流體傳動(dòng)與控制 課件

流體傳動(dòng)與控制流體傳動(dòng)與控制1流體傳動(dòng)與控制液壓傳動(dòng)與控制氣壓傳動(dòng)與控制流體傳動(dòng)與控制液壓傳動(dòng)與控制氣壓傳動(dòng)與控制2緒論1、什么是流體傳動(dòng)與控制？2、它是一門古老的學(xué)科還是一門新興的學(xué)科？3、該學(xué)科目前急需解決哪些問題？4、該學(xué)科的發(fā)展方向是什么？緒論1、什么是流體傳動(dòng)與控制？3一、學(xué)科歷史及主要事件二、學(xué)科存在的主要問題三、流體傳動(dòng)技術(shù)前景展望一、學(xué)科歷史及主要事件4一、學(xué)科歷史及主要事件

流體傳動(dòng)是研究以有壓流體為能源介質(zhì)，來實(shí)現(xiàn)各種機(jī)械的傳動(dòng)和自動(dòng)控制的學(xué)科。（流體：流體傳動(dòng)中所使用到的液體和氣體。）一、學(xué)科歷史及主要事件流體傳動(dòng)5歷史回顧

概述：流體技術(shù)自18世紀(jì)末英國(guó)制成世界上第一臺(tái)水壓機(jī)算起，已有300年的歷史了，但其真正的發(fā)展是在第二次世界大戰(zhàn)后50余年的時(shí)間內(nèi)，戰(zhàn)后液壓技術(shù)迅速轉(zhuǎn)向民用工業(yè)，在機(jī)械制造、工程建筑、農(nóng)業(yè)機(jī)械、交通運(yùn)輸?shù)刃袠I(yè)中逐步推廣。歷史回顧概述：流體技術(shù)自18世紀(jì)6學(xué)科發(fā)展史

18世紀(jì)末水壓機(jī)（作為最早的工作母機(jī)）的問世（1795）是流體動(dòng)力應(yīng)用于工業(yè)的第一個(gè)成功典范。水壓技術(shù)從此在工業(yè)革命（1850）后的英國(guó)得到原始、緩慢地發(fā)展。學(xué)科發(fā)展史18世紀(jì)末水壓機(jī)（作為最早的7

19世紀(jì)末流體動(dòng)力元件得以發(fā)明和改進(jìn)，特別是伴隨現(xiàn)代化工業(yè)的興起以及機(jī)械加工工藝、材料（鋼鐵工業(yè)）和介質(zhì)（石化工業(yè)）的技術(shù)進(jìn)步，為液壓技術(shù)的近代發(fā)展創(chuàng)造了先決條件。19世紀(jì)末流體動(dòng)力元件得以發(fā)明和改進(jìn)，8

20世紀(jì)初，美國(guó)在艦船設(shè)備上率先使用油介質(zhì)成功（1906）后，揭開了現(xiàn)代液壓技術(shù)發(fā)展的序幕。

戰(zhàn)爭(zhēng)和軍事需要（航海和航空）刺激了液壓新技術(shù)新工藝的研究開發(fā)投入。20世紀(jì)初，美國(guó)在艦船設(shè)備上率先使用9

1930年代中期以先導(dǎo)溢流閥為代表的壓力控制閥高壓元件問世；1940年代問世了電磁閥和電液換向閥等自動(dòng)控制元件；1950年代初電液伺服閥問世；1960年代后期電液比例閥問世。1930年代中期以先導(dǎo)溢流閥為代表的壓10

戰(zhàn)后在航天國(guó)防工業(yè)以及汽車和機(jī)床工業(yè)的廣泛應(yīng)用中，油壓技術(shù)經(jīng)受了考驗(yàn)，并且走向產(chǎn)業(yè)獨(dú)立發(fā)展，西方各國(guó)相繼成立了行業(yè)協(xié)會(huì)和專業(yè)學(xué)會(huì)，液壓傳動(dòng)和控制被作為新興技術(shù)得到重視。這一時(shí)期也稱得上是液壓工業(yè)的黃金歲月。戰(zhàn)后在航天國(guó)防工業(yè)以及汽車和機(jī)床工業(yè)的11

值得一提的科學(xué)著作是Blackburn1960《液動(dòng)氣動(dòng)控制》和Merritt1967《液壓控制系統(tǒng)》等影響深遠(yuǎn)的經(jīng)典之作，對(duì)液壓控制理論首次作出了系統(tǒng)、科學(xué)的闡述。值得一提的科學(xué)著作是Blackburn12

1970年液壓元件走向標(biāo)準(zhǔn)化、國(guó)際化（CETOP；1962-，ISO/TC131；1969-）、集成化、小型化，疊加閥和模塊化集成回路順應(yīng)了時(shí)代要求。由于相繼爆發(fā)了二次能源危機(jī)，節(jié)能壓力迫使液壓技術(shù)尋求高水基或合成液介質(zhì)，同時(shí)為了滿足工業(yè)生產(chǎn)高效率大功率的要求，二通插裝閥在西德問世。

1970年液壓元件走向標(biāo)準(zhǔn)化、國(guó)際化13

電液比例控制在1980年成為液壓技術(shù)研究發(fā)展的熱點(diǎn)，液壓和電子技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng)與合作引起廣泛關(guān)注。值得提及Backe1974《液壓阻力回路系統(tǒng)學(xué)》和路甬祥1988《電液比例控制技術(shù)》等著作進(jìn)一步豐富和發(fā)展了液壓控制的經(jīng)典理論。

