第3章 液压系统的能量和功率
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一、判断题1.液压马达的实际输入流量大于理论流量()2.不考虑泄漏的情况下,根据液压泵的几何尺寸计算而得到的流量称为理论流量()3.液压泵自吸能力的实质是由于泵的吸油腔形成局部真空,油箱中的油在大气压作用下流入油腔()4.为了提高泵的自吸能力,应使泵的吸油口的真空度尽可能大()5.双作用叶片泵可以做成变量泵()6.齿轮泵的吸油口制造比压油口大,是为了减小径向不平衡力()7.柱塞泵的柱塞为奇数时,其流量脉动率比偶数时要小()8.限压式变量泵主要依靠泵出口压力变化来改变泵的流量()9.齿轮泵、叶片泵和柱塞泵相比较,柱塞泵最高压力最大,齿轮泵容积效率最低,双作用叶片泵噪音最小()10.从能量转换的观点来看,液压马达与液压泵是可逆工作的液压元件,所以在实际应用中,同类型的液压泵都可以直接作液压马达用。
11.用职能符号绘制的液压系统图表明组成系统的元件、元件间的相互关系、整个系统的工作原理及实际安装位置及布管。
12.根据实验结果而推荐的可连续使用的最高压力为泵的额定输出压力。
13.在系统中,液压泵的实际工作压力是泵的额定压力。
14.对同一定量泵,如果输出压力小于额定压力且不为零,转速不变,则实际流量小于额定流量。
15.额定压力14MPa的液压泵,其工作压力为14MPa。
16.液压泵按供油流量能否改变可分为定量泵和变量泵。
流量可改变的液压泵称为变量泵。
17.定量泵是指输出流量不随泵的输出压力改变的泵。
18.液压泵的实际输出流量小于其理论流量,输入液压马达的实际流量大于其理论输入流量。
19.齿轮泵多用于高压系统,柱塞泵多用于中压系统,叶片泵多用于低压系统。
液压泵产生困油现象的充分必要条件是:存在闭死容积,而且闭死容积大小发生变化。
20.当液压泵的进、出口压力差为零时,泵输出的流量即为理论流量。
21.在齿轮分度圆半径一定时,增大模数m,减少齿数Z可以增大泵的排量。
22.双作用叶片泵两个吸油窗口、两个压油窗口对称布置,因此作用在转子和定子上的径向液压力平衡,轴承承受径向力小、寿命长。
第3章 思考题与习题参考答案1.液压泵的工作压力取决于什么?液压泵的工作压力和额定压力有什么区别? 答:液压泵的工作压力取决于负载,负载越大,工作压力越大。
液压泵的工作压力是指在实际工作时输出油液的压力值,即液压泵出油口处的压力值,也称为系统压力。
额定压力是指在保证泵的容积效率、使用寿命和额定转速的前提下,泵连续运转时允许使用的压力限定值。
2.如何计算液压泵的输出功率和输入功率?液压泵在工作过程中会产生哪两方面的能量损失?产生这些损失的原因是什么?答:液压泵的理论输入功率为P T nT i ==ωπ2,输出功率为0PF pA pq υυ===。
功率损失分为容积损失和机械损失。
容积损失是因内泄漏、气穴和油液在高压下的压缩而造成的流量上的损失;机械损失是指因摩擦而造成的转矩上的损失。
3.齿轮泵为什么有较大的流量脉动?流量脉动大会产生什么危害?答:由于齿轮啮合过程中压油腔的容积变化率是不均匀的,因此齿轮泵的瞬时流量是脉动的。
流量脉动引起压力脉动,随之产生振动与噪声。
4.为什么齿轮泵的吸油口和出油口的位置不能任意调换?答:由于齿轮泵存在径向液压力不平衡的问题,为减小液压力的不平衡,通中出油口的直径小于吸油口的直径,因此吸油口和出油口的位置不能任意调换。
5.试说明齿轮泵的困油现象及解决办法。
答:齿轮泵要正常工作,齿轮的啮合系数必须大于1,于是总有两对齿轮同时啮合,并有一部分油液因困在两对轮齿形成的封闭油腔之内。
当封闭容积减小时,被困油液受挤压而产生高压,并从缝隙中流出,导致油液发热并使轴承等机件受到附加的不平衡负载作用;当封闭容积增大时,又会造成局部真空,使溶于油液中的气体分离出来,产生气穴,这就是齿轮泵的困油现象。
消除困油的办法,通常是在两端盖板上开卸荷槽。
6.齿轮泵压力的提高主要受哪些因素的影响?可以采取哪些措施来提高齿轮泵的工作压力?答:齿轮泵压力的提高主要受压力油的泄漏的影响。
通常采用的方法是自动补偿端面间隙,其装置有浮动轴套式和弹性侧板式齿轮泵。
第三章液压系统的能量和功率(Energy and Power in Hydraulic Systems)3.1概述(INTRODUCTION)在液压系统中,油液在大气压下进入油泵,这个压力称为吸油压力。
当油液通过油泵时,油液压力的增加使其势能显著增加。
当油液流过管道、阀和管接头时,因摩擦作用引起这些能量损失。
摩擦能量的损失表现为热能。
在输出装臵(液压执行元件)上剩余的能量传递给负载完成有用的工作。
这实质上是能量传递在液压系统中的循环。
油泵将能量加入系统并传递到系统执行元件用来驱动外负载。
一个液压系统本身是没有能源的。
这个能源是驱动油泵的原动机(如电机或一种内燃机)。
事实上,一个液压系统仅仅是一个能量传递系统。
为什么不取消液压传动而直接将原动机与机械设备连接起来?回答是在传递功率方面液压系统优点非常强。
这些优点包括调速方便、变向容易、易于过载保护、功率-单位重量比高以及发生故障的情况下危险性小。
能量守恒定律表明能量既不产生也不消失。
