《液压与气压传动》 课件汇 单元10-18 液压系统设计与仿真- 气压传动系统常见故障的诊断与排除

液压与气压传动单元10液压系统设计与仿真学习目标熟悉液压设计的基本步骤，并能够依此完成基本液压系统设计。掌握FluidSIM软件的液压及电路设计的设计仿真方法。培养理论联系实际、严谨务实的工作作风及一丝不苟、踏实仔细的工作态度。目录CONTENTS单元10液压系统设计与仿真液压系统设计步骤和实例10.1液压系统仿真10.201液压系统设计步骤和实例明确设计要求，进行液压系统的工况分析。拟定液压系统原理图。液压系统的计算和液压元件的选择。对液压系统进行验算。绘制正式工作图和编制技术文件液压系统设计步骤10.1.1液压系统设计实例10.1.2

设计题目：一台铣削专用机床液压系统，要求其完成的工作循环是：工件夹紧─→工作台快进─→工作台工进─→工作台快退─→工件松开。运动部件的重力为25000N，快进、快退速度为5m／min，工进速度为100～1200mm／min，最大行程为400mm，其中工进行程为180mm，最大切削力为18000N，采用平面导轨，夹紧缸的行程为20mm，夹紧力为30000N，夹紧时间为1S。液压系统设计实例10.1.2

1.工况分析

首先根据已知条件，绘制运动部件的速度循环图，如图10-1所示。然后计算各阶段的外负载大小并绘制负载图如图10-2所示。图l0-1

速度循环图

图l0-2

负载—位移图液压系统设计实例10.1.2

2.拟定液压系统原理图

确定供油方式调速方式的选择速度换接方式的选择夹紧回路的选择图l0－3

液压系统原理图液压系统设计实例10.1.2

3.液压系统的计算和选择液压元件（1）液压缸主要尺寸的确定；（2）确定液压泵的流量、压力和选择泵的规格；（3）与液压泵匹配的电动机选择；（4）液压阀的选择；（5）确定管道尺寸；（6）液压油箱容积的确定。液压系统设计实例10.1.2

4.液压系统的验算（1）压力损失的验算；（2）系统温升的验算。02液压系统仿真FluidSIM软件主要包含三种功能模块：绘图模块、模拟仿真模块和综合演示模块，将CAD功能和仿真功能紧密联系在一起；其用户界面如图所示，主要特点归纳为如下:方便快捷的绘图建模功能先进的回路仿真功能FluidSIM软件简介10.2.1铣削专用机床液压系统要求其完成的工作循环是：工件夹紧─→工作台快进─→工作台工进─→工作台快退─→工件松开。1.FluidSIM软件界面及基本操作FluidSIM仿真实例10.2.2图10-6

FluidSIM软件工具栏2.设置换向阀参数FluidSIM仿真实例10.2.2图10-7控制阀的参数设置对话框3.元件连接FluidSIM仿真实例10.2.2图10-8液压元件油管连接4.液压回路仿真FluidSIM仿真实例10.2.2图10-9液压回路仿真液压系统与电路设计仿真10.2.3图10-11铣削专用机床液电路设计图图10-10铣削专用机床液压系统仿真图

液压系统与电路设计仿真10.2.3表10-6

铣削专用机床液压系统的动作循环表动作名称电磁铁工作状态液压元件工作状态YA0YA1YA2YA3YA4换向阀3换向阀5换向阀7换向阀11夹紧缸夹紧++---左位中位左位左位进给缸快进++++-左位左位右位左位进给缸工进++-+-左位左位左位左位进给缸快退++--+左位右位左位左位工件松开+----左位中位左位右位液压系统中各电磁铁的动作顺序如表10-6所示感谢学习液压与气压传动单元11液压系统的使用维护与故障诊断学习目标掌握液压系统的安装、清洗和调试的基本流程。了解液压系统常见故障的诊断步骤与排除方法。了解液压系统、各液压元件的维护保养方法。

培养严谨细致的工作作风，及具体问题具体分析、用发散思维与辨证思维来解决问题的工作能力。目录CONTENTS单元11液压系统的使用维护与故障诊断液压系统的安装与清洗11.1液压系统的调试11.2液压系统的维护保养11.3液压油的污染与控制11.4液压系统常见故障的诊断与排除11.501液压系统的安装与清洗液压元件及系统在制造与装配过程中，不可避免地要受到轻重不同的污染，从而导致液压元件卡死失灵，加剧液压元件及液压泵磨损，引起液压油老化变质及滤油器堵塞等。因此，在液压元件和系统安装和调试运转前，必须对液压元件、辅助元件和液压系统进行仔细的清洗。清除附着在零部件、液压元件、液压辅件及管路元件表面上的切屑、磨粒、纱头、尘埃、油污、焊渣、锈片、油漆和镀料的剥落片、碎片及水分等。安装11.1.1