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1990年以后，隨著綠色和環(huán)保成為全球共識(shí)，水壓技術(shù)特別是純水介質(zhì)及其元件工藝的研究又得到重視。1990年以后，隨著綠色和環(huán)保成為全15學(xué)科存在的主要問題

1.環(huán)境保護(hù)（泄漏）：

泄漏是流體傳動(dòng)工業(yè)面臨的最大挑戰(zhàn)之一，也是妨礙它與電氣和機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)有效競(jìng)爭(zhēng)的一大因素。隨著環(huán)保意識(shí)的不斷增強(qiáng)，解決泄漏已是當(dāng)務(wù)之急。

學(xué)科存在的主要問題1.環(huán)境保護(hù)（泄漏）：16

解決方案（一）：加大非石油基液壓油的使用力度。例如，在工作溫度允許的情況下，水基液壓油能較好地防止污染。

解決方案（一）：17解決方案（二）：為降低污染，流體傳動(dòng)工業(yè)提出了兩種有效途徑和力一法：①與石化公司合作，開發(fā)性能更好的生物降解液壓油；②通過縮小油箱尺寸和使用衍生裝置，繼續(xù)探索降低系統(tǒng)用油量的方法和技術(shù)。解決方案（二）：18解決方案（三）：

液壓油的廢置也是一個(gè)較大的環(huán)?？紤]因素。為充分利用它并保護(hù)環(huán)境，延長(zhǎng)其使用壽命是最佳的方法。要做到這一點(diǎn)，使用者必須應(yīng)用先進(jìn)的污染控制和過濾技術(shù)，使液壓油保持清潔和冷卻。解決方案（三）：192.教育與培訓(xùn)方面：

由于流體傳動(dòng)是一個(gè)特殊的工業(yè)領(lǐng)域，公眾對(duì)它的了解近似于零，這一狀況近期將不會(huì)有較大改觀。在眾多的?？圃盒＜熬C合大學(xué)里，電氣和機(jī)械技術(shù)被廣泛傳授，而流體傳動(dòng)卻被忽視。盡管這一潛在問題在幾十年前就被發(fā)現(xiàn)，但工業(yè)界對(duì)此作出的反應(yīng)卻很遲鈍。2.教育與培訓(xùn)方面：由于流體傳動(dòng)是一個(gè)20解決方案（一）：

進(jìn)一步加大流體傳動(dòng)組織與大專院校的合作，在高校增設(shè)更多的流體傳動(dòng)課程，培養(yǎng)和儲(chǔ)備專業(yè)人才；解決方案（一）：21解決方案（二）：企業(yè)自己培養(yǎng)人才，盡管這種方法不是最好的，但在實(shí)踐中卻是最可行的。這樣，行業(yè)和企業(yè)可利用自身優(yōu)勢(shì)造就高素質(zhì)的專門人才。解決方案（二）：22解決方案（三）：

利用行業(yè)組織和機(jī)構(gòu)，更好地為行業(yè)服務(wù)。例如，美國(guó)全國(guó)流體動(dòng)力協(xié)會(huì)、流體動(dòng)力學(xué)會(huì)等組織就能為工程師提供培訓(xùn)和先進(jìn)技術(shù)信息。包括:開發(fā)工業(yè)工程標(biāo)準(zhǔn)；提倡教育，促進(jìn)改良措施，支持流體傳動(dòng)技術(shù)及其應(yīng)用；參與各種工業(yè)展覽；提供行業(yè)數(shù)據(jù)服務(wù)；資助本組織的國(guó)際貿(mào)易；自愿為協(xié)會(huì)服務(wù)。解決方案（三）：233.與其它先進(jìn)的技術(shù)相結(jié)合：例如：與電子一體化相結(jié)合？3.與其它先進(jìn)的技術(shù)相結(jié)合：24流體傳動(dòng)技術(shù)前景展望

1.研發(fā)“智能材料”，和“智能流體”；2.

打破生產(chǎn)廠、供應(yīng)商及用戶之間的界

限，向全球化發(fā)展；3.其它的發(fā)展趨勢(shì)

。

流體傳動(dòng)技術(shù)前景展望1.研發(fā)“智能材料”，和“智能流體”25流體傳動(dòng)技術(shù)向高壓化、長(zhǎng)壽命、微型化和低泄漏的力一向發(fā)展將進(jìn)一步擴(kuò)大與電子領(lǐng)域的合作，研制更為先進(jìn)的材料和流體介質(zhì)。例如，智能流體將開創(chuàng)由電子控制的無閥流體系統(tǒng)，泵和馬達(dá)的高級(jí)控制技術(shù)比現(xiàn)用技術(shù)更簡(jiǎn)單，泵、馬達(dá)及機(jī)械所用的智能材料將進(jìn)一步深化流體傳動(dòng)與電子技術(shù)的聯(lián)合。流體傳動(dòng)技術(shù)向高壓化、長(zhǎng)壽命、微型化26設(shè)備生產(chǎn)廠和供應(yīng)商之間綜合利用資源，更迅速地建立合作關(guān)系，更有效地滿足用戶的不同需求。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）將繼續(xù)保證世界范圍的產(chǎn)品和系統(tǒng)的互換性。設(shè)備生產(chǎn)廠和供應(yīng)商之間綜合利用資源，更迅27

