液压与气压传动第二版姜继海

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1.5 液压与气压传动的应用及其发展
45
1.5 液压与气压传动的应用及其发展
二、液压传动的发展
液压发展趋势： 1 ）向高压、高速、大功率、高效、低噪声、 经久耐用、高度集成化等方向发展； 2）与计算机科学相结合； 3 ）与其他相关科学结合，如污染控制技术、 可靠性技术等方面也是当前液压技术发展和 研究的方向。
A2
1.如果活塞5上作用的W为0… 2. 如果工作负载为W… 3. 如果缸4和活塞5被一容器取代…
6
1.1 液压
1
A1
5 4 3
A2
2
P2
活塞5上作用的W为0… 在不计活塞磨擦力和活 塞自重的情况下，此时系统 的液压力回是多少呢？ 很明显在活塞5下的压力 W 这时活塞1下
1.2 液压传动系统的工作原理及其组成
• （a）活塞右移动 阀15阀芯右位进油:油箱1--滤油器2--液压 泵3--油管7--开停阀8--节流阀11--换向阀 13--液压缸16左腔--推动活塞15向右。 回油:液压缸16右腔--换向阀13--油管12-油箱。
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1.2 液压传动系统的工作原理及其组成
液压与气压传动
刘锋 物理与机电工程学院
第一章 绪论
1.1 液压与气压传动的定义 1.2 液压传动系统的工作原理及系统构成 1.3 液压传动的图形符号 1.4 液压传动的优缺点 1.5 液压与气压传动的应用及其发展 1.6 液压传动的工作介质 1.7 工作介质的污染
2
1.1 液压传动定义
§1.1
液压与气压传动定义
。
重要结论：运动速度取决于流量
11
1.1 液压传动定义
（三）能量转换
能量的表示方法 由于 F1 W （帕斯卡原理）
A 1 A2
1
A1 A2 h1 2 h2 4 3
v2
及 A 1v1 A2v2 活塞1的输入功率：pA 1Q
N1 F1v1 A1
pQ
活塞5的输入功率：
pA2Q N 2 F2 v2 pQ A2
缸 由于不存在泄露及忽略液体的可压缩性，所以在Δt时间里 V A h 1 1 1 ，将等于通过管道3 从液压缸2中挤出的液体体积 A1h1 A2h2 挤入液压缸4的体积V2 A2 h2 。即： 两边同除： 则
Q
A1h1 A2 h2 t t
10
1.1 液压传动定义
重要概念：流量Q(Flow)。
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1.4 液压传动系统的优缺点
二、液压传动系统的主要缺点
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1.5 液压与气压传动的应用及其发展
§1.5 液压与气压传动的应用及其发展 一、液压与气压传动的现状
液压传动有许多突出的特点，因此它的应用非常广泛，如一
般工业用的塑料加工机械、压力机械、机床等；行走机械中的工程 机械、建筑机械、农业机械、汽车等；钢铁工业用的冶金机械、提 升装置、轧辊调整装置等；土木水利工程用的防洪闸门及堤坝装置、 河床升降装置、桥梁操纵机构等；发电厂用的涡轮机调速装置、核 发电厂等；船舶用的甲板起重机械（绞车）、船头门、舱壁阀、船 尾推进器等；特殊技术用的巨型天线控制装置、测量浮标、升降旋 转舞台等；军事工业用的火炮操纵装置、舰船减摇装置、飞行器仿 真、飞机起落架的收放装置和方向舵控制装置等。
13
1.2 液压传动系统的工作原理及其组成
§1.2 液压传动系统的工作原理及其组成
• 学习目的： 1.了解机器设备中的液压传动系统。 2.掌握液压传动系统的工作原理。 3.掌握液压传动系统的基本组成。
14
1.2 液压传动系统的工作原理及其组成
一、机器设备中的液压传动系统 实例1：液压千斤顶
15
1.2 液压传动系统的工作原理及其组成
35
1.5 液压与气压传动的应用及其发展
气压传动的应用也相当普遍，许多机器设备中都 装有气压传动系统，在工业各领域，如机械、电子、 钢铁、运行车辆及制造、橡胶、纺织、化工、食品、 包装、印刷和烟草等，气压传动技术不但已成为其基 本组成部分。在尖端技术领域如核工业和宇航中，气 压传动技术也占据着重要的地位。
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1.3 液压传动系统的图形符号
19
10
18 17 16
液压缸
9 8
液压缸
换向阀
15
换向阀
7 6
节流阀
11
14 13
12
节流阀
5
16 9
4
10 8 15
7 6
溢流阀
3 4 2 1
5
液压泵 溢流阀
11
3 2 1
液压泵 油箱
31
31
油箱
9
图 磨床工作台液压传动系统工作原理
图 用图形符号表示的磨床工作台液压系统
