液压与气压传动0.ppt

Chapter,0,绪论,本章主要内容：,0.1,传动,及其种类,0.2,流体,传动,0.3,课程,目标,0.4,课程,安排,School of Mechanical Engineering,东南大学机械工程学院,绪论,液压与气压传动,目的任务,:,重点难点,:,School of Mechanical Engineering,东南大学机械工程学院,绪论,液压与气压传动,掌握液压与气压传动的原理、特点和组成,了解液压与气压传动的优缺点及应用、发展,液压传动的原理、特点、组成和作用,Part 0.1,传动,及其种类,关于,传动,School of Mechanical Engineering,东南大学机械工程学院,绪论,液压与气压传动,传动,传递运动和动力的方式。,人类社会活动中所用的各种机械装备都是由动力传动与控制系统及其基础件所组成。,传动包括流体传动、机械传动、电气传动等多种方式，每一种传动方式直接关系着主机的性能、水平、质量及可靠性。,Part 0.1,传动,及其种类,2.,传动,的种类,School of Mechanical Engineering,东南大学机械工程学院,绪论,液压与气压传动,机械传动,机械传动包括带、链、齿轮、蜗杆传动等类型,电气传动,电气传动根据电机形式的不同，可分为直流,直流电气传动、交流,直流电气传动、交流,直流,交流电气传动等类型，变压变频（,VVVF,）调速电气传动。,流体传动（,Fluid Transmission,）,指以受压流体作为工作介质，对能量进行传递、控制和分配的技术，又称流体传动及控制技术。流体传动按照工作介质的不同，又分为液压传动与气压传动。,Back,Part 0.2,流体,传动,以流体（液压液或压缩空气）作为工作介质对能量进行转换、传递和控制的一种传动形式，相对于机械传动来说，,是一门新技术,。,追根溯源，可从,17,世纪末叶,帕斯卡提出,静压传递原理,，,18,世纪末,英国制成世界上,第一台水压机,算起，,迄今已有二三百年的历史,了。,近代液压与气压传动在工业上的真正推广使用，是在,20,世纪中叶以后,的事。,近几十年来，随着微电子技术的迅速发展及其对液压与气动技术的渗透，液压与气压传动的,应用领域已经遍及到各个工业部门,，成为实现生产过程自动化、提高劳动生产率等必不可少的重要手段之一。,School of Mechanical Engineering,东南大学机械工程学院,绪论,液压与气压传动,流体技术,+,电气控制,好比老虎插上翅膀,它把一人一刀变为无人多刀,把复杂工艺变为简单工艺,而今同计算机控制结合,又将进入一个崭新的历史阶段,Part 0.2.1,液压与气压,传动,的工作原理,液压系统以,液压液作为工作介质,。,气动系统以,空气作为工作介质,。,两种工作介质的不同点：,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,等诸方面却极为相似。,其工作原理可用这样的例子来说明。,Some Examples!,School of Mechanical Engineering,东南大学机械工程学院,绪论,液压与气压传动,School of Mechanical Engineering,东南大学机械工程学院,绪论,液压与气压传动,液压千斤顶是如何工作的,？,图,0-1,液压千斤顶示意图,1,油箱,2,吸油阀,3,压油阀,4,小缸,5,手柄,6,负载（重物）,7,大缸,8,截止阀（放油螺塞）,当向上提,手柄,5,使,小缸,4,内的活塞上移时，小缸下腔因容积增大而产生真空，油液从,油箱,1,通过,吸油阀,2,被吸入并充满,小缸,4,容积。当按压手柄使小缸活塞下移时，则刚被吸入的油液通过,压油阀,3,输到,大缸,7,的下腔，油液被压缩，压力立即升高，当油液的压力升高到能克服作用在大活塞上的负载（,重物,6,）所需的压力值时，,重物随手柄的下按而同时上升,。此时,吸油阀,2,是关闭的。,为将重物从举高的位置放下，系统中专门设置了,截止阀,（,放油螺塞,）,8,。,图中两根通油箱的管路如通大气，则该图就变成,气动系统原理图,。,此时，上下按动,手柄,5,，空气就通过,阀,2,被吸入，经,阀,3,输到,大缸,7,的下腔。