液压与气压传动 课件 第11-13章 典型液压系统、液压系统的设计与计算、气压传动

第11章典型液压系统液压与气压传动本章学习主要内容液压系统的分析步骤和方法进一步理解元件和回路的功用和原理增强对各种元件和基本回路综合应用的理性认识了解和掌握分析液压系统的方法、工作原理液压系统分析的目的液压系统定义由若干液压元件组成（包括：能源装置、控制元件、执行元件等）与管路组合起来，并能完成一定动作的整体。也是由能完成一定动作的各个液压基本回路组合起来。1.了解设备的功能、工作循环及其工况对液压系统提出的要求2.根据设备对系统的要求，以执行元件为中心将整个系统分解为若干子系统3.研究各子系统中所有液压元件及它们之间的联系，理解各个液压元件的类型、原理、性能以及在系统中的作用。4.根据对执行元件的动作要求，参照电磁铁动作顺序表，逐步分析各子系统的换向回路、调速回路、压力控制回路等。5.根据设备对各执行元件间互锁、同步、顺序动作和防干扰等要求，分析各子系统的联系6.归纳总结整个系统的特点11.1液压系统的分析方法11.2组合机床动力滑台液压系统11.2.1概述

一种高效专用机床，由具有一定功能的通用部件和一部分专用部件组成，加工范围广，自动化程度高。可完成钻、扩、铰、铣、镗、刮端、倒角、攻丝等加工工序。动力滑台

*液压——速度换接平稳，工进稳定，功率利用合理，效率高，发热少的特点。

动力滑台是组合机床中用来实现进给运动的一种通用部件，安装着各种旋转刀具。1-床身；2-动力滑台；3-动力头；4-主轴；5-刀具；6-工件；7-夹具；8-工作台；9-底座；10-调速阀；11-液压缸不同的加工要求，动作循环不同能在各种负载下正常工作，特别是最小进给速度稳定；1.变量叶片泵5.电液换向阀换向9.行程阀8.两位两通电磁阀6、7.调速阀2.背压阀3.外控外泄顺序阀17.压力继电器11.2.2YT4543型动力滑台液压系统工作原理1.快进差动增速行程阀9右位1DT通电2DT断电3DT断电一、动作分析2.一工进行程阀9左位1DT通电2DT断电3DT断电解除差动调速阀6调节1工进速度3.二工进行程阀9左位1DT通电2DT断电3DT通电调速阀7调节2工进速度4.固定挡铁停留行程阀9左位1DT通电2DT断电3DT通电压力继电器动作5.快退行程阀9左位1DT断电2DT通电3DT通或断6.原位停止行程阀9回位1DT断电2DT通电3DT断电二、电磁铁动作表电磁铁通电“+”，断电“—”1DT2DT3DTYJ行程阀快进+---导通一工进+---切断二工进+-+-切断死挡铁停留+-++切断快退-++--断—通原位停止----导通

三、元件作用1.液压泵——限压式变量叶片泵2.液压缸14——杆固定，缸体运动的差动液压缸3.单向阀

单向阀11—保护泵，防止系统压力冲击影响泵的正常工作;

给电液换向阀提供控制油。

单向阀10—实现快退回油

单向阀12—实现快慢速高低压油路隔开

4.换向阀3位5通电液换向阀（4，5）—实现缸换向和差连快进2位2通行程换向阀（9）

—实现快慢速换接2位2通电磁换向阀（8）

—实现二次进给换接5.压力阀压力继电器17——实现进退变换外控外卸顺序阀3——实现快慢速变换溢流阀2——作背压阀用，使工进速度较平稳6.流量阀——调速阀调速阀6——一工进调速调速阀7——二工进调速7.其它滤油器——滤去油中杂质，保证油液清洁。油箱

——储存油液，逸出空气，沉淀杂质，散发热量。油管

——传送工作液体。管接头——连接油管与油管或元件的连接件。

四、基本回路组成1）容积节流调速回路——限压式变量叶片泵+调速阀2）差动连接增速回路3）快慢速换接回路——行程阀+调速阀+顺序阀4）串联调速阀的二次进给回路5）电液换向阀的换向回路1.调速回路：采用容积节流调速回路，

速度稳定及刚性好。无溢流损失，效率高。回油路上加背压阀，滑台运动平稳，可以承受一定的负值负载。2.快速进给回路：变量泵和差动增速实现动力滑台快进,功率利用合理。3.快速进给与工进速度换接回路：采用行程阀、调速阀和顺序阀实现快进转工进的换接，动作可靠，换接平稳，位置准确。4.两种工进速度换接回路：采用布置灵活的电磁阀，以及两个调速阀串联来实现两种工进速度的换接，速度换接平稳。5.方向控制回路：采用换向时间可调的三位五通电液换向阀来切换主油路，提高了滑台的换向平稳性。6.卸荷回路：滑台停止运动时，M型中位机能使泵在低压下卸荷，五通结构又使滑台在后退时没有背压，减小了能量损失。

