1液压绪论2014-2

1、Resolution: 1 School of Materials Science and engineering , WHUT液压传动与控制液压传动与控制The Technology of HydraulicTransmission and Control页码: 2 School of Materials Science and engineering, WHUT液压传动与控制第1章 绪论 目录返回第一章第一章 绪论绪论(Introduction) 1.1 1.1 液压传动基本概念液压传动基本概念Q1: Q1: 液压传动技术？液压传动技术？液压传动液压传动( (Hydraulic Trans

2、mission )利用液体压利用液体压力，实现机械动力传递的技术。力，实现机械动力传递的技术。 液压传动与控制液压传动与控制利用液压元件组成的回利用液压元件组成的回路，并由若干个回路组成的液压系统来进行路，并由若干个回路组成的液压系统来进行能量转换、传递的方法及设备。能量转换、传递的方法及设备。 Elements(元件)Circuits(回路)System(系统) Power Transmission 页码: 3 School of Materials Science and engineering, WHUT液压传动与控制第1章 绪论 Q2Q2：液压技术应用普遍？：液压技术应用普遍？目前，全

3、部汽车、飞机和船舶都装有液压传动装置。大中型机床都采用液压传动技目前，全部汽车、飞机和船舶都装有液压传动装置。大中型机床都采用液压传动技术进行传动。术进行传动。例例1：汽车液压助力转向系统：汽车液压助力转向系统(HPS) 液压助力转向液压助力转向HPS 液压助力转向原理图液压助力转向原理图 电动转向系统电动转向系统EHPS 图图1. 汽车液压助力转向系统汽车液压助力转向系统页码: 4 School of Materials Science and engineering, WHUT液压传动与控制第1章 绪论 例例2：高性能数控加工中心：高性能数控加工中心(沈阳机床厂沈阳机床厂)左图：数控加工中

4、心液压系统左图：数控加工中心液压系统右图：低速大扭矩液压马达直接驱动刀具加工右图：低速大扭矩液压马达直接驱动刀具加工页码: 5 School of Materials Science and engineering, WHUT液压传动与控制第1章 绪论 1.2 液压传动工作原理与液压系统液压传动工作原理与液压系统 1.2.1 传动的概念传动的概念 传动传动 (Power Transmission) 机械机械动力的传递与转换。传动是所有机械动力的传递与转换。传动是所有机械系统关键装置之一。系统关键装置之一。右图：德国宝马系列轿车右图：德国宝马系列轿车均为后轮驱动设计均为后轮驱动设计发动机置于前轮

5、上，后轮为发动机置于前轮上，后轮为驱动轮的设计称驱动轮的设计称“前置后驱前置后驱”页码: 6 School of Materials Science and engineering, WHUT液压传动与控制第1章 绪论 机械系统传动方式分类：机械系统传动方式分类：1) 机械传动机械传动齿轮、蜗轮蜗杆、皮带、链条、轴等；齿轮、蜗轮蜗杆、皮带、链条、轴等；2) 流体传动流体传动液压传动、液力传动液压传动、液力传动3) 电气传动电气传动电动机电动机 + 联轴器联轴器页码: 7 School of Materials Science and engineering, WHUT液压传动与控制第1章 绪论

6、 2. 流体传动流体传动液压传动、液力传动液压传动、液力传动 液力传动液力传动(Fluid Transmission)利用流体动能，实现能量转换和传递的方法称利用流体动能，实现能量转换和传递的方法称液力传动，如水轮机、液力变矩器液力传动，如水轮机、液力变矩器(如图所示如图所示)等等。液压传动液压传动(Hydraulic Transmission)。利用液体压力实现动力传递和转换的方法称利用液体压力实现动力传递和转换的方法称“液压传动液压传动”。页码: 8 School of Materials Science and engineering, WHUT液压传动与控制第1章 绪论 液力传动实例液