,因气体有压缩性，不像液压系统那样，一按手柄重物立即相应上移，而是手柄需按动多次，使进入,大缸,7,下腔中的气体逐渐增多，压力逐渐升高，一直到气体压力达到使,重物,6,上升所需的压力值时，重物才开始上升。,在重物上升过程中，也不像液压系统那样，压力值基本上维持不变（因是举起重物），因气体可压缩性较大的缘故，,气压值会发生波动,。,School of Mechanical Engineering,东南大学机械工程学院,绪论,液压与气压传动,工作介质换成压缩空气后,前图所示的系统既不能对重物的上升速度进行调节，也没有防止压力过高的安全措施，是一非常简单的系统。,但就从这简单的系统，可以得出有关液压与气压传动的一些,重要概念,！,School of Mechanical Engineering,东南大学机械工程学院,绪论,液压与气压传动,流体传动的几个重要概念,！,力比关系,运动关系,功率关系,School of Mechanical Engineering,东南大学机械工程学院,绪论,液压与气压传动,力比关系,设大、小活塞的面积为,A,2,、,A,1,，当作用在大活塞上的负载和作用在小活塞上的作用力为,G,和,F,1,时，依帕斯卡原理，大、小活塞下腔以及连接导管构成的密闭容积内的油液具有相等的压力值，设为,p,，如略活塞运动时的摩擦阻力，则有：,重要概念一：,“系统工作压力,p,取决于作用负载的大小,”,，而与流入的液体多少无关！,思考：,1.,若空载，即,G,=0,，,则,p,=?,2.,千斤顶的工作原理和其它传动方式的比较,?,School of Mechanical Engineering,东南大学机械工程学院,绪论,液压与气压传动,液压千斤顶的原理,！,前面的公式可变换为：,该式表明，当,A,2,/,A,1,1,时，作用在小活塞上一个,很小的力,F,1,，便可在大活塞上产生一个,很大的力,F,2,以举起负载（重物）。,这就是液压千斤顶的原理,School of Mechanical Engineering,东南大学机械工程学院,绪论,液压与气压传动,运动关系,设大、小活塞移动的速度为,v,2,和,v,1,，则在不考虑泄漏情况下稳定工作时，有：,或,式中：,q,流量，定义为单位时间内输出（或输入）的流体体积,！,活塞的运动速度和活塞的作用面积成反比,重要概念二：,“,活塞的运动速度,v,在缸的结构尺寸一定时，取决于进入液压（气压）缸（马达）的流量,q,，,而与流体压力,p,大小无关,”,School of Mechanical Engineering,东南大学机械工程学院,绪论,液压与气压传动,功率关系,使大活塞上的负载上升所需的功率为：,式中，,p,的单位为,Pa,，,q,的单位为,m,3,/s,，则,P,的单位为,W,可见：,1,）,液压系统的,压力,p,和流量,q,之积,就是,功率，,称为,液压功率,。,压力,p,和,流量,q,是流体传动中最基本、最重要的两个参数，它们相当于机械传动中的力和速度,！,2,）,流体传动的,本质,是以,流体的压力能来传递动力！,在小缸中，手按动小活塞所作的,机械能,变成了排出流体的,压力能,；,在大缸中，进入大缸的流体,压力能,通过大活塞转变成为驱动负载所需的,机械能,。,School of Mechanical Engineering,东南大学机械工程学院,绪论,液压与气压传动,流体传动系统中的能量转换,！,所以，,在液压与气动系统中，要发生两次能量的转变,。,把机械能转变为流体压力能的元件或装置称为,泵,或,能源装置,；,把流体压力能转变为机械能的元件称为,执行元件,。,由所举的例子可清楚地看到：,School of Mechanical Engineering,东南大学机械工程学院,绪论,液压与气压传动,一个较为完善的液压系统,！,图,0-2,机床工作台液压系统的,工作原理图,1,油箱,2,过滤器,3,、,12,、,14,回油管,4,液压泵,5,弹簧,6,钢球,7,溢流阀,8,压力支管,9,开停阀,10,压力管,11,开停手柄,13,节流阀,15,换向阀,16,换向阀手柄,17,活塞,18,液压缸,19,工作台,工作台右移：,电动机带动,液压泵,4,旋转，经,过滤器,2,从,油箱,1,中吸油。