液压第一、二章(白底板)

1、 液压与气压技术液压与气压技术 主讲：郭贵生主讲：郭贵生 西北农林科技大学机电学院西北农林科技大学机电学院 第一章第一章 绪论绪论1.1 1.1 什么是液压传动什么是液压传动( (技术技术) ) 一部完整的机械由原动机、传动部分、控制部分一部完整的机械由原动机、传动部分、控制部分和工作机构等组成。传动部分是中间环节，它的作用是和工作机构等组成。传动部分是中间环节，它的作用是把原动机（电动机、内燃机等）的输出功率传输给工作把原动机（电动机、内燃机等）的输出功率传输给工作机构。机构。 第一章第一章 绪论绪论机械传动：齿轮、链条、皮带等机械传动：齿轮、链条、皮带等 ；电电 传传 动：电子和电气；动：

2、电子和电气； 液力：利用液体的液力：利用液体的MV 或或 FV,如工程机械中如工程机械中 的挖掘机。的挖掘机。 液体液体流体传动流体传动 液压：液压：主要利用液体的压力，拖拉机的提主要利用液体的压力，拖拉机的提 升机构、机床等。升机构、机床等。 气体气体 ：工厂的各种设备动作实现。工厂的各种设备动作实现。复合传动：不同传动方式的组合。复合传动：不同传动方式的组合。传动机构有多种形式：传动机构有多种形式： 第一章第一章 绪论绪论w动能主要用在液力传动中，而液压主要应用液体的动动能主要用在液力传动中，而液压主要应用液体的动力势能。力势能。液体能动能动能动力动力势能势能位能位能 第一章第一章 绪论绪

3、论 在一个密闭的系统里，把原动力机的机械能（在一个密闭的系统里，把原动力机的机械能（90-90-95%95%）主要转化成液体的压力势能传递出去，在执行元）主要转化成液体的压力势能传递出去，在执行元件上，再把压力势能转化成机械能输出，推动工作部件件上，再把压力势能转化成机械能输出，推动工作部件运动的传动方式称为运动的传动方式称为液压传动液压传动。液压应用视频（液压应用视频（1.1.前言）前言） 第一章第一章 绪论绪论1.2 1.2 液压与气压发展史液压与气压发展史 液压传动工作原理和元件的应用早已提出液压传动工作原理和元件的应用早已提出(17(17世纪世纪帕斯卡提出静压原理，帕斯卡提出静压原理，

4、1818世纪英国生产第一台世纪英国生产第一台水压机水压机) )。英国发明了英国发明了动力机动力机（手工业、工业革命）（手工业、工业革命）后液压传动就后液压传动就被提出，如在早期的纺织厂应用（原因机械传动复杂），被提出，如在早期的纺织厂应用（原因机械传动复杂），用同一动力机带动许多机械设备工作。但因当时缺乏液用同一动力机带动许多机械设备工作。但因当时缺乏液力学方面的基本理论及机加工达不到要求，水腐蚀等问力学方面的基本理论及机加工达不到要求，水腐蚀等问题不能解决而放下。题不能解决而放下。 第一章第一章 绪论绪论 但真正应用于生产实践还是上世纪初的事情。随着液但真正应用于生产实践还是上世纪初的事情。

5、随着液压水力学研究的逐步发展起来，在各种机械复杂运动的实压水力学研究的逐步发展起来，在各种机械复杂运动的实现和控制方面得到了广泛的应用中。（第二次世界大战推现和控制方面得到了广泛的应用中。（第二次世界大战推动液压技术的发展，军事上需要反应快、重量轻、功率大动液压技术的发展，军事上需要反应快、重量轻、功率大的各种武器）。特别是近几十年，液压传动在工农业的各的各种武器）。特别是近几十年，液压传动在工农业的各种机械设备应用更广泛。种机械设备应用更广泛。 第一章第一章 绪论绪论 优点：优点：液压传动在简化机器结构，减轻机器的重量，液压传动在简化机器结构，减轻机器的重量，减少材料的消耗等方面是机械和电无