7、力传动实例三峡水力发电站三峡水力发电站三峡电站建设过程三峡电站建设过程页码: 9 School of Materials Science and engineering, WHUT液压传动与控制第1章 绪论 1.2.2. 液压传动工作原理及系统组成液压传动工作原理及系统组成 完整的机械系统的组成：原动机完整的机械系统的组成：原动机、传动机和工作机。、传动机和工作机。 液压传动是利用压力液体作为传液压传动是利用压力液体作为传递能量的载体实现传动。递能量的载体实现传动。图图1-8 1-8 液压系统能量转换原理示意图液压系统能量转换原理示意图动力元件动力元件传传 动动 元元 件件执行元件执行元件控制

8、元件控制元件辅助元件辅助元件页码: 10 School of Materials Science and engineering, WHUT液压传动与控制第1章 绪论 以液压千斤顶为例说明原理：以液压千斤顶为例说明原理：右图右图 手柄活塞和工作活塞有效面积：手柄活塞和工作活塞有效面积：A1=100mm2，A2=200mm2。手柄施加手柄施加1000N作用力作用力工作活塞工作活塞2000N作用力。作用力。工作活塞上放置一质量工作活塞上放置一质量G=2000N的重物的重物工作活塞能托举重物向上运动？工作活塞能托举重物向上运动？ 结论：密封系统中的油液在压力作用密封系统中的油液在压力作用下，可将力放

9、大，也可以传递运动。下，可将力放大，也可以传递运动。页码: 11 School of Materials Science and engineering, WHUT液压传动与控制第1章 绪论 液压千斤顶工作过程：液压千斤顶工作过程：手柄手柄1带动活塞上提，泵缸带动活塞上提，泵缸2容积扩大形成真容积扩大形成真空，单向阀空，单向阀3关闭，油箱关闭，油箱5中液体经油管中液体经油管6、单向阀单向阀4吸入泵缸吸入泵缸2内；内；手柄手柄1带动活塞下压时，吸油单向阀带动活塞下压时，吸油单向阀4关闭，关闭，泵缸泵缸2中的液体推开阀中的液体推开阀3、经管、经管9、10进入液进入液压缸压缸11，迫使活塞克服重物，

10、迫使活塞克服重物12重力重力G上升做上升做功；功；当手柄当手柄1停止运动时，工作缸停止运动时，工作缸11活塞停止，活塞停止，工作缸工作缸11中的液体压力使阀中的液体压力使阀3关闭，缸关闭，缸11的的活塞自锁不动。活塞自锁不动。工作时截止阀工作时截止阀8关闭，当需要液压缸关闭，当需要液压缸11的活的活塞放下时，打开阀塞放下时，打开阀8，系统液体在重力，系统液体在重力G作作用下经阀用下经阀8排往油箱排往油箱5。页码: 12 School of Materials Science and engineering, WHUT液压传动与控制第1章 绪论 液压传动装置组成：液压传动装置组成：(1)液压泵液

11、压泵(原动机原动机)：把机械能转换成液体压力能的元件。：把机械能转换成液体压力能的元件。 例题中泵缸例题中泵缸2+单向阀单向阀4+排油单向阀排油单向阀3组成组成“阀式配流液压泵阀式配流液压泵”。(2)工作机工作机(液压缸液压缸)：把液体压力能转换成机械能的元件。把液体压力能转换成机械能的元件。(3)控制元件控制元件(液压阀液压阀)：对液体压力、流量、方向进行控制，实现对工作机速度、方对液体压力、流量、方向进行控制，实现对工作机速度、方向和力的控制。向和力的控制。(4)辅助元件：辅助元件： 油箱、管道、接头、过滤器等。油箱、管道、接头、过滤器等。图图1-8 1-8 液压系统能量转换原理示意图液压

12、系统能量转换原理示意图动力元件动力元件传传 动动 元元 件件执行元件执行元件控制元件控制元件辅助元件辅助元件页码: 13 School of Materials Science and engineering, WHUT液压传动与控制第1章 绪论 在工业生产中，常需要超大力能进行产品加工在工业生产中，常需要超大力能进行产品加工压力加工压力加工例例3：大锻件成形设备：大锻件成形设备万吨万吨( )级锻造液压机，依赖液压技术。级锻造液压机，依赖液压技术。左）重庆市西南铝业集团有限公司中国目前最大的左）重庆市西南铝业集团有限公司中国目前最大的30000吨级模锻液压机。吨级模锻液压机。中）黑龙江齐齐哈尔