油液经液压泵输出进入,压力管,10,后，在图,0-2a,所示的状态下，通过,开停阀,9,、,节流阀,13,、,换向阀,15,进入,液压缸,18,左腔，推动,活塞,17,和,工作台,19,向右移动，而液压缸右腔的油经,换向阀,15,和,回油管,14,排回油箱,。,工作台左移：,如果将,换向阀手柄,16,转换成图,0-2b,所示的状态，则压力管中的油将经过,开停阀,9,、,节流阀,13,和,换向阀,15,进入,液压缸,18,右腔，推动,活塞,17,和,工作台,19,向左移动并使,液压缸,18,左腔的油经,换向阀,15,和,回油管,14,排回,油箱,1,。,工作台的移动速度由节流阀调节,。,开大节流阀，进入液压缸的油液增多工作台的移动速度增大；,反之，工作台的移动速度减小。,为了克服移动工作台时所受到的各种阻力，,液压缸必产生一个足够大的推力,，这个推力,由液压缸中的油液压力产生,。,要克服的阻力越大，液压缸中的油液压力越高；反之压力就越低,。,输入液压缸的油液通过,节流阀,调节，液压泵输出的多余的油液须经,溢流阀,7,和,回油管,3,排回油箱，这只有在压力支管,8,中的油液压力对,溢流阀钢球,6,的作用力等于或略大于溢流阀中,弹簧,5,的预紧力时，油液才能顶开溢流阀中的钢球流回油箱。所以，在图示系统中,液压泵出口处的油液压力由溢流阀决定,，,它和液压缸中油液压力不同,。,如果将,开停手柄,11,转换成图,0-2c,所示的状态，压力管中的油液将经,开停阀,9,和,回油管,12,排回油箱，不输到液压缸中去，,液压泵出口处的压力降为零,，这时,工作台,就,停止运动,。,School of Mechanical Engineering,东南大学机械工程学院,绪论,液压与气压传动,Part 0.2.2,液压与气压,传动,系统的组成和表示方法,一、系统的组成,由机床工作台液压系统的工作原理图可知，液压系统主要由以下,四部分组成,：,能源装置,把机械能转换成油液液压能的装置。最常见的形式就是,液压泵,，它给液压系统提供压力油。,执行元件,把油液的液压能转换成机械能的元件。有作,直线运动,的,液压缸,，或作,回转运动,的,液压马达,。,控制调节元件,对系统中油液压力、流量或油液流动方向进行控制或调节的元件。例如前图中的,溢流阀,、,节流阀,、,换向阀,、,开停阀,等。这些,元件的不同组合形成了不同功能的液压系统,。,辅助元件,上述三部分以外的其他元件，例如,油箱,、,过滤器,、,油管,等。它们对保证系统正常工作有重要作用。,School of Mechanical Engineering,东南大学机械工程学院,绪论,液压与气压传动,一、系统的组成,对于气压传动系统，除了：,能源装置,气源装置,执行元件,气缸、气马达,控制元件,气动阀,辅助元件,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,School of Mechanical Engineering,东南大学机械工程学院,绪论,液压与气压传动,二、系统的图形符号表示,图,0-3,机床工作台液压,1,油箱子,2,过滤器,3,液压泵,4,溢流阀,5,开停阀,6,节流阀,7,换向阀,8,活塞,9,液压缸,10,工作台,图,0-2a,所示的液压系统图是一种,半结构式的工作原理图,，直观性强，容易理解，但绘制起来比较麻烦，系统中元件数量多时更是如此。,图,0-3,所示是上述液压系统用,液压图形符号绘制成的工作原理图,。使用这些图形符号可使液压系统,简单明了,，,便于绘制,。,我国制定的,“,液压与气动,”,图形符号,（,GB/T786.1,2001,）可参见附录,B,。,School of Mechanical Engineering,东南大学机械工程学院,Part 0.2.3,液压与气压,传动,的优缺点,液压传动有以下一些优点,在同等的体积下，,液压装置,能比电气装置,产生出更多的动力,。,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。,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,。,液压传动易于自动化,，它对液体压力、流量或流动方向易于进行调节或控制。