液压与气压传动绪论与第一章液压传动基础

《液压传动》课程的学习安排

本课程共32学时，讲课24学时，实验6学时，(3次实验)；先修课：高等数学——物理——理论力学——

材料力学——工程流体力学——液压传动1、学时安排2、课程的相关联系后续课：专业课程。第一页，共71页。第二页，共71页。第三页，共71页。第四页，共71页。第五页，共71页。第六页，共71页。第七页，共71页。第八页，共71页。第九页，共71页。第十页，共71页。第十一页，共71页。第十二页，共71页。第十三页，共71页。第十四页，共71页。第十五页，共71页。第十六页，共71页。四柱液压机第十七页，共71页。全自动粉末成型液压机第十八页，共71页。马桶盖液压机第十九页，共71页。汽车纵横梁液压机第二十页，共71页。第二十一页，共71页。第二十二页，共71页。液压破碎机第二十三页，共71页。液压铲车第二十四页，共71页。4、课程的学习要求通过本课程的学习1）掌握液压传动的基本理论，基本原理；2）能运用液压技术的基本理论解决工程实际中的问题；3）熟悉液压元件的性能及结构，正确选择液压元件；4）能读懂液压系统设计图；5）能进行简单的液压系统设计；第二十五页，共71页。5、液压传动课程的特点液压元件动力元件执行元件控制元件辅助元件液压基本回路压力控制回路速度控制回路方向控制回路顺序动作回路液压系统设计第二十六页，共71页。6、本课程学习的有关注意事项：1）作业根据要求抄题，画图，写出计算公式，具体计算步骤和结果；2）作业须按时交，课程结束时没完成作业者，不能参加课程结业考试；3）按照规定的时间、地点上好实验课；实验课前须预习实验指导书，实验后按规定的时间交实验报告；4）平时作业和实验报告一起计算平时成绩，占期末总评的20%；第二十七页，共71页。第一章液压流体力学基础第二章液压泵与液压马达第三章液压缸第四章液压控制阀第五章液压基本回路绪论液压传动第二十八页，共71页。第二节液压传动的工作原理第三节液压传动系统的组成及图形符号第四节液压传动的优缺点第一节液压传动发展概况绪论第二十九页，共71页。1、液压传动图形符号；2、液压系统压力的形成；3、液压系统压力的计算。本章重点1、液压传动和液压传动系统的定义和组成；2、液压传动图形符号以及液压传动的优缺点；3、液压系统的压力的形成和计算。本章难点第三十页，共71页。§1

液压传动发展概况

液压传动是基于以密封容器中流体的静压力传递力和功率这一原理来实现的。*

1795年英国的约瑟夫·布拉默用这个原理建造了世界上第一台水压机，使液压技术进入工程领域。*1650年被帕斯卡(Pascal)发现该原理。*

19世纪末，德国及美国分别把液压技应用于龙门刨及六角车床、磨床等。*

1905年詹尼(Janney)设计了一台带轴向柱塞机械、以油为工作介质的液压传动装置，并于1906年用于弗吉尼亚号战舰塔仰俯装置上，从此液压技术得到发展。第三十一页，共71页。

*以油作为工作介质的径向柱塞泵先后由海勒·肖(HeleShaw)及汉斯·托马(HansThoma)于1910年及1922年研制成功，又于1930年研制出斜轴式轴向柱塞泵。

*哈里威克斯(HarryVickers)于1936年提出了包括先导式溢流阀在内的液压控制元件。

*第二次世界大战期间，由于军事工业迫切需要反映快、动作准、功率大的液压传动装置及伺服机构，以装备各种飞机、坦克、大炮和军舰，使各种高压元件获得了近一步发展，同时出现了伺服阀。第三十二页，共71页。美国麻萨理工学院的布莱克本(Blackburn)，李诗颖等人于1958年造出了喷嘴档板型电液伺服阀，由于伺服阀的造价高、抗污染能力差，后来又发展比例阀和比例泵。