利用更為先進(jìn)的材料，如復(fù)合材料和陶瓷材料，滿足液壓系統(tǒng)中泵、閥、缸高壓化的需要；由于總線控制大大減少接線，增強(qiáng)操作可靠性，將廣泛用于液壓和氣動(dòng)閥；氣動(dòng)將更加依賴電氣、電子接口；加大數(shù)字放大器的研制和應(yīng)用力度，改良電液驅(qū)動(dòng)技術(shù)；繼續(xù)探索降低生產(chǎn)成本的方法。利用更為先進(jìn)的材料，如復(fù)合材料和陶瓷28大力發(fā)展電子一體化，提高產(chǎn)品在惡劣環(huán)境下作業(yè)的能力；更多地使用植物油和不污染空氣或生態(tài)系統(tǒng)的流體介質(zhì)；機(jī)、電、氣一體化，使系統(tǒng)速度更快，匹配性更好，控制性更平衡；必須力爭(zhēng)解決動(dòng)力及運(yùn)動(dòng)控制力方面的問題，提供通用插接元件及系統(tǒng)；加大遠(yuǎn)程系統(tǒng)診斷技術(shù)的應(yīng)用力度；倡導(dǎo)預(yù)防性維護(hù)；承擔(dān)終身保障和責(zé)任；普及條件監(jiān)測(cè)，減少停機(jī)，降低維修費(fèi)用。大力發(fā)展電子一體化，提高產(chǎn)品在惡劣環(huán)境29

氣壓傳動(dòng)的發(fā)展（氣動(dòng)技術(shù)）

氣動(dòng)技術(shù)在科技飛速發(fā)展的當(dāng)今世界發(fā)展將更加迅速。隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，氣動(dòng)技術(shù)已從汽車、采礦、鋼鐵、機(jī)械工業(yè)等行業(yè)迅速擴(kuò)展到化工、輕工、食品、軍事工業(yè)等各行各業(yè)。

30

70年代——開始重視氣動(dòng)技術(shù)，但沒有生產(chǎn)氣動(dòng)設(shè)備的能力

其中：

75年1月——在氣動(dòng)元件座談會(huì)上確定了定點(diǎn)生產(chǎn)氣動(dòng)元件的工廠;76年——正式開始重視氣動(dòng)技術(shù)，并發(fā)展氣動(dòng)技術(shù)，發(fā)展速度很快;80年代——廣泛地應(yīng)用于各行各業(yè)，如：制鞋、顯像管生產(chǎn)、玻璃車間，食品生產(chǎn)，服裝生產(chǎn)等，70年代——開始重視氣動(dòng)技術(shù)，但沒有生產(chǎn)氣動(dòng)31從世界各地氣動(dòng)行業(yè)統(tǒng)計(jì)資料來看，近30多年來，氣動(dòng)行業(yè)發(fā)展很快。20世紀(jì)70年代，液壓與氣動(dòng)元件的產(chǎn)值比約9:1，30多年后的今天，在工業(yè)技術(shù)發(fā)達(dá)的歐美、日本等國(guó)家，該比例已達(dá)6:4，甚至接近5:5。由于氣動(dòng)元件的單價(jià)比液壓元件便宜，在相同產(chǎn)值的情況下，氣動(dòng)元件的使用量及使用范圍已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了液壓行

從地區(qū)劃分，可以說美洲（以美國(guó)為中心）、歐洲（歐洲各工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家）和亞太地區(qū)（以日本為中心）三分天下。氣動(dòng)元件的基本生產(chǎn)品種和規(guī)格分別已達(dá)9100種和53萬種。中國(guó)改革開放以來，氣動(dòng)行業(yè)發(fā)展很快。近年來，氣動(dòng)元件產(chǎn)值的年遞增率達(dá)25%左右，高于中國(guó)機(jī)械工業(yè)產(chǎn)值平均年遞增率。雖然中國(guó)的基礎(chǔ)工業(yè)離世界先進(jìn)工業(yè)國(guó)家還有一定的差距，從世界各地氣動(dòng)行業(yè)統(tǒng)計(jì)資料來看，近30多年來32縱觀世界氣動(dòng)行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)，氣動(dòng)元件的發(fā)展動(dòng)向可歸納為：高質(zhì)量電磁閥的壽命可達(dá)3000萬次以上，氣缸的壽命可達(dá)2000~5000km。高精度定位精度達(dá)0.5~0.1mm，過濾精度可達(dá)0.01μm，標(biāo)準(zhǔn)大氣中的油霧在0.1mg以下。高速度小型電磁閥的換向頻率可達(dá)數(shù)十赫茲，氣缸最大速度可達(dá)3m/s。

低功耗電磁閥的功耗可降到0.1W?？v觀世界氣動(dòng)行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)，氣動(dòng)元件33顯然，氣動(dòng)技術(shù)當(dāng)前發(fā)展的特點(diǎn)和研究的方向主要是節(jié)能化、小型化、輕量化、位置控制的高精度化，以及與電子學(xué)相結(jié)合的綜合控制技術(shù)。顯然，氣動(dòng)技術(shù)當(dāng)前發(fā)展的特點(diǎn)和研究的方34氣壓傳動(dòng)的工作原理1.電車和汽車開、關(guān)門氣動(dòng)回路：氣壓傳動(dòng)的工作原理35本課程的主要任務(wù)：1、要掌握液壓與氣壓傳動(dòng)的基本概念。2、能讀懂液壓與氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)圖，認(rèn)識(shí)

