液壓與氣壓傳動(dòng)--第0章 緒論

1、液壓與氣壓傳動(dòng) 廣東技術(shù)師范學(xué)院天河學(xué)院 陳玉蓮 消耗能量消耗能量 ? 動(dòng)力源動(dòng)力源 直接驅(qū)動(dòng)直接驅(qū)動(dòng) 任何工作機(jī)構(gòu)一般主要由三部分組成任何工作機(jī)構(gòu)一般主要由三部分組成 原動(dòng)機(jī)原動(dòng)機(jī)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)工作機(jī)工作機(jī) 工作機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的實(shí)現(xiàn) 一、動(dòng)力傳動(dòng)的主要形式 液壓傳動(dòng)液壓傳動(dòng) 液體傳動(dòng)液體傳動(dòng) 氣體傳動(dòng)氣體傳動(dòng) 液力傳動(dòng)液力傳動(dòng) 氣力傳動(dòng)氣力傳動(dòng) 氣壓傳動(dòng)氣壓傳動(dòng) 傳動(dòng)傳動(dòng) 機(jī)械傳動(dòng)機(jī)械傳動(dòng) 流體傳動(dòng)流體傳動(dòng) 電氣傳動(dòng)電氣傳動(dòng) 停止停止 啟動(dòng)啟動(dòng) 速度速度 方向方向 位置位置 加速度加速度 控制控制 運(yùn)動(dòng)的控制運(yùn)動(dòng)的控制 舉例舉例2 2 液壓挖掘機(jī)液壓挖掘機(jī) 本章要學(xué)習(xí)： 什么是液壓傳動(dòng)？什么是液

2、壓傳動(dòng)？ 液壓傳動(dòng)應(yīng)用于哪些領(lǐng)域？液壓傳動(dòng)應(yīng)用于哪些領(lǐng)域？ 液壓傳動(dòng)的工作原理如何？液壓傳動(dòng)的工作原理如何？ 液壓系統(tǒng)是如何組成的？液壓系統(tǒng)是如何組成的？ 液壓傳動(dòng)有何特點(diǎn)？液壓傳動(dòng)有何特點(diǎn)？ 液壓傳動(dòng)的發(fā)展和方向。液壓傳動(dòng)的發(fā)展和方向。 緒論 液壓與氣壓傳動(dòng)是研究以液壓與氣壓傳動(dòng)是研究以有壓流體有壓流體為為 能源介質(zhì)，來(lái)實(shí)現(xiàn)各種能源介質(zhì)，來(lái)實(shí)現(xiàn)各種機(jī)械的傳動(dòng)和自動(dòng)機(jī)械的傳動(dòng)和自動(dòng) 控制控制的學(xué)科。的學(xué)科。 一、液壓與氣壓傳動(dòng)的研究對(duì)象一、液壓與氣壓傳動(dòng)的研究對(duì)象 壓力油或壓力油或 壓縮空氣壓縮空氣 液壓傳動(dòng)和氣壓傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)和控制的方液壓傳動(dòng)和氣壓傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)和控制的方 法是基本相同的：法是

3、基本相同的： 利用利用各種元件各種元件組成所需要的組成所需要的各種控制各種控制 回路回路，再由若干回路，再由若干回路有機(jī)組合成有機(jī)組合成能完成一能完成一 定控制功能的定控制功能的傳動(dòng)系統(tǒng)傳動(dòng)系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行來(lái)進(jìn)行能量能量的傳遞、的傳遞、 轉(zhuǎn)換與控制。轉(zhuǎn)換與控制。 u液壓與氣壓傳動(dòng)在液壓與氣壓傳動(dòng)在、以及以及 等諸方面卻極為相似。等諸方面卻極為相似。 u液壓系統(tǒng)以液壓系統(tǒng)以，傳遞動(dòng)力大，不宜做，傳遞動(dòng)力大，不宜做 遠(yuǎn)距離傳動(dòng)與控制。遠(yuǎn)距離傳動(dòng)與控制。 u氣動(dòng)系統(tǒng)以氣動(dòng)系統(tǒng)以，傳遞動(dòng)力小，能用于遠(yuǎn)，傳遞動(dòng)力小，能用于遠(yuǎn) 距離傳動(dòng)與控制。距離傳動(dòng)與控制。 u兩種工作介質(zhì)的不同點(diǎn)：兩種工作介質(zhì)的不同點(diǎn)： 液