液压系统安装质量的好坏是关系到液压系统能否可靠工作的关键。

必须科学、正常、合理地完成安装过程中的每个环节，才能使液压系统能够正常运行，充分发挥其效能。

安装11.1.11.安装前的准备工作技术资料的准备与熟悉物质准备与质量检查2.液压元件安装各油口的位置不能接错，不用的油口应堵上。液压泵输入轴与原动机驱动轴的同轴度应控制在φ0.lmm以内，用手转动联轴器时，应轻松无卡滞现象。液压缸轴线与移动机构导轨面的平行度一般应控制在0.lmm以内，用手推拉工作台时，应灵活轻便，无局部卡滞现象。液压元件安装时应注意以下几个方面：方向控制阀一般应保持轴线水平安装，蓄能器一般应保持轴线竖直安装。各种仪表的安装位置应便于观察和维修。安装时应强调清洁，不准戴手套进行安装，不准用纤维织品擦拭结合面，以防纤维类脏物侵入阀内。同一组紧固螺钉受力应均匀，各连接件要牢固可靠。阀类元件安装完毕后，应使调压阀的调节手柄(螺钉)处于放松状态；而流量阀的调节手柄(螺钉)应处于使阀关闭的状态；换向阀的阀芯位置应尽量处于常位。安装11.1.13.液压管道安装管道的布置要整齐,长度应尽量短,直角转弯应尽量少,同时应便于装拆、检修,不妨碍生产人员行走和设备运转。管道外壁与相邻管件轮廓边缘的距离应大于10mm,长管道应用支架固定。管道与设备、液压元件连接,不应使设备和液压元件承受附加外力。管道连接时,不得用加热管道、加偏心垫或多层垫等强力对正方法来消除接口端面的空隙、偏差、错口或不同心等缺陷。软管连接时，应避免急弯(最小弯曲半径应在10倍管径以上)；不应处于受拉状态，一般应有4%左右的长度余量；与管接头的连接处应有一段直线过渡部分，其长度不应小于管通外径的两倍；在静止及随机移动时，管道本身不得扭曲变形。吸油管与液压泵吸油口处应密封良好；液压泵的吸油高度一般不应大于500mm；在吸油管口上应设置过滤器。回油管口尽量远离吸油管口伸至距油箱底面两倍管径处；回油管口应斜切成45°，且斜口面向箱壁一侧；溢流阀的回油管单独接回油箱；外部有泄油口(如减压阀、顺序阀、液控单向阀等)与回油管相通时，不允许在总回油管上有背压，否则应单独设置泄油管通油箱。管道安装间歇期间，各管口应严密封闭。1HY40型动力滑台液压系统11.1.2液压元件及系统在制造与装配过程中，不可避免地要受到轻重不同的污染，导致：①引起液压元件卡死失灵；②加剧液压元件磨损；③液压油老化变质；④滤油器堵塞；⑤加剧液压泵磨损等。清洗分为以下几种：1.零部件清洗2.液压元件的清洗3.液压系统的清洗4.使用过程中液压系统的清洗过滤11.1.3过滤对液压系统控制油液污染的重要手段。过滤可防止切屑和其它污染物的侵入；过滤可清除液压系统中已有或不断产生的污染颗粒和磨损颗粒；过滤可维持液压元件所允的污染程度(污染敏感度)。加油11.1.4按规定加注相应牌号和相应数量的清洁液压油液。02液压系统的调试

液压设备在安装、清洗和精度检验合格之后，必须按照有关标准对其进行调试(即调整试车)正常后才能投入使用。在试车之前应先检查：电动机和电磁铁的电源是否符合要求；油箱中油液品种、粘度等级和油位是否合适；各液压元件的管道连接是否正确可靠；各液压元件安装是否牢靠；液压泵旋转方向是否正确；各压力控制阀的调压弹簧是否松开；各行程档块位置是否合适；各仪表起始位置是否正确；调试前的准备工作11.2.1点动11.2.2

在设备连续运转和空载调试前应该先进行“点动”试验。所谓“点动”是先点动油泵，观察油泵转向是否正确，油泵声音是否正常，是否连续输出油液及其它不正常现象。空载试车11.2.3试车步骤从断续直至连续起动液压泵电动机，观察其旋转方向是否正确，有无异常噪声等，并观察液压泵是否漏气。液压泵在卸荷状态下，其卸荷压力是否在允许范围内。调整压力控制阀，逐渐升高系统压力至规定值。系统压力调整应在运动部件处于停止或低速运动时进行；控制系统压力在主系统压力调好之后进行调整；润滑系统压力和流量调整时应注意，润滑油量不宜过多(过多易使运动部件浮动而影响运动精度)，也不能过少(过少易引起运动部件低速爬行)，压力调整好后，应将压力计关闭，以防其损坏。将排气装置打开，使运动部件速度由低到高，行程由小至大运行，然后运动部件全行程快速往复运动，以排除系统内的空气，空气排尽后应将排气装置关闭。检查各管道连接处、液压元件结合面及密封处是否存在泄漏。运动部件动作后，由于大量油液进入系统内，油箱的油液减少，若油液不足应及时补油，使系统工作时始终保持油面的高度在油标指示位置。调整挡块及死挡铁的位置，使各运动部件在空载条件下按预定的工作循环或动作顺序动作，检查各动作的协调和顺序的正确性，及启动、换向和调速的平稳性，应特别注意爬行和液压冲击现象。一般空载试车2～4h后，应检查油温及液压系统所要求的精度(如换向、定位和停留等)，一切正常后，方可进行负载试车。负载试车11.2.4

负载试车是使液压系统按设计要求在预定的负载下工作。通过负载试车检查系统能否实现预定的工作要求。(a)检查噪声和振动是否在允许范围内;(b)检查运动部件运动、换向和换速的平稳性,有无爬行和冲击现象;(c)检查安全保护装置的工作可靠性;(d)检查功率损耗情况和连续工作一段时间后的油温;(e)检查各液压元件及管道的泄漏情况等。03液压系统的维护保养使用维护要求11.3.1

为了保证液压系统达到预定的生产能力和稳定可靠的技术性能，其使用维护要求主要有：合理地调整系统压力和速度，锁紧调节手柄。合理地选用液压油(液)。应注意新旧油液不能混合使用。油液的工作温度一般应控制在35℃～55℃范围内。为保证电磁阀正常工作，电压波动值不应超过额定电压的+5%～-15%。不准使用有缺陷的压力计，更不能在无压力计的情况下工作或调整。不能带“病”工作，以免引起大事故。检查和定期紧固管接头、法兰等以防松动，高压软管要定期更换。观察蓄能器工作性能，若发现气压不足或油气混合时，应及时充气或修理。操作保养规程11.3.2液压设备的操作保养，除应满足一般机械设备的保养要求外，还有它的特殊要求：熟悉设备所用的主要液压元件的作用、液压系统工作原理和执行元件动作顺序。监视系统工作状况(如压力和速度等)。在开动设备之前，应检查所有运动机构及电磁阀是否处于原始状态，油箱的油位是否符合要求，若发现异常或油量不足，不能启动液压泵。停机4h以上，再开始工作时，应先起动液压泵驱动电机使泵空载运转5～10min，然后才能开始工作。不准用手推动电磁阀或任意移动各挡块的位置。未经主管部门同意，不准私自拆卸和更换液压元件。保持清洁，防止灰尘、冷却液、切屑和棉纱等杂物侵入油箱。操作者要按设备点检卡规定的部位和项目认真进行点检。点检与定检11.3.3