液壓與氣壓元件的圖形符號(hào)。3、了解液壓與氣壓元件，會(huì)選用液壓與氣壓元件。4、能設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的液壓與氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)。本課程的主要任務(wù)：36二、液壓與氣壓傳動(dòng)的工作原理（一）液壓傳動(dòng)的工作原理1液壓千斤頂?shù)墓ぷ髟韽囊簤呵Ы镯數(shù)墓ぷ髟淼暮?jiǎn)單介紹中，我們可以看出：液壓傳動(dòng)的工作原理——以油液作為工作介質(zhì)，依靠密封容積的大小變化來傳遞運(yùn)動(dòng)，依靠油液內(nèi)部的壓力來傳遞動(dòng)力。液壓傳動(dòng)的定義：以液體作為工作介質(zhì)，利用液體壓力來傳遞動(dòng)力和進(jìn)行控制的一種傳動(dòng)方式。二、液壓與氣壓傳動(dòng)的工作原理37

實(shí)質(zhì)上，液壓傳動(dòng)就是一種能量轉(zhuǎn)換裝置，先將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為便于輸送的液壓能，再將液壓能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，用來驅(qū)動(dòng)工作機(jī)構(gòu)完成所要求的各種動(dòng)作。2.液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的組成1）能源裝置（油源）：將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為液壓能的裝置。如：液壓泵。2）執(zhí)行裝置：將液壓能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的裝置。如：液壓缸、液壓馬達(dá)。3）控制裝置：控制油液的壓力、流量和流動(dòng)方向的裝置。如：換向閥、溢流閥、節(jié)流閥。4）輔助裝置：起輔助作用的裝置（除上述三部分之外的所有裝置）。如：油箱、濾油器、壓力表、油管等。3.液壓元件的圖形符號(hào)實(shí)質(zhì)上，液壓傳動(dòng)就是一種能量轉(zhuǎn)換裝置，先將機(jī)38氣壓傳動(dòng)的工作原理1.電車和汽車開、關(guān)門氣動(dòng)回路：氣壓傳動(dòng)的工作原理39氣壓傳動(dòng)的工作原理為：把由電動(dòng)機(jī)或其它原動(dòng)機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成有壓氣體的壓力能，通過控制元件控制，輸送給執(zhí)行元件，再還原成機(jī)械能。機(jī)械能壓力能機(jī)械能2.氣動(dòng)系統(tǒng)的組成1）氣源系統(tǒng)作用：供給氣動(dòng)系統(tǒng)一定壓力、一定流量，干凈、干燥的壓縮空氣。元件：空氣壓縮機(jī)、后冷卻器、油水分離器、儲(chǔ)氣罐、氣動(dòng)三大件。2）控制元件作用：控制壓縮空氣的流量、壓力、方向，使執(zhí)行元件完成我們所設(shè)計(jì)的規(guī)定運(yùn)動(dòng)規(guī)律。元件：壓力閥、流量閥、方向閥。氣壓傳動(dòng)的工作原理為：403）執(zhí)行元件作用：把壓力能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，并對(duì)外做功。元件：氣缸、氣馬達(dá)。4）輔助裝置作用：起輔助作用。元件：管道、壓力表、管接頭，等等。3）執(zhí)行元件41三、液壓與氣壓傳動(dòng)的優(yōu)缺點(diǎn)1.液壓傳動(dòng)的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：（1）能方便地實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速，調(diào)速范圍大。（2）運(yùn)動(dòng)傳遞平穩(wěn)、均勻。（3）易于獲得很大的力和力矩。（4）單位功率的體積小，重量輕，結(jié)構(gòu)緊湊，反映靈敏。（5）易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。（6）易于實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)，工作可靠。三、液壓與氣壓傳動(dòng)的優(yōu)缺點(diǎn)42（7）自動(dòng)潤(rùn)滑，元件壽命長(zhǎng)。（8）液壓元件易于實(shí)現(xiàn)通用化、標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、便于設(shè)計(jì)制造和推廣使用。缺點(diǎn)：（1）由于液壓傳動(dòng)的工作介質(zhì)是液壓油，所以無法避免會(huì)有泄漏，效率降低，污染環(huán)境。（2）溫度對(duì)液壓系統(tǒng)的工作性能影響較大。（7）自動(dòng)潤(rùn)滑，元件壽命長(zhǎng)。43（3）傳動(dòng)效率低。（4）空氣的混入會(huì)引起工作不良。（5）為了防止泄漏以及滿足某些性能上的要求，液壓元件的制造精度要求高，使成本增加。（6）液壓設(shè)備故障原因不易查找。2.氣壓傳動(dòng)的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：（1）氣動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、輕便、安裝維護(hù)簡(jiǎn)單。壓力等級(jí)低，故使用安全。（2）工作介質(zhì)是空氣，取之不盡、用之不竭，又不花錢。排氣處理簡(jiǎn)單，不污染環(huán)境，成本低。（3）輸出力及工作速度的調(diào)節(jié)非常容易。氣缸工作速度一般為50-500mm/s，比液壓和電氣方式的動(dòng)作速度快。（3）傳動(dòng)效率低。44（4）可靠性高，使用壽命長(zhǎng)。電器元件的有效動(dòng)作次約為數(shù)百萬次，而較好的電磁閥的壽命大于3000萬次，小型閥超過2億次。（5）利用空氣的可壓縮性，可儲(chǔ)存能量，實(shí)現(xiàn)集中供氣?？啥虝r(shí)間釋放能量，以獲得間歇運(yùn)動(dòng)中的高速響應(yīng)。可實(shí)現(xiàn)緩沖。對(duì)沖擊負(fù)載和過負(fù)載有較強(qiáng)的適應(yīng)能力。在一定條件下，可使氣動(dòng)裝置有自保護(hù)能力。（6）全氣動(dòng)控制具有防火、防爆、耐潮的能力。與液壓方式比較，氣動(dòng)方式可在高溫場(chǎng)合使用。（7）由于空氣流動(dòng)壓力損失小，壓縮空氣可集中供氣，較遠(yuǎn)距離輸送。缺點(diǎn)：（1）由于空氣具有壓縮性，氣缸的動(dòng)作速度易受負(fù)載的變化影響。當(dāng)然，采用氣液聯(lián)動(dòng)方式可以克服這一缺陷。（4）可靠性高，使用壽命長(zhǎng)。電器元件的有效動(dòng)作次約為數(shù)百萬次45（2）氣缸在低速運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于摩擦力占推力的比例比較大，氣缸的低速穩(wěn)定性不如液壓缸。（3）雖然在許多應(yīng)用場(chǎng)合，氣缸的輸出力能滿足工作要求，但其輸出力比液壓缸小。（2）氣缸在低速運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于摩擦力占推力的比例比較大，氣缸的46流體傳動(dòng)與控制課件47流體傳動(dòng)與控制課件48流體傳動(dòng)與控制課件49純水液壓傳動(dòng)優(yōu)點(diǎn):1.純水價(jià)格低廉，約為液壓用油的五千分之一；2.泄漏不污染環(huán)境，無需回收；3.阻燃性好，可在高溫環(huán)境下工作；4.壓縮系數(shù)小，比礦物油降低25%左右。

