第1章 液壓氣壓傳動(dòng)及控制概述

1、第第1 1章章 基本要求：基本要求： 1、掌握液壓氣壓傳動(dòng)的定義，區(qū)分和其它傳動(dòng)形式的不同。了解液壓氣壓傳動(dòng)的工作原理和傳動(dòng)實(shí)質(zhì)； 2、了解液壓氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)的組成和系統(tǒng)圖的表示法； 3、了解液壓氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)； 4、了解液壓氣壓傳動(dòng)的應(yīng)用情況及以后發(fā)展前景。重點(diǎn)：重點(diǎn)：液壓氣壓傳動(dòng)的工作原理；液壓氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)圖的表示方法。難點(diǎn)：難點(diǎn)：液壓氣壓傳動(dòng)的工作原理?；疽?、重點(diǎn)和難點(diǎn)：基本要求、重點(diǎn)和難點(diǎn)： 液壓氣壓傳動(dòng)及控制的定義及工作原理液壓氣壓傳動(dòng)及控制的定義及工作原理1.1液壓和氣壓系統(tǒng)的組成和表示方法液壓和氣壓系統(tǒng)的組成和表示方法 1.2液壓與氣壓傳動(dòng)的發(fā)展前景液壓與氣壓傳動(dòng)的發(fā)展前

2、景 1.5 液壓和氣壓系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)液壓和氣壓系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn) 1.3液壓與氣壓傳動(dòng)的應(yīng)用液壓與氣壓傳動(dòng)的應(yīng)用 本章內(nèi)容目錄：本章內(nèi)容目錄： 1.41.1液壓氣壓傳動(dòng)與控制的定義及工作原理液壓氣壓傳動(dòng)與控制的定義及工作原理液壓傳動(dòng)的定義液壓傳動(dòng)的定義 一部完整的機(jī)器是由原動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及控制部分、工作機(jī)（含輔助裝置）組成。 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)通常分為機(jī)械傳動(dòng)、電氣傳動(dòng)和流體傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。 流體傳動(dòng)流體傳動(dòng)是以流體為工作介質(zhì)進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換、傳遞和控制的傳動(dòng)。它包括液壓傳動(dòng)、液力傳動(dòng)和氣壓傳動(dòng)。液壓傳動(dòng)和液力傳動(dòng)均是以液體作為工作介質(zhì)來(lái)進(jìn)行能量傳遞的傳動(dòng)方式。 液壓傳動(dòng)：液壓傳動(dòng)：利用封閉腔中流動(dòng)液體的流量和壓力進(jìn)行利

3、用封閉腔中流動(dòng)液體的流量和壓力進(jìn)行能量傳遞，工作時(shí)液體的流速較低但壓力很高。能量傳遞，工作時(shí)液體的流速較低但壓力很高。液力傳動(dòng)液力傳動(dòng)：利用高速流動(dòng)液體的動(dòng)能與剛體葉輪進(jìn)行：利用高速流動(dòng)液體的動(dòng)能與剛體葉輪進(jìn)行能量交換來(lái)實(shí)現(xiàn)能量傳遞，工作時(shí)液體的流速很高但壓能量交換來(lái)實(shí)現(xiàn)能量傳遞，工作時(shí)液體的流速很高但壓力較低力較低 液壓傳動(dòng)液壓傳動(dòng)主要是利用液體的主要是利用液體的壓力能壓力能來(lái)傳遞能量；來(lái)傳遞能量； 液力傳動(dòng)液力傳動(dòng)則主要是利用液體的則主要是利用液體的動(dòng)能動(dòng)能來(lái)傳遞能量。來(lái)傳遞能量。 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的工作原理液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的工作原理液壓千斤頂工作原理液壓傳動(dòng)的工作特性液壓傳動(dòng)的工作特性（1 1）

4、力的傳遞按照帕斯卡原理進(jìn)行。）力的傳遞按照帕斯卡原理進(jìn)行。（2 2）液壓傳動(dòng)中壓力取決于負(fù)載。）液壓傳動(dòng)中壓力取決于負(fù)載。（3 3）負(fù)載的運(yùn)動(dòng)速度取決于流量。）負(fù)載的運(yùn)動(dòng)速度取決于流量。 （4 4）液壓傳動(dòng)中的兩個(gè)能量參數(shù)：）液壓傳動(dòng)中的兩個(gè)能量參數(shù)： 1.1.壓力：壓力： 2.2.流量：流量：pQ1 1、力的傳遞按照帕斯卡原理進(jìn)行、力的傳遞按照帕斯卡原理進(jìn)行 小活塞底面單位面積上的壓力為： 大活塞底面上的壓力為： 根據(jù)流體力學(xué)中的帕斯卡原理，平衡液體內(nèi)某一點(diǎn)的壓力等值地傳遞到液體各點(diǎn)，因此有:11AFP 2121AWAFppp22AWP 2 2、液壓傳動(dòng)中壓力取決于負(fù)載、液壓傳動(dòng)中壓力取決于