这就意味着系统中任何部位能量的总和保持恒定。
能量总和包含因高度和压力而表现出的势能与因速度而表现出的动能。
如果所有的能量改变了,那么真正说明液压系统总是能量守衡的。
这将用伯努利原理来完成,当油液经过液压系统时注意这些变化表现在势能和动能的变化。
由于摩擦产生的能量损失变成热能,由油泵输入机械能,负载执行元件输出机械能。
3.2 能量守恒(CONSERV ATING OF ENERGY )能量守恒定律表明了能量既不能产生也不能消失。
其意味着系统的能量总和在任何情况下都是恒定的。
总能量包括因高度和压力而表现出的势能和因速度而表现出的动能。
我们来探讨这三种能量。
1.势能(EPE ):如图所示为一距离基准面高度为Z 重W (N )的流体。
相对于基准面这个重量的流体具有相应的势能因为已经对流体作了功使其离开基准面一个距离Z :(3-1)注意EPE 的单位是N•m 。
2.压力能(PPE ):如果图中的流体具有压力p ,它就包含了压力能。
第一章习题答案1-1 填空题1.液压传动是以(液体)为传动介质,利用液体的(压力能)来实现运动和动力传递的一种传动方式。
2.液压传动必须在(密闭的容器内)进行,依靠液体的(压力)来传递动力,依靠(流量)来传递运动。
3.液压传动系统由(动力元件)、(执行元件)、(控制元件)、(辅助元件)和(工作介质)五部分组成。
4.在液压传动中,液压泵是(动力)元件,它将输入的(机械)能转换成(压力)能,向系统提供动力。
5.在液压传动中,液压缸是(执行)元件,它将输入的(压力)能转换成(机械)能。
6.各种控制阀用以控制液压系统所需要的(油液压力)、(油液流量)和(油液流动方向),以保证执行元件实现各种不同的工作要求。
7.液压元件的图形符号只表示元件的(功能),不表示元件(结构)和(参数),以及连接口的实际位置和元件的(空间安装位置和传动过程)。
8.液压元件的图形符号在系统中均以元件的(常态位)表示。
1-2 判断题1.液压传动不易获得很大的力和转矩。
(×)2.液压传动装置工作平稳,能方便地实现无级调速,但不能快速起动、制动和频繁换向。
(×)3.液压传动与机械、电气传动相配合时,易实现较复杂的自动工作循环。
(√)4.液压传动系统适宜在传动比要求严格的场合采用。
(×)第二章习题答案2-1 填空题1.液体受压力作用发生体积变化的性质称为液体的(可压缩性),可用(体积压缩系数)或(体积弹性模量)表示,体积压缩系数越大,液体的可压缩性越(大);体积弹性模量越大,液体的可压缩性越(小)。
在液压传动中一般可认为液体是(不可压缩的)。
2.油液粘性用(粘度)表示;有(动力粘度)、(运动粘度)、(相对粘度)三种表示方法;计量单位m2/s是表示(运动)粘度的单位;1m2/s =(106)厘斯。
3.某一种牌号为L-HL22的普通液压油在40o C时(运动)粘度的中心值为22厘斯(mm2/s)。
4. 选择液压油时,主要考虑油的(粘度)。
第三章液压泵和液压马达第一节液压泵第二节齿轮泵第三节叶片泵第四节柱塞泵第五节液压马达第六节液压泵和液压马达的选用重点:液压泵和液压马达的工作原理、效率功率计算难点:结构教学目的:理解原理,熟悉结构在液压系统中,液压泵和液压马达都是能量转换装置。
液压泵:把驱动电动机的机械能转换成液压系统中油液的压力能,供系统使用;液压马达:把输来的油液的压力能转换成机械能,使工作部件克服负载而对外做功。
工作原理上,大部分液压泵和液压马达是可逆的。
一、液压泵的工作原理二、液压泵的性能参数三、液压泵的分类一、液压泵的工作原理容积式液压泵:靠密封工作腔的容积变化进行工作,其输出流量的大小由密封工作容积变化的大小来决定。
i P T ω=o V P pq =η=ηV按结构形式分为:齿轮式、叶片式、柱塞式三大类。
按输出(输入)流量分为:定量液压泵和变量液压泵。
第一节液压泵三、液压泵的分类a)单向定量液压泵b)双向定量液压泵c)单向变量液压泵d) 双向变量液压泵液压泵的图形符号作业:3-2齿轮泵优点:结构简单紧凑、体积小、质量轻、工艺性好、价格便宜、自吸能力强、对油液污染不灵敏、维修方便及工作可靠,因此在汽车上得到了广泛的应用。
齿轮泵缺点:泄漏较大,流量脉动大,噪声较高,径向不平衡力大,所能达到的额定压力不够高,目前其最高工作压力30MPa 。
第二节齿轮泵齿轮泵按结构形式分为:①外啮合齿轮泵②内啮合齿轮泵泵的泵体内装有一对相同的外啮合齿轮,齿轮两侧靠端盖密封。
泵体、端盖和齿轮的各个齿间一、外啮合齿轮泵1. 外啮合齿轮泵工作原理第二节齿轮泵槽组成了许多密封的工作腔。
b zm Dhb V 22ππ==排量:b zm V 266.6=排量修正:排量近似计算:假设齿间的工作容积与轮齿的有效体积相等,则齿轮每转排量等于主动齿轮的所有齿间容积及其所有轮齿的有效体积之和(1)困油现象:齿轮泵要平稳而连续地工作,齿轮啮合的重合度系数必须大于1,因此总有两对轮齿同时啮合,并有一部分油液被围困在两对轮齿所形成的封闭容积之间,困油容积由大变小,再由小变大,使油压变化,产生振动和噪声。
第三章液压系统的能量和功率(Energy and Power in Hydraulic Systems)3.1概述(INTRODUCTION)在液压系统中,油液在大气压下进入油泵,这个压力称为吸油压力。
