速度u0 运动时，由于液体存在粘性，液体亦会被带着移动，这就是剪切作用所引起的流动。液体通过平行平板缝隙时的最一般的流动情况，是既受压差p的作用,又受平行平板相对运动的作用，其计算图如图2-27所示。图2-27 平行平板缝隙间的液流图中h为缝隙高度，b和l为缝隙宽度和长度，一般bh，lh。第2章 液压流体力学基础82.5 2.5 孔口及缝隙的压力流量特性孔口及缝隙的压力流量特性 在液流中取一个微元体dx、dy（宽度方向取单位长），其左右两端面所受的压力为p和p+的dp，上下两面所受的切应力为+d和，则微元体的受力平衡方程为 整理后得 由于 ，上式可变为 将上式对积分两次得 上式c1、c2为积分常数。第2章 液压流体力学基础92.5 2.5 孔口及缝隙的压力流量特性孔口及缝隙的压力流量特性 一般情况下，当平行平板间的相对运动速度为u0时，则在y=0处，u=0，=h处，u=u0；此外，液流作层流运动时p只是x的线性函数，即 ,将这些关系式代入上式并整理后得 (2-48)由此得通过平行平板缝隙的流量为 (2-49)（2-49）式是所有缝隙流的通用公式，下面分别有两种特殊情况： (1) 当平行平板间没有相对运动u0时，通过的液流纯由压差引起，称为压差流动，其流量为 (2-50) (2) 当平行平板两端不存在压差时，通过的液流纯由平板运动引起，称为剪切流动，其流量值为 (2-51) 从式（2-49）、式（2-50）可以看到，在压差作用下，流过固定平行平板缝隙的流量与缝隙值的三次方成正比，这说明液压元件内缝隙的大小对其泄漏量的影响是非常大的。第3章 液 压 泵103.4 3.4 齿轮泵齿轮泵3.4.3.4.1 1 外啮合齿轮泵外啮合齿轮泵 齿轮泵是利用齿轮啮合原理工作的，根据啮合形式不同分为外啮合齿轮泵和内啮合齿轮泵两种。1. 结构结构图3-17 a 齿轮泵结构及外形图第3章 液 压 泵113.4 3.4 齿轮泵齿轮泵图3-18 齿轮泵工作原理图外啮合齿轮泵(图3-17)由一对几何参数完全相同的齿轮6、长短轴12、15、泵体7、前后盖板8、4等主要零件组成，图3-18为工作原理图。如图所示，两啮合的轮齿将泵体、前后盖板和齿轮包围的密闭容积分成两部分，当原动机通过长轴(传动轴)带动主动齿轮、从动齿轮如图示方向旋转时，因啮合点C的啮合半径Rc小于齿顶圆半径Re，轮齿进入啮合的一侧密闭容积减小，经压油口排油，退出啮合的一侧密闭容积增大，经吸油口吸油。吸油腔所吸入的油液随着齿轮的旋转被齿穴空间转移到压油腔，齿轮连续旋转，泵连续不断吸油和压油。2. 工作原理工作原理第3章 液 压 泵123.4 3.4 齿轮泵齿轮泵(1)(1)因油现象与卸荷措施因油现象与卸荷措施4. 外啮合齿轮泵在结构上存在的几个问题外啮合齿轮泵在结构上存在的几个问题最大最大最小最小最大最大现象及危害：现象及危害：吸油侧压力低，无油可吸，油液产生气泡，形吸油侧压力低，无油可吸，油液产生气泡，形成气穴现象；在压油侧压力高，油液无处可排，成气穴现象；在压油侧压力高，油液无处可排，压力急剧增大，油液发热，造成泄漏增加。这压力急剧增大，油液发热，造成泄漏增加。这些都将使泵产生振动和噪声。些都将使泵产生振动和噪声。为了保证齿轮传动的平稳性，齿轮泵的齿轮重迭为了保证齿轮传动的平稳性，齿轮泵的齿轮重迭系数系数必须大于必须大于1(一般一般=1.051.10)，即在前一对，即在前一对轮齿尚未脱开啮合之前，后一对轮已经进入啮合。轮齿尚未脱开啮合之前，后一对轮已经进入啮合。在两对轮齿同时啮合时，它们之间将形成一个与在两对轮齿同时啮合时，它们之间将形成一个与吸、压油腔均不相通的闭死容积。此闭死容积随吸、压油腔均不相通的闭死容积。此闭死容积随着齿轮的旋转，先由大变小，后由小变大。因闭着齿轮的旋转，先由大变小，后由小变大。