仪器仪表液压气动管路阀门中央空调过程控制工控-与气压传动

⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1第一章传动的基本组成⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3第一传动工作介质及传动基础理论知 ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3第二 动力元件⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯8第三 执行元件⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯第四 控制元件⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯第五 辅助元件⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯第二章基本回路⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯第三章典型传动系统⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯第四章气压传动系统的基本组成⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯第五章气动基本回路⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯第六章传动实验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯实验 系统的压力形成实 ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯实验 不同孔径的液阻实验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ww.LCorlcn 实验 溢流阀特性实验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯实验 元件拆装实验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 一、基本内容1.与气压传动的工作原理2.与气压传动系统的组成3.与气压传动的优缺点4.与气压传动的应用及发展二、学初步理解与气压传动的工作原理掌握与气压传动系统的组成及其优缺点了解与气压传动的应用及发展三、学习指导1.与气压传动系统基本上由能源装置、执行元件、控制调节元件、辅助装置和传c5o部分组成,它们之间相互配合,能够定的工作。能源装置将机械能转化成压力能,再由传动介质将压力能传递给执行元件,在传递中,由控制调节元件来控制和调节液体的压力、流量和流动方向以满足执行元件的动作要求。最后由执行元件将压力能转化成机械能,输出运动来完成设备的工作要求。在整个系统中,辅助元件可以完成元件的连接、清除杂质、散热、干燥以及压力和流量的测定等辅助工作。2.传动和机械传动优缺点对比,如表0.1所示表 传动和机械传动的优缺点比比较项目传 械传无级调速且范围大有级调速且范围小紧凑,传动零件尺寸大工作性能平稳,噪声大,不能频繁启动和换向控制调节方便,易实现自动化长低高工作环境有温度要求无特别要求故障难四、思考与练在机床工作台系统中 属于控制调节元件的A)G)在千斤顶中 组成手动泵的元件G)第一 传动的基本组成第一节传动工作介质及传动基础理论知一、基本内容传动工作介质的粘性和可压缩性。液体静力学和动力学基础。液体流经小孔及间隙的流量。冲击与空穴现象。二、学掌握动力粘度和运动粘度的概念 粘度与压力、温度的关系了解液体的可压缩性 油的要求及选用掌握液体静力学基本方程、连续性方程、伯努利方程、小孔流量综合公式。熟悉压力的表示方法压力损失的计 三、学习指导动力粘度和运动粘度动力粘度是从力学角度反映粘性的大小,即动力粘度越大,液体的内摩擦阻力越大,粘性就越大。它具有物理意义。运动粘度在工程上可用来表示油的牌号,它是动力粘度与该液体密度的比值,因其单位2/s)粘度与压力、温度的关系液体的粘度不是一个确定值。粘度随温度的增加而显著降低,表现非常敏感,所以在提到液体的粘度时必须是在哪个温度下的粘度。粘度随压力的变化而变化不大,一般可以忽略油的选用油的选用包括两方面: 度等级的选择应根据工作压力、环境温度和运动速度选择。液体静力学基本方程p=p0该方程的研究对象是液体, 因液体内任一点处的压力在各个方向上都相等, 该方程对液体才成立, 而对流动液体不成立。液体压力传递原理在密封容器内, 施加于液体上的压力, 能等值地传递到液体中的任意点。可以用该原理来解释千斤顶的工作原理, 并可得到一个重要概念: 外负载。绝对压力、相对压力和真空度绝对压力是以绝对真空为基准来表示,相对压力是以大气压力为基准来表示,两者在数值上相差一个大气压值,通常说的压力指的是相对压力。真空度是绝对压力小于大气压力时的相对压力,理论上是一个负值,但实际取正值,可直接用真空计来测量。压力和流量压力和流量是传动的两个重要参数。液体在单位面积上所受的内法线方向上的法向力称为压力,单位时间内流过通流截面的液体体积称为流量。压力和流量的单位都有标准单位和工程常用单位两种,在实际计算中应注意单位的换算:1MPa106N/m2,1m3/s6×104L/min连续性方程和伯努利方程 连续性方程和伯努利方程的研究对象是流动液体。连续性方程是质量守恒定律在流动液体中的一种表达形式,常用表达式是v1A1=v2A2,可以用来计算某一截面处的流速。伯 程是能量守恒定律在流动液体中的一种表达形式 常用理论表达式是

+

+ρv2/2=pρgh2+ρ2v2/2,可以用来计算某一截面处的流速或者压力, 在实际应用中还应考虑压力损失和动能修正两方面问题。流动液体的压液体在流动中损失的能量大小可以用压力损失来表示,因为压力损失的物理意义是单位质量的能量损失。沿程压力损失是因内摩擦引起的,局部压力损失是因液体流动方向和速度大小发生突变引起的,计算时要注意压力损失系数的正确选取和计算。10.小孔流量综合公式qv=该公式可以取不同的系数K和指数m来计算流经薄壁小孔、细长孔和短孔等不同小孔的流量。在有些计算题中可以不用确定系数和指数的值就可算出结果,这是一条解题捷径。四、典型题解例1如图1.1a所示,U形管测压计内装有,其左端与装有水的容器相连,右端开口与大气相通。已知:h=20cm,h1=30cm,水银密度ρ=13.6×103kg/m3。试计算A点的相对压力和绝对压力。又如图1.1b所示,容器内同样装有水,其中h1=15cm,h2=30cm,试计算A点的真空度和绝对压力。解 B点 引平线与右支管交于C, 在连续均质的水银中, B点与C点处于同样高度上,故为等压面上的两点, 压力相等, 即pB=pCρ从U形管右支管看 pC h+h1ρ从U形管左支管看 pB=pA+水ρρ pA+水gh1= gh+h1)pA gh+gh1(ρ-水ρρ=13.6×103×9.8×0.20Pa+ 3=0.64×105以上所求结果为相对压力 A处的绝对压pA绝 5+0.64×105 5C引水平线与左支管交于B;在连续均质的水银中等压面上两点即

pB=pC=pa(大气压力ρρ从U形管左支管 pB=pA+水gh1 ρρ所pA=pB- 水gh1+gh2=1.01×105Pa=0.6×1053×9.8×0.15+13.6×103×9.8×0.3以上所求结果为绝对压力 其真空度pa-pA=1.01×105Pa-0.6×105=0.41×105例21.2所示直径为d、重量为G的活塞浸在充满密闭容器的液体中,并在力F的作用下,处于状态,若液体密度为ρ,活塞浸入深度为h,试确定液体在测压管内的上升高度x。解:由静力学基本方程知,在活塞底部的液体压力p= x+由活塞的力平衡方 x+h)=4(G+ 所以测压管内液体上升的高度为

