《液压与气动技术（AR版）》 课件 第8-10章 典型液压系统、气动技术基础知识、气源装置及压缩空气净化系统

第八章典型液压系统

8.1组合机床动力滑台液压系统目的任务重点难点目的任务

了解组合机床液压系统的组成、特点

掌握其工作原理及阅读液压系统图的方法重点难点YT4543型液压动力滑台第八章典型液压系统

定义分析目的液压系统表示方法阅读方法阅读步骤液压系统定义由若干液压元件组成（包括：能源装置、控制元件、执行元件等）与管路组合起来，并能完成一定动作的整体。（元件的综合、回路的组合）或能完成一定动作的各个液压基本回路的组合。液压系统分析目的进一步理解元件和回路的功用和原理，增强对各种元件和基本回路综合应用的理性认识，了解和掌握分析液压系统的方法、工作原理。液压系统表示方法一*标准元件用图形符号表示二专用元件或不易用图形符号表示清楚的结构，一般用半结构式或结构式符号表示。液压系统阅读方法

一若有说明书，则按说明书逐一看，较易。二若无说明书，只有一张图，就须依靠我元件们所具有的液压知识<>的符号、回路功用、工作原理、特点等逐一分析，搞清液压系统工作原理液压系统阅读步骤1

了解主机的功用、对液压系统的要]

求，以及液压系统应实现的运动和工作循环如：*组合机床——

以速度控制为主磨床——

以方向控制为主液压机——

以压力控制为主注塑机——

综合控制液压系统阅读步骤2

分析各元件的功用与原理，弄清它们之间的相互连接关系（若有几个执行元件，应先分为子系统逐一分析）。

液压系统阅读步骤3分析各工况工作原理及油流路线

一般：“先看两头，后看中间”

“先看图示位置，后看其它位置”

“先看主油路，后看辅助油路”

液压系统阅读步骤4找出液压基本回路，归纳液压系统特点。8.1组合机床动力滑台液压系统组合机床动力滑台动力滑台分类加工工序组合机床一种高η专用机床，由具有一定功能的通用部件和一部分专用部件组成，加工范围广，自动化程度高。1--床身2--动力滑台3--动力头4--主轴箱5--刀具6--工件7--夹具8--工作台9--底座动力滑台组合机床中用来实现进给运动的一种通用部件动力滑台分类

机械

<*液压——v换接平稳，v进稳定，P利用合理，η

高，发热少的特点。加工工序钻、扩、铰、铣、镗、刮端面、倒角、攻丝

一、YT4543型动力滑台液压系统进给速度范围最大进给力实现运动

液压系统的组成

其它进给速度范围v=6.6——660mm/min

最大进给力Fmax=4.5×104N

实现运动

快进→工进→死挡停→快退→原停快进→一工进→二工进→死挡停→快退→原停

快进→工进→快进→工进¨¨快退→原停液压系统的组成

液压泵

液压缸

方向阀

压力阀

流量阀动画演示液压泵——限压式变量叶片泵

低压、大qv1-2Mpa2-5s<16-50L/min

中压、小qv3-5Mpa0.5-2L/min液压缸杆固定，缸体运动的差动液压缸

方向阀

单向阀

换向阀

单向阀

3—保护泵，防止空气进入系<6—实现快退回油

8—实现快慢速高低压油路隔开换向阀35DY——实现缸换向和差连快进<22C——实现快慢速换接

22D——实现二次进给换接压力阀PS——实现进退变换

<XY——实现快慢速变换溢流阀——作背压阀用，使工进速度较平稳。流量阀——调速阀

10——一工进调速

<9——二工进调速其它滤油器——滤去油中杂质，保证油液清洁。油箱——储存油液，逸出空气，沉淀杂质，散发热量。油管——传送工作液体。管接头——连接油管与油管或元件的连接件。

