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1、主讲 任国军Email：,液压与气压传动,Hydraulic & Pneumatic Transmission,从“听话”说起,中学思考人生，梦想大学职业生涯规划，成长毕业落实行动，注意起点,读书，爱国 勿忘本,时光易老 不可懈怠,从“听话”说起,关注时事动态 关注国计民生,从“听话”说起,液压与气动的应用实例,磨床工作台,精密机床,压力机,注塑机,液压传动的定义,一部完整的机器是由原动机、传动机构及控制部分、工作机（含辅助装置）组成。,传动机构通常分为机械传动、电气传动和流体传动机构。,流体传动是以流体为工作介质进行能量转换、传递和控制的传动。它包括液压传动、液力传动和气压传动。,液压传动和
2、液力传动均是以液体作为工作介质来进行能量传递的传动方式。,液压传动主要是利用液体的压力能来传递能量； 液力传动则主要是利用液体的动能来传递能量。,液压传动（Hydraulics）是以液体为工作介质，通过驱动装置将原动机的机械能转换为液压的压力能，然后通过管道、液压控制及调节装置等，借助执行装置，将液体的压力能转换为机械能，驱动负载实现直线或回转运动。,那么，到底什么是液压传动呢？,压力取决于负载,仍回到前面的简化模型为了能提升重物W，必须在活塞1上施加主动力F1,这时，重物W就是工作的负载。,活塞5上作用的W为0 在不计活塞磨擦力和活塞自重的情况下，此时系统的液压力会是多少呢？ 很明显在活塞5
3、下的压力 这时活塞1下的压力 ， 主动力F1只能为0，也就是说主动力是加不上去的。,压力取决于负载,仍回到前面的简化模型为了能提升重物W，必须在活塞1上施加主动力F1,这时，重物W就是工作的负载。,如果简化模型中液压缸4和活塞5被一容器取代：如图所示。 在活塞1上施加F1的力后，如果容器4、管路3、液压缸2及活塞1有足够的压强，就可以认为工作负载是无穷大的，那么，系统中的液体压力将为： 根据帕斯卡原理，该压力P1将在这个封闭的液体间等值传递，管道3和容器4内各点都将产生大小和P1相等的液体压力。,1,压力取决于负载,仍回到前面的简化模型为了能提升重物W，必须在活塞1上施加主动力F1,这时，重物
4、W就是工作的负载。,运动速度取决于流量,请看右下图，由图可知： 活塞1向下移动h1,通过液体的能量传输，将使活塞5上升一段距离h2，很显然h1h2。 由于不存在泄露及忽略液体的可压缩性，所以在t时间里从液压缸2中挤出的液体体积 ，将等于通过管道3挤入液压缸4的体积 。即：两边同除：则,1,下面介绍一个概念：流量q(Flow)。 单位时间内从液压缸2中排出的液体体积或挤入液压缸4的体积称为流量q(Flow)。那么，上式（ ）实质上就是说排出液压缸2的流量等于挤入液压缸4的流量。,由上式可得负载的运动速度 。则：活塞5的运动速度只取决于液压缸4的流量。即：在液压系统中执行机构的速度只取决于流量。,
5、液压传动系统的工作原理,磨床工作台液压系统,磨床工作时，要求其工作台水平往复运动。 实现工作台水平往复运动控制的是一套液压控制系统，如图所示是一台磨床的液压系统结构原理图。,磨床工作台液压系统,液压缸,当手动换向阀15换向后，液压油进入液压缸18的右腔，推动活塞17和工作台19向左移动。,液压传动系统的组成,从磨床的液压系统组成 和工作原理可以看出，液压系统一般有以下几个部分组成：,动力元件,执行元件,磨床工作台液压传动系统 工作原理,用图形符号表示的磨床工作台液压系统图,对比： 汽油（评价指标挥发性、抗爆性（用辛烷值表示）、热值）,柴油：根据凝点编号，如10号、0号、-10号、-20号等,液