4、壓千斤頂是如何工作的液壓千斤頂是如何工作的 1油箱油箱 2吸油閥吸油閥 3壓油閥壓油閥 4小缸小缸 5手柄手柄 6負(fù)載（重物）負(fù)載（重物） 7大缸大缸 8截止閥（放油螺塞）截止閥（放油螺塞） 當(dāng)向上提當(dāng)向上提使使內(nèi)的活內(nèi)的活 塞上移時(shí)，小缸下腔因容積增大塞上移時(shí)，小缸下腔因容積增大 而產(chǎn)生真空，油液從而產(chǎn)生真空，油液從通過(guò)通過(guò) 被吸入并充滿被吸入并充滿容積。容積。 當(dāng)按壓手柄使小缸活塞下移時(shí)，當(dāng)按壓手柄使小缸活塞下移時(shí)， 則剛被吸入的油液通過(guò)則剛被吸入的油液通過(guò) 輸?shù)捷數(shù)降南虑?，油液被壓縮，的下腔，油液被壓縮， 壓力立即升高，當(dāng)油液的壓力升壓力立即升高，當(dāng)油液的壓力升 高到能克服作用在大活塞上

5、的負(fù)高到能克服作用在大活塞上的負(fù) 載（載（）所需的壓力值時(shí)，）所需的壓力值時(shí)， 。 此時(shí)此時(shí)是關(guān)閉的。是關(guān)閉的。 為將重物從舉高的位置放下，為將重物從舉高的位置放下， 系統(tǒng)中專門設(shè)置了系統(tǒng)中專門設(shè)置了（ ） 。 二、液壓與氣壓傳動(dòng)的工作原理二、液壓與氣壓傳動(dòng)的工作原理 液壓千斤頂液壓千斤頂 1、力比關(guān)系、力比關(guān)系 設(shè)大、小活塞的面積為設(shè)大、小活塞的面積為、，當(dāng)作用在大活塞上的負(fù)載和，當(dāng)作用在大活塞上的負(fù)載和 作用在小活塞上的作用力為作用在小活塞上的作用力為和和時(shí)，依時(shí)，依帕斯卡原理帕斯卡原理，大、小，大、小 活塞下腔以及連接導(dǎo)管構(gòu)成的密閉容積內(nèi)的油液具有相等的壓活塞下腔以及連接導(dǎo)管構(gòu)成的密閉容

6、積內(nèi)的油液具有相等的壓 力值，設(shè)為力值，設(shè)為 ，如略去活塞運(yùn)動(dòng)時(shí)的摩擦阻力，則有：，如略去活塞運(yùn)動(dòng)時(shí)的摩擦阻力，則有： 1 1 2 2 2 A F A F A G p 2、運(yùn)動(dòng)關(guān)系、運(yùn)動(dòng)關(guān)系 設(shè)大、小活塞移動(dòng)的速度為設(shè)大、小活塞移動(dòng)的速度為 v2和和v1，則在不考慮泄漏情況下，則在不考慮泄漏情況下 穩(wěn)定工作時(shí)，有：穩(wěn)定工作時(shí)，有： qAvAv 2211 22 1 12 A q A A vv 式中：式中： q q流量，定義為單位時(shí)間內(nèi)輸出（或輸入）的體積流量，定義為單位時(shí)間內(nèi)輸出（或輸入）的體積 活塞的運(yùn)動(dòng)速度和活 塞的作用面積成反比 3、功率關(guān)系、功率關(guān)系 使大活塞上的負(fù)載上升所需的功率為：使