8.1.2YT4543型动力滑台

液压系统的工作原理

以二次工进为例进行分析

一、

YT4543型动力滑台液压系统的工作原理

二、YT4543型动力滑台液压系统的特点

二、YT4543型动力滑台液压系统的特点

1

液压系统的基本回路2

液压系统的特点

液压系统的基本回路1）限压式变量叶片泵和调速阀组成的容积节流调速回路2）差动连接增速回路3）单向行程调速阀的快慢快换速回路4）串联调速阀的二次进给回路5）电液换向阀的换向回路

液压系统的特点1

∵采用YBP——

又∵容积节流调速∴无△P溢，η高。∴速度稳定性及刚性好还∵回油路上有背压阀∴滑台运动平稳，且能承受一定的超越负载2∵采用行程阀、调速阀换速∴动作可靠，换接平稳，位置准确液压系统的特点3∵采用串联调速阀的二次进给回路，且调速阀装在进油路上∴启动和换速冲击小，刀具和工件不会碰撞，且利于YJ发讯。4∵采用差动增速∴能量利用经济合理又∵采用死挡铁停留∴不仅提高了位置精度，还适用于镗阶梯孔、忽（孔、端面）、使用范围增大。

8.2180吨钣金冲床液压系统

8.2.1概述钣金冲床能改变上、下模的形状，即可进行压形、剪断、冲穿等工作。图8.2所示为180吨钣金冲床液压系统回路表8.2所示为其控制动作顺序图。动作情形为压缸快速下降→压缸慢速下降(加压成型)→压缸暂停(降压)→压缸快速上升。2180吨钣金冲床液压系统回路动作顺序图

8.2.2180吨钣金冲床液压系统的工作原理

1．压缸快速下降

按下启动按钮，Y1、Y3通电，进油路线为泵4、泵5→电磁阀19左位→液控单向阀28→压缸上腔；回油路线为压缸下腔→顺序阀23→单向阀14→压缸上腔。压缸快速下降时，进油管路压力低，未达到顺序阀22所设定的压力，故压缸下腔压力油再回压缸上腔，形成一差动回路。8.2.2180吨钣金冲床液压系统的工作原理

2．压缸慢速下降

当压缸上模碰到工件进行加压成型时，进油管路压力升高，使顺序阀22打开进油路线：为泵4→电磁阀19左位→液控单向阀28→压缸上腔；回油路线为：压缸下腔→顺序阀22→电磁阀19左位→油箱。此时，回油为一般油路，卸荷阀10被打开，泵5的压油以低压状态流回油箱，送到压缸上腔的油仅由泵4供给，故压缸速度减慢。8.2.2180吨钣金冲床液压系统的工作原理

3．压缸暂停(降压)

当上模加压成型时，进油管路压力达到20MPa

，压力开关26动作，Y1、Y3断电，电磁阀19、电磁阀11恢复正常位置。此时，压缸上腔压油经节流阀21、电磁阀19中位流回油箱，如此，可使压缸上腔压油压力下降，防止了压缸在上升时上腔油压由高压变成低压而发生的冲击、振动等现象。8.2.2180吨钣金冲床液压系统的工作原理