因闭死容积形成之前与压油腔相通，因此容积由大变死容积形成之前与压油腔相通，因此容积由大变小时油液受挤压经缝隙溢出，不仅使压力增高，小时油液受挤压经缝隙溢出，不仅使压力增高，齿轮轴承受周期性的压力冲击，而且导致油液发齿轮轴承受周期性的压力冲击，而且导致油液发热。在容积由小变大时，又因无油液补充产生真热。在容积由小变大时，又因无油液补充产生真空，引起气蚀和噪声，这种因闭死容积大小发生空，引起气蚀和噪声，这种因闭死容积大小发生变化导致压力冲击和气蚀的现象称为困油现象。变化导致压力冲击和气蚀的现象称为困油现象。困油现象将严重影响泵的使用寿命，因此必须予困油现象将严重影响泵的使用寿命，因此必须予以消除。常用的方法是在泵的前、后盖板或浮动以消除。常用的方法是在泵的前、后盖板或浮动轴套轴套(浮动侧板浮动侧板)上开卸荷槽。在开设卸荷糟后，上开卸荷槽。在开设卸荷糟后，容积由大变小时与压油腔相通，容积由小变大时容积由大变小时与压油腔相通，容积由小变大时与吸油腔相通。与吸油腔相通。第3章 液 压 泵13压压吸吸卸荷槽卸荷槽解决办法：解决办法： 开困油卸荷槽开困油卸荷槽，使封闭容腔减小时与压油腔想通；使封闭容腔减小时与压油腔想通；反之与吸油腔想通，消除困油现象。反之与吸油腔想通，消除困油现象。 第3章 液 压 泵14 内啮合齿轮泵有内啮合齿轮泵有渐开线齿形渐开线齿形和和摆线齿形摆线齿形两种，其结构示两种，其结构示意图见右图意图见右图 3.4 3.4 齿轮泵齿轮泵3.4.2 3.4.2 内啮合齿轮泵内啮合齿轮泵 渐开线齿形泵，小齿轮和内渐开线齿形泵，小齿轮和内齿轮之间要装一块隔板，以齿轮之间要装一块隔板，以便将吸油腔和排油腔隔开；便将吸油腔和排油腔隔开；摆线齿形泵，小齿轮和内齿摆线齿形泵，小齿轮和内齿轮只相差一个齿。内啮合齿轮只相差一个齿。内啮合齿轮泵中小齿轮是主动轮。轮泵中小齿轮是主动轮。第3章 液 压 泵153.3 3.3 叶片泵叶片泵叶片泵分为单作用叶片泵和双作用叶片泵两种，前者用作变量泵，后者为定量泵。叶片泵具有结构紧凑、运动平稳、噪声小、输油均匀、寿命长等优点，工作压力为621MPa，广泛应用于中低压液压系统中。1. 1. 工作原理工作原理图3-10 双作用叶片泵结构图3-10为双作用叶片泵的结构图，主要零件包括传动轴9、转子13、定子5、左、右配流盘2、6、叶片4和前、后泵体7、3等，由定子的内环、转子的外圆和左、右配流盘组成的密闭容积如图3-11所示被叶片分割为四部分。当传动轴带动转子旋转时，位于转子叶片槽内的叶片在离心力的作用下向外甩出，紧贴定子内表面随转子旋转。定子的内环由两段大半径圆弧(圆心角为1)，两段小半径圆弧(圆心角为2)和四段过渡曲线(范围角为)组成。3.3.1 3.3.1 双作用叶片泵双作用叶片泵 双作用叶片泵因转子旋转一周，叶片在转子叶片槽内滑动两次，完成两次吸油和两次压油而得名。实物图实物图第3章 液 压 泵163.3 3.3 叶片泵叶片泵3. 3. 限压式变量叶片泵的变量原理限压式变量叶片泵的变量原理 图3-15 限压式变量泵的结构图3-15为限压式变量叶片泵的结构图,图3-16为其简化原理图(见下页)。如图所示，在定子的左侧作用有一弹簧2(刚度为K，预压缩量为x0 )，右侧有一控制活塞1(作用面积为A)，控制活塞油室常通泵的出口压力油p。作用在控制活塞上的液压力FpA与弹簧力 相比较。当 时，定子处于右极限位置，偏心距最大，即e=emax,泵输出最大流量。若泵的出口压力p因工作负载增大，导致 时，定子将向偏心减小的方向移动，位移为x。定子的位移，一方面使泵的排量(流量)减小，另一方面使左侧的弹簧进一步受压缩，弹簧力增大为 。当液压力与弹簧力相等时，定子平衡在某一个偏心(=emax-x)下工作，泵输出一定的流量。泵的出口压力越高，定子的偏心越小，泵输出的流量越小。其压力流量特性曲线如图3-16b所示(见下页)。