4(G+x 31.3所示,某压力阀应在油压p1=6MPa时动作。已知钢球的最大直径D=15mm,阀座孔直径d=10mm,压力油顶开钢球溢油时有背压p20.3MPa,求溢油时弹簧的压紧力Fs为多解因为压力油作用在曲面某一个方向上的力等于油力与曲面在该方向投影面积的乘积,所以球阀受pl作用向上的球阀p2作用向下的力

F=π F2=πp24即球阀受力平衡方程 F1=Fs+式中Fs为弹簧的压紧力 Fs=F1-F2=4

p1-p2)=(60- 5×3.14×0.012N/=447.5例 如图1.4所示 泵以qv=25L/min的流量 图,缸直径D=50 活塞杆 d=30 进、回油管直径d1=d2=10 求活塞的运动速度及油液在进、回油管中的流速。能否直接应用连续性方程计算两油管中的流速?解 由已知流量可求得进油管流由进 25×103由进v1=π2 =31847cm/min=5.31m/s4d1缸的流量可求得活塞运动速度v=π2 4D

25×103 =1274cm/min=0.21m/回油腔应用连续性方程πD2-d2 π =v2×4

所πD2-d2 v2=v× =v× -π 4 52-=0.21× m/s=3.36m/计算缸进、回油管中的流速时, 不能直接应用连续性方程。因为进油管和回油管已被活塞隔开, 液流已不连续。例5 某系统由泵至马达的管路如图1.5所示。已知管径d=16mm, 管路总长L=4m,油液密度ρ=900kg/m3, 油液粘度=18.7×10-2cm2/s,流速=2m/s 在4弯头处ξ1=0.3,在90°弯头ξ2=1.0,在135处ξ3=2.0,若管道水平放置, 试求由泵至马达的全部压力损失。解 全部压力损失Δp可分为沿程压力损失Δpλ和部压力损失Δpξ求沿程压力损失Δpλ:判断流态Re=vdν为层流流动

2×1.6×10-18.7×10- =1771<2Lv2

Δpλ=λ求局部压力损失

2=Re×0.016 Pa=0.19×10油液流经45°弯头时的局部压力损Δpξ1 1·

= Pa=0.0054×10油液流经90°弯头处的局部压力损失为Δpξ2 =故油液流135°弯头处的局部压力Δpξ3故

Pa=0.018×10 Pa=0.036×105=0.0774×105全部压力损失ΔpΔp=Δpλ+Δpξ=(0.19+0.0774)×105Pa=0.267×105五、思考与练有一上端封闭、下端开口油中的玻璃管 如图1.6所示。若抽去管中部分空气使管中油面上升到高于管外油面h=1m处。设油的密度ρ=900kg/m3 管外大气压力pa0.1MPa 试求管中油面上B点的压力。如图1.7所示 容器A中充有气体 已知U形管右边通大气 管内柱高度差h0.3m求容器A内的绝对压力及真空度。计算时取1标准大气压力=0.1MPa0.04MPa 图 图图1.8所示各盛水圆筒 作用于活塞上的力F均为3kN。若 d=1 h=1m,000kg/m3,试求圆筒底部所受的压力及作用力。0.01MPa,11如图1.9所示 一管道输送ρ=900kg/m3的液体 已知h=15 1处的压力0.5MPa,2处的压力为0.45MPa 求油液的流动方向第二节动力元件一、基本内容泵的工作原理和性能参数。齿轮泵、叶片泵和柱塞泵的结构特点、工作原理、常见故障及排除方法。二、学掌握容积式泵的基本工作条件 理解其工作原理掌握泵压力、排量和流量的概念 能够按给出的数据计算功率和效率熟悉齿轮泵、叶片泵和柱塞泵的结构特点。重点掌握限压式变量泵的工作原理及应用。熟悉各种泵的常见故障及排除方法三、学习指导容积式泵的基本工作条容积式泵要想连续正常的工作必须具备以下三个条件泵的性能参数实验标准规定的一个压力, 它的大小取决于零件的强度和密封腔的密封效果。变量泵来说是一个可以在一定范围内调节的值。泵输出的实际流量因泵本身的泄漏而小于理论流量, 两者相差一个差值Δqv, 并且随着工作压力的增加, 这个差值Δqv也在变大。nT计算;输出的是压力能,输出功率用pqv计算。所以,泵输出的理论功率等于工作压力与理论流量之积,输出的实际功率等于工作压力与实际流量之积。值 而泵的总效率等于容积效率与机械效率之积齿轮泵、叶片泵和柱塞泵的比较 如表1.1所示表 齿轮泵、叶片泵和柱塞泵的比齿轮泵叶片泵轴向柱塞泵定量叶片泵变量叶片泵两个齿轮的齿面、泵体和两相邻两个叶片、转子外表面、定子内表面和左右配油盘柱塞的内端面一个吸油腔,一个压油腔等于叶片数齿轮泵叶片泵轴向柱塞泵定量叶片泵变量叶片泵轮齿脱开,容积变大;轮齿啮合,容积变小定子内表面是有规律的曲面转子和定子之间有一个偏心距e盘的作用因吸油和压油分别在不同的腔内进行,没有配油装置两个配油盘低中高低中高限压式变量叶片泵的特性曲线限压式变量叶片泵的特性曲线如图1.10。压pB称为限定压力,它的大小是由弹簧的预压缩量决定,可根据需要由限压螺钉调节。压力pC称为极限工作压力,即该泵输出的工作压力最大过pC,所以称为限压式泵。其特性如I所示泵的常见故障及排除方法泵的常见故障主要有噪声大、容积效率低和压力提不高。产生故障的原因非常多,有时同一个故障的产生是由多个原因引起的,所以找对原因是排除故障的前提,这需要