4．压缸快速上升

当降压完成时(通常为0.5～7s，视阀的容量而定)，Y2通电，进油路线如下：

泵4、泵5→电磁阀19右位→顺序阀22→压缸下腔回油路线为：

压缸上腔→液控单向阀20→液控单向阀28→电磁阀19右位→油箱因泵4、泵5的液压油一齐送往压缸下腔，故压缸快速上升。8．2．3180吨钣金冲床液压回路图的特点

包含差动回路、平衡回路(或顺序回路)、降压回路、二段压力控制回路、高压和低压泵回路等基本回路。该系统有以下几个特点：(1)当压缸快速下降时，下腔回油由顺序阀23建立背压，以防止压缸自重产生失速等现象。同时，系统又采用差动回路，泵流量可以比较少，亦为一节约能源的回路。(2)当压缸慢速下降做加压成型时，顺序阀22由于外部引压被打开，压缸下腔压油几乎毫无阻力地流回油箱。因此，在加压成型时，上型模重量可完全加在工件上。8．2．3180吨钣金冲床液压回路图的特点(3)在上升之前作短暂时间的降压，可防止压缸上升时产生振动、冲击现象，100吨以上的冲床尤其需要降压。(4)当压缸上升时，有大量压油要流回油箱。回油时，一部分压油经液控单向阀20流回油箱，剩余压油经电磁阀19中位流回油箱。电磁阀19可选用额定流量较小的阀件。(5)当压缸下降时，系统压力由溢流阀9控制；上升时，系统压力由遥控溢流阀12控制。这样可使系统产生的热量减少，防止了油温上升。8.3

MJ－55数控机床液压系统

数控机床是数字控制机床的简称，是一种装有程序控制系统的自动化机床。该控制系统能够逻辑地处理具有控制编码或其他符号指令规定的程序，并将其译码，用代码化的数字表示，通过信息载体输入数控装置。经运算处理由数控装置发出各种控制信号，控制机床的动作，按图纸要求的形状和尺寸，自动地将零件加工出来。数控机床较好地解决了复杂、精密、小批量、多品种的零件加工问题，是一种柔性的、高效能的自动化机床，代表了现代机床控制技术的发展方向，是一种典型的机电一体化产品。8.3

MJ－55数控机床液压系统

MJ－55数控机床的液压系统实现的动作有：卡盘的夹紧与松开、刀架的夹紧与松开、刀架的正转与反转、尾座套筒的伸出与缩回。液压系统采用限压式变量叶片泵供油，工作压力调到4MPa，压力由压力表14显示。泵输出的压力油经过单向阀进入各子系统支路9.2.1．MJ－50数控车床液压系统图8.3MJ－55数控车床液压系统的原理图1、2、3、5－换向阀6、7、8－减压阀9、10、11－调速阀12、13、14－压力表MJ-50数控机床液压系统的工作原理1．盘的夹紧与松开在要求卡盘处于正卡（卡爪向内夹紧工件外圆）且在高压大夹紧力状态下时，3DT失电，阀2左位工作，选择减压阀6工作。夹紧力的大小由减压阀6来调整，夹紧压力由压力表12来显示。MJ-50数控机床液压系统的工作原理1．盘的夹紧与松开当1DT通电时，阀1左位工作，系统压力油的流向为：油泵→减压阀6→换向阀1左位→液压缸右腔。液压缸左腔的油液经阀1左位直接回油箱。活塞杆左移，操纵卡盘夹紧。MJ-50数控机床液压系统的工作原理1.卡盘的夹紧与松开。

当2DT通电时，阀1右位工作，系统压力油进入到液压缸左腔，液压缸右腔的油液经阀1直接回油箱。这时，活塞杆右移，操纵卡盘松开。在要求卡盘处于正卡且在低压小夹紧力状态下时，3DT通电，阀2右位工作，选择减压阀7工作。夹紧力的大小由减压阀7来调整，夹紧压力也由压力表12来显示，阀7调整压力值小于阀6。换向阀1的工作情况与在高压大夹紧力时相同。MJ-50数控机床液压系统的工作原理1.卡盘的夹紧与松开卡盘处于反卡（卡爪向外夹紧工件内孔）时，动作与正卡时相反。即反卡的夹紧是正卡的松开；反卡的松开是正卡的夹紧。

MJ-50数控机床液压系统的工作原理2．回转刀架的换刀

回转刀架换刀时，首先是将刀架抬升，松开，然后刀架转位到指定的位置，最后刀架下拉，复位夹紧。

MJ-50数控机床液压系统的工作原理2．回转刀架的换刀当4DT通电时，换向阀4右位工作，刀架抬升，松开，8DT通电，液压马达正转，带动刀架换刀。转速由单向调速阀9控制（若7DT通电，则液压马达带动刀架反转，转速由单向调速阀10控制）。MJ-50数控机床液压系统的工作原理2．回转刀架的换刀。刀架到位后，4DT断电，阀4左位工作，液压缸使刀架夹紧。正转换刀还是反转换刀由数控系统按路径最短原则来判断。

