福船院液压与液力传动教案01概述

概述☆知识点液压、气压及液力传动技术基本概念液压与气压传动的工作原理★要求掌握：1．液压与气压传动的基本工作原理，液压与气压传动系统的组成3．液压与气压传动的特点了解：液压与气压系统的图形符号液压与气压传动的应用液压、气压技术是机械设备中发展最快的技术之一。随着工业自动化水平的不断提高，液压、气压传动技术被越来越广泛的应用在各个领域中。由于微电子、计算机技术的飞速发展，液压、气压传动技术不仅作为传动的一种基本形式，而且，还成为一种重要的控制手段。传动是指传递运动与传递动力的方式。机械常见的传动形式电力气体流体液压液体液力液压传动——利用液体的压力能进行能量传递的传动。气压传动——利用气体的压力能进行能量传递的传动。液压与气压传动的工作原理与组成1.1.1液压与气压传动的工作原理图1-1所示为液压千斤项工作原理示意图，我们可以用它说明液压传动的工作原理。图中大小两个液压缸6和3的内部分别装有活塞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上行，于是小油缸3的下腔密封容积增大，腔内压力下降，形成部分真空，这时单向阀5封住通向大液压缸的油路，油箱10的油液在大气压的作用下经过吸油管路推开单向阀4进入小液压油缸，完成一次吸油。接着，压下杠杆，小液压缸的活塞下移，其油腔密封容积减小，油液压力升高，单向阀4关闭，压力油推开单向阀5经油路流入大液压缸6内。由于大液压缸6的油腔也是一个密闭的容积，所以进入的油液因受挤压而产生的作用力就推动大液压缸的活塞上升，并将重物向上顶起一段距离。如此反复提压杠杆，就可使重物不断上升，达到起重的目的。将放油阀9旋转90°，则大油缸的活塞在外力的作用下，大油缸内的油液排回油箱，大活塞下降，恢复原位。以便再次使用。如果将图1-1所示系统中的油液换成空气，因工作介质直接取自大气，也可直接排入大气，所以可以去掉回油管与油箱，再将液压缸改为气缸。那么，上述系统就可视为一个气压传动系统。生活中常用的打气筒，就与上述小活塞工作原理完全相同。从上述实例可以看出：液压与气压传动是以密封容积中的受压工作介质来传递运动和动力的。它们先将机械能转换成压力能，然后通过各种元件组成的控制回路来实现能量的调控，最终再将压力能转换成机械能，使执行机构实现预定的功能，按照预定的程序完成相应的动力与运动输出。图1.1液压千斤项工作原理示意图1-手柄2-小活塞3-小油缸4、5-单向阀6-大油缸7-大活塞8-重物9-开关10-油箱1.1.2液压传动系统的组成图1.2所示为一机床的液压系统的示意图。标号4为液压泵，19为工作台，18为液压缸，16、13和11为操纵阀，7为安全阀，1为油箱，2为过滤器。这样便组成了一个完整的液压系统，虽然对于不同的工作需要有着成千上万种不同的液压系统，但其主要组成部分却是相同的。液压传动系统主要由以下几个部分组成：动力元件把机械能转换成液体压力能的装置，如上例中的小活塞缸总成。一般最常见的是液压泵。执行元件把液体的压力能转换成机械能的装置，如上例中的大活塞缸总成。一般为作直线运动的液压缸和作回转运动的液压马达。控制元件对液压系统中液体的压力、流量和流动方向进行控制和调节的装置，如限压阀、流量阀、换向阀和单向阀等。辅助元件对工作介质起到容纳、净化、和实现元件间连接等作用的装置。如油箱、过滤器、蓄能器、管件等。图1.2液压系统的组成1-油箱2-过滤器3、8、10、12、14-油管4-液压泵5-弹簧7-溢流阀9、15-换向阀11、16-操纵柄13-节流阀17-活塞18-液压缸19-工作台1.1.3气压传动系统的组成典型的气压传动系统主要由以下部分组成：气压发生装置其主体部分是空气压缩机。它将原动机（如内燃机、电动机）输出的机械能转变为气体的压力能，为各类气动设备提供动力。执行元件包括各种气缸和气马达。它的功用是将气体的压力能转变为机械能，供给机械运动部件。控制元件包括各种阀类。如各种压力阀、流量阀、方向阀和逻辑元件等，用以控制压缩空气的压力、流量和流动方向以及执行元件的工作程序，以保证执行元件完成预定的动作。