第1讲 液压传动的基本概念-【单招零距离】机电专业综合（上）

总复习方案·第三部分液压与气动 第三部分 液压与气动 模块一 液压传动 第1讲 液压传动的基本概念 考情分析 知识模块 液压传动的基本概念 1.了解液压传动的工作原理。 2.理解液压传动的组成及功用。 3.理解液体的基本特性（粘性、可压缩性）。 4.掌握流量和压力的基本概念。 考纲要求 5.理解静压传递原理和流量连续性原理的基本概念。 6.了解液压传动的压力损失和流量损失的机理。 7.掌握液压传动系统中液体压力、流量、速度和功率、效率之间的关系，并能进行 相应计算。 高考卷 2019年 2020年 2021年 分值 6 5 填空题47 题型、题号 综合分析题61 综合分析题61 综合分析题61 题47液体流量的计算3分： 题61(10)(11)(12)液体 题61(9)(10)液体压力、 考点 题61(10)(11)液体压力、 压力、流量、速度的计算5 流量、速度的计算4分。 流量、速度的计算3分。 分。 试题难度要求 较难 较难 较难 纵观近三年高考试卷，液压传动的基本概念的知识点以计算形式为主，通常在综合分析 题里出现，其中2019年还以填空题呈现，分值在4一6分之间，相较于前几年分值略有增加。 考题不仅要求学生能综合分析液压回路，还需要有较强的计算能力和单位换算能力，有较大的 难度。常规考点包括液压传动系统中液体压力、负载、流量、速度和功率、效率的计算。 ● 知识梳理 一、液压传动的工作原理 液压传动是利用密封容积内受压液体的压力来传递动力（力或力矩），利用密封容积的变 化来传递运动（使执行机构获得位移或速度）。 液压传动装置实质上是一种能量转换装置，其可将机械能转化为液压能，再将液压能转化 为机械能。 ·139· 单招零距离·机电专业综合 二、液压传动系统的组成 组成部分 主要液压元件 作用 动力元件 液压泵 将机械能转化为液压能 将液压能转化为机械能，其中液压缸输出直线运动，液压马达输出旋 执行元件 液压缸、液压马达 转运动 控制元件 各种控制阀 控制油液的流量、压力及流动方向 辅助元件 油箱、油管、管接头、过滤器等 贮油、输油、连接、过滤等 工作介质 油液 传动 三、油液的性质 定义 说明 可压 当液体受到压力作用时，分子间距 (1)可压缩性对液压传动的影响：使执行元件的运动精度降低。 缩性 离变小，密度增加，体积缩小。 (2)一般情况下，油液的可压缩性较小，可以忽略不计。 (1)只有在流动时，油液才有粘性，而静止液体则不显示粘性。 (2)粘性对液压传动的影响：产生功率损耗，使系统效率降低。 粘性 油液流动时产生内摩擦力的特性。 (3)粘性的表达参数：黏度。黏度越高，油液在流动时产生内摩 擦越大。 (4)影响黏度是因素：温度和压力。压力增大，油液的黏度增 大。温度升高，黏度下降。 四、液压传动的工作特点 优点 缺点 (1)维护要求高，液压油要始终保持清洁。 (2)液压元件制造精度要求高，成本较高。 (1)体积小、重量轻，承载能力大。 (3)泄漏难以避免，且油液具有可压缩性，故传动 (2)换向容易，可实现无级调速。 比不准确，不可用于传动比要求准确的场合。 (3)采用油液为工作介质，元件相对运动表面间能自 (4)对油温变化较敏感，会影响工作稳定性。不宜 行润滑，磨损小，使用寿命长。 在很高或很低的温度下工作。 (4)操纵控制简便，自动化程度高。 (5)在能量转换的过程中，能量损失大，系统效率 (5)容易实现过载保护。 较低。 (6)元件实现了标准化、系列化、通用化。 (6)油液中渗入空气时，会产生噪声，容易引起震 动和爬行，影响运动的平稳性。 五、流量、速度及液流连续性原理 1.