液压与气压传动-绪论

第2页绪论液压与气压传动通常在什么场合应用？液压与气压传动的工作原理是什么样的？液压与气压传动的特点及区别是什么？主要内容第3页关键词液压与气压传动；工作原理；组成；特点及区别；应用。第3页实例应用液压传动是以液体作为工作介质来进行能量传递的传动方式；气压传动是以压缩空气作为工作介质来进行能量传递的传动方式。它们都是属于自动控制领域的一门重要学科。液压与气压传动的应用极为普遍，如图0-1所示的这些机械设备都采用了液压与气压传动。（a）公交汽车中的气动双向摆门（b）机械手（c）抓斗机（d）压力机图0-1液压与气压传动的应用第5页绪论液压与气压传动的基本工作原理非常相似，下面以液压千斤顶为例来介绍液压传动的工作原理，如图0-2所示。想一想你看过护士打针吗？护士手中的注射器是如何将药液“吸入的”？一、液压与气压传动系统的工作原理1—杠杆手柄；2—小油缸；3—小活塞；4，7—单向阀；5—吸油管；6，10—管道；8—大活塞；9—大油缸；11—截止阀；12—油箱图0-2液压千斤顶工作原理图第一节液压与气压传动的工作原理及组成第6页绪论再次提起手柄吸油时，单向阀7自动关闭，使油液不能倒流，从而保证了重物不会自行下落。不断地往复扳动手柄，就能不断地把油液压入举升缸下腔，使重物逐渐地升起。并且，提、压杠杆的速度越快，单位时间内压入大油缸9的油液越多，重物上升的速度越快。如果打开截止阀11，举升缸下腔的油液通过管道10、截止阀11流回油箱，重物就向下移动。第一节液压与气压传动的工作原理及组成第7页绪论大油缸9和大活塞8组成举升液压缸。杠杆手柄1、小油缸2、小活塞3、单向阀4和7组成手动液压泵。如提起手柄1使小活塞3向上移动，小活塞3下端油腔容积增大，形成局部真空，这时单向阀4打开，通过吸油管5从油箱12中吸油；用力压下手柄1，小活塞3下移，小活塞3下腔压力升高，单向阀4关闭，单向阀7打开，下腔的油液经管道6输入举升油缸9的下腔，迫使大活塞8向上移动，顶起重物。第一节液压与气压传动的工作原理及组成第8页绪论根据图0-2液压千斤顶的工作原理，可分析液压或气压传动的压力与负载，速度与流量，液压功率与输出功率之间的关系。第一节液压与气压传动的工作原理及组成提示液压千斤顶是一个简单的液压传动装置，通过对液压千斤顶工作过程的分析，可以看出液压传动的基本工作原理是：以油液作为工作介质，通过密封容积的变化来传递运动，通过油液内部的压力来传递动力。液压传动装置实质上是一种能量转换装置，首先将机械能转换成油液的压力能，然后再将油液的压力能转换为机械能做功。气压传动的工作原理与液压传动的工作原理相似：首先将机械能转换成气体的压力能，然后再将气体的压力能转换为机械能做功。第9页绪论压力与负载的关系1第一节液压与气压传动的工作原理及组成在图0-2中，设小活塞和大活塞的面积分别为A1和A2，当大活塞上有重物负载G时，大活塞下腔的油液就会产生一定的压力p，则。根据帕斯卡原理（在密闭容腔内，施加于静止液体上的压力将以等值同时传到液体各点）可知，要顶起大活塞及重物负载G，就必须在小活塞下腔产生一个等值的压力p，也就是说必须在小活塞上施加力F1，而，则（0-1）或（0-2）2GpA11FpA21221GFFpAAA2211AGFFA第10页绪论第一节液压与气压传动的工作原理及组成由式（0-1）可知，当负载G增大时，流体工作压力p也要随之增大，即F1要随之增大；反之，当负载G很小时，流体压力就很低，F1也就很小。由此建立了一个很重要的基本概念，即在液压和气压传动中系统的工作压力取决于外负载，而与流入的流体多少无关。式（0-2）表明，当时，作用在小活塞上一个很小的力F1，便可以在大活塞上产生一个很大的力F2，用以推动重物。12AA第11页绪论速度与流量的关系2第一节液压与气压传动的工作原理及组成在图0-2中，若不计液体的泄漏、可压缩性和系统的弹性变形等因素，则从小液压缸中排出的液体体积一定等于进入大液压缸中的液体体积，从而推动了活塞的上升。