第一章 液壓與氣動(dòng)技術(shù)概論

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液壓與氣動(dòng)主編馬廉潔副主編單淑梅韓廷水參編張文祥趙春紅機(jī)械工業(yè)出版社第一章液壓與氣動(dòng)技術(shù)概論第一節(jié)液壓與氣動(dòng)技術(shù)的發(fā)展第二節(jié)液壓與氣壓傳動(dòng)的工作原理、組成及圖形符號第三節(jié)液壓與氣動(dòng)技術(shù)的特點(diǎn)第一節(jié)液壓與氣動(dòng)技術(shù)的發(fā)展一、液壓與氣動(dòng)技術(shù)的發(fā)展過程相對于機(jī)械傳動(dòng)，液壓傳動(dòng)技術(shù)起步較晚，自18世紀(jì)末英國制成世界上第一臺(tái)水壓機(jī)算起，液壓傳動(dòng)技術(shù)只有二三百年的歷史。直到20世紀(jì)30年代才較普遍地用于起重機(jī)、機(jī)床及工程機(jī)械。第二次世界大戰(zhàn)期間，由于戰(zhàn)爭需要，出現(xiàn)了由響應(yīng)迅速、精度高的液壓控制機(jī)構(gòu)所裝備的各種軍事武器。第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束后，液壓技術(shù)迅速轉(zhuǎn)向民用工業(yè)，不斷應(yīng)用于各種自動(dòng)機(jī)械及自動(dòng)生產(chǎn)線，從而使它在機(jī)械制造、工程機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī)械、汽車制造等行業(yè)得到推廣應(yīng)用。第一節(jié)液壓與氣動(dòng)技術(shù)的發(fā)展1829年出現(xiàn)了多級空氣壓縮機(jī)，為氣壓傳動(dòng)的發(fā)展創(chuàng)造了條件，1871年風(fēng)鎬開始用于采礦，1868年美國人發(fā)明了氣動(dòng)制動(dòng)裝置，并在1872年用于鐵路車輛的制動(dòng)，20世紀(jì)50年代氣動(dòng)技術(shù)成功用于導(dǎo)彈尾翼控制的高壓氣動(dòng)伺服機(jī)構(gòu)，60年代發(fā)明射流和氣動(dòng)邏輯元件，使氣動(dòng)技術(shù)得到了很大發(fā)展。我國的液壓工業(yè)開始于20世紀(jì)50年代，最初只應(yīng)用于機(jī)床和鍛壓設(shè)備上，后來又用于拖拉機(jī)和工程機(jī)械?，F(xiàn)在，我國的液壓與氣動(dòng)技術(shù)隨著從國外引進(jìn)一些液壓氣動(dòng)元件、生產(chǎn)技術(shù)以及進(jìn)行自行設(shè)計(jì)，現(xiàn)已形成了系列，并在各種機(jī)械設(shè)備上得到了廣泛的使用。第一節(jié)液壓與氣動(dòng)技術(shù)的發(fā)展液壓與氣動(dòng)技術(shù)隨著原子能技術(shù)、空間技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展?jié)B透到各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域中，開始向高速、高壓、大功率、高效率、低噪聲、高度集成化的方向發(fā)展。液壓與氣動(dòng)技術(shù)已成為工業(yè)機(jī)械、工程建筑機(jī)械及國防尖端產(chǎn)品不可缺少的重要技術(shù)。液壓與氣動(dòng)技術(shù)革新主要體現(xiàn)在液壓現(xiàn)場總線技術(shù)、自動(dòng)化控制軟件技術(shù)、水壓元件及系統(tǒng)、液壓節(jié)能技術(shù)等方面。二、液壓與氣動(dòng)技術(shù)的發(fā)展趨勢第一節(jié)液壓與氣動(dòng)技術(shù)的發(fā)展1.液壓現(xiàn)場總線與氣動(dòng)智能化技術(shù)液壓系統(tǒng)是在液壓總線的供油路和回油路間安裝數(shù)個(gè)開關(guān)液壓源，其與各自的控制閥、執(zhí)行器相連接。