当油液通过油泵时,油液压力的增加使其势能显著增加。
当油液流过管道、阀和管接头时,因摩擦作用引起这些能量损失。
摩擦能量的损失表现为热能。
在输出装臵(液压执行元件)上剩余的能量传递给负载完成有用的工作。
这实质上是能量传递在液压系统中的循环。
油泵将能量加入系统并传递到系统执行元件用来驱动外负载(In hydraulic systems, fluid enters the pump at below atmospheric pressure, called thesuction pressure. As the fluid passes through the pump, its potential energy increases as evidenced by an increase in fluid pressure. Some of this energy is lost due to friction as the fluid flows through pipes, valves, and fittings. These frictional energy losses show up as heat energy and therefore are accounted for. At the output device(hydraulic actuator)the remaining energy is transferred to the load to perform useful work. This is essentially the cycle of energy transfer in a fluid power system. Energy is added to the system by the pump and removed from the system via the actuator as it drives the output load)。
一个液压系统本身是没有能源的。
这个能源是驱动油泵的原动机(如电机或一种内燃机)。
事实上,一个液压系统仅仅是一个能量传递系统。
为什么不取消液压传动而直接将原动机与机械设备连接起来?回答是在传递功率方面液压系统优点非常强。
这些优点包括调速方便、变向容易、易于过载保护、功率-单位重量比高以及发生故障的情况下危险性小(A hydraulic system is not a source of energy. The energy source is the prime mover(such as an electric motor or an internal combustion engine)which drives the pump. Thus, in reality, a hydraulic system is merely an energy transfer system. Why not, then, eliminate hydraulic and simply couple the mechanical equipment directly to the prime mover. The answer is that a hydraulic system is much more versatile in its ability to transmit power. This versatility includes advantages of variable speed, reversibility, overload protection, high horsepower per weight ratio, and immunity to damage under stalledconditions)。
能量守恒定律表明能量既不产生也不消失。
这就意味着系统中任何部位能量的总和保持恒定。
这就意味着系统中任何部位能量的总和保持恒定。
能量总和包含因高度和压力而表现出的势能与因速度而表现出的动能。
如果所有的能量改变了,那么真正说明液压系统总是能量守衡的。
如果所有的能量改变了,那么真正说明液压系统总是能量守衡的。
这将用伯努利原理来完成,当油液经过液压系统时注意这些变化表现在势能和动能的变化。
由于摩擦产生的能量损失变成热能,由油泵输入机械能,负载执行元件输出机械能(The law of conservation of energy states that energy can neither be created nor destroyed. This means that the total energy at any location of the system remains constant. The total energy includes potential energy due to elevation andpressure and also kinetic energy due to velocity. If all the energy changes are properly accounted for, the