6、压油,液压油：根据运动粘度编号。,液体在管道中流动时存在两种不同状态，即层流和紊流，可通过实验观察。,液体流动时究竟是层流还是紊流，须用雷诺数来判别。,实验证明，液体在圆管中的流动状态不仅与管内的平均流速v有关，还和管径d、液体的运动粘度有关。,雷诺数：由平均流速v、管径d、液体的运动粘度所组成的一个无量纲纯数，用Re表示， Re=vd/当液流的雷诺数Re小于临界雷诺数时，液流为层流；反之为紊流。,层流、紊流和雷诺数,液压泵,液压泵和液压马达都是液压传动系统中的能量转换元件。,液压泵由原动机驱动，把输入的机械能转换成为油液的压力能，再以压力、流量的形式输入到系统中去，它是液压系统的动力源。,液
7、压马达则将输入的压力能转换成机械能，以扭矩和转速的形式输送到执行机构做功，是液压传动系统的执行元件。,液压输出,液压输入,机械输出,液压输出,液压输入,机械输出,液压马达是实现连续旋转运动的执行元件，从原理上讲，向容积式泵中输入压力油，迫使其转轴转动，就成为液压马达，即容积式泵都可作液压马达使用。,但在实际中由于性能及结构对称性等要求不同，一般情况下，液压泵和液压马达不能互换。,对液压泵来说，输出压力增大时，泵实际输出的流量 减小。设泵的流量损失 为，则 。,泵的容积损失可用容积效率 来表征。,泵容积损失,泵容积损失,t,外啮合齿轮泵的结构及工作原理,外啮合齿轮泵,在渐开线齿形内啮合齿轮泵中，
8、小齿轮和内齿轮之间要装一块月牙隔板，以便把吸油腔和压油腔隔开，如图2.6（a）。,内啮合齿轮泵中的小齿轮是主动轮，大齿轮为从动轮，在工作时大齿轮随小齿轮同向旋转。,图2.6 内啮合齿轮泵1 吸油腔，2 压油腔，3 隔板,压油窗口,吸油窗口,内啮合齿轮泵的结构及工作原理,转子泵1 吸油腔，2 压油腔，3 隔板,压油窗口,吸油窗口,摆线齿形啮合齿轮泵又称摆线转子泵。 在这种泵中，小齿轮和内齿轮只相差一齿，因而不需设置隔板。如图2.6（b）。,双作用叶片泵,双作用叶片泵,限压式外反馈变量叶片泵,外反馈限压式变量叶片泵1转子；2 弹簧；3 定子；4 滑块滚针支承；5 反馈柱塞；6 流量调节螺钉,当泵的
9、工作压力所形成的调节分力F2小于弹簧预紧力时，泵的定子环对转子的偏心距保持在最大值，不随工作压力的变化而变，由于泄漏，泵的实际输出流量随其压力增加而稍有下降，如上图中AB段。,当泵的工作压力P超过PB后，调节分力F2大于弹簧预紧力，使定子环向减小偏心距的方向移动，泵的排量开始下降（变量）。,改变弹簧预紧力可以改变曲线的B点；调节最大流量调节螺钉，可以调节曲线的A点。,斜盘1和配油盘4不动，传动轴5带动缸体3、柱塞2一起转动。传动轴旋转时，柱塞2在其沿斜盘自下而上回转的半周内逐渐向缸体外伸出，使缸体孔内密封工作腔容积不断增加，油液经配油盘4上的配油窗口a吸入。,斜盘1,柱塞2,缸体3,配油盘4,
10、斜盘式轴向柱塞泵,吸油口,压油口,斜盘式轴向柱塞泵结构,径向柱塞泵,作业：,液压缸的类型及特点,液压缸的分类,按供油方向分：单作用缸和双作用缸。按结构形式分：活塞缸、柱塞缸、伸缩套筒缸、摆动液压缸。按活塞杆形式分：单活塞杆缸、双活塞杆缸。,作业：,直角式单向阀的进出油口A(P1)、B(P2)的轴线均和阀体轴线垂直。,图示阀属于板式连接阀，阀体用螺钉固定在机体上，阀体的平面和机体的平面紧密贴合，阀体上各油孔分别和机体上相对应的孔对接，用“O”形密封圈使它们密封。,单向阀,简式外泄型液控单向阀,此类阀不带卸荷阀芯，有专门的泄油口，外泄油口通油箱，故可用于较高压力系统。,P1正向进油口; P2 正向
11、出油口 K 控制口,换向阀的工作原理,如下图，换向阀阀体2上开有4个通油口 P、A、B、T。换向阀的通油口永远用固定的字母表示，它所表示的意义如下：,P压力油口；A、B工作油口；T回油口。,换向阀,P,T,B,A,三位四通手动换向阀中位,手柄,三位四通手动换向阀左位,手柄,三位四通手动换向阀右位,手柄,三位四通电磁换向阀,电磁换向阀的工作原理,直动型溢流阀与符号的对应关系,溢流阀的符号,比较：,压力控制阀,进油口P1,主阀口,调压手柄,先导型溢流阀,电磁溢流阀原理图,符号,远程调压原理,输出25MPa,先导式减压阀原理图,半桥式先导控制部分,直动型顺序阀与直动式溢流阀的比较,顺序阀在油路中相当