1.4 液压传动系统的优缺点
§1.4
液压传动的优缺点
一、液压传动系统的主要优点
1. 在同等功率情况下，液压执行元件体积小、结构紧凑。 2.液压传动的各元件，可根据需要方便、灵活地来布置； 3. 液压装置工作比较平稳，由于重量轻，惯性小，反应快， 液压装置易于实现快速启动、制动和频繁的换向； 4.操纵控制方便，可实现大范围的无级调速（调速范围达 2000：1），它还可以在运行的过程中进行调速；
一部完整的机器是由原动机、传动机构及控制部分、 工作机（含辅助装置）组成。
• 传动的形式
3
1.1 液压传动定义
到底什么是液压传动呢？
？
液压传动 （ Hydraulics ）是指在密闭容器内
以液体为工作介质，借助液体的压力能，进行能 量传递和控制的一种传动形式
4
1.1 液压传动定义
简化模型
1 2
A1
液压系统中，功率表达式 N=pQ ，压力 p和流量Q 是液压传动 中最基本也是最重要的参数。 由于 N1=N2=pQ （不考虑任何损失），因此液压系统中的能 12 量传输和转换是守恒的，满足能量守恒定律。
1.1 液压传动定义
为什么要用液压传动呢？
能量：机械能——液压能——机械能，何必 多此一举呢？ 几乎所有的机械或机器都需要传动机构。这 因为原动机一般很难直接满足执行机构在速度、 力、转矩或运动方式等方面的要求，必须通过中 间环节——传动装置进行调节控制。液压传动就 是这种调节控制方式中的一种。
9 8
7 6 5 4
3 2 1
29
1.3 液压传动系统的图形符号 10
9 8
液压缸 换向阀
7 6 5
节流阀
4
溢流阀
3 2 1
液压泵
油箱 图形符号表示元件的功能，而不表示元件的具体结构和 参数；反映各元件在油路连接上的相互关系，不反映其空间 安装位置；只反映静止位置或初始位置的工作状态，不反映 其过渡过程。
23
1.2 液压传动系统的工作原理及其组成
三、液压传动系统中能量转换和传递情况：
能量转换图
24
1.2 液压传动系统的工作原理及其组成
四、液压传动系统的组成
从千斤顶和磨床的液压系统组成 和工作原理 可以看出，液压系统一般有以下几个部分组成：
传动介质
动力元件 控制元件 执行元件
辅助元件
25
1.2 液压传动系统的工作原理及其组成
A2
0
的压力
P 1 P 2 0
7
1.1 液压传动定义
2.如果工作负载为W 1
A1
5 2 4
3
A2
重要结论： 压力取决于负载 （F足够大时）
8
1.1 液压传动定义
3. 若缸4和活塞5被一容器取代
在活塞1上施加F1的力后， 如果容器4、管路3、缸2及活塞 1有足够的强度，就可以认为工 作负载是无穷大的，那么，系 统中的液体压力将为：
1. 液压动力元件。液压动力元件指液压泵， 它是将动力装置的机械能转换成为液压能的 装置，其作用是为液压传动系统提供压力油， 是液压传动系统的动力源。 2. 液压执行元件。液压执行元件指液压缸或 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 度或转矩和转速，以驱动工作装置作功。
15液压与气压传动的应用及其发展3615液压与气压传动的应用及其发展3715液压与气压传动的应用及其发展3815液压与气压传动的应用及其发展3915液压与气压传动的应用及其发展4015液压与气压传动的应用及其发展4115液压与气压传动的应用及其发展4215液压与气压传动的应用及其发展4315液压与气压传动的应用及其发展4415液压与气压传动的应用及其发展45二液压传动的发展液压发展趋势
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1.2 液压传动系统的工作原理及其组成
二、液压系统的工作原理： 1. 液压传动是以液体作为工作介质来传递 动力的。 2.液压传动是以液体在密封容腔（泵的出口 到液压缸）内所形成的压力能来传递动力 和运动的。 3.液压传动中的工作介质是在受控制、受调 节的状态下进行工作的。 4.液压系统的工作压力取决于负载。
32
1.4 液压传动系统的优缺点
5. 一般采用矿物油为工作介质，相对运动面可自行润滑， 使用寿命长； 6. 容易实现直线运动； 7. 既易实现机器的自动化，又易于实现过载保护，当采用 电液联合控制甚至计算机控制后，可实现大负载、高精度、 远程自动控制。 8. 液压元件实现了标准化、系列化、通用化，便于设计、 制造和使用。
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1.2 液压传动系统的工作原理及其组成
3. 液压控制调节元件。它包括各种液压阀类元件， 其作用是用来控制液压传动系统中油液的流动方 向、压力和流量，以保证液压执行元件和工作装 置完成指定工作。
4. 液压辅助元件。液压辅助元件如油箱、油管、滤 油器等，它们对保证液压传动系统正常工作有着 重要的作用。