11.2.3系统特点11.3.1汽车起重机液压系统概述汽车起重机就是将起重机安装到汽车底盘上的一种可移动的起重设备。要求能在冲击、振动、温差变化大和环境较差的条件下工作。最大起重量在起重高度为3m时达到80kN，最大起重高度11.5m，吊装最大高度6m，起重装置可连续回转。11.3汽车起重机液压系统1-载重汽车2-回转机构3-支腿4-吊臂变幅缸5-吊臂伸缩缸6-起升机构7-基本臂组成部分汽车起重机分上车和下车两大部分，上车：起升机构、变幅机构、伸缩机构和回转机构下车：汽车底盘和支腿机构液压系统组成支腿收放转台回转吊臂伸缩吊臂变幅吊重起升上车部分下车部分1.支腿收放回路前支腿收放回路前支腿放下：进油路:液压泵→换向阀A左位→液压锁4→两个前支腿缸无杆腔；前支腿放下。回油路:两个前支腿缸有杆腔→液压锁4→换向阀A右位→换向阀B、C、D、E、F的中位→旋转接头→油箱。11.3.2液压系统工作原理2.回转机构回路控制马达正转进油路：液压泵→换向阀A中位→换向阀B中位→换向阀C右位→回转液压马达（正转）。回油路：回转液压马达→换向阀C右位→换向阀D中位→换向阀E中位→换向阀F中位→油箱。3.吊臂伸缩回路吊臂缩回过程：进油路：液压泵→换向阀A中位→换向阀B中位→换向阀C中位→换向阀D左位→伸缩液压缸无杆腔回油路：伸缩液压缸有杆腔→单向顺序阀5→换向阀D左位→换向阀E中位→换向阀F中位→油箱。4.吊臂变幅回路减幅时，油液经液压缸无杆腔流入单向顺序阀5至左位换向阀E，再经中位换向阀F回油箱。进行增幅时，换向阀D工作置于右位。5.吊重起升回路起升：将换向阀F切换至右位时，起升液压马达正传，重物起升。重物下落：回油路时，使换向阀F左位，使起升液压马达反转，重物下降。外控顺序阀在重物下落过程起到平衡和限速作用。11.3.3液压系统特点1.调速特性：采用了手动换向阀串联组合，灵活方便地控制各机构换向动作，并通过手柄操纵来控制流量，以实现节流调速。在工作中，将其此节流调速方法与控制发动机转速的方法相结合，可以实现各工作部件的微速动作。另外在空载或轻载吊重作业时，可以实现各机构任意组合并同时动作，以提高生产率。相比于电液比例多路换向阀，成本低，调整灵活。但劳动强度大。3.平衡回路：系统设置了外控单向顺序阀的平衡回路，防止因重物下降以及吊臂收缩和变幅缸缩回时的负值负载而造成超速下降的危险。11.3.3液压系统特点2.卸荷回路：采用M型中位机能的三位四通手动换向阀，各换向阀都处于中位时，能使系统卸荷，减少功率损失。4.制动回路和锁紧回路带制动液压缸的制动回路和采用液压锁的锁紧回路，保证了起重机操作完全、工作可靠、运行平稳。11.4三块双层升降舞台液压系统11.4.1概述1-上层台；2-下层台3-液压缸三块双层升降舞台是大型剧院的现代化机械设备，它利用各块、各层之间的单动、联动和同步运动构成各种不同高度的台阶。为避免各块之间的相互干扰，该舞台采用了三套完全相同的独立液压系统驱动，每一套液压系统控制一块升降台动作，而三块之间的协调动作，则由计算机进行实时控制。11.4三块双层升降舞台液压系统11.4.1概述1-上层台；2-下层台3-液压缸每块升降舞台长6m，宽2m，分为上、下两层。上层台升高后，上下层之间的空间可用来表演。下层台采用双面剪叉式结构，由一个液压缸驱动，实现下层台的水平升降。上层台采用双缸直顶结构，可给出必要的表演空间。两缸同步驱动，实现上层台的水平升降。三块上层台和下层台应具有各自独立的升降运动，可以在任意位置停留，所以下层台是具有多种组合功能的升降台。11.4.2三块双层升降舞台液压系统工作原理1-定量泵

2、11-单向阀3-过滤器

4-电磁溢流阀5-减压阀6、7、8、9-电磁换向阀10-分流集流阀12-比例调速阀13、14-液控单向阀15-下层台驱动液压缸16-上层台驱动液压缸17-上层台锁紧液压缸18-下层台锁紧液压缸动作仿真1.上层台上升系统启动5YA通电16号二位四通换向阀处于右位，油液经液压泵流出

1号单向阀

5号减压阀

二位四通换向阀

无杆腔活塞伸出，触动开关

3YA通电，三位四通换向阀处于左位，油液经调速阀组成的液桥

通过13、14号单向阀到达无杆腔，活塞推出，上升台上升。1YA2YA3YA4YA5YA6YA7YA--+-

+--2上层台下降液压系统收到指令后，5YA断电电16号二位四通换向阀处于左位，油液经液压泵流出

1号单向阀

5号单向阀

二位四通换向阀处于左位

回油夹紧缸松开

4YA通电，三位四通换向阀处于右位，油液经调速阀组成的液桥到达有杆腔，活塞退回。上层台下降。1YA2YA3YA4YA5YA6YA7YA---+---3下层台上升液压系统收到指令后，17号2位四通电磁换向阀6YA通电，处于右位工作，油液经液压泵流出

1号单向阀

5号减压阀

二位四通换向阀

下层夹紧液压缸无杆腔活塞伸出，触动下层台开关

1YA通电，6号三位四通换向阀处于左位，油液经调速阀组成的液桥到达下层台液压缸的无杆腔，活塞伸出，下层台上升。1YA2YA3YA4YA5YA6YA7YA+---

-+-4.下层台下降液压系统收到指令后，8号二位四通电磁换向阀6YA断电，处于左位工作。油液经液压泵流出

1号单向阀

5号减压阀

二位四通换向阀处于左位

下层台夹紧缸松开

2YA通电，6号三位四通换向阀处于右位，油液经调速阀组成的液桥通过9液控单向阀到达下层台有杆腔，活塞收回，下层台下降。1YA2YA3YA4YA5YA6YA7YA-+--