图1.10 限压式变量叶片泵的特性曲线有扎实的理论基础 并在实践中不断积累经验 才能快捷地找对原因 排除故障表 限压式变量泵的特工作压力偏心距 对应曲线段工作方式p=最 e0点p<最 e0ABp=最 e0点p>BCp=几乎为零四、典型题解例 某泵铭牌上标有转速n=1450r/min 额定流量qv=60L/ 额定压力pP8MPa,泵的总效率η=0.8 试求的 功率

p4MPa 该泵应选配解:驱动泵的电功率的确定,应按照泵的使用场合进行计算。当不明确泵在什么场合下使用时,可按铭牌上的额定压力、额定流量值进行功率计算;当泵的使用压力已经确定,则应按其实际工作压力进行功率计算。pP 8×106×60×10- P η W= W=10pPP

4×106×60×10- W=5×103W=5例 某系统采用限压式变量泵。该泵出厂的流量-压力特性曲线为 如图所示。已知泵的总效率为0.7, 当系统工作进给时 泵压力p=4.5 输出流量qv2.5L/ 在快速移动时 泵压力pMPa,输出流量qv=20L/min。试求限压式变量泵要满足上述要求时, 其流量-压力特应调成怎样的图形泵所需的最大动功率是多少?解: 根据泵的工况, 进行作图。快进时:p=2 qv=20L/min 在坐标上得交点 MAB的平行E工进时 图 流量-压力特性曲p=4.5MPa qv=2.5L/min 在坐标上得交点 过N点作BC的平行线E和D相交于点 则曲线即为调整后的变量泵压力-流量特性曲线B′点为特性曲线的限压式变量叶片泵的最大功率出现在拐点压力附近。在工作压力超过限定压pB,泵输出流量迅速下降,功率反而减小。故计算泵所需输入功率时,应按拐点处的压力、流量参数进行计算。从图中可得B′点对应的压p=3.25MPa,流量qv=19.5L/min。因而,泵所需的最大驱动功率为P=η

3.25×106×19.5×10- W=1508W≈1.5五、思考与练某泵输出压力p=20 泵转速n=1450r/min, 排量V=100cm3/r 已该泵容积效率=0.95 总效率η=0.9 试求试求限压式变量泵流量-压力特性曲线中BC段的流量表达式。试问哪些因素影响曲线的斜率?若改变弹簧预紧力时 BC斜率会不会变第三节执行元件一、基本内容1.缸的分类、结构、安装、调整、常见故障及排除方法2.马达的工作原理及性能参数二、学掌握单活塞杆缸的三种通油方式下活塞运动速度和推力的计算方法熟悉双活塞杆、柱塞式、摆动式和伸缩套筒式缸的结构及工作原理了解缸的密封、缓冲和排气装置熟悉缸的安装、调整、常见故障及排除方法了解马达的工作原理及性能参数三、学习指导活塞式果通同样的压力油 两个方向所产生的速度和推力都相等活塞直径为D, 活塞杆直径为d, 压力油的流量为qv,压力为p, 则不同通油方式的情况比较如表1.3。1.3不同通油方式的情况比较通油方式无杆腔通油有杆腔通油差动连接有效面积A1=πD2/A2=πD2-d2)A=πd2/3v1=4qv/(πD2v2=4qv/[πD2-d2)数值比较小大大F1=pπD2/F2=pπ(D2-d2)F3=pπd2/数值比较大小小工作情况

各种缸对比情况如表1.4所表 各种缸情况对伸缩套筒式双向移动单向移动双向摆动双向变速移动完成工作循环制造容易密封金属切削机床、压力机、注塑机等龙门刨床、导轨磨床等大型设备机械手、回转夹具、送料装置等自卸汽车、起重机、输送带等马达与泵的比较 如表1.5所表 马达与泵的比较泵马达结构类型齿轮式、叶片式、柱塞式齿轮式、叶片式、柱塞式理论流量大于实际流量qvt>理论流量小于实际流量qvt<理论转矩小于实际转矩Tt<理论转矩大于实际转矩Tt>Pin=w.Pin=实际输出功率Pout=Pout=容积效率ηv=qv/ηv=qvt/ηm=Tt/ηm=T/四、典型题解例11.12所示,已知单杆活塞缸的缸筒内径D=90mm,活塞杆直径d=60mm,进入油缸的流量qv=25L/min,进油压力Pl=6MPa,回油压力P2=0.5MPa。试判断并计算图示各连接方式时,油缸运动的方向及速度大小?最大推力方向及大小?解:a所示油缸:运动方向:向左运动速度v

25×10-

-6m/min=7.08m/最大推力 向

4×(D-d 4 -60)F=π(D2-d2)p-πD2 图b所示油缸:运动方向: 运动速度:

×(0.092-0.062)×6×1064

0.092×0.5×106N=184 25×10-最大推力 向F=πD2

v=π2= 4 4-π(D2-d2

m/min=3.93m/ =π×0.092×6×106-π×(0.092-0.062)×0.5×106N=36.44图c所示油缸:运动方向: 运动速度:

25×10-最大推力 向

v=π2= 4 4

m/min=8.85m/×F=πd2p=×

0.062×6×106N=17 例2如图1.13所示,一个泵驱动两个油缸串联工作。已知两油缸尺寸相同,缸体D=90mm,活塞杆直径d=60mm,F1=F2=10kN,泵输出流量qv=25L/min,不计容积损失和机械损失,求油泵的输出压力及活塞运动速度。解:由活塞受力平衡关系可p3

π4

=π=4

Pa=1.57×1062p2=2所F1+p×π(D2-d2

10×103+1.57×106×π×(0.092-0.062

π4=2.45×106

4泵的输出压力为pP=p12.45MPa。活塞运动速度为 25×10-v1=π2= 4 4

m/min=3.93m/π(D2-d2) 4× -0.06)

m/min=2.18m/v2 π 4 4例3如图1.14所示,流量为5L/min的泵驱动两个并联油缸,已知活塞A重10kN,B5kN,两个油缸活塞工作面积均为100cm2,溢流阀的调整压力为2MPa,设初始两活塞都处于缸体下端,试求两活塞的运动速度和泵的工作压力。解:根据系统的压力取决于外负载这一结论,由于活塞A、B重量不同,可知A的工作压B的工作压

pA=AA=100×10-4Pa=1故两活塞不会同时运动

pB=AB=100×10-4Pa=0.5vB

5×10-AB=100×10-4m/min=0.5m/vA=pP=pB=0.5高,活塞A运动, 流量全部进入油缸A,此 5×10-vA=AA=100×10-4m/min=0.5m/vB=pP=pA=1

回油箱 泵压力稳定在溢流阀的调整压力 P P例4某马达排量V=250cm3/r,压力为10MPa,出口压力为0.5MPa,其总效率为η=0.9,容积效率ηv=0.92,当输入流量为22L/min时,试求:马达的实际输出转速和转矩。解:马达的实际转速n马达的实际输出转矩T

n

22×103 r/min=81r/Δ (p1-p2 Vη(10-0.5)×106×250×10-6T · 例5 泵和马达组成系统, 已知泵输出油压pP=10MPa, 排量VP=10cm3/r, 机械效率 容积效率ηvp=0.9 马达排量VM=10cm3/r, 机械效率ηmM=0.95 容积效率=0.9,泵出口处到马达管路的压力损失为0.5MPa,若泄漏量不计, 马达回油管和泵吸油管的压力损失不计, 试求:POMTM

POP

PP解 pPnP 10×106×1500×10×10-ηPP ηPOP=pPnPVPηvP=

W=26321500×10×10-6×0.9W=2250×

=nPVPηvPηvM=1 r/min=1215r/ POM=pMVM

(10-0.5)×106×1215×10×10-6×0.95W=1828 POM=1828×60N·m=14.37 五、思考与练如图1.15所示差动连接缸。已知进油流量qv=30L/min, 进油压力p=4MPa, 求活塞往复运动速度相等, 且速度均为6m/min, 试计算此缸筒内径D和活塞杆直径d,并求输出推力F113mm80mm20图 差动连接 图如图1.16所示,两缸尺寸相同,已知缸筒直径D=100mm,活塞杆直径d=70mm,现两缸串联连接,设进油流量qv=25L/min,进油压力p=5MPa,两缸上负载F相同,试求两活塞运动v1v2及负载F3.19m/min,1.62m/min,26kN)图1.17所示为一增压缸 已知活塞直径

=60 活塞杆直径d=20mm 输入压力p1=5 求输出压力p2。45MPa某马达的排量V=10cm3/ 供油压力

=10 回油压力p2=0.5MPa 供油量为qv=12L/min,其容积效率ηv=0.90,机械效率ηm=0.80,求该马达的输出转速、输出转矩和实际输出功率。 1368W)第四节控制元件一、基本内容方向控制阀压力控制阀流量控制阀其他控制二、学掌握方向控制阀、压力控制阀、流量控制阀的结构、工作原理、图形符号及应用。掌握三位换向阀中位机能的概念。熟悉节流阀和调速阀工作原理和它们特性曲线的区别。了解其他控制阀的结构和工作原理三、学习指导如果单向阀的进油口的压力p1,出油口的压力p2,控制油口的压力为pk,弹簧力忽略不计。则两者特性比较如表1.6所示。表 普通单向阀和液控单向阀特性比普通单向阀控制油口无有pk=pk=阀口状态p1<p1>单向p1p2单向p1p2常态位换向阀的控制方式不发生作用的时候,如电磁铁不通电、液动阀控制油口不通油、机动阀的行程挡块不压下顶杆或滚轮时,阀芯所处的位置称为常态位。在图形符号中,三位阀的中位和两位阀靠近弹簧一侧的位置是常态位。三位四通电磁换向阀的电磁铁、阀芯和图形符号之间的关系如表1.7所示表 三位四通电磁换向阀的电磁铁、阀芯和图形符号之间的关—+———+阀芯位置图形符号控制油力高低继电器)保持平衡进行工作溢流阀有两种重要应用 即溢流调压和安全保护 在应用时情况有所不同如表所示。