第3章 液 压 泵173.3 3.3 叶片泵叶片泵图3-16 限压式变量泵原理当当pAKx0时，时，e=emax, q=qmax; 当当pA=Kx0时，时， e=emax, q=qmax; 令令 pc=ppc称为称为限定压力限定压力泵在最大流量下所能泵在最大流量下所能达到的最高压力。达到的最高压力。 当当pAKx0时，时，e q ;当当p=pmax时，时，e=0, q=0此时的压力此时的压力pmax称为称为截止压力截止压力。 调节流量调节螺钉，可调节流量调节螺钉，可调节调节e emaxmax即即q qmaxmax，使，使ABAB线上下线上下平移；平移； K K一定，调节弹簧预压缩一定，调节弹簧预压缩量量x x0 0，使，使BCBC线左右平移；线左右平移； 弹弹簧簧预预压压缩缩量量x x0 0一一定定，改改变变K K，可可改改变变BCBC线线的的斜斜率率：KBCKBC变变平平坦坦。即即弹弹簧簧越越“软软”(K(K值值越越小小),BC),BC段段越越陡陡,p,pmaxmax值值越越小小；反反之之, ,弹弹簧簧越越“硬硬”(K(K值值越越大大),BC),BC段段越越平平坦坦,p,pmaxmax值亦越大。值亦越大。调节螺钉与特性曲线形状位置的关系q第5章 液压控制阀185.2 5.2 方向控制阀方向控制阀 表5-1 三位四通滑阀的中位机能 TTTT第5章 液压控制阀195.2 5.2 方向控制阀方向控制阀 表5-1 三位四通滑阀的中位机能(续） TTTTT第5章 液压控制阀205.3 5.3 压力控制阀压力控制阀5.3.1 5.3.1 溢流阀溢流阀 在液压系统中，用来控制液压油压力和利用液压油压力来控制其他液压元件动作的阀统称为压力控制阀。普通的压力控制阀包括溢流阀、减压阀、顺序阀和压力继电器。 溢流阀是通过对油液的溢流，使液压系统的压力维持恒定，从而实现系统的稳压、调压和限压。 溢流阀的主要用途有以下两点：溢流阀的主要用途有以下两点：1）调调压压和和稳稳压压。如如用用在在由由定定量量泵泵构构成成的的液液压压源源中中，用用以以调调节节泵泵的的出出口口压力，保持该压力恒定。压力，保持该压力恒定。2）限限压压。如如用用作作安安全全阀阀，当当系系统统正正常常工工作作时时，溢溢流流阀阀处处于于关关闭闭状状态态，仅在系统压力大于其调定压力时才开启溢流，对系统起过载保护作用。仅在系统压力大于其调定压力时才开启溢流，对系统起过载保护作用。 第5章 液压控制阀21 溢流阀的特征是：阀与负载相并联，溢流口接回油箱，采用进口压力负反馈， 不工作时阀口常闭。 根据结构不同，溢流阀可分为直动型和先导型两类。 直动型溢流阀图形符号直动型溢流阀图形符号先导型溢流阀图形符号先导型溢流阀图形符号5.2 5.2 方向控制阀方向控制阀第5章 液压控制阀225.3 5.3 压力控制阀压力控制阀如上所述，可以归纳以下几点：如上所述，可以归纳以下几点：（a）调节弹簧的预压缩量x0，可以改变阀口的开启压力pk，进而调节控制阀的进口压力p，即对应于一定弹簧预压缩量x0，阀的进口压力p基本为定值。此处弹簧称之为调压弹簧。（b）如图所示，弹簧腔的泄漏油经阀体上的泄油通道直接引到溢流阀的出口，然后回油箱。若回油路有背压，则背压力作用在阀芯的上端，导致溢流阀的进口压力随之增大。（c）直动型溢流阀因液压力直接与弹簧力相比较而得名,该阀结构简单，灵敏度高。但若阀的压力较高、流量较大，则要求调压弹簧具有很大的弹簧力，这不仅使调节性能变差，而且结构上也难以实现。所以滑阀式直动型溢流阀已很少采用，但其工作原理具有代表性，有利于初学者理解和掌握。第5章 液压控制阀235.3 5.3 压力控制阀压力控制阀(2)(2)先导型先导型 图5-11 三级同心溢流阀 先导型溢流阀常见的结构如图5-11所示，它们由先导阀和主阀两部分组成。 