純水液壓傳動(dòng)優(yōu)點(diǎn):50缺點(diǎn):1.粘性低，在相同條件下造成的泄漏量比礦物油大10一20倍；2.潤(rùn)滑性差，磨擦副壽命短；3.易氣蝕，純水汽化壓力比油高千倍；4.工作溫度范圍窄，水為3-50℃，液壓油為一20-90℃。。缺點(diǎn):51流體傳動(dòng)與控制流體傳動(dòng)與控制52流體傳動(dòng)與控制液壓傳動(dòng)與控制氣壓傳動(dòng)與控制流體傳動(dòng)與控制液壓傳動(dòng)與控制氣壓傳動(dòng)與控制53緒論1、什么是流體傳動(dòng)與控制？2、它是一門古老的學(xué)科還是一門新興的學(xué)科？3、該學(xué)科目前急需解決哪些問題？4、該學(xué)科的發(fā)展方向是什么？緒論1、什么是流體傳動(dòng)與控制？54一、學(xué)科歷史及主要事件二、學(xué)科存在的主要問題三、流體傳動(dòng)技術(shù)前景展望一、學(xué)科歷史及主要事件55一、學(xué)科歷史及主要事件

流體傳動(dòng)是研究以有壓流體為能源介質(zhì)，來實(shí)現(xiàn)各種機(jī)械的傳動(dòng)和自動(dòng)控制的學(xué)科。（流體：流體傳動(dòng)中所使用到的液體和氣體。）一、學(xué)科歷史及主要事件流體傳動(dòng)56歷史回顧

概述：流體技術(shù)自18世紀(jì)末英國(guó)制成世界上第一臺(tái)水壓機(jī)算起，已有300年的歷史了，但其真正的發(fā)展是在第二次世界大戰(zhàn)后50余年的時(shí)間內(nèi)，戰(zhàn)后液壓技術(shù)迅速轉(zhuǎn)向民用工業(yè)，在機(jī)械制造、工程建筑、農(nóng)業(yè)機(jī)械、交通運(yùn)輸?shù)刃袠I(yè)中逐步推廣。歷史回顧概述：流體技術(shù)自18世紀(jì)57學(xué)科發(fā)展史

18世紀(jì)末水壓機(jī)（作為最早的工作母機(jī)）的問世（1795）是流體動(dòng)力應(yīng)用于工業(yè)的第一個(gè)成功典范。水壓技術(shù)從此在工業(yè)革命（1850）后的英國(guó)得到原始、緩慢地發(fā)展。學(xué)科發(fā)展史18世紀(jì)末水壓機(jī)（作為最早的58

19世紀(jì)末流體動(dòng)力元件得以發(fā)明和改進(jìn)，特別是伴隨現(xiàn)代化工業(yè)的興起以及機(jī)械加工工藝、材料（鋼鐵工業(yè)）和介質(zhì)（石化工業(yè)）的技術(shù)進(jìn)步，為液壓技術(shù)的近代發(fā)展創(chuàng)造了先決條件。19世紀(jì)末流體動(dòng)力元件得以發(fā)明和改進(jìn)，59