辅助元件是使压缩空气净化、干燥、润滑、消声以及用于元件间连接所需的装置，以保持气动系统可靠、稳定和持久地工作。例如，各种过滤器、干燥器、消声器、油雾器及管件等。1.1以上各个装置在液压、气压系统中都可根据国家标准规定用其职能符号来表示，如图1.3所示液压系统示意图和相对应的图形符号图，图形符号图可使液压系统的表示简单明了，便于理解，绘制方便。图1.3液压系统示意图1.3液压气压传动的特点及其在汽车等领域中的应用1.3.1液压技术自1795年世界上第一台水压机诞生已有200多年的历史了，然而，液压传动的真正推广使用却是近50多年的事。特别在本世纪60年代以后，随着原子能科学、空间技术、计算机技术的发展，液压技术也得到了很大发展，并渗透到国民经济各个领域中，在工程机械、汽车、冶金、军工、农业机械、轻纺、船舶、石油、航空和机床工业中，液压技术得到了普遍的应用。当前液压技术正向着高压、高速、大功率、高效、低噪声、经久耐用、高度集成化的方向发展。而新型液压元件和液压系统的计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助测试（CAT）、计算机直接控制（CDC）、机电一体化技术、计算机仿真和优化设计技术、可靠性技术，以及污染控制技术等方面也是当前液压传动及控制技术发展和研究的方向。气压传动技术（气动技术）自20世纪60年代以来也发展很快，其主要原因是由于气动技术作为一种实现工业自动化的有效手段，引起各国技术人员的普遍重视和应用。许多国家已大量生产标准化的气动元件，在生产中广泛采用气动技术。随着工业的发展，气动技术的应用范围也将日益扩大，而它的性能也就必须适应气动机械多样化以及与机械电子工业快速发展的要求。因此，就应以更新的观念去研究开发气动技术、气动机械和气动系统。一方面要加强气动元件本身的研究，而使之满足多样化的要求，不断提高系统的可靠性，不断降低成本。还要进行无给油化、节能化、小型化和轻量化、位置控制的高精度化研究，以及气、电、液相结合的综合控制技术的研究。同时计算机辅助设计，优化设计，计算机控制也是气动技术开发的发展方向。1.3.2液压传动与其它传动方式相比较，有如下主要优点：液压传动能方便地实现无级调速，调速范围大。在相同功率情况下，液压传动能量转换元件的体积较小，重量较轻。工作平稳，换向冲击小，便于实现频繁换向。便于实现过载保护，而且工作油液能使传动零件实现自润滑，故使用寿命较长。操纵简单，便于实现自动化。特别是和电气控制联合使用时，易于实现复杂的自动工作循环。液压元件易于实现系列化、标准化和通用化。液压装置比机械装置更容易实现直线运动。液压传动的主要缺点是：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。液压传动有较多的能量损失（泄漏损失、摩擦损失等），故传动效率不高，不宜作远距离传动。液压传动对油温的变化比较敏感，不宜在很高和很低的温度下工作。液压传动出现故障时不易找出原因。1.3.3气压传动的特点气压传动与机械、液压、电气传动相比，气压传动有如下主要优点：以空气为工作介质，来源方便，用后排气处理简单，不污染环境。由于空气流动损失小，压缩空气可集中供气，远距离输送。与液压传动相比，气动动作迅速、反应快、维修简单、管路不易堵塞，且不存在介质变质、补充和更换等问题。工作环境适应性强，可安全可靠地应用于易燃易爆场所。气动装置结构简单、轻便、安装维护容易。压力等级低，故使用安全。空气具有可压缩性，气动系统能够实现过载自动保护。气压传动主要缺点有：受气体可压缩性的影响，气缸动作速度——负载特性差。因工作压力较低（一般为0.4-0.8Mpa），气动系统输出力较小。因工作介质空气本身没有润滑性，需另加装置进行给油润滑。气动系统排气有较大的噪声。1.3.4液压与气压传动在机械工程中的应用驱动机械运动的机构以及各种传动和操纵装置有多种形式。根据所用的部件和零件，可分为机械的、电气的、气动的、液压的传动装置。