先导阀先导阀：为一锥阀，实际上是一个小流量的直动型溢流阀； 主阀：主阀：为锥阀，其中图5-11为三级同心结构。实物图实物图原理示意图原理示意图第5章 液压控制阀245.3 5.3 压力控制阀压力控制阀与直动型溢流阀相比，先导型溢流阀具有以下特点。与直动型溢流阀相比，先导型溢流阀具有以下特点。 （a）阀的进口控制压力是通过先导阀芯和主阀阀芯两次比较得来的，压力值主要由先导阀调压弹簧的预压缩量确定，流经先导阀的流量很小，溢流流量的大部分经主阀阀口流回油箱，主阀弹簧只在阀口关闭时起复位作用，弹簧力很小，有时又称其为弱弹簧。（b）因先导阀流量很小，一般仅占主阀额定流量的1%，约15L/min，因此先导阀阀座孔直径d很小，即使是高压阀，先导阀弹簧刚度也不大。（c）主阀芯的开启利用阀芯两端压力差，该压力差即液流流经阻尼孔的压力损失。由于流经阻尼孔的流量很小，为形成足够开启阀芯的压力差，阻尼孔一般为细长小孔，如图5-11所示的阻尼孔5的孔径0.81.2mm，孔长l812mm。因此阻尼孔不仅孔径小，而且长，因此工作时易堵塞，而一旦堵塞则导致主阀口常开无法调压。为此常将溢流阀阻尼孔改在阀体上，由两个孔径稍大，长度稍短的阻尼孔串联替代，这不仅使堵塞现象减少，而且阻尼螺塞易于更换调整。（d）先导阀前腔有一卸荷和远程调压口。在此控制口接电磁换向阀可共同组成电磁溢流阀，接远程调压阀则可以实现远控或多级调压。第5章 液压控制阀255.3 5.3 压力控制阀压力控制阀2.2.溢流阀功用溢流阀功用（1）过载保护）过载保护第5章 液压控制阀265.2 5.2 方向控制阀方向控制阀2. 2. 溢流阀功用溢流阀功用（2）溢流稳压）溢流稳压第5章 液压控制阀275.2 5.2 方向控制阀方向控制阀2. 溢流阀功用溢流阀功用（3）使泵卸荷）使泵卸荷第5章 液压控制阀285.2 5.2 方向控制阀方向控制阀2. 溢流阀功用溢流阀功用（4）远程调压）远程调压当先导式溢流阀当先导式溢流阀1遥控油口遥控油口K接接溢流阀溢流阀2，且阀，且阀1较紧，阀较紧，阀2较较松时，阀松时，阀2可在较松范围内任可在较松范围内任意调节阀意调节阀1阀前压力，实现远阀前压力，实现远程调压或多级调压。程调压或多级调压。12第5章 液压控制阀295.3 5.3 压力控制阀压力控制阀3.3.溢流阀的基本性能主要有：溢流阀的基本性能主要有： 静态性能静态性能（1 1）调压范围）调压范围（2 2）压力流量特性（启闭特性）压力流量特性（启闭特性） 指在规定的范围内调节时，阀的输出压力能平稳地升降，无压力突跳或迟滞现象。高压溢流阀为改善调节性能，一般通过更换四根自由高度、内径相同而刚度不同的弹簧实现0.68MPa；416MPa；820MPa；1632MPa四级调压。 在溢流阀调压弹簧的预压缩量调定之后，溢流阀的开启压力pk即已确定，阀口开启后溢流阀的进口压力随溢流量的增加而略为升高，流量为额定值时的压力ps最高，随着流量减少,阀的进口压力降低，阀口则反向趋于关闭，阀口关闭时的压力为pb。因摩擦力的方向不同，pkpb。溢流阀的进口压力随流量变化而波动的性能称为压力流量特性或启闭特性，如图5-13所示。压力流量特性的好坏用调压偏差（pspk）、（pspb）或开启压力比nk=pk/ps、闭合压力比nb=pb/ps评价。显然调压偏差小好，nk、nb大好，一般先导型溢流阀的nk=0.90.95。第5章 液压控制阀305.3 5.3 压力控制阀压力控制阀 图5-13 溢流阀的压力流量特性曲线psPb关闭压力关闭压力(pspk) 、 (pspb)称为称为调压偏差调压偏差，调压偏差越小，调压偏差越小越好；越好；nk = pk/ ps称为称为开启压力比开启压力比，nb = pb/ ps称为称为闭合压力比闭合压力比压力比越大越好；压力比越大越好；第5章 液压控制阀315.3 5.3 压力控制阀压力控制阀（3 3）压力损失和卸载压力）压力损失和卸载压力动态性能动态性能（1 1）压力超调量）压力超调量 当调压弹簧预压缩量等于零，流经阀的流量为额定值时，溢流阀的进出油口压力差称之为压力损失；溢流阀的远程控制口与油箱直通，阀处在卸荷状态，此时通过额定流量下的压力损失称为卸荷压力 。