当将液压控制和电气控制、电子控制或气动控制结合起来使用时，整个传动装置能,实现很复杂的顺序动作,，也能方便地,实现远程控制,。,液压装置易于实现过载保护,。液压缸和液压马达都能长期在堵转状态下工作而不会过热，这是电气传动装置和机械传动装置无法办到的。,由于液压元件已实现了,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,。,用液压传动实现直线运动,比用机械传动,简单,。,独特之处,力大无穷！（,p,=32MPa,以上）,School of Mechanical Engineering,东南大学机械工程学院,绪论,液压与气压传动,液压传动的缺点,液压传动在工作过程中常有,较多的能量损失,（摩擦损失、泄漏损失等），长距离传动时更是如此。,液压传动,对油温变化比较敏感,，它的,工作稳定性很易受到温度的影响,，因此它不宜在很高或很低的温度条件下工作。,为了减少泄漏，液压元件在制造精度上的要求较高，因此它的,造价较贵,，而且,对工作介质的污染比较敏感,。,液压传动,出现故障时不易找出原因,。,School of Mechanical Engineering,东南大学机械工程学院,绪论,液压与气压传动,气压传动具有一些独特的优点,空气可以从大气中取得，同时，用过的空气可直接排放到大气中去，,处理方便,，万一空气管路有泄漏，除引起部分功率损失外，不致产生不利于工作的严重影响，也不会污染环境。,来源广！,空气的粘度很小，在管道中的,压力损失较小,，因此压缩空气,便于集中供应,（空压站）和,远距离输送,。,因压缩空气的工作压力较低（一般为,0.3,0.8MPa,），因此，对气动元件的,材料和制造精度上的要求较低,。,气动系统,维护简单,，管道不易堵塞，也不存在介质变质、补充、更换等问题。,作用安全,，没有防爆问题，并且,便于实现过载自动保护,。,气动元件采用相应的材料后，能够,在恶劣的环境,（强振动、强冲击、强腐蚀和强辐射等）,下进行正常工作,。,School of Mechanical Engineering,东南大学机械工程学院,绪论,液压与气压传动,气压传动也存在一些缺点,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,的复杂线路中，同时，实现生产过程的,远距离控制,也,比较困难,。,由于空气具有可压缩的特性，因而运动速度的,稳定性较差,。,因为工作压力较低（,0.20.7MPa,），又因结构尺寸不宜过大，因而气压传动装置的,总推力一般不可能很大,。,目前气压传动的,传动效率较低,。,总的说来，液压与气压传动的优点是主要的，而它们的缺点通过技术进步和多年的不懈努力，已得到克服或得到了很大的改善。,School of Mechanical Engineering,东南大学机械工程学院,绪论,液压与气压传动,Part 0.2.4,液压与气压,传动,的应用,工业各部门使用液压与气压传动的出发点不尽相同,利用它们,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取其结构简单、体积小、重量轻，输出功率大；,利用它们,在操纵控制上的优点,，如机床上采用液压传动是取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；,在采矿、钢铁和化工等部门采用气压传动是,取其空气工作介质具有防爆、防火等特点,；等等。,不同精度要求的主机也会选用不同控制型式的液压或气压传动,(,见后图,),。,School of Mechanical Engineering,东南大学机械工程学院,不同精度的液压传动装置应用场合概况,School of Mechanical Engineering,东南大学机械工程学院,Part 0.2.5,液压与气动技术,的进展,19,世纪,由于要使用原油炼制品来作为传动介质，近代液压传动是由,19,世纪崛起并蓬勃发展的石油工业推动起来的。,二战期间,最早实践成功的液压传动装置是第二次世界大战期间舰艇上的炮塔转位器，在一些兵器上用上了功率大、反应快、动作准的液压传动和控制装置，大大提高了兵器的性能，也大大促进了液压技术的发展。