13、市中国第一重型机械集团中）黑龙江齐齐哈尔市中国第一重型机械集团2006年底建造出年底建造出15000吨自由锻造液压机。吨自由锻造液压机。右）右）3万吨模锻液压机结构示意图。万吨模锻液压机结构示意图。页码: 14 School of Materials Science and engineering, WHUT液压传动与控制第1章 绪论 大型压力设备应用举例：大型压力设备应用举例：1）航空发动机涡轮盘成形）航空发动机涡轮盘成形3万吨万吨(300MN)力设备加工；力设备加工；2）飞机机身龙骨）飞机机身龙骨3）机翼等；）机翼等；右：右：C919大型客机大型客机2015年试飞，已经年试飞，已经收到订单

14、超过收到订单超过400架架 涡扇发动机涡扇发动机 航空发动机涡轮盘航空发动机涡轮盘页码: 15 School of Materials Science and engineering, WHUT液压传动与控制第1章 绪论 右图：中国大型客机右图：中国大型客机C919铝锂合金机身直段部段铝锂合金机身直段部段(江西洪都机器厂江西洪都机器厂)，机身龙骨必须由大型压力设备锻造。机身龙骨必须由大型压力设备锻造。左下图：欧洲空客左下图：欧洲空客A320机身直段部机身直段部(法国图卢兹法国图卢兹)页码: 16 School of Materials Science and engineering, WHUT

15、液压传动与控制第1章 绪论 右图：右图：8万吨级锻造液压机模型万吨级锻造液压机模型 （西安阎良国家航空产业（西安阎良国家航空产业基地，基地，2007）下图：秦岭涡扇发动机下图：秦岭涡扇发动机 （西安航空发动机集团有限公司（西安航空发动机集团有限公司，2005） 为满足中国大型飞机为满足中国大型飞机C919的研制生产，的研制生产，2007年，在西安阎良年，在西安阎良开始建造了开始建造了8万吨万吨(800MN)航空模锻液压机。航空模锻液压机。 2008年年10月，江苏昆山，开始建造月，江苏昆山，开始建造10万吨级万吨级(1 000MN)液压机液压机，主要用于锻造飞机龙骨和舰船龙骨。，主要用于锻造飞

16、机龙骨和舰船龙骨。页码: 17 School of Materials Science and engineering, WHUT液压传动与控制第1章 绪论 参考文献：参考文献：1何存兴，张铁华何存兴，张铁华. 液压传动与气压传动液压传动与气压传动. 华中科技大学出版社华中科技大学出版社 20002许贤良，王传礼等许贤良，王传礼等. 液压传动液压传动. 国防工业出版社，国防工业出版社， 2011.33徐元昌流体传动与控制同济大学出版社徐元昌流体传动与控制同济大学出版社 19984William W. Reeve. Technology of Fluid Power. Delmar Publis

17、hers 1999.5陈奎生陈奎生. HYDRAULIC and PNEUMATICS TRANSMISSION. 武汉理工大武汉理工大学出版社学出版社 20046机械工程学报机械工程学报 专业期刊专业期刊7液压技术液压技术 专业期刊专业期刊页码: 18 School of Materials Science and engineering, WHUT液压传动与控制第1章 绪论 1.3 液压传动的特点液压传动的特点 1.3.1. 传动与控制传动与控制传动是指在一定控制方式下，按照预传动是指在一定控制方式下，按照预定目标、量值和程序传递力和运动；定目标、量值和程序传递力和运动；传动侧重于如何正确