5、負(fù)載 只有大活塞上有了重物W（負(fù)載），小活塞上才能施加上作用力F，并使液體受到壓力，所以負(fù)載是第一性的，壓力是第二性的。即有了負(fù)載，并且作用力足夠大，液體才受到壓力，壓力的大小取決于負(fù)載。3 3、負(fù)載的運(yùn)動(dòng)速度取決于流量、負(fù)載的運(yùn)動(dòng)速度取決于流量 液壓傳動(dòng)中傳遞運(yùn)動(dòng)時(shí)，速度傳遞按照容積變化相等的原則進(jìn)行。 為流量，負(fù)載（重物 ）的運(yùn)動(dòng)速度 取決于進(jìn)入大液壓缸的流量 。2211LALAtLV11tLV22QVAVA2211QWQ2V2222222222qpqAFAqFvFPpq 上式表明，液壓傳動(dòng)的功率等于液體的壓力 和流量 的乘積。所以壓力和流量是液壓傳動(dòng)中的兩個(gè)重要的基本參數(shù)。他們相當(dāng)于機(jī)械

6、傳動(dòng)中直線運(yùn)動(dòng)中的力和速度，旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)中的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速。4 4、能量轉(zhuǎn)換關(guān)系、能量轉(zhuǎn)換關(guān)系 由圖1-1可知，大活塞（液壓缸）工作時(shí)輸出的瞬時(shí)功率為負(fù)載與速度的乘積，即191817161415139112143657810121615911磨床工作臺(tái)液壓系統(tǒng)磨床工作臺(tái)液壓系統(tǒng) 磨床工作臺(tái)磨床工作臺(tái) 磨床工作時(shí)，要求其工作臺(tái)水平往復(fù)運(yùn)動(dòng)。 實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)水平往復(fù)運(yùn)動(dòng)控制的是一套液壓控制系統(tǒng)，如圖所示是一臺(tái)磨床的液壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖。1.2 1.2 液壓和氣壓系統(tǒng)組成和表示方法液壓和氣壓系統(tǒng)組成和表示方法磨床工作臺(tái)磨床工作臺(tái)液壓系統(tǒng)液壓系統(tǒng) 液壓缸液壓缸液壓泵液壓泵節(jié)流閥節(jié)流閥換向閥換向閥油箱油箱191817

7、161415139112143657810121615911磨床工作臺(tái)磨床工作臺(tái)磨床工作臺(tái)液壓系統(tǒng)磨床工作臺(tái)液壓系統(tǒng) 磨床的液壓系統(tǒng)工作時(shí)，液液壓泵壓泵4 4的動(dòng)力是由電機(jī)驅(qū)動(dòng)的,其作用是向系統(tǒng)提供一定流量的壓力油。 該泵是由一對(duì)相互嚙合的齒輪來(lái)完成吸油和排油過(guò)程的，是一種齒輪泵齒輪泵。雖然，它的結(jié)構(gòu)和千斤頂?shù)氖謩?dòng)泵不同，且動(dòng)力是由電機(jī)驅(qū)動(dòng)的，但其功能都相同，都是向系統(tǒng)提供具有一定流量和流量和壓力的油液壓力的油液。1-油箱；2-過(guò)濾器；3,12,14-回油管；4-液壓泵；5-彈簧；6-鋼球；7-溢流閥；8,10-壓力油管；9-手動(dòng)換向閥；11,16-換向手柄；13-節(jié)流閥；15-換向閥；17-

8、活塞；18-液壓缸；19-工作臺(tái) 圖1.2磨床工作臺(tái)液壓傳動(dòng)系統(tǒng) 工作原理 191817161415139112143657810121615911液壓泵液壓泵油箱油箱磨床工作臺(tái)磨床工作臺(tái)磨床工作臺(tái)液壓系統(tǒng)磨床工作臺(tái)液壓系統(tǒng) 圖1.2磨床工作臺(tái)液壓傳動(dòng)系統(tǒng) 工作原理 1918171614151391121436578101216159111-油箱；2-過(guò)濾器；3,12,14-回油管；4-液壓泵；5-彈簧；6-鋼球；7-溢流閥；8,10-壓力油管；9-手動(dòng)換向閥；11,16-換向手柄；13-節(jié)流閥；15-換向閥；17-活塞；18-液壓缸；19-工作臺(tái) 液壓缸液壓缸 由液壓泵輸入的壓力油通過(guò)手動(dòng)換

