流體傳動與控制-課件

流體傳動與控制-課件第一頁，編輯于星期六：二十一點四十六分。第1頁，共52頁。流體傳動與控制液壓傳動與控制氣壓傳動與控制第二頁，編輯于星期六：二十一點四十六分。第2頁，共52頁。緒論1、什么是流體傳動與控制？2、它是一門古老的學科還是一門新興的學科？3、該學科目前急需解決哪些問題？4、該學科的發(fā)展方向是什么？第三頁，編輯于星期六：二十一點四十六分。第3頁，共52頁。一、學科歷史及主要事件二、學科存在的主要問題三、流體傳動技術(shù)前景展望第四頁，編輯于星期六：二十一點四十六分。第4頁，共52頁。一、學科歷史及主要事件

流體傳動是研究以有壓流體為能源介質(zhì)，來實現(xiàn)各種機械的傳動和自動控制的學科。（流體：流體傳動中所使用到的液體和氣體。）第五頁，編輯于星期六：二十一點四十六分。第5頁，共52頁。歷史回顧

概述：流體技術(shù)自18世紀末英國制成世界上第一臺水壓機算起，已有300年的歷史了，但其真正的發(fā)展是在第二次世界大戰(zhàn)后50余年的時間內(nèi)，戰(zhàn)后液壓技術(shù)迅速轉(zhuǎn)向民用工業(yè)，在機械制造、工程建筑、農(nóng)業(yè)機械、交通運輸?shù)刃袠I(yè)中逐步推廣。第六頁，編輯于星期六：二十一點四十六分。第6頁，共52頁。學科發(fā)展史

18世紀末水壓機（作為最早的工作母機）的問世（1795）是流體動力應(yīng)用于工業(yè)的第一個成功典范。水壓技術(shù)從此在工業(yè)革命（1850）后的英國得到原始、緩慢地發(fā)展。第七頁，編輯于星期六：二十一點四十六分。第7頁，共52頁。

19世紀末流體動力元件得以發(fā)明和改進，特別是伴隨現(xiàn)代化工業(yè)的興起以及機械加工工藝、材料（鋼鐵工業(yè)）和介質(zhì)（石化工業(yè)）的技術(shù)進步，為液壓技術(shù)的近代發(fā)展創(chuàng)造了先決條件。第八頁，編輯于星期六：二十一點四十六分。第8頁，共52頁。

20世紀初，美國在艦船設(shè)備上率先使用油介質(zhì)成功（1906）后，揭開了現(xiàn)代液壓技術(shù)發(fā)展的序幕。

戰(zhàn)爭和軍事需要（航海和航空）刺激了液壓新技術(shù)新工藝的研究開發(fā)投入。第九頁，編輯于星期六：二十一點四十六分。第9頁，共52頁。

1930年代中期以先導(dǎo)溢流閥為代表的壓力控制閥高壓元件問世；1940年代問世了電磁閥和電液換向閥等自動控制元件；1950年代初電液伺服閥問世；1960年代后期電液比例閥問世。第十頁，編輯于星期六：二十一點四十六分。第10頁，共52頁。

戰(zhàn)后在航天國防工業(yè)以及汽車和機床工業(yè)的廣泛應(yīng)用中，油壓技術(shù)經(jīng)受了考驗，并且走向產(chǎn)業(yè)獨立發(fā)展，西方各國相繼成立了行業(yè)協(xié)會和專業(yè)學會，液壓傳動和控制被作為新興技術(shù)得到重視。這一時期也稱得上是液壓工業(yè)的黃金歲月。第十一頁，編輯于星期六：二十一點四十六分。第11頁，共52頁。

值得一提的科學著作是Blackburn1960《液動氣動控制》和Merritt1967《液壓控制系統(tǒng)》等影響深遠的經(jīng)典之作，對液壓控制理論首次作出了系統(tǒng)、科學的闡述。第十二頁，編輯于星期六：二十一點四十六分。第12頁，共52頁。