MJ-50数控机床液压系统的工作原理3．尾座套筒的伸缩运动

当6DT通电时，换向阀5左位工作，压力油流向为：减压阀8→换向阀5左位→尾座套筒液压缸的左腔液压缸右腔油液流向为：单向调速阀11→阀5→油箱。液压缸筒带动尾座套筒伸出，顶紧工件。顶紧力的大小通过减压阀10调整，调整压力值由压力表13显示。MJ-50数控机床液压系统的工作原理3．尾座套筒的伸缩运动当5DT通电时，换向阀5右位工作，压力油流向为：减压阀10→换向阀7右位→组合阀11的单向阀→液压缸右腔。液压缸左腔的油液经阀5流向油箱，套筒快速缩回。MJ-50数控机床液压回路的工作特点

MJ-50数控机床的液压系统由变量泵、调速阀组成调速回路，调速性能稳定，速度刚性较好。其液压系统的特点如下：（1）液压系统的控制一般由数控系统的PLC或CNC控制，动作顺序直接由电磁换向阀切换来实现，控制方便直接；（2）由于数控机床的主运动已趋向于直接用伺服电机驱动，所以液压系统的执行元件主要执行各种辅助功能。虽其负载变化不大，但要求稳定。因此，常采用调速阀、减压阀来保证支路压力的稳定。8.4机械手液压传动系统

机械手液压系统1.功用：

按程序、轨迹要求，完成自动抓取、搬运等操作2.动作要求：

手臂上升→手臂前伸→手指夹紧(抓料)→手臂回转→手臂下降→手指松开(卸料)→手臂缩回→手臂反转(复位)→原位停止。机械手液压系统1.各功能液压缸的组成分别为：：

手臂回转：单叶片摆动缸18

手臂升降：单杆活塞缸15（缸体固定）

手臂伸缩：单杆活塞缸11（活塞固定）

手指松夹：无杆活塞缸5

机械手液压系统

3.

系统元件：1——滤油器2——单向定量泵3——单向阀4、17——二位四通电磁换向阀9、16——三位四通电磁换向阀7——二位二通电磁换向阀10、12、13——单向调速阀14——单向顺序阀6——先导式溢流阀8——压力表8.4.2机械手液压系统工作原理１．手臂上升

三位四通电磁换向阀16控制手臂的升降运动，

5YA（+）→16（右）进油路：1→2→3→16（右）→13→14→15（下）回油路：15（上）→12→16（右）→油箱15活塞上移速度由单向调速阀12调节，运动较平稳。2.手臂前伸

3YA（+）→9(右)；1YA（+）→4（右）进油路：1→2→3→9（右）→11（右）回油路：11（左）→10→9（右）→油箱同时.手指松开进油路：1→2→3→4（右）→5（上）回油路：5（下）→4（右）→油箱3．手指夹紧

1YA（—）→4（左）5活塞上移活塞下移11缸体右移8.4.2机械手液压系统工作原理4．手臂回转

6YA（+）→17（右）进油路：1→2→3→17（右）→18（右）回油路：18（左）→17（右）→油箱18叶片逆时针方向转动5．手臂下降

4YA（+）→16(左)；6YA（+）→17（右）进油路：1→2→3→16（左）→12→15（上）回油路：15（下）→14→13→16（左）→油箱15活塞下移6．手指松开

1YA（+）→4（右）→

5活塞下移6YA（+）→17（右）7．手臂缩回

2YA（+）→9（左）→11缸左移

6YA（+）→17（右）8．手臂反转

6YA（—）→17（左）→18叶片顺时针转动9．原位停止

7YA（+）→2泵卸荷8.4.2机械手液压系统工作原理１．手臂上升

5YA（+）→16（右）进油路：1→2→3→16（右）→13→14→15（下）回油路：15（上）→12→16（右）→油箱15活塞上移2.手臂前伸

3YA（+）→9(右)；进油路：1→2→3→9（右）→11（右）回油路：11（左）→10→9（右）→油箱11缸体右移8.4.2机械手液压系统工作原理同时.手指松开1YA（+）→4（右）进油路：1→2→3→4（右）→5（上）5活塞下移回油路：5（下）→4（右）→油箱3．手指夹紧