点检分为两种，即由操作者执行的日常点检和定期检查(定检)。定检是指间隔期在一个月以上的点检，一般是在停机后由设备管理人员检查。液压系统点检的内容主要有：液压阀、液压缸及管接头处是否有外泄漏。液压泵或马达运转时是否有异常噪声。液压缸移动是否正常平稳。测压点压力是否在规定范围内，是否稳定。油温是否在允许范围内。系统工作时有无高频振动。换向阀工作是否灵敏可靠。油箱内油量是否在油标刻线范围内。电气行程开关或挡块的位置是否变动。系统手动或自动工作循环时是否有异常现象。定期从油箱内取样化验，检查油液质量。定期检查蓄能器工作性能。定期检查冷却器和加热器工作性能。定期检查和紧固重要部位的螺钉、螺母、管接头和法兰等。检查结果用规定符号记入点检卡，作为技术资料归档。定期维护11.3.4液压系统能否正常工作，定期维护十分重要，其内容如下：紧固更换密封件清洗或更换液压元件清洗或更换滤芯换油与清洗系统04液压油的污染与控制

液压系统中的污染物，是指包含在液压油液中的固体颗粒、水、空气、化学物质、微生物和污染能量等杂物。油液污染后会影响液压系统工作的灵敏性、稳定性、可靠性和寿命，甚至引起设备事故。据统计，由于油液污染引起的故障占总故障的70%～80%，见图11-1所示。图11-1

起因于液压油的故障因果图液压油污染原因与危害11.4.1液压油污染原因有外部和内部原因两类：图11-2

液压油(液)污染原因1.液压油污染原因液压油污染原因与危害11.4.1油液污染会使系统工作灵敏性、稳定性和可靠性降低，液压元件使用寿命缩短。

具体危害如下：2.液压油被污染的危害使节流孔口和压力控制阀的阻尼孔时堵时通，引起系统压力和速度不稳定，动作不灵敏。导致液压元件磨损加剧，内泄漏增大，使用寿命缩短。加速密封件的损坏、缸筒或活塞杆表面的拉伤，引起液压缸内外泄漏增大，推力降低。阀芯卡住，使阀动作失灵，引起故障。过滤器堵塞，使泵吸油困难，引起空穴现象，导致噪声增大。油液氧化速度加快，寿命缩短，润滑性能下降。控制液压油的工作温度

合理选择过滤器精度加强现场管理加强油品管理改进油箱结构控制液压油污染的措施11.4.205液压系统常见故障的诊断与排除

液压设备是由机械、液压、电气及仪表等装置有机地组合成的统一体，液压系统又是由各种基本回路和元件组成的统一体，因此在分析故障之前必须弄清液压系统的工作原理、结构特点以及与机械、电气的关系，然后根据故障现象进行调查分析，缩小可疑范围，确定故障区域、部位，直至某个液压元件。故障的多样性

故障的复杂性

故障的偶然性与必然性故障的分析判断难度性液压系统故障的特点11.5.1液压系统故障诊断的步骤与方法11.5.21.故障诊断步骤熟悉性能和资料

调查

现场观察

查阅技术档案

归纳分析组织实施总结经验

纳入设备技术档案液压系统故障诊断的步骤与方法11.5.22．故障诊断方法简易诊断

又称为主观诊断法

可概括如下：①看

②听

③摸

④嗅

⑤阅

⑥问精密诊断

又称为客观诊断法，利用各种检测仪器进行定量测试分析。液压系统原理图分析法其它分析法

设备故障诊断，一般可分为简易诊断和精密诊断。11.5.3液压系统常见故障的排除方法故障现象及原因排除方法故障现象及原因排除方法1.泵中噪声、振动引起管路、油箱共振①在泵的进、出油口用软管联接②将电动机和泵单独装在底座上，和油箱分开③加大液压泵，降低电动机转速④泵底座和油箱间使用防振材料⑤选择低噪声泵，采用立式电动机将液压泵浸在油液中4.管道内油流激烈流动的噪声①加粗管道②少用弯头多采用曲率小的弯管③采用胶管④油流紊乱处不采用直角弯头或三通⑤采用消声器、蓄能器等2.阀弹簧引起系统共振①改变弹簧的安装位置②改变弹簧的刚度③把溢流阀改成外部泄油形式④采用遥控的溢流阀⑤完全排出回路中的空气⑥改变管道的长短、粗细、材质、厚度等⑦增加管夹使管道不致振动⑧在管道的某一部位装上节流阀5.油箱有共鸣声①增厚箱板②在侧板、底板上增设筋板③改变回油管末端的形状或位置6.阀换向产生的冲击噪声①降低电液阀换向的控制压力②在控制管路或回油管路上增设节流阀③选用带先导卸荷功能的元件④采用电气控制方法，使两个以上的阀不能同时换向3.空气进入液压缸引起振动①很好地排出空气②可对液压缸活塞、密封衬垫涂上二硫化钼润滑脂即可7.控制阀工作不良，引起的管道振动和噪声①适当处装上节流阀②改变外泄形式③对回路进行改造④增设管夹1.系统噪声、振动大的排除方法表11-1

系统噪声、震动大的排除方法2.系统压力不正常的排除方法，见表11-2。表11-2

系统压力不正常的排除方法故障现象及原因排除方法压力不足溢流阀旁通阀损坏修理或更换减压阀设定值太低重新调定集成通道块设计有误重新设计减压阀损坏修理或更换泵、马达或缸损坏、内泄大修理或更换压力不稳定油中混有空气堵漏、加油、排气溢流阀磨损、弹簧刚性差修理或更换油液污染、堵塞阀阻尼孔清洗、换油蓄能器或充气阀失效修理或更换泵、马达或缸磨损修理或更换压力过高减压阀、溢流阀或卸荷阀设定值不对重新设定变量机构不工作修理或更换减压阀、溢流阀或卸荷阀堵塞或损坏清洗或更换3.系统动作不正常的排除方法，见表11-3。表11-3