设小液压缸活塞和大液压缸活塞的位移分别为，，则有（0-3）或（0-4）式（0-4）表明两活塞的位移与两活塞的面积成反比。将式（0-3）两边同除以活塞运动的时间t，得（0-5）式中，v1，v2——小活塞和大活塞的平均运动速度；q1，q2——小液压缸输出的平均流量和大液压缸输入的平均流量。1s2s111222vsAsAvv1221sAsA111222qAvAvqq第12页绪论第一节液压与气压传动的工作原理及组成从式（0-5）可以得到一般公式（0-6）式（0-6）是液压传动中速度调节的基本公式。它表明调节进入缸体的流量q，即可调节活塞的运动速度v，这就是液压与气压传动能实现无级调速的基本原理。同时，该式还表明活塞的运动速度取决于进入液压（气压）缸（马达）的流量，而与流体压力大小无关。qvA第13页绪论能量转换关系3第一节液压与气压传动的工作原理及组成由图0-2可知，大活塞（液压缸）工作时输出的瞬时功率为负载与速度的乘积，即（0-7）式中，P——液压缸输出的功率。式（0-7）表明，液压传动的功率等于液体的压力p和流量q的乘积。由此可知，压力和流量是液压传动中的两个重要的基本参数。它们相当于机械传动中的力和速度，两者的乘积为功率。从以上分析可知，液压传动和气压传动是以流体的压力能来传递动力的。2222222222qFPFvFqpqAA第14页绪论如图0-3所示为磨床工作台液压系统工作原理图。其工作原理如下。液压泵4在电动机（图中未画出）的带动下旋转，油液由油箱1经过滤器2被吸入液压泵4，由液压泵4输入的压力油通过手动换向阀9，节流阀13、换向阀15进入液压缸18的左腔，推动活塞17和工作台19向右移动，液压缸18右腔的油液经换向阀15排回油箱；如果将换向阀15转换成如图0-3（b）所示的状态，则压力油进入液压缸18的右腔，推动活塞17和工作台19向左移动，液压缸18左腔的油液经换向阀15排回油箱。二、液压与气压传动系统的组成1—油箱；2—过滤器；3，12，14—回油管；4—液压泵；5—弹簧；6—钢球；7—溢流阀；8，10—压力油管；9—手动换向阀；11，16—换向手柄；13—节流阀；15—换向阀；17—活塞；18—液压缸；19—工作台图0-3磨床工作台液压传动系统工作原理（a）（b）（c）第一节液压与气压传动的工作原理及组成第15页绪论工作台19的移动速度由节流阀13来调节。当节流阀13开大时，进入液压缸18的油液增多，工作台的移动速度增大；当节流阀13关小时，工作台的移动速度减小。液压泵4输出的压力油除了进入节流阀13以外，其余的打开溢流阀7流回油箱。如果将手动换向阀9转换成如图0-3（c）所示的状态，液压泵4输出的油液经手动换向阀9流回油箱，这时工作台停止运动，液压系统处卸荷状态。第一节液压与气压传动的工作原理及组成第16页绪论如图0-4所示为一个简单的使机罩（工作件）升、降的气动系统。工作时，来自气源的压缩空气经过节流阀1和手动换向阀2，进入气缸4的下腔，推动活塞上升并通过活塞杆将机罩3托起；换向阀换位后气缸下腔的气体经换向阀排入大气，机罩在自重作用下降回原位，这样就完成了机罩升、降的一个工作循环。1—节流阀；2—手动换向阀；3—机罩（工作件）；4—气缸图0-4气压传动系统图第一节液压与气压传动的工作原理及组成第17页绪论从上述例子可以看出，液压与气压传动是以流体作为工作介质来进行工作的，一个完整的液压与气压传动系统由以下几部分组成。动力元件：是一种能量转换装置，是将原动机所输出的机械能转换成流体压力能的元件。它是系统的心脏。最常见的动力元件是液压泵或空气压缩机。执行元件：把流体的压力能转换成机械能以驱动工作机构的元件。执行元件可以是作直线运动的液压缸、气缸，也可以是作回转运动的液压马达、气动马达。第一节液压与气压传动的工作原理及组成第18页绪论控制元件：是对液、气压系统中流体的压力、流量和流动方向进行控制和调节的装置，如溢流阀、节流阀、换向阀等。