1YA（—）→4（左）进油路：1→2→3→4（左）→5（下）5活塞上移回油路：5（上）→4（左）→油箱机械手液压系统4．手臂回转

6YA（+）→17（右）进油路：1→2→3→17（右）→18（右）回油路：18（左）→17（右）→油箱18叶片逆时针方向转动5．手臂下降

4YA（+）→16(左)；6YA（+）→17（右）进油路：1→2→3→16（左）→12→15（上）回油路：15（下）→14→13→16（左）→油箱15活塞下移8.4.2机械手液压系统工作原理6．手指松开

1YA（+）→4（右）

5活塞下移

6YA（+）→17（右）7．手臂缩回

2YA（+）→9（左）→11缸左移

6YA（+）→17（右）8．手臂反转

6YA（—）→17（左）→18叶片顺时针转动9．原位停止

7YA（+）→2泵卸荷机械手液压系统电磁阀动作顺序表动作顺序1YA2YA3YA4YA5YA6YA7YA手臂上升－－－－＋－－手臂前伸＋－＋－－－－手指夹紧－－－－－－－手臂回转－－－－－＋－手臂下降－－－＋－＋－手指松开＋－－－－＋－手臂缩回－＋－－－＋－手臂反转－－－－－－－原位停止－－－－－－＋8.4.3机械手液压系统特点1.电磁阀换向方便、灵活；2.回油路节流调速，平稳性好；3.平衡回路，防止手臂自行下滑或超速；4.失电夹紧，安全可靠；

5.卸荷回路，节省功率，效率利用合理。

8.5液压系统设计简介介绍设计液压传动系统的基本步骤和方法，对于一般的液压系统，在设计过程中应遵循以下几个步骤：①明确设计要求，进行工况分析；②确定主要性能参数；③拟定液压系统原理图；④设计、计算和选择液压元件；

⑤对系统主要性能进行验算；

⑥设计液压装置、绘制工作图，编写技术文件。上述工作大部分情况下要穿插、交叉进行，对于比较复杂的系统，需经过多次反复才能最后确定；在设计简单系统时，有些步骤可以合并或省略。

液压传动系统的设计是整机设计的一部分，它除了应符合主机动作循环和静、动态性能等方面的要求外，还应当满足结构简单，工作安全可靠，效率高，经济性好，使用维护方便等条件。液压系统的设计，根据系统的繁简、借鉴的资料多少和设计人员经验的不同，在做法上有所差异。各部分的设计有时还要交替进行，甚至要经过多次反复才能完成。

下面对液压系统的设计步骤予以介绍。1液压传动系统的设计计算1.1明确设计要求、工作环境，进行工况分析液压系统的动作和性能要求主要有：运动方式、行程、速度范围、负载条件、运动平稳性、精度、工作循环和动作周期、同步或联锁等。就工作环境而言，有环境温度、湿度、尘埃、防火要求及安装空间的大小等。要使所设计的系统不仅能满足一般的性能要求，还应具有较高的可靠性、良好的空间布局及造型。1.1.1明确设计要求及工作环境

工况分析，就是查明每个执行元件的速度和负载的变化规律，必要时还应作出速度、负载随时间或位移变化的曲线图。就缸而言，负载主要由六部分组成，即工作负载，导向摩擦负载，惯性负载，重力负载，密封负载和背压负载。1.1.2执行元件的工况分析

