《液壓與氣動技術(shù)（AR版）》 課件 第8-10章 典型液壓系統(tǒng)、氣動技術(shù)基礎(chǔ)知識、氣源裝置及壓縮空氣凈化系統(tǒng)

第八章典型液壓系統(tǒng)

8.1組合機床動力滑臺液壓系統(tǒng)目的任務(wù)重點難點目的任務(wù)

了解組合機床液壓系統(tǒng)的組成、特點

掌握其工作原理及閱讀液壓系統(tǒng)圖的方法重點難點YT4543型液壓動力滑臺第八章典型液壓系統(tǒng)

定義分析目的液壓系統(tǒng)表示方法閱讀方法閱讀步驟液壓系統(tǒng)定義由若干液壓元件組成（包括：能源裝置、控制元件、執(zhí)行元件等）與管路組合起來，并能完成一定動作的整體。（元件的綜合、回路的組合）或能完成一定動作的各個液壓基本回路的組合。液壓系統(tǒng)分析目的進一步理解元件和回路的功用和原理，增強對各種元件和基本回路綜合應(yīng)用的理性認識，了解和掌握分析液壓系統(tǒng)的方法、工作原理。液壓系統(tǒng)表示方法一*標準元件用圖形符號表示二專用元件或不易用圖形符號表示清楚的結(jié)構(gòu)，一般用半結(jié)構(gòu)式或結(jié)構(gòu)式符號表示。液壓系統(tǒng)閱讀方法

一若有說明書，則按說明書逐一看，較易。二若無說明書，只有一張圖，就須依靠我元件們所具有的液壓知識<>的符號、回路功用、工作原理、特點等逐一分析，搞清液壓系統(tǒng)工作原理液壓系統(tǒng)閱讀步驟1

了解主機的功用、對液壓系統(tǒng)的要]

求，以及液壓系統(tǒng)應(yīng)實現(xiàn)的運動和工作循環(huán)如：*組合機床——

以速度控制為主磨床——

以方向控制為主液壓機——

以壓力控制為主注塑機——

綜合控制液壓系統(tǒng)閱讀步驟2

分析各元件的功用與原理，弄清它們之間的相互連接關(guān)系（若有幾個執(zhí)行元件，應(yīng)先分為子系統(tǒng)逐一分析）。

液壓系統(tǒng)閱讀步驟3分析各工況工作原理及油流路線

一般：“先看兩頭，后看中間”

“先看圖示位置，后看其它位置”

“先看主油路，后看輔助油路”

液壓系統(tǒng)閱讀步驟4找出液壓基本回路，歸納液壓系統(tǒng)特點。8.1組合機床動力滑臺液壓系統(tǒng)組合機床動力滑臺動力滑臺分類加工工序組合機床一種高η專用機床，由具有一定功能的通用部件和一部分專用部件組成，加工范圍廣，自動化程度高。1--床身2--動力滑臺3--動力頭4--主軸箱5--刀具6--工件7--夾具8--工作臺9--底座動力滑臺組合機床中用來實現(xiàn)進給運動的一種通用部件動力滑臺分類

機械

<*液壓——v換接平穩(wěn)，v進穩(wěn)定，P利用合理，η

高，發(fā)熱少的特點。加工工序鉆、擴、鉸、銑、鏜、刮端面、倒角、攻絲

一、YT4543型動力滑臺液壓系統(tǒng)進給速度范圍最大進給力實現(xiàn)運動

液壓系統(tǒng)的組成

其它進給速度范圍v=6.6——660mm/min

最大進給力Fmax=4.5×104N

實現(xiàn)運動

快進→工進→死擋?！焱恕？爝M→一工進→二工進→死擋停→快退→原停

快進→工進→快進→工進¨¨快退→原停液壓系統(tǒng)的組成

液壓泵

液壓缸

方向閥

壓力閥

流量閥動畫演示液壓泵——限壓式變量葉片泵

低壓、大qv1-2Mpa2-5s<16-50L/min

中壓、小qv3-5Mpa0.5-2L/min液壓缸桿固定，缸體運動的差動液壓缸

方向閥

單向閥

換向閥

單向閥

3—保護泵，防止空氣進入系<6—實現(xiàn)快退回油

8—實現(xiàn)快慢速高低壓油路隔開換向閥35DY——實現(xiàn)缸換向和差連快進<22C——實現(xiàn)快慢速換接

22D——實現(xiàn)二次進給換接壓力閥PS——實現(xiàn)進退變換

<XY——實現(xiàn)快慢速變換溢流閥——作背壓閥用，使工進速度較平穩(wěn)。流量閥——調(diào)速閥

10——一工進調(diào)速

<9——二工進調(diào)速其它濾油器——濾去油中雜質(zhì)，保證油液清潔。油箱——儲存油液，逸出空氣，沉淀雜質(zhì)，散發(fā)熱量。油管——傳送工作液體。管接頭——連接油管與油管或元件的連接件。

8.1.2YT4543型動力滑臺

液壓系統(tǒng)的工作原理

以二次工進為例進行分析

一、

YT4543型動力滑臺液壓系統(tǒng)的工作原理

二、YT4543型動力滑臺液壓系統(tǒng)的特點

二、YT4543型動力滑臺液壓系統(tǒng)的特點

1

液壓系統(tǒng)的基本回路2

液壓系統(tǒng)的特點

液壓系統(tǒng)的基本回路1）限壓式變量葉片泵和調(diào)速閥組成的容積節(jié)流調(diào)速回路2）差動連接增速回路3）單向行程調(diào)速閥的快慢快換速回路4）串聯(lián)調(diào)速閥的二次進給回路5）電液換向閥的換向回路

液壓系統(tǒng)的特點1

∵采用YBP——

又∵容積節(jié)流調(diào)速∴無△P溢，η高。∴速度穩(wěn)定性及剛性好還∵回油路上有背壓閥∴滑臺運動平穩(wěn)，且能承受一定的超越負載2∵采用行程閥、調(diào)速閥換速∴動作可靠，換接平穩(wěn)，位置準確液壓系統(tǒng)的特點3∵采用串聯(lián)調(diào)速閥的二次進給回路，且調(diào)速閥裝在進油路上∴啟動和換速沖擊小，刀具和工件不會碰撞，且利于YJ發(fā)訊。4∵采用差動增速∴能量利用經(jīng)濟合理又∵采用死擋鐵停留∴不僅提高了位置精度，還適用于鏜階梯孔、忽（孔、端面）、使用范圍增大。

8.2180噸鈑金沖床液壓系統(tǒng)

8.2.1概述鈑金沖床能改變上、下模的形狀，即可進行壓形、剪斷、沖穿等工作。圖8.2所示為180噸鈑金沖床液壓系統(tǒng)回路表8.2所示為其控制動作順序圖。動作情形為壓缸快速下降→壓缸慢速下降(加壓成型)→壓缸暫停(降壓)→壓缸快速上升。2180噸鈑金沖床液壓系統(tǒng)回路動作順序圖

8.2.2180噸鈑金沖床液壓系統(tǒng)的工作原理

1．壓缸快速下降

按下啟動按鈕，Y1、Y3通電，進油路線為泵4、泵5→電磁閥19左位→液控單向閥28→壓缸上腔；回油路線為壓缸下腔→順序閥23→單向閥14→壓缸上腔。壓缸快速下降時，進油管路壓力低，未達到順序閥22所設(shè)定的壓力，故壓缸下腔壓力油再回壓缸上腔，形成一差動回路。8.2.2180噸鈑金沖床液壓系統(tǒng)的工作原理

2．壓缸慢速下降

當壓缸上模碰到工件進行加壓成型時，進油管路壓力升高，使順序閥22打開進油路線：為泵4→電磁閥19左位→液控單向閥28→壓缸上腔；回油路線為：壓缸下腔→順序閥22→電磁閥19左位→油箱。此時，回油為一般油路，卸荷閥10被打開，泵5的壓油以低壓狀態(tài)流回油箱，送到壓缸上腔的油僅由泵4供給，故壓缸速度減慢。8.2.2180噸鈑金沖床液壓系統(tǒng)的工作原理

3．壓缸暫停(降壓)

當上模加壓成型時，進油管路壓力達到20MPa

，壓力開關(guān)26動作，Y1、Y3斷電，電磁閥19、電磁閥11恢復正常位置。此時，壓缸上腔壓油經(jīng)節(jié)流閥21、電磁閥19中位流回油箱，如此，可使壓缸上腔壓油壓力下降，防止了壓缸在上升時上腔油壓由高壓變成低壓而發(fā)生的沖擊、振動等現(xiàn)象。8.2.2180噸鈑金沖床液壓系統(tǒng)的工作原理