9、向閥11，節(jié)流閥13、換向閥15進(jìn)入液壓缸18的左腔，推動(dòng)活塞17和工作臺(tái)19向右移動(dòng)，液壓缸18右腔的油液經(jīng)換向閥15排回油箱。 節(jié)流閥節(jié)流閥換向閥換向閥磨床工作臺(tái)液壓系統(tǒng)磨床工作臺(tái)液壓系統(tǒng) 液壓缸液壓缸 當(dāng)手動(dòng)換向閥15換向后，液壓油進(jìn)入液壓缸18的右腔，推動(dòng)活塞17和工作臺(tái)19向左移動(dòng)。 磨床工作臺(tái)磨床工作臺(tái)191817161415139112143657810121615911換向閥換向閥 當(dāng)節(jié)流閥開大時(shí)，進(jìn)入液壓缸18的油液增多，工作臺(tái)的移動(dòng)速度增大；當(dāng)節(jié)流閥關(guān)小時(shí)，工作臺(tái)的移動(dòng)速度減小。 節(jié)流閥節(jié)流閥磨床工作臺(tái)液壓系統(tǒng)磨床工作臺(tái)液壓系統(tǒng) 磨床工作臺(tái)磨床工作臺(tái)換向閥換向閥 如果將手動(dòng)

10、換向閥9轉(zhuǎn)換成如圖11（C）所示的狀態(tài)，液壓泵輸出的油液經(jīng)手動(dòng)換向閥9流回油箱，這時(shí)工作臺(tái)停止運(yùn)動(dòng)，液壓系統(tǒng)處卸荷狀態(tài)。191817161415139112143657810121615911磨床工作臺(tái)液壓系統(tǒng)磨床工作臺(tái)液壓系統(tǒng) 磨床工作臺(tái)磨床工作臺(tái)溢流閥溢流閥191817161415139112143657810121615911 液壓系統(tǒng)中工作的零部件都有一定的承載范圍，當(dāng)系統(tǒng)的工作壓力超過(guò)這個(gè)承載范圍時(shí)，就可能會(huì)出現(xiàn)安全事故，如管道爆裂、電機(jī)過(guò)熱奈至燒毀等。 液壓系統(tǒng)一般采用設(shè)置的方法，來(lái)限制系統(tǒng)的最大工作壓力，保護(hù)人生設(shè)備的安全。磨床工作臺(tái)液壓系統(tǒng)磨床工作臺(tái)液壓系統(tǒng) 磨床工作臺(tái)磨床工作

11、臺(tái)溢流閥溢流閥 除了前面討論的各個(gè)環(huán)節(jié)外，液壓系統(tǒng)要能正常工作，還必須有儲(chǔ)存油的容器，有連接各元器件的，還得有過(guò)濾系統(tǒng)的油液，防止雜質(zhì)進(jìn)入泵和液壓系統(tǒng)的，另外還有，等。191817161415139112143657810121615911液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的組成液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的組成 從千斤頂和磨床的液壓系統(tǒng)組成 和工作原理可以看出，液壓系統(tǒng)一般有以下幾個(gè)部分組成：動(dòng)力元件動(dòng)力元件傳動(dòng)介質(zhì)傳動(dòng)介質(zhì)控制元件控制元件輔助元件輔助元件執(zhí)行元件執(zhí)行元件液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的組成液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的組成 從圖1.1可以看出，液壓傳動(dòng)是以液體作為工作介質(zhì)來(lái)進(jìn)行工作的，一個(gè)完整的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)由以下幾部分組成： （l）液壓泵（動(dòng)力

12、元件）：是將原動(dòng)機(jī)所輸出的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成液體壓力能的元件，其作用是向液壓系統(tǒng)提供壓力油，液壓泵是液壓系統(tǒng)的心臟。 （2）執(zhí)行元件：把液體壓力能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能以驅(qū)動(dòng)工作機(jī)構(gòu)的元件，執(zhí)行元件包括液壓缸和液壓馬達(dá)。 （3）控制元件：包括壓力、方向、流量控制閥，是對(duì)系統(tǒng)中油液壓力、流量、方向進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)的元件。如換向閥15即屬控制元件。 （4）輔助元件：上述三個(gè)組成部分以外的其它元件，如：管道、管接頭、油箱、濾油器等為輔助元件。 液壓系統(tǒng)的組成及各部分的功用液壓系統(tǒng)的組成及各部分的功用液壓油傳動(dòng)介質(zhì)液壓泵動(dòng)力元件反向、壓力、流量控制閥控制元件密封、濾油器、蓄能器、油箱、管件等輔助元件液壓缸、液壓馬達(dá)執(zhí)行