12、于一个以油液压力作为信号来控制油路通断的液压开关。它与溢流阀的工作原理基本相同，主要差别为：出口接负载；动作时阀口不是微开而是全开；有外泄口。,出口回油箱,顺序阀,溢流阀,轴向三角槽式节流口,沿阀芯的轴向开若干个三角槽。阀芯做轴向运动，即可改变开口量h，从而改变过流断面面积。,本节流口结构简单，水力半径大，调节范围较大。小流量时稳定性好，最低对流量的稳定流量为50ml/min。因小流量稳定性好，是目前应用最广的一种节流口。,流量控制阀,串联减压式调速阀是由定差减压阀1和节流阀2串联而成的组合阀。 节流阀1充当流量传感器，节流阀口不变时，定差减压阀2作为流量补偿阀口，通过流量负反馈，自动稳定节流
13、阀前后的压差，保持其流量不变。因节流阀（传感器）前后压差基本不变，调节节流阀口面积时，又可以人为地改变流量的大小。,串联减压式调速阀的工作原理,串联减压式流量负反馈控制,作业：,液压缸差动连接的快速运动回路,换向阀2处于原位时，液压泵1输出的液压油同时与液压缸3的左右两腔相通，两腔压力相等。由于液压缸无杆腔的有效面积A1大于有杆腔的有效面积A2，使活塞受到的向右作用力大于向左的作用力，导致活塞向右运动。,液压缸差动连接的快速运动回路,液压基本回路,当换向阀6处于图示位置，并且由于外负载很小，使系统压力低于顺序阀3的调定压力时，两个泵同时向系统供油，活塞快速向右运动；,双泵供油的快速运动回路,双
14、泵供油的快速运动回路,换向阀6的电磁铁通电后, 缸有杆腔经节流阀7回油箱，系统压力升高，达到顺序阀3的调定压力后,大流量泵1通过阀3卸荷,单向阀4自动关闭,只有小流量泵2单独向系统供油,活塞慢速向右运动.,大流量泵1的卸荷减少了动力消耗，回路效率较高。这种回路常用在执行元件快进和工进速度相差较大的场合，特别是在机床中得到了广泛的应用。,调速回路,调速方法概述,液压系统常常需要调节液压缸和液压马达的运动速度，以适应主机的工作循环需要。液压缸和液压马达的速度决定于排量及输入流量。液压缸的速度为：,液压马达的转速:,式中 q 输入液压缸或液压马达的流量； A 液压缸的有效面积（相当于排量）； VM
15、液压马达的每转排量。,进油路节流调速回路,进油路节流调速回路,回油路节流调速回路,图6.5回油路节流调速回路,采用同样的分析方法可以得到与进油路节流调速回路相似的速度负载特性.,进油路和回油路节流调速的比较,(1) 承受负值负载的能力 回油节流调速能承受一定的负值负载,(2) 运动平稳性 回油节流调速回路运动平稳性好。,(3) 油液发热对回路的影响 进油节流调速的油液发热会使缸的内外泄漏增加；,(4) 启动性能 回油节流调速回路中重新启动时背压不能立即建立，会引起瞬间工作机构的前冲现象。,进油路、回油路节流调速回路结构简单，但效率较低，只宜用在负载变化不大，低速、小功率场合，如某些机床的进给系
16、统中。,旁油路节流调速回路,图6.6 旁油路节流调速回路,节流阀装在与液压缸并联的支路上，利用节流阀把液压泵供油的一部分排回油箱实现速度调节,溢流阀作安全阀用，液压泵的供油压力Pp取决于负载。,容积调速回路,容积调速回路有泵-缸式回路和泵-马达式回路。这里主要介绍泵-马达式容积调速回路。,1 变量泵-定量马达式容积调速回路,马达为定量,改变泵排量VP可使马达转速nM随之成比例地变化.,变量泵-定量马达容积调速回路,2定量泵-变量马达式容积调速回路,3 变量泵-变量马达式容积调速回路,。,同步回路,同步运动包括速度同步和位置同步两类。速度同步是指各执行元件的运动速度相同；而位置同步是指各执行元件