7、大活塞上的負(fù)載上升所需的功率為： pq A q pAvFP 2 222 式中，式中，p的單位為的單位為Pa，q的單位為的單位為m3/s，則，則P的單位為的單位為W 液壓系統(tǒng)的壓力液壓系統(tǒng)的壓力p和流量和流量q之積就是功率，稱為之積就是功率，稱為 。和和是流體傳動(dòng)中最基本、最重要的兩是流體傳動(dòng)中最基本、最重要的兩 個(gè)參數(shù)，它們相當(dāng)于機(jī)械傳動(dòng)中的力和速度個(gè)參數(shù)，它們相當(dāng)于機(jī)械傳動(dòng)中的力和速度 流體傳動(dòng)的流體傳動(dòng)的是以是以 由此可見(jiàn)，液壓千斤頂是簡(jiǎn)單的液壓傳動(dòng)裝置。由此可見(jiàn)，液壓千斤頂是簡(jiǎn)單的液壓傳動(dòng)裝置。 分析液壓千斤頂?shù)墓ぷ鬟^(guò)程，分析液壓千斤頂?shù)墓ぷ鬟^(guò)程，可知液壓傳動(dòng)是依靠可知液壓傳動(dòng)是依靠 液

8、體在密封容積變化中的液體在密封容積變化中的壓力能壓力能實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力傳實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力傳 遞的。遞的。 液壓傳動(dòng)裝置本質(zhì)上是一種能量轉(zhuǎn)換裝置，它先液壓傳動(dòng)裝置本質(zhì)上是一種能量轉(zhuǎn)換裝置，它先 將將機(jī)械能機(jī)械能轉(zhuǎn)換為便于輸送的轉(zhuǎn)換為便于輸送的液壓能液壓能，后又將液壓能，后又將液壓能 轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)換為機(jī)械能機(jī)械能做功。做功。 三、液壓與氣壓傳三、液壓與氣壓傳 動(dòng)系統(tǒng)的組成動(dòng)系統(tǒng)的組成 以磨床工作臺(tái)運(yùn)以磨床工作臺(tái)運(yùn) 動(dòng)的工作原理為例。動(dòng)的工作原理為例。 將將壓力能壓力能轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能機(jī)械能，一般指作直，一般指作直 線運(yùn)動(dòng)的液（氣）壓缸或做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)線運(yùn)動(dòng)的液（氣）壓缸或做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 的液（氣）壓馬達(dá)。的液（

9、氣）壓馬達(dá)。 控制控制和和調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中流體的系統(tǒng)中流體的壓力、壓力、 流量和方向流量和方向，各種閥。，各種閥。 液壓系統(tǒng)中的其他裝置。液壓系統(tǒng)中的其他裝置。 傳遞動(dòng)力的媒介傳遞動(dòng)力的媒介, ,液壓油或壓縮空氣。液壓油或壓縮空氣。 把把機(jī)械能機(jī)械能轉(zhuǎn)換成流體轉(zhuǎn)換成流體壓力能壓力能，一般最，一般最 常見(jiàn)的是液壓泵或空氣壓縮機(jī)。常見(jiàn)的是液壓泵或空氣壓縮機(jī)。 組成部分組成部分 液壓與氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)的表示方法：液壓與氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)的表示方法： 半結(jié)構(gòu)式的工作原理圖半結(jié)構(gòu)式的工作原理圖 圖形符號(hào)的工作原理圖圖形符號(hào)的工作原理圖 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的原理圖液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的原理圖 1. 半結(jié)構(gòu)式原理圖：半結(jié)構(gòu)式原理圖：