流量q。 定义 定义式 单位 备注 单位时间内流过管路或液压缸某一截 m'/s L/min 1m3/s=6×104L/min 面的油液的体积。 ·140· 总复习方案·第三部分液压与气动 2.流量与速度的关系 计算公式 说明 备注 油液通过 A一管路的通流面积或 由于油液与管壁及油液内部之间的摩擦力不 管路或液 0= A 液压缸的有效作用面积 同，因此油液流动时，在管路和液压缸的横截 压缸的平 q。一油液的流量 面上各点的速度不相等。 均流速 (1)活塞（或液压缸）的运动速度等于液压缸 内油液的平均流速 A人一流人液压缸的有效 (2)活塞的速度与流量和液压缸有效作用面 作用面积 积有关，而与压力无关。 活塞（或液 (3)当有效作用面积一定时，活塞的速度与仅 压缸)的运 U= 9人= 9出 A幽一流出液压缸的有效 A人 A品 作用面积 流量有关。 动速度 q入一流入液压缸的流量 (4)设活塞直径为D,活塞杆直径为d,则无 q幽一流出液压缸的流量 杆腔有效作用面积为A=一D,有杆腔有 效作用面积为A2= x(D2-d) 1 3.液流连续性原理 原理 备注 (1)理想液体（既无粘性又不可压缩的液体）在无 分支管路中流动时，通过每一截面的流量相等。 油液在无分支管路中流动，每一截面的平均流速与该 截面的面积成反比，即管径细的地方，流速大；管径粗 (2)油液流过有分支管路时，在节点处，流入的流 的地方，流速小。 量等于流出的流量。 六、压力及帕斯卡原理 说明 备注 (1)压力产生的原因：油液受到负载的挤压。 (2)压力的概念与物理学上压强的相同，是同 压力 定义 油液单位面积上承受的力 义词，但在液压与气动中一般称为压力。 p (3)液压传动中的压力是不考虑大气压力 的，故又称为相对压力或表压力。 定义式 p=F/A 单位：Pa,Mpa 1Mpa =10 Pa 两种 额定压力 指液压元件所能承受的最大压力 额定压力与元件的尺寸、结构有关。 压力 实际压力 指液压元件在实际工作中所承受的压力 实际压力的大小与负载有关。 液压缸的压力计算 列力平衡式（活塞上的推力与阻力相等） 力平衡式的一般表达式：中xA入=p:A骨十F (1)静止油液中任意一点所受到的各个方向的压力都相等。 静止油液的 (2)油液的静压力方向总是垂直指向承压表面。 压力特点 (3)在密闭容器内，施加于液体上的某点压力将以等值传递到液体内各点，这称为帕斯 卡原理。即：在密闭容器内静止油液，各点压力处处相等。 压力的分级(MPa) 低压：≤2.5；中压：>2.5~8；中高压：>8~16；高压：>16~32；超高压：>32 ·141- 单招零距离·机电专业综合 七、液压系统中压力的建立 液压传动系统中，流动油液在某处的压力也是受各种形式负载挤压而产生的。 压力的产生 除静压力外，流动油液还存在动压力，其值较小，一般可忽略不计。 压力的大小 压力的大小取决于负载，并随负载的变化而变化。 压力的建立过程 从无到有、从小到大迅速进行的。 并联负载的压力值 当液压系统某处有几个负载并联时，系统压力的大小取决于负载压力值中的最小值。 八、液压传动的压力损失 说明 备注 定义 阻碍油液流动的阻力。 液阻产生原因：油液流动时，油液 液阻 的分子之间、油液与管壁之间的摩 液阻的效应 产生压力损失。 擦和碰撞。 压力损失 沿程损失 油液在截面积相同的直管路中流动产生的压力损失。 的类型 局部损失是主要的压力损失。 局部损失 油液流过管路弯曲部位、管路截面积变化部位及 各种控制阀等地方所产生的压力损失 压力损失对系统 的影响 产生能量损失，油液温度升高，粘度下降等。 