---5.液压泵卸载4电磁溢流阀7YA通电。油液经液压泵出来后再经电磁溢流阀直接回油箱。1YA2YA3YA4YA5YA6YA7YA----

--+一块双层升降舞台电液比例同步控制系统电磁铁动作顺序表工况1YA2YA3YA4YA5YA6YA7YA下层台升+

+

下层台降

+

+

上层台升

+

+

上层台降

+

+

液压泵卸荷

+停止

控制系统的原理方框图1.该三块双层升降舞台的液压系统采用定量泵供油，通过恰当选择液压缸的工作面积，实现上、下层台的平均速度一致；采用电液比例控制和计算机控制技术，同步运动平稳，同步误差小。2.采用单向阀与电液比例调速阀组成的液桥控制下层台液压缸的升降速度，用以消除正负负载变化对倾斜液压缸运动速度的影响，并保证液压缸的升降速度相同；采用分流集流阀控制上层台双缸的同步运动。3.利用双液控单向阀和液压控制机械锁紧机构实现各台面的严格定位。4.由于采用定量泵供油和调速阀节流调速方式，所以系统效率较低。若改为变量泵油源，则可改善此种情况。11.4.3三块双层升降舞台电液比例同步控制系统特点第12章液压系统的设计与计算液压与气压传动负载分析确定主要参数拟定液压系统原理图选定液压元件验算液压系统性能是否满足要求结构设计，绘制正式工作图，编制技术文件，提出电气系统设计要求否是12.1液压系统的设计步骤(1)明确对液压系统的要求，确定执行元件；(2)分析液压系统工况，确定液压系统的主要参数；(3)方案设计，初拟液压系统原理图；(4)计算和选择液压元件；(5)验算液压系统的性能；（6）液压装置的结构设计(7)绘制正式系统工作图，编制技术文件，提出电气系统设计要求。要求：系统的设计除应满足主机要求的功能和性能外，还必须符合质量轻、体积小、成本低、效率高、结构简单、使用维护方便等一般要求及工作可靠这一特别重要的要求。出发点：可以是充分发挥其组成元件的工作性能，也可以是着重追求其工作状态的绝对可靠。前者着眼于效能，后者着眼于安全；实际的设计工作则常常是这两观点不同程度的组合，视具体要求不同而有所侧重。

液压传动系统的设计与主机的设计紧密联系，两者往往同时进行，相互协调。

液压传动系统的设计迄今仍没有一个公认的统一步骤，常常随着系统的繁简、借鉴的多寡、设计人员经验的不同而在具体做法上有所差异。

12.1.1

明确液压系统设计要求1.主机的基本情况：如主机的用途、工艺流程、作业环境和主要技术参数；主机的总体布局和对液压系统在空间尺寸上的限制。2.液压系统动作的要求：如工作循环，运动方式(往复直线运动或旋转运动、同步、顺序或互锁等要求)，3.液压系统性能的要求：如自动化程度，调速范围，运动平稳性，负载状况，工作行程，控制参量和精度等；4.工作环境和工作条件：如温度、湿度、污染、腐蚀及易燃等情况；5.其他要求：如安全性、可靠性和经济性等。12.1.2

执行元件的工况分析和主要参数的确定（1）动力参数分析

负载分析：工作负载、惯性负载、摩擦负载和背压负载等；（2）运动参数分析

运动（位移、速度）分析：运动速度（快）、工进速度等；

1.工况分析2、确定液压系统的主要参数

按负载选取执行元件工作压力负载F/kN<55～1010～2020～3030～50>50工作压力p/MPa<0.8～11.5～22.5～33～44～55～7设备类型应用范围/MPa压力等级说明机床、压铸机、汽车<7低压低噪声、高可靠性系统农业机械、工矿车辆、注塑机、船用机械、搬运机械、工程机械、冶金机械7～21中压一般系统油压机、冶金机械、挖掘机、重型机械21～31.5高压空间有限、响应速度高、大功率下降低成本金刚石压机、耐压试验机、飞机、液压机具31.5>超高压追求大作用力、减轻重量各类设备常用的工作压力液压缸液压马达确定执行元件主要结构参数内容包括：执行元件形式的分析与选择油路循环方式的分析与选择油源类型的分析与选择液压回路的分析、选择与合并液压系统方案设计：根据主机的工作情况、主机对液压系统的技术要求、液压系统的工作条件和环境条件以及成本、经济性、供货情况等诸多因素，进行全面、综合的设计，从而拟定出一个各方面比较合理的、可实现的液压系统的方案。

12.1.3拟定液压系统原理方案1.确定液压执行元件：类型特点可选用或需设计柱塞缸单出杆结构简单，制造容易；靠自重或外力回程选用或自行设计双出杆结构简单，杆在两处有导向，可做得细长自行设计活塞缸双出杆两杆直径相等，往返速度和出力相同；两杆直径不等，往返速度和出力不同选用或自行设计单出杆一般连接，往返方向的速度和出力不同；差动连接，可以实现快进

选用，非产品型号缸自行设计复合增速缸

可获得多种出力和速度，结构紧凑，制造较难自行设计复合增压缸体积小，出力大，行程小

选用或自行设计多级液压缸

行程是缸长的数倍，节省安装空间

选用叶片式摆动缸

单叶片式转角<3600；双叶片式转角<1800。体积小，密封较难

选用类型特点可选用或需设计齿轮马达转速高，扭矩小，结构简单，价廉选用摆线齿轮马达

速度中等，扭矩范围宽，结构简单，价廉选用叶片马达

转速高，扭矩小，转动惯量小，动作灵敏，脉动小，噪声低

选用轴向柱塞马达

速度大，可变速，扭矩中等，低速平稳性好

选用内曲线径向马达

扭矩很大，转速低，低速平稳性很好

选用种类特点及应用无级调速容积调速手动变量泵－液压泵

系统简单，压力恒定，一般不能在工作中进行调节，效率高，适用于各种场合，应用最广

变量泵－定量马达

输出扭矩恒定，调速范围大，元件泄漏对速度刚性影响大，效率高，适用于大功率场合

定量泵－变量马达

输出功率恒定，调速范围小，元件泄漏对速度刚性影响大，效率高，适用于大功率场合变量泵－变量马达

输出特性综合了上面两种马达调速回路的特性，调速范围大，但结构复杂，价格贵，适用于大功率场合节流调速定量泵－进油节流调速

结构简单，价廉，调速范围大，效率中等，不能承受负值载荷，适用于中等功率场合定量泵－回油节流调速

结构简单，价廉，调速范围大，效率低，适用于低速小功率的场合定量泵－旁路节流调速

结构简单，价廉，调速范围小，效率高，不能承受负值载荷，适用于高速中等功率场合容积节流调速限压式变量泵－进油（回油）节流调速调速范围大，效率较高，价格较贵，适用于中、小功率场合，不宜长期在低速下工作。恒功率变量泵－液压缸

泵的输出流量随压力自动减小，适用于快慢速自动转换的场合和节能系统无级变速

恒压变量泵－液压缸

泵的压力达到设定值输出流量为零，自动防止系统过载2.选择液压基本回路12.1.4选择液压元件1.液压泵液压泵的最大工作压力必须等于或超过液压执行元件最大工作压力及进油路上总压力损失这两者之和。进油路总压力损失经验值系统结构情况总压力损失（MPa）一般节流调速及管路简单的系统0.2～0.5进油路有调速阀及管路复杂的系统0.5～1.5液压泵的主要性能和参数压力：液压泵的压力参数主要是工作压力和额定压力。压力分级低压中压中高压高压超高压p/(MPa)≤2.5＞2.5~8＞8~16＞16~32＞32流量和排量功率液压泵的输入功率Pi为：液压泵的输出功率Po为：