(1)工作负载

不同的机器有不同的工作负载。工作负载与液压缸运动方向相反时为正值，方向相同时为负值。

导向摩擦负载是指液压缸驱动运动部件时所受的导轨摩擦阻力。(2)导向摩擦负载

惯性负载是运动部件在启动加速或制动减速时的惯性力，其值可按牛顿第二定律求出。(3)惯性负载(4)重力负载

密封负载是指液压缸密封装置的摩擦力，一般通过液压缸的机械效率加以考虑，常取机械效率值为0.90~0.97。(5)密封负载

背压负载是指液压缸回油腔压力所造成的阻力。(6)背压负载液压缸各个主要工作阶段的机械负载F可按下列公式计算空载启动加速阶段:快速阶段:

工进阶段:

制动减速:

液压系统原理图是表示液压系统的组成和工作原理的重要技术文件。拟定液压系统原理图是设计液压系统的第一步，它对系统的性能及设计方案的合理性、经济性具有决定性的影响。1.2液压系统原理图的拟定1.2.1确定油路类型

一般具有较大空间可以存放油箱的系统，都采用开式油路；相反，凡允许采用辅助泵进行补油，并借此进行冷却交换来达到冷却目的的系统，可采用闭式油路。通常节流调速系统采用开式油路，容积调速系统采用闭式回路。

根据各类主机的工作特点、负载性质和性能要求，先确定对主机主要性能起决定性影响的主要回路，然后再考虑其它辅助回路。例如:

对于机床液压系统,调速和速度换接回路是主要回路；对于压力机液压系统，调压回路是主要回路；有垂直运动部件的系统要考虑平衡回路；惯性负载较大的系统要考虑缓冲制动回路。有多个执行元件的系统可能要考虑顺序动作、同步回路；有空载运行要求的系统要考虑卸荷回路等。1.2.2选择液压回路

将挑选出来的各典型回路合并、整理，增加必要的元件或辅助回路，加以综合，构成一个结构简单，工作安全可靠、动作平稳、效率高、调整和维护保养方便的液压系统，形成系统原理图。1.2.3绘制液压系统原理图1.3液压元件的计算和选择

结构参数的确定是指根据执行元件工作压力和最大流量确定执行元件的排量或油缸面积。1.3.1执行元件的结构形式及参数的确定运动形式往复直线运动回转运动往复摆动短行程长行程高速低速建议采用的执行元件的形式活塞式液压缸柱塞式液压缸液压马达与齿轮/齿条或螺母/丝杠机构高速液压马达低速大扭矩液压马达高速液压马达带减速器摆动液压缸表10.1 选择执行元件的形式

工作压力是确定执行元件结构参数的主要依据。它的大小影响执行元件的尺寸和成本，乃至整个系统的性能，工作压力选得高，执行元件和系统的结构紧凑，但对元件的强度，刚度及密封要求高，且要采用较高压力的液压泵。反之，如果工作压力选得低，就会增大执行元件及整个系统的尺寸，使结构变得庞大，所以应根据实际情况选取适当的工作压力。（1）初选执行元件的工作压力（2）确定执行元件的主要结构参数

以缸为例，主要结构尺寸指缸的内径D和活塞杆的直径d，计算后按系列标准值确定D和d。对有低速运动要求的系统，尚需对液压缸有效工作面积进行验算，即应保证：

验算结果若不能满足式（10.8），则说明按所设计的结构尺寸和方案达不到所需要的最低速度，必须修改设计。式中 ：A—液压缸工作腔的有效工作面积；

—控制执行元件速度的流量阀最小稳定流量；

—液压缸要求达到的最低工作速度。（3）复算执行元件的工作压力

当液压缸的主要尺寸D、d计算出来以后，要按系列标准圆整，有必要根据圆整值对工作压力进行一次复算。在按上述方法确定的工作压力还没有计算回油路的背压，所确定的工作压力只是执行元件为了克服机械总负载所需要的那部分压力，在结构参数D、d确定之后，取适当的背压估算值，即可求出执行元件工作腔的压力。对于单杆液压缸，其工作压力P可按下列公式复算。有杆腔进油阶段式中 ：F—液压缸在各工作阶段的最大机械总负载；、A2