13、元件2Mn機(jī)械能pQ液壓能pQ液壓能機(jī)械能2Tn液壓系統(tǒng)的圖形符號(hào)液壓系統(tǒng)的圖形符號(hào) 圖12（a）所示的液壓系統(tǒng)圖是一種半結(jié)構(gòu)式的工作原理圖。它直觀性強(qiáng)，容易理解，但難于繪制。 在實(shí)際工作中，除少數(shù)特殊情況外，一般都采用液壓與氣動(dòng)圖形符號(hào)（參看附錄）來(lái)繪制，如圖12所示。 91087653214191817161415139112143657810121615911圖1.2磨床工作臺(tái)液壓傳動(dòng)系統(tǒng) 工作原理91087653214 圖1.2用圖形符號(hào)表示的磨床工作臺(tái)液壓系統(tǒng)圖 l-油箱；2-過(guò)濾器；3-液壓泵； 4-溢流閥； 5-手動(dòng)換向閥；6-節(jié)流閥；7-換向間； 8-活塞；9-液壓缸 液壓缸液

14、壓缸液壓缸液壓缸換向閥換向閥換向閥換向閥節(jié)流閥節(jié)流閥節(jié)流閥節(jié)流閥液壓泵液壓泵液壓泵液壓泵溢流閥溢流閥溢流閥溢流閥油箱油箱油箱油箱 圖形符號(hào)表示元件的功能，而不表示元件的具體結(jié)構(gòu)和參數(shù)；反映各元件在油路連接上的相互關(guān)系，不反映其空間安裝位置；只反映靜止位置或初始位置的工作狀態(tài)，不反映其過(guò)渡過(guò)程。 91 087653214液壓缸液壓缸液壓泵液壓泵節(jié)流閥節(jié)流閥換向閥換向閥油箱油箱溢流閥溢流閥1.3 1.3 液壓傳動(dòng)的優(yōu)缺點(diǎn)液壓傳動(dòng)的優(yōu)缺點(diǎn) 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn) 液壓傳動(dòng)與機(jī)械傳動(dòng)、電氣傳動(dòng)相比有以下主要優(yōu)點(diǎn)： （1）在同等功率情況下，液壓執(zhí)行元件體積小、結(jié)構(gòu)緊湊。 （2）液壓

15、傳動(dòng)的各種元件，可根據(jù)需要方便、靈活地來(lái)布置； （3）液壓裝置工作比較平穩(wěn)，由于重量輕，慣性小，反應(yīng)快，液壓裝置易于實(shí)現(xiàn)快速啟動(dòng)、制動(dòng)和頻繁的換向； （4）操縱控制方便，可實(shí)現(xiàn)大范圍的無(wú)級(jí)調(diào)速（調(diào)速范圍達(dá)2000：1），它還可以在運(yùn)行的過(guò)程中進(jìn)行調(diào)速； （5）一般采用礦物油為工作介質(zhì)，相對(duì)運(yùn)動(dòng)面可自行潤(rùn)滑，使用壽命長(zhǎng)； （6）容易實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)； （7）既易實(shí)現(xiàn)機(jī)器的自動(dòng)化，又易于實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)，當(dāng)采用電液聯(lián)合控制甚至計(jì)算機(jī)控制后，可實(shí)現(xiàn)大負(fù)載、高精度、遠(yuǎn)程自動(dòng)控制。 （8）液壓元件實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化，便于設(shè)計(jì)、制造和使用。 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn) （1）液壓傳動(dòng)不

16、能保證嚴(yán)格的傳動(dòng)比，這是由于液壓油的可壓縮性和泄漏造成的。 （2）工作性能易受溫度變化的影響，因此不宜在很高或很低的溫度條件下工作。 （3）由于流體流動(dòng)的阻力損失和泄漏較大，所以效率較低。如果處理不當(dāng)，泄漏不僅污染場(chǎng)地，而且還可能引起火災(zāi)和爆炸事故。 （4）為了減少泄漏，液壓元件在制造精度上要求較高，因此它的造價(jià)高，且對(duì)油液的污染比較敏感。液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的主要缺點(diǎn)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的主要缺點(diǎn) 機(jī)械、電子（計(jì)算機(jī)） 、液壓三者相結(jié)合的機(jī)電液一體化技術(shù) 電子是神經(jīng)，液壓是肌肉，機(jī)械是骨頭。液壓傳動(dòng)優(yōu)點(diǎn)總結(jié)液壓傳動(dòng)優(yōu)點(diǎn)總結(jié)1.優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn): 功率大來(lái)重量輕功率大來(lái)重量輕, 大力大矩顯威風(fēng)大力大矩顯威風(fēng); 運(yùn)動(dòng)平