表 溢流调压和安全保安全保护应用场合流量控制阀阀口状态开工作时关闭,过载时打开系统压力等于溢流阀调定压力对减压阀来讲,当进油口压力小于调定压力时,出油口压力随进油口压力的变化而变化,进、出油口压力相等;当进油口压力大于调定压力时,出油口压力稳定在调定压力值上,不随进油口压力的变化而变化。溢流阀和减压阀的对比如表1.9表 溢流阀和减压阀的对减压安全保护使支路获得较低的稳定压力阀芯所受力来阀口工作状态系统工作压力进油口最大压力不变出油口压力最大不变直接从回油口回油箱经漏油口回油箱根据小孔流量综合公式可知,流经小孔的流量与系数K、通流截面面积A、小孔前后压差Δp和指数m有关。当K、Δp和m一定时,改变A就可改变流量, 这就是流量控制阀工作的原理基础。表1.10是压差Δp和油液温度变化对三种流量阀的影响。表1.10压差 和油液温度变化对三种流量阀的影L型节流阀Q型调速阀QT型调小孔前后压差影响较大油液温度流量稳定性差好四、典型题解例 试分析内控式顺序阀出口处负载压力p2、调定压力ps和阀的进口压力p1之间的系答 p1≥ps 在进口压力的作用下 阀口处于全开状态 此时p2>ps 阀口保持全开状态 压力相等, 即p1=p2=ps 其值取决于负大小。p2<ps,进口处压力p1与顺序阀调压弹簧力保持平衡, 阀口自行关小, 以保持进口压力p1=ps 出口压力仍由负载大小决定。此时 当出口直接连油箱 则相当于一个溢流阀p1<ps 则阀口关闭。例 图1.18所示回路中 减压阀调定压力为pJ 负载压力为pL 试分析下述各情况下减压阀压力的关系及减压阀口的开启状况py<pJ,pJ>pL;py>pJ,pJ>pL;py>pJ,pJ=pLpy>pJ,pL=答:( py<pJ,pJ>pL时,即负载压力小于减压阀调定值,溢流阀调定值也小于减压阀调定值。此时,减压阀口处于全开状态,进口压力、出口压力及负载压力基本相等。py>pJ,pJ>pL时,即负载压力仍小于减压阀调定值,溢流阀调定值大于减压阀调定值。此时,1减压阀口处于小开口的减压工作状态,其进口压力、出口压力及负载压力基本相等。p>p p=p时 即负载压力等于减压阀调定值 图 而溢流阀调定值仍大于减压阀调定值。此时, 减压阀口处于小开口的减压工作状态, 其进口压力等于溢流阔调定值, 出口压力等于负载压力。py>pJ pL=∞时 即负载压力相当口处于基本关闭状态 量油液通过阀口流至先导阀 进口压力等于溢流阀调定值 出压力等于减压阀调定值例 图1.19所示系统中 已知两溢流阀的调定压力分别为 py1=5MPa py2=2试问活塞向左和向右运动时,油泵可能达到的最大工作压力各是多解:当DT断电时,活塞右移。这时,调压阀2进出油口压力相等,阀2始终处于关闭状态,不起调压作用。系统压力由溢流阀1决定。故泵的最大工作压力为溢流阀1的调定值,即pPmax=5MPa。当DT通电时,活塞左移。这时,调压阀2的出口接油箱,阀2起调压作用,系统压力由调压阀2的调定值决定,故泵的最大工作压力为pPmax=2MPa。图 图例41.20所示,两个减压阀串联,已知减压阀的调定压力分别为:pJ1=3.5MPa,pJ2=2MPa,溢流阀的调整值py=4.5MPa;活塞运动时,负载F=1200N,活塞面积A=15cm2,减压阀全开时的局部损失及管路损失不计。试确定:ABC各点的压力为多少 F=4200N,所有阀的调整值仍为原来数值,这时ABC各点的压力为多少?解 p=

1 MPa=0.8--活塞在终端位置F4200N

pB=pA=pC=pL=0.8pC=pJ2=2pA=pJ1=3.5pB=py=4.5p=

4 MPa=2.8--因为pJ2<pL, 故无法推动活塞运动。pC=pJ2=2pA=pJ1=3.5pB=py=4.5例 如图1.21所示 两个减压阀并联 已知减压阀的调定压力分别为 pJ1=2MPa =3.5MPa,溢流阀的调整值py=4.5MPa; 活塞运动时, 负载F=1200N, 活塞面积A=15cm2,减压阀全开时的局部损失及管路损失不计。试确定:ABC各点的压力为多少(2 F=4200所有阀的调整值仍为原来数值 这ABC各点的压力为多少解 p=F 1 MPa=0.8 15×10-pL=0.8为pL<pJ1,pL<pJ2, 两个减压阀口均处于最大开口, pB=pA=pC=pL=0.8活塞在终端位置 图pL升高。当pL>pJ1时,减压阀1的先导阀打开,减压阀口关小;减压阀2的阀口仍处于全开状态,来自泵的压力油将使pL继续升高。同时压力油还从反向流经减压阀1的先导阀,使减压阀1的阀口完全关闭。直至压力上升到pL=pJ2时,减压阀2的阀口关小,处于平衡状态的减压阀2保持一小开口状态,维持出口压力为调定压力值,即pA=pC=pJ2=3.5MPa此时,溢流阀必然处于工作状态,pB=py4.5F4200N时p=

4 MPa=2.8--pL=2.8因为pL>pJ1,因而减压阀1的阀口关闭。压力油经减压阀2进入油缸,由于pL<pJ2, 减压阀2的阀口处于全开状态,此时pB=pA=pC=pL=2.8MPa活塞运动至终端位置时 pA=pC=pJ2=3.5此时 溢流阀必然处于工作状态 即pB=py=4.5由以上分析可知 活塞运动至终端后 油缸的压力由并联的减压阀中调定值较高的那个压阀决定。例6图1.22所示系统,缸的有效面积A1=A2=100cm,缸Ⅰ负载F1=35kN,缸Ⅱ运动时负载为零。不计摩擦阻力、惯性力和管路损失。溢流阀、顺序阀和减压阀的调定压力分别为4MPa、3MPa2MPa。求在下列三种工况下ABC三点的压力。解 开 减压阀口关小 A点压力憋高 溢流阀打开 这pA=4MPapB=4MPapC=2p=F1