4．壓缸快速上升

當降壓完成時(通常為0.5～7s，視閥的容量而定)，Y2通電，進油路線如下：

泵4、泵5→電磁閥19右位→順序閥22→壓缸下腔回油路線為：

壓缸上腔→液控單向閥20→液控單向閥28→電磁閥19右位→油箱因泵4、泵5的液壓油一齊送往壓缸下腔，故壓缸快速上升。8．2．3180噸鈑金沖床液壓回路圖的特點

包含差動回路、平衡回路(或順序回路)、降壓回路、二段壓力控制回路、高壓和低壓泵回路等基本回路。該系統(tǒng)有以下幾個特點：(1)當壓缸快速下降時，下腔回油由順序閥23建立背壓，以防止壓缸自重產(chǎn)生失速等現(xiàn)象。同時，系統(tǒng)又采用差動回路，泵流量可以比較少，亦為一節(jié)約能源的回路。(2)當壓缸慢速下降做加壓成型時，順序閥22由于外部引壓被打開，壓缸下腔壓油幾乎毫無阻力地流回油箱。因此，在加壓成型時，上型模重量可完全加在工件上。8．2．3180噸鈑金沖床液壓回路圖的特點(3)在上升之前作短暫時間的降壓，可防止壓缸上升時產(chǎn)生振動、沖擊現(xiàn)象，100噸以上的沖床尤其需要降壓。(4)當壓缸上升時，有大量壓油要流回油箱?；赜蜁r，一部分壓油經(jīng)液控單向閥20流回油箱，剩余壓油經(jīng)電磁閥19中位流回油箱。電磁閥19可選用額定流量較小的閥件。(5)當壓缸下降時，系統(tǒng)壓力由溢流閥9控制；上升時，系統(tǒng)壓力由遙控溢流閥12控制。這樣可使系統(tǒng)產(chǎn)生的熱量減少，防止了油溫上升。8.3

MJ－55數(shù)控機床液壓系統(tǒng)

數(shù)控機床是數(shù)字控制機床的簡稱，是一種裝有程序控制系統(tǒng)的自動化機床。該控制系統(tǒng)能夠邏輯地處理具有控制編碼或其他符號指令規(guī)定的程序，并將其譯碼，用代碼化的數(shù)字表示，通過信息載體輸入數(shù)控裝置。經(jīng)運算處理由數(shù)控裝置發(fā)出各種控制信號，控制機床的動作，按圖紙要求的形狀和尺寸，自動地將零件加工出來。數(shù)控機床較好地解決了復雜、精密、小批量、多品種的零件加工問題，是一種柔性的、高效能的自動化機床，代表了現(xiàn)代機床控制技術(shù)的發(fā)展方向，是一種典型的機電一體化產(chǎn)品。8.3

MJ－55數(shù)控機床液壓系統(tǒng)

MJ－55數(shù)控機床的液壓系統(tǒng)實現(xiàn)的動作有：卡盤的夾緊與松開、刀架的夾緊與松開、刀架的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)、尾座套筒的伸出與縮回。液壓系統(tǒng)采用限壓式變量葉片泵供油，工作壓力調(diào)到4MPa，壓力由壓力表14顯示。泵輸出的壓力油經(jīng)過單向閥進入各子系統(tǒng)支路9.2.1．MJ－50數(shù)控車床液壓系統(tǒng)圖8.3MJ－55數(shù)控車床液壓系統(tǒng)的原理圖1、2、3、5－換向閥6、7、8－減壓閥9、10、11－調(diào)速閥12、13、14－壓力表MJ-50數(shù)控機床液壓系統(tǒng)的工作原理1．盤的夾緊與松開在要求卡盤處于正卡（卡爪向內(nèi)夾緊工件外圓）且在高壓大夾緊力狀態(tài)下時，3DT失電，閥2左位工作，選擇減壓閥6工作。夾緊力的大小由減壓閥6來調(diào)整，夾緊壓力由壓力表12來顯示。MJ-50數(shù)控機床液壓系統(tǒng)的工作原理1．盤的夾緊與松開當1DT通電時，閥1左位工作，系統(tǒng)壓力油的流向為：油泵→減壓閥6→換向閥1左位→液壓缸右腔。液壓缸左腔的油液經(jīng)閥1左位直接回油箱?；钊麠U左移，操縱卡盤夾緊。MJ-50數(shù)控機床液壓系統(tǒng)的工作原理1.卡盤的夾緊與松開。

當2DT通電時，閥1右位工作，系統(tǒng)壓力油進入到液壓缸左腔，液壓缸右腔的油液經(jīng)閥1直接回油箱。這時，活塞桿右移，操縱卡盤松開。在要求卡盤處于正卡且在低壓小夾緊力狀態(tài)下時，3DT通電，閥2右位工作，選擇減壓閥7工作。夾緊力的大小由減壓閥7來調(diào)整，夾緊壓力也由壓力表12來顯示，閥7調(diào)整壓力值小于閥6。換向閥1的工作情況與在高壓大夾緊力時相同。MJ-50數(shù)控機床液壓系統(tǒng)的工作原理1.卡盤的夾緊與松開卡盤處于反卡（卡爪向外夾緊工件內(nèi)孔）時，動作與正卡時相反。即反卡的夾緊是正卡的松開；反卡的松開是正卡的夾緊。

MJ-50數(shù)控機床液壓系統(tǒng)的工作原理2．回轉(zhuǎn)刀架的換刀

回轉(zhuǎn)刀架換刀時，首先是將刀架抬升，松開，然后刀架轉(zhuǎn)位到指定的位置，最后刀架下拉，復位夾緊。

MJ-50數(shù)控機床液壓系統(tǒng)的工作原理2．回轉(zhuǎn)刀架的換刀當4DT通電時，換向閥4右位工作，刀架抬升，松開，8DT通電，液壓馬達正轉(zhuǎn)，帶動刀架換刀。轉(zhuǎn)速由單向調(diào)速閥9控制（若7DT通電，則液壓馬達帶動刀架反轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速由單向調(diào)速閥10控制）。MJ-50數(shù)控機床液壓系統(tǒng)的工作原理2．回轉(zhuǎn)刀架的換刀。刀架到位后，4DT斷電，閥4左位工作，液壓缸使刀架夾緊。正轉(zhuǎn)換刀還是反轉(zhuǎn)換刀由數(shù)控系統(tǒng)按路徑最短原則來判斷。

MJ-50數(shù)控機床液壓系統(tǒng)的工作原理3．尾座套筒的伸縮運動

當6DT通電時，換向閥5左位工作，壓力油流向為：減壓閥8→換向閥5左位→尾座套筒液壓缸的左腔液壓缸右腔油液流向為：單向調(diào)速閥11→閥5→油箱。液壓缸筒帶動尾座套筒伸出，頂緊工件。頂緊力的大小通過減壓閥10調(diào)整，調(diào)整壓力值由壓力表13顯示。MJ-50數(shù)控機床液壓系統(tǒng)的工作原理3．尾座套筒的伸縮運動當5DT通電時，換向閥5右位工作，壓力油流向為：減壓閥10→換向閥7右位→組合閥11的單向閥→液壓缸右腔。液壓缸左腔的油液經(jīng)閥5流向油箱，套筒快速縮回。MJ-50數(shù)控機床液壓回路的工作特點

MJ-50數(shù)控機床的液壓系統(tǒng)由變量泵、調(diào)速閥組成調(diào)速回路，調(diào)速性能穩(wěn)定，速度剛性較好。其液壓系統(tǒng)的特點如下：（1）液壓系統(tǒng)的控制一般由數(shù)控系統(tǒng)的PLC或CNC控制，動作順序直接由電磁換向閥切換來實現(xiàn)，控制方便直接；（2）由于數(shù)控機床的主運動已趨向于直接用伺服電機驅(qū)動，所以液壓系統(tǒng)的執(zhí)行元件主要執(zhí)行各種輔助功能。雖其負載變化不大，但要求穩(wěn)定。因此，常采用調(diào)速閥、減壓閥來保證支路壓力的穩(wěn)定。8.4機械手液壓傳動系統(tǒng)

機械手液壓系統(tǒng)1.功用：

按程序、軌跡要求，完成自動抓取、搬運等操作2.動作要求：

手臂上升→手臂前伸→手指夾緊(抓料)→手臂回轉(zhuǎn)→手臂下降→手指松開(卸料)→手臂縮回→手臂反轉(zhuǎn)(復位)→原位停止。機械手液壓系統(tǒng)1.各功能液壓缸的組成分別為：：

手臂回轉(zhuǎn)：單葉片擺動缸18

手臂升降：單桿活塞缸15（缸體固定）

手臂伸縮：單桿活塞缸11（活塞固定）

手指松夾：無桿活塞缸5

機械手液壓系統(tǒng)

3.