10、 特點(diǎn)：直觀性強(qiáng)，容易理解，但繪制麻煩。特點(diǎn)：直觀性強(qiáng)，容易理解，但繪制麻煩。 2. 職能符號(hào)式：職能符號(hào)式：職能符號(hào)是僅表示元件的職能，不職能符號(hào)是僅表示元件的職能，不 體現(xiàn)元件的結(jié)構(gòu)的一種符號(hào)。體現(xiàn)元件的結(jié)構(gòu)的一種符號(hào)。 特點(diǎn)：繪制方便。特點(diǎn)：繪制方便。 由由GB/786.1-1993規(guī)定的規(guī)定的 圖形符號(hào)為液壓元件圖形符號(hào)為液壓元件標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn) 職能符號(hào)職能符號(hào)。 以此符號(hào)所標(biāo)示的液壓系以此符號(hào)所標(biāo)示的液壓系 統(tǒng)圖為統(tǒng)圖為液壓系統(tǒng)原理圖液壓系統(tǒng)原理圖。 在液壓系統(tǒng)原理圖中，職在液壓系統(tǒng)原理圖中，職 能符號(hào)只表示液壓元件的能符號(hào)只表示液壓元件的 種類種類，不表示元件的實(shí)際，不表示元件的實(shí)際 安

11、裝位置，即性能種類。安裝位置，即性能種類。 對(duì)于具有特殊性能的非標(biāo)對(duì)于具有特殊性能的非標(biāo) 準(zhǔn)液壓元件準(zhǔn)液壓元件,允許用半結(jié)構(gòu)允許用半結(jié)構(gòu) 圖表示其結(jié)構(gòu)特征。圖表示其結(jié)構(gòu)特征。 幾點(diǎn)說(shuō)明：幾點(diǎn)說(shuō)明： 1.1.液壓傳動(dòng)的主要優(yōu)點(diǎn)：液壓傳動(dòng)的主要優(yōu)點(diǎn)： 1 1）能夠方便地實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速，調(diào)速范圍大，）能夠方便地實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速，調(diào)速范圍大， 可達(dá)可達(dá)100100：1 1到到20002000：1 1。 （機(jī)械零件中的皮帶輪調(diào)速（機(jī)械零件中的皮帶輪調(diào)速7 7：1 1，齒輪調(diào)速，齒輪調(diào)速4 4：1 1） 2 2）能傳遞較大的力或轉(zhuǎn)矩，體積小，重量輕。）能傳遞較大的力或轉(zhuǎn)矩，體積小，重量輕。 ( (液壓馬達(dá)的重量

12、只有同功率電動(dòng)機(jī)重量的液壓馬達(dá)的重量只有同功率電動(dòng)機(jī)重量的10%10%到到20%);20%); 3 3）控制與調(diào)節(jié)方便，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，易于實(shí)現(xiàn)）控制與調(diào)節(jié)方便，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，易于實(shí)現(xiàn) 過(guò)載保護(hù)（壓力控制保護(hù)）。過(guò)載保護(hù)（壓力控制保護(hù)）。 4 4）已實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化。）已實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化。 5 5）實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)遠(yuǎn)比機(jī)械傳動(dòng)簡(jiǎn)單。）實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)遠(yuǎn)比機(jī)械傳動(dòng)簡(jiǎn)單。 四、四、 液壓與氣壓傳動(dòng)傳動(dòng)的優(yōu)缺點(diǎn)液壓與氣壓傳動(dòng)傳動(dòng)的優(yōu)缺點(diǎn) 2.2.液壓傳動(dòng)的主要缺點(diǎn)：液壓傳動(dòng)的主要缺點(diǎn)： 1）液壓傳動(dòng)在工作過(guò)程中常有）液壓傳動(dòng)在工作過(guò)程中常有較多的能量損失較多的能量損失（摩擦損（

