第一章 液壓與氣動技術概論

全國高等職業(yè)教育示范專業(yè)規(guī)劃教材

液壓與氣動主編馬廉潔副主編單淑梅韓廷水參編張文祥趙春紅機械工業(yè)出版社第一章液壓與氣動技術概論第一節(jié)液壓與氣動技術的發(fā)展第二節(jié)液壓與氣壓傳動的工作原理、組成及圖形符號第三節(jié)液壓與氣動技術的特點第一節(jié)液壓與氣動技術的發(fā)展一、液壓與氣動技術的發(fā)展過程相對于機械傳動，液壓傳動技術起步較晚，自18世紀末英國制成世界上第一臺水壓機算起，液壓傳動技術只有二三百年的歷史。直到20世紀30年代才較普遍地用于起重機、機床及工程機械。第二次世界大戰(zhàn)期間，由于戰(zhàn)爭需要，出現了由響應迅速、精度高的液壓控制機構所裝備的各種軍事武器。第二次世界大戰(zhàn)結束后，液壓技術迅速轉向民用工業(yè)，不斷應用于各種自動機械及自動生產線，從而使它在機械制造、工程機械、農業(yè)機械、汽車制造等行業(yè)得到推廣應用。第一節(jié)液壓與氣動技術的發(fā)展1829年出現了多級空氣壓縮機，為氣壓傳動的發(fā)展創(chuàng)造了條件，1871年風鎬開始用于采礦，1868年美國人發(fā)明了氣動制動裝置，并在1872年用于鐵路車輛的制動，20世紀50年代氣動技術成功用于導彈尾翼控制的高壓氣動伺服機構，60年代發(fā)明射流和氣動邏輯元件，使氣動技術得到了很大發(fā)展。我國的液壓工業(yè)開始于20世紀50年代，最初只應用于機床和鍛壓設備上，后來又用于拖拉機和工程機械?，F在，我國的液壓與氣動技術隨著從國外引進一些液壓氣動元件、生產技術以及進行自行設計，現已形成了系列，并在各種機械設備上得到了廣泛的使用。第一節(jié)液壓與氣動技術的發(fā)展液壓與氣動技術隨著原子能技術、空間技術、計算機技術的發(fā)展?jié)B透到各個工業(yè)領域中，開始向高速、高壓、大功率、高效率、低噪聲、高度集成化的方向發(fā)展。液壓與氣動技術已成為工業(yè)機械、工程建筑機械及國防尖端產品不可缺少的重要技術。液壓與氣動技術革新主要體現在液壓現場總線技術、自動化控制軟件技術、水壓元件及系統(tǒng)、液壓節(jié)能技術等方面。二、液壓與氣動技術的發(fā)展趨勢第一節(jié)液壓與氣動技術的發(fā)展1.液壓現場總線與氣動智能化技術液壓系統(tǒng)是在液壓總線的供油路和回油路間安裝數個開關液壓源，其與各自的控制閥、執(zhí)行器相連接。氣動技術的智能化指的是具有集成微處理器，并具有處理指令和程序控制功能的單元或元件。最典型的智能氣動是內置可編程控制器的閥島。二、液壓與氣動技術的發(fā)展趨勢第一節(jié)液壓與氣動技術的發(fā)展液壓與氣壓技術在機械設備中的應用非常廣泛。有的設備是利用其能傳遞大的動力、結構簡單、體積小、重量輕的優(yōu)點，如工程機械、礦山機械、冶金機械等；有的設備是利用它操縱控制方便，能較容易地實現較復雜工作循環(huán)的優(yōu)點，如各類金屬切削機床、輕工機械、運輸機械、軍工機械、各類裝載機等。三、液壓與氣動技術的應用五、液壓傳動的應用1.進給運動傳動裝置2.往復主運動傳動裝置3.回轉主運動傳動裝置4.仿形裝置5.輔助裝置6.步進傳動裝置7.靜壓支承第二節(jié)工作原理、組成及圖形符號傳動機構通常分為機械傳動、電氣傳動和流體傳動機構。流體傳動是以流體為工作介質進行能量轉換、傳遞和控制的傳動。它包括液體傳動和氣體傳動。液體傳動是以液體為工作介質的流體傳動。它包括液力傳動和液壓傳動。液力傳動是主要利用液體動能的液體傳動。液壓傳動是主要利用液體壓力能的液體傳動。氣壓傳動是以壓縮氣體為工作介質，靠氣體的壓力傳遞動力或信息的流體傳動。傳遞動力的系統(tǒng)是將壓縮氣體經由管道和控制閥輸送給氣動執(zhí)行元件，把壓縮氣體的壓力能轉換為機械能而作功；傳遞信息的系統(tǒng)是利用氣動邏輯元件或射流元件以實現邏輯運算等功能，亦稱氣動控制系統(tǒng)。第二節(jié)工作原理、組成及圖形符號液壓傳動系統(tǒng)以液體作為工作介質，而氣壓傳動系統(tǒng)則以氣體作為工作介質。兩種工作介質的不同在于：液體幾乎不可壓縮，氣體卻有較大的可壓縮性。液壓與氣壓傳動在基本工作原理、元件的工作機理、以及回路的構成等多方面是相似的。下面就分別以液壓千斤頂和氣動剪料機系統(tǒng)來說明液壓傳動和氣壓傳動的工作原理。

