液压与气动控制课件.ppt

,书名：液压与气动控制ISBN：978-7-111-37184-7作者：出版社：机械工业出版社本书配有电子课件,液压与气动控制ppt课件,液压与气动控制,主编：曾文萱,机械工业出版社,液压与气动控制高职高专ppt课件,目录,项目1千斤顶的液压系统项目2液压压力机的液压系统项目3专用机床的液压系统项目4塑料注射成型机的液压系统项目5液压系统的安装、调试、维护及故障诊断与排除项目6新建压缩空气站项目7灌装机的气动系统项目8压装装置的气动系统项目9数控加工中心气压换刀系统项目10自动生产线的气动系统项目11气动系统的安装、调试、维护及故障诊断与排除项目12板料分列输送装置的真空系统,液压与气动控制高职高专ppt课件,项目1千斤顶的液压系统,液压与气动控制高职高专ppt课件,1.1认识液压千斤顶1.1.1用途,在机修车间里，液压千斤顶是修理工人经常使用的起重工具，它虽然体小身轻，却能顶起超过自身质量几百倍的重物。液压千斤顶形式多样，如图1-1所示是一种液压千斤顶，如图1-2所示也是一种液压千斤顶，工作时液压站为千斤顶提供液压油。,液压站及液压千斤顶实物图1液压站2千斤顶,液压与气动控制高职高专ppt课件,1.1.2工作原理,液压千斤顶工作原理图1吸油单向阀2小活塞3小液压缸4手柄5大液压缸6大活塞7压油单向阀8放油阀9油箱,提起手柄4，小活塞2上升，小液压缸3下腔的容积增大，形成局部真空状态，油箱9内的油液在大气压力的作用下，顶开吸油单向阀1的钢球，进入并充满小液压缸的下腔，完成吸油动作。压下手柄4，小活塞2下移，压力油使吸油单向阀1关闭，油液便不能通过此吸油单向阀流回油箱。但此时压力油却可以推开压油单向阀7中的钢球，小液压缸下腔的压力油便经压油单向阀7进入大液压缸5的下腔，并托起大活塞6，将大活塞上的重物顶起一段距离。反复提压手柄4，就可以使重物不断上升，从而达到起重的目的。当重物需要下降时，只需转动放油阀8，使大液压缸的下腔与油箱连通，在重物作用下，大活塞6便向下移动，大液压缸中的油液流回油箱。,液压与气动控制高职高专ppt课件,1.2液压系统的组成,通过对液压千斤顶工作原理的认识，我们来进一步了解液压系统的组成。液压系统是由动力元件、执行元件、控制元件、辅助元件四部分组成的系统，以传递能量的液体作为传动介质，最常用的传动介质是液压油。（1）动力元件是将原动机（电动机或内燃机）输入的机械能转换成为油液压力能的装置，用来为液压系统提供一定流量和压力的油液，它是液压系统的动力源。如液压千斤顶中的小液压缸、小活塞。（2）执行元件是将油液的压力能转换成机械能的装置，用以驱动工作部件，克服外负载。如液压千斤顶中的大液压缸、大活塞。（3）控制元件是控制与调节液压系统中油液的流量、压力和流动方向的装置。如液压千斤顶中的吸、压油单向阀、放油阀。（4）辅助元件是保证液压系统正常工作所必须的装置。如液压千斤顶中的油箱、管路、密封件等。,液压与气动控制高职高专ppt课件,1.3液压传动中的压力、流量和功率,1.3.1压力1液体静压力及其特性,2液体压力的表示方法,绝对压力大气压力相对压力,3液体静力学基本方程,4压力的传递,真空度大气压力绝对压力,液压与气动控制高职高专ppt课件,1.3.2流量,流量和平均流速是描述液体流动的两个主要参数。液体在管道中流动时，通常将垂直于液体流动方向的截面积称为过流断面。单位时间内通过某过流断面的液体的体积称为流量，,液压传动是靠密闭工作容腔容积变化相等的原则实现运动传递的，液压传动系统的运动速度快慢取决于输入其流量的大小。