35100×10-

MPa=3.5pB=3.5pA=pB=3.5pC=2活塞运动到终点后 B、A点压力升高至溢流阀打开 这pA=pB=4pC=2pA=

pC=pB=活塞碰到固定挡块pA=pB=4pC=2五、思考与练1.23中的图形符号所表示的各种方向阀的名称。画出下列各种名称的方向阀的图形符号将O型、M型、P型、H型等机能的电磁换向阀分别控制单杆活塞缸, 试说明构成的油路系统在中位时, 各具怎样的工作特性?如图1.24所示 开启压力分别为0.2MPa、0.3MPa、0.4MPa的三个单向阀实现串p点压力各为多少直动式溢流阀的弹簧腔如果不和回油腔接通 将会出现什么现象若把先导式溢流阀的控制口当成泄漏口接回油箱 这时系统会产生什么现象如果先导式溢流阀的阻尼孔被堵塞, 将会出现什么情况?若用一直径较大的通孔来代替阻尼孔又会出现怎样的情况?图1.25所示系统 各溢流阀单独使用时的调定压力分别为 py1=4MPa py2=3py3=2 问当系统的外负载趋于无穷大时 油泵的出口压力为多少图 图图1.26所示系统 已知各溢流阀单独使用时的调整压力分别为 py1=7MPa py25MPa,py3=3MPa,py4=1MPa,问当系统的外负载趋于无穷大时, 在电磁铁1DT通电或断电情况下, 油泵的出口压力各为多少?顺序阀能否作溢流阀用?溢流阀可以作顺序阀用吗图 图如图1.27所示,缸A和B并联,若缸A先动作,且速度可调;当A缸活塞运动到终点后,B缸活塞才动作。试问图示回路能否实现要求的顺序动作,为什么?图1.28所示油压机回路中,滑块和活塞的总重G=25kN,活塞直径D=200mm, 塞杆直径d=50mm,顺序阀的调定压力ps=3MPa,试问在图示位置时,滑块会不会因自重而下滑?滑块空程向下运动时 压力表的读数为多图 图图1.29所示夹紧回路中 已知溢流阀的调定压力py=5MPa 减压阀的调定压力pJABC三点压力各多少 5MPa AC点压力各为多少 1.5MPa 这时AC点压力各为多少积如图1.30a、b所示,节流阀同样串联在泵和执行元件之间, 调节节流阀的通流面能否改变执行元件的运动速度?为什么?积流量阀的节流口为什么要采用薄壁小孔而不采用细长孔节流阀最小稳定流量有何实际意?影响节流阀最小稳定流量的主要因素是哪试根据调速阀的工作原理进行分析: 调速阀进、出油口能否反接?进、出油口接反后将会出现怎样的情况?第五节辅助元件一、基本内容油管、管接头、过滤器、蓄能器、压力计、压力计开关、油箱的结构和功用。二、学掌握过滤器、蓄能器、压力计、压力计开关、油箱的作用。熟悉管接头、过滤器、油箱的结构。了解油管、过滤器的分类及其性能。三、学习指导

油不同类别油管性能比较如1.111.11不同类别油管性能比较紫铜管橡胶软管尼龙管塑料管高高低低长长短短短焊接<无缝><<<管接头管接头的结构主要由接头、接头芯和外套三部分, 用接头芯螺纹部分直接与一个油管元件)元件)过滤器的功用是清除油液中的各种杂质 按照滤芯材料和结构形式不同分以下几种如表1.12表1.12过滤器性能比较 线隙式纸芯烧结式铜线或铝线过滤精度/ 线隙式纸芯烧结式过滤能力大大压力损失/<<难在各种辅助元件中, 只有油箱不是标准件, 所以油箱的设计是系统设计的一项重要内容。设计时主要是确定合适的有效容量, 并按系统的发热量来验算油箱的散热能力。第二 基本回路

一、基本内容压力、速度、方向和多缸工作控制回路。二、学掌握调压回路、减压回路、调速回路、换速回路、换向回路和顺序动作回路的工作熟悉卸荷回路、平衡回路、增速回路、锁紧回路、同步回路和互不干扰回路的工作三、学习指导二级调压回路和二级减压回路比较如2.1所表 二级调压回路和二级减压回路比二级调压回路控制油路控制元件先导型溢流阀调定压力为py1调定压力为pJ1控制元件直动型溢流阀调定压py2调定py2调定压力的要求py1>pJ1>口关闭口连通用蓄能器和换向阀控制的保压卸荷回路理解这个回路应掌握三点:两种平衡回路的对比如表表 两种平衡回路的对单向顺序阀液控单向顺序阀换向阀处于中位顺序阀关闭,顺序阀关闭,可防自行下滑活塞上行单向阀打开活塞下行有背压,无背压,速度由节流阀控制恒转矩调速回路和恒功率调速回路比较如表 恒转矩调速回路和恒功率调速回恒转矩调速回路恒功率调速回路动力元件-执行元件变量泵-(或缸定量泵-变量马达调节参数泵的排量马达的排量输出参数输出最大转矩不变,输出最大功率和输出速度与VP成正比输出最大功率不变,输出最大转矩与VM成正比,马达转速与VM变量-变量马达容积调速回路该回路是恒转矩调速回路和恒功率调速回路的组合 它的调速过程是VMmax VPmixVPmix VPmax速VPmax VMmax VMmix量来进一步调大马达的输出转速.m容积节流调速回该回路是主要由变量泵和调速阀组成的一种调速回路,它是通过调节调速阀来改变进入液压缸的流量qv1,进而控制执行元件的运动速度,而泵会根据压力的变化自动调节输出流量qvp,使之与qv1相适应qvp=qv1)若关小调速阀,即减少通过调速阀的流量qv1,qvp>qv1,同时油液通过调速阀的阻力增加,相应泵的输出压力增加,通过变量泵自身反馈,使其输出流量qvp减少,直至qvp=qv1。若开大调速阀,即增加通过调速阀流量qv1,qvp<qv1,同时油液通过调速阀的阻力减少,相应泵的输出压力减小,通过变量泵自身反馈,使其输出流量qvp增大,直至qvp=qv1。换速回路快速-慢速切换回路简单讲就是:系统内的油循环时必须经过一个调速阀时,执行元件实现由该调速阀调速的慢速运动;若将调速阀“短路”时,即绕开调速阀直接循环时,执行元件实现快速运动。慢速-慢速切换回路简单讲就是:系统内的油循环时必须经过一个调速阀时,执行件实现由该调速阀调速的一种慢速运动;若系统内的油循环时必须经过另一个调速阀时,执行元件实现由该调速阀调速的另一种慢速运动;这有两种情况:一种是将两调速阀并联,一种是将两调速阀串联顺序动作回路实现顺序动作的回路有三种情况

