液壓傳動(dòng)基礎(chǔ)知識(shí)有哪些？
一、流體力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)
1.液壓傳動(dòng)
液壓傳動(dòng)是以液壓油作為工作介質(zhì)，由動(dòng)力元件將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為油液的壓力能，再通過輸送管道與控制元件提供給執(zhí)行元件，將壓力能還原轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，驅(qū)動(dòng)負(fù)載實(shí)現(xiàn)直線或回旋運(yùn)動(dòng)。
2.流體靜力學(xué)
液體靜力學(xué)研究靜止液體的力學(xué)平衡規(guī)律以及這些規(guī)律的應(yīng)用。所謂的液體靜止是指液體內(nèi)部各質(zhì)點(diǎn)間沒有相對(duì)運(yùn)動(dòng)。
1)表面力、質(zhì)量力
作用在液體上的力有兩種，即質(zhì)量力和表面力。單位質(zhì)量液體受到的質(zhì)量力稱為單位質(zhì)量力，在數(shù)值上等于加速度。表面力是與液體相接觸的其他物體(如容器或其他液體)作用在液體上的力(稱為外力);也可以是一部分液體作用在另一部分液體上的力(稱為內(nèi)力)。
2)靜壓力、壓力、壓強(qiáng)
靜止液體在單位面積上所受的法向力稱為靜壓力。靜壓力在液壓傳動(dòng)中簡(jiǎn)稱為壓力，物理學(xué)中則稱之為壓強(qiáng)。
3)液體靜壓力的兩個(gè)重要特性
(1)液體靜壓力垂直于承壓面，其方向和該面的內(nèi)法線方向一致。這是因?yàn)橐后w質(zhì)點(diǎn)間的內(nèi)聚力很小，不能受拉只能受壓。
(2)靜止液體內(nèi)任一點(diǎn)所受到的壓力在各個(gè)方向上都相等。如果某點(diǎn)受到的壓力在某個(gè)方向上不相等，那么液體就會(huì)流動(dòng)，這就違背了液體靜止的條件。
4)帕斯卡原理
在密封的容器內(nèi)，施加于靜止液體表面各點(diǎn)的壓力將以等值同時(shí)傳遞給液體內(nèi)各點(diǎn)，容器承受的壓力方向垂直于內(nèi)表面(圖1-1-1),這就是帕斯卡原理，或稱靜壓力傳遞原理。即
式中：p——液體表面各點(diǎn)的壓力。
在管路左側(cè)加重物W,則在右側(cè)必須施加F力才能維持液壓系統(tǒng)壓力的平衡。如果加大壓力F,則大活塞將被壓起，即承載物會(huì)被舉高。
通過比較可得出這樣的結(jié)論：液壓系統(tǒng)中的壓力的大小取決于負(fù)載；大活塞面積越大時(shí)，抬起的重物就越大；或者說小活塞面積越小，大活塞抬起的重物就越大。液壓千斤頂正是利用這個(gè)原理進(jìn)行起重工作的。帕斯卡原理是液壓傳動(dòng)的一個(gè)基本原理
3.液體動(dòng)力學(xué)
液體傳動(dòng)過程中，液壓油總在不斷地運(yùn)動(dòng)著。因此，除了要研究靜止液體的性質(zhì)外，還必須研究液體運(yùn)動(dòng)規(guī)律，能量轉(zhuǎn)換和流體對(duì)固體表面作用力的性質(zhì)。
1)理想液體與穩(wěn)定流動(dòng)
我們把假定的既無黏性又無壓縮性的液體稱為理想液體，而具有黏度和壓縮性的液體稱為實(shí)際液體。當(dāng)液體流動(dòng)時(shí)，若液體中任何質(zhì)點(diǎn)的壓力、速度和密度都不隨時(shí)間變化，這樣的流動(dòng)定義為恒定流動(dòng)。如壓力、速度和密度中有一個(gè)量隨時(shí)間變化，就稱為不穩(wěn)定流動(dòng)。
2)通流截面與流量