液压系统的输出功率Po1为：

液压系统的回路效率为：性能齿轮泵双作用叶片泵限压式变量叶片泵轴向柱塞泵径向柱塞泵工作压力（MPa）<206.3~21≤720~3510~20转速范围（r/min）500~2000500~4000500~2000600~4000700~1800流量脉动率大小中等中等中等自吸特性好较差较差较差差对油的污染敏感性不敏感敏感敏感敏感敏感噪声大小较大大大寿命较短较长较短长长单位功率造价最低中等较高高高常用液压泵的性能比较液压控制阀选择

(1)

按功能分类压力控制阀：溢流阀、减压阀、顺序阀、压力继电器。流量控制阀：节流阀、普通调速阀、溢流节流阀、分流集流阀。方向控制阀：单向阀、液控单向阀、换向阀。

(2)

按连接形式分类

管式（螺纹式）安装连接、片式连接、板式安装连接、叠加式安装连接、插装式安装连接、集成块式连接、法兰式安装连接

(3)

按阀芯结构（形式）分类

液压阀按阀芯形式可分为滑阀、锥阀、球阀和转阀等。

(4)

按操纵方式分类

液压阀按操纵方式可分为手动、机动、液动、气动和电动阀。(5)按输出参数可调节性分类

液压阀按按输出参数可调节性可分为开关（通断）控制阀和连续可调节阀。液压阀主要有两个参数，即额定压力和额定流量。还有一些和具体阀有关的量，如通过额定流量时的额定压力损失、最小稳定流量、开启压力等等。只要工作压力和流量不超过额定值，液压阀即可正常工作。目前对不同的阀也给出一些不同的数据，如最大工作压力、开启压力、允许背压、最大流量等等。同时给出若干条特性曲线，如压力－流量曲线、压力损失－流量曲线、进－出口压力曲线等，供使用者确定不同状态下的参数数据。液压阀的选型选择液压控制元件的主要依据和应考虑的问题液压控制元件主要依据应考虑的问题压力控制阀阀所在油路的最大工作压力和通过该阀的最大实际流量压力调节范围，流量变化范围，所要求的压力灵敏度和平稳性等流量控制阀流量调节范围，流量一压力特性，最小稳定流量，压力与温度的补偿要求，对工作介质清洁度的要求，阀进出口压差的大小以及阀的内泄漏大小等方向控制阀性能特点，换向频率，响应时间，阀口压力损失的大小以及阀的内泄漏大小等

溢流阀的选择

直动式溢流阀的响应快，一般宜作制动阀、安全阀用；先导式溢流阀的启闭特性好，宜作调压阀用。二级同心的先导式溢流阀的泄漏量比三级同心的要小，故在保压回路中常被选用。先导式溢流阀的最低调定压力一般只能在0.5~1MPa范围内。溢流阀的流量应按液压泵的最大流量选取，并应注意其允许的最小稳定流量，一般来说，最小稳定流量为额定流量的15%以上。

换向阀的选择

（1）按通过阀的流量来选择结构形式，一般来说，流量在190L/min以上时宜用插装阀；190L/min以下时可采用滑阀型换向阀。70L/min以下时可用电磁换向阀，否则需用电液换向阀。（2）按换向性能等来选择电磁铁类型直流湿式电磁铁寿命长，可靠性高，故应尽可能选用直流湿式电磁换向阀。在某些特殊场合，还要选用安全防爆型、耐压防爆型、无冲击型以及节能型等电磁铁。（3）按系统要求来选择滑阀机能单向阀及液控单向阀的选择

应选择开启压力小的单向阀；开启压力较大（0.3~0.5MPa）的单向阀可作背压阀用。外泄式液控单向阀与内泄式相比，其控制压力低，工作可靠，选用时可优先考虑。过滤器的选择

选择过滤器时，主要考虑过滤器的通流能力、过滤精度和承压能力。

吸油过滤器的通流能力，一般应为液压泵流量的两倍以上。

过滤器的过滤精度，主要取决于液压系统所用元件的类型、系统工作压力的高低以及过滤器的安装位置。

过滤器的承压能力与过滤器的结构形式、滤心材质等有关。

液压元件的过滤精度要求（单位：μm

）元件类型过滤精度元件类型过滤精度齿轮泵、齿轮马达叶片泵、叶片马达柱塞泵、柱塞马达液压缸溢流阀5030205010~15调速阀比例阀低增益伺服阀高增益伺服阀10~1510105液压系统压力对过滤精度要求（单位：μm）系统压力/MPa一般系统伺服系统<414~35>3521过滤精度20~5010~25<10<5安装部位对过滤精度要求（单位：μm）安装部位液压泵吸入口压力管路回油管路低压中低压中高压高压过滤精度80~12030~5020~4015~2510~1550~100液压接头及管道管接头是油管与油管、油管与液压元件之间的可拆式连接件，它应满足装拆方便、连接牢靠、密封可靠、外形尺寸小、通油能力大、压力损失小、加工工艺性好等要求。管接头主要有焊接式、卡套式、扩口式、扣压式等形式，每种形式的管接头中，按接头的通路数量和方向分为直通、直角、三通等类型；与机体的连接方式有螺纹连接、法兰连接等方式。此外，还有一些满足特殊用途的管接头。管接头及管道