这两种工况，溢流阀进口压力因只需克服主阀复位弹簧力和阀口液动力，其值很小，一般小于0.5MPa。其中“压力损失”因主阀上腔油液流回油箱需要经过先导阀，液流阻力稍大，因此，压力损失略高于卸载压力。 当溢流阀在溢流量发生由零至额定流量的阶跃变化时，由于阀芯运动惯性、粘性摩擦以及油液压缩性的影响，阀的进口压力（即阀所控制的系统压力）将先迅速升高到某一峰值pmax然后逐渐衰减波动，最后稳定为额定（调定）压力pS。压力峰值与额定压力之差p称为压力超调量，一般限制超调量不得大于额定值的30%。图5-14为溢流阀由零压、零流量过渡为额定压力、额定流量的动态过程曲线。 第5章 液压控制阀325.3 5.3 压力控制阀压力控制阀 图5-14 溢流阀的动态过程曲线 pspmaxt t1为为响应时间，响应时间，该值越小，溢流该值越小，溢流阀的响应越快。阀的响应越快。t2为为过渡过程过渡过程时间，该值越小，时间，该值越小，溢流阀的动态过溢流阀的动态过渡过程时间越短。渡过程时间越短。第5章 液压控制阀335.3 5.3 压力控制阀压力控制阀5.3.2 5.3.2 减压阀减压阀性能：性能：减压阀是一种利用液流流过缝隙产生压力损失，使其出口压力低于进口压力的压力控制阀。类型：类型：按调节要求不同有：（1）用于保证出口压力为定值的定值减压阀；（2）用于保证进出口压力差不变的定差减压阀；用于保证进出口压力成比例的定比减压阀。其中定值减压阀应用最广，又简称为减压阀。这里只介绍定值减压阀。 减压阀也有直动式和先导式两种不同结构型式。先导阀与溢流阀的先导阀相似，但弹簧腔的泄漏油单独引回油箱。而主阀部分与溢流阀不同的是：阀口常开，在安装位置，主阀芯在弹簧力作用下位于最下端，阀的开口最大，不起减压作用；引到先导阀前腔的是阀的出口压力油，保证出口压力为定值。 图形符号（直动式）图形符号（直动式）图形符号（先导式）图形符号（先导式）第5章 液压控制阀345.3 5.3 压力控制阀压力控制阀2.2.减压阀功用减压阀功用3.3.减压阀特点减压阀特点 减压阀用在液压系统中获得压力低于系统压力的二次油路，如夹紧油路、润滑油路和控制油路。必须说明的是，减压阀的出口压力还与出口的负载有关，若因负载建立的压力低于调定压力，则出口压力由负载决定，此时减压阀不起减压作用。 比较减压阀与溢流阀的工作原理和结构，可以将二者的差别归纳为以下三点：（l）减压阀为出口压力控制，保证出口压力为定值；溢流阀为进口压力控制，保证进口压力恒定。（2）减压阀阀口常开，进出油口相通；溢流阀阀口常闭，进出油口不通。（3）减压阀出口压力油去工作，压力不等于零，先导阀弹簧腔的泄漏油需单独引回油箱；溢流阀的出口直接接回油箱，因此先导阀弹簧腔的泄漏油经阀体内流道内泄至出口。 与溢流阀相同的是，减压阀亦可以在先导阀的远程调压口接远程调压阀实现远控或多级调压。第5章 液压控制阀355.1 5.1 液压控制阀液压控制阀2.2.根据用途不同分类根据用途不同分类3.3.根据控制方式不同分类根据控制方式不同分类 （1）压力控制阀）压力控制阀：用来控制或调节液压系统液流压力的阀类，如溢流阀、减压阀、顺序阀等。（2）流量控制阀）流量控制阀：用来控制或调节液压系统液流流量的阀类，如节流阀、调速阀、二通比例流量 阀、溢流节流阀，三通比例流量阀等。（3）方向控制阀）方向控制阀：用来控制和改变液压系统中液流方向的阀类，如单向阀、液控单向阀、换向阀 等。（1）定值或开关控制阀）定值或开关控制阀：包括普通控制阀、插装阀、叠加阀。