系統(tǒng)元件：1——濾油器2——單向定量泵3——單向閥4、17——二位四通電磁換向閥9、16——三位四通電磁換向閥7——二位二通電磁換向閥10、12、13——單向調(diào)速閥14——單向順序閥6——先導式溢流閥8——壓力表8.4.2機械手液壓系統(tǒng)工作原理１．手臂上升

三位四通電磁換向閥16控制手臂的升降運動，

5YA（+）→16（右）進油路：1→2→3→16（右）→13→14→15（下）回油路：15（上）→12→16（右）→油箱15活塞上移速度由單向調(diào)速閥12調(diào)節(jié)，運動較平穩(wěn)。2.手臂前伸

3YA（+）→9(右)；1YA（+）→4（右）進油路：1→2→3→9（右）→11（右）回油路：11（左）→10→9（右）→油箱同時.手指松開進油路：1→2→3→4（右）→5（上）回油路：5（下）→4（右）→油箱3．手指夾緊

1YA（—）→4（左）5活塞上移活塞下移11缸體右移8.4.2機械手液壓系統(tǒng)工作原理4．手臂回轉(zhuǎn)

6YA（+）→17（右）進油路：1→2→3→17（右）→18（右）回油路：18（左）→17（右）→油箱18葉片逆時針方向轉(zhuǎn)動5．手臂下降

4YA（+）→16(左)；6YA（+）→17（右）進油路：1→2→3→16（左）→12→15（上）回油路：15（下）→14→13→16（左）→油箱15活塞下移6．手指松開

1YA（+）→4（右）→

5活塞下移6YA（+）→17（右）7．手臂縮回

2YA（+）→9（左）→11缸左移

6YA（+）→17（右）8．手臂反轉(zhuǎn)

6YA（—）→17（左）→18葉片順時針轉(zhuǎn)動9．原位停止

7YA（+）→2泵卸荷8.4.2機械手液壓系統(tǒng)工作原理１．手臂上升

5YA（+）→16（右）進油路：1→2→3→16（右）→13→14→15（下）回油路：15（上）→12→16（右）→油箱15活塞上移2.手臂前伸

3YA（+）→9(右)；進油路：1→2→3→9（右）→11（右）回油路：11（左）→10→9（右）→油箱11缸體右移8.4.2機械手液壓系統(tǒng)工作原理同時.手指松開1YA（+）→4（右）進油路：1→2→3→4（右）→5（上）5活塞下移回油路：5（下）→4（右）→油箱3．手指夾緊

1YA（—）→4（左）進油路：1→2→3→4（左）→5（下）5活塞上移回油路：5（上）→4（左）→油箱機械手液壓系統(tǒng)4．手臂回轉(zhuǎn)

6YA（+）→17（右）進油路：1→2→3→17（右）→18（右）回油路：18（左）→17（右）→油箱18葉片逆時針方向轉(zhuǎn)動5．手臂下降

4YA（+）→16(左)；6YA（+）→17（右）進油路：1→2→3→16（左）→12→15（上）回油路：15（下）→14→13→16（左）→油箱15活塞下移8.4.2機械手液壓系統(tǒng)工作原理6．手指松開

1YA（+）→4（右）

5活塞下移

6YA（+）→17（右）7．手臂縮回

2YA（+）→9（左）→11缸左移

6YA（+）→17（右）8．手臂反轉(zhuǎn)

6YA（—）→17（左）→18葉片順時針轉(zhuǎn)動9．原位停止

7YA（+）→2泵卸荷機械手液壓系統(tǒng)電磁閥動作順序表動作順序1YA2YA3YA4YA5YA6YA7YA手臂上升－－－－＋－－手臂前伸＋－＋－－－－手指夾緊－－－－－－－手臂回轉(zhuǎn)－－－－－＋－手臂下降－－－＋－＋－手指松開＋－－－－＋－手臂縮回－＋－－－＋－手臂反轉(zhuǎn)－－－－－－－原位停止－－－－－－＋8.4.3機械手液壓系統(tǒng)特點1.電磁閥換向方便、靈活；2.回油路節(jié)流調(diào)速，平穩(wěn)性好；3.平衡回路，防止手臂自行下滑或超速；4.失電夾緊，安全可靠；

5.卸荷回路，節(jié)省功率，效率利用合理。

8.5液壓系統(tǒng)設(shè)計簡介介紹設(shè)計液壓傳動系統(tǒng)的基本步驟和方法，對于一般的液壓系統(tǒng)，在設(shè)計過程中應(yīng)遵循以下幾個步驟：①明確設(shè)計要求，進行工況分析；②確定主要性能參數(shù)；③擬定液壓系統(tǒng)原理圖；④設(shè)計、計算和選擇液壓元件；

⑤對系統(tǒng)主要性能進行驗算；

⑥設(shè)計液壓裝置、繪制工作圖，編寫技術(shù)文件。上述工作大部分情況下要穿插、交叉進行，對于比較復雜的系統(tǒng)，需經(jīng)過多次反復才能最后確定；在設(shè)計簡單系統(tǒng)時，有些步驟可以合并或省略。

液壓傳動系統(tǒng)的設(shè)計是整機設(shè)計的一部分，它除了應(yīng)符合主機動作循環(huán)和靜、動態(tài)性能等方面的要求外，還應(yīng)當滿足結(jié)構(gòu)簡單，工作安全可靠，效率高，經(jīng)濟性好，使用維護方便等條件。液壓系統(tǒng)的設(shè)計，根據(jù)系統(tǒng)的繁簡、借鑒的資料多少和設(shè)計人員經(jīng)驗的不同，在做法上有所差異。各部分的設(shè)計有時還要交替進行，甚至要經(jīng)過多次反復才能完成。

下面對液壓系統(tǒng)的設(shè)計步驟予以介紹。1液壓傳動系統(tǒng)的設(shè)計計算1.1明確設(shè)計要求、工作環(huán)境，進行工況分析液壓系統(tǒng)的動作和性能要求主要有：運動方式、行程、速度范圍、負載條件、運動平穩(wěn)性、精度、工作循環(huán)和動作周期、同步或聯(lián)鎖等。就工作環(huán)境而言，有環(huán)境溫度、濕度、塵埃、防火要求及安裝空間的大小等。要使所設(shè)計的系統(tǒng)不僅能滿足一般的性能要求，還應(yīng)具有較高的可靠性、良好的空間布局及造型。1.1.1明確設(shè)計要求及工作環(huán)境

工況分析，就是查明每個執(zhí)行元件的速度和負載的變化規(guī)律，必要時還應(yīng)作出速度、負載隨時間或位移變化的曲線圖。就缸而言，負載主要由六部分組成，即工作負載，導向摩擦負載，慣性負載，重力負載，密封負載和背壓負載。1.1.2執(zhí)行元件的工況分析

(1)工作負載

不同的機器有不同的工作負載。工作負載與液壓缸運動方向相反時為正值，方向相同時為負值。

導向摩擦負載是指液壓缸驅(qū)動運動部件時所受的導軌摩擦阻力。(2)導向摩擦負載

慣性負載是運動部件在啟動加速或制動減速時的慣性力，其值可按牛頓第二定律求出。(3)慣性負載(4)重力負載

密封負載是指液壓缸密封裝置的摩擦力，一般通過液壓缸的機械效率加以考慮，常取機械效率值為0.90~0.97。(5)密封負載

背壓負載是指液壓缸回油腔壓力所造成的阻力。(6)背壓負載液壓缸各個主要工作階段的機械負載F可按下列公式計算空載啟動加速階段:快速階段:

工進階段:

制動減速:

液壓系統(tǒng)原理圖是表示液壓系統(tǒng)的組成和工作原理的重要技術(shù)文件。擬定液壓系統(tǒng)原理圖是設(shè)計液壓系統(tǒng)的第一步，它對系統(tǒng)的性能及設(shè)計方案的合理性、經(jīng)濟性具有決定性的影響。1.2液壓系統(tǒng)原理圖的擬定1.2.1確定油路類型

一般具有較大空間可以存放油箱的系統(tǒng)，都采用開式油路；相反，凡允許采用輔助泵進行補油，并借此進行冷卻交換來達到冷卻目的的系統(tǒng)，可采用閉式油路。通常節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)采用開式油路，容積調(diào)速系統(tǒng)采用閉式回路。

根據(jù)各類主機的工作特點、負載性質(zhì)和性能要求，先確定對主機主要性能起決定性影響的主要回路，然后再考慮其它輔助回路。例如:

對于機床液壓系統(tǒng),調(diào)速和速度換接回路是主要回路；對于壓力機液壓系統(tǒng)，調(diào)壓回路是主要回路；有垂直運動部件的系統(tǒng)要考慮平衡回路；慣性負載較大的系統(tǒng)要考慮緩沖制動回路。有多個執(zhí)行元件的系統(tǒng)可能要考慮順序動作、同步回路；有空載運行要求的系統(tǒng)要考慮卸荷回路等。1.2.2選擇液壓回路

將挑選出來的各典型回路合并、整理，增加必要的元件或輔助回路，加以綜合，構(gòu)成一個結(jié)構(gòu)簡單，工作安全可靠、動作平穩(wěn)、效率高、調(diào)整和維護保養(yǎng)方便的液壓系統(tǒng)，形成系統(tǒng)原理圖。1.2.3繪制液壓系統(tǒng)原理圖1.3液壓元件的計算和選擇

結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定是指根據(jù)執(zhí)行元件工作壓力和最大流量確定執(zhí)行元件的排量或油缸面積。1.3.1執(zhí)行元件的結(jié)構(gòu)形式及參數(shù)的確定運動形式往復直線運動回轉(zhuǎn)運動往復擺動短行程長行程高速低速建議采用的執(zhí)行元件的形式活塞式液壓缸柱塞式液壓缸液壓馬達與齒輪/齒條或螺母/絲杠機構(gòu)高速液壓馬達低速大扭矩液壓馬達高速液壓馬達帶減速器擺動液壓缸表10.1 選擇執(zhí)行元件的形式

工作壓力是確定執(zhí)行元件結(jié)構(gòu)參數(shù)的主要依據(jù)。它的大小影響執(zhí)行元件的尺寸和成本，乃至整個系統(tǒng)的性能，工作壓力選得高，執(zhí)行元件和系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)緊湊，但對元件的強度，剛度及密封要求高，且要采用較高壓力的液壓泵。反之，如果工作壓力選得低，就會增大執(zhí)行元件及整個系統(tǒng)的尺寸，使結(jié)構(gòu)變得龐大，所以應(yīng)根據(jù)實際情況選取適當?shù)墓ぷ鲏毫?。?）初選執(zhí)行元件的工作壓力（2）確定執(zhí)行元件的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)

以缸為例，主要結(jié)構(gòu)尺寸指缸的內(nèi)徑D和活塞桿的直徑d，計算后按系列標準值確定D和d。對有低速運動要求的系統(tǒng)，尚需對液壓缸有效工作面積進行驗算，即應(yīng)保證：

驗算結(jié)果若不能滿足式（10.8），則說明按所設(shè)計的結(jié)構(gòu)尺寸和方案達不到所需要的最低速度，必須修改設(shè)計。式中 ：A—液壓缸工作腔的有效工作面積；

—控制執(zhí)行元件速度的流量閥最小穩(wěn)定流量；

—液壓缸要求達到的最低工作速度。（3）復算執(zhí)行元件的工作壓力

當液壓缸的主要尺寸D、d計算出來以后，要按系列標準圓整，有必要根據(jù)圓整值對工作壓力進行一次復算。在按上述方法確定的工作壓力還沒有計算回油路的背壓，所確定的工作壓力只是執(zhí)行元件為了克服機械總負載所需要的那部分壓力，在結(jié)構(gòu)參數(shù)D、d確定之后，取適當?shù)谋硥汗浪阒?，即可求出?zhí)行元件工作腔的壓力。對于單桿液壓缸，其工作壓力P可按下列公式復算。有桿腔進油階段式中 ：F—液壓缸在各工作階段的最大機械總負載；、A2

—分別為缸無桿腔和有桿腔的有效面積；

—液壓缸回油路的背壓。無桿腔進油工進階段（4）執(zhí)行元件的工況圖

即執(zhí)行元件在一個工作循環(huán)中的壓力、流量、功率對時間或位移的變化曲線圖。將系統(tǒng)中各執(zhí)行元件的工況圖加以合并，便得到整個系統(tǒng)的工況圖。液壓系統(tǒng)的工況圖可以顯示整個工作循環(huán)中的系統(tǒng)壓力、流量和功率的最大值及其分布情況，為后續(xù)設(shè)計步驟中選擇元件、選擇回路或修正設(shè)計提供合理的依據(jù)。對于簡單系統(tǒng)，其工況圖的繪制可省略。

先根據(jù)設(shè)計要求和系統(tǒng)工況確定泵的類型，然后根據(jù)液壓泵的最大供油量和系統(tǒng)工作壓力來選擇液壓泵的規(guī)格。1.3.2選擇液壓泵式中: —執(zhí)行元件的最高工作壓力；

—進油路上總的壓力損失。（1）液壓泵的最高供油壓力

液壓泵的最大供油量為：（2）確定液壓泵的最大供油量式中: K—系統(tǒng)的泄漏修正系數(shù)，一般取K=1.1~1.3；

—同時動作的各執(zhí)行元件所需流量之和的最大值。

液壓泵的規(guī)格型號按計算值在產(chǎn)品樣本選取，為了使液壓泵工作安全可靠，液壓泵應(yīng)有一定的壓力儲備量，通常泵的額定壓力可比工作壓力高25%—60%。泵的額定流量則宜與相當，不要超過太多，以免造成過大的功率損失。（3）選擇液壓泵的規(guī)格型號

驅(qū)動泵的電機根據(jù)驅(qū)動功率和泵的轉(zhuǎn)速來選擇。在整個工作循環(huán)中，泵的壓力和流量在較多時間內(nèi)皆達到最大工作值時，驅(qū)動泵的電動機功率為：（4）選擇驅(qū)動液壓泵的電動機式中：—液壓泵的總效率，數(shù)值可見產(chǎn)品樣本。限壓式變量葉片泵的驅(qū)動功率，可按泵的實際壓力流量特性曲線拐點處的功率來計算。工作中泵的壓力和流量變化較大時，可分別計算出各個階段所需的驅(qū)動功率，然后求其均方根值即可。

各種閥類元件的規(guī)格型號，按液壓系統(tǒng)原理圖和系統(tǒng)工況提供的情況從產(chǎn)品樣本中選取，各種閥的額定壓力和額定流量，一般應(yīng)與其工作壓力和最大通過流量相接近。具體選擇時，應(yīng)注意溢流閥按液壓泵的最大流量來選??；流量閥還需考慮最小穩(wěn)定流量，以滿足低速穩(wěn)定性要求。1.3.3選擇閥類元件

油管的規(guī)格尺寸大多由所連接的液壓元件接口處尺寸決定，只有對一些重要的管道才驗算其內(nèi)徑和壁厚。對于固定式的液壓設(shè)備，常將液壓系統(tǒng)的動力源，閥類元件集中安裝在主機外的液壓站上，這樣能使安裝與維修方便，并消除了動力源的振動與油溫變化對主機工作精度的影響。1.3.4選擇液壓輔助元件1.4液壓系統(tǒng)技術(shù)性能的驗算

液壓系統(tǒng)初步設(shè)計完成之后，需要對它的主要性能加以驗算，以便評判其設(shè)計質(zhì)量，并改進和完善液壓系統(tǒng)。10.1.4.1系統(tǒng)壓力損失的驗算

畫出管路裝配草圖后，即可計算管路的沿程壓力損失，局部壓力損失，它們的計算公式詳見《液壓流體力學》，管路總的壓力損失為沿程損失與局部損失之和。在系統(tǒng)的具體管道布置情況沒有明確之前，通常用液流通過閥類元件的局部壓力損失來對管路的壓力損失進行概略地估算。1.4.2系統(tǒng)發(fā)熱溫升的驗算

液壓系統(tǒng)在工作時，有壓力損失，容積損失和機械損失，這些損耗能量的大部分轉(zhuǎn)化為熱能，使油溫升高從而導致油的粘度下降，油液變質(zhì)，機器零件變形，影響正常工作。為此，必須將溫升控制在許可范圍內(nèi)。單位時間的發(fā)熱量為液壓泵的輸入功率與執(zhí)行元件的輸出功率之差。

一般情況下，液壓系統(tǒng)的工作循環(huán)往往有好幾個階段，其平均發(fā)熱量為各個工作周期發(fā)熱量的時均值，即式中

—第個工作階段系統(tǒng)的輸入功率；

—第個工作階段系統(tǒng)的輸出功率；

—工作循環(huán)周期；

—第個工作階段的持續(xù)時間；

—總的工作階段數(shù)。

液壓系統(tǒng)在工作中產(chǎn)生的熱量，主要經(jīng)油箱散發(fā)到空氣中去，油箱在單位時間散發(fā)熱量的可按下式計算式中:A—油箱的散熱面積；