流量和平均流速是描述液體流動(dòng)狀態(tài)的主要參數(shù)。液體流動(dòng)時(shí)，通常將流束中與所有流線正交的截面積稱為通流截面，或稱過流截面。該截面上每點(diǎn)處的流動(dòng)速度都垂直于這個(gè)面。單位時(shí)間內(nèi)通過通流截面的液體體積稱為流量。
3)連續(xù)性原理
根據(jù)質(zhì)量守恒定律可知，管內(nèi)流動(dòng)液體的質(zhì)量不會(huì)增多也不會(huì)減少，故在單位時(shí)間內(nèi)流過管路某個(gè)截面的液體質(zhì)量必然相等(圖1-1-2)。也就是說液體的流速和管道橫截面積的乘積是一個(gè)恒量，就是液體的連續(xù)性原理。
連續(xù)性原理說明了液體流動(dòng)的一個(gè)基本規(guī)律：在同一管道恒定流動(dòng)中，對(duì)于不可被壓縮的液體來說，當(dāng)它流過管道中任意兩個(gè)垂直于管道，且面積不等的截面時(shí)，液體在管道中的流速與其通過的橫截面大小成反比。因此，當(dāng)液體的流量一定時(shí)，管路細(xì)的地方液體的流速就大，管路粗的地方流速小，所以液體運(yùn)動(dòng)速度取決于流量而與液體壓力無關(guān)。
4)伯努利方程
伯努利方程是流動(dòng)液體的能量守恒定律。闡述了流動(dòng)液體中各質(zhì)點(diǎn)壓力、速度和密度間的關(guān)系。伯努利方程規(guī)定：理想液體在密封管道內(nèi)穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)，具有位能、動(dòng)能和壓力能三種形式的能量，且在任意一個(gè)截面上它們間都可以互相轉(zhuǎn)化，這三種能量的總和保持不變。實(shí)際上因液體都有黏度(黏性),在傳遞能量時(shí)，會(huì)因液體的內(nèi)摩擦力而造成一定的能量損失，這部分能量將轉(zhuǎn)化成熱量散發(fā)掉。
5)動(dòng)量定律
流動(dòng)液體質(zhì)量與移動(dòng)速度的乘積就是它所具有的動(dòng)量。液體動(dòng)量是個(gè)矢量，方向與移動(dòng)速度方向相同，流動(dòng)液體各質(zhì)點(diǎn)的動(dòng)量對(duì)時(shí)間的改變率等于作用于該質(zhì)點(diǎn)的力，這就是動(dòng)量定理。流動(dòng)液體的動(dòng)量定理是牛頓第二定理的一種陳述形式，是剛體力學(xué)動(dòng)量定理在流動(dòng)力學(xué)中的應(yīng)用。
二、液壓傳動(dòng)中的壓力與流量損失
1.壓力損失
實(shí)際上液體是有黏性的，所以液體在流動(dòng)過程中必然有能量損耗，這種能量損耗表現(xiàn)為壓力損失，有沿程損失和局部損失兩種。
沿程損失是當(dāng)液體在直徑不變的直管中流過一段距離時(shí)，因摩擦而產(chǎn)生的壓力損失；局部損失是由于管道截面形狀突然變化，液流方向改變或其他形式的液流阻力而引起的壓力損失；液體總的壓力損失等于沿程與局部損失之和。
2.流量損失
在液壓系統(tǒng)中，各液壓元件都有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的表面，且它們間都有一定的間隙存在，如果間隙一邊為高壓區(qū)，另一邊為低壓區(qū)，那么高壓液體就會(huì)經(jīng)間隙向低壓區(qū)滲流；還因?yàn)橐簤涸拿芊獠皇墙^對(duì)完善的，部分液體也會(huì)向外部泄漏；這些泄漏會(huì)造成實(shí)際流量的減少，也就是流量損失，它會(huì)影響液體的運(yùn)動(dòng)速度。
3.液壓傳動(dòng)的特點(diǎn)
1)液壓傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)