这些元件的不同组合能使系统完成不同的功能。辅助元件：上述3个组成部分以外的其他元件，如管道、管接头、油箱、滤油器、油雾器、空气过滤器、蓄能器等，它们对保证液、气压系统可靠和稳定地工作有重大作用。传动介质：传递能量的流体，即液压油或压缩空气。第一节液压与气压传动的工作原理及组成第19页绪论如图0-3（a）和图0-4所示的液压与气压系统图是一种半结构式的工作原理图。它直观性强、容易理解，但难于绘制。在实际工作中，除少数特殊情况外，一般都采用《流体传动系统及元件图形符号和回路图》（GB/T786—2009）所规定的液压与气动图形符号来绘制，如图0-5所示为用图形符号表示的磨床工作台液压系统图。三、液压与气压传动系统的图形符号1—工作台；2—液压缸；3—活塞；4—换向阀；5—节流阀；6—开停阀；7—溢流阀；8—液压泵；9—滤油器；10—油箱图0-5磨床工作台液压系统的图形符号图第一节液压与气压传动的工作原理及组成第20页绪论图形符号表示元件的功能，而不表示元件的具体结构和参数；反映各元件在系统中连接上的相互关系，而不反映其空间安装位置；只反映静止位置或初始位置的工作状态，而不反映其过渡过程。使用图形符号既便于绘制，又可使液压与气压系统简单明了。第一节液压与气压传动的工作原理及组成第21页绪论①在功率相同的情况下，液压传动的体积小、质量轻，因而动作灵敏，惯性小。②易于在较大的速度范围内实现无级变速，而且调速性能好。③液压传动工作平稳，吸振能力强，便于实现快速启动、制动和频繁的换向。④操纵简便，易于采用电气、液压联合控制以实现自动化。⑤由于采用油液为工作介质，液压传动系统的一些零部件之间可自行润滑，使用寿命长。第二节液压与气压传动的特点及区别一、液压传动的优缺点液压传动的优点1第22页绪论⑥在液压传动系统中，功率损失所产生的热量可由流动着的油带走，可避免机械本体温度过高。⑦易于获得很大的力或力矩，承载能力大。⑧液压元件实现了标准化、系列化、通用化，便于设计、制造和使用。第二节液压与气压传动的特点及区别第23页绪论①有一定的泄漏现象，使容积效率降低，不易实现定比传动，而且会污染环境，还可能引起火灾和爆炸事故，同时对运动的平稳性有一定的影响。②工作性能易受温度变化的影响，不宜在很高或很低的温度条件下工作。③维修保养较困难，工作量大。当液压系统产生故障时，故障原因不易查找，排除较困难。④为了减少泄漏，液压元件在制造精度上要求较高，因此它的造价高，且对油液的污染比较敏感。⑤液压传动中有较多的能量损失（摩擦损失、压力损失、泄漏损失等），因而传动效率低，不宜作远距离传动。第二节液压与气压传动的特点及区别液压传动的缺点2第24页绪论①空气随处可取，取之不尽，节省了购买、贮存、运输介质的费用和麻烦；用后的空气直接排入大气，对环境无污染，处理方便，不必设置回收管路，也不存在介质变质、补充和更换等问题。②空气黏度小（约为液压油的万分之一），因而在管内流动阻力小，压力损失小，便于集中供气和远距离输送。③与液压传动相比，气压传动反应快、动作迅速、维护简单、管路不易堵塞。第二节液压与气压传动的特点及区别二、气压传动的优缺点气压传动的优点1第25页绪论④气动元件结构简单，制造容易，适于标准化、系列化、通用化。⑤气动系统对工作环境适应性好，特别在易燃、易爆、多尘埃、强磁、辐射、振动等恶劣工作环境中工作时，安全可靠性优于液压和电气系统。⑥空气具有可压缩性，使气动系统能够实现过载自动保护，也便于储气罐贮存能量，以备急需。⑦排气时气体因膨胀而温度降低，因而气动设备可以自动降温，长期运行也不会发生过热现象。第二节液压与气压传动的特点及区别第26页绪论①空气具有可压缩性，当载荷变化时，气动系统的动作稳定性差，但可以采用气液联动装置解决此问题。②工作压力较低，结构尺寸不宜过大，因而输出功率较小。③空气本身没有润滑性，需另加润滑装置。④排气噪声大，需加消声器。第二节液压与气压传动的特点及区别提示总的来说，液