17、在运动中或停止时都保持相同的位移量。,用机械联结的同步回路,这种同步回路结构简单，但是两个调速阀的调节比较麻烦,而且还受油温泄漏等的影响故同步精度不高,不宜用在偏载或负载变化频繁的场合。,用调速阀的同步回路,用串联液压缸的同步回路,当两缸同时下行时,若缸5活塞先到达行程端点,则挡块压下行程开关1S，电磁铁3YA得电,换向阀3左位投入工作,压力油经换向阀3和液控单向阀4进入缸6上腔,进行补油,使其活塞继续下行到达行程端点，从而消除累积误差。,这种回路同步精度较高,回路效率也较高.,注意:回路中泵的供油压力至少 是两个液压缸工作压力之和。,用同步马达的同步回路,两个马达轴刚性连接，把等量的油分别输
18、入两个尺寸相同的液压油缸中，使两液压缸实现同步。,行程控制顺序动作回路,用行程开关和电磁阀配合的顺序回路,顺序回路,压力控制顺序动作回路,平衡回路,为了防止立式液压缸与垂直运动的工作部件由于自重而自行下落造成事故或冲击，可以采用平衡回路。,用单向顺序阀的平衡回路,此处的单向顺序阀又称为平衡阀,采用液控单向阀的平衡回路,1 执行元件不需保压的卸荷回路,用换向阀中位机能的卸荷回路,当换向阀处于中位时，液压泵出口直通油箱，泵卸荷。因回路需保持一定的控制压力以操纵执行元件，故在泵出口安装单向阀。,卸荷回路,用电磁溢流阀的卸荷回路,电磁溢流阀是带遥控口的先导式溢流阀与二位二通电磁阀的组合。当执行元件停止
19、运动时，二位二通电磁阀得电，溢流阀的遥控口通过电磁阀回油箱，泵输出的油液以很低的压力经溢流阀回油箱，实现泵卸荷。,2 执行元件需要保压的卸荷回路,限压式变量泵的卸荷回路,当系统压力升高达到变量泵压力调节螺钉调定压力时，压力补偿装置动作，液压泵3输出流量随供油压力升高而减小，直到维持系统压力所必需的流量，回路实现保压卸荷，系统中的溢流阀1作安全阀用，以防止泵的压力补偿装置的失效而导致压力异常。,用卸荷阀的卸荷回路,当电磁铁1YA得电时，泵和蓄能器同时向液压缸左腔供油，推动活塞右移，接触工件后，系统压力升高。当系统压力升高到卸荷阀1的调定值时，卸荷阀打开，液压泵通过卸荷阀卸荷，而系统压力用蓄能器保
20、持。 图中的溢流阀2是当安全阀用。,作业：,使液压缸差动联接以实现快速运动；,系统中采用限压式变量叶片泵供油；,用行程阀、液控顺序阀实现快进与工进的转换；,液压系统实例分析一：液压动力滑台,液压系统的电磁铁和行程阀的动作表。,Q2-8型汽车起重机外形图,液压系统实例分析二：起重机,(1)支腿回路,起吊时，须由支腿液压缸来承受负载,作业结束后，先收前支腿，再收后支腿。,缸7锁紧后桥板簧，同时缸8放下后支腿到所需位置，再由缸10放下前支腿。,(2)起升回路,采用柱塞马达带动重物升降，用液控单向顺序阀17来限制重物超速下降。缸20是制动缸，单向节流阀21是保证液压油先进入马达，使马达产生一定的转矩，
21、再解除制动。,(2)起升回路,重物下降时，手动换向阀18切换至右位工作，液压马达反转，回油经阀17的液控顺序阀，阀18右位回油箱。,(2)起升回路,当停止作业时，阀18处于中位，泵卸荷。制动缸20上的制动瓦在弹簧作用下使液压马达制动。,(3)大臂伸缩回路,大臂伸缩采用单级长液压缸驱动。大臂缩回时液压力与负载力方向一致，为防止吊臂在重力作用下自行收缩，在收缩缸的下腔回油腔安置了平衡阀14。,(3)变幅回路,大臂变幅机构是用于改变作业高度。本机采用两个液压缸并联，提高了变幅机构承载能力。其要求以及油路与大臂伸缩油路相同。,(4)回转油路,回转机构要求大臂能在任意方位起吊。本机采用ZMD40柱塞液压马达。,该液压系统的特点是：,因重物在下降时以及大臂收缩和变幅时，负载与液压力方向相同，执行元件会失控，为此，在其回油路上必须设置平衡阀。,采用手动弹簧复位的多路换向阀来控制各动作。换向阀常用M型中位机能。当换向阀处于中位时，各执行元件的进油路均被切断，液压泵出口通油箱使泵卸荷，减少了功率损失。,作业：,气压传动,气压传动,压缩空气站的设备组成及布置,压缩空气站设备组成及布置示意图1-空气压缩机； 2-后冷却器； 3-油水分离器；4、7-贮气罐； 5-干燥器； 6-过滤器,课程结束，又回到梦开始的地方，谢谢家一路相伴,