,1.3.3功率,液压传动系统的液压输出功率等于系统输出流量和压力的乘积。,液压与气动控制高职高专ppt课件,1.4液压油的特性及选用原则,1.4.1粘性,液体层之间的相互作用称为内摩擦力，即体现粘性。液体只有流动时才会呈现粘性，其大小可用粘度来衡量。常用的粘度有动力粘度、运动粘度、相对粘度（条件粘度）三种。,1.动力粘度,为动力粘度，又称绝对粘度。的物理意义是指当速度梯度等于1时，流动液体液层间单位面积上的摩擦力，其单位是Pas（帕秒）或Ns/m2（牛秒/米2）。,液压与气动控制高职高专ppt课件,2运动粘度,运动粘度是动力粘度和液体密度的比值，,运动粘度的单位是m2/s，我国工程上常用的运动粘度单位是St（斯）、cSt（厘斯），1m2/s=104St=106cSt。习惯上常用运动粘度来标识液体的粘度，国产液压油的牌号就是该种油液在40时的运动粘度的平均值。例如牌号为L-HL-46的通用机床液压油，其中数字46表示该液压油在40时的运动粘度为46cSt。,3相对粘度,相对粘度是间接测量出来的粘度，又称为条件粘度。绝对粘度的测定是很困难的，但可以在一定的条件下测出相对粘度，再按一定的关系式换算为动力粘度或运动粘度。由于测量条件不同，各国所用的相对粘度也不同。中国、德国和俄罗斯等一些国家采用恩氏粘度，美国采用塞氏粘度，英国采用雷氏粘度。,液压油的粘度对温度变化十分敏感。油温升高时，粘度下降。油液粘度的变化直接影响液压系统的的性能和泄漏量，因此，粘度随温度的变化越小越好。油液粘度随温度的变化的性质称为粘温特性。粘温特性好，表示粘度随温度升高而下降的量相对少一些。,1.4.2可压缩性,1.4.3液压油的种类及命名,液体受压力作用而发生体积减小的性质称为可压缩性。,1.4.4液压油的选用原则,（1）环境温度,（2）工作压力,（3）运动速度,（4）经济效益,（5）液压泵的类型,（1）当液压系统工作环境温度较高时，应选用粘度较高的液压油；反之则选用粘度较低的液压油。（2）当液压系统工作压力较高时，应选用粘度较高的液压油，以防泄漏；反之则选用粘度较低的液压油。（3）当液压系统工作部件运动速度较高时，为减少功率损失，应选用粘度较低的液压油；反之则应选用粘度较高的液压油。（4）机床液压系统采用机械油为工作介质时，6个月之内应换油一次；若用专用液压油，则换油期可延长至2年。（5）考虑液压泵的类型及其工作环境。,1.5液压传动中的能量损失和动态特性,1.5.1压力损失,1.5.2流量损失,1.5.3液体的动态特性,实际液体存在能量损失。若单位质量的实际液体从一个截面流到另一截面的能量损失用Pw表示，则实际液体的伯努利方程为,1.6液体流经缝隙的流量计算,1.6.1平行平板的间隙流动,通过缝隙的流量与缝隙高度的三次方成正比，可见液压元件内的间隙大小对泄漏的影响很大，故要尽量提高液压元件的制造精度，以便减少泄漏。,1.6.2液体流经环形缝隙的流量,在液压元件的设计制造和装配中，应采取适当措施，以保证较高的配合同轴度。,1.7液压冲击,1.7.1液压冲击的主要原因,1阀门突然关闭,2运动部件突然制动或换向,1.7.2液压冲击的危害,1.7.3减小液压冲击的措施,1.8空穴现象,在流动的液体中，因某点处的压力低于空气分离压而产生气泡的现象，称之为空穴现象。,1）巨大的瞬时压力峰值使液压元件，尤其是液压密封件遭受破坏。2）系统产生强烈振动及噪声，并使油温升高。