液压与气压传动-第1章 绪论

1.1液压与气压传动的工作原理及组成1.1.1液压与气压传动的工作原理液压系统以液压油作为工作介质，而气动系统以空气作为工作介质。两种工作介质的不同在于液体几乎不可压缩，气体却具有较大的可压缩性。液压与气压传动在基本工作原理、元件的工作机理以及回路的构成等诸多方面是极为相似的。下面以图1-2所示的平面磨床工作台往复运动的液压系统来介绍它们的工作原理。平面磨床工作台往复运动的液压系统是由油箱1、过滤器2、液压泵4,溢流阀8、开停阀11、节流阀13、换向阀15、杠杆20、液压缸17、工作台21以及连接这些元件的油管组成。它的工作原理如下:图中，液压泵4在电动机的带动下，用以提供一定流量的压力油液。下一页返回1.1液压与气压传动的工作原理及组成如图1-2(a)所示，压力油液经阀11,13和15进入液压缸17左腔，而液压缸右腔则又经阀15和管道24与油箱连通。活塞18在压力油液作用下带动工作台向右运动。图中液压缸17和图1-1中液压缸3,8有所不同。千斤顶液压缸3,8只有一个进出油口，当油口与压力油液相通时活塞上升，而油口与油箱连通时活塞在自重作用下下降。而图1-2(a)的液压缸17有两个油口，改变油口的通油情况即可改变活塞的运动方向。如果换向阀15转换为图1-2(b)所示的状态时，液压缸右腔进油，左腔回油，活塞及工作台向左运动。通过杠杆使阀15又恢复到图1-2(a)所示位置，工作台又向右运动。这样工作台便不断作往复运动。系统中的阀15用以使执行元件换向，称为换向阀。上一页下一页返回1.1液压与气压传动的工作原理及组成阀11则是一个开停阀。图1-2(a)是“开”的位置，此时管道10通过开停阀和管道12连通，泵供给的油液能够进入系统。图1-2(c)则是“停”的位置，此时管道10和12的通路被阀11切断，泵的供油经管道10,24直接流回油箱。泵的供油不能进入系统，工作台停止运动。并且泵的供油直接和回油相连，泵没有负载，油液压力为零(或接近于零)。这一状态称为卸荷。阀13是节流阀，用以限制进入液压缸油液的流量，起调节工作台运动速度的作用。阀8为溢流阀。当压力油液作用于其钢珠6上的力超过弹簧7的作用力时，钢珠被顶开，油液经管道9,阀8和管道5流回油箱。溢流阀的存在，使泵的供油压力不超过其弹簧7的调定压力，起安全作用，故又名安全阀。上一页下一页返回1.1液压与气压传动的工作原理及组成2是滤油器，用以限制油液中杂质进入泵和液压系统，保证系统中油液的清洁度。1.1.2液压与气压传动的组成及图形符号1.系统的组成根据磨床工作台液压系统的工作原理可知，液压传动是以液体为工作介质的，完整的液压传动系统必须由动力元件、执行元件、控制元件、辅助元件几部分组成，见表1-1。在气压传动系统中，除了能源装置一气源装置，执行元件一气缸、气马达，控制元件一气动阀，辅助元件一管道、接头、消声器外，常常还装有一些完成逻辑功能的逻辑元件等。上一页下一页返回1.1液压与气压传动的工作原理及组成2.系统的图形符号表示图1-2所示工作原理图形象地表示了系统中各元件的结构原理，比较直观，易于被初学者接受。但是其缺点是绘制不够方便，不简明扼要，特别是当系统比较复杂时，此缺点更为突出。为此，国内外都采用元件的图形符号来绘制液压系统原理图。图形符号不再表示元件的具体结构，是一种比较抽象的、表示元件职能的符号。用它来表示系统中各元件的作用及整个系统的工作原理十分简明扼要。我国制定的液压图形符号标准为GB/T786.1-2001,我国液压气动图形符号标准GB/T786.1-93规定的图形符号见附录(部分)。图1-3是按该标准绘制的与图1-2一致的平面磨床液压系统原理图。上一页返回1.2液压与气压传动的特点液压与气压传动有以下一些优点：(1)质量轻、体积小、反应快。(2)工作装置较为平稳。(3)液压装置能在大范围内实现无级调速(调速范围可达2000)，它还可以在运行的过程中进行调速。(4)液压与气压传动易于对工作介质压力、流量或流动方向进行调节或控制。(5)工作装置易于实现过载保护。(6)由于液压与气压元件已实现了标准化、系列化和通用化，液压系统的设计、制造和使用都比较方便。下一页返回1.2液压与气压传动的特点(7)用液压与气压传动来实现直线运动远比用机械传动简单。液压传动与气压传动由于工作介质不同，因此他们还具有其他不同的优点。液压与气压传动的缺点是:(1)液压与气压传动在工作过程中能量损失较多(摩擦损失、泄漏损失等)，长距离传动时更是如此，不能保证严格的传动比。

