任务4　流动液体的力学分析

图1-4　机床工作台液压系统的图形符号图

1—油箱;2—滤油器;3—液压泵;4—节流阀;5—换向阀; 6、9、10、12—油管;7—液压缸;8—工作台;11—溢流阀

任务实施

一、分析液压千斤顶的结构组成

二、绘制液压千斤顶的液压系统图

依据我国制定的液压图形符号标准GB/T786—1993绘图液压千斤顶的液压系统图,在绘制液压系统图时,注意以下规定:

(1)标准规定的液压元件图形符号,主要用于绘制以液压油为工作介质的液压系统原理图。

(2)液压元件的图形符号应以元件的静态或零位来表示。当组成系统的动作另有说明时,可作例外。

(3)在液压传动系统中,液压元件若无法采用图形符号表达时,可以采用结构简图表示。

(4)元件符号只表示元件的职能和连接系统的通路,不表示元件的具体结构和参数,也不表示系统管路的具体位置和元件的安装位置。

(5)元件的图形符号在传动系统中的布置,除有方向性的元件符号(油箱和仪表等)外,可根据具体情况水平或垂直绘制。

(6)元件的名称、型号和参数(如压力、流量、功率和管径)等,一般应在系统图的元件表中标明,必要时可标注在元件符号旁边。

(7)标准中未规定的图形符号,可根据本标准的原则和所列图例的规律性进行派生。当无法直接引用和派生时,或有必要特别说明系统中某一重要元件的结构及动作原理时,均允许局部采用结构简图表示。

(8)元件符号的大小以清晰、美观为原则,根据图样幅面的大小斟酌处理,但要保证图形符号本身的比例。

知识拓展

液压传动的特点及发展应用

液压传动之所以能得到广泛的应用,是由于它与机械传动、电气传动相比具有以下的主要优点:

(1)由于液压传动是油管连接,所以借助油管的连接可以方便灵活地布置传动机构,这是比机械传动优越的地方。例如,在井下抽取石油的泵可采用液压传动来驱动,以克服长驱动轴效率低的缺点。由于液压缸的推力很大,又加之极易布置,在挖掘机等重型工程机械上,已基本取代了老式的机械传动,不仅操作方便,而且外形美观大方。

(2)液压传动装置的重量轻、结构紧凑、惯性小。例如,相同功率液压马达的体积为电动机的12%～13%。液压泵和液压马达单位功率的重量指标,目前是发电机和电动机的十分之一,液压泵和液压马达可小至0.0025N/W(牛/瓦),发电机和电动机则约为0.03N/W。

(3)可在大范围内实现无级调速。借助阀或变量泵、变量马达,可以实现无级调速,调速范围可达1∶2000,并可在液压装置运行的过程中进行调速。

(4)传递运动均匀平稳,负载变化时速度较稳定。正因为此特点,金属切削机床中的磨床传动现在几乎都采用液压传动。

(5)液压装置易于实现过载保护——借助于设置溢流阀等,同时液压件能自行润滑,因此使用寿命长。(https://www.daowen.com)

(6)液压传动容易实现自动化——借助于各种控制阀,特别是采用液压控制和电气控制结合使用时,能很容易地实现复杂的自动工作循环,而且可以实现遥控。

(7)液压元件已实现了标准化、系列化和通用化,便于设计、制造和推广使用。

液压传动系统的主要缺点

(1)液压系统中的漏油等因素,影响运动的平稳性和正确性,使得液压传动不能保证严格的传动比。

(2)液压传动对油温的变化比较敏感,温度变化时,液体黏性变化,引起运动特性的变化,使得工作的稳定性受到影响,所以它不宜在温度变化很大的环境条件下工作。

(3)为了减少泄漏,以及为了满足某些性能上的要求,液压元件的配合件制造精度要求较高,加工工艺较复杂。

(4)液压传动要求有单独的能源,不像电源那样使用方便。

(5)液压系统发生故障不易检查和排除。

总之,液压传动的优点是主要的,随着设计制造和使用水平的不断提高,有些缺点正在逐步加以克服。液压传动有着广泛的发展前景。

自18世纪末英国制成世界上第一台水压机以来,液压传动技术已有二三百年的历史。直到20世纪30年代它才较普遍地用于起重机、机床及工程机械。在第二次世界大战期间,由于战争需要,出现了由响应迅速、精度高的液压控制机构所装备的各种军事武器。第二次世界大战结束后,战后液压技术迅速转向民用工业,液压技术不断应用于各种自动机及自动生产线。

本世纪60年代以后,液压技术随着原子能、空间技术、计算机技术的发展而迅速发展。因此,液压传动真正的发展也只是近三四十年的事。当前液压技术正向迅速、高压、大功率、高效、低噪声、经久耐用、高度集成化的方向发展。同时,新型液压元件和液压系统的计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助测试(CAT)、计算机直接控制(CDC)、机电一体化技术、可靠性技术等方面也是当前液压传动及控制技术发展和研究的方向。

当前液压技术正在继续向以下几方面发展。

(1)节能。近年来,由于世界能源的紧缺,各国都把液压传动的节能问题作为液压技术发展的重要课题。上个世纪70年代后期,德、美等国相继研制成负载敏感泵及低功率电磁铁等。德国汉堡军事学院研究成功回收重物下降能量的开式液压节能系统。最近美国威克斯公司又研制成用于功率匹配系统的CMX阀。

(2)液压与微电子、计算机技术相结合。随着微电子、计算机技术的发展,出现了各种数字阀和数字泵,并出现了把单片机直接装在液压元件上的具有位置或力反馈的闭环控制液压元件及装置。有些装置只用一条通信线就能控制16个执行机构。计算机辅助设计、辅助绘图、辅助工艺及辅助制造等技术,在国内液压工业中也开始进入实用阶段。

(3)提高液压传动的可靠性。由于有限元法在液压元件设计中的应用,可靠性试验、研究工作的广泛开展以及新材料、新工艺的发展等,使液压元件的寿命逐年得到提高。由于对飞机船舶、冶金等一些重要液压系统采用多裕度设计,并在系统中设置旁路净化回路及具有初级智能的自动故障检测仪表等,以加强油液的污染度控制。上述领域内的一些重要成果,使液压系统的可靠性逐年得到提高。

(4)高度集成化。叠加阀、集成块、插装阀以及把各种控制阀集成于液压泵及液压执行器上的组合元件的出现,有些还把单片机集成在其控制机构上,达到了集机、电、液于一体的高度集成化。

此外,高压、高转速、低噪声元件的研究,高效滤材的研究,环保型工作介质及其相应高压液压元件的研究等也是值得注意的动向。

我国的液压技术最初应用于机床和锻压设备上,后来又用于拖拉机和工程机械。现在,我国的液压元件随着从国外引进一些液压元件、生产技术以及进行自行设计,现已形成了系列,并在各种机械设备上得到了广泛的使用。

近几十年液压传动发展相当快,广泛应用在机械制造、工程建筑、石油化工、交通运输、军事器械、矿山、冶金、航空、航海、轻工、农机、渔业、林业等各个方面,也被应用在宇宙航行、海洋开发、核能建设、地震预测等新的技术领域中。

液压传动在机械工业中的应用情况见表1-1所示。

表1-1　液压传动在各行业中的应用实例