—分别为缸无杆腔和有杆腔的有效面积；

—液压缸回油路的背压。无杆腔进油工进阶段（4）执行元件的工况图

即执行元件在一个工作循环中的压力、流量、功率对时间或位移的变化曲线图。将系统中各执行元件的工况图加以合并，便得到整个系统的工况图。液压系统的工况图可以显示整个工作循环中的系统压力、流量和功率的最大值及其分布情况，为后续设计步骤中选择元件、选择回路或修正设计提供合理的依据。对于简单系统，其工况图的绘制可省略。

先根据设计要求和系统工况确定泵的类型，然后根据液压泵的最大供油量和系统工作压力来选择液压泵的规格。1.3.2选择液压泵式中: —执行元件的最高工作压力；

—进油路上总的压力损失。（1）液压泵的最高供油压力

液压泵的最大供油量为：（2）确定液压泵的最大供油量式中: K—系统的泄漏修正系数，一般取K=1.1~1.3；

—同时动作的各执行元件所需流量之和的最大值。

液压泵的规格型号按计算值在产品样本选取，为了使液压泵工作安全可靠，液压泵应有一定的压力储备量，通常泵的额定压力可比工作压力高25%—60%。泵的额定流量则宜与相当，不要超过太多，以免造成过大的功率损失。（3）选择液压泵的规格型号

驱动泵的电机根据驱动功率和泵的转速来选择。在整个工作循环中，泵的压力和流量在较多时间内皆达到最大工作值时，驱动泵的电动机功率为：（4）选择驱动液压泵的电动机式中：—液压泵的总效率，数值可见产品样本。限压式变量叶片泵的驱动功率，可按泵的实际压力流量特性曲线拐点处的功率来计算。工作中泵的压力和流量变化较大时，可分别计算出各个阶段所需的驱动功率，然后求其均方根值即可。

各种阀类元件的规格型号，按液压系统原理图和系统工况提供的情况从产品样本中选取，各种阀的额定压力和额定流量，一般应与其工作压力和最大通过流量相接近。具体选择时，应注意溢流阀按液压泵的最大流量来选取；流量阀还需考虑最小稳定流量，以满足低速稳定性要求。1.3.3选择阀类元件

油管的规格尺寸大多由所连接的液压元件接口处尺寸决定，只有对一些重要的管道才验算其内径和壁厚。对于固定式的液压设备，常将液压系统的动力源，阀类元件集中安装在主机外的液压站上，这样能使安装与维修方便，并消除了动力源的振动与油温变化对主机工作精度的影响。1.3.4选择液压辅助元件1.4液压系统技术性能的验算

液压系统初步设计完成之后，需要对它的主要性能加以验算，以便评判其设计质量，并改进和完善液压系统。10.1.4.1系统压力损失的验算

画出管路装配草图后，即可计算管路的沿程压力损失，局部压力损失，它们的计算公式详见《液压流体力学》，管路总的压力损失为沿程损失与局部损失之和。在系统的具体管道布置情况没有明确之前，通常用液流通过阀类元件的局部压力损失来对管路的压力损失进行概略地估算。1.4.2系统发热温升的验算

液压系统在工作时，有压力损失，容积损失和机械损失，这些损耗能量的大部分转化为热能，使油温升高从而导致油的粘度下降，油液变质，机器零件变形，影响正常工作。为此，必须将温升控制在许可范围内。单位时间的发热量为液压泵的输入功率与执行元件的输出功率之差。

一般情况下，液压系统的工作循环往往有好几个阶段，其平均发热量为各个工作周期发热量的时均值，即式中

—第个工作阶段系统的输入功率；

—第个工作阶段系统的输出功率；

—工作循环周期；

—第个工作阶段的持续时间；

—总的工作阶段数。

液压系统在工作中产生的热量，主要经油箱散发到空气中去，油箱在单位时间散发热量的可按下式计算式中:A—油箱的散热面积；

—液压系统的温升；

—油箱的散热系数，其值可查阅液压设计手册。系统的温升为计算温升值如果超过允许值，应采取适当的冷却措施。1.5绘制正式工作图和编制技术文件10.1.5.1绘制正式工作图