氣動(dòng)技術(shù)的智能化指的是具有集成微處理器，并具有處理指令和程序控制功能的單元或元件。最典型的智能氣動(dòng)是內(nèi)置可編程控制器的閥島。二、液壓與氣動(dòng)技術(shù)的發(fā)展趨勢第一節(jié)液壓與氣動(dòng)技術(shù)的發(fā)展液壓與氣壓技術(shù)在機(jī)械設(shè)備中的應(yīng)用非常廣泛。有的設(shè)備是利用其能傳遞大的動(dòng)力、結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕的優(yōu)點(diǎn)，如工程機(jī)械、礦山機(jī)械、冶金機(jī)械等；有的設(shè)備是利用它操縱控制方便，能較容易地實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜工作循環(huán)的優(yōu)點(diǎn)，如各類金屬切削機(jī)床、輕工機(jī)械、運(yùn)輸機(jī)械、軍工機(jī)械、各類裝載機(jī)等。三、液壓與氣動(dòng)技術(shù)的應(yīng)用五、液壓傳動(dòng)的應(yīng)用1.進(jìn)給運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)裝置2.往復(fù)主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)裝置3.回轉(zhuǎn)主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)裝置4.仿形裝置5.輔助裝置6.步進(jìn)傳動(dòng)裝置7.靜壓支承第二節(jié)工作原理、組成及圖形符號傳動(dòng)機(jī)構(gòu)通常分為機(jī)械傳動(dòng)、電氣傳動(dòng)和流體傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。流體傳動(dòng)是以流體為工作介質(zhì)進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換、傳遞和控制的傳動(dòng)。它包括液體傳動(dòng)和氣體傳動(dòng)。液體傳動(dòng)是以液體為工作介質(zhì)的流體傳動(dòng)。它包括液力傳動(dòng)和液壓傳動(dòng)。液力傳動(dòng)是主要利用液體動(dòng)能的液體傳動(dòng)。液壓傳動(dòng)是主要利用液體壓力能的液體傳動(dòng)。氣壓傳動(dòng)是以壓縮氣體為工作介質(zhì)，靠氣體的壓力傳遞動(dòng)力或信息的流體傳動(dòng)。傳遞動(dòng)力的系統(tǒng)是將壓縮氣體經(jīng)由管道和控制閥輸送給氣動(dòng)執(zhí)行元件，把壓縮氣體的壓力能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能而作功；傳遞信息的系統(tǒng)是利用氣動(dòng)邏輯元件或射流元件以實(shí)現(xiàn)邏輯運(yùn)算等功能，亦稱氣動(dòng)控制系統(tǒng)。第二節(jié)工作原理、組成及圖形符號液壓傳動(dòng)系統(tǒng)以液體作為工作介質(zhì)，而氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)則以氣體作為工作介質(zhì)。兩種工作介質(zhì)的不同在于：液體幾乎不可壓縮，氣體卻有較大的可壓縮性。液壓與氣壓傳動(dòng)在基本工作原理、元件的工作機(jī)理、以及回路的構(gòu)成等多方面是相似的。下面就分別以液壓千斤頂和氣動(dòng)剪料機(jī)系統(tǒng)來說明液壓傳動(dòng)和氣壓傳動(dòng)的工作原理。

一、液壓與氣壓傳動(dòng)的工作原理及結(jié)構(gòu)組成工作原理動(dòng)畫演示一、

液壓傳動(dòng)的工作原理1－手柄2－泵缸3－吸油單向閥4－排油單向閥5－油箱6－截止閥7－液壓缸8－重物