3）使压力控制元件（如压力继电器、顺序阀等）产生误动作，造成设备故障及事故。,1-1试述液压千斤顶的工作原理。答：提起手柄，小活塞上升，小液压缸下腔的容积增大，形成局部真空状态，油箱内的油液在大气压力的作用下，顶开吸油单向阀的钢球，进入并充满小液压缸的下腔，完成吸油动作。压下手柄，小活塞下移，压力油使吸油单向阀关闭，压力油推开压油单向阀中的钢球，小液压缸下腔的压力油便经压油单向阀进入大液压缸的下腔，并托起大活塞，将大活塞上的重物顶起一段距离。当重物需要下降时，只需转动放油阀，使大液压缸的下腔与油箱连通，在重物作用下，大活塞便向下移动，大液压缸中的油液流回油箱。,习题答案,1-2液压传动系统由哪些元件组成？这些元件再液压系统中各起什么作用？答：液压系统是由动力元件、执行元件、控制元件、辅助元件四部分组成的。（1）动力元件将原动机（电动机或内燃机）输入的机械能转换成为油液压力能，用来为液压系统提供一定流量和压力的油液。（2）执行元件将油液的压力能转换成机械能，用以驱动工作部件，克服外负载。（3）控制元件控制与调节液压系统中油液的流量、压力和流动方向。（4）辅助元件是保证液压系统正常工作所必须的装置。,1-3简述压力的定义和表述方法。答：液体在静止状态下，质点之间无相对运动，不存在内摩擦力，但表面有法向力。在工程实际中，称为压力。液体内某点处的压力p定义为该点处的法向力F对其微小面积A的极限，即液体压力的表示方法有两种：一种是以绝对真空为基准所表示的绝对压力；另一种是以大气压力为基准所表示的相对压力。,1-4什么是液体的粘性？答：将管中液体的流动看成是许多无限薄的同心圆筒形的液体层的运动，运动较慢的液体层阻止运动较快的液体层，而运动较快的液体层又带动运动较慢的液体层。这种液体层之间的相互作用称为内摩擦力，即体现粘性。,1-5常用的粘度表示方法有哪些？答：常用的粘度有动力粘度、运动粘度、相对粘度三种。1-6举例说明粘度与温度的关系。答：石油输送采用加热的方法。1-7举例说明油温变化对流量的影响。答：液压站油温低、经过调速阀节流口流量少，工进速度慢，而油温高、经过调速阀节流口的流量多，工进速度快。,1-8什么是液体的可压缩性？答：液体受压力作用而发生体积减小的性质称为可压缩性。1-9液压油有哪几种类型？如何选用液压油？答：液压油大致分为石油型液压油和难燃型液压油两大类，另外还有一些专用液压油。（1）当液压系统工作环境温度较高时，应选用粘度较高的液压油；反之则选用粘度较低的液压油。（2）当液压系统工作压力较高时，应选用粘度较高的液压油，以防泄漏；反之则选用粘度较低的液压油。（3）当液压系统工作部件运动速度较高时，为减少功率损失，应选用粘度较低的液压油；反之则应选用粘度较高的液压油。（4）机床液压系统采用机械油为工作介质时，6个月之内应换油一次；若用专用液压油，则换油期可延长至2年。（5）考虑液压泵的类型及其工作环境。,1-10液体流动中为什么会有压力损失？压力损失有哪几种？各是由什么原因引起的？答：由于油液具有粘性，在管路中流动时不可避免地存在着摩擦力，因此油液在流动过程中必然要损耗一部分能量。这部分能量损耗主要表现为压力损失。压力损失分为沿程损失和局部损失两种。沿程损失是当液体在直径不变的直管中流过一段距离时，因摩擦而产生的压力损失。局部损失是由于管子截面突然变化、液流方向改变或其他形式的液流阻力而引起的压力损失。,1-11什么叫液压冲击？产生液压冲击的原因是什么？有些什么危害？减小液压冲击的措施有哪些？