系统动作不正常的排除方法故障现象及原因排除方法系统压力正常执行元件无动作电磁阀中电磁铁有故障排除或更换限位或顺序装置工作异常调整、修复或更换机械故障排除没有指令信号查找、修复放大器不工作或调得不对调整、修复或更换阀不工作调整、修复或更换缸或马达损坏修复或更换执行元件动作太慢泵输出流量不足或系统泄漏太大检查、修复或更换油液粘度太高或太低检查、调整或更换阀的控制压力不够或阀内阻尼孔堵塞清洗、调整外负载过大检查、调整放大器失灵或调得不对调整修复或更换阀芯卡涩清洗、过滤或换油缸或马达磨损严重修理或更换动作不规则压力不正常排除油中混有空气加油、排气指令信号不稳定查找、修复放大器失灵或调整得不对调整、修复或更换传感器反馈失灵修理或更换阀芯卡涩清洗、滤油缸或马达磨损或损坏修理或更换4.系统液压冲击的排除方法，见表11-4。表11-4

系统液压冲击的排除方法故障现象及原因排除方法换向时产生冲击换向时瞬时关闭、开启，造成动能或势能相互转换时产生的液压冲击①延长换向时间②设计带缓冲的阀芯③加粗管径、缩短管路液压缸在运动中突然被制动所产生的液压冲击液压缸运动时，具有很大的动量和惯性，突然被制动，引起较大的压力增值故产生液压冲击①液压缸进出油口处分别设置，反应快、灵敏度高的小型安全阀②在满足驱动力时尽量减少系统工作压力，或适当提高系统背压③液压缸附近安装囊式蓄能器液压缸到达终点时产生的液压冲击液压缸运动时产生的动量和惯性与缸体发生碰撞，引起的冲击①在液压缸两端设缓冲装置②液压缸进出油口处分别设置反应快，灵敏度高的小型溢流阀③设置行程（开关）阀5.系统油温过高的排除方法，见表11-5。表11-5

系统油温过高的排除方法故障现象及原因排除方法设定压力过高适当调整压力溢流阀、卸荷阀、压力继电器等卸荷回路的元件工作不良改正各元件工作不正常状况卸荷回路的元件调定值不适当，卸压时间短重新调定，延长卸压时间阀的漏损大，卸荷时间短修理漏损大的阀，考虑不采用大规格阀高压小流量、低压大流量时不要由溢流阀溢流变更回路，采用卸荷阀、变量泵因粘度低或泵有故障，增大了泵的内泄漏量，使泵壳温度升高换油、修理、更换液压泵油箱内油量不足加油，加大油箱油箱结构不合理改进结构，使油箱周围温升均匀蓄能器容量不足或有故障换大蓄能器，修理蓄能器需要安装冷却器，冷却器容量不足，冷却器有故障，进水阀门工作不良，水量不足，油温自动调节装置故障安装冷却器，加大冷却器，修理冷却器的故障，修理阀门，增加水量，修理调温装置溢流阀遥控口节流过量，卸荷的剩余压力高进行适当调整管路的阻力大采用适当的管径附近热源影响，辐射热大采用隔热材料反射板或变更布置场所；设置通风、冷却装置等，选用合适的工作油液液压系统的泄露与解决方法11.5.4(a)间隙控制问题(b)液压冲击问题(c)温升发热问题

液压系统漏油会造成油液量减少，不能建立正常油压，从而导致系统不能正常工作。液压系统漏油有外漏和内漏。外漏主要是油管破裂、接头松动、紧固不严密等情况等造成的；内漏主要是液压系内部的油泵、油缸、分配器等产生泄漏造成的。内漏的故障不易被发现，有时还需借助仪器进行检测和调整，才能排除。1．造成液压元件与液压系统泄漏的主要原因:2．解决液压元件与液压系统泄漏的方法和主要措施：密封件材质及其硬度要合适，与液压油相容。零件设计时要有导向角，方便装配操作。严格控制密封槽的尺寸公差，表面粗糙度要达到图纸规定要求。密封盖尺寸和法兰盖螺孔要保证质量，间隙不能太大，以避免密封件被挤出。在有凸起和凹槽的部位装配密封圈时，要使用保护套，以免操作密封件。控制液压系统的油温。选择合适的液压元件。选择合适结构的管接头。液压系统中应尽量减少管接头，系统漏油有30%~40%是由管接头造成的。保护液压设备，防止机械振动和冲击压力，会减少泄漏点。对液压设备要加强维护管理，有计划地定期检查、修理液压设备，及时发现设备的泄漏，从而减少故障和油液的漏损，延长设备使用寿命，提高设备的完好率。3.解决O型密封圈泄漏的方法O型密封圈由于结构简单，易于安装，密封性能好及工作可靠，作静密封时几乎无泄漏。O形密封圈常见的泄漏原因及解决办法见表11-6。故障现象故障原因解决办法泄露①安装时切伤或划伤密封线②压缩率小③滑动面的表面粗糙度不符合要求④偏心载荷①检查O形圈、沟槽尺寸②增加压缩率③降低便面粗糙度④控制偏心量严重泄露密封圈过度膨胀或收缩，引起密封圈损坏检查介质、密封圈材料的相容性低温下漏损①密封圈材料的低温性能差②压缩率不够①检查密封圈材料②增加压缩率磨损过度①压缩率过大②金属的粘接和咬伤，造成密封圈磨损①采用合适的压缩率②选用合理的配合间隙表11-6O形密封圈的泄漏原因及解决办法感谢学习液压与气压传动单元12气压传动概述学习目标掌握气压传动系统及各组成部分的工作原理、结构特点、图形符号及作用。了解空气的基本特质。培养勤奋好学，敢于迎难而上的素养，保持严谨细致，尽善尽美的工作风格。01气压传动概述“气压传动与控制”简称气动，它包括传动和控制两方面的内容。气压传动具有节能、高效、价廉，结构简单、污染小等优点。空气的性质和气体状态方程12.1.11.空气的性质空气的组成气压传动的工作介质是压缩空气。通常将不含水蒸气的空气称为干空气，而含有水蒸气的空气称为湿空气。空气的密度空气的密度是指单位体积中的空气质量，用ρ表示，即：（12-1）空气的性质和气体状态方程12.1.11.空气的性质粘性气体在流动时