18、、迅速地实现控传动侧重于如何正确、迅速地实现控制信息。制信息。控制是根据系统工作需要，向传动机控制是根据系统工作需要，向传动机构发出动作信号。控制侧重于如何正构发出动作信号。控制侧重于如何正确、迅速地实现信号的处理和传递。确、迅速地实现信号的处理和传递。 页码: 19 School of Materials Science and engineering, WHUT液压传动与控制第1章 绪论 1.2.2. 液压传动的主要优点液压传动的主要优点(1)无级调速范围大；无级调速范围大；(2)重量轻、体积小、运动惯性小、反应速度快；重量轻、体积小、运动惯性小、反应速度快；(3)可实现无间隙运动，运动平

19、稳，冲击小；可实现无间隙运动，运动平稳，冲击小；(4)控制、调节和操作简单，易实现自动化；控制、调节和操作简单，易实现自动化；(5)容易实现过载保护；容易实现过载保护；(6)容易实现系列化、标准化、通用化。容易实现系列化、标准化、通用化。下左：数控液压转塔冲床下左：数控液压转塔冲床 中中: :液压切边机液压切边机 右：数控液压煤矿采掘机右：数控液压煤矿采掘机页码: 20 School of Materials Science and engineering, WHUT液压传动与控制第1章 绪论 1.2.3. 液压传动的主要缺点液压传动的主要缺点 (1)工作效率低；工作效率低； (2)工作性能受

20、温度影响大；工作性能受温度影响大； (3)液压元件制造精度高，价格贵；液压元件制造精度高，价格贵； (4)运动精度较低。运动精度较低。 左左: :液压支架液压支架 右上：铸轧机液压系统右上：铸轧机液压系统 右下：机床液压系统右下：机床液压系统页码: 21 School of Materials Science and engineering, WHUT液压传动与控制第1章 绪论 14 液压传动与控制的应用液压传动与控制的应用 1.4.1. 在机械制造领域的应用在机械制造领域的应用 19世纪，德、美将液压技术应用于龙门刨世纪，德、美将液压技术应用于龙门刨床和车床的传动系统。床和车床的传动系统。

21、20世纪世纪30年代，各类机床大规模采用液压年代，各类机床大规模采用液压传动系统。传动系统。 二战后，因液压技术具有能够实现无级变二战后，因液压技术具有能够实现无级变速、自动化、频繁换向等特点，人们在机速、自动化、频繁换向等特点，人们在机械制造领域大量应用了液压传动技术。械制造领域大量应用了液压传动技术。 右图为全液压数控加工中心右图为全液压数控加工中心页码: 22 School of Materials Science and engineering, WHUT液压传动与控制第1章 绪论 1.4.2. 液压技术在工程机械领域的应用液压技术在工程机械领域的应用液压传动技术在工程机械中应用非常普

22、遍。目前，几乎所有各类工程机械液压传动技术在工程机械中应用非常普遍。目前，几乎所有各类工程机械，如挖掘机、装载机、推土机、起重机等均采用液压传动系统作为机械的，如挖掘机、装载机、推土机、起重机等均采用液压传动系统作为机械的动力系统。动力系统。页码: 23 School of Materials Science and engineering, WHUT液压传动与控制第1章 绪论 页码: 24 School of Materials Science and engineering, WHUT液压传动与控制第1章 绪论 页码: 25 School of Materials Science and

23、engineering, WHUT液压传动与控制第1章 绪论 1.4.3 液压技术在材料成形行业中的应用液压技术在材料成形行业中的应用 锻造、冲压、挤压、塑料成型等领域中发展了数百种通用或专锻造、冲压、挤压、塑料成型等领域中发展了数百种通用或专用液压设备。用液压设备。图1-7 齿轮冷摆辗工艺原理及零件，摆辗设备为液压传动系统页码: 26 School of Materials Science and engineering, WHUT液压传动与控制第1章 绪论 下图：下图：2008年国家重大技术装备年国家重大技术装备关键项目关键项目3.6万吨挤压机万吨挤压机 上图：厚壁管的挤压成型上图：厚壁管