一、液壓與氣壓傳動的工作原理及結構組成工作原理動畫演示一、

液壓傳動的工作原理1－手柄2－泵缸3－吸油單向閥4－排油單向閥5－油箱6－截止閥7－液壓缸8－重物

液壓千斤頂的工作原理第二節(jié)工作原理、組成及圖形符號圖1-1所示液壓千斤頂，當手柄1帶動活塞上提時，泵缸2容積擴大形成真空，排油單向閥4關閉，油箱5中的液體在大氣壓力作用下，經油管、吸油單向閥3進入泵缸2內；當手柄1帶動活塞下壓時，吸油單向閥3關閉，泵缸2中的液體推開排油單向閥4、經油管進入液壓缸7，迫使活塞克服重物8的重力上升而做功；一、液壓與氣壓傳動的工作原理及結構組成1.液壓傳動的工作原理及結構組成第二節(jié)工作原理、組成及圖形符號當需液壓缸7的活塞停止時，使手柄1停止運動，液壓缸7中的液壓力使排油單向閥4關閉，液壓缸7的活塞就自鎖不動；工作時截止閥6關閉，當需要液壓缸7的活塞放下時，打開此閥，液體在重力作用下經此閥排往油箱5。一、液壓與氣壓傳動的工作原理及結構組成1.液壓傳動的工作原理及結構組成

液壓傳動裝置由以下幾部分組成：（1）液壓動力元件：把機械能轉換成液體壓力能的元件。如液壓泵。（2）液壓執(zhí)行元件：把液體壓力能轉換成機械能的元件。如液壓缸、液壓馬達等元件。（3）液壓控制元件：通過對液體的方向、壓力、流量的控制，來實現對執(zhí)行元件的運動方向、作用力、速度等的控制。如換向閥、減壓閥等元件。（4）液壓輔助元件：上述三個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。第二節(jié)工作原理、組成及圖形符號以氣動剪料機為例來說明氣壓傳動的工作原理，圖1-2示一、液壓與氣壓傳動的工作原理及結構組成2.氣壓傳動的工作原理及結構組成圖1-2氣壓傳動的工作原理1－壓縮機2－冷卻器3－油水分離器4－貯氣罐5－分水濾氣器6－減壓閥7－油霧器8－行程閥9－換向閥10－氣缸11－工料第二節(jié)工作原理、組成及圖形符號圖示系統(tǒng)中，工料11送入剪料機并到達預定位置時，行程閥8的閥芯被推向右移，把換向閥9的控制腔A接通大氣，于是在彈簧力作用下，閥9下移。由空氣壓縮機1發(fā)生并經凈化儲存在儲氣罐4中的壓縮空氣，經分水濾氣器5、減壓閥6、油霧器7、換向閥9排入大氣，氣缸活塞桿帶動剪刀將工料11剪斷，2.氣壓傳動的工作原理及結構組成第二節(jié)工作原理、組成及圖形符號并隨之松開行程閥8的閥芯使之復位，將排氣通道隔斷，而將進氣通道接通。于是換向閥9的控制腔內的氣壓升高，閥芯被推向上移，主氣路被切換，壓縮空氣進入氣缸10上腔，氣缸活塞向下運動并使氣缸下腔排氣，活塞向下運動帶動剪刀復位，準備第二次下料。