直接进入执行元件, 而另一个需通过一顺序阀才能进入。这样, 前者先运动并到达终点后, 统内的压力升高, 当升高到顺序阀的调定压力时, 后者才开始运动。2.4两个压力继电器和个三位四通电磁换向阀实现顺序回路动作次序动作内容控制元件11-+--行程开关22---+32--+-行程开关41+---”表示电磁铁通电,-”表示电磁铁断电。下同。表 用三个行程开关实现顺序回动作次序动作内容11+-22+31-+42--多缸快慢互不干扰回路的工作情况如表 多缸快慢互不干扰回路的工作情 供油工作进给++快速进给--快速退回+-从表中可以看出 工进是由泵1供油 快进和快退是由泵2供油 也就是说 泵1和泵不可能同时对同一个缸供油 即快速和慢速两种运动是互不干扰的四、典型题解例 如图2.1所示回路 泵的供油压力有几级?各为多大解 一共有8级 具体情况如表2.7表 泵的供油压供油压力/0---2+--4-+-6++-8--++-+-+++++例 如图2.2所示容积调速回路中 试说明单向阀A和B的功用图 图 容积调速回解:该回路是由双向变量泵和差动缸组成的闭式容积调速回路,因差动缸的无杆腔的有效面积比有杆腔的有效面积大,所以,当活塞运行时,无杆腔所需的流量大,则泵的进出流量不相等,需要单向阀AB来调节,使之相等。若泵正转,缸右行,缸的进油量大于回油量,回路中的油不足。因液控单向阀A的控制油口通的是低压油,此时阀A关闭,B打开,回路可通过阀B从油箱中补充所需若泵反转,缸左行,缸的进油量小于回油量,回路中有多余的油。而此时液控单A的控制油口通的是高压油,A被打开,B关闭,回路可通过阀A将多余的油排回第三 典型传动系一、基本内容几种典型的传动系伺服系统二、学掌握组合机床动力滑台系统的工作原理和特点了解机和机械手两个系统的工作原理了解伺服系统的工作原理及其典型实例三、学习指导主图3.1所示的组合机床动力滑台系统能够完成以下动作循环:快速进给—第一次工作进给—第二次工作进给—死挡铁停留—快速退回—原位停止。要理解该系统的工作原理,重点掌握以下几点:杆腔油流回油箱的通道,不得又流入缸无杆腔,从而形成差动连接,实现快进。在工进的时候,因系统压力高而打开顺序阀,使缸有杆腔油直接流回油箱。在快退的时候,顺序阀是关闭的,但回油可以从电液换向阀4流回油箱。使油经调速阀进入缸, 实现由快进到工进的转换。电, 迫使油经调速阀9进入缸,实现二工进。使压力继电器动作而发出电信号给时间继电器,滑台开始停留,停留时间由时间继电器调节。当停留结束后,时间继电器发出电信号,使电磁1YA,3YA断电而2YA通电,换向4右位接入系统,实现快退。7提供了一个快捷通道,使回油经单向阀直接回油箱,实现快退。伺服系统的工作原理。该系统简单讲就是一个缸,其活塞杆固定而缸体浮动,同时缸体内装有一个滑阀,该滑阀控制着油的流动方向。当滑阀不动时,各阀口均关闭,没有油进入缸内,缸不动,系统处于状态。当滑阀向右运动一个位移时,右边阀口打开,油进入缸体右腔 缸右移,直到缸体右移位移与滑阀位移相等时 阀口重新关闭 缸停止运动当滑阀向左运动一个位移时, 左边阀口打开, 油进入缸体左腔, 缸左移, 直到缸体左移位移与滑阀位移相等时, 阀口重新关闭, 缸停止运动。第四 气压传动系统的基本组一、基本内容气源及气源辅助装置。气动执行元件。气动控制元件。二、学了解空压机的原理 了解气源装置的主要处理环节及相关辅助设备了解常用气缸的结构 气动马达的结构了解常用气动控制元件的结构、原理和特点。三、学习指导空气压缩机将机械能转换为气压能的设备称空气压缩机,简称空压机。按可输出压力的大小,分为流量分为微型3/min) 3/min) 3/min) min以上)选用空压机的依据是气动系统所需要的工作压力和流量。目前,气动系统常用的工作压力一般为0.5～0.8MPa,可直接选用额定压力为0.7～1MPa的低压空压机。气源净化的要求气动系统所需要的气源,是由空压机提供的。如果将含有水汽,油气,灰尘等杂质的压缩空气供气动设备使用,将会产生极坏的影响。混在压缩空气中的油气在贮气灌中形成易燃物,甚至有的;同时,油分在高温汽化后形成有机酸,使金属设备腐蚀,影响设备。混合杂质沉积在管道和气动元件中,使通流面积减小,流通阻力增加,使整个系统工作不稳定。压缩空气中的水汽在一定压力和温度下会析出水滴,损坏气动设备和管道,使气路不畅。压缩空气中的灰尘对气动元件的运动部件产生研磨作用,造成磨损严重。由此可见,在气动系统中设置除水,除油,除尘和干燥等气源辅助装置是十分必要的。单作用气缸和双作用气缸单作用气缸是指只有一个方向的运动是气压传动,活塞的复位靠弹簧力或自重等其他外力;双作用气缸的往返运动全靠压缩空气来完成。-液阻尼缸气压传动的优点是节能高效,动作迅速灵敏,成本低,过载自动保护等,缺点是因为空具有可压缩性,不易速度控制和很高的定位精度,而传动可以实现准确的速度控制和定位精度。因此,气-液阻尼缸就是综合了气压传动和传动二者的优点。