我国的液压工业始于20世纪50年代，其产品最初应用于机床和锻压设备，后来才用到其他机械设备上。自1964年从国外引进一些液压元件生产技术后，就进行自行设计和研制，初步形成从低压到高压的液压元件系列，并在各种机械设备上得到广泛的应用。第三十三页，共71页。行业名称

应用场所举例

工程机械挖掘机、装载机、推土机、压路机、铲运机等起重运输机械汽车吊、港口龙门吊、叉车、装卸机械、皮带运输机等矿山机械凿岩机、开掘机、开采机、破碎机、提升机、液压支架等建筑机械打桩机、液压千斤顶、平地机等农业机械联合收割机、拖拉机、农具悬挂系统等第三十四页，共71页。行业名称

应用场所举例

冶金机械电炉炉顶及电极升降机、轧钢机、压力机等轻工机械打包机、注塑机、校直机、橡胶硫化机、造纸机等汽车工业自卸式汽车、平板车、高空作业车、汽车中的转向器、减振器等智能机械折臂式小汽车装卸器、数字式体育锻炼机、模拟驾驶舱、机器人等机床工业磨床、车床、龙门刨床、牛头刨床及铣床等金属切削机床，压力机、剪床、折弯机、滚板机等各种锻压机床等第三十五页，共71页。在航空、航天、化工和国防工业中，有飞船、火箭、导弹的各类液压(气压)控制装置，有原料运输、有害液体灌装、炸药包装、石油钻采等气压动力控制装置与设备，有陆、海、空三军武器装备中的液压自动控制、调节和自动瞄准定位系统。第三十六页，共71页。

我国的液压技术经历了一个起始、成熟与发展的过程，但从整体上说还落后与世界的先进水平，国产元件以至整机在性能、可靠性、使用寿命和制造技术等方面也存在着不少问题，这与我国的国民经济与科学技术的总体水平、生产管理水平以及人员的素质都有着密切的关系。因此应加速对先进技术和产品的有计划引进和消化、吸收,加速人才素质的培养和整个科学事业的发展，规范日常的生产管理和技术监督，使我国的科学技术在各领域赶上世界先进水平。第三十七页，共71页。目前，液压技术正在继续向以下几个方向发展：1、节能

近年来，由于能源紧缺，各国都把液压传动的节能问题作为液压技术发展的重要课题。2、液压与微电子、计算机技术结合

随着微电子、计算机技术的发展，出现了各种数字阀和数字泵，并出现了把单片机直接安装在液压元件上的具有位置或力反馈的闭环控制液压元件及装置，有些装置只用一条通讯线就能控制16个执行元件。计算机辅助设计、辅助绘图、辅助工艺及辅助制造等技术，在国内液压工业中也开始进入实用阶段。第三十八页，共71页。3、提高液压传动的可靠性

由于有限元法在液压元件设计中的应用，可靠性试验、研究工作的广泛开展以及新材料、新工艺的发展等，使液压元件的寿命逐年得到提高，同时使液压系统的可靠性得到提高。4、高度集成化

叠加阀、集成块、插装阀以及把各种控制阀集成于液压泵及液压执行器上的组合元件的出现，还有些把单片机集成在其控制机构

上，达到了集机、电、液于一体的高度集成化。第三十九页，共71页。§2

液压传动的工作原理

杠杆小活塞大活塞液压缸液压缸钢球钢球重物油箱放油阀图1–1

液压千斤顶的工作原理第四十页，共71页。

图1-1为液压千斤顶的原理示意图，用它可说明液压传动的工作原理。图中大小两个液压缸6和3的分别装有活塞7和2，活塞和缸体之间保持一种良好的配合关系，不仅活塞能在缸内滑动，而且配合面之间又能实现可靠的密封。当用手向上提起杠杆1时，小活塞2就被带动上升，于是小液压缸3的下腔密封容积增大，腔内压力下降，形成部分真空，这时钢球5将所在的通路关闭，油箱10中的油液就在大气压力的作用下推开钢球4沿吸油孔道进入小缸的下腔，完成一次吸油动作。第四十一页，共71页。接着，压下杠杆1，小活塞下移，小缸下腔的密封容积减小，腔内压力升高，这时钢球4自动关闭了油液流回油箱的通路，小缸下腔的压力油就推开钢球5挤入大缸6的下腔，推动大活塞将重物8(重力为G)向上顶起一段距离。如此反复地提压杠杆1，就可以使重物不断升起，达到起重的目的。若将放油阀9旋转90º，则在物体8的自重作用下，缸中的油液流回油箱，活塞下降到原位。