答：在液压系统中，由于某种原因引起液体压力在某一瞬间突然急剧上升，而形成很高的压力峰值，这种现象称为液压冲击。原因是阀门突然关闭或运动部件突然制动或换向。危害是：1）巨大的瞬时压力峰值使液压元件，尤其是液压密封件遭受破坏。2）系统产生强烈振动及噪声，并使油温升高。3）使压力控制元件产生误动作，造成设备故障及事故。减小液压冲击的措施是：1）延长阀门关闭和运动部件换向制动时间。2）限制管道内液体的流速和运动部件速度。3）适当加大管道内径或采用橡胶软管。4）在液压冲击源附近设置蓄能器。,1-12什么叫节流口处空穴现象？举例说明空穴现象。减小空穴现象的措施有哪些？答：当液压油流经节流口的喉部位置时，速度增大，该处的压力要降低。如果压力低于液压油工作温度下的空气分离压，溶解在油液中的空气将迅速地大量分离出来，变成气泡。这些气泡随着液流流到下游压力较高的部位处时，会因承受不了高压而破灭，产生局部的液压冲击，发出噪声并引起振动，当附着在金属表面上的气泡破灭时，它所产生的局部高温和高压会使金属剥落，使表面粗糙，或出现海绵状的小洞穴。例如，液压泵吸油管直径太小，吸油管阻力太大，滤网堵塞，或液压泵转速过高，因而使其吸油腔的压力低于液压油工作温度下的空气分离压时，液压泵便产生空穴现象，使液压泵吸油不足，流量下降，噪声激增，系统无法稳定地工作。减小空穴现象的措施有：1）减小流经节流小孔前后的压力差。2）正确设计液压泵的结构参数，适当加大吸油管内径，使吸油管中液流速度不致太高，尽量避免急剧转弯或存在局部狭窄处，接头应有良好密封，过滤器要及时清洗或更换滤芯以防堵塞，对高压泵宜设置辅助泵向液压泵的吸油口供应足够的低压油。3）提高零件的抗气蚀能力，采用抗腐蚀能力强的金属材料，增加零件的机械强度，提高零件的表面加工质量等。,1-13拆装液压千斤顶，分析其工作过程。答：提起手柄，小活塞上升，小液压缸下腔的容积增大，形成局部真空状态，油箱内的油液在大气压力的作用下，顶开吸油单向阀的钢球，进入并充满小液压缸的下腔，完成吸油动作。压下手柄，小活塞下移，压力油使吸油单向阀关闭，压力油推开压油单向阀中的钢球，小液压缸下腔的压力油便经压油单向阀进入大液压缸的下腔，并托起大活塞，将大活塞上的重物顶起一段距离。当重物需要下降时，只需转动放油阀，使大液压缸的下腔与油箱连通，在重物作用下，大活塞便向下移动，大液压缸中的油液流回油箱。,项目2液压压力机的液压系统,2.1认识YB32200型液压压力机,YB32200型液压压力机实物图1立柱2上液压缸3上滑块4工作台5底座,YB32200型液压压力机是一种四柱式压力机，以液压油为工作介质，压制力为2MN，YB32200型液压机实物如图所示，四个主柱之间安置着上、下两个液压缸，其中主缸（上液压缸）是工作缸，利用它来对工件加压。液压泵输出的压力油进入主缸，推动活塞和上滑块向下压制工件。下缸（又称顶出缸）装于工作台中心孔内，其中的活塞可从工作台中心孔顶出，推动下滑块，供取出工件或与主缸配合完成某些工件的压制工艺。,2.1.1用途和组成,液压压力机是一种用静压来加工金属、塑料、橡胶、粉末制品的机械，,2.1.2工作要求,YB32200型液压压力机的工作要求是：1）上滑块能实现“快速下行慢速加压保压延时快速返回原位停止”的工作循环；下滑块实现“向上顶出停留向下退回原位停止”的工作循环，如图2-2所示。2）液压系统中的压力要能经常变换和调节，并能产生较大的压制力，以满足工作要求。3）流量大、功率大、空行程和加压行程的速度差异大。因此要求功率利用合理，工作平稳性和安全可靠性高。