—液壓系統(tǒng)的溫升；

—油箱的散熱系數(shù)，其值可查閱液壓設(shè)計手冊。系統(tǒng)的溫升為計算溫升值如果超過允許值，應(yīng)采取適當?shù)睦鋮s措施。1.5繪制正式工作圖和編制技術(shù)文件10.1.5.1繪制正式工作圖

正式工作圖包括液壓系統(tǒng)原理圖、液壓系統(tǒng)裝配圖、液壓缸等非標準元件裝配圖及零件圖。液壓系統(tǒng)原理中應(yīng)附有液壓元件明細表，表中標明各液壓元件的型號規(guī)格、壓力和流量等參數(shù)值，一般還應(yīng)繪出各執(zhí)行元件的工作循環(huán)圖和電磁鐵的動作順序表。液壓系統(tǒng)裝配圖是液壓系統(tǒng)的安裝施工圖，包括油箱裝配圖，管路安裝圖等。1.5.2編制技術(shù)文件

技術(shù)文件一般包括液壓系統(tǒng)設(shè)計計算說明書，液壓系統(tǒng)使用及維護技術(shù)說明書，零、部件目錄表及標準件、通用件、外購件表等。2液壓系統(tǒng)設(shè)計舉例

某廠要設(shè)計制造一臺雙頭車床，加工壓縮機拖車上一根長軸兩端的軸頸。由于零件較長，擬采用零件固定，刀具旋轉(zhuǎn)和進給的加工方式。其加工動作循環(huán)是快進—工進—快退—停止。同時要求各個車削頭能單獨調(diào)整。其最大切削力在導軌中心線方向估計為12000N，所要移動的總重量估計為15000N，工作進給要求能在0.020～1.2m／min范圍內(nèi)進行無級調(diào)速，快速進、退速度一致，為4m／min，試設(shè)計該液壓傳動系統(tǒng)。機床的外形示意圖。

1-左主軸頭；2-夾具；3-右主軸頭；4-床身；5-工件2.1確定對液壓系統(tǒng)的工作要求

根據(jù)加工要求，刀具旋轉(zhuǎn)由機械傳動來實現(xiàn)；主軸頭沿導軌中心線方向的“快進一工進—快退—停止”工作循環(huán)擬采用液壓傳動方式來實現(xiàn)。故擬選定液壓缸作執(zhí)行機構(gòu)?？紤]到車削進給系統(tǒng)傳動功率不大，且要求低速穩(wěn)定性好，粗加工時負載有較大變化，故擬選用調(diào)速閥、變量泵組成的容積節(jié)流調(diào)速方式。為了自動實現(xiàn)上述工作循環(huán)，并保證零件一定的加工長度（該長度并無過高的精度要求），擬采用行程開關(guān)及電磁換向閥實現(xiàn)順序動作。

2.2擬定液壓系統(tǒng)工作原理圖

系統(tǒng)同時驅(qū)動兩個車削頭，且動作相同。為保證快速進、退速度相等，并減小液壓泵的流量規(guī)格，擬選用差動連接回路。

由快進轉(zhuǎn)工進時，采用機動滑閥。工進終了時。壓下電器行程開關(guān)返回?？焱说浇K點，壓下電器行程開關(guān)，運動停止。分別調(diào)節(jié)兩個調(diào)速閥，可使兩車削頭有較高的同步精度。快進轉(zhuǎn)工進后，系統(tǒng)壓力升高，遙控順序閥打開，回油經(jīng)背壓閥回油箱。背壓閥使工進時運動平穩(wěn)。圖10.2雙頭車床液壓系統(tǒng)工作原理圖2.3計算和選擇液壓元件2.3.1液壓缸的計算

10.3液壓缸受力圖(1)工作負載及慣性負載計算

工作負載：N油缸所要移動負載總重量：N選取工進時速度的最大變化量：m/s選?。簊

缸的密封阻力通常折算為克服密封阻力所需的等效壓力乘以液壓缸的有效面積。若密封結(jié)構(gòu)為Y型，可取Peq=0.2MPa，缸的有效面積初估值為A1=80mm,則密封力為：（N）

啟動時：（N）運動時：(2)密封阻力的計算

圖10.4導軌結(jié)構(gòu)受力示意圖（3）導軌摩擦阻力的計算（4）回油背壓造成的阻力計算

回油背壓，一般為0.3-0.5MPa，取回油背壓Pb=0.3MPa,考慮兩邊差動比為2,且已知液壓缸進油腔的活塞面積

A1=80mm,取有桿腔活塞面積A2=40mm，將上述值代入公式得：（N）（N）

分析液壓缸各工作階段中受力情況，得知在工進階段受力最大，作用在活塞上的總載荷：（5）確定液壓缸的結(jié)構(gòu)尺寸和工作壓力

根據(jù)經(jīng)驗確定系統(tǒng)工作壓力，選取P=3MPa，則工作腔的有效工作面積和活塞直徑分別為：因為液壓缸的差動比為2，所以活塞桿直徑為：根據(jù)液壓技術(shù)行業(yè)標準，選取標準直徑則液壓缸實際計算工作壓力為:實際選取的工作壓力為:

由于左右兩個切削頭工作時需做低速進給運動，在確定油缸活塞面積A1之后，還必須按最低進繪速度驗算油缸尺寸。即應(yīng)保證油缸有效工作面積A1為：qmin—流量閥最小穩(wěn)定流量，在此取調(diào)速閥最小穩(wěn)定流量為50ml/min；

vmin—活塞最低進繪速度，本題給定為20mm／min。式中：

根據(jù)上面確定的液壓缸直徑，油缸有效工作面積為：驗算說明活塞面積能滿足最小穩(wěn)定速度要求。2.3.2油泵的計算

對于調(diào)速閥進油節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)，管路的局部壓力損失一般取，取總壓力損失,則液壓泵的實際計算工作壓力：(1)確定油泵的實際工作壓力，選擇油泵取液壓系統(tǒng)的泄露系數(shù)

kl=1.1，則液壓泵的流量為：

根據(jù)求得的液壓泵的流量和壓力，又要求泵變量,選取YBN-40M型葉片泵。當液壓缸左右兩個切削頭快進時，所需的最大流量之和為：

因該系統(tǒng)選用變量泵，所以應(yīng)算出空載快速、最大工進時所需的功率，按兩者的最大值選取電機的功率。最大工進：此時所需的最大流量為：

選取液壓泵的總效率為：

=0.8，則工進時所需的液壓泵的最大功率為：(2)確定液壓泵電機的功率導軌摩擦力：空載條件下的總負載：空載快速時液壓泵所需的最大功率為：

選取空載快速條件下的系統(tǒng)壓力損失，則空載快速條件下液壓泵的輸出壓力為：故應(yīng)按最大工進時所需功率選取電機。2.3.3選擇控制元件

控制元件的規(guī)格應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)最高工作壓力和通過該閥的最大流量，在標準元件的產(chǎn)品樣本中選取。

方向閥：按，

選35D—25B（滑閥機能O型）。

單向閥：按，

選I－25B。調(diào)速閥：按工進最大流量，工作壓力

選Q－10B。

背壓閥：調(diào)至，流量為

選B－10。

行程閥：按，

選22C－25B。調(diào)速閥：按工進最大流量，工作壓力

選Q－10B。順序閥：調(diào)至大于，保證快進時不打開。

選X－B10B。2.3.3油管及其它輔助裝置的選擇

本系統(tǒng)的功率小，又采用限壓式變量泵，發(fā)熱少，所取油箱容量又較大，故不必進行系統(tǒng)溫升的驗算。

確定鋼管通經(jīng)、外徑、壁厚、連接螺紋及推薦流量。在液壓泵的出口，按流量27.5l／min，查表取管路通徑為

10；在液壓泵的入口,選擇較粗的管道，選取管徑為12；其余油管按流量12.51／min，查表取8。對于一般低壓系統(tǒng)，油箱的容量一般取泵流量的3～5倍，本題取4倍，其有效容積：附：

液壓缸的設(shè)計與計算液壓缸的計算及驗算方法首先根據(jù)使用要求確定液壓缸的類型，再按負載和運動要求確定液壓缸的主要結(jié)構(gòu)尺寸，必要時需進行強度驗算，最后進行結(jié)構(gòu)設(shè)計。

液壓缸的主要尺寸包括液壓缸的內(nèi)徑D、缸的長度L、活塞桿直徑d。主要根據(jù)液壓缸的負載、活塞運動速度和行程等因素來確定上述參數(shù)。液壓缸的結(jié)構(gòu)