6、法代替的。减少材料的消耗等方面是机械和电无法代替的。 气压技术发展历史悠久（公元前埃及人使用风箱），气压技术发展历史悠久（公元前埃及人使用风箱），但但1818世纪开始应用世纪开始应用（发展过程，电器元件加工过程）（发展过程，电器元件加工过程）。现。现在流体传动技术水平的高低已成为一个国家工业水平发展在流体传动技术水平的高低已成为一个国家工业水平发展的标示。的标示。 举例：联合收获机的操纵系统，拖拉机的液压悬挂系举例：联合收获机的操纵系统，拖拉机的液压悬挂系统，汽车转向及速度的调节，机床等。统，汽车转向及速度的调节，机床等。 第一章第一章 绪论绪论 第一章第一章 绪论绪论 这台这台8万吨级万吨级

7、(800MN)模锻液压机，地上高模锻液压机，地上高27米、地下米、地下15米，总高米，总高42米，设备总重米，设备总重2.2万吨。巨型模锻液压机，是象征重工业实力的国宝级战万吨。巨型模锻液压机，是象征重工业实力的国宝级战略装备，世界上能研制的国家屈指可数。目前世界上拥有略装备，世界上能研制的国家屈指可数。目前世界上拥有4万吨级以上模锻万吨级以上模锻压机的国家，只有中国、美国、俄国和法国。压机的国家，只有中国、美国、俄国和法国。 第一章第一章 绪论绪论 第一章第一章 绪论绪论 第一章第一章 绪论绪论 第一章第一章 绪论绪论1.3 简单液压系统示例 组成、作用和工作原理组成、作用和工作原理1.1.

8、油箱油箱 2.2.滤油器滤油器 3.12.14.3.12.14.回油管回油管 4.4.液压泵液压泵 5.5.弹簧弹簧 6.6.钢球钢球 7.7.溢流溢流阀阀 8.8.压力支压力支9.9.开停阀开停阀 10.10.压力管压力管 11.11.开停手柄开停手柄 13.13.节流阀节流阀 15.15.换向换向阀阀 16.16.换向手柄换向手柄 图图1 1-1 1 机床工作台液压系统的工作原理图机床工作台液压系统的工作原理图 第一章第一章 绪论绪论 1.系统组成：系统组成：油箱、液压泵、油箱、液压泵、压力阀、操纵阀、流量阀、液压压力阀、操纵阀、流量阀、液压缸和外载缸和外载. . 2. 2.各部件的作用：

9、各部件的作用： 3. 3.工作原理：工作原理：工作台左移、工作台左移、右移、停止、卸荷。速度的调节，右移、停止、卸荷。速度的调节，推力大小的变化调节。推力大小的变化调节。 第一章第一章 绪论绪论 从上面的例子中可以看到：从上面的例子中可以看到： 液压传动是以液体作为工作介质来传递动力的。发液压传动是以液体作为工作介质来传递动力的。发动机带动油泵输出压力油动机带动油泵输出压力油-推动油缸推动油缸-推动工作台。推动工作台。 液压传动用液体的压力能来传递动力，它与利用液液压传动用液体的压力能来传递动力，它与利用液体动能的液力传动是不相同的。体动能的液力传动是不相同的。 第一章第一章 绪论绪论 由由F

10、 F（推力）（推力）=P=P（压强）（压强）A A，P=F/AP=F/A知，推动外负载的知，推动外负载的能力决定于油压的高低和能力决定于油压的高低和A A的大小。的大小。（理论上讲可穷大）（理论上讲可穷大） 由由Q=VAQ=VA知，知，Q-Q-流量，流量，V V只与流量只与流量Q Q有关，与负载的大有关，与负载的大小无关。小无关。( (与负载大小的重要性）与负载大小的重要性） 液压传动中的工作介质是在受控制、受调节的状态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，因此液压传动和液压控制常常难以截然下进行工作的，因此液压传动和液压控制常常难以截然分开。分开。(1)(1) 第一章第一