20世紀(jì)初，美國(guó)在艦船設(shè)備上率先使用油介質(zhì)成功（1906）后，揭開了現(xiàn)代液壓技術(shù)發(fā)展的序幕。

戰(zhàn)爭(zhēng)和軍事需要（航海和航空）刺激了液壓新技術(shù)新工藝的研究開發(fā)投入。20世紀(jì)初，美國(guó)在艦船設(shè)備上率先使用60

1930年代中期以先導(dǎo)溢流閥為代表的壓力控制閥高壓元件問世；1940年代問世了電磁閥和電液換向閥等自動(dòng)控制元件；1950年代初電液伺服閥問世；1960年代后期電液比例閥問世。1930年代中期以先導(dǎo)溢流閥為代表的壓61

戰(zhàn)后在航天國(guó)防工業(yè)以及汽車和機(jī)床工業(yè)的廣泛應(yīng)用中，油壓技術(shù)經(jīng)受了考驗(yàn)，并且走向產(chǎn)業(yè)獨(dú)立發(fā)展，西方各國(guó)相繼成立了行業(yè)協(xié)會(huì)和專業(yè)學(xué)會(huì)，液壓傳動(dòng)和控制被作為新興技術(shù)得到重視。這一時(shí)期也稱得上是液壓工業(yè)的黃金歲月。戰(zhàn)后在航天國(guó)防工業(yè)以及汽車和機(jī)床工業(yè)的62

值得一提的科學(xué)著作是Blackburn1960《液動(dòng)氣動(dòng)控制》和Merritt1967《液壓控制系統(tǒng)》等影響深遠(yuǎn)的經(jīng)典之作，對(duì)液壓控制理論首次作出了系統(tǒng)、科學(xué)的闡述。值得一提的科學(xué)著作是Blackburn63

1970年液壓元件走向標(biāo)準(zhǔn)化、國(guó)際化（CETOP；1962-，ISO/TC131；1969-）、集成化、小型化，疊加閥和模塊化集成回路順應(yīng)了時(shí)代要求。由于相繼爆發(fā)了二次能源危機(jī)，節(jié)能壓力迫使液壓技術(shù)尋求高水基或合成液介質(zhì)，同時(shí)為了滿足工業(yè)生產(chǎn)高效率大功率的要求，二通插裝閥在西德問世。

1970年液壓元件走向標(biāo)準(zhǔn)化、國(guó)際化64

電液比例控制在1980年成為液壓技術(shù)研究發(fā)展的熱點(diǎn)，液壓和電子技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng)與合作引起廣泛關(guān)注。值得提及Backe1974《液壓阻力回路系統(tǒng)學(xué)》和路甬祥1988《電液比例控制技術(shù)》等著作進(jìn)一步豐富和發(fā)展了液壓控制的經(jīng)典理論。

65

1990年以后，隨著綠色和環(huán)保成為全球共識(shí)，水壓技術(shù)特別是純水介質(zhì)及其元件工藝的研究又得到重視。1990年以后，隨著綠色和環(huán)保成為全66學(xué)科存在的主要問題

1.環(huán)境保護(hù)（泄漏）：

泄漏是流體傳動(dòng)工業(yè)面臨的最大挑戰(zhàn)之一，也是妨礙它與電氣和機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)有效競(jìng)爭(zhēng)的一大因素。隨著環(huán)保意識(shí)的不斷增強(qiáng)，解決泄漏已是當(dāng)務(wù)之急。

學(xué)科存在的主要問題1.環(huán)境保護(hù)（泄漏）：67

解決方案（一）：加大非石油基液壓油的使用力度。例如，在工作溫度允許的情況下，水基液壓油能較好地防止污染。

解決方案（一）：68解決方案（二）：為降低污染，流體傳動(dòng)工業(yè)提出了兩種有效途徑和力一法：①與石化公司合作，開發(fā)性能更好的生物降解液壓油；②通過縮小油箱尺寸和使用衍生裝置，繼續(xù)探索降低系統(tǒng)用油量的方法和技術(shù)。解決方案（二）：69解決方案（三）：

液壓油的廢置也是一個(gè)較大的環(huán)?？紤]因素。為充分利用它并保護(hù)環(huán)境，延長(zhǎng)其使用壽命是最佳的方法。要做到這一點(diǎn)，使用者必須應(yīng)用先進(jìn)的污染控制和過濾技術(shù)，使液壓油保持清潔和冷卻。解決方案（三）：702.教育與培訓(xùn)方面：

由于流體傳動(dòng)是一個(gè)特殊的工業(yè)領(lǐng)域，公眾對(duì)它的了解近似于零，這一狀況近期將不會(huì)有較大改觀。在眾多的專科院校及綜合大學(xué)里，電氣和機(jī)械技術(shù)被廣泛傳授，而流體傳動(dòng)卻被忽視。盡管這一潛在問題在幾十年前就被發(fā)現(xiàn)，但工業(yè)界對(duì)此作出的反應(yīng)卻很遲鈍。2.教育與培訓(xùn)方面：由于流體傳動(dòng)是一個(gè)71解決方案（一）：