（2）电液比例控制阀）电液比例控制阀：包括普通比例阀和带内反馈的电液比例阀。（3）伺服控制阀）伺服控制阀：包括机液伺服阀和电液伺服阀。（4）数字控制阀）数字控制阀。第2章 液压流体力学基础362.1 2.1 液压油的性质液压油的性质 液压油的体积弹性模量为： ，数值很大，故对于一般液压系统，可认为油液是不可压缩的。但是，若液压油中混入空气时，其可压缩性将显著增加，并将严重影响液压系统的工作性能，故在液压系统中尽量减少油液中的空气含量。3. 3. 粘性粘性 流体在外力作用下流动时，液体分子间内聚力会阻碍分子相对运动，即分子之流体在外力作用下流动时，液体分子间内聚力会阻碍分子相对运动，即分子之间产生摩擦力，这一特性称为液体的粘性。粘性是液体的重要物理特性，也是选择液压用油的间产生摩擦力，这一特性称为液体的粘性。粘性是液体的重要物理特性，也是选择液压用油的依据。依据。粘性示意图见图2-1。其中： 比例系数，动力粘度，黏性系数。为切应力。Ff为相邻液层的内摩擦力。图2-1 粘性示意图牛顿液体内摩擦定律A为液层间的接触面积，du/dy为液层间的速度梯度。第2章 液压流体力学基础372.1 2.1 液压油的性质液压油的性质液体的粘性表示方法液体的粘性表示方法:液体粘性的大小用粘度来表示。常用的粘度有三种，即 动力粘度、运动动力粘度、运动粘度和相对粘度。粘度和相对粘度。(1). (1). (1). (1). 动力粘度动力粘度动力粘度动力粘度 ：它是表征液体粘度的内摩擦系数，单位是：(PaS)（帕秒）或用(N s/m2)（牛秒米2）表示。(2). (2). 运动粘度运动粘度运动粘度运动粘度 ：运动粘度没有明确的物理意义。因为在其单位中只有长度和时间的量纲，所以称为运动粘度。就物理意义来说，并不是一个粘度的量，但工程中常用它来标志液体的粘度。例如，液压油的牌号，就是这种油液在时的运动粘度（mm2/s）的平均值。如：L-AN32液压油就是指这种液压油在时的运动粘度的平均值为32(mm2/s)。 动力粘度和该液体密度之比值。即： （2-4） 它是工程实际中经常用到的物理量。其单位：2/s，（米2/秒）。 又称为厘斯（cSt)第2章 液压流体力学基础382.1 2.1 液压油的性质液压油的性质图2-2 恩氏粘度计 (3). (3). 相对粘度相对粘度相对粘度相对粘度：相对粘度又称条件粘度。它是采用特定的粘度计在规定的条件下测出来的液体粘度。根据测量条件的不同，各国采用的相对粘度的单位也不同。 我国、德国及前苏联等国采用恩氏粘度（0），美国采用国际赛氏秒（SSU），英国采用雷氏粘度（），等等。相对粘度的测量方法可由恩氏粘度计测出，见图2-2。第2章 液压流体力学基础39 2.1 2.1 液压油的性质液压油的性质恩氏粘度用符号0Et表示: （2-52-5） 恩氏粘度和运动粘度的换算关系式为：恩氏粘度和运动粘度的换算关系式为： (m2/s) （2-62-6） (4). (4). 调合油的粘度：调合油的粘度：调合油的粘度：调合油的粘度： 选择合适粘度的液压油，对液压系统的工作性能有着十分重要的作用。有时现有的油液粘度不能满足要求，可把两种不同粘度的油液混合起来使用，称为调合油。调合油的粘度与两种油所占的比例有关，一般可用下面经验公式计算： （2-72-7） 式中：0E1、0E2混合前两种油液的粘度，取0E10E2； 0E 混合后的调合油粘度；a、b-参与调合的两种油液各占的百分数（a=100)；c实验系数，见表见表2-。第2章 液压流体力学基础402.1 2.1 液压油的性质液压油的性质表2-1 系数的数值a%a%101020203030404050506060707080809090b%b%909080807070606050504040303020201010c c6.76.713.113.117.917.922.122.125.525.527.927.928.228.225251717(5). (5). 