圖3.9雙作用單活塞桿液壓缸結(jié)構(gòu)圖l—缸底；2—卡鍵；3、5、9、11—密封圈；4—活塞；6—缸筒；7—活塞桿；8—導向套；10—缸蓋；12—防塵圈；13—耳軸

圖3.9雙作用單活塞桿液壓缸結(jié)構(gòu)圖l—缸底；2—卡鍵；3、5、9、11—密封圈；4—活塞；6—缸筒；7—活塞桿；8—導向套；10—缸蓋；12—防塵圈；13—耳軸

單活塞桿液壓缸主要由缸底1、缸筒6、缸蓋10、活塞4、活塞桿7和導向套8等組成。缸筒一端與缸底焊接，另一端與缸蓋采用螺紋連接?；钊c活塞桿采用卡鍵連接。為了保證液壓缸的可靠密封，在相應(yīng)部位設(shè)置了密封圈3、5、9、11和防塵圈12。------缸筒與端蓋的連接

圖3.8缸體與缸蓋的連接結(jié)構(gòu)缸體組件

（2）半環(huán)式連接，分為外半環(huán)連接和內(nèi)半環(huán)連接兩種連接形式。(1）法蘭式連接（3）螺紋式連接外螺紋連接內(nèi)螺紋連接（5）焊接式連接（4）拉桿式連接

缸筒是液壓缸的主體，其內(nèi)孔一般采用鏜削、絞孔、滾壓或珩磨等精密加工工藝制造，要求表面粗造度在0.1

m~0.4

m。

端蓋裝在缸筒兩端，與缸筒形成封閉油腔，同樣承受很大的液壓力，因此，端蓋及其連接件都應(yīng)有足夠的強度。

導向套對活塞桿或柱塞起導向和支承作用，有些液壓缸不設(shè)導向套，直接用端蓋孔導向。

缸筒，端蓋和導向套的材料選擇和技術(shù)要求可參考液壓設(shè)計手冊?；钊M件

活塞組件由活塞、密封件、活塞桿和連接件等組成。活塞與活塞桿的連接形式

如圖3.9所示，活塞與活塞桿的連接最常用的有螺紋連接和半環(huán)連接形式，除此之外還有整體式結(jié)構(gòu)、焊接式結(jié)構(gòu)、錐銷式結(jié)構(gòu)等。

1一活塞桿；2一活塞；3一密封圈；4一彈簧圈；5一螺母1一卡鍵；2一套環(huán)；3一彈簧卡圈

活塞裝置主要用來防止液壓油的泄漏。對密封裝置的基本要求是具有良好的密封性能，并隨壓力的增加能自動提高密封性。除此以外，摩擦阻力要小，耐油。油缸主要采用密封圈密封，密封圈有O形、V形、Y形及組合式等數(shù)種，其材料為耐油橡膠、尼龍、聚氨脂等。

（1）O形密封圈O形密封圈的截面為圓形，主要用于靜密封。與唇形密封圈相比，運動阻力較大，作運動密封時容易產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)，故一般不單獨用于油缸運動密封。

（1）O形密封圈圖3.10O型密封圈的結(jié)構(gòu)原理（a）普通型（b）有擋板型O形圈密封的原理：任何形狀的密封圈在安裝時，必須保證適當?shù)念A壓縮量，過小不能密封，過大則摩擦力增大，且易于損壞。因此，安裝密封圈的溝槽尺寸和表面精度必須按有關(guān)手冊給出的數(shù)據(jù)嚴格保證。在動密封中，當壓力大于10MPa時，O形圈就會被擠入間隙中而損壞，為此需在O形圈低壓側(cè)設(shè)置聚四氟乙烯或尼龍制成的擋圈，雙向受高壓時，兩側(cè)都要加擋圈。

（a）普通型（b）有擋板型圖3.10O型密封圈的結(jié)構(gòu)原理

V形圈的截面為V形，如圖3.11所示，V形密封裝置是由壓環(huán)、V形圈和支承環(huán)組成。當工作壓力高于10MPa時，可增加V形圈的數(shù)量，提高密封效果。安裝時，V形圈的開口應(yīng)面向壓力高的一側(cè)。（2）V形密封圈

a)壓環(huán)b)V型圈c)支承環(huán)圖3.11V形密封圈Y形密封圈的截面為Y形，屬唇形密封圈。它是一種摩擦阻力小、壽命較長的密封圈，應(yīng)用普遍。Y形圈主要用于往復運動的密封。根據(jù)截面長寬比例的不同，Y形圈可分為寬斷面和窄斷面兩種形式，圖3.12所示為寬斷面Y形密封圈。（3）Y（Yx）形密封圈

圖3.12Y形密封圈

圖3.12Y形密封圈Y形圈安裝時，唇口端面應(yīng)對著液壓力高的一側(cè)。當壓力變化較大，滑動速度較高時，要使用支承環(huán)，以固定密封圈，如圖3.12（b）所示。緩沖裝置

為了防止這種危害，保證安全，應(yīng)采取緩沖措施，對液壓缸運動速度進行控制。

當液壓缸帶動質(zhì)量較大的部件作快速往復運動時，由于運動部件具有很大的動能，因此當活塞運動到液壓缸終端時，會與端蓋碰撞，而產(chǎn)生沖擊和噪聲。這種機械沖擊不僅引起液壓缸的有關(guān)部分的損壞，而且會引起其它相關(guān)機械的損傷。緩沖裝置

圖3.13液壓缸緩沖裝置

當活塞移至端部，緩沖柱塞開始插入缸端的緩沖孔時，活塞與缸端之間形成封閉空間，該腔中受困擠的剩余油液只能從節(jié)流小孔或緩沖柱塞與孔槽之間的節(jié)流環(huán)縫中擠出，從而造成背壓迫使運動柱塞降速制動，實現(xiàn)緩沖。排氣裝置

液壓傳動系統(tǒng)往往會混入空氣，使系統(tǒng)工作不穩(wěn)定，產(chǎn)生振動、爬行或前沖等現(xiàn)象，嚴重時會使系統(tǒng)不能正常工作。

因此，設(shè)計液壓缸時，必須考慮空氣的排除。

對于速度穩(wěn)定性要求較高的液壓缸和大型液壓缸，常在液壓缸的最高處設(shè)置專門的排氣裝置，如排氣塞、排氣閥等。當松開排氣塞或閥的鎖緊螺釘后，低壓往復運動幾次，帶有氣泡的油液就會排出，空氣排完后擰緊螺釘，液壓缸便可正常。液壓缸工作壓力的確定

液壓缸要承受的負載包括有效工作負載、摩擦阻力和慣性力等。液壓缸的工作壓力按負載確定。對于不同用途的液壓設(shè)備，由于工作條件不同，采用的壓力范圍也不同。設(shè)計時，液壓缸的工作壓力可按負載大小及液壓設(shè)備類型參考表來確定。3.3.1液壓缸主要尺寸的確定

液壓缸內(nèi)徑D和活塞桿直徑d可根據(jù)最大總負載和選取的工作壓力來定，對單桿缸而言，有：有桿腔進油時：無桿腔進油時有桿腔進油時：無桿腔進油時

式（3.17）中的桿徑d可根據(jù)工作壓力選取，見表3.4；當液壓缸的往復速度比有一定要求時，由式（3.7）得桿徑為

計算所得的液壓缸內(nèi)經(jīng)D和活塞桿直經(jīng)d應(yīng)圓整為標準系列，參見《新編液壓工程手冊》。液壓缸的缸筒長度由活塞最大行程、活塞長度、活塞桿導向套長度、活塞桿密封長度和特殊要求的長度確定。其中活塞長度為（0.6-1.0）D，導向套長度為（0.6-1.5）d。為減少加工難度，一般液壓缸缸筒長度不應(yīng)大于內(nèi)徑的20-30倍。液壓缸的校核

缸筒壁厚的驗算

中、高壓液壓缸一般用無縫鋼管做缸筒，大多屬薄壁筒，即

/D

0.08。此時，可根據(jù)材料力學中薄壁圓筒的計算公式驗算缸筒的壁厚，即

當/D

0.3時，可用下式校核缸筒壁厚

當液壓缸采用鑄造缸筒時，壁厚由鑄造工藝確定，這時應(yīng)按厚壁圓筒計算公式驗算壁厚。當

/D=0.08-0.3時，可用下式校核缸筒的壁厚式中:——缸筒內(nèi)的最高工作壓力[]——缸筒材料的許允應(yīng)力

活塞桿長度根據(jù)液壓缸最大行程L而定。對于工作行程中受壓的活塞桿，當活塞桿長度L與其直徑d之比大于15時，應(yīng)對活塞桿進行穩(wěn)定性驗算。

關(guān)于穩(wěn)定性驗算的內(nèi)容可查閱液壓設(shè)計手冊。液壓缸穩(wěn)定性驗算第9章氣動技術(shù)基礎(chǔ)知識8．1氣動系統(tǒng)8．2氣動技術(shù)的應(yīng)用8．3氣動技術(shù)的特點和應(yīng)用準則8．4氣動技術(shù)的發(fā)展趨勢9.1氣動系統(tǒng)