1970年液壓元件走向標準化、國際化（CETOP；1962-，ISO/TC131；1969-）、集成化、小型化，疊加閥和模塊化集成回路順應(yīng)了時代要求。由于相繼爆發(fā)了二次能源危機，節(jié)能壓力迫使液壓技術(shù)尋求高水基或合成液介質(zhì)，同時為了滿足工業(yè)生產(chǎn)高效率大功率的要求，二通插裝閥在西德問世。

第十三頁，編輯于星期六：二十一點四十六分。第13頁，共52頁。

電液比例控制在1980年成為液壓技術(shù)研究發(fā)展的熱點，液壓和電子技術(shù)的競爭與合作引起廣泛關(guān)注。值得提及Backe1974《液壓阻力回路系統(tǒng)學》和路甬祥1988《電液比例控制技術(shù)》等著作進一步豐富和發(fā)展了液壓控制的經(jīng)典理論。

第十四頁，編輯于星期六：二十一點四十六分。第14頁，共52頁。

1990年以后，隨著綠色和環(huán)保成為全球共識，水壓技術(shù)特別是純水介質(zhì)及其元件工藝的研究又得到重視。第十五頁，編輯于星期六：二十一點四十六分。第15頁，共52頁。學科存在的主要問題

1.環(huán)境保護（泄漏）：

泄漏是流體傳動工業(yè)面臨的最大挑戰(zhàn)之一，也是妨礙它與電氣和機械傳動系統(tǒng)有效競爭的一大因素。隨著環(huán)保意識的不斷增強，解決泄漏已是當務(wù)之急。

第十六頁，編輯于星期六：二十一點四十六分。第16頁，共52頁。

解決方案（一）：加大非石油基液壓油的使用力度。例如，在工作溫度允許的情況下，水基液壓油能較好地防止污染。

第十七頁，編輯于星期六：二十一點四十六分。第17頁，共52頁。解決方案（二）：為降低污染，流體傳動工業(yè)提出了兩種有效途徑和力一法：①與石化公司合作，開發(fā)性能更好的生物降解液壓油；②通過縮小油箱尺寸和使用衍生裝置，繼續(xù)探索降低系統(tǒng)用油量的方法和技術(shù)。第十八頁，編輯于星期六：二十一點四十六分。第18頁，共52頁。解決方案（三）：

液壓油的廢置也是一個較大的環(huán)保考慮因素。為充分利用它并保護環(huán)境，延長其使用壽命是最佳的方法。要做到這一點，使用者必須應(yīng)用先進的污染控制和過濾技術(shù)，使液壓油保持清潔和冷卻。第十九頁，編輯于星期六：二十一點四十六分。第19頁，共52頁。2.教育與培訓方面：

由于流體傳動是一個特殊的工業(yè)領(lǐng)域，公眾對它的了解近似于零，這一狀況近期將不會有較大改觀。在眾多的?？圃盒＜熬C合大學里，電氣和機械技術(shù)被廣泛傳授，而流體傳動卻被忽視。盡管這一潛在問題在幾十年前就被發(fā)現(xiàn)，但工業(yè)界對此作出的反應(yīng)卻很遲鈍。第二十頁，編輯于星期六：二十一點四十六分。第20頁，共52頁。解決方案（一）：

進一步加大流體傳動組織與大專院校的合作，在高校增設(shè)更多的流體傳動課程，培養(yǎng)和儲備專業(yè)人才；第二十一頁，編輯于星期六：二十一點四十六分。第21頁，共52頁。解決方案（二）：企業(yè)自己培養(yǎng)人才，盡管這種方法不是最好的，但在實踐中卻是最可行的。這樣，行業(yè)和企業(yè)可利用自身優(yōu)勢造就高素質(zhì)的專門人才。第二十二頁，編輯于星期六：二十一點四十六分。第22頁，共52頁。解決方案（三）：