产生内摩擦力的性质叫粘性，它的大小用粘度来表示。气体体积的易变特性由于气体分子间的距离大，分子之间内聚力小，分子运动起来较自由，体积也容易变化，其体积随压力和温度的变化而变化，且变化规律符合气体状态方程。湿度空气中含有水分的多少对整个气压传动系统的稳定性和寿命都有一定影响。因此必须采取一些措施，减少压缩空气中所含水分。空气的性质和气体状态方程12.1.12、理想气体的状态方程不计粘度，并将气体分子看作是一些弹性的、不占体积的质点，这样的气体称作“理想气体”，理想气体的状态应符合下列关系：（12-4）理想气体的状态方程将有以下几种变化形式：（12-6）等温变化过程（波意耳定律）对于一定质量的气体，在状态变化中，当温度不变时，有：（12-7）等压变化过程（盖-吕萨克定律）对于一定质量的气体，在状态变化中，当压力不变时，有：（12-8）等容变化过程（查理定律）对于一定质量的气体，在状态变化中，当体积不变时，有：气压传动系统的工作原理：图12-1

气动剪切机结构原理和工作原理气压传动系统组成：（1）动力元件。它将原动机（如电动机）供给的机械能转变为气体的压力能，为各类气动设备提供动力。例如，各种空压机或压缩空气站。（2）执行元件。它将气体的压力能转换为机械能，其作用是在气体的压力作用下输出力和速度（或转矩和转速），以驱动工作部件。例如，气缸和气马达。（3）控制元件。用以控制调节压缩空气的压力、流量和流向，以保证执行元件完成预定的动作。例如，压力阀、流量阀、方向阀和逻辑元件等。（4）辅助元件。除上述

3

类元件以外，气压传动系统中的其余元件统称为辅助元件。它们对保证系统可靠、稳定地工作起着重要作用。例如，过滤器、干燥器、消声器、油雾器和管件等。感谢学习液压与气压传动单元13气动动力元件和辅助元件学习目标掌握气动动力元件的组成、工作原理、主要性能及参数。熟悉空气压缩机的结构及选用原则。了解气动动力元件及辅助元件的常见故障的诊断与排除方法。培养学生不畏艰难、勇于创新的精神。01气动动力元件和辅助元件气动动力元件13.1.11.空气压缩机的分类气压动力元件是气动系统的动力源，即空气压缩机（简称空压机）。空气压缩机将电动机输出的机械能转换成气体的压力能输送给气动系统，是气动系统的动力源。容积式和速度式（叶片式）两大类。2.空气压缩机的工作原理图13-1

活塞式空气压缩机工作原理气动辅助元件13.1.21．气源净化元件后冷却器后冷却器的作用是将空压机排出的压缩空气温度由140～170℃降至40℃左右，使压缩空气中的油雾和水汽迅速达到饱和析出，凝结成水滴和油滴，以便经除油器排出。水冷却式后冷却器的结构形式有：蛇管式、列管式、套管式等。如图所示。其作用都是通过强制循环水使压缩空气降温，生成的冷凝水经自动排水器排出。1．气源净化元件后冷却器①

蛇管式图13-2(a)所示，压缩空气在管内流动，冷却水在管外水套中流动。蛇管式后冷却器的结构简单，使用和维护方便，应用广泛，适用于流量较小的任何压力范围。②

列管式图13-2(b)所示，压缩空气在管间流动，冷却水在管内流动。管内流动的冷却水可以是单程或双程流动，通过隔板的配置，管外的压缩空气以垂直于管束的流向曲折流动。图13-2

冷却器的结构形式1．气源净化元件后冷却器③套管式图13-2(c)所示，压缩空气在内管中流动，冷却水在内外管套之间流动，由于流动面积较小，流速较高，有利于热交换。其结构笨重，适用于空气压力较高而流量不大且换热面积较小的场合使用。图13-2

冷却器的结构形式1．气源净化元件分水排水器(油水分离器)分水排水器的作用是分离压缩空气中凝聚的水分和油分等杂质，使压缩空气得到初步净化。如下图所示的分水排水器。图13-3

分水排水器的结构和实物1．气源净化元件储气罐储气罐的作用是用来调节气流，减少输出气流的压力脉动，使输出气流流量连续、气压稳定。下图为立式储气罐的结构示意图。储气罐安装时应使进气口在下，出气口在上。图13-4

立式储气罐的结构和实物1．气源净化元件空气干燥器目前工业上常用的干燥方法主要是吸附法和冷冻法，吸附法是干燥处理中应用最普遍的一种方法。吸附式干燥器的结构示意图如下：图13-5

吸附式空气干燥器的结构和实物1．气源净化元件空气过滤器作用：进一步滤除压缩空气的水分、油滴及杂质，以达到气压系统所要求的净化程度。图13-6

普通空气过滤器的结构和实物1．气源净化元件油雾分离器（除油器）空气过滤器不能分离悬浮油雾粒子，这是由于处于干燥状态的微小（2～3μm）油粒很难附着于固体表面。要分离这种油雾，需要使用带凝聚式滤芯的油雾过滤器。图13-7

油雾分离器的结构和实物2.其它辅助元件油雾器油雾器是一种特殊的注油装置。它的作用是使润滑油雾化后注入空气流中，随空气进入需要润滑的部件中，达到润滑的目的。图13-9

油雾器的结构和实物2.其它辅助元件消声器常用的消声器有三种型式：吸收型、膨胀干涉型和膨胀干涉吸收型。图13-10

吸收型消声器的结构和实物①吸收型消声器2.其它辅助元件消声器常用的消声器有三种型式：吸收型、膨胀干涉型和膨胀干涉吸收型。图13-11

膨胀干涉吸收型消声器②

膨胀干涉型消声器主要用于消除中、低频噪声，尤其是低频噪声。它的缺点是结构较大，不够紧凑。③

膨胀干涉吸收型消声器2.其它辅助元件转换器在气动控制系统中，也与其他自动控制装置一样，有发信、控制和执行部分，其控制部分工作介质为气体，而信号传感部分和执行部分可能用电或液体传输，这就要通过转换器来转换。常用的转换器有：气—电、电—气、气—液等。图13-12

高压型气电转换器①

气电转换器及电气转换器2.其它辅助元件转换器在气动控制系统中，也与其他自动控制装置一样，有发信、控制和执行部分，其控制部分工作介质为气体，而信号传感部分和执行部分可能用电或液体传输，这就要通过转换器来转换。常用的转换器有：气—电、电—气、气—液等。图13-13