,2.2液压元件,2.2.1柱塞泵,液压泵是液压系统的动力元件，常用的液压泵有柱塞泵、叶片泵、齿轮泵。液压泵的主要性能参数有压力、排量和流量。,1.带滑靴型直轴式轴向柱塞泵,2.斜轴式轴向柱塞泵,2.2.2压力控制阀,1.溢流阀,（1）直动式溢流阀,（2）先导式溢流阀,（3）溢流阀的作用,（4）溢流阀的型号意义,2.顺序阀,3.减压阀,顺序阀也是一种压力控制阀，它是利用油路中压力的变化控制阀口启闭，以实现执行元件顺序动作的液压元件。顺序阀有直动式和先导式两种，常用的是先导式顺序阀。直动式顺序阀的最大调整压力为2.5MPa，先导式顺序阀的最大调整压力为6.3MPa。,减压阀是一种利用液流流过缝隙产生压力损失，使其出口压力低于进口压力的压力控制阀。按调节方式不同，减压阀可分为定压减压阀、定比减压阀和定差减压阀。定压减压阀用于控制出口压力为定值；定比减压阀用来控制它的进、出口压力保持调定不变的比例；定差减压阀则用来控制进、出口压力差为定值。,4.压力继电器,压力继电器又称压力开关，它是一种将油液的压力信号转换成电信号的电液控制元件，当油液压力达到压力继电器的调定压力时，即发出电信号，接通或切断电路，控制电气元件（如电磁铁、电动机等）动作，以实现油路卸压、换向、执行元件顺序动作、安全保护或泵的启闭、泵的卸荷等作用。,2.2.3方向控制阀,1.单向阀,（1）普通单向阀,（2）液控单向阀,2.换向阀,换向阀是利用阀芯对阀体的相对运动，使油路接通，关断或变换油流的方向，从而实现液压执行元件及其驱动机构的启动、停止或变换运动方向。其主要性能要求是：1）油液流经换向阀时压力损失要小。2）互不相通的油口间的泄漏要小。3）换向要平稳、迅速且可靠。,（1）手动换向阀,（2）行程换向阀,（3）电磁换向阀,（4）液动换向阀,2.2.4液压缸,（1）双杆式活塞缸,（2）单杆式活塞缸,1活塞式液压缸,2柱塞式液压缸,3摆动液压缸,2.3YB32200型液压压力机液压系统基本回路,2.3.1调压回路,调压回路的功用在于调定或限制液压系统的最高工作压力，一般由溢流阀来实现这一功能。,2.3.2顺序加载回路,其功用由先导式顺序阀4对回路进行加载建立起始压力，其大小为2.5MPa，目的是在未正常工作之前为控制油路提供压力。顺序阀常用来控制顺序动作回路。,2.3.3减压回路,在液压系统中，当某个执行元件或某个支路所需的工作压力低于溢流阀所调定的稳定值，或要求可调的稳定的低压输出时，就要采用减压回路，减压回路主要由减压阀构成。,采用单向顺序阀实现的顺序动作,2.3.4电液换向快进和工进回路,2.3.5保压回路,2.3.6预泄释放后快退回路,2.3.7顶出缸换向回路,2.3.8过载保护回路,2.4YB32200型液压压力机液压系统总回路,1快速下行2慢速加压3保压延时4泄压快速返回5原位停止6下液压缸的顶出和返回,2-1CY系列轴向柱塞泵的变量形式有哪几种？答：手动变量、恒压变量、压力补偿变量、定级变量、伺服变量、液控变量、电控变量、电液比例变量。2-2为什么要在配油盘上开设卸荷槽？答：缓解困油现象。,2-3简述先导式溢流阀的工作原理。答：压力油作用在主阀芯下端的同时，作用在先导阀的前腔和作用在主阀芯上端。当系统压力超过先导阀调定压力时，先导阀芯被打开。同时主阀芯上端的压力油流回T腔（控制油内排型）或通过外排口流回油箱（控制油外排型）。这样压力油在主阀芯上产生一个压力差，主阀芯在此压力差的作用下打开，此时在调定的工作压力下压力油从P腔流到T腔然后回油箱。