,二战之后,液压技术迅速转向民用，并随着各种标准的不断制订和完善，各类元件的标准化、规格化、系列化而在机械制造、工程机械、农业机械、汽车制造等行业中推广开来。,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，使它在国民经济的各方面都得到了应用。液压传动在某些领域内甚至已占有压倒性的优势。,School of Mechanical Engineering,东南大学机械工程学院,绪论,液压与气压传动,我国的液压工业,开始于上世纪,50,年代,，其产品最初只用于机床和锻压设备，后来才用到拖拉机和工程机械上。,自从,1964,年,从国外引进一些液压元件生产技术，同时进行自行设计液压产品以来，我国的液压件生产已从低压到高压形成系列，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，确保了我国的液压技术能在产品质量、经济效益、研究开发等各个方面全方位地赶上世界水平。,当前，液压技术在实现高压、高速、大功率、高效率、低噪声、经久耐用、高度集成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,等技术上也有许多新成就。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,微机控制,等开发性工作方面，日益显示出显著的成绩。,School of Mechanical Engineering,东南大学机械工程学院,绪论,液压与气压传动,气动技术的进展,气压传动早在公元前,，埃及人就开始采用风箱产生压缩空气助燃。从,18,世纪产业革命开始，逐渐应用于各类行业中。,原先气压传动与控制系统一般应用在,复杂程度较低和中等的机器,上，这是由它的价格因素所决定的。但是一些较为复杂的机器也能应用气压传动与控制系统，这决定于环境条件的因素，诸如易爆、腐蚀、水冲洗、粉尘、污物等一些环境，应用气动系统更为合理和安全。,20,世纪,60,年代末，气动元件得到发展，控制方式有创新，从而使气动系统在很多工业领域得到了广泛应用。因为气动元件兼有通用性和灵活性的特点，所以使它在现代系统的,集成化,和,完整性,方面发挥了决定性的作用，气动元件本身也得到了飞跃的发展。但是，一般认为，,现代气动技术从开始发展到现在还不足,50,年时间,。,School of Mechanical Engineering,东南大学机械工程学院,绪论,液压与气压传动,气动技术的进展,近年来气动技术的应用领域已从,机械,（机床、汽车、轴承、农机等）、,冶金,（铸造、锻造、轧钢等）、,采矿,、,交通运输,等工业扩展到,轻工,（纺织、自行车、手表、缝纫机等）、,食品,、,化工,、,物料搬运,以及,军事,等工业部门，它对于实现生产过程的自动控制、改善劳动条件、减轻劳动强度、降低成本、提高产品质量发挥了很大的作用。,微电子技术的进展，,渗透到液压与气动技术中并与之相结合,，创造出了很多高可靠性、低成本的微型节能元件，为液压气动技术在工业各部门中的应用开辟了更为广泛的前景。,今天，为了和最新技术的发展保持同步，液压与气动技术必须不断创新，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。这是,液压与气动系统的创新特征,。,Back,School of Mechanical Engineering,东南大学机械工程学院,绪论,液压与气压传动,Part 0.3,课程,目标,本课程探讨液压气动元件、回路及其系统的基本原理等，学习和掌握液压气动系统设计的基本方法，形成液压气动系统开发的初步能力。,主要学习：,液压气动基本元件,液压气动基本回路,液压气动系统应用与分析,液压气动系统设计与计算,课程特点：,液压气动融为一炉，兼顾共性与个性,学时有限，发展更新快,有限目标的基础素质教育,Back,School of Mechanical Engineering,东南大学机械工程学院,绪论,液压与气压传动,Part 0.4,课程,安排,考核方式,平时（包括作业、课堂表现）,20%,实验,10%,期末考试,70%,课时,2,学分,32,课时,课堂授课,28,学时,实 验,8,学时,Back,