气液转换器②

气液转换器气液转换器就是把气压转换成液压的压力转换装置。图是气液转换器的结构原理图。感谢学习液压与气压传动单元14气动执行元件学习目标掌握气缸、气马达的结构特点、工作原理和图形符号。熟悉气缸的典型结构及组成。了解气缸常见故障的诊断与排除方法。培养勇于行动与乐于奉献的精神，共同为社会的进步奉献力量。01气动执行元件气动执行元件能将压缩空气转化为机械能，驱动机构实现直线往复运动、摆动、旋转运动等，输出力或转矩。气动执行元件可以分为气缸和气马达两大类。气缸14.1.11.普通气缸普通气缸用于无特殊要求的场合，如一般的驱动，定位、夹紧装置的驱动等。气缸是气动系统中常用的气动执行元件，它将压缩空气的压力能转化为机械能，输出力驱动机构作往复直线运动或通过机械机构转化为旋转运动。单作用气缸图14-1

单作用气缸的结构和实物双作用气缸图14-2

双作用气缸的结构和实物双作用气缸的特点是压缩空气可使活塞向两个方向运动。双作用气缸的结构如下图。气－液阻尼缸图14-3

串联式气液阻尼缸的工作原理图14-3为串联式气－液阻尼缸的工作原理图2.特殊气缸薄膜式气缸图14-4

薄膜式气缸的结构和实物1—缸体；2—膜片；3—膜盘；4—活塞杆2.特殊气缸(a)单作用式(b)双作用式(c)实物冲击气缸图14-5

普通型冲击气缸的结构和实物1、6—进（排）气；2—有杆腔；3—活塞；4—低压排气口；

5—储能腔；7—后盖；8—中盖；9—密封垫片；10—活塞杆；11—前盖2.特殊气缸(a)结构(b)实物伸缩套筒式气缸图14-7

伸缩套筒式气缸的工作原理2.特殊气缸在某些场合下，要求气缸的缩回时尺寸要小，而伸出时行程要大，这就需要采用伸缩套筒式气缸，它分为单作用和双作用两种。图为伸缩套筒式气缸的工作原理图。其特点是行程长，径向尺寸较大，轴向尺寸小，推力和速度随工作行程的变化而变化。摆动气缸图14-8

摆动气缸的工作原理及实物2.特殊气缸摆动气缸，又称为摆动马达，能实现小于360°角度的回转运动。(a)单叶片式(b)双叶片式(c)实物l—叶片；2—转子；3—缸体；4—定子回转气缸图14-9

回转气缸的结构与实物2.特殊气缸回转气缸为进排气导管与导气头固定、缸体可相对转动的气动元件，可用于机床夹具的装置。(a)结构(b)实物1—活塞杆；2、5—密封圈；3—缸体；4—活塞；6—缸盖；7、8—轴承；9—导气头体；10—导气头芯图14-10

叶片式气马达的结构与实物1.马达的分类和工作原理气动系统最常用的是容积式。容积式气马达按其结构可分为：叶片式、活塞式、齿轮式以及摆动式。(a)结构(b)实物1一定子；2—转子；3、4—叶片气马达14.1.2案例分析与能力训练查阅资料，分析气马达安装时需注意的事项。案例分析与能力训练解析：气动马达是一种比较精密的动力机械，在安装时严禁敲打，拆卸。其不承受轴向力，安装使用气动马达，应注意以下事项。在接气管前，应先将有压气体打开，利用气体的压力清除管内的灰尘及杂物，确保气管的洁净。气管的内径必须大于或等于气动马达的进气口的直径，以保证供气量。必须及时地向油雾器中添加润滑油（20#机械油），以保证气动马达的润滑。要保证气动马达输出轴与驱动物（主机）的输入轴的同轴度。安装维修、保养时一定要关闭气阀，切断气源，方可进行工作。不允许在无负荷的状态下连续高速运转气动马达（如需要，最好不要超过半分钟），否则会使气马达寿命减少或损坏。案例分析与能力训练解析：气动马达是一种比较精密的动力机械，在安装时严禁敲打，拆卸。其不承受轴向力，安装使用气动马达，应注意以下事项。在供气管路和气动元件的接口处，不允许有漏气现象，以保证气动马达的供气质量。气动马达的排气口可安装与其匹配的消音器，但不能完全堵死，否则影响马达的运转。双向旋转的气动马达，其中一个进气口进气时，另一进气口即成为负排气口，决不能堵死，最好使用三位四通阀，否则气动马达不能正常运转。应定时对气马达进行维护清洗，更换易损件。以保证气马达运转正常。

长时间没有使用的气动马达，可从进气口灌入少许的润滑油

（20号机械油）用手转用输出轴，再接通压缩空气，以点动的方式（30秒）使其自动对马达内部进行清洗。加油—点动气动马达可重复进行，感觉气动马达运转正常后再装机。正确的安装与养护气动马达，可大大延长气动马达的使用寿命。感谢学习液压与气压传动单元15气动控制元件学习目标掌握气压控制元件的种类、结构、工作原理、图形符号及作用。了解气压控制阀的常见故障的诊断与排除方法。培养学生刻苦钻研、知难而进的品质和一丝不苟、严谨务实的工作作风。01气动控制元件气动控制阀在气动系统中是控制和调节压缩空气的压力、流量和方向等的气动控制元件，其作用是保证气动系统中的气动装置按设计中所规定的程序正常工作。根据气动控制阀的功能和用途，可将其主要做如下分类：按阀的基本结构可分为：截止式、滑柱式和滑板式三类阀。（1）方向控制阀（2）压力控制阀（3）流量控制阀方向控制阀15.1.1在气动回路中，方向控制阀的作用是控制气流通道的通断和改变压缩空气的流动方向。气动方向控制阀若按阀内气体的流动方向，可分为单向型控制阀和换向型控制阀两大类。1．单向型方向控制阀单向阀只允许气流沿着一个方向流动的方向控制阀，通称为单向型方向控制阀。单向阀是一种气流在阀体内只能向一个方向流动而不能反向流动的阀。图15-1所示为单向阀的动作原理图。(a)气体由P至A流动(b)气体由A至P流动图15-1