11、章 绪论绪论职能图：职能图： 图图1-11-1是液压系统图的结构原理图，它的直观性强，是液压系统图的结构原理图，它的直观性强，容易理解，但绘制比较麻烦，系统中元件数量多时更是容易理解，但绘制比较麻烦，系统中元件数量多时更是如此。如此。 第一章第一章 绪论绪论 图图1-21-2是同一个液压系统是同一个液压系统用液压图形符号绘制成的工作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原理图。使用这些图形符号可使液压系统图简单明了，便于使液压系统图简单明了，便于绘制。有些液压元件的职能如绘制。有些液压元件的职能如果无法用这些符号表达时，仍果无法用这些符号表达时，仍可采用它的示意形式。可采用它的示

12、意形式。图图1-2 用液压传动图形符号绘制的液压传用液压传动图形符号绘制的液压传动系统工作原理图动系统工作原理图1.油箱；油箱；2.过滤器；过滤器；3.液压泵；液压泵；4.溢流阀；溢流阀；5. 开停阀；开停阀；6.节流阀；节流阀；7.换向阀；换向阀；8.液压缸液压缸 第一章第一章 绪论绪论 注意：在用图形符号绘制系统图时，图中的符在用图形符号绘制系统图时，图中的符号只表示元件的功能，操作（控制）方式及外部连接口，号只表示元件的功能，操作（控制）方式及外部连接口，不表示元件的具体结构和参数，也不表示元件连接口的不表示元件的具体结构和参数，也不表示元件连接口的实际位置和元件的安装位置。在系统图中元

13、件位置规定实际位置和元件的安装位置。在系统图中元件位置规定以元件的静止位置和零位置表示。一般元件水平或垂直以元件的静止位置和零位置表示。一般元件水平或垂直绘制。绘制。（新元件还是要用半结构式表示清楚）（新元件还是要用半结构式表示清楚） 第一章第一章 绪论绪论 1.4 1.4 液压系统的组成液压系统的组成 1.1.液压泵：液压泵：它供给液压系统压力油，将电动机或发它供给液压系统压力油，将电动机或发动机输出的机械能转变为油液的压力能，用压力油推动动机输出的机械能转变为油液的压力能，用压力油推动整个液压系统工作。整个液压系统工作。 2.2.控制调节装置：控制调节装置：如方向操纵阀、压力阀、节流阀如方

14、向操纵阀、压力阀、节流阀等，通过它们来调节液流的压力、方向和流量，以满足等，通过它们来调节液流的压力、方向和流量，以满足作业的各种要求和维持系统正常工作。作业的各种要求和维持系统正常工作。 第一章第一章 绪论绪论 3. 3.液压执行器：液压执行器：液压执行器又叫液压机，包括液压液压执行器又叫液压机，包括液压缸和液压马达，通过它又使液体的压力能转换成执行机缸和液压马达，通过它又使液体的压力能转换成执行机构的机械能。构的机械能。 4.4.辅助装置：辅助装置：油箱、滤油器、压力表、加热器、冷油箱、滤油器、压力表、加热器、冷却器、油管、密封元件及其接头等却器、油管、密封元件及其接头等 。 第一章第一章

15、 绪论绪论液压系统结构视频液压系统结构视频工作介质（油液）视频工作介质（油液）视频 第一章第一章 绪论绪论 1.5 1.5 液压传动的优缺点液压传动的优缺点 一）液压传动的优点：一）液压传动的优点： 1.1. 在尺寸小、重量轻的前提下可输出大的功率在尺寸小、重量轻的前提下可输出大的功率 液压元件的压力强度比电机的磁场强度大的多，油泵、液压元件的压力强度比电机的磁场强度大的多，油泵、马达的工作压力一般在马达的工作压力一般在2.5-322.5-32兆帕之间兆帕之间（甚至更高），（甚至更高），而而电机由于受饱和磁通量的限制，其磁场作用强度相当于压电机由于受饱和磁通量的限制，其磁场作用强度相当于压力强