液壓千斤頂?shù)墓ぷ髟淼诙?jié)工作原理、組成及圖形符號圖1-1所示液壓千斤頂，當(dāng)手柄1帶動(dòng)活塞上提時(shí)，泵缸2容積擴(kuò)大形成真空，排油單向閥4關(guān)閉，油箱5中的液體在大氣壓力作用下，經(jīng)油管、吸油單向閥3進(jìn)入泵缸2內(nèi)；當(dāng)手柄1帶動(dòng)活塞下壓時(shí)，吸油單向閥3關(guān)閉，泵缸2中的液體推開排油單向閥4、經(jīng)油管進(jìn)入液壓缸7，迫使活塞克服重物8的重力上升而做功；一、液壓與氣壓傳動(dòng)的工作原理及結(jié)構(gòu)組成1.液壓傳動(dòng)的工作原理及結(jié)構(gòu)組成第二節(jié)工作原理、組成及圖形符號當(dāng)需液壓缸7的活塞停止時(shí)，使手柄1停止運(yùn)動(dòng)，液壓缸7中的液壓力使排油單向閥4關(guān)閉，液壓缸7的活塞就自鎖不動(dòng)；工作時(shí)截止閥6關(guān)閉，當(dāng)需要液壓缸7的活塞放下時(shí)，打開此閥，液體在重力作用下經(jīng)此閥排往油箱5。一、液壓與氣壓傳動(dòng)的工作原理及結(jié)構(gòu)組成1.液壓傳動(dòng)的工作原理及結(jié)構(gòu)組成

液壓傳動(dòng)裝置由以下幾部分組成：（1）液壓動(dòng)力元件：把機(jī)械能轉(zhuǎn)換成液體壓力能的元件。如液壓泵。（2）液壓執(zhí)行元件：把液體壓力能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的元件。如液壓缸、液壓馬達(dá)等元件。（3）液壓控制元件：通過對液體的方向、壓力、流量的控制，來實(shí)現(xiàn)對執(zhí)行元件的運(yùn)動(dòng)方向、作用力、速度等的控制。如換向閥、減壓閥等元件。（4）液壓輔助元件：上述三個(gè)組成部分以外的其它元件，如管道、管接頭、油箱、濾油器等為輔助元件。第二節(jié)工作原理、組成及圖形符號以氣動(dòng)剪料機(jī)為例來說明氣壓傳動(dòng)的工作原理，圖1-2示一、液壓與氣壓傳動(dòng)的工作原理及結(jié)構(gòu)組成2.氣壓傳動(dòng)的工作原理及結(jié)構(gòu)組成圖1-2氣壓傳動(dòng)的工作原理1－壓縮機(jī)2－冷卻器3－油水分離器4－貯氣罐5－分水濾氣器6－減壓閥7－油霧器8－行程閥9－換向閥10－氣缸11－工料第二節(jié)工作原理、組成及圖形符號圖示系統(tǒng)中，工料11送入剪料機(jī)并到達(dá)預(yù)定位置時(shí)，行程閥8的閥芯被推向右移，把換向閥9的控制腔A接通大氣，于是在彈簧力作用下，閥9下移。由空氣壓縮機(jī)1發(fā)生并經(jīng)凈化儲(chǔ)存在儲(chǔ)氣罐4中的壓縮空氣，經(jīng)分水濾氣器5、減壓閥6、油霧器7、換向閥9排入大氣，氣缸活塞桿帶動(dòng)剪刀將工料11剪斷，2.氣壓傳動(dòng)的工作原理及結(jié)構(gòu)組成第二節(jié)工作原理、組成及圖形符號并隨之松開行程閥8的閥芯使之復(fù)位，將排氣通道隔斷，而將進(jìn)氣通道接通。于是換向閥9的控制腔內(nèi)的氣壓升高，閥芯被推向上移，主氣路被切換，壓縮空氣進(jìn)入氣缸10上腔，氣缸活塞向下運(yùn)動(dòng)并使氣缸下腔排氣，活塞向下運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)剪刀復(fù)位，準(zhǔn)備第二次下料。

2.氣壓傳動(dòng)的工作原理及結(jié)構(gòu)組成第二節(jié)工作原理、組成及圖形符號氣壓傳動(dòng)由氣源元件、氣動(dòng)執(zhí)行元件、氣動(dòng)控制元件和氣動(dòng)輔件組成。（1）氣源元件：是把機(jī)械能轉(zhuǎn)換成氣體壓力能的元件。是提供壓縮空氣的裝置，一般采用空氣壓縮機(jī)。（2）氣動(dòng)執(zhí)行元件：把壓縮氣體的壓力能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的裝置，用來驅(qū)動(dòng)工作部件，包括氣缸和氣動(dòng)馬達(dá)。（3）氣動(dòng)控制元件：用來調(diào)節(jié)氣流的方向、壓力和流量，相應(yīng)地分為方向控制閥、壓力控制閥和流量控制閥等。