经常还将不同的形式组合起来运用——四位一体。由于液压传动具有很多优点，使这种新技术发展得很快。液压传动应用于金属切削机床也不过四五十年的历史。航空工业在1930年以后才开始采用。特别是最近二三十年以来液压技术在各种工业中的应用越来越广泛。在机床上，液压传动常应用在以下的一些装置中：1.进给运动传动装置磨床砂轮架和工作台的进给运动大部分采用液压传动；车床、六角车床、自动车床的刀架或转塔刀架；铣床、刨床、组合机床的工作台等的进给运动也都采用液压传动。这些部件有的要求快速移动，有的要求慢速移动。有的则既要求快速移动，也要求慢速移动。这些运动多半要求有较大的调速范围，要求在工作中无级调速；有的要求持续进给，有的要求间歇进给；有的要求在负载变化下速度恒定，有的要求有良好的换向性能等等。所有这些要求都是可以用液压传动来实现的。2.往复主体运动传动装置龙门刨床的工作台、牛头刨床或插床的滑枕，由于要求作高速往复直线运动，并且要求换向冲击小、换向时间短、能耗低，因此都可以采用液压传动。3.仿形装置车床、铣床、刨床上的仿形加工可以采用液压伺服系统来完成。其精度可达0.01～0.02mm。此外，磨床上的成形砂轮修正装置亦可采用这种系统。4.辅助装置机床上的夹紧装置、齿轮箱变速操纵装置、丝杆螺母间隙消除装置、垂直移动部件平衡装置、分度装置、工件和刀具装卸装置、工件输送装置等，采用液压传动后，有利于简化机床结构，提高机床自动化程度。5.静压支承重型机床、高速机床、高精度机床上的轴承、导轨、丝杠螺母机构等处采用液体静压支承后，可以提高工作平稳性和运动精度。液压传动在其他机械工业部门的应用情况见表0-1所示。表0-1液压传动在各类机械行业中的应用实例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

在汽车领域液压传动常应用在以下的一些装置中：现代汽车的向着驾驶方便、运行平稳、乘用舒适、安全可靠、节能环保的方向发展，液压、气压传动，以及液力技术的特点能够较好地之相适应，因此得到越来越多的应用。例如，电控液力自动变速器，电控悬架装置、电控防抱死制动装置、气压式挂车制动装置、液压或气压式转向助力装置、自卸汽车举升机构及发动机燃料供给、机械润滑系统等。由于液压、气压传动各自的工作特点不同，因此在传动、控制、介质传输等方面的应用和特点也略有不同。液压系统在汽车上的应用及特点利用液压传动可实现动力远程传递、电气控制信号转换，发动机燃料传输、机械系统润滑也是利用液压传动原理实现的。与其他传动情况相比，在汽车上应用液压传动技术具有一定的特点。由于汽车整体结构限制和轻量化的要求，系统结构紧凑、元件组合性强，有时具有非系统性；与电气结合，能够对汽车的运行状况进行控制，如液压式电子控制动力转向系统，是在液压传动动力转向系统的基础上增设电子控制装置而构成的。该系统能够根据汽车行驶条件的变化，对助力的大小实行控制，使汽车在停车状态时得到足够大的助力，提高转向系统的操纵性。当车速增加时助力逐渐减小，进入高速状态时则无助力，使操纵有一定的“路感”，提高操纵稳定性。另外，液压系统还在发动机的润滑系统、柴油机的燃油供给系统、以及专门用途车辆的特殊工作装置中，通过对液压系统的压力的控制、流量与方向的控制，来保证和完善系统的正常工作，以满足系统的特殊工作要求。2．气压传动在汽车上的应用特点气压传动与液压传动一样，主要用于实现动力远程传递、电气控制信号转换等。由于其工作介质是气体，因此工作安全，接口转换方便，系统泄漏时环境污染小。但受气体可压缩性大的影响，系统灵敏性不如液压传动，如液压式汽车制动的制动滞后时间是0.2s，而气压汽车制动装置的制动滞后时间是0.5s。同时，系统噪声大，自润滑性差。小结液压与气压传动均属流体传动，液压传动——利用液体的压力能进行能量传递的传动；气压传动——利用气体的压力能进行能量传递的传动。液压与气压传动原理基本相似，它们依靠密闭容积的变化来产生液体或气体的压力，或者通过容积变化将液体或气体的压力转变为机械能。它们的结构也都是由动力