17、穩(wěn)響應(yīng)快運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)響應(yīng)快, 無(wú)機(jī)調(diào)速顯神通無(wú)機(jī)調(diào)速顯神通; 操縱簡(jiǎn)單自動(dòng)化操縱簡(jiǎn)單自動(dòng)化, 過(guò)載保護(hù)它更行過(guò)載保護(hù)它更行; 元件標(biāo)準(zhǔn)系列化元件標(biāo)準(zhǔn)系列化, 散熱潤(rùn)滑也出名散熱潤(rùn)滑也出名.液壓傳動(dòng)缺點(diǎn)總結(jié)液壓傳動(dòng)缺點(diǎn)總結(jié)2.缺點(diǎn)缺點(diǎn):難保嚴(yán)格傳動(dòng)比難保嚴(yán)格傳動(dòng)比, 液壓不宜遠(yuǎn)距離液壓不宜遠(yuǎn)距離;元件精度要求高元件精度要求高, 溫度影響需注意溫度影響需注意;信號(hào)傳遞不如電信號(hào)傳遞不如電, 液壓介質(zhì)很嬌氣液壓介質(zhì)很嬌氣;總的效率比較低總的效率比較低, 找到故障較費(fèi)力找到故障較費(fèi)力.液壓傳動(dòng)優(yōu)點(diǎn)總結(jié)液壓傳動(dòng)優(yōu)點(diǎn)總結(jié)氣壓傳動(dòng)氣壓傳動(dòng)氣壓發(fā)生裝置氣壓發(fā)生裝置分水濾氣器壓力控制閥油霧器方向控制閥消聲器流量控制

18、閥汽汽 缸缸氣壓傳動(dòng)優(yōu)點(diǎn)氣壓傳動(dòng)優(yōu)點(diǎn)8.空氣取之不盡，節(jié)省購(gòu)買、貯存、運(yùn)輸?shù)馁M(fèi)用1.用后空氣排入大氣，不必設(shè)回氣管，不污染環(huán)境2.空氣在管內(nèi)流動(dòng)阻力小，壓力損失小，便于輸送3.氣動(dòng)反應(yīng)快，動(dòng)作迅速，維護(hù)簡(jiǎn)單，管路不易堵塞4.氣動(dòng)元件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于制造、標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化5.氣動(dòng)系統(tǒng)在惡劣工作環(huán)境中，安全可靠性優(yōu)于液壓等系統(tǒng)6.氣動(dòng)系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)，可壓縮性氣體便于貯存能量7.氣動(dòng)設(shè)備可以自動(dòng)降溫，長(zhǎng)期運(yùn)行也不會(huì)發(fā)生過(guò)熱現(xiàn)象氣壓傳動(dòng)的缺點(diǎn)氣壓傳動(dòng)的缺點(diǎn)4.空氣的可壓縮性，在載荷變化時(shí)動(dòng)作穩(wěn)定性差1.工作壓力較低，輸出功率較小2.氣信號(hào)傳遞的速度慢，不宜用于高速傳遞的回路中3.排氣噪聲大，需加消聲器液壓傳動(dòng)在軍工業(yè)中的應(yīng)用液壓傳動(dòng)在軍工業(yè)中的應(yīng)用1.4 1.4 液壓與氣壓傳動(dòng)的應(yīng)用液壓與氣壓傳動(dòng)的應(yīng)用液壓傳動(dòng)在工程機(jī)械中的應(yīng)液壓傳動(dòng)在工程機(jī)械中的應(yīng)用用全自動(dòng)六角車床全自動(dòng)六角車床 液壓傳動(dòng)在機(jī)床工業(yè)中的應(yīng)用液壓傳動(dòng)在機(jī)床工業(yè)中的應(yīng)用注塑機(jī)注塑機(jī)液壓傳動(dòng)在輕工機(jī)械液壓傳動(dòng)在輕工機(jī)械 中的應(yīng)用中的應(yīng)用1.5 1.5 液壓與氣壓傳動(dòng)的發(fā)展前景液壓與氣壓傳動(dòng)的發(fā)展前景 從17世紀(jì)中葉帕斯卡