（4）氣動(dòng)輔件元件：包括凈化空氣用的分水濾氣器，改善空氣潤滑性能的油霧器，消除噪聲的消聲器，管子聯(lián)接件、氣動(dòng)傳感器等。2.氣壓傳動(dòng)的工作原理及結(jié)構(gòu)組成第二節(jié)工作原理、組成及圖形符號圖1-1示出了液壓系統(tǒng)的一種半結(jié)構(gòu)式的工作原理圖，圖1-2所示的氣壓系統(tǒng)圖是一種半結(jié)構(gòu)式的氣壓工作原理圖。它直觀性強(qiáng)，容易理解，但繪制比較麻煩。在實(shí)際工作中，除少數(shù)特殊情況外，一般都采用國標(biāo)GB/T786.1-1993所規(guī)定的液壓與氣動(dòng)圖形符號（參看附錄）來繪制，如圖1-3、圖1-4所示。二、液壓與氣壓傳動(dòng)的圖形符號第二節(jié)工作原理、組成及圖形符號二、液壓與氣壓傳動(dòng)的圖形符號第三節(jié)液壓與氣動(dòng)技術(shù)的特點(diǎn)與機(jī)械傳動(dòng)、電氣傳動(dòng)相比，液壓傳動(dòng)具有以下優(yōu)點(diǎn)（1）液壓傳動(dòng)的各種元件，可根據(jù)需要方便、靈活地來布置；（2）重量輕、體積小、運(yùn)動(dòng)慣性小、反應(yīng)速度快；（3）操縱控制方便，可實(shí)現(xiàn)大范圍的無級調(diào)速（調(diào)速范圍達(dá)2000:1）；一、液壓傳動(dòng)的主要特點(diǎn)1.液壓傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)第三節(jié)液壓與氣動(dòng)技術(shù)的特點(diǎn)（4）可自動(dòng)實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)；（5）相對運(yùn)動(dòng)面可自行潤滑，使用壽命長；（6）容易實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)，容易實(shí)現(xiàn)機(jī)器的自動(dòng)化，當(dāng)采用電液聯(lián)合控制后，不僅可實(shí)現(xiàn)更高程度的自動(dòng)控制過程，而且可以實(shí)現(xiàn)遙控。第三節(jié)液壓與氣動(dòng)技術(shù)的特點(diǎn)2.液壓傳動(dòng)的主要缺點(diǎn)（1）由于流體流動(dòng)的阻力損失和泄漏較大，所以效率較低。（2）容易造成環(huán)境污染，還可能引起火災(zāi)和爆炸事故。（3）工作性能易受溫度變化的影響，不宜在很高或很低的溫度條件下工作。（4）液壓元件的制造精度要求較高，價(jià)格較貴。1.氣壓傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)（1）工作介質(zhì)來源方便，用后排氣處理簡單，不污染環(huán)境。（2）空氣的粘度很小，管路損失也很小，所以便于集中供氣、遠(yuǎn)距離輸送。（3）氣壓傳動(dòng)結(jié)構(gòu)簡單、輕便、安裝維護(hù)簡單，動(dòng)作迅速、反應(yīng)快。（4）工作環(huán)境適應(yīng)性好，特別在易燃、易爆、多塵埃、強(qiáng)磁、輻射、振動(dòng)等惡劣工作環(huán)境中，比液壓、電子、電氣控制優(yōu)越。（5）壓力等級低，使用安全。（6）能夠?qū)崿F(xiàn)過載自動(dòng)保護(hù)。二、氣壓傳動(dòng)的主要特點(diǎn)第三節(jié)液壓與氣動(dòng)技術(shù)的特點(diǎn)2.氣壓傳動(dòng)的缺點(diǎn)（1）由于空氣具有可壓縮性，因此工作速度穩(wěn)定性較差。（2）傳遞的功率較小，因而氣動(dòng)系統(tǒng)輸出力較小。（3）噪聲較大，在高速排氣時(shí)要加消聲器。（4）氣動(dòng)裝置中的氣信號傳遞速度在聲速以內(nèi)比電子及光速慢，因此，氣動(dòng)控制系統(tǒng)不宜用于元件級數(shù)過多的復(fù)雜回路。（5)空氣做為工作介質(zhì)本身沒有潤滑性，需另加裝置進(jìn)行給油潤滑。第三節(jié)液壓與氣