在气动原理图中,常用白三角表示气体介质,黑三角表示液体介质,以清楚地表明管道中的介质是气体还是液体。换向阀气压传动中最常用的换向阀是二位三通、二位五通和三位五通阀,实际它们等效于传动中的二位二通、二位四通和三位四通换向阀,从中也体现出油必须回收,气压传动不需要回收气体而直接排入大气。下图中,图4-1a是常用气动换向阀,图4-1b是常用基本油路图,4-1c是气压常用基本气路图。4-四、练习与思气压传动系统 组成后冷却器一般安装在空压机 油雾器一般应装 之后 尽量靠 气液阻尼缸是 结合而成 为能源 作控制调节气缸速度的介质。压力控制阀是利 和弹簧力相平衡的原理进行工作的气压传动能使气缸速度控制和很高的定位精度 由空气压缩机产生的压缩空气 不能直接用于气压系统 压缩空气具有润滑性能 一般在换向阀的排气口应安装 气动回路一般不设排气管道 第五 气动基本回一、基本内容方向控制回路。压力控制回路。速度控制回路。安全保护、延时等常用回路。二、学掌握气动基本回路的工作原理及应用。学会阅读气动系统图。三、学习指导气动系统是由基本回路所组成,熟悉和掌握气动基本回路是分析和设计气动系统的必要基础压力控制回路次压力控制回路是直接控制贮气灌二次压力控制回路是利用空气过滤器、减压阀、油雾器气动三大件成 对贮气灌提供的气体进一步减压和稳压 使气动系统获得的压力更加稳定速度控制回路气动系统所使用的功率一般都不大,所以速度调节的方法主要是节流调速。与传动系统相仿,也有进口、出口节流调速之分。在气动系统中常被称为供气节流调速和排气节流调供气节流调速和排气节流调速一般适用于负载变化不大的场合。在负载突然增大时,由于气体的可压缩性,将迫使缸内的气体压缩,使活塞的运动速度减慢;反之,当负载减小时,缸内原来被压缩的气体将膨胀,使活塞运动速度加快,称为气缸的“自走”现象。因此,在要求气缸具有准确而平稳的运动速度时,可以采用气液相结合的调速方式。四、典型题解例 请将图5.1a的气控换向阀的控制气路补全气控换向阀具有控制安全、灵敏、方便的特点, 控制气路一般用虚线来表示。控制气路可以引自于主气路, 如图5.1b所示。例 请设计延时接通回路和延时切断回路 并说明如何调整延时的时间图5.2a为延时接通回路 当A信号有气压后 气流经换向阀到节流阀 先给气容充压充压到一定值后 才使主换向阀换向 F端才会有气流输出图5.2b为延时切断回路 当A信号有气压后 气流经换向阀到节流阀 先给气容充压充压到一定值后 才使主换向阀换向 F端的气流即被切断调整节流阀开口大小, 即可调整气容的充压时间, 开口越小则充压时间越长, 延时时间长; 开口增大则充压时间缩短, 延时时间短。注意 单向阀是必需的 否则气容不能迅速排气 不利于迅速开始下一个延时动作第六 传动实验实验一系统的压力形成实验一、实验目的了解系统的工作压力与外加负载之间的关系, 理解系统的压力取决于外负载, 而且首先取决于轻负载。二、实验内容单缸实验选取实验装置中的一个缸作为研究对象, 在其下面加砝码作为外负载, 若加不同个数的砝码, 就可有级的改变负载值, 这样, 就可研究外负载的变化对工作压力的影响。多缸并联实验实验装置中采用三个缸并联油路 对三个缸加不同的砝码 然后开车进行观察发现轻载缸先行直到活塞撞击 止运动时, 重载缸才开始运行。这是因为系统的压力取决于外负载, 而且首先取决于轻负载。三、实验装置系统原理图(见图6.1四、实验步骤实验油温应控制在20℃～40℃之间。如果超出实验温度范围时,应相应开动冷却器或加热26,使之符合实验要求先将调速阀5、6关死,并将溢流阀4手柄放松,然后开车,逐渐关小溢流阀4使压力p1的读数为1.5MPa,再慢慢打开调速阀6,同时将节流阀8、910均开至最大,都不加砝码,使三个缸活塞往返空运行3～5次,以排除系统内的空气。单缸实验不同个数的砝码,通过换向7使活塞上行,先观察清楚各有关压力表p1p6p8读数的变化情况,再分别记下各自的压力值。多缸并联实验图 系统中工作压力形成原理实验系统原理注意观察三个缸的运动顺序和各缸的运动速度快慢, 并记录活塞在运动开始时、运动过程中和运动停止时的工作压力p8、p9和p10。五、实验数据记单缸实验实验条件 采 号缸一块砝码的重量 油缸下腔有效面积 砝码个数砝码重量/泵的出口压力p1/油缸工作腔压力p/油缸回油腔压力p6/F/12345

多缸并联实验 活塞运动(活塞运动(泵的出口p1/油缸工作腔压力p6MPa1234六、思考题当外负载为零时, 为何缸工作腔的压力不为零?此时如何理解“压力取决于负载”这句话的含义?活塞在运动开始、运动中和运动停止时, 压力表的读数为何不同降至某一稳定值不变,停止时变为系统调定压力)本实验装置的多缸并联系统中负载不同时 为何出现前后顺序动作实验二不同孔径的液阻实验一、实验目的通过本实验定量地确定通过小孔的流量与小孔前后压差之间的关系, 并计算出与液阻特性有关的指数m值, 深入理解孔口液流的液阻特性。二、实验内容及原qv=m是与小孔结构有关的指数 薄壁小孔时 m=细长孔时: m=1;短孔时