利用行業(yè)組織和機構(gòu)，更好地為行業(yè)服務(wù)。例如，美國全國流體動力協(xié)會、流體動力學會等組織就能為工程師提供培訓和先進技術(shù)信息。包括:開發(fā)工業(yè)工程標準；提倡教育，促進改良措施，支持流體傳動技術(shù)及其應(yīng)用；參與各種工業(yè)展覽；提供行業(yè)數(shù)據(jù)服務(wù)；資助本組織的國際貿(mào)易；自愿為協(xié)會服務(wù)。第二十三頁，編輯于星期六：二十一點四十六分。第23頁，共52頁。3.與其它先進的技術(shù)相結(jié)合：例如：與電子一體化相結(jié)合？第二十四頁，編輯于星期六：二十一點四十六分。第24頁，共52頁。流體傳動技術(shù)前景展望

1.研發(fā)“智能材料”，和“智能流體”；2.

打破生產(chǎn)廠、供應(yīng)商及用戶之間的界

限，向全球化發(fā)展；3.其它的發(fā)展趨勢

。

第二十五頁，編輯于星期六：二十一點四十六分。第25頁，共52頁。流體傳動技術(shù)向高壓化、長壽命、微型化和低泄漏的力一向發(fā)展將進一步擴大與電子領(lǐng)域的合作，研制更為先進的材料和流體介質(zhì)。例如，智能流體將開創(chuàng)由電子控制的無閥流體系統(tǒng)，泵和馬達的高級控制技術(shù)比現(xiàn)用技術(shù)更簡單，泵、馬達及機械所用的智能材料將進一步深化流體傳動與電子技術(shù)的聯(lián)合。第二十六頁，編輯于星期六：二十一點四十六分。第26頁，共52頁。設(shè)備生產(chǎn)廠和供應(yīng)商之間綜合利用資源，更迅速地建立合作關(guān)系，更有效地滿足用戶的不同需求。國際標準化組織（ISO）將繼續(xù)保證世界范圍的產(chǎn)品和系統(tǒng)的互換性。第二十七頁，編輯于星期六：二十一點四十六分。第27頁，共52頁。

利用更為先進的材料，如復(fù)合材料和陶瓷材料，滿足液壓系統(tǒng)中泵、閥、缸高壓化的需要；由于總線控制大大減少接線，增強操作可靠性，將廣泛用于液壓和氣動閥；氣動將更加依賴電氣、電子接口；加大數(shù)字放大器的研制和應(yīng)用力度，改良電液驅(qū)動技術(shù)；繼續(xù)探索降低生產(chǎn)成本的方法。第二十八頁，編輯于星期六：二十一點四十六分。第28頁，共52頁。大力發(fā)展電子一體化，提高產(chǎn)品在惡劣環(huán)境下作業(yè)的能力；更多地使用植物油和不污染空氣或生態(tài)系統(tǒng)的流體介質(zhì)；機、電、氣一體化，使系統(tǒng)速度更快，匹配性更好，控制性更平衡；必須力爭解決動力及運動控制力方面的問題，提供通用插接元件及系統(tǒng)；加大遠程系統(tǒng)診斷技術(shù)的應(yīng)用力度；倡導(dǎo)預(yù)防性維護；承擔終身保障和責任；普及條件監(jiān)測，減少停機，降低維修費用。第二十九頁，編輯于星期六：二十一點四十六分。第29頁，共52頁。

氣壓傳動的發(fā)展（氣動技術(shù)）

氣動技術(shù)在科技飛速發(fā)展的當今世界發(fā)展將更加迅速。隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，氣動技術(shù)已從汽車、采礦、鋼鐵、機械工業(yè)等行業(yè)迅速擴展到化工、輕工、食品、軍事工業(yè)等各行各業(yè)。