粘度和温度的关系粘度和温度的关系粘度和温度的关系粘度和温度的关系 温度对油液粘度影响很大，当油液温度升高时，其粘度显著下降。油液粘度的变化直接影响液压系统的性能和泄漏量，因此希望粘度随温度的变化越小越好。不同的油液有不同的粘度温度变化关系，这种关系叫做油液的粘温特性。 对于粘度不超过150E的液压油，当温度在30150范围内，可用下述近似公式计算温度为t时的运动粘度 （2-82-8）式中：vt 、v50 分别表示温度为t 或50 时油液的运动粘度（10-62s）； n与油液粘度有关的特性指数，见下页的表2-2。第2章 液压流体力学基础412.1 2.1 液压油的性质液压油的性质(6). (6). 粘度与压力的关系粘度与压力的关系粘度与压力的关系粘度与压力的关系 压力对油液的粘度也有一定的影响。压力愈高，分子间的距离愈小，因此粘度变大。不同的油液有不同的粘度压力变化关系。这种关系叫油液的粘压特性。 在实际应用中，当液压系统中使用的矿物油压力在500106 Pa的范围内时，可按下式计算油的粘度： （2-92-9） 在液压系统中，若系统的压力不高，压力对粘度的影响较小，一般可忽略不计。当压力较在液压系统中，若系统的压力不高，压力对粘度的影响较小，一般可忽略不计。当压力较高或压力变化较大时，则压力对粘度的影响必须考虑。高或压力变化较大时，则压力对粘度的影响必须考虑。4. 其它特性其它特性 液压油还有其它一些物理化学性质，如抗燃性、抗氧化性、抗凝性、抗泡沫性、抗乳化性、防锈性、润滑性、导热性、稳定性以及相容性（主要指对密封材料、软管等不侵蚀、不溶胀的性质）等，这些性质对液压系统的工作性能有重要影响。对于不同品种的液压油，这些性质的指标是不同的，具体应用时可查油类产品手册。第7章 液压基本回路42（二）容积调速回路（二）容积调速回路 通过改变通过改变变量泵变量泵的输出流量或改变的输出流量或改变变量马达变量马达的的排量来实现执行元件的速度调节。排量来实现执行元件的速度调节。1、变量泵定量执行元件变量泵定量执行元件组成的容积调速回路组成的容积调速回路安安全全阀阀开式回路开式回路闭式回路闭式回路P1P2开式回路液压泵从油箱吸油，液压执行元件的回油直接回油箱，这种回路结构简单，油液在 油箱中能得到充分冷却，但油箱体积较大，空气和脏物易进入回路。闭式回路中执行元件的回油直接与泵的吸油腔相连，这种回路结构紧凑，只需很小的补油箱，空气与脏物不易进入回路，但油液的冷却条件差，需附设辅助泵补油、冷却和换油。补油泵的流量一般为主泵流量的10%15%，压力通常为0.31.0MPa左右。 溢流阀起安全作用，防止系统过载。溢流阀调节补油泵的补油压力。第7章 液压基本回路43速度特性分析：速度特性分析：液压缸：液压缸：液压马达：液压马达：改变改变Vp，即可改变缸的运动速，即可改变缸的运动速度度v .改变改变Vp，即可改变，即可改变nM .qPVMnM安安全全阀阀qPvA第7章 液压基本回路442、定量泵变量马达定量泵变量马达组成的容积调速回路组成的容积调速回路qPnMVMTMp1p2液压马达：液压马达：改变改变VM，即可改变，即可改变nM .第7章 液压基本回路453、变量泵变量马达变量泵变量马达组成的容积调速回路组成的容积调速回路属上述二者的组合，可满足属上述二者的组合，可满足低速时有大转矩，高速时有低速时有大转矩，高速时有大功率。大功率。qPnMVMTMp1p2第7章 液压基本回路464、容积调速回路特点容积调速回路特点 无节流损失和溢流损失，回路效率高，系统发热小。无节流损失和溢流损失，回路效率高，系统发热小。速度稳定性好，但随着负载增加，容积效率降低，导速度稳定性好，但随着负载增加，容积效率降低，导致低速时速度稳定性比采用调速阀的节流调速回路差。