24、的挤压成型页码: 27 School of Materials Science and engineering, WHUT液压传动与控制第1章 绪论 复杂截面铝型材及挤压机复杂截面铝型材及挤压机页码: 28 School of Materials Science and engineering, WHUT液压传动与控制第1章 绪论 液压传动系统重量轻、体积小、响应快、精度高，具有高加速能力等特点，大量应用于航空航天和交通运输领域。 飞机起落架控制及方向舵、升降舵等；飞机起落架控制及方向舵、升降舵等； 船舶舵机控制船舶舵机控制页码: 29 School of Materials Science

25、and engineering, WHUT液压传动与控制第1章 绪论 在汽车工程中，自动换挡变速器、动力转向、制动系统等，均在汽车工程中，自动换挡变速器、动力转向、制动系统等，均采用液压传动系统实现其功能。采用液压传动系统实现其功能。页码: 30 School of Materials Science and engineering, WHUT液压传动与控制第1章 绪论 1.5 液压传动技术的发展液压传动技术的发展 1.5.1 历史回顾历史回顾液压技术源于水力学工程，直液压技术源于水力学工程，直到到20世纪才成熟。世纪才成熟。公元前公元前222年，古希腊人阿基年，古希腊人阿基米德米德(Arch

26、imedes)：浮力原：浮力原理理-阿基米德原理；阿基米德原理；公元前公元前100年，中国出现水轮年，中国出现水轮。公元。公元139年，张衡发明水运年，张衡发明水运浑象仪，由漏水驱动，能指示浑象仪，由漏水驱动，能指示星辰出没时间。公元星辰出没时间。公元420年，年，中国杜预发明由水轮驱动的水中国杜预发明由水轮驱动的水转连磨。转连磨。页码: 31 School of Materials Science and engineering, WHUT液压传动与控制第1章 绪论 1.5.2 液压技术进展液压技术进展1643年，意大利年，意大利E.托里拆利托里拆利1648年法国人帕斯卡（年法国人帕斯卡（B

27、Pascal)1738年瑞土人欧拉年瑞土人欧拉(LEuler)。同年，丹尼尔。同年，丹尼尔伯努利伯努利1827年法国人纳维；年法国人纳维；1845年英国人斯托克斯年英国人斯托克斯1883年英国人雷诺年英国人雷诺(OReynolds)发现层流和湍流发现层流和湍流1795年英国人布拉默年英国人布拉默(JBramsh)世界第一台水压机。世界第一台水压机。19世纪末，英国人阿姆斯特朗。世纪末，英国人阿姆斯特朗。1905年美国人詹尼年美国人詹尼(Janney) 。1922年瑞士人汉斯年瑞士人汉斯.托马托马(HThoma)发明了径向柱塞泵。发明了径向柱塞泵。1936年美国人威克斯年美国人威克斯(HVick

28、ers)发明先导控制阀。发明先导控制阀。1948年美国年美国人人埃文斯，香农和维纳出版信息论与控制论埃文斯，香农和维纳出版信息论与控制论1950年摩根年摩根、布莱克本、李等布莱克本、李等研发研发电液伺服机构电液伺服机构1970年年电液电液比例阀问世。比例阀问世。页码: 32 School of Materials Science and engineering, WHUT液压传动与控制第1章 绪论 1.5.3 二十一世纪液压传动技术现状二十一世纪液压传动技术现状(1)液压传动与微电子技术相结合，实现机电一体液压传动与微电子技术相结合，实现机电一体化集成，成为主要方向。化集成，成为主要方向。 a)元器件结构：将传感器、控制放大器、执行器置元器件结构：将传感器、控制放大器、执行器置于一体，构成集成化功能单元。于一体，构成集成化功能单元。 b) 由于电子元件小型化、集成化，可将电子驱动线由于电子元件小型化、集成化，可将电子驱动线路、信号处理、储存等单元内置于液压元件中。路、信号处理、储存等单元内置于液压元件中。 c) 集成式传感器和两路通信接口的液压元件实现与集成式传感器和两路通信接口的液压元件实现与所有其他液压元件及主计算机的通信。所有其他液压元