進(jìn)一步加大流體傳動(dòng)組織與大專院校的合作，在高校增設(shè)更多的流體傳動(dòng)課程，培養(yǎng)和儲(chǔ)備專業(yè)人才；解決方案（一）：72解決方案（二）：企業(yè)自己培養(yǎng)人才，盡管這種方法不是最好的，但在實(shí)踐中卻是最可行的。這樣，行業(yè)和企業(yè)可利用自身優(yōu)勢(shì)造就高素質(zhì)的專門人才。解決方案（二）：73解決方案（三）：

利用行業(yè)組織和機(jī)構(gòu)，更好地為行業(yè)服務(wù)。例如，美國(guó)全國(guó)流體動(dòng)力協(xié)會(huì)、流體動(dòng)力學(xué)會(huì)等組織就能為工程師提供培訓(xùn)和先進(jìn)技術(shù)信息。包括:開發(fā)工業(yè)工程標(biāo)準(zhǔn)；提倡教育，促進(jìn)改良措施，支持流體傳動(dòng)技術(shù)及其應(yīng)用；參與各種工業(yè)展覽；提供行業(yè)數(shù)據(jù)服務(wù)；資助本組織的國(guó)際貿(mào)易；自愿為協(xié)會(huì)服務(wù)。解決方案（三）：743.與其它先進(jìn)的技術(shù)相結(jié)合：例如：與電子一體化相結(jié)合？3.與其它先進(jìn)的技術(shù)相結(jié)合：75流體傳動(dòng)技術(shù)前景展望

1.研發(fā)“智能材料”，和“智能流體”；2.

打破生產(chǎn)廠、供應(yīng)商及用戶之間的界

限，向全球化發(fā)展；3.其它的發(fā)展趨勢(shì)

。

流體傳動(dòng)技術(shù)前景展望1.研發(fā)“智能材料”，和“智能流體”76流體傳動(dòng)技術(shù)向高壓化、長(zhǎng)壽命、微型化和低泄漏的力一向發(fā)展將進(jìn)一步擴(kuò)大與電子領(lǐng)域的合作，研制更為先進(jìn)的材料和流體介質(zhì)。例如，智能流體將開創(chuàng)由電子控制的無閥流體系統(tǒng)，泵和馬達(dá)的高級(jí)控制技術(shù)比現(xiàn)用技術(shù)更簡(jiǎn)單，泵、馬達(dá)及機(jī)械所用的智能材料將進(jìn)一步深化流體傳動(dòng)與電子技術(shù)的聯(lián)合。流體傳動(dòng)技術(shù)向高壓化、長(zhǎng)壽命、微型化77設(shè)備生產(chǎn)廠和供應(yīng)商之間綜合利用資源，更迅速地建立合作關(guān)系，更有效地滿足用戶的不同需求。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）將繼續(xù)保證世界范圍的產(chǎn)品和系統(tǒng)的互換性。設(shè)備生產(chǎn)廠和供應(yīng)商之間綜合利用資源，更迅78

利用更為先進(jìn)的材料，如復(fù)合材料和陶瓷材料，滿足液壓系統(tǒng)中泵、閥、缸高壓化的需要；由于總線控制大大減少接線，增強(qiáng)操作可靠性，將廣泛用于液壓和氣動(dòng)閥；氣動(dòng)將更加依賴電氣、電子接口；加大數(shù)字放大器的研制和應(yīng)用力度，改良電液驅(qū)動(dòng)技術(shù)；繼續(xù)探索降低生產(chǎn)成本的方法。利用更為先進(jìn)的材料，如復(fù)合材料和陶瓷79大力發(fā)展電子一體化，提高產(chǎn)品在惡劣環(huán)境下作業(yè)的能力；更多地使用植物油和不污染空氣或生態(tài)系統(tǒng)的流體介質(zhì)；機(jī)、電、氣一體化，使系統(tǒng)速度更快，匹配性更好，控制性更平衡；必須力爭(zhēng)解決動(dòng)力及運(yùn)動(dòng)控制力方面的問題，提供通用插接元件及系統(tǒng)；加大遠(yuǎn)程系統(tǒng)診斷技術(shù)的應(yīng)用力度；倡導(dǎo)預(yù)防性維護(hù)；承擔(dān)終身保障和責(zé)任；普及條件監(jiān)測(cè)，減少停機(jī)，降低維修費(fèi)用。大力發(fā)展電子一體化，提高產(chǎn)品在惡劣環(huán)境80

氣壓傳動(dòng)的發(fā)展（氣動(dòng)技術(shù)）

氣動(dòng)技術(shù)在科技飛速發(fā)展的當(dāng)今世界發(fā)展將更加迅速。隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，氣動(dòng)技術(shù)已從汽車、采礦、鋼鐵、機(jī)械工業(yè)等行業(yè)迅速擴(kuò)展到化工、輕工、食品、軍事工業(yè)等各行各業(yè)。