(1)運(yùn)動(dòng)較平穩(wěn)，能在低速下穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)，在運(yùn)轉(zhuǎn)中能方便地實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速，且調(diào)速范圍大。
(2)體積小、質(zhì)量輕、功率大，且慣性小，換向頻率高。若采用高壓傳動(dòng)，易獲得很大的力矩。
(3)其調(diào)節(jié)控制較簡(jiǎn)單、操作較方便，與電、氣配合可組成性能好、自動(dòng)化程度高的傳控系統(tǒng)。
(4)因傳動(dòng)介質(zhì)為油液，故液壓元件有自我潤(rùn)滑作用，有利于延長(zhǎng)元件的使用壽命。
(5)液壓元件易于實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、通用化，便于專業(yè)性大批量生產(chǎn)，可提高生產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量。
2)液壓傳動(dòng)的缺點(diǎn)：
(1)液壓元件是相對(duì)運(yùn)動(dòng)的，在零件表面不可避免的有泄漏，因而易引起容積損失；油液在管路中流動(dòng)以及經(jīng)過液壓元件時(shí)，都要產(chǎn)生壓力損失，這些都會(huì)引起液壓系統(tǒng)的總效率降低。
(2)油溫的變化要引起油液黏度的變化，會(huì)影響到液壓系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性。因此，在高溫以及低溫條件下，均不宜采用液壓傳動(dòng)。
(3)為了減少泄漏，液壓元件的制造精度要求較高。由于液壓元件相對(duì)運(yùn)動(dòng)件間的配合間隙很小，所以對(duì)油的污染比較敏感，要求有防止油液污染和良好的過濾設(shè)施。
三、液壓油
1.液壓油的作用
液壓油在傳動(dòng)系統(tǒng)中的主要作用是傳遞動(dòng)能與動(dòng)力，潤(rùn)滑和冷卻液壓元件。
2.液壓油的使用特點(diǎn)
根據(jù)液壓裝置本身的使用性能和工作環(huán)境等因素來確定液壓油的品種，首先要考慮油液的黏度，液壓油的黏度特性應(yīng)符合機(jī)械使用要求。在確定油液黏度時(shí)應(yīng)考慮下列因素：工作壓力、工作環(huán)境溫度、液壓元件的運(yùn)動(dòng)速度等。當(dāng)系統(tǒng)工作壓力大、環(huán)境溫度高、運(yùn)動(dòng)速度較低時(shí)，為了減少漏損，宜采用黏度較高的液壓油；當(dāng)系統(tǒng)工作壓力較小、環(huán)境溫度低，但運(yùn)動(dòng)速度較高時(shí)，泄漏對(duì)系統(tǒng)的影響將相對(duì)減少，液體內(nèi)摩擦阻力的影響較大，應(yīng)選用黏度較低的液壓油。此外，各類油泵對(duì)液壓油的黏度都有一個(gè)許用范圍。其最大黏度主要取決于液壓泵的自吸能力，而最小黏度則主要考慮摩擦?xí)r的潤(rùn)滑和泄漏。
3.液壓油合理使用常識(shí)
1)換油前液壓系統(tǒng)要清洗，液壓系統(tǒng)首次使用液壓油前，必須徹底清洗干凈，在更換同一品種液壓油時(shí)，也要用新?lián)Q的液壓油沖洗1～2次。
2)液壓油不能隨意混用。一種牌號(hào)的液壓油，未經(jīng)設(shè)備生產(chǎn)廠家同意和沒有科學(xué)依據(jù)時(shí)，不得隨意與不同牌號(hào)的液壓油混用，更不得與其他品種的液壓油混用。
3)注意液壓系統(tǒng)的良好密封。必須保持嚴(yán)格的密封性，防止泄漏和外界塵土、雜物和水等混入。