第三十頁，編輯于星期六：二十一點四十六分。第30頁，共52頁。

70年代——開始重視氣動技術(shù)，但沒有生產(chǎn)氣動設(shè)備的能力

其中：

75年1月——在氣動元件座談會上確定了定點生產(chǎn)氣動元件的工廠;76年——正式開始重視氣動技術(shù)，并發(fā)展氣動技術(shù)，發(fā)展速度很快;80年代——廣泛地應(yīng)用于各行各業(yè)，如：制鞋、顯像管生產(chǎn)、玻璃車間，食品生產(chǎn)，服裝生產(chǎn)等，第三十一頁，編輯于星期六：二十一點四十六分。第31頁，共52頁。從世界各地氣動行業(yè)統(tǒng)計資料來看，近30多年來，氣動行業(yè)發(fā)展很快。20世紀70年代，液壓與氣動元件的產(chǎn)值比約9:1，30多年后的今天，在工業(yè)技術(shù)發(fā)達的歐美、日本等國家，該比例已達6:4，甚至接近5:5。由于氣動元件的單價比液壓元件便宜，在相同產(chǎn)值的情況下，氣動元件的使用量及使用范圍已遠遠超過了液壓行從地區(qū)劃分，可以說美洲（以美國為中心）、歐洲（歐洲各工業(yè)發(fā)達國家）和亞太地區(qū)（以日本為中心）三分天下。氣動元件的基本生產(chǎn)品種和規(guī)格分別已達9100種和53萬種。中國改革開放以來，氣動行業(yè)發(fā)展很快。近年來，氣動元件產(chǎn)值的年遞增率達25%左右，高于中國機械工業(yè)產(chǎn)值平均年遞增率。雖然中國的基礎(chǔ)工業(yè)離世界先進工業(yè)國家還有一定的差距，第三十二頁，編輯于星期六：二十一點四十六分。第32頁，共52頁?？v觀世界氣動行業(yè)的發(fā)展趨勢，氣動元件的發(fā)展動向可歸納為：高質(zhì)量電磁閥的壽命可達3000萬次以上，氣缸的壽命可達2000~5000km。高精度定位精度達0.5~0.1mm，過濾精度可達0.01μm，標準大氣中的油霧在0.1mg以下。高速度小型電磁閥的換向頻率可達數(shù)十赫茲，氣缸最大速度可達3m/s。

低功耗電磁閥的功耗可降到0.1W。第三十三頁，編輯于星期六：二十一點四十六分。第33頁，共52頁。顯然，氣動技術(shù)當前發(fā)展的特點和研究的方向主要是節(jié)能化、小型化、輕量化、位置控制的高精度化，以及與電子學相結(jié)合的綜合控制技術(shù)。第三十四頁，編輯于星期六：二十一點四十六分。第34頁，共52頁。氣壓傳動的工作原理1.電車和汽車開、關(guān)門氣動回路：第三十五頁，編輯于星期六：二十一點四十六分。第35頁，共52頁。本課程的主要任務(wù)：1、要掌握液壓與氣壓傳動的基本概念。2、能讀懂液壓與氣壓傳動系統(tǒng)圖，認識

液壓與氣壓元件的圖形符號。3、了解液壓與氣壓元件，會選用液壓與氣壓元件。4、能設(shè)計簡單的液壓與氣壓傳動系統(tǒng)。第三十六頁，編輯于星期六：二十一點四十六分。第36頁，共52頁。二、液壓與氣壓傳動的工作原理（一）液壓傳動的工作原理1液壓千斤頂?shù)墓ぷ髟韽囊簤呵Ы镯數(shù)墓ぷ髟淼暮唵谓榻B中，我們可以看出：液壓傳動的工作原理——以油液作為工作介質(zhì)，依靠密封容積的大小變化來傳遞運動，依靠油液內(nèi)部的壓力來傳遞動力。液壓傳動的定義：以液體作為工作介質(zhì)，利用液體壓力來傳遞動力和進行控制的一種傳動方式。第三十七頁，編輯于星期六：二十一點四十六分。第37頁，共52頁。