第四十二页，共71页。

由此可见，液压千斤顶是简单的液压传动装置。分析液压千斤顶的工作过程，可知液压传动是依靠液体在密封容积变化中的压力能实现运动和动力传递的。

液压传动装置本质上是一种能量转换装置，它先将机械能转换为便于输送的液压能，后又将液压能转换为机械能做功。第四十三页，共71页。§3

液压传动系统的组成及图形符号1—油箱2—过滤器3—液压泵4—溢流阀5—节流阀6—换向阀7—液压缸8—工作台图1-2机床工作台液压传动系统第四十四页，共71页。

在图1—2a)中，液压泵3由电动机(图中未标出)带动旋转，从油箱1中吸油。油液经过滤器2过滤后流往液压泵，经泵向系统输送。来自液压泵的压力油流经节流阀5和换向阀6进入液压缸7的左腔，推动活塞连同工作台8向右移动。这时，液压缸右腔的油通过换向阀经回油管排回油箱。

如果将换向阀手柄扳到左边位置，使换向阀处于在图1—2b)所示的状态，压力油经换向阀进入液压缸的右腔，推动活塞连同工作台向左移动。液压缸左腔的油经换向阀和回油管排回油箱。第四十五页，共71页。

工作台的移动速度是通过节流阀来调节的。节流阀开口较大，进入液压缸的流量较大，工作台的移动速度也较快；反之，节流阀开口较小时，工作台的移动速度也较慢。

工作台移动时必须克服阻力，例如克服切削力和相对运动表面的摩擦力等。为适应克服不同大小阻力的需要，液压泵输出油液的压力的大小由溢流阀4来实现，调节溢流阀弹簧的预压力就能调整泵出口的油液压力，并让多余的油在相应压力下打开溢流阀，经回油管流回油箱。第四十六页，共71页。第四十七页，共71页。第四十八页，共71页。第四十九页，共71页。液压传动系统由以下五个部分组成：

动力元件即液压泵，它将原动机输入的机械能转换为流体介质的压力能，其作用是为液压系统提供压力油，是系统的动力源。

执行元件是指液压缸或液压马达，它是将液压能转换为机械能的装置，其作用是在压力油的推动下输出力和速度(或力矩和转速)，以驱动工作部件。1、动力元件2、执行元件第五十页，共71页。

控制元件包括各种控制阀类，如上例中的溢流阀、节流阀、换向阀等。这类元件的作用是用以控制液压系统中油液的压力、流量和流动方向，以保证执行元件完成预期的工作。

辅助元件包括油箱、油管、过滤器以及各种指示器和控制仪表等。它们的作用是提供必要的条件使系统得以正常工作和便于监测控制。3、控制元件4、辅助元件第五十一页，共71页。

工作介质即传动液体，通常称液压油，液压系统就是通过工作介质实现运动和动力传递的。5、工作介质液压动力源液压控制元件液压辅助元件液压执行元件力速度行程第五十二页，共71页。

在图1—2a)中，组成液压系统的各个元件是用半结构式图形画出来的，这种图形直观性强，较易理解，但难于绘制，在工作实际中，除某些特殊情况外，一般都用简单的图形符号来绘制液压系统原理图，如图1—2c)所示。第五十三页，共71页。