油管按内径和壁厚选择：

v：吸油0.5~1.5m/s

压油1.5~5m/s

回油1.5~2.5m/s

管型按承压情况选择接头按管型选择液压接头图示为卡套式管接头结构。这种管接头主要包括具有24锥形孔的接头体4,带有尖锐内刃的卡套2,起压紧作用的压紧螺母3三个元件。旋紧螺母3时,卡套2被推进24°锥孔,并随之变形,使卡套与接头体内锥面形成球面接触密封:同时,卡套的内刃口嵌入油管I的外壁,在外壁上压出一个环形凹槽,从而起到可靠的密封作用。卡套式管接头具有结构简单。性能良好、质量轻、体积小、使用方便、不用焊接、钢管轴向尺寸要求不严等优点，且抗震性能耗，工作压力可达31.5MPa，是液压系统中理想的管路连接件。q为流量，v为管道中液体流速，A为管道截面确定油箱容量油箱在液压系统中起着重要作用。它不仅贮存供液压系统循环使用的油液，还有散热、释放混在油液中的气体、为液压元件的安装提供位置等功能。油箱体积大，散热快，但占地面积大；油箱体积小则油温较高。一般中、低压系统中油箱的容积可按经验公式计算。 按泵每分钟流量选择油箱容量： 一般V≥q泵a

a:低压系统—2~4

中压系统—5~7

高压系统—6~1212.1.5验算液压系统性能

验算液压系统性能的目的在于判断设计质量，或从几种方案中评选最佳设计方案。液压系统性能验算的项目很多，常见的有回路压力损失验算和发热温升验算。压力损失包括管道内的沿程损失和管路局部损失以及阀类元件处的局部损失。发热验算是用热平衡原理来对油液的温升值进行估计。液体流动时的压力损失

在液压传动系统中，绝大多数压力损失转变为热能，造成系统温度增高，泄漏增大，影响系统的工作性能。减小压力损失的措施：减小流速，缩短管道长度，减少管道截面突变，提高管道内壁的加工质量等。12.1.6液压装置的结构设计液压能源装置是液压系统的重要组成部分。通常有两种形式：一种是液压装置与主机分离的液压泵站；一种是液压装置与主机合为一体的液压泵组（包括单个液压泵）。1.液压装置的类型

上置式液压泵站：结构紧凑，占地小，被广泛应用于中、小功率液压系统中。非上置式液压泵站：液压泵组置于油箱液面以下，有效地改善了液压泵的吸入性能，且装置高度低，便于维修，适用于功率较大的液压系统。液压泵站的类型上置式液压泵站a）立式液压泵站1—电动机2—联轴器3—油箱4—液压泵b）卧式液压泵站1—油箱2—电动机3—液压泵整体式液压泵站a）旁置式b）下置式1—油箱2—电动机3—液压泵4—过滤器分离型（非上置式）：只有旁置式一种形式。泵组和油箱分离，单独安装在地基上。改善液压泵的吸入性能，便于维修，站地大。项目上置立式上置卧式非上置式振动较大小占地面积小较大清洗油箱较麻烦容易液压泵工作条件泵浸在油中，吸油条件好噪声低，泵的散热条件差，维修不方便一般好对液压泵安装的要求泵与电动机有同轴度要求1.泵与电动机有同轴度要求2.应考虑液压泵的吸油高度3.吸油管与泵的联接处密封要求严格1.泵与电动机有同轴度要求2.吸油管与泵的联接处密封要求严格应用中、小型液压泵站中、小型液压泵站较大型液压泵站上置式与非上置式液压泵站的比较液压泵站一般由液压泵组、油箱组件、过滤器组件、蓄能器组件和温控组件等组成。应根据系统的实际需要，经深入分析计算后加以选择、组合。（1）液压泵组由液压泵、原动机、联轴器、底座及管路附件等组成，输出所需压力和流量的工作介质。（2）油箱组件由油箱、面板、空气过滤器、液位显示器等组成，用以储存系统所需的工作介质，散发系统工作时产生的一部分热量，分离介质中的气体并沉淀污物。2.液压装置的结构

（3）过滤器组件是保持工作介质清洁度必备的辅件，可根据系统介质清洁度的不同要求，设置不同等级的粗过滤器、精过滤器。（4）蓄能器组件通常由蓄能器、控制装置、支承台架等部件组成。它可用于储存能量、吸收流量脉动、缓和压力冲击，故应按系统的需求而设置，并计算其合理的容量，然后选用之。（5）温控组件由传感器和温控仪组成。当液压系统自身的热平衡不能使工作介质处于合适的温度范围内时，应设置温控组件，以控制加热器和冷却器，使介质温度始终工作在设定的范围内。3.阀类元件配置形式(1)油路板式油路板又称阀板，是一块较厚的液压元件安装板，板式阀类元件由螺钉安装在阀板上，阀间油路由板内孔道形成。优点：结构紧凑、油管少、调节方便、故障少缺点：加工较困难、油路的压力损失大，目前应用很少3.阀类元件配置形式(2)集成块式集成块是一块通用化的六面体，四周除了一面装通向执行元件的管接头外，其余面均可安装阀类元件。元件之间的连接油路由块内孔道形成，一个系统可由多个集成块组成。优点：结构紧凑、油管少、可标准化，便于设计制造，应用最为广泛。集成块3.阀类元件配置形式(3)叠加阀式用叠加阀叠加构成各种液压回路和系统。叠加阀与一般管式、板式标准元件相比，其工作原理没有多大差别，但具体结构却不相同。它是自成系列的新型元件，每个叠加阀既起到控制阀的作用，又起到通道的作用。因此，叠加阀配置不需要另外的连接块，只需用长螺栓直接将各叠加阀叠装在底板上，即可组成所需的液压系统。优点：结构紧凑、油管少、质量轻、沿程压力损失小。1.绘制正式工作图包含液压系统原理图、液压系统装配图、液压缸等非标准元件装配图和零件图。(1)液压系统原理图中应附有液压元件明细表(表中标明元件规格、型号、压力、流量调整值)及执行元件工作循环图和电磁铁动作表。(2)液压系统装配图指系统安装施工图，含油箱安装图、液压泵装置图、集成油路装配图、管路安装图(应画出各油管走向、固定装置结构、管接头的形式和规格)。2．编制技术文档技术文档一般包含液压系统设计计算说明书、使用及维护说明书、零部件明细表、标准件、通用件及外购件总表等。此外，还应提出电气系统设计要求，供电气设计者使用。12.1.7绘制正式工作图和编制技木文档液压与气压传动第13章气压传动

气压传动简称气动，是以压缩空气为工作介质来传递动力和控制信号，以实现生产过程机械化、自动化的一门技术。气压传动的工作原理是利用是利用空气压缩机将电动机或其它原动机输出的机械能转变为空气的压力能，在控制元件的控制和辅助元件的配合下，通过执行元件把空气的压力能转变为机械能，从而完成直线或回转运动并对外作功。