诚少压力损失 油液粘度适当，管路内壁光滑，尽量缩短管路长 的措施 度和诚少管路的截面变化及弯曲。 (1)当液压元件的两端压力差一定时，液阻越大， 液压元件的液阻、 则通过元件的流量越小。 两端压力差及流 (2)当液压元件的液阻一定时，元件的两端压差 液压系统中，常利用改变液阻的 量的关系 越大，则通过元件的流量越大。 方法来调节流量和控制压力。 (3)若要求液压元件的流量一定时，液阻增大，则 元件两端的压力差也增大。 p菜一泵的工作压力 p缸一缸的工作压力，其值取决于 压力损失的估算 负载。 p某=p红K压 K压一系统的压力损失系数，K压 =1.3~1.5,系统复杂或管路较 长取大值，反之取小值。 九、液压传动的流量损失 说明 概念 从液压元件的间隙处漏过少量油液的现象。 (1)内泄漏：元件内部高、低压腔之间的泄漏。 类型 泄漏 (2)外泄漏：系统内部的油液泄漏到系统外部的泄漏。 泄漏的原因 (1)存在间隙；(2)存在压力差。 泄漏的效应 引起流量损失。 十、液压传动的功率计算 功率=压力×流量，即：P=pXq ·142· 总复习方案·第三部分液压与气动 计算公式 备注 液压缸的 输出功率 P缸出=FXv 在无背压和泄漏条件下，液压缸的输人、输出功率相等 功率 输人功率 P缸人=P红人Xq氟人 (1)对于输出流量为定值的定量液压泵，q菜实=q菜解 实际功率 液压泵的 P暴实=p装实义q菜实 (2)液压泵的实际输出压力取决于负载，额定压力即为 功率 铭牌压力。 额定功率 P菜额=p梨翻义q装额 (3)P系安<P系额 P鱼×100% (1)效率的通用计算式：？=输出功率/输入功率 液压泵的效率刀和 (2)计算式中，若P鬟是液压泵的实际输出功率P柴实，则 驱动液压泵的电机 P墓×100% P电 计算出的P电为电机的实际功率。若P氢是液压泵的额 功率P电 Pa=Px 定功率P,,则计算出的P电为电机的额定功率。 刀暴 Pu×100% 刀系能二P 对于液压系统而言，对外做功由执行元件完成，动力来 液压系统的效率 = P红曲×100% 自液压泵 P菜类 典例精析d 【例1】 如图3-1-1所示液压传动模型填空：1)忽略活塞自重和液阻及泄漏损失时：(1) 工作中，I腔容积变 ,Ⅱ腔容积变 ,即密封容积的变化传递了 。(2)两腔流量分别为gm=A1 q2=A22(填“≥”、“=”或“≤”)。按 原理，两活塞运动速度与其面积成 比。(3)按 原 理，两腔压力p1=F1/A p2=F2/A,(填“≤”、“”或“≥”)。两活塞作用力与其面 积成 比。(4)若撤销F2,保留F1,则1」 0(填“≥”、“=”或 “≤”)。可见，液压系统的压力决定于 。(前阻力F2,后推力F1)2)忽略活塞自重， 但考虑损失K压、K及7时：(1)两腔流量q☑ q(填“>”、“-”或“<”)，修正方法： 9M= 。 (2)两腔压力1 :(填“>”、“=”或“<”)，修正方法：1= (3)两腔功率P: P2(填“>”、“=”或“<”)，修正方法：P1= 图3-1-1 【析与解】本题解题的关键是：理解液压传动的工作原理及系统流量、压力的变化规律。 【答案】1)(1)据液压传动的工作原理得：小，大，运动 (2)=,液流连续性，反 (3)静压传递原理，=，正比 ·143· 单招零距离·机电专业综合 (4)=,=,前阻力F2 2)考虑压力损失、流量损失 (1)>,qw=K·q2 (2)>,p1=K压·p2 (3)>,P1=P2/7 【例2】如图3-1-2所示液压系统，采用定量泵供油，泵的额定流量q系瓶=20L/mi,额 定压力p系额=2.5MPa,活塞面积A=0.01m2,溢流阀的流量q楼=14L/min,节流阀两端压力 差为△p=0.5MPa,液压缸克服的负载F=l0kN,其它各种损失不计。 (1)求缸的输入功率、输出功率。 (2)求泵的实际功率、额定功率。 (3)如果液压泵的总效率为0.8，则驱动液压泵的电机的匹配功率为多少？ 【析与解】液压缸的输入功率=缸的输人压力×输入流量；缸的输出功率=F×?; 泵的实际功率=泵的输出压力×输出流量；泵的额定功率=额定压力×额定流量； 定量泵的额定流量等于实际流量。 电机匹配功率=泵的额定功率/泵的效率。 【答案】液压缸的输入压力p红=F/A=10000/0.01=1MPa; 液压泵的实际压力p系实=p桑十△p=1.5MPa; 液压缸的输入流量qt=q泰一q能=20-14=6L/min=1×10m/s; 液压缸的运动速度v=q/A=1×10-4/0.01=0.01m/s; 液压缸的输入功率P缸人=p缸×q缸=100W; 液压缸的输出功率P虹出=F×o=10000×0.01=100W; 液压泵的实际功率P系实=p系实×q乘=1.5×10×20×103/60=500W; 液压泵的额定功率P聚额=p聚额×q系额=2.5×105×20×103/60=833.3W; 电机的匹配功率P电匹=P系额/7=833.3/0.8=1041.7W 节流阀 液压泵 溢流阀 图3-1-2 【例3】如图所示液压系统，两液压缸规格相同，活塞面积均为0.02m2,活塞杆面积均为 0.012m2,负载F1=12KN,负载F2=20KN,速度v2=0.01m/s,节流阀两端压力差△p=0. 5MPa,试计算： ·144· 总复习方案·第三部分液压与气动 图3-1-3 (1)液压泵的输出流量和液压缸1左腔流量 (填“相等”或“不相等”)； (2)液压缸1右腔平均流速和液压缸2左腔平均流速 (填“相等”或“不相等”)； (3)液压缸1右腔压力和液压缸2左腔压力 (填“相等”或“不相等”)； (4)液压缸2左腔流量为 m3/s; (5)液压缸1左腔流量为 m3/s;液压缸1右腔流量为 m3/s; (6)液压缸2左腔压力为 MPa; (7)液压缸1左腔压力为 MPa;液压缸l右腔压力为 MPa; (8)液压泵的输出压力为 MPa。 【析与解】本题解题的关键是：理解液流连续性原理、帕斯卡定律，熟悉系统流量和压力的 变化规律，会分析液压元件的液阻、液压元件两端的压差和通过液压元件的流量之间的联系。 (1)液流连续性原理。 (2)根据液流连续性原理和通过液压元件节流阀流量不变。 (3)液压元件的液阻存在压力差。 (4)Q2左=2·A1=0.01·0.02=2X10-4m3/s (5)液压缸1右腔流量和液压缸2左腔流量相等，也等与2×10-‘m3/s。 V1= Q右=0.025m/s A2 Q1左=U1·A1=5×10-4m3/s (6)(7)(8)根据帕斯卡定律，将两个液压缸中活塞建立二力平衡式： p桑·A1=1右·A2十F: p2左·A2=F2 D1右·△p=p2左 联合上面三式，可以求得液压泵的输出压力、液压缸1右腔压力和液压缸2左腔压力。 【答案】(1)相等(2)不相等(3)不相等(4)2×10 (5)5×10,2×104(6)1(7)1.2,1.5(8)1.2 ·145· 单招零距离·机电专业综合 【例4】图示液压系统，液压泵的额定流量为28L/min,额定压力为3.6MPa。液压缸a的 活塞面积A。=0.05m2,液压缸b的活塞面积A。=0.02m2,缸a负载为100KN,速度为 0.2m/min;缸b负载为50KN。