13、摩擦損 失、泄漏損失等。失、泄漏損失等。 2）不能嚴(yán)格保證傳動(dòng)比（因?yàn)樾孤┖鸵后w會(huì)壓縮）。）不能嚴(yán)格保證傳動(dòng)比（因?yàn)樾孤┖鸵后w會(huì)壓縮）。 3）液壓傳動(dòng)）液壓傳動(dòng)對(duì)油溫變化比較敏感對(duì)油溫變化比較敏感，它的，它的工作穩(wěn)定性很易工作穩(wěn)定性很易 受到溫度的影響受到溫度的影響，因此它不宜在很高或很低的溫度條件，因此它不宜在很高或很低的溫度條件 下工作。下工作。 4）為了減少泄漏，液壓元件在制造精度上的要求較高，）為了減少泄漏，液壓元件在制造精度上的要求較高， 因此它的因此它的造價(jià)較貴造價(jià)較貴，而且，而且對(duì)工作介質(zhì)的污染比較敏感對(duì)工作介質(zhì)的污染比較敏感。 5）液壓傳動(dòng)）液壓傳動(dòng)出現(xiàn)故障時(shí)不易找出原因出現(xiàn)故

14、障時(shí)不易找出原因。 1）空氣在大氣中取之不竭空氣在大氣中取之不竭，用過(guò)的空氣可直接排放到，用過(guò)的空氣可直接排放到 大氣中不會(huì)污染環(huán)境。大氣中不會(huì)污染環(huán)境。 3.3.氣壓傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)：氣壓傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)： 2）空氣的粘性很小空氣的粘性很小，在管路中的壓力損失較小，因此，在管路中的壓力損失較小，因此 壓縮空氣便于集中供應(yīng)（空壓站）和遠(yuǎn)距離輸送。壓縮空氣便于集中供應(yīng)（空壓站）和遠(yuǎn)距離輸送。 3）因）因壓縮空氣的工作壓力較低壓縮空氣的工作壓力較低（一般為（一般為 0.30.8MPa），因此對(duì)氣動(dòng)元件的材料和制造精度），因此對(duì)氣動(dòng)元件的材料和制造精度 上的要求較低。上的要求較低。 4）氣動(dòng)系統(tǒng)維護(hù)簡(jiǎn)單氣動(dòng)系統(tǒng)

15、維護(hù)簡(jiǎn)單，管道不易堵塞，也不存在介質(zhì)，管道不易堵塞，也不存在介質(zhì) 變質(zhì)、補(bǔ)充、更換等問(wèn)題。變質(zhì)、補(bǔ)充、更換等問(wèn)題。 5）可以根據(jù)不同的場(chǎng)合，采用相應(yīng)材料，使元件能夠）可以根據(jù)不同的場(chǎng)合，采用相應(yīng)材料，使元件能夠 在惡劣的環(huán)境（強(qiáng)振動(dòng)、強(qiáng)沖擊、強(qiáng)腐蝕等和強(qiáng)輻在惡劣的環(huán)境（強(qiáng)振動(dòng)、強(qiáng)沖擊、強(qiáng)腐蝕等和強(qiáng)輻 射）下進(jìn)行工作。射）下進(jìn)行工作。 1）氣壓傳動(dòng)裝置的信號(hào)傳遞速度限制在聲速（約）氣壓傳動(dòng)裝置的信號(hào)傳遞速度限制在聲速（約 340m/s）范圍內(nèi)，所以）范圍內(nèi)，所以不宜用于信號(hào)傳遞速度要求不宜用于信號(hào)傳遞速度要求 十分高的復(fù)雜線路中十分高的復(fù)雜線路中。 2）空氣的壓縮性較大，因此在動(dòng)作的響應(yīng)能力、工