hydraulic system will always have an energy balance. This will be accomplished by using Bernoulli’s theorem, which keeps track of the changes which occur to the potential and kinetic energy of the fluid as it passes through the hydraulic system. Also included are energy losses due to friction which transfers into heat, mechanical energy added by the pump, and mechanical energy removed by the load actuators)。
3.2 能量守恒(CONSERV ATING OF ENERGY)能量守恒定律表明了能量既不能产生也不能消失。
其意味着系统的能量总和在任何情况下都是恒定的。
总能量包括因高度和压力而表现出的势能和因速度而表现出的动能。
我们来探讨这三种能量(The conservationof energy law states that energy can neither be created nor destroyed. This means that the total energy of system at any location remains constant. The total energy includes potential energy due to elevation and pressure and also kinetic energy due to velocity. Let’s examine each of the three types of energy)。
1.势能(EPE)(Potential energy due to elevation):如图所示为一距离基准面高度为Z(m)、重量为W(N)的流体。
相对于基准面这个重量的流体具有相应的势能因为已经对流体作了功使其离开基准面一个距离Z (The figure shows a chunk offluid of weight W at an elevation Zwith respect to a reference plane. The weight haspotential energy (EPE )relative to the reference plane because work would have to be done on the fluid to lift it through a distance Z ):(3-1)注意EPE 的单位是N•m 。
2.压力能(PPE )(Potential energy due topressure ):如果图中重量为W (N )的流体具有压力p(N/m 2),它就包含了压力能(If the W of fluid in figure possesses a pressure p , it contains pressure energy as represented by ):WZ EPE =(3-2)其中:γ为流体的重度(where γ is the weight density )。
PPE 的单位是N•m 。
3.动能(KE )(Kinetic energy ):如果图中重量为W (N )的流体以速度v 运动,它就包含了动能,能够用下式计算(If the W of fluid in figure is moving with a velocity v , it contains kinetic energy, which can be found using )(3-3)其中:g =9.81m /s 2;KE 的单位是N•m 。
重量为W (N )的流体所具有的能量总和既不会生也不会灭。
能量的代数和E T 是常数(The total energy221v g W KE =γp W PPE =possessed by the W chunk of fluid can neither be created nor destroyed. Mathematically the total energy E T remains constant ):(3-4)当然,能量可以从一种形式转变为另一种形式。
例如,流体可以损失高度而减小势能。
但是,将导致压力能或动能的增加(Of course, energy can change from one form to another. For example, the chunk of fluid may lose elevation and thus have less potential energy. This, however, would result in an equal increase in either pressure energy or kinetic energy )。