實質(zhì)上，液壓傳動就是一種能量轉(zhuǎn)換裝置，先將機械能轉(zhuǎn)換為便于輸送的液壓能，再將液壓能轉(zhuǎn)換為機械能，用來驅(qū)動工作機構(gòu)完成所要求的各種動作。2.液壓傳動系統(tǒng)的組成1）能源裝置（油源）：將機械能轉(zhuǎn)換為液壓能的裝置。如：液壓泵。2）執(zhí)行裝置：將液壓能轉(zhuǎn)換為機械能的裝置。如：液壓缸、液壓馬達。3）控制裝置：控制油液的壓力、流量和流動方向的裝置。如：換向閥、溢流閥、節(jié)流閥。4）輔助裝置：起輔助作用的裝置（除上述三部分之外的所有裝置）。如：油箱、濾油器、壓力表、油管等。3.液壓元件的圖形符號第三十八頁，編輯于星期六：二十一點四十六分。第38頁，共52頁。氣壓傳動的工作原理1.電車和汽車開、關(guān)門氣動回路：第三十九頁，編輯于星期六：二十一點四十六分。第39頁，共52頁。氣壓傳動的工作原理為：把由電動機或其它原動機的機械能轉(zhuǎn)換成有壓氣體的壓力能，通過控制元件控制，輸送給執(zhí)行元件，再還原成機械能。機械能壓力能機械能2.氣動系統(tǒng)的組成1）氣源系統(tǒng)作用：供給氣動系統(tǒng)一定壓力、一定流量，干凈、干燥的壓縮空氣。元件：空氣壓縮機、后冷卻器、油水分離器、儲氣罐、氣動三大件。2）控制元件作用：控制壓縮空氣的流量、壓力、方向，使執(zhí)行元件完成我們所設(shè)計的規(guī)定運動規(guī)律。元件：壓力閥、流量閥、方向閥。第四十頁，編輯于星期六：二十一點四十六分。第40頁，共52頁。3）執(zhí)行元件作用：把壓力能轉(zhuǎn)換成機械能，并對外做功。元件：氣缸、氣馬達。4）輔助裝置作用：起輔助作用。元件：管道、壓力表、管接頭，等等。第四十一頁，編輯于星期六：二十一點四十六分。第41頁，共52頁。三、液壓與氣壓傳動的優(yōu)缺點1.液壓傳動的優(yōu)缺點優(yōu)點：（1）能方便地實現(xiàn)無級調(diào)速，調(diào)速范圍大。（2）運動傳遞平穩(wěn)、均勻。（3）易于獲得很大的力和力矩。（4）單位功率的體積小，重量輕，結(jié)構(gòu)緊湊，反映靈敏。（5）易于實現(xiàn)自動化。（6）易于實現(xiàn)過載保護，工作可靠。第四十二頁，編輯于星期六：二十一點四十六分。第42頁，共52頁。（7）自動潤滑，元件壽命長。（8）液壓元件易于實現(xiàn)通用化、標準化、系列化、便于設(shè)計制造和推廣使用。缺點：（1）由于液壓傳動的工作介質(zhì)是液壓油，所以無法避免會有泄漏，效率降低，污染環(huán)境。（2）溫度對液壓系統(tǒng)的工作性能影響較大。第四十三頁，編輯于星期六：二十一點四十六分。第43頁，共52頁。（3）傳動效率低。（4）空氣的混入會引起工作不良。（5）為了防止泄漏以及滿足某些性能上的要求，液壓元件的制造精度要求高，使成本增加。（6）液壓設(shè)備故障原因不易查找。2.氣壓傳動的優(yōu)缺點優(yōu)點：（1）氣動裝置結(jié)構(gòu)簡單、輕便、安裝維護簡單。壓力等級低，故使用安全。（2）工作介質(zhì)是空氣，取之不盡、用之不竭，又不花錢。排氣處理簡單，不污染環(huán)境，成本低。（3）輸出力及工作速度的調(diào)節(jié)非常容易。氣缸工作速度一般為50-500mm/s，比液壓和電氣方式的動作速度快。第四十四頁，編輯于星期六：二十一點四十六分。第44頁，共52頁。（4）可靠性高，使用壽命長