单向阀工作原理1．单向型方向控制阀或门型梭阀或门型梭阀可以看作是由两个单向阀组合而成的。

图15-3

或门型梭阀工作原理和图形符号1．单向型方向控制阀或门型梭阀或门型梭阀可以看作是由两个单向阀组合而成的。图15-4

或门型梭阀的结构和实物(a)结构(b)实物1—阀体；2—阀芯1．单向型方向控制阀快速排气阀快速排气阀简称快排阀，它是为加快气缸运动速度作快速排气用的。图15-5（a）是快速排气阀的一种结构形式和图形符号。当压缩空气进入进气口P，使膜片1受压变形下移，P与A的通道被打开，同时排气口O被关闭；当P口没有压缩空气进入时，在A口和P口压差作用下，膜片向上恢复，P口关闭，使A口气体通过O口快速排气。图15-5

快速排气阀的结构和实物1．单向型方向控制阀快速排气阀图15-6

快速排气阀的应用2．换向型方向控制阀气压控制换向阀图15-7

单气控加压截止式换向阀1—阀芯；2—弹簧2．换向型方向控制阀气压控制换向阀图15-8

双气控滑阀式换向阀的原理2．换向型方向控制阀气压控制换向阀图15-9

差压控制换向阀的结构2．换向型方向控制阀电磁控制换向阀图15-12

直动式单电控电磁控制换向阀的工作原理2．换向型方向控制阀电磁控制换向阀图15-13

直动式双电控电磁控制换向阀的工作原理2．换向型方向控制阀电磁控制换向阀图15-14

先导式双电控电磁控制换向阀的工作原理和实物压力控制阀15.2.1为保证气动系统动作的稳定性、耐久性和安全性，以及达到节能等目的，常采用不同的器件来控制气动回路在不同区段或不同工况时的气体压力。

这一类控制气体压力的阀，统称为压力控制阀。从阀的功能来分，压力控制阀有减压阀、溢流阀、

安全阀和顺序阀等。压力控制阀15.2.11．减压阀图15-15

直动式减压阀的结构和实物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稳定的调定压力输出，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。压力控制阀15.2.12．溢流阀(安全阀)图15-16

溢流阀的工作原理溢流阀和安全阀在结构和功能方面往往相类似，有时可不加以区别。它们的作用都是当气动回路和容器中的压力上升到超过调定值时，把超过调定值的压缩空气排入大气，以保持进口压力的调定值。实际上，溢流阀是一种用于维持回路中空气压力恒定的压力控制阀；而安全阀是一种防止系统过载、保证安全的压力控制阀。压力控制阀15.2.12．溢流阀(安全阀)溢流阀和安全阀在结构和功能方面往往相类似，有时可不加以区别。它们的作用都是当气动回路和容器中的压力上升到超过调定值时，把超过调定值的压缩空气排入大气，以保持进口压力的调定值。实际上，溢流阀是一种用于维持回路中空气压力恒定的压力控制阀；而安全阀是一种防止系统过载、保证安全的压力控制阀。压力控制阀15.2.13．顺序阀图15-17

顺序阀的工作原理和图形符号顺序阀亦称压力联锁阀，它是一种依靠回路中的压力变化来实现各种顺序动作的压力控制阀，常用来控制气缸的顺序动作。若将顺序阀和单向阀组装成一体，就是单向顺序阀。压力控制阀15.2.13．顺序阀顺序阀亦称压力联锁阀，它是一种依靠回路中的压力变化来实现各种顺序动作的压力控制阀，常用来控制气缸的顺序动作。若将顺序阀和单向阀组装成一体，就是单向顺序阀。压力控制阀15.2.13．顺序阀单向顺序阀的工作原理如图所示。调节旋钮1可改变单向顺序阀的开启压力，以便控制执行元件在不同的开启压力下实现顺序动作。图15-18

单向顺序阀的工作原理和图形符号流量控制阀15.3.1与液压流量控制阀一样，气压系统中的流量控制阀也是通过改变阀的通流面积来实现流量控制的。这类阀包括节流阀、单向节流阀（速度控制阀）、排气节流阀、缓冲阀、柔性节流阀等。节流阀和单向节流阀的工作原理与液压系统中的同类型阀相类似，这里不再重复。以下介绍后三种阀。1．排气节流阀排气节流阀是装在执行元件的排气口处，调节进入大气的气体流量的一种阀。它不仅能调节执行元件的运动速度，还常带有消声器，所以还能起到降低噪声的作用。其工作原理图中，由旋钮来调节节流口1的开度，以此来调节排气流量，因而调节执行元件的速度；由消声套2降低排气噪声。图15-19

排气节流阀的结构及实物2．

缓冲阀（行程节流阀）图15-20所示为缓冲阀的结构原理图，它是依靠滚轮、杠杆等机械方法控制节流阀的开度，从而实现流量控制目的的阀，又称为行程节流阀，或减速阀。其动作原理是利用滚轮和杠杆来控制阀杆的位置。调整螺钉是用来调节杠杆的复位位置，以决定撞块不起作用时的节流阀开度。图15-20

缓冲阀的结构3．柔性节流阀图15-21所示为柔性节流阀的结构原理图，依靠阀杆夹紧柔韧的橡胶管而产生节流作用，也可以用气体压力来代替阀杆压缩橡胶管。柔性节流阀结构简单，压力降小，动作可靠，对污染不敏感。通常最大工作压力范围为0.03～0.3MPa。图15-21