氣動(氣壓傳動)系統(tǒng)是一種能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其工作原理是將原動機輸出的機械能轉(zhuǎn)換為空氣的壓力能，利用管路、各種控制閥及輔助元件將壓力能傳送到執(zhí)行元件，再轉(zhuǎn)換成機械能，從而完成直線運動或回轉(zhuǎn)運動，對外做功氣動系統(tǒng)的基本構(gòu)成

如圖9－1所示。圖9-1氣動系統(tǒng)的基本構(gòu)成9.2氣動技術(shù)的應(yīng)用

氣動技術(shù)用于簡單的機械操作中已有相當長的時間了，最近幾年，在氣動自動化技術(shù)的發(fā)展中，氣動技術(shù)起到了重要的作用。氣動自動化控制技術(shù)是利用壓縮空氣作為傳遞動力或信號的工作介質(zhì)，配合氣動控制系統(tǒng)的主要氣動元件，與機械、液壓、電氣、電子(包括PLC控制器和微機)等部分或全部綜合構(gòu)成的控制回路，使氣動執(zhí)行元件按工藝要求的工作狀況，自動按設(shè)定的順序或條件動作的一種自動化技術(shù)。用氣動自動化控制技術(shù)實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化，是工業(yè)自動化的一種重要技術(shù)手段，也是一種低成本自動化技術(shù)。9.2氣動技術(shù)的應(yīng)用

(1)物料輸送裝置：夾緊、傳送、定位、定向和物料流分配；(2)一般應(yīng)用：包裝、填充、測量、鎖緊、軸的驅(qū)動、物料輸送、零件轉(zhuǎn)向及翻轉(zhuǎn)、零件分揀、元件堆垛、元件沖壓或模壓標記和門控制；(3)物料加工：鉆削、車削、銑削、鋸削、磨削和光整。

氣動系統(tǒng)用于自動裝卸生產(chǎn)及氣動機械手的例子如圖9－2和圖9－3所示。9.2氣動技術(shù)的應(yīng)用

(1)物料輸送裝置：夾緊、傳送、定位、定向和物料流分配；(2)一般應(yīng)用：包裝、填充、測量、鎖緊、軸的驅(qū)動、物料輸送、零件轉(zhuǎn)向及翻轉(zhuǎn)、零件分揀、元件堆垛、元件沖壓或模壓標記和門控制；(3)物料加工：鉆削、車削、銑削、鋸削、磨削和光整。

氣動系統(tǒng)用于氣動機械手的例子如圖9－3所示。圖9－3氣動機械手9.1.2氣動技術(shù)的特點和應(yīng)用準則

1.氣壓傳動的特點-優(yōu)點

9.1.2氣動技術(shù)的特點和應(yīng)用準則

1.氣壓傳動的特點-缺點

9.1.2氣動技術(shù)的特點和應(yīng)用準則

2．應(yīng)用準則

空氣的可壓縮性既是一種優(yōu)點也是一種不足?？諝饪蓧嚎s性這種物理上的局限性大大限制了氣動技術(shù)的應(yīng)用，當需要很大力或連續(xù)大量消耗壓縮空氣時，成本也是一個制約氣動技術(shù)應(yīng)用的主要因素。因此，在研究氣動技術(shù)的實際應(yīng)用時，應(yīng)首先將其與其他形式的傳動技術(shù)進行比較，表8－3給出了這種比較。表8－3氣動技術(shù)與其他傳動技術(shù)在應(yīng)用中的比較

表8－3氣動技術(shù)與其他傳動技術(shù)在應(yīng)用中的比較

表8－3氣動技術(shù)與其他傳動技術(shù)在應(yīng)用中的比較

9.4氣動技術(shù)的發(fā)展趨勢

在應(yīng)用氣動技術(shù)時，應(yīng)考慮從信號輸入到最后動力輸出的整個系統(tǒng)，盡管其中某個環(huán)節(jié)采用某項技術(shù)更合適，但最終決定選擇哪項技術(shù)完全是基于所有相關(guān)因素總體考慮的。例如，雖然產(chǎn)生壓縮空氣的成本較高，但在最后分析論證技術(shù)方案時，其并不是主要的決定因素，有時對于要完成的任務(wù)來說，力和速度的無級控制才是更重要的因素。另外，系統(tǒng)掌握容易、結(jié)構(gòu)簡單和操作方便以及整個系統(tǒng)的可靠性和安全性有時是更重要的決定因素。除此之外，系統(tǒng)維護保養(yǎng)也是絕不可忽視的決定因素。表8－3氣動技術(shù)與其他傳動技術(shù)在應(yīng)用中的比較

1)模塊化和集成化

氣動系統(tǒng)的最大優(yōu)點之一是單獨元件的組合能力，無論是各種不同大小的控制器還是不同功率的控制元件，在一定應(yīng)用條件下，都具有隨意組合性。隨著氣動技術(shù)的發(fā)展，元件正從單功能性向多功能系統(tǒng)、通用化模塊方向發(fā)展，并將具有向上或向下的兼容性。表8－3氣動技術(shù)與其他傳動技術(shù)在應(yīng)用中的比較

2)功能增強及體積縮小

小型化氣動元件(如氣缸及閥類)正應(yīng)用于許多工業(yè)領(lǐng)域。微型氣動元件不但用于精密機械加工及電子制造業(yè)，而且用于制藥業(yè)、醫(yī)療技術(shù)、包裝技術(shù)等。在這些領(lǐng)域中，已經(jīng)出現(xiàn)活塞直徑小于2.5mm的氣缸、寬度為10mm的氣閥及相關(guān)的輔助元件，并正在向微型化和系列化方向發(fā)展。

壓縮空氣

1空氣的物理性質(zhì)

1．空氣的濕度與露點

自然界的空氣是由很多氣體混合而成的。其主要成分有氮(N2)和氧(O2)，其他氣體占的比例極小。此外，空氣中常含有一定量的水蒸氣，水蒸氣的含量取決于大氣的濕度和溫度。把含有水蒸氣的空氣稱為濕空氣，大氣中的空氣基本上都是濕空氣；把不含水蒸氣的空氣稱為干空氣。標準狀態(tài)下(即溫度為0℃、壓力為p＝0.1013MPa)干空氣的組成如表9-1所示。

干空氣的組成

濕空氣的壓力稱為全壓力p，是干空氣的分壓力pg和水蒸氣的分壓力ps之和，即

p＝ps＋pg

分壓力是指濕空氣的各個組成氣體，在相同溫度下，獨占濕空氣總?cè)莘e時所具有的壓力。平常所說的大氣壓力就是指濕空氣的全壓力。

露點是指在規(guī)定的空氣壓力下，當溫度一直下降到成為飽和狀態(tài)時，水蒸氣開始凝結(jié)的那一剎那的溫度。露點又可分為大氣壓露點和壓力露點兩種。大氣壓露點是指在大氣壓下水分的凝結(jié)溫度。圖9－2為大氣壓露點與壓力露點之間的換算表。如要求大氣壓露點為－22℃、壓力為7bar狀況下的壓力露點，則可在圖9－2中查到壓力露點為4℃，意為在壓力為7bar，當空氣冷卻到4℃時，若將其減壓成大氣壓，則水分在－22℃以下會凝結(jié)，濕空氣便有水滴析出。降溫法清除濕空氣中的水分利用的就是此原理。

相對濕度因空氣濕度和氣候狀況而異。常把相對濕度定義為

式中，絕對濕度是指單位立方米空氣中所含的水分的量；飽和水含量是指單位立方米空氣在所述溫度下能夠吸收水分的量。

空氣在不同溫度下的飽和水含量可由圖9－1查得。

圖9－1露點表

圖9－2壓力露點與大氣壓露點的換算

2.空氣的密度

空氣具有一定質(zhì)量，其密度是單位體積內(nèi)空氣的質(zhì)量，用ρ表示，即

(9－2)

式中，m表示空氣的質(zhì)量(kg)；V表示空氣的體積(m3)。

空氣的密度與溫度、壓力有關(guān)，三者滿足氣體狀態(tài)方程式。9．1．2氣體狀態(tài)方程

氣體的三個狀態(tài)參數(shù)是壓力p、溫度T和體積V。氣體狀態(tài)方程是描述氣體處于某一平衡狀態(tài)時，這三個參數(shù)之間的關(guān)系。本節(jié)介紹幾種常見的狀態(tài)變化過程。