81

70年代——開始重視氣動(dòng)技術(shù)，但沒有生產(chǎn)氣動(dòng)設(shè)備的能力

其中：

75年1月——在氣動(dòng)元件座談會(huì)上確定了定點(diǎn)生產(chǎn)氣動(dòng)元件的工廠;76年——正式開始重視氣動(dòng)技術(shù)，并發(fā)展氣動(dòng)技術(shù)，發(fā)展速度很快;80年代——廣泛地應(yīng)用于各行各業(yè)，如：制鞋、顯像管生產(chǎn)、玻璃車間，食品生產(chǎn)，服裝生產(chǎn)等，70年代——開始重視氣動(dòng)技術(shù)，但沒有生產(chǎn)氣動(dòng)82從世界各地氣動(dòng)行業(yè)統(tǒng)計(jì)資料來看，近30多年來，氣動(dòng)行業(yè)發(fā)展很快。20世紀(jì)70年代，液壓與氣動(dòng)元件的產(chǎn)值比約9:1，30多年后的今天，在工業(yè)技術(shù)發(fā)達(dá)的歐美、日本等國(guó)家，該比例已達(dá)6:4，甚至接近5:5。由于氣動(dòng)元件的單價(jià)比液壓元件便宜，在相同產(chǎn)值的情況下，氣動(dòng)元件的使用量及使用范圍已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了液壓行

從地區(qū)劃分，可以說美洲（以美國(guó)為中心）、歐洲（歐洲各工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家）和亞太地區(qū)（以日本為中心）三分天下。氣動(dòng)元件的基本生產(chǎn)品種和規(guī)格分別已達(dá)9100種和53萬種。中國(guó)改革開放以來，氣動(dòng)行業(yè)發(fā)展很快。近年來，氣動(dòng)元件產(chǎn)值的年遞增率達(dá)25%左右，高于中國(guó)機(jī)械工業(yè)產(chǎn)值平均年遞增率。雖然中國(guó)的基礎(chǔ)工業(yè)離世界先進(jìn)工業(yè)國(guó)家還有一定的差距，從世界各地氣動(dòng)行業(yè)統(tǒng)計(jì)資料來看，近30多年來83縱觀世界氣動(dòng)行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)，氣動(dòng)元件的發(fā)展動(dòng)向可歸納為：高質(zhì)量電磁閥的壽命可達(dá)3000萬次以上，氣缸的壽命可達(dá)2000~5000km。高精度定位精度達(dá)0.5~0.1mm，過濾精度可達(dá)0.01μm，標(biāo)準(zhǔn)大氣中的油霧在0.1mg以下。高速度小型電磁閥的換向頻率可達(dá)數(shù)十赫茲，氣缸最大速度可達(dá)3m/s。

低功耗電磁閥的功耗可降到0.1W。縱觀世界氣動(dòng)行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)，氣動(dòng)元件84顯然，氣動(dòng)技術(shù)當(dāng)前發(fā)展的特點(diǎn)和研究的方向主要是節(jié)能化、小型化、輕量化、位置控制的高精度化，以及與電子學(xué)相結(jié)合的綜合控制技術(shù)。顯然，氣動(dòng)技術(shù)當(dāng)前發(fā)展的特點(diǎn)和研究的方85氣壓傳動(dòng)的工作原理1.電車和汽車開、關(guān)門氣動(dòng)回路：氣壓傳動(dòng)的工作原理86本課程的主要任務(wù)：1、要掌握液壓與氣壓傳動(dòng)的基本概念。2、能讀懂液壓與氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)圖，認(rèn)識(shí)

液壓與氣壓元件的圖形符號(hào)。3、了解液壓與氣壓元件，會(huì)選用液壓與氣壓元件。4、能設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的液壓與氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)。本課程的主要任務(wù)：87二、液壓與氣壓傳動(dòng)的工作原理（一）液壓傳動(dòng)的工作原理1液壓千斤頂?shù)墓ぷ髟韽囊簤呵Ы镯數(shù)墓ぷ髟淼暮?jiǎn)單介紹中，我們可以看出：液壓傳動(dòng)的工作原理——以油液作為工作介質(zhì)，依靠密封容積的大小變化來傳遞運(yùn)動(dòng)，依靠油液內(nèi)部的壓力來傳遞動(dòng)力。液壓傳動(dòng)的定義：以液體作為工作介質(zhì)，利用液體壓力來傳遞動(dòng)力和進(jìn)行控制的一種傳動(dòng)方式。二、液壓與氣壓傳動(dòng)的工作原理88

實(shí)質(zhì)上，液壓傳動(dòng)就是一種能量轉(zhuǎn)換裝置，先將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為便于輸送的液壓能，再將液壓能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，用來驅(qū)動(dòng)工作機(jī)構(gòu)完成所要求的各種動(dòng)作。2.液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的組成1）能源裝置（油源）：將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為液壓能的裝置。如：液壓泵。2）執(zhí)行裝置：將液壓能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的裝置。如：液壓缸、液壓馬達(dá)。3）控制裝置：控制油液的壓力、流量和流動(dòng)方向的裝置。如：換向閥、溢流閥、節(jié)流閥。4）輔助裝置：起輔助作用的裝置（除上述三部分之外的所有裝置）。如：油箱、濾油器、壓力表、油管等。3.液壓元件的圖形符號(hào)實(shí)質(zhì)上，液壓傳動(dòng)就是一種能量轉(zhuǎn)換裝置，先將機(jī)89氣壓傳動(dòng)的工作原理1.電車和汽車開、關(guān)門氣動(dòng)回路：氣壓傳動(dòng)的工作原理90氣壓傳動(dòng)的工作原理為：把由電動(dòng)機(jī)或其它原動(dòng)機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成有壓氣體的壓力能，通過控制元件控制，輸送給執(zhí)行