16、作）空氣的壓縮性較大，因此在動(dòng)作的響應(yīng)能力、工作 速度的速度的平穩(wěn)性方面較差平穩(wěn)性方面較差。 3）氣動(dòng)傳動(dòng)）氣動(dòng)傳動(dòng)輸出力較小，且傳動(dòng)效率低輸出力較小，且傳動(dòng)效率低。 4.4.氣壓傳動(dòng)的缺點(diǎn)：氣壓傳動(dòng)的缺點(diǎn)： 五、液壓與氣壓傳動(dòng)的應(yīng)用五、液壓與氣壓傳動(dòng)的應(yīng)用 液壓與氣壓傳動(dòng)在各類機(jī)械中的應(yīng)用液壓與氣壓傳動(dòng)在各類機(jī)械中的應(yīng)用 行業(yè)名稱行業(yè)名稱應(yīng)用舉例應(yīng)用舉例 工程機(jī)械工程機(jī)械挖掘機(jī)、裝載機(jī)、推土機(jī)、叉車、壓路機(jī)挖掘機(jī)、裝載機(jī)、推土機(jī)、叉車、壓路機(jī) 礦山機(jī)械礦山機(jī)械鑿石機(jī)、開(kāi)掘機(jī)、提升機(jī)、液壓支架鑿石機(jī)、開(kāi)掘機(jī)、提升機(jī)、液壓支架 建筑機(jī)械建筑機(jī)械打樁機(jī)、液壓千斤頂、平地機(jī)打樁機(jī)、液壓千斤頂、平地機(jī)

17、 冶金機(jī)械冶金機(jī)械軋鋼機(jī)、壓力機(jī)、步進(jìn)加熱爐軋鋼機(jī)、壓力機(jī)、步進(jìn)加熱爐 鍛壓機(jī)械鍛壓機(jī)械壓力機(jī)、模鍛機(jī)、空氣錘壓力機(jī)、模鍛機(jī)、空氣錘 機(jī)械制造機(jī)械制造組合機(jī)床、沖床、自動(dòng)線、氣動(dòng)扳手組合機(jī)床、沖床、自動(dòng)線、氣動(dòng)扳手 輕工機(jī)械輕工機(jī)械打包機(jī)、注塑機(jī)、造紙機(jī)打包機(jī)、注塑機(jī)、造紙機(jī) 灌裝機(jī)械灌裝機(jī)械食品包裝機(jī)、真空鍍膜機(jī)、化肥包裝機(jī)食品包裝機(jī)、真空鍍膜機(jī)、化肥包裝機(jī) 汽車工業(yè)汽車工業(yè)高空作業(yè)、汽車起重機(jī)、自卸式汽車高空作業(yè)、汽車起重機(jī)、自卸式汽車 鑄造機(jī)械鑄造機(jī)械砂型壓實(shí)機(jī)、加料機(jī)、壓鑄機(jī)砂型壓實(shí)機(jī)、加料機(jī)、壓鑄機(jī) 紡織機(jī)械紡織機(jī)械織布機(jī)、拋砂機(jī)、印染機(jī)織布機(jī)、拋砂機(jī)、印染機(jī) 工業(yè)各部門使用液壓傳動(dòng)

18、的出發(fā)點(diǎn)不盡相同。工業(yè)各部門使用液壓傳動(dòng)的出發(fā)點(diǎn)不盡相同。 u利用它們利用它們，如工程機(jī)械、壓力機(jī)械和航空工，如工程機(jī)械、壓力機(jī)械和航空工 業(yè)采用液壓傳動(dòng)的主要原因是取其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、重量輕，輸業(yè)采用液壓傳動(dòng)的主要原因是取其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、重量輕，輸 出功率大；出功率大； u利用它們利用它們，如機(jī)床上采用液壓傳動(dòng)是取其能，如機(jī)床上采用液壓傳動(dòng)是取其能 在工作過(guò)程中實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速，易于實(shí)現(xiàn)頻繁的換向，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)在工作過(guò)程中實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速，易于實(shí)現(xiàn)頻繁的換向，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng) 化；化； u在采礦、鋼鐵和化工等部門采用氣壓傳動(dòng)是在采礦、鋼鐵和化工等部門采用氣壓傳動(dòng)是 ；等等。；等等。 u不同精度要求的主機(jī)也會(huì)選用不同控制型式的液壓或氣壓傳動(dòng)。不同精度要求的主機(jī)也會(huì)選用不同控制型式的液壓或氣壓傳動(dòng)。 總之總之：從藍(lán)天到水下，軍用到民用，從重工業(yè)到輕工業(yè)，：從藍(lán)天到水下，軍用到民用，從重工業(yè)