(2)为了减少泄漏，元件在制造精度上的要求较高，因此它的造价较贵，产品成本提高，使用和维护的要求提高。(3)系统出现故障时不易找出原因。上一页下一页返回1.2液压与气压传动的特点除以上缺点外，气压传动由于气动装置中的信号传递速度较慢，仅限于声速的范围内。所以气动技术不宜用于信号传递速度要求十分高的复杂路线中;同时，气动系统的工作压力较低，结构尺寸又不宜过大，因而气压传动装置的总推力一般不可能很大。总的说来，液压与气压传动的优点是突出的，它的缺点可以通过技术进步不断得到克服或改善。上一页返回1.3液压与气压传动技术的发展及应用液压与气压传动相对于机械传动来说是一门新技术，能够在各种设备上得到推广使用，并通过与微电子和计算机技术密切结合，使其得到广泛的发展。液压与气压传动技术最早应用于武器制造等设备上，如图1-4、图1-5所示。随着液压与气压传动技术逐渐转为民用，制订和完善了各种标准，使得各类元件的标准化、规格化、系列化在机械制造、工程机械、农业机械、汽车制造等行业中推广开来，如图1-6,图1-7所示。20世纪60年代后，原子能技术、空间技术、计算机技术、微电子技术等的发展再次将液压技术推向前进，使它发展成为包括传动、控制、检测在内的一门完整的自动化技术，使它在国民经济的各方面都得到了应用。下一页返回1.3液压与气压传动技术的发展及应用液压与气压传动在某些领域内甚至已占有压倒性的优势。例如，国外生产的95%的工程机械、90%的数控加工件、95%以上的自动线都采用了液压与气压传动，如图1-8、图1-9所示。因此采用液压与气压传动的程度现在已成为衡量一个国家工业水平的重要标志之一。当前，液压与气压传动技术在实现大功率、高效率、低噪声、高压、高速、经久耐用、高度集成化、微型化、智能化等各项要求方面都取得了重大的进展，在完善比例控制、伺服控制、数字控制等技术方面也有许多新成就。此外，在液压元件和液压系统的计算机辅助设计、计算机仿真和优化以及计算机控制等开发性研究方面，更日益显示出显著的成绩。上一页下一页返回1.3液压与气压传动技术的发展及应用机械工业各部门使用液压与气压传动的出发点也不尽相同:有的是利用它在操纵控制上的优点，如机床上采用液压传动是因为其能在工作过程中实现无级变速、易于实现频繁的换向、易于实现自动化;有的是利用它在传递动力上的长处，如工程机械、压力机械和航空工业采用液压传动的主要原因是其结构简单、体积小、质量小、输出功率大等。液压传动在各类机械行业中的应用实例如表1-2所示。我国的液压工业开始于20世纪50年代，其产品最初只用于机床和锻压设备，后来才逐渐应用到拖拉机和工程机械中。上一页下一页返回1.3液压与气压传动技术的发展及应用自1964年从国外引进一些液压元件生产技术、并进行自行设计液压产品以来，我国的液压件生产已形成了从低压到高压的系列产品，并在各种机械设备上得到了广泛的使用。20世纪80年代起更加速了对国外先进液压产品和技术的有计划引进、消化、吸收和国产化工作，以确保我国的液压技术能在产品质量、经济效益、人才培训、研究开发等各个方面全方位地赶上世界水平。今大，为了和最新技术的发展保持同步，液压技术必须不断创新，不断地提高和改进元件和系统的性能，以满足日益变化的市场需求。液压技术的持续发展体现在如下一些比较重要的特征上:上一页下一页返回1.3液压与气压传动技术的发展及应用(1)提高元件性能，创新新型元件，不断实现小型化和微型化。(2)和微电子技术相结合，走向智能化。(3)高度的组合化、集成化和模块化。(4)研究和开发特殊传动介质，推进工作介质多元化。上一页返回图1-1千斤顶实物图和结构示意图返回图1-2磨床工作台液压系统工作原理返回表1-1液压传动系统组成