柔性节流阀的结构气动逻辑元件15.4.1气动逻辑元件是指以压缩空气为介质，在控制信号作用下，通过其内部可动部件（如膜片、阀芯）的动作来改变气流流动方向，而实现各种逻辑功能的一种流体控制元件。1．气动逻辑元件的分类气动逻辑元件一般可按下列方式来分类：①按工作压力来分，可分为：高压元件（工作压力为0.2～0.8MPa）、低压元件（工作压力0.02～0.2MPa）、微压元件（工作压力0.02MPa以下）三种。②按逻辑功能来分，可分为“是门”（S＝A）元件、“与门”（S＝AB）元件、“或门”（S＝A＋B）元件、“非门”（S=）元件和双稳元件等。③按结构形式来分，可分为截止式、膜片式和滑阀式等。图15-22为是门和与门元件的工作原理图，图中A为信号输入孔，S为信号输出孔，若将中间孔接另一输入信号B，为与门元件，由图可见，只有当A、B同时有输入信号时，S才有输出。即S=AB。当中间孔不接信号B而接气源P时，为是门元件。即A有输入信号时，S就有输出；A无输入信号时，S无输出。元件的输入和输出信号之间始终保持相同的状态，即S=A。2．高压(0.8MPa)截止式逻辑元件“是门”和“与门”元件图15-22“是门”和“与门”元件1—膜片；2—阀芯图15-22为是门和与门元件的工作原理图，图中A为信号输入孔，S为信号输出孔，若将中间孔接另一输入信号B，为与门元件，由图可见，只有当A、B同时有输入信号时，S才有输出。即S=AB。当中间孔不接信号B而接气源P时，为是门元件。即A有输入信号时，S就有输出；A无输入信号时，S无输出。元件的输入和输出信号之间始终保持相同的状态，即S=A。2．高压(0.8MPa)截止式逻辑元件“是门”和“与门”元件图15-23为或门元件的工作原理图。由图可见，在两个输入口中，只要有一个输入信号或同时有两个输入信号，S就有输出。亦即S＝A＋B。2．高压(0.8MPa)截止式逻辑元件“或门”元件图15-23“或门”元件2．高压(0.8MPa)截止式逻辑元件“非门”与“禁门”元件图15-24

非门和禁门元件

2．高压(0.8MPa)截止式逻辑元件“或非”元件图15-25

或非元件

2．高压(0.8MPa)截止式逻辑元件“双稳”元件图15-26

双稳元件双稳元件属记忆元件，在逻辑回路中起着重要的作用。图为双稳元件的工作原理图。感谢学习液压与气压传动单元16气动基本回路学习目标掌握气动基本回路的组成、工作原理及回路分析方法。能独立分析气动基本回路。了解气动基本回路的运行调试、常见故障分析方法。培养辩证唯物主义的概念，认识事物既是相对独立又是相互联系和有机统一体。01气动基本回路与液压传动系统一样，气压传动系统也是由具有各种功能的基本回路组成的。一般现在所说的基本回路实际上包括了一些功能回路和应用回路。

压力控制回路16.1.11．一次压力控制回路用于使储气罐送出的气体压力不超过规定压力。常在储气罐上安装一只外控式溢流阀，用来实现一旦罐内超过规定压力就向大气放气，缺点是耗气量较大。压力控制回路16.1.12．二次压力控制回路为保证气动系统使用的气体压力为一稳定值，它由空气过滤器—减压阀—油雾器（气动三大件）组成的二次压力控制回路，但要注意，供给逻辑元件的压缩空气不要加入润滑油。图16-1

二次压力控制回路压力控制回路16.1.13．高低压转换回路若设备有时需要高压，有时需要低压，则可用高低压转换回路，如图所示为由两个减压阀和换向阀构成的高低压转换回路，可控制气缸输出两种大小不同的力。图16-2

高低压转换回路压力控制回路16.1.14．连续压力控制回路如图所示为采用比例阀构成的压力控制回路。气缸有杆腔的压力大小由减压阀调为定值，而无杆腔的压力由计算机输出的控制信号控制比例阀的输出压力来实现，从而使气缸的输出力得到连续控制。图16-3

连续压力控制回路换向回路16.2.11．

单作用气缸换向回路图16-4为单作用气缸的换向回路。图16-4(a)为二位三通电磁阀控制的单作用气缸上、下运动回路。该回路中，当电磁铁通电时，气缸向上运动，失电时气缸在弹簧作用下返回。图16-4(b)所示为三位五通先导式电磁阀控制的单作用气缸上、下和停止的回路。气缸可停于任何位置，但定位精度不高。图16-4

单作用气缸的换向回路换向回路16.2.11．

单作用气缸换向回路图16-4为单作用气缸的换向回路。图16-4(a)为二位三通电磁阀控制的单作用气缸上、下运动回路。该回路中，当电磁铁通电时，气缸向上运动，失电时气缸在弹簧作用下返回。图16-4(b)所示为三位五通先导式电磁阀控制的单作用气缸上、下和停止的回路。气缸可停于任何位置，但定位精度不高。换向回路16.2.12．双作用气缸换向回路图16-5所示为双作用气缸换向回路。图16-5(a)为用小通径的手动阀控制二位五通主阀来操纵气缸换向的回路。图16-5(b)为二位五通双电控控制双作用缸的换向回路。图16-5(c)为用两小通径的手动阀与二位五通主阀来控制气缸换向的回路。图16-5(d)为用三位四通电磁换向阀控制气缸换向并有中停的回路，但要求元件密封性要好，可用于定位要求不高的场合。图16-5

双作用气缸换向回路速度控制回路16.3.11．单作用气缸速度控制回路图16-6所示为单作用气缸的速度控制回路。其中，图16-6(a)是由两个反向安装的单向节流阀分别控制活塞杆的伸出及缩回速度。图16-6(b)中，

气缸上升时可调速，下降时则通过快速排气阀排气，使气缸快速返回。图16-6

单作用气缸的速度控制回路速度控制回路16.3.12．双作用气缸速度控制回路图16-7所示为双作用气缸的速度控制路。图16-7（a）所示为双作用气缸的进气节流调速回路。图16-7（b）所示为双作用气缸的排气节流调速回路图16-7（c）所示为采用排气节流阀的调速回路。图16-7（d）为采用快速排气阀构成的气缸回路。图16-7

双作用气缸的速度控制回路速度控制回路16.3.13．缓冲回路在实际中，可采用缓冲回路来满足气缸行程末端的缓冲要求。图16-8所示为由速度控制阀配合使用的缓冲回路。图16-8

缓冲回路在气压回路中，采用气液转换器或气液阻尼缸后，把气压传动转换为液压传动，使执行元件的速度、运动更加稳定。若采用气液增压回路，则能增大传动力。气液联动回路装置简单，经济可靠。气液联动回路16.4.11．采用气液转换器的速度控制回路图16-9

采用气液转换器的速度控制回路利用液压油驱动液压缸3气液转换器1、2将气压变成液压调节两节流阀开度实现气缸两个运动方向的速度控制2．采用气液阻尼缸的速度控制回路图16-10

采用气液阻尼缸的速度控制回路双向速度控制回路快进—慢进—快退的变速回路用行程阀变速的回路两缸并联的变