对于图1—2a)所示的液压系统，若用国标GB786.1—93规定的液压图形符号绘制，为图1—2c)所示。注意：图中的符号只表示元件的功能，不表示：

1）元件的具体结构和参数；

2）工作状态的转化过程；

3）元件在机器中的位置；

使用这些图形符号，可使液压系统图简单明了，便于绘制。GB786.1—93液压图形符号见本书附录B。第五十四页，共71页。§4

液压传动的优缺点

液压传动与电气、机械等其他传动方式比较，有如下优点：

1、液压传动可在运行过程中方便地实现大范围的无级调速，调速范围大，可达2000∶1

2、液压传动装置的重量轻、结构紧凑、惯性小，其体积和重量只有同等功率电动机的12%左右，这是由于液压系统中的压力可比电枢磁场中单位面积上的磁力大30～40倍。

一、液压传动的优点：第五十五页，共71页。3、液压传动易实现快速启动、制动及频繁换向，每分钟换向次数可达500(左右摆动)、1000(往复移动)，工作平稳，换向冲击小。4、便于实现过载保护(即只要用一安全阀便可实现过载保护)，而且工作油液能使传动零件实现自润滑，故使用寿命较长。

5、操作简单，便于实现自动化(即借助各种阀实现自动控制)，若用电、液联合控制，还可实现遥控。6、液压元件易实现标准化、系列化和通用化，便于设计、制造和扩大应用。第五十六页，共71页。二、液压传动的缺点：

1、漏

由于作为传动介质的液体是在一定的压力下，有时是在较高的压力下工作的，因此在有相对运动的表面间不可避免地要产生泄漏。同时，由于油液并不是绝对不可压缩的，油管等也可产生弹性变形，所以液压传动不宜用在传动比要求较严格的场合，即液压传动中的泄漏和液体的可压缩性使传动无法保证严格的传动比。2、振

液压传动中的“液压冲击和空穴现象”会产生很大的振动和噪声。近年来，各国都在研制低噪声的液压泵等以降低液压系统的噪声。

第五十七页，共71页。3、热

在能量转换和传动过程中，由于存在机械摩擦、压力损失、泄漏损失，因而易使油液发热，总效率降低，故液压传动不宜用于远距离传动。另外，液压油的粘度随油温而变，这会引起液压执行元件的运动特性的变化，故不宜在很高和很低的温度条件下工作。

4、液压元件中的小孔，缝隙容易堵塞，因此必须特别注意油液的过滤。5、液压系统出现故障时不宜追查原因，不宜迅速排除。第五十八页，共71页。3、液压传动与其他传动相比有哪些优缺点？思考题1、何谓液压传动，何谓液压系统？2、液压系统由哪几部分组成，各部分作用是什么？第五十九页，共71页。第一章液压流体力学基础§1-1—§1-6(p6-32)《工程流体力学》已讲(略)§1—7液压系统压力的形成及计算方法

一、液压系统压力(油压)的形成:1、系统中压力的大小决定于负载RΣ=Rω+

RfRωvA1pppjA2第六十页，共71页。Rf——活塞运动时与缸体的摩擦阻力。式中：RΣ——作用在活塞上的总机械载荷；Rω——为活塞上所受的负载阻力(包括摩擦力)；

压力形成过程：由于泵的排油腔，油缸的左腔以及连接它们的管道形成密封容积，泵排油→Rω阻止容积增加→油压增大pj↑→当满足pjA1=

RΣ时，活塞克服机械负载向右运动→容积增大，容纳泵输出的油液→压力保持不变。

第六十一页，共71页。可见,欲推动活塞运动，RΣ↑→pj↑,

RΣ↓→Pj↓即:液压泵不断泵油，当油的压力

,活塞运动。(一般Rf≈0)∴液压系统压力大小决定负载。RωvA1pppjA2第六十二页，共71页。2、负载并联时,压力大小决定于其中最小的负载

1）溢流阀的工作情况①

溢流阀的工作压力py是可以调整的，

通过改变弹簧预压力调整。②

当油压pp<py时,溢流阀关闭,(负载并联如图)当油压pp≥py时,

溢流阀开启。RωvA1pppjA2py第六十三页，共71页。2）并联负载时的压力情况

①当调整py<

时,泵的压力pp没有升到以前,

pp=py,溢流阀开启；

泵输出油液经溢流阀流回油箱，→油压不能升高，→活塞不能工作。