16、度力强度0.4-0.60.4-0.6兆帕。油马达与电机同功率比较，尺寸兆帕。油马达与电机同功率比较，尺寸12%12%，重量重量10-20%10-20%。 第一章第一章 绪论绪论 因此，液压传动容易获得很大的力和力矩，应用如因此，液压传动容易获得很大的力和力矩，应用如万吨水压机；飞机主梁、汽车外壳的压制等，齿轮与齿万吨水压机；飞机主梁、汽车外壳的压制等，齿轮与齿条作不到。条作不到。 第一章第一章 绪论绪论 2.2.动作快，可以快速启动和快速换向。因惯性小，动作快，可以快速启动和快速换向。因惯性小，不需要复杂的离合器，单向阀就可实现带载离合。不需要复杂的离合器，单向阀就可实现带载离合。 3.3.能

17、在较大的范围内实现无级调速。机械也可以，但能在较大的范围内实现无级调速。机械也可以，但受限制，一般为受限制，一般为2-42-4；液压不受功率的限制，速比可达；液压不受功率的限制，速比可达20002000；电传动无机变速重量很大，行走不能实现。；电传动无机变速重量很大，行走不能实现。 4.4.液压传动的机器运动平稳，在低速下也能稳定运转。液压传动的机器运动平稳，在低速下也能稳定运转。而电机在低转速时则不稳定；和机械传动相比，齿轮、齿而电机在低转速时则不稳定；和机械传动相比，齿轮、齿条加工再好也有冲击。因此在机床上大量应用，如磨床条加工再好也有冲击。因此在机床上大量应用，如磨床（加工精度要求高）。

18、（加工精度要求高）。 第一章第一章 绪论绪论 5.5.简化机器结构，易于完成各种复杂动作。管子简化机器结构，易于完成各种复杂动作。管子和阀等元件可随意放置，如拖拉机变速箱等相当复杂，和阀等元件可随意放置，如拖拉机变速箱等相当复杂，挖掘机只能用液压。挖掘机只能用液压。 6.6.体积小重量轻，油马达的外形尺寸约为同功率体积小重量轻，油马达的外形尺寸约为同功率电机的电机的12%12%，重量为，重量为10-20%10-20%。 第一章第一章 绪论绪论 7. 7.操作简单，便于实现自动化。机械传动有，但受操作简单，便于实现自动化。机械传动有，但受局限（老式标准件加工的机床），液局限（老式标准件加工的机床

19、），液+ +电，工厂自动化电，工厂自动化70%70%是液压。是液压。 8.8.易于实现过载保护，因油液为工作介质，运动表易于实现过载保护，因油液为工作介质，运动表面间能自行润滑。面间能自行润滑。 (2)(2) 第一章第一章 绪论绪论二）液压传动的缺点：二）液压传动的缺点： 1.1.液体易泄漏，而且管道阻力损耗大（包括回油），液体易泄漏，而且管道阻力损耗大（包括回油），降低了运动速度和效率。一般效率为降低了运动速度和效率。一般效率为80-90%80-90%，比一般机械，比一般机械传动的效率为低。科研主攻方向。传动的效率为低。科研主攻方向。 2.2.可靠性差。对油液的污染较敏感，（加工件有铁，可靠

20、性差。对油液的污染较敏感，（加工件有铁，磨损，带进杂物、氧化堵塞工作偶件间隙）。故障磨损，带进杂物、氧化堵塞工作偶件间隙）。故障70%70%与油与油污染有关。工作时受温度的影响较大，使运动不稳定。污染有关。工作时受温度的影响较大，使运动不稳定。 3.3.安全性差且成本高。着火和加工精度高、密封要求安全性差且成本高。着火和加工精度高、密封要求好好 。 第一章第一章 绪论绪论 4. 4.实现定比传动较为困难。速度对油温较敏感，一实现定比传动较为困难。速度对油温较敏感，一般变低。因油变稀易泄露。般变低。因油变稀易泄露。 5.5.液压传动要求有单独的能源。液压传动要求有单独的能源。 6.6.液压传动出