13.1气压传动概述气源装置分水滤气器压力控制阀油雾器方向控制阀消声器流量控制阀气

缸13.1.1气压传动的工作原理及组成由气源装置、气动执行元件、气动控制元件、辅助元件和工作介质组成13.1.2气压传动的优缺点空气取之不尽，节省购买、贮存、运输的费用；用后空气排入大气，不必设回气管，不污染环境；空气在管内流动阻力小，压力损失小，便于输送；气动反应快，动作迅速，维护简单，管路不易堵塞；气动元件结构简单，易于制造、标准化、系列化、通用化；气动系统在恶劣工作环境中，安全可靠性优于液压等系统；气动系统可实现过载保护，可压缩性气体便于贮存能量；气动设备可以自动降温，长期运行也不会发生过热现象；1.气压传动的优点2.气压传动的缺点工作压力较低，输出功率较小；需要净化和润滑；气信号传递的速度比光、电控制慢，不宜用于高速传递的回路中；排气噪声大，需加消声器；空气的可压缩性，在载荷变化时动作稳定性差；气压传动效率较低。

气动系统要求压缩空气既具有一定压力和流量，并具有一定的净化程度。由空气压缩机产生的压缩空气，不但具有一定压力和流量，同时也含有一定的水分、油分和灰尘。要满足气动系统对空气质量的要求，必须对压缩空气进行降温、净化和稳压等一系列处理，才能供给控制元件及执行元件使用。

13.2气源装置及辅件气源系统一般由气压发生装置（空气压缩机）、压缩空气的净化处理及储存装置、传输压缩空气的管道系统和气动三联件四部分组成。13.2.1气源装置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8—加热器9—四通阀气源装置的组成和布置示意图1.气源装置的组成及布置空气压缩机将机械能转化为气压能，供气动机械使用。2.空气压缩机按工作原理分类：可分为容积式空压机和速度式空压机速度式空压机的工作原理是提高气体分子的运动速度以此增加气体的动能，然后将气体分子的动能转化为压力能以提高压缩空气的压力。容积式空压机的工作原理是压缩空压机中气体的体积，使单位体积内空气分子的密度增加以提高压缩空气的压力。按空压机输出压力大小分类低压空压机 0.2～1.0MPa中压空压机1.0～10MPa高压空压机10～100MPa超高压空压机＞100MPa按空压机输出流量(排量)分类微型＜1m3／min小型1～10m3／min中型10～100m3／min大型＞100m3／min

除油、除水、除尘，并使压缩空气干燥的提高压缩空气质量、进行气源净化处理的辅助设备。后冷却器油水分离器储气罐干燥器3.空气净化装置（1）后冷却器结构形式：列管式；蛇管式；套管式；散热片式作用：

将空气压缩机排出具有140℃～170℃的压缩空气降至40℃～50℃，压缩空气中的油雾和水气亦凝析出来。冷却方式有水冷和气冷式两种。

作用:

使水滴、油滴及其他杂质颗粒从压缩空气中分离出来。工作原理：

当压缩空气进入分离器后产生流向和速度的急剧变化，再依靠惯性作用，将密度比压缩空气大的油滴和水滴分离出来。（2）油水分离器（除油器）（3）储气罐作用：1）存储一定数量的压缩空气；2）消除压力波动，保证输出气流的连续性和稳定性；3）进一步分离压缩空气中的水分和油分。储气罐应有：安全阀（比工作压力高10%）、清理检查口、压力表及排污口。工作原理：

压缩空气干燥方法主要采用吸附、冷冻等方法。吸附式干燥器是利用具有吸附性能的吸附剂吸附空气中水蒸气的一种空气净化装置。作用:进一步除去压缩空气中含有的水分、油分、颗粒杂质等，使压缩空气干燥，用于对气源质量要求较高的气动装置、气动仪表等。（4）干燥器13.2.2气动三联件气动三联件是压缩空气质量的最后保证。空气过滤器（分水过滤器）：除去空气中的灰尘、杂质，并将空气中的水分分离出来。油雾器：特殊的注油装置。将润滑油喷射成雾状，随压缩空气流入需要的润滑部件，达到润滑的目的。减压阀：起减压和稳压作用。1.空气过滤器（分水过滤器）作用：除去空气中的灰尘、杂质，并将空气中的水分分离出来。结构：旋风叶子：带角度的缺口，使空气切线方向旋转；存水杯、挡水板：水滴、油滴、灰尘滤芯：微尘、雾状水汽手动放水阀图形符号：人工放水自动放水1—旋风叶子2—滤芯3—存水杯4—挡水板5—排水芯2.

减压阀

气动三大件中所用减压阀的作用是将较高的输入压力调整到低于输入压力的凋定压力输出，并能保持输出压力稳定，以保证气动系统或装置的工作压力稳定，不受输出空气流量变化和气源压力波动的影响。3.油雾器作用：润滑工作原理：压缩空气流过时，它将润滑油喷射成雾状，随压缩空气流入需要的润滑部件，达到润滑的目的。(a)不工作时(b)工作进气时(c)刚开始工作时

不停气加油时空气单向阀的状态图形符号气动三大件的安装连接次序：空气过滤器（分水过滤器）、减压阀、油雾器。多数情况下，三件组合使用，也可以少于三件，只用一件或两件。无管连接时称为气动三联件。4.气动三大件的安装次序12.2.3气动辅助元件1.消声器气缸、气阀等工作时排气速度较高，气体体积急剧膨胀，会产生刺耳的噪声。为了降低噪声在排气口要装设消声器。消声器是通过阻尼或增加排气面积来降低排气的速度和功率，从而降低噪声的。吸收型消声器是依靠吸声材料来消声的。吸声材料有玻璃纤维、毛毡、泡沫塑料、烧结材料等。吸收型消声器2.管道连接件

气动执行元件是将压缩空气的压力能转化为机械能的能量转换装置，分为气缸和气马达两大类。气缸用于提供直线往复运动或摆动，气马达用于提供连续回转运动。13.3气动执行元件分类

分类依据

类

别受压运动件活塞杆数目驱动方式缓冲方式尺寸规格安装形式润滑形式

功能

活塞式、膜片式

单活塞杆型、双活塞杆型

单向作用、双向作用

无缓冲型、缓冲型(单侧缓冲、双侧缓冲)