1．理想氣體的狀態(tài)方程

所謂理想氣體，是指沒有粘性的氣體。一定質(zhì)量的理想氣體在狀態(tài)變化的某一穩(wěn)定瞬時，有以下氣體狀態(tài)方程成立：

(9－3)

p＝ρRT式中，p1、p2分別為氣體在1、2兩狀態(tài)下的絕對壓力(Pa)；V1、V2分別為氣體在1、2兩狀態(tài)下的體積(m3)；T1、T2分別為氣體在1、2兩狀態(tài)下的熱力學溫度(K)；ρ為氣體的密度(kg/m3)；R為氣體常數(shù)(J/(kg·K))，其中，干空氣Rg＝287.1J/(kg·K)，濕空氣Rs＝462.05J/(kg·K)。

由于實際氣體具有粘性，因而嚴格地講它并不完全符合理想氣體方程式。實驗證明：理想氣體狀態(tài)方程適用于絕對壓力不超過20MPa、溫度不低于20℃的空氣、氧氣、氮氣、二氧化碳等，不適用于高壓狀態(tài)和低溫狀態(tài)下的氣體。ρ、V、T的變化決定了氣體的不同狀態(tài)，在狀態(tài)變化過程中加上限制條件時，理想氣體狀態(tài)方程將有以下幾種形式。

2．理想氣體的狀態(tài)變化過程

(1)等容過程(查理定律)：一定質(zhì)量的氣體，在體積不變的條件下所進行的狀態(tài)變化過程，稱為等容過程。等容過程的狀態(tài)方程為

(9－4)

式(9－4)表明：當體積不變時，壓力上升，氣體的溫度隨之上升；壓力下降，氣體的溫度隨之下降。

(2)等壓過程(蓋－呂薩克定律)：一定質(zhì)量的氣體，在壓力不變的條件下所進行的狀態(tài)變化過程，稱為等壓過程。等壓過程的狀態(tài)方程為

(9－5)

式(9－5)表明：當壓力不變時，溫度上升，氣體的體積增大(氣體膨脹)；溫度下降，氣體的體積縮小。

(3)等溫過程(波意耳定律)：一定質(zhì)量的氣體，在溫度保持不變的條件下所進行的狀態(tài)變化過程，稱為等溫過程。氣體狀態(tài)變化很慢時，可視為等溫過程，如氣動系統(tǒng)中的氣缸運動、管道送氣過程等。等溫過程的狀態(tài)方程為

p1V1＝p2V2 (9－6)

式(9－6)表明：在溫度不變的條件下，氣體壓力上升時，氣體體積被壓縮；氣體壓力下降時，氣體體積膨脹。

(4)絕熱過程：一定質(zhì)量的氣體，在其狀態(tài)變化過程中，和外界沒有熱量交換的過程稱為絕熱過程。當氣體狀態(tài)變化很快時，如氣動系統(tǒng)的快速充、排氣過程，可視為絕熱過程。其狀態(tài)方程式為

p1V1k＝p2V2k＝常數(shù) (9－7)

由式(9－3)和式(9－7)可得

(9－8)

上式中，k為絕熱指數(shù)，對于干空氣k＝1．4，對于飽和蒸氣k＝1．3。

在絕熱過程中，系統(tǒng)靠消耗自身內(nèi)能對外做功。

【例9－1】

由空氣壓縮機往儲氣罐內(nèi)充入壓縮空氣，使罐內(nèi)壓力由0.1MPa(絕對)升到0.25MPa(絕對)，氣罐溫度從室溫20℃升到t，充氣結(jié)束后，氣罐溫度又逐漸降至室溫，此時罐內(nèi)壓力為p。求p和t各為多少。(提示：氣源溫度也為20℃。)

解此過程是一個復雜的充氣過程，可看成是簡單的絕熱充氣過程。

已知：p1＝0．1MPa，p2＝0．25MPa，T1＝(20＋273)K＝293K

由式(9－8)得

所以有 t＝T－273＝380.7－273＝107.7(℃)

充氣結(jié)束后為等容過程，根據(jù)式(9－4)得

第10章氣源裝置及壓縮空氣凈化系統(tǒng)10．

氣源系統(tǒng)及空氣凈化處理裝置10.2壓縮空氣的輸送

以壓縮空氣作為工作介質(zhì)向氣動系統(tǒng)提供壓縮空氣的氣源裝置，其主體是空氣壓縮機。由空氣壓縮機產(chǎn)生的壓縮空氣因為含有較高的雜質(zhì)，不能直接使用，所以必須經(jīng)過降溫(除去水分)、除塵、除油、過濾等一系列處理后才能用于氣壓系統(tǒng)。因此，在氣動系統(tǒng)工作時，壓縮空氣中水分和固體雜質(zhì)粒子等的含量是決定系統(tǒng)能否正常工作的重要因素。如果不除去這些污染物，將導致機器和控制裝置發(fā)生故障，損害產(chǎn)品的質(zhì)量，增加氣動設(shè)備和系統(tǒng)的維護成本。本章主要介紹氣源系統(tǒng)及壓縮空氣凈化處理裝置。

在氣動控制系統(tǒng)中，壓縮空氣是工作介質(zhì)。

壓縮空氣在氣動系統(tǒng)中的主要作用如下：

(1)決定傳感器的狀態(tài)；

(2)處理信號；

(3)通過控制元件控制執(zhí)行機構(gòu)；

(4)實現(xiàn)動作(執(zhí)行元件)。10.1氣源系統(tǒng)及空氣凈化處理裝置

氣源系統(tǒng)是為氣動設(shè)備提供滿足要求的壓縮空氣動力源。氣源系統(tǒng)一般由氣壓發(fā)生裝置、壓縮空氣的凈化處理裝置和傳輸管路系統(tǒng)組成。典型的氣源及空氣凈化處理系統(tǒng)如圖9－3所示。

圖9－3氣源及空氣凈化處理系統(tǒng)9．2．1空氣壓縮機

空氣壓縮機(Aircompressor)簡稱空壓機，是氣壓發(fā)生裝置?？諌簷C將電機或內(nèi)燃機的機械能轉(zhuǎn)化為壓縮空氣的壓力能。

1．分類

空壓機的種類很多，可按工作原理、結(jié)構(gòu)形式及性能參數(shù)分類。

1)按工作原理分類

按工作原理，空壓機可分為容積式空壓機和速度式空壓機。容積式空壓機的工作原理是使單位體積內(nèi)空氣分子的密度增加以提高壓縮空氣的壓力。速度式空壓機的工作原理是提高氣體分子的運動速度來增加氣體的動能，然后將氣體分子的動能轉(zhuǎn)化為壓力能以提高壓縮空氣的壓力。

2)按結(jié)構(gòu)形式分類

按結(jié)構(gòu)形式空壓機的分類如圖9－4所示。

圖9－4空壓機按結(jié)構(gòu)形式分類

3)按空壓機輸出壓力大小分類

按空壓機輸出壓力大小，可將其分為如下幾類：

低壓空壓機，輸出壓力在0.2～1.0MPa范圍內(nèi)；

中壓空壓機，輸出壓力在1.0～10MPa范圍內(nèi)；

高壓空壓機，輸出壓力在10～100MPa范圍內(nèi)；

超高壓空壓機，輸出壓力大于100MPa。

4)按空壓機輸出流量(排量)分類

按空壓機輸出流量(排量)，可將其分為如下幾類：

微型空壓機，其輸出流量小于1m3/min；

小型空壓機，其輸出流量在1～10m3/min范圍內(nèi)；

中型空壓機，其輸出流量在10～100m3/min范圍內(nèi)；

大型空壓機，其輸出流量大于100m3/min。

2．工作原理

常見的空壓機有活塞式空壓機、葉片式空壓機和螺桿式空壓機三種。以下介紹它們的工作原理。

1)活塞式空壓機

活塞式空壓機的工作原理如圖9－5所示。當活塞下移時，氣體體積增加，氣缸內(nèi)壓力小于大氣壓，空氣便從進氣閥門進入缸內(nèi)。在沖程末端，活塞向上運動，排氣閥門被打開，輸出空氣進入儲氣罐?；钊耐鶑瓦\動是由電動機帶動的曲柄滑塊機構(gòu)形成的。這種類型的空壓機只用一個過程就將吸入的大氣壓空氣壓縮到所需要的壓力，因此稱之為單級活塞式空壓機。

圖9－5活塞式空壓機的工作