,2-4简述先导式顺序阀（内控外泄式）的工作原理。答：当进油口压力较低时，先导阀关闭，主阀芯在弹簧力作用下处于下端位置，进油口和出油口不相通。当进油口的压力较大时，作用在主阀芯下端的压力油通过主阀芯中心孔道，顶开先导阀阀芯开始溢油，并由先导阀弹簧腔泄油口L单独回油箱。此时主阀芯上下两端产生压力差，克服弹簧力等，推动主阀芯上移，主阀阀口开启，进油口处压力油经主阀阀口流至出油口。,2-5简述定压减压阀的工作原理。答：先导式定压减压阀由先导阀调压，主阀减压。进入减压阀的压力油为p1，经减压口减压后降低为p2。p2作用在主阀芯两端并同时作用在先导锥阀上。当出口压力p2小于先导阀的调定压力时，锥阀关闭，主阀芯两端液压力相等（均为p2），而主阀芯在弹簧的作用下处于最下端位置，减压口全开，不起减压作用，p2p1，这时减压阀没有工作。当出口压力p2大于先导阀的调定压力时，先导锥阀打开，出油口部分液体流回油箱。主阀芯两端的压力不平衡，当此压差所产生的作用力大于主阀弹簧力时，主阀芯上移，进而使减压口关小，减压作用增强，出口压力p2减至某调定值。出口处保持调定压力时，主阀芯处于某一平衡位置上，此时减压口保持一定的开口度，减压阀处于工作状态。若由于某种原因进口压力发生变化，p2则相应发生变化，造成主阀芯两端的受力状况发生变化，从而打乱原来的平衡状态，使阀芯到达另一平衡状态，以保持p2的稳定。,2-6画出先导式溢流阀、定压减压阀、先导式顺序阀的图形符号，并根据其图形符号分析这三者之间的异同点。答：,溢流阀的出油口接油箱，而顺序阀的出口与压力油路相通。定压减压阀保持出口压力基本不变，而溢流阀保持进口压力基本不变。在不工作时，减压阀进、出油口互通，而溢流阀、顺序阀进出油口不通。,2-7简要说明普通单向阀和液控单向阀的区别。答：当液控单向阀控制口处无压力油通入时，它的工作和普通单向阀一样，压力油只能从进油口P1流向出油口P2，不能反向流动。当控制口处有压力油通入时，油液就不仅可以从P1口流向P2口，还可以从P2口流向P1口。2-8何谓换向阀的“位”和“通”？答：阀芯工作时在阀体中所处的位置称为换向阀的“位”，换向阀所含油路的通路数称为换向阀的“通”。,2-9什么是液压缸的差动连接？差动连接应用在什么场合？答：如果向单杆活塞缸的左右两腔同时通压力油，则形成差动连接。这种连接方式被广泛应用于组合机床的液压动力滑台和其他机械设备的快速运动中。2-10YB32200型压力机液压系统由哪些基本回路组成？答：由调压回路、顺序加载回路、减压回路、电液换向快进和工进回路、保压回路、预泄释放后快退回路、顶出缸换向回路、过载保护回路八个基本回路组成。,2-11YB32200型液压压力机液压系统工作原理是什么？答：快速下行、慢速加压、保压延时、泄压快速返回、原位停止、液压缸的顶出和返回。2-12分析如图2-83所示回路，若阀1的调定压力为4MPa，阀2的调定压力为2MPa，试填空：,1）阀1是（溢流）阀，阀2（减压）阀；2）当液压缸运动时（无负载），A点的压力值为（4MPa）、B点的压力值为（2MPa）；3）当液压缸运动至终点，碰到挡块时，A点的压力值为(4MPa）、B点的压力值为（4MPa）。,2-13拆装CY系列轴向柱塞泵，识别其零部件。答：将CY系列轴向柱塞泵拆开，得到变量机构、泵体、前泵体传动轴等四个主要组成部分。2-14拆装YF三级同心式先导溢流阀，识别其零部件。答：三级同心结构先导式溢流阀由先导阀和主阀两部分组成。2-15在液压试验台上组装并调试YB322