工作时两缸同时动作，节流阀2两端压力差为1.2MPa,通过溢 流阀1的流量为12L/min,试计算： 缸a 缸b 图3-1-4 (1)缸a活塞向 运动，负载方向向 ;缸b活塞向 运动，负载方向 向 (2)液压泵输出流量与缸a、缸b的输入流量 (填“相等”或“不相等”)； (3)液压泵输出压力与缸a、缸b的输入压力 (填“相等”或“不相等”)； (4)节流阀3两端压力差为 MPa; (5)缸b的输入流量为 L/min; (6)缸b活塞的速度为 m/min; (7)液压泵的实际输出功率为 W; (8)若液压泵的效率为0.8，驱动液压泵的电机的匹配功率为 w。 【析与解】本题解题的关键是：理解液流连续性原理、帕斯卡定律，熟悉系统流量和压力 的变化规律，会分析活塞运动方向和负载方向。 (1)油液压力的分析。 (2)缸α、缸b的输入流量之和等于液压泵输出流量减去通过溢流阀1的流量。 (3)液压元件的液阻存在压力差。 (4)由缸α活塞建立二力平衡式，可以求得溢流阀1的开启压力；由缸b活塞建立二力平 衡式，可以求得由缸a活塞建立二力平衡式。 (5)(6)通过节流阀2和节流阀3的流量之和等于液压泵输出流量减去通过溢流阀1的流 量，求出缸α的输出流量可以得出缸b的输出流量，进而求出缸b活塞的速度。 (7)液压泵的实际输出功率等于泵的额定流量与泵的输出压力的乘积。 (8)驱动液压泵的电机的匹配功率P=p额q籁/)益 【答案】(1)上，下；上，下(2)不相等(3)不相等(4)0.7MPa(5)6 (6)0.3(7)1493.33(8)2100 【例5】如图3-1-5所示的液压装置，已知阻力F=4kN,面积A=1.2×10-2m2,A1=0. ·146· 总复习方案·第三部分液压与气动 9×102m2,A2=0.5×102m2,若需要该装置克服阻力F而运动，试求： (1)所需压重G的大小： (2)液压缸两腔的压力p1、p2。 图3-1-5 【析与解】本题关键在于认清该系统左半部分为单出杆活塞式液压缸的差动连接，右半部 分为提供压力油的动力部分。根据差动连接克服阻力F=p(A:一A2),而p=G/A。 【答案】(1)1=p2=p,p=G/A F=(A1-A2)·G/A,G=FA/(A1-A2), G=4×1.2×102/(0.9-0.5)×10-2=12kN (2)p1=p2=p=G/A=12×103/1.2×10-2=105Pa 第2讲 液压元件 考情分析 知识模块 液压元件 1,了解液压泵的工作原理，掌握液压泵的结构特点，功用及图形符号。 2.了解液压缸的工作原理，熟悉液压缸特点、功用及图形符号，并能根据要求对液 压缸进行速度、推力的计算。 考纲要求 3.了解液压马达的工作原理，掌握液压马达的结构特点、功用及图形符号。 4.了解液压控制阀的种类，熟悉液压控制阀的特点、功用，掌握各种液压控制阀的 图形符号的含义及画法，理解滑阀中位机能特点。 5.了解液压辅助元件的种类、特点及作用，理解液压辅助元件的图形符号含义。 高考卷 2019年 2020年 2021年 分值 0 7 13 题型、题号 综合分析题61 综合分析题61 综合分析题61 题61(1)(8)换向阀的名 题61(2)过滤器和换向阀 题61(3)换向阀和单向顺 的名称2分；(3)调速阀 称2分；(3)单向顺序阀 序阀的名称2分；(4)双 的结构2分；(4)溢流阀 的作用1分；(4)溢流阀、 考点 减压阀、单向阀的作用3 作用式叶片泵的特点2 的结构和作用2分；(5) 分；(5)顺序阀的结构1 液控顺序阀的名称和作 分：(6)压力继电器的作 分；(6)液压缸特点和密 用2分：(7)液压缸的特 用1分；(7)双作用式叶 封2分。 点2分；(8)双作用式叶 片泵的名称和结构2分。 片泵的的特点3分。 试题难度要求 容易 容易 容易 ·147·