微型、小型、中型、大型

固定式、摆动式、回转式、嵌入式

给油润滑、无给油润滑、无油润滑

普通型、特殊型13.3.1气缸1.活塞式气缸有单作用和双作用气缸两种。与液压缸类似。1，13－弹簧挡圈2－防尘圈压板3－防尘圈4－导向套5－杆侧端盖6－活塞杆7－缸筒8－缓冲垫9－活塞10－活塞密封圈11－密封圈12－耐磨环14－无杆侧端盖

利用膜片代替活塞，在压缩空气作用下产生变形来推动活塞杆作直线运动。缸体、膜片、膜盘、活塞杆和弹簧组成。

因膜片变形有限，故行程较短，一般不超过（40~50）mm。2.膜片式气缸3.无杆气缸

无杆气杆没有普通气缸的刚性活塞杆，它利用活塞直接或间接实现往复运动。由于没有活塞杆，活塞两侧受压面积相等，双向行程具有同样的推力，有利于提高定位精度。这种气缸的最大优点是节省了安装空间，特别适用于小缸径、长行程的场合。无杆气缸主要分为机械接触式和磁性耦合式两种。通常将磁性耦合无杆气缸称为磁性无杆气缸。磁性无杆气缸1－套筒2－外磁环3－外磁导板4－内磁环5－内磁导板6－压盖7－卡环8－活塞9－活塞轴10－缓冲柱塞11－气缸筒12－端盖13－进、排气口机械接触式无杆气缸优点：结构紧凑、最大行程和速度比较高；缺点：密封性能差，可承受负载小。4.气液阻尼缸

以压缩空气为动力，以液压油为阻力来控制调节气缸的运动速度。

由液压缸与气缸串联组成，以双杆活塞腔为液压缸。

用于运动平稳性要求较高的场合。冲击气缸是一种结构简单，成本低，耗气功率小，但能产生相当大的冲击力的一种特殊气缸。可用于锻造、冲压、下料、破碎等多种场合。5.冲击气缸缸体、中盖、活塞、活塞杆组成。

中盖和缸体固接，上开有喷嘴和泄气口。

中盖和活塞将缸体分为三个腔室：蓄能腔、活塞腔和活塞杆腔。工作过程由复位、蓄能和冲击三个阶段组成。工作原理a)复位段：气源由孔A供气，孔B排气，活塞上升至密封垫封住喷嘴，气缸上腔成为密封的储气腔。b)储能段：气源改由孔B进气，孔A排气。由于上腔气压作用在喷嘴上面积较小，而下腔气压作用面积大，故使上腔贮存很高的能量。c)冲击段：上腔压力继续升高，下腔压力继续降低，当上下腔压力比大于活塞与喷嘴面积比时，活塞离开喷嘴，上腔气体迅速充入活塞与中盖间的空间。活塞将以极大的加速度向下运动。气体的压力能转换为活塞的动能，产生很大的冲击力。

气马达是一种作连续旋转运动的气动执行元件，其作用相当于电动机或液压马达，它输出转矩、驱动执行机构作旋转运动。在气压传动中使用广泛的是叶片式、活塞式和齿轮式气马达。图形符号：13.3.2气马达1.气马达特点1）工作安全，具有防爆性能，适用于恶劣的环境，在易燃、易爆、高温、振动、潮湿、粉尘等条件下均能正常工作。2）有过载保护作用。过载时马达只是降低转速或停止，当过载解除后运转，并不产生故障。3）可以无级调速。只要控制进气流量，就能调节马达的功率和转速。4）比同功率的电动机轻1／3～1／10，输出功率惯性比较小。5）可长期满载工作，而温升较小。6）功率范围及转速范围均较宽，功率小至几百瓦，大至几万瓦，转速可从每分钟几转到上万转。7）具有较高的启动转矩，可以直接带负载启动。启动、停止迅速。8）结构简单，操纵方便，可正反转，维修容易，成本低。9）速度稳定性差。输出功率小，效率低，耗气量大。噪声大，容易产生振动。

2.叶片式气马达的工作原理压缩空气由A孔输入，小部分经定子两端的密封盖的槽进入叶片底部(图中未表示)，将叶片推出，使叶片贴紧在定于内壁上，大部分压缩空气进入相应的密封空间而作用在两个叶片上，由于两叶片伸出长度不等，就产生了转矩差，使叶片与转子按逆时针方向旋转，作功后的气体由定子上的孔c和B排出。若改变压缩空气的输入方向（即压缩空气由B孔进入，A孔和C孔排出），则可改变转子的转向。1—叶片2—转子3—定子叶片式气马达的特点叶片式气动马达一般在中、小容量，高速回转的范围使用，其输出功率为0.1~20kW，转速为500~25000r/min。叶片式气动马达起动及低速时的特性不好，在转速500r/min以下场合使用时，必须要用减速机构。叶片式气动马达主要用于风动工具，高速旋转机械及矿山机械等。1—叶片2—转子3—定子

气动控制元件是控制和调节压缩空气的压力、流量和流动方向的气动控制元件。按其作用和功能可分为：方向控制阀流量控制阀压力控制阀13.4气压控制元件13.4.1方向控制阀

方向控制阀用来控制压缩空气的流动方向和气流的通、断。包括单向阀和换向阀两种类型。分类方式形式按阀内气体的流动方向单向阀、换向阀按阀芯的结构形式截止阀、滑阀按阀的密封形式硬质密封、软质密封按阀的工作位数及通路数二位三通、二位五通、三位五通等按阀的控制操纵方式气压控制、电磁控制、机械控制、手动控制1.气压控制换向阀(a)无控制信号状态

(b)有控制信号状态单气控加压截止式换向阀的工作原理图二位三通单气控截止式换向阀的结构图双气控滑阀式换向阀的工作原理图2)双气控滑阀式换向阀1)单气控加压式换向阀2.电磁控制换向阀直动式单电控电磁阀的工作原理图（a）断电时状态（b）通电时状态1—电磁铁2—阀芯