21、现故障时不易找到原因。液压传动出现故障时不易找到原因。 液压传动液压传动常与其它传动联合使用，发挥各自的优点，构成性能完常与其它传动联合使用，发挥各自的优点，构成性能完善的电液、机液、气液复合传动系统。善的电液、机液、气液复合传动系统。 第一章第一章 绪论绪论1.6 1.6 气压传动的组成及气源装置气压传动的组成及气源装置 1.气压传动组成气压传动组成 气压传气压传动组成动组成气压气压发生发生装置装置气压气压执行执行元件元件气压气压辅助辅助元件元件气压气压控制控制元件元件 第一章第一章 绪论绪论 图图1-3 气压传动系统工作原理图气压传动系统工作原理图1.空气压缩机；2.后冷却器;3.除油器；

22、4.干燥器；5.储气罐；6.过滤器；7.减压阀；8.压力表；9.油雾器； 10、12.气压控制阀；11.气压逻辑元件；13.气缸；14.可调单向节流阀；15.行程阀 第一章第一章 绪论绪论 2.2.气源装气源装 作用：气源装置为气压系统提供满足一定质量要求的作用：气源装置为气压系统提供满足一定质量要求的压缩空气。压缩空气。水水气气动动装装置置仪仪表表用用气气工工业业用用气气1 12 23 34 45 56 67 78 89 91 1- -空空压压机机2 2- -冷冷却却器器3 3- -油油水水分分离离器器4 4、7 7- -贮贮气气罐罐5 5- -干干燥燥器器6 6- -过过滤滤器器8 8-

23、-加加热热器器9 9- -四四通通阀阀气气源源装装置置的的组组成成和和布布置置示示意意图图 第一章第一章 绪论绪论 油水分离器油水分离器 空气压缩机空气压缩机 通过五级分离通过五级分离降速、离心、碰撞、变向、凝聚等降速、离心、碰撞、变向、凝聚等原理，除去压缩空气（气体）中的液态水份，达到净化原理，除去压缩空气（气体）中的液态水份，达到净化的作用。常安置在后冷却器的后面。的作用。常安置在后冷却器的后面。 第一章第一章 绪论绪论 1.7 1.7 气压传动的优缺点气压传动的优缺点 1.1.空气随处可取，节省储存运输。空气随处可取，节省储存运输。 2.2.因空气黏度小（为液压油的万分之一），在管道内因

24、空气黏度小（为液压油的万分之一），在管道内流动阻力小，压力损失小，便于集中供气和远距离输送。流动阻力小，压力损失小，便于集中供气和远距离输送。 3.3.与液压相比，气动反应快，动作迅速，维护简单。与液压相比，气动反应快，动作迅速，维护简单。 4.4.气动对工作环境适应性好，安全可靠性优于液和电气动对工作环境适应性好，安全可靠性优于液和电。 5. 5.气压传动具有较好的自保持能力。即使压力机停止气压传动具有较好的自保持能力。即使压力机停止工作，气阀关闭，系统可保持一定的压力。工作，气阀关闭，系统可保持一定的压力。 第一章第一章 绪论绪论 6.6. 具有可压缩性，能实现过载自动保护。具有可压缩性，

25、能实现过载自动保护。 7.7. 具有可压缩性，当载荷变化时动作稳定性差。具有可压缩性，当载荷变化时动作稳定性差。 8.8.工作压力低（工作压力低（0.4-0.6MP0.4-0.6MP），因结构尺寸不宜过大，），因结构尺寸不宜过大，因而输出的功率小。因而输出的功率小。 9.9.排气的噪声大，需加消声器。排气的噪声大，需加消声器。 具体设计时应分析考虑，用机械和电能解决的不用液压具体设计时应分析考虑，用机械和电能解决的不用液压和气压。下面课程的学习思路以液压为主，从水力学基础元和气压。下面课程的学习思路以液压为主，从水力学基础元件、基本回路、液压系统件、基本回路、液压系统 、设计。机械部分一般为标

