电气设备安装工（高级）——液压传动基础知识
第一章电气设备安装基础
第六节液压传动基础知识
1.液压传动的工作原理
液压传动是以油液作为工作介质，依靠密封容积的变化来传递运动，依靠油液内部的压力来传递动力。
2.液压系统的主要组成
(1)驱动元件指液压泵，它可以将机械能转换为液压能。
(2)执行元件指液压缸或液压马达，它是将液压能转换为机械能并分别输出直线运动和旋转运动。
(3)辅助元件辅助元件有管路与管接头、油箱、过滤器和密封件等，分别起输送、贮存液体，对液体进行过滤、密封等作用。
(4)控制和调节元件指各种阀，如压力控制阀、流量控制阀、方向控制阀等，用以控制液压传动系统所需的力、速度、方向等。
(5)工作介质如液压油等。
3.液压传动的特点及应用
(1)优点
1)易获得很大的力或力矩，并易于控制。
2)在输出同等功率下，采用液压传动具有体积小、重量轻、惯性小、动作
灵敏、便于实现频繁换向等优点。
3)便于布局，操纵力较小。
(2)缺点
1)由于液压传动本身的特性，易产生局部渗漏而造成能量损失较大，致使系统效率降低。
2)液压传动故障点不易查找。
(3)应用液压传动被广泛采用于冶金设备、矿山机械、钻探机械、起重运输机械、建筑机械、航空等领域中。
4.液压油的物理性质
(1)密度单位体积的油液所具有的质量称为密度。
(2)重度单位体积的油液所具有的重量称为重度。
(3)粘度流体、半流体或半固体状物质抵抗流动的体积特性，它表示上述物质在受外力作用而流动时，分子间所呈现的内摩擦或流动内阻力。
(4)压缩性一般情况下油液的可压缩性可忽略不计。
5.液压油的选用
选用液压油时，首先要考虑液压系统的工作条件，同时参照液压元件的技术性能选择液压油。选择液压油时主要是确定合适的粘度，并考虑以下几点：
1)液压系统的工作条件，如工作压力。
2)液压系统的环境条件，如系统油温与环境温度。
3)系统中工作机构的速度，如油液流速对传动效率及液压元件功能的影响。
6.静止液体的性质
(1)液体的静压力液体在静止状态下单位面积上所受到的作用力，即
p=F/A (1-6)
式中 p——液体的静压力(N/m²);
F——作用力(N);
A——有效作用面积(m²)。
在地球表面，一切物体都受到大气压力的作用并自行平衡，因此式(1-6)表示的压力是指大于大气压力的表压力。若液体的压力低于大气压力，则称为真空度。
表压力、绝对压力和真空度三者之间的关系是：表压力=绝对压力-大气压力；真空度=大气压力-绝对压力。
(2)静压力的传递加在密闭液体上的压力，能够以相等的值被液体向各个方向传递。这个原理称为帕斯卡定律。
如图1-42所示，在两个互相连通的液压缸中装有油液，液压缸内装有活塞，小活塞和大活塞的面积分别为A₂和A₁。根据静压力传递原理可得到：
p=F2/A₂=F₁/A₁ (1-7)
7.流动液体的性质
(1)流速和流量流速和流量是描述液流的两个基本参数。流速是指液流质点在单位时间内流过的距离，其单位为m/s。流量是指单位时间内流过某一截面图1-42水压机的原理的液体体积，其单位为m³/s。液体在液压缸中的流速与活塞的运动速度相同，从而可建立液压缸有效作用面积、流量和活塞运动速度的一般关系式，即
Q=vA (1-8)
式中 Q——进入液压缸的流量(m³/s);
A——液压缸有效作用面积(m²);
v——活塞(缸)的运动速度(m/s)。
该式表明，当液压缸有效作用面积一定时，要改变活塞(缸)的运动速度则需改变进人液压缸的流量。
(2)液流连续性原理液体在管道中稳定流动时，由于它不可压缩，在压力作用下液体中间也不可能有间隙，所以液体流经管道每一截面的流量应相等，这就是液流连续图1-43液流连续性简图性原理。
如图1-43所示，液体在不等横截面的管道中流动，设截面1和2的直径分别为d₁和d₂,面积分别为A₁和A₂,流速分别为v₁和v₂,根据液流连续性原理，流经截面1和2的液体质量全部相等，则根)
A₁v₁=A₂V₂=Av=常量 (1-9)
因为Q=vA,所以液流连续性方程也可写成
Q₁=Q₂ (1-10)
式(1-10)说明，通过管内不同截面处的流速与其横截面积的大小成反比，即管径细的地方流速大，管径粗的地方流速小。
(3)伯努利方程液压传动是借助有压流体来传递能量的。液体能量的表现形式有三种，即压力能、势能和动能。它们之间可以互相转化，而且液体在管道内任何一处的三种能量之和为常数。这就是伯努利方程，其方程式为
式中 p-—压力(Pa);
v——流速(m³/s);
h——势能(J);
p——液体密度(kg/m³)。
(4)液体流动中的压力损失粘性液体流经管道及阀门时，具有一定的阻力。液体流动时要消耗一部分能量来克服这些阻力，这种能量的消耗主要体现在液体的压力损失上。液压系统中的压力损失可分为两种：沿程压力损失和局部压力损失。
1)在直径相同的直管中流动时的压力损失，称为沿程压力损失。它主要由液体流动时的内外摩擦引起。
2)由于管道截面尺寸、形状突然变化和液流方向突然改变而引起的压力损失，称为局部压力损失。
液压传动中的压力损失，绝大部分转变为热能，造成油温升高、泄漏增多、传动效率降低，所以在设计、制造和使用液压设备时，应尽量采用内壁光滑的管道，尽可能缩短管路长度，减少截面积突变及管道弯曲等。
(5)功、功率在液压传动中，活塞在时间t内推动负载F移动距离s,所做的功W为
W=Fs (1-12)
功率P是指单位时间内所做的功，即
P=W/t=Fs/t=Fv (1-13)
经单位换算后得到
P=pQ (1-14)
式中 p--压力(Pa);
Q——流量(m³/s)。
由于液压系统在实际工作过程中存在容积损失(用容积效率η、表示)和机械损失(用机械效率ηm表示),所以，液压泵实际需要输入的功率P入
Pλ=pQ/η (1-15)
式中 η——总效率，η=η,7m。
复习思考题
1.晶闸管的结构有何特点?其导通条件和关断条件是什么?
2.有一单相半控桥式整流电路，如果输人电压U1=220V,负载电阻RL=10Ω,试求输出电压平均值的变化范围和负载的平均电流。
3.晶闸管对触发电路的要求是什么?
4.晶闸管的保护措施主要有哪些?
5.单结晶体管的特性是什么?
6.什么是变频?变频按变频的方式来分主要有哪几类?
7.计算机的硬件系统由哪几部分构成?说明各部分的作用。
8.画出数字通信系统的模型框图，说明数字通信系统的优点。
9.什么是继电器-接触器控制?
10.电气控制系统中常用的联锁装置有哪些?
11.分析双速电动机控制电路的控制原理。
12.说明典型的8051单片机的结构组成。
13.什么是调速，按照电动机的类型可以分成几种?
14.调速系统的性能指标主要有哪些?
15.直流电动机的调速方法主要有哪些?各有何特点?
16.什么是无静差闭环调速系统?
17.交流电动机的调速方法主要有哪些?各有何特点?
18.测量误差主要有哪几类，如何提高测量的精度?中国封孔素
19.简述直流开尔文电桥的作用和特点。址料率效医
20.简述示波器的工作原理，写出测量信号幅度的操作步骤。