直动式双电控电磁阀的工作原理图（a）电磁铁1通电、3断电时状态（b）电磁铁3通电、1断电时状态1、2—电磁铁3—阀芯1)直动式电磁换向阀2）先导式电磁换向阀

先导式双电控换向阀的工作原理图（a）电磁先导阀1通电、3断电时状态（b）电磁先导阀3通电、1断电时状态1、3—电磁先导阀2—主阀先导式电磁阀是由电磁铁首先控制气路，产生先导压力，再由先导压力推动主阀阀芯，使其换向。3.机械控制换向阀4.手动控制换向阀机械控制换向阀1—滚轮2—杠杆3—顶杆4—缓冲弹簧5—阀芯6—密封弹簧7—阀体二位三通按钮式手动换向阀1—按钮2—上阀芯3—下阀芯4—阀体5.梭阀梭阀相当于两个单向阀的组合。A始终与压力高的一端相通。

减压阀（调压阀）：气动三大件之一，用于保证减压后的压力稳定；

顺序阀：依靠回路中压力的不同，控制两个执行元件的顺序动作，与单向阀并联可组成单向顺序阀；溢流阀(安全阀）：使压力控制在某一调定值范围内，保证气动回路或蓄气罐的安全。13.4.2压力控制阀1.减压阀（调压阀）QTY型直动式减压阀1—调节手柄2、3—压缩弹簧4—溢流口5—膜片6—阀杆7—阻尼管8—阀芯9—阀口10—复位弹簧11—排气孔安装减压阀时，要按气流的方向和减压阀上所示的箭头方向，依照分水滤气器→减压阀→油雾器的安装次序进行安装。调压时应由低向高调，直至规定的调压值为止。阀不用时应把手柄放松，以免膜片经常受压变形。2.顺序阀顺序阀是依靠气路中压力的作用而控制执行元件按顺序动作的压力控制阀。顺序阀一般很少单独使用，往往与单向阀配合在一起，构成单向顺序阀。顺序阀工作原理图单向顺序阀工作原理图(a)关闭状态；(b)开启状态1—调节手柄2—弹簧3—活塞4—单向阀3.溢流阀溢流阀在系统中起过载保护作用。溢流阀也称为安全阀。开启压力大小与弹簧的预压缩量有关。溢流阀工作原理图(a)关闭状态(b)开启状态1-调节手柄2-压缩弹簧3-活塞与液压阀一样，气动流量控制阀也是通过改变阀的通流面积或通流长度来实现流量（或流速）控制的元件。节流阀

单向节流阀

排气节流阀快速排气阀13.4.3流量控制阀

排气节流阀是装在执行元件的排气口处，调节排入大气中气体流量的一种控制阀。作用：不仅能进行调速，还能排气、消声，降低噪音。1.排气节流阀图形符号：1—节流口2—消声套2.快速排气阀加快气缸排气腔排气，以提高气缸运动速度。通常装在换向阀与气缸之间，使气缸的排气不需要通过换向阀而快速完成，从而加快了气缸往复运动的速度。注意：

应用气控流量阀对气缸进行调速，比用液控流量阀调速困难，因气体压缩性较大，所以调速时必须注意：1、管道上不能存在漏气现象；2、气缸、活塞间的润滑状态要好；3、外加负载应稳定，否则应借助液压或机械装置来补偿；4、流量阀应尽量靠近气缸附近。

以比例和伺服控制阀为核心组成的气动比例和伺服控制系统可实现压力、流量连续变化的高精度控制，能够满足自动化设备的柔性生产要求。13.5气动比例阀和气动伺服阀气动比例控制阀是一种输出量与输入信号成比例的气动控制阀，可以按给定的输入信号连续地、成比例地控制气流的压力、流量和方向等，其输出压力、流量可不受负载变化的影响。输入信号可以是气压或电信号，按输出信号可分为比例压力阀和比例流量阀两大类。按输入信号不同，气动比例阀分为气控比例阀和电控比例阀。13.5.1气动比例阀气流作为控制信号控制阀的输出参量；实际应用时，应与电气转换器相结合。1.气控比例阀气控比例压力阀结构原理图1—弹簧

2—阀芯

3—溢流阀芯

4—阀座

5—输出压力膜片6—控制压力膜片7—调节针阀2.电控比例阀电磁铁驱动的比例控制阀1—比例电磁铁

2—滑柱

3—阀套

4—弹簧

5—阀体可作为压力阀，也可作为流量阀；做比例流量阀时，按通数的不同，比例流量阀又有二通与三通之分。13.5.2气动伺服阀动态响应和静态性能高；价格较贵，使用维护困难；控制信号均为电信号。电气伺服阀1—节流口2—过滤器3—气室4—补偿弹簧5—反馈杆

6—喷嘴7—挡板8—线圈9—支持弹簧10—导磁体11—磁铁动圈式压力伺服阀结构图1—动圈式力马达2—喷嘴3—挡板4—固定节流口5—阀芯6—阀体7—复位弹簧8—阻尼孔气动系统一般由最简单的气动基本回路和气动常用回路组成：安全保护回路同步动作回路往复动作回路13.6气动回路压力与力控制回路方向控制回路速度控制回路位置控制回路基本回路常用回路1.方向控制回路作用：使气缸伸出、缩回。13.6.1气动基本回路单作用气缸换向回路各种双作用气缸的换向回路溢流阀作为安全阀使用。特点：结构简单，工作可靠，但气量浪费大；电接点压力表对电机及控制要求高，常用于对小型空压机的控制。1）一次压力控制回路作用：使储气罐送出的气体压力不超过规定压力。2.压力和力控制回路采用溢流式减压阀对气源实行定压控制。是气动设备中必不可少的常用回路。2）

二次压力控制回路作用：气源压力控制，由气动三大件——空气过滤器（分水滤气器）、减压阀与油雾器组成的压力控制回路。3）高、低压力控制回路由减压阀控制同时输出高低压力p1、p2由换向阀控制分时输出高低压力p1、p2电气比例压力阀的进口应设置油雾分离器，防止油雾及杂质进入电气比例阀，影响阀的性能及使用寿命。4）无级压力控制回路作用：为避免太多的减压阀和换向阀，可使用电气比例阀来实现压力的无级控制。无级压力控制回路1—大流量排气型减压阀

2—比例压力阀3—油雾分离器通过控制电磁阀的通电个数，实现对分段式活塞缸的活塞杆输出推力的控制。

气动系统一般压力较低，所以往往是通过改变执行元件的受力面积来增加输出力。5）串联气缸回路利用气液增压器1把较低的气压变为较高的液压力，提高了气液缸2的输出力。