26、准件。、设计。机械部分一般为标准件。 第一章第一章 绪论绪论内容提要v第一章第一章 绪论绪论v第二章第二章 流体力学基础流体力学基础v第三章第三章 液压泵和液压马达液压泵和液压马达v第四章第四章 液压与气压缸液压与气压缸v第五章第五章 液压控制阀液压控制阀v第六章第六章 液压基本回路液压基本回路v第七章第七章 液压典型系统液压典型系统 第一章第一章 绪论绪论1. 课程说明2. 课程体系简介3. 学习应注意的事项4. 实验ashbp1p1+p 第二章第二章 流体力学基础流体力学基础 本章主要讲两个概念2.1 2.1 液压冲击液压冲击 先看一种现象，当图中打开开关则先看一种现象，当图中打开开关则h

27、+0+0=0+0+vh+0+0=0+0+v2 2/2g /2g v=(2gh)v=(2gh)1/2 1/2 当阀门突然关闭，则管道中有一个压力波向当阀门突然关闭，则管道中有一个压力波向前传送，则压强为前传送，则压强为P+PP+P，可见在，可见在tt时间内液流方向作时间内液流方向作用于用于a-ba-b段液体外力的冲量为：段液体外力的冲量为： 图21 液压冲击示意图 第二章第二章 流体力学基础流体力学基础 P1A-（P1+P）A t=-PAt=0-SAv P=(S/t)v=av 在广大无边的液体中在广大无边的液体中,a=(,a=(e e/)/)1/21/2。在管道中要对其。在管道中要对其进行修正进

28、行修正a=a=（e e/）1/21/2/ /（1+D1+De e/ /C C）1/21/2。e e- -液体弹液体弹性系数；性系数；-液体密度；液体密度；C C- -与管道材料有关的系数（钢管：与管道材料有关的系数（钢管：2-2.22-2.210 1111 P Pa a 橡胶管橡胶管2-62-610 6 6 P Pa a ）。若）。若2L/a=T2L/a=T 设定关阀需时间设定关阀需时间t t：若：若t t小于小于T T，则直接冲击，则直接冲击; ; 若若t t大于大于T T，间接冲击，间接冲击. . 第二章第二章 流体力学基础流体力学基础 在液压系统中，当其流速因某种原因变化而引起油在液压系

29、统中，当其流速因某种原因变化而引起油液压力也发生改变，这种现象称为液压冲击液压力也发生改变，这种现象称为液压冲击（水力学为（水力学为水锤）。惯性引起的，有时比正常压力大好几倍，引起水锤）。惯性引起的，有时比正常压力大好几倍，引起系统的振动、冲击和管路破坏。同时，冲击压力又常使系统的振动、冲击和管路破坏。同时，冲击压力又常使压力继电器等发生错误信号而影响系统的正常工作。压力继电器等发生错误信号而影响系统的正常工作。 第一章第一章 绪论绪论减少液压冲击的措施：减少液压冲击的措施： 1.1.增大关阀时间；增大关阀时间； 2.2.减小减小T T，就近增加储能器；，就近增加储能器； 3.3.改用橡胶管；改用橡胶管； 4.4.减小流速；减小流速； 5.5.使用溢流阀。使用溢流阀。 第二章第二章 流体力学基础流体力学基础2.2 气蚀（空穴现象）气蚀（空穴现象） 在液压系统中，由于某种原因而产生低压区，当压力在液压系统中，由于某种原因而产生低压区，当压力低于当时温度下液体的饱和蒸气压时，液体就开始汽化形低于当时温度下液体的饱和蒸气压时，液体就开始汽化形成气泡。气泡中有油液蒸汽和溶解于油液