2.氣壓傳動的工作原理及結構組成第二節(jié)工作原理、組成及圖形符號氣壓傳動由氣源元件、氣動執(zhí)行元件、氣動控制元件和氣動輔件組成。（1）氣源元件：是把機械能轉換成氣體壓力能的元件。是提供壓縮空氣的裝置，一般采用空氣壓縮機。（2）氣動執(zhí)行元件：把壓縮氣體的壓力能轉換為機械能的裝置，用來驅動工作部件，包括氣缸和氣動馬達。（3）氣動控制元件：用來調節(jié)氣流的方向、壓力和流量，相應地分為方向控制閥、壓力控制閥和流量控制閥等。（4）氣動輔件元件：包括凈化空氣用的分水濾氣器，改善空氣潤滑性能的油霧器，消除噪聲的消聲器，管子聯接件、氣動傳感器等。2.氣壓傳動的工作原理及結構組成第二節(jié)工作原理、組成及圖形符號圖1-1示出了液壓系統(tǒng)的一種半結構式的工作原理圖，圖1-2所示的氣壓系統(tǒng)圖是一種半結構式的氣壓工作原理圖。它直觀性強，容易理解，但繪制比較麻煩。在實際工作中，除少數特殊情況外，一般都采用國標GB/T786.1-1993所規(guī)定的液壓與氣動圖形符號（參看附錄）來繪制，如圖1-3、圖1-4所示。二、液壓與氣壓傳動的圖形符號第二節(jié)工作原理、組成及圖形符號二、液壓與氣壓傳動的圖形符號第三節(jié)液壓與氣動技術的特點與機械傳動、電氣傳動相比，液壓傳動具有以下優(yōu)點（1）液壓傳動的各種元件，可根據需要方便、靈活地來布置；（2）重量輕、體積小、運動慣性小、反應速度快；（3）操縱控制方便，可實現大范圍的無級調速（調速范圍達2000:1）；一、液壓傳動的主要特點1.液壓傳動的優(yōu)點第三節(jié)液壓與氣動技術的特點（4）可自動實現過載保護；（5）相對運動面可自行潤滑，使用壽命長；（6）容易實現直線運動，容易實現機器的自動化，當采用電液聯合控制后，不僅可實現更高程度的自動控制過程，而且可以實現遙控。第三節(jié)液壓與氣動技術的特點2.液壓傳動的主要缺點（1）由于流體流動的阻力損失和泄漏較大，所以效率較低。（2）容易造成環(huán)境污染，還可能引起火災和爆炸事故。（3）工作性能易受溫度變化的影響，不宜在很高或很低的溫度條件下工作。（4）液壓元件的制造精度要求較高，價格較貴。1.氣壓傳動的優(yōu)點（1）工作介質來源方便，用后排氣處理簡單，不污染環(huán)境。（2）空氣的粘度很小，管路損失也很小，所以便于集中供氣、遠距離輸送。（3）氣壓傳動結構簡單、輕便、安裝維護簡單，動作迅速、反應快。（4）工作環(huán)境適應性好，特別在易燃、易爆、多塵埃、強磁、輻射、振動等惡劣工作環(huán)境中，比液壓、電子、電氣控制優(yōu)越。（5）壓力等級低，使用安全。（6）能夠實現過載自動保護。二、氣壓傳動的主要特點第三節(jié)液壓與氣動技術的特點2.氣壓傳動的缺點（1）由于空氣具有可壓縮性，因此工作速度穩(wěn)定性較差。（2）傳遞的功率較小，因而氣動系統(tǒng)輸出力較小。（3）噪聲較大，在高速排氣時要加消聲器。（4）氣動裝置中的氣信號傳遞速度在聲速以內比電子及光速慢，因此，氣動控制系統(tǒng)不宜用于元件級數過多的復雜回路。（5)空氣做為工作介質本身沒有潤滑性，需另加裝置進行給油潤滑。第三節(jié)液壓與氣