致低速时速度稳定性比采用调速阀的节流调速回路差。泵和马达结构复杂，成本高。泵和马达结构复杂，成本高。 适用于高速、大功率调速系统。适用于高速、大功率调速系统。第7章 液压基本回路47（三）容积节流调速回路（三）容积节流调速回路（联合调速回路联合调速回路） 既满足既满足高效率高效率，又满足，又满足低速稳定性低速稳定性要求。要求。组成：组成：变量泵供油节流调速（变量泵供油节流调速（节流阀节流阀或或调速阀调速阀）。）。类型：类型：1 1、限压式变量泵、限压式变量泵调速阀调速阀2 2、差压式变量泵、差压式变量泵节流阀节流阀特点：特点：无溢流损失，但存在节流损失，速度稳定性比无溢流损失，但存在节流损失，速度稳定性比 容积调速好。容积调速好。第3章 液 压 泵483.1 3.1 液液 压压 泵泵3.1.5 3.1.5 液压泵的图形符号液压泵的图形符号液压泵的图形符号如图3-4所示。图3-4 液压泵的图形符号第4章 液压马达与液压缸493. 马达的图形符号马达的图形符号第5章 液压控制阀502.液控单向阀液控单向阀5.2 5.2 方向控制阀方向控制阀(3)液控单向阀符号液控单向阀符号第5章 液压控制阀51图形符号图形符号 位位+通通+操纵方式操纵方式+复（定）位方式复（定）位方式5.2 5.2 方向控制阀方向控制阀2. 滑阀式换向阀图形符号滑阀式换向阀图形符号第5章 液压控制阀52 溢流阀的特征是：阀与负载相并联，溢流口接回油箱，采用进口压力负反馈， 不工作时阀口常闭。 根据结构不同，溢流阀可分为直动型和先导型两类。 直动型溢流阀图形符号直动型溢流阀图形符号先导型溢流阀图形符号先导型溢流阀图形符号5.2 5.2 方向控制阀方向控制阀第5章 液压控制阀535.3 5.3 压力控制阀压力控制阀5.3.2 5.3.2 减压阀减压阀性能：性能：减压阀是一种利用液流流过缝隙产生压力损失，使其出口压力低于进口压力的压力控制阀。类型：类型：按调节要求不同有：（1）用于保证出口压力为定值的定值减压阀；（2）用于保证进出口压力差不变的定差减压阀；用于保证进出口压力成比例的定比减压阀。其中定值减压阀应用最广，又简称为减压阀。这里只介绍定值减压阀。 减压阀也有直动式和先导式两种不同结构型式。先导阀与溢流阀的先导阀相似，但弹簧腔的泄漏油单独引回油箱。而主阀部分与溢流阀不同的是：阀口常开，在安装位置，主阀芯在弹簧力作用下位于最下端，阀的开口最大，不起减压作用；引到先导阀前腔的是阀的出口压力油，保证出口压力为定值。 图形符号（直动式）图形符号（直动式）图形符号（先导式）图形符号（先导式）第5章 液压控制阀545.3 5.3 压力控制阀压力控制阀5.3.3 5.3.3 顺序阀顺序阀1.1.顺序阀功能顺序阀功能2.2.顺序阀结构顺序阀结构 顺序阀是一种利用压力控制阀口通断的压力阀，因用于控制多个执行元件的动作顺序而得名。 除用来实现顺序动作的内控外泄形式（图5-17）外，还可以通过改变上盖或底盖的装配位置 得到内控内泄、外控外泄、外控内泄等三种类型。它们的图形符号如图5-18所示： 图5-18 顺序阀的四种控制形式第5章 液压控制阀555.3 5.3 压力控制阀压力控制阀5.3.4 5.3.4 压力继电器压力继电器1.1.功能功能 2.2.结构特点结构特点 压力继电器是一种将液压系统的压力信号转换为电信号输出的元件。其作用是，根据液压系统压力的变化，通过压力继电器内的微动开关，自动接通或断开电气线路，实现执行元件的顺序控制或安全保护。 压力继电器按结构特点可分为柱塞式、弹簧管式和膜片式等。 图形符号图形符号3. 图形符号图形符号汽车液压与气压传动课程精品课件精品课件！汽车液压与气压传动课程精品课件精品课件！第6章液压辅件58充气式蓄能器压力表过滤器冷却器加热器