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1.5 液压与气压传动的应用及其发展
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1.5 液压与气压传动的应用及其发展
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1.5 液压与气压传动的应用及其发展
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1.5 液压与气压传动的应用及其发展
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1.5 液压与气压传动的应用及其发展
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1.5 液压与气压传动的应用及其发展
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1.5 液压与气压传动的应用及其发展
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1.5 液压与气压传动的应用及其发展
• （b）活塞左移 阀15阀芯左位进油: 油箱 1-- 滤油器 2-- 液压泵 3-- 油管 7-- 开停 阀8--节流阀11--换向阀13--液压缸16右腔-推动活塞15向左 回油 :液压缸 16左腔--换向阀13--油管12油 箱。
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1.2 液压传动系统的工作原理及其组成
• （c）系统保压 阀15阀芯中位(c): 油箱1--滤油器2--液压泵3--溢流阀5-油管6--油箱 • （d）系统卸荷 开停阀9阀芯左位: 油箱1--滤油器2--液压泵3--开停阀8-回油管10--油箱
16
1.2 液压传动系统的工作原理及其组成
液压千斤顶的系统中， 小缸、小活塞以及单向阀4和 7组合在一起，就可以不断从 油箱中吸油和将油压入大缸， 这个组合体的作用是向系统 中提供一定量的压力油液， 称为液压泵。 大活塞和缸用于带动负载， 使之获得所需运动及输出力， 称为执行机构。 放油阀门 11 的启闭决定 执行元件是否向下运动，是 一个方向控制阀。 另 外 ， 要 进 行动力传输 必须借助液压传动介质。
5. 液压工作介质。工作介质指传动液体，通常被称 为液压油或液压液。
27
1.3 液压传动系统的图形符号
§1.3
液压传动系统的图形符号
• 学习目的： 1.了解半结构式图形原理图的优缺点。 2.掌握图形符号原理图的应用特点。
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1.3 液压传动系统的图形符号
10
上图所示的液压系统图是
一种半结构式的工作原理图。 它直观性强，容易理解，但 难于绘制。 在实际工作中，除少数特 殊情况外，一般都采用液压与 气动图形符号（参看附录）来 绘制，如图右所示。
手动油 泵 （油源）
油缸 （执行元 件）
17
实例2：磨床工作台液压进给系统
18
1-油箱； 2-滤油器； 3-液压泵； 4、7压力支管；5-溢流阀； 6、10、12-回 油管； 8- 开停阀； 9- 开停阀手柄； 11-节流阀；13-换向阀；14-换向阀手 柄；15-活塞杆；16-液压缸；17-工作 台；18-磨床刀具 19
单位时间内从液压缸2中排出的液体体积或挤入液压缸4 A A2 h2 1h 1 的体积称为流量Q(Flow)。那么，上式（ t ） t 实质上就是说排出液压缸2的流量等于挤入液压缸4的流量。 由上式可得负载的运动速度
Q v2 则： A2 活塞5的运动速度只取决于缸4的流量。 即：在液压系统中执行机构的速度只 取决于流量。
5
4 3
A2
三大特征： 1.系统传递力（F力达到一定值，能阻止重物W下降） 2.系统传递运动（活塞1在F作用下向下运动，重物上升） 3.能量转换
5
1.1 液压传动定义
（一）压力取决于什么？
为了能提升重 物W，必须在 活塞1上施加 主 动 力 F1, 这 时，重物W就 是工作的负载。
1
A1
5 2 3 4
1
A1 A2
F1 P 1 A1
根据帕斯卡原理，该压力P1将 在这个封闭的液体间等值传递， 管道3和容器4内各点都将产生 大小和P1相等的液体压力。
2
3
4
9
1.1 液压传动定义
（二）运动速度取决于什么？
右图 ， 不考虑泄露及 液体的可压缩性。 可知：活塞 1 向下移动 h1, 通过液体的能量传 输，将使活塞 5 上升一 段 距 离 h2 ， 很 显 然 h1≠h2。 1 A1 A2 h1 2 h2 4 3 v2