正式工作图包括液压系统原理图、液压系统装配图、液压缸等非标准元件装配图及零件图。液压系统原理中应附有液压元件明细表，表中标明各液压元件的型号规格、压力和流量等参数值，一般还应绘出各执行元件的工作循环图和电磁铁的动作顺序表。液压系统装配图是液压系统的安装施工图，包括油箱装配图，管路安装图等。1.5.2编制技术文件

技术文件一般包括液压系统设计计算说明书，液压系统使用及维护技术说明书，零、部件目录表及标准件、通用件、外购件表等。2液压系统设计举例

某厂要设计制造一台双头车床，加工压缩机拖车上一根长轴两端的轴颈。由于零件较长，拟采用零件固定，刀具旋转和进给的加工方式。其加工动作循环是快进—工进—快退—停止。同时要求各个车削头能单独调整。其最大切削力在导轨中心线方向估计为12000N，所要移动的总重量估计为15000N，工作进给要求能在0.020～1.2m／min范围内进行无级调速，快速进、退速度一致，为4m／min，试设计该液压传动系统。机床的外形示意图。

1-左主轴头；2-夹具；3-右主轴头；4-床身；5-工件2.1确定对液压系统的工作要求

根据加工要求，刀具旋转由机械传动来实现；主轴头沿导轨中心线方向的“快进一工进—快退—停止”工作循环拟采用液压传动方式来实现。故拟选定液压缸作执行机构。考虑到车削进给系统传动功率不大，且要求低速稳定性好，粗加工时负载有较大变化，故拟选用调速阀、变量泵组成的容积节流调速方式。为了自动实现上述工作循环，并保证零件一定的加工长度（该长度并无过高的精度要求），拟采用行程开关及电磁换向阀实现顺序动作。

2.2拟定液压系统工作原理图

系统同时驱动两个车削头，且动作相同。为保证快速进、退速度相等，并减小液压泵的流量规格，拟选用差动连接回路。

由快进转工进时，采用机动滑阀。工进终了时。压下电器行程开关返回。快退到终点，压下电器行程开关，运动停止。分别调节两个调速阀，可使两车削头有较高的同步精度。快进转工进后，系统压力升高，遥控顺序阀打开，回油经背压阀回油箱。背压阀使工进时运动平稳。图10.2双头车床液压系统工作原理图2.3计算和选择液压元件2.3.1液压缸的计算

10.3液压缸受力图(1)工作负载及惯性负载计算

工作负载：N油缸所要移动负载总重量：N选取工进时速度的最大变化量：m/s选取：s

缸的密封阻力通常折算为克服密封阻力所需的等效压力乘以液压缸的有效面积。若密封结构为Y型，可取Peq=0.2MPa，缸的有效面积初估值为A1=80mm,则密封力为：（N）

启动时：（N）运动时：(2)密封阻力的计算

图10.4导轨结构受力示意图（3）导轨摩擦阻力的计算（4）回油背压造成的阻力计算

回油背压，一般为0.3-0.5MPa，取回油背压Pb=0.3MPa,考虑两边差动比为2,且已知液压缸进油腔的活塞面积

A1=80mm,取有杆腔活塞面积A2=40mm，将上述值代入公式得：（N）（N）

分析液压缸各工作阶段中受力情况，得知在工进阶段受力最大，作用在活塞上的总载荷：（5）确定液压缸的结构尺寸和工作压力

根据经验确定系统工作压力，选取P=3MPa，则工作腔的有效工作面积和活塞直径分别为：因为液压缸的差动比为2，所以活塞杆直径为：根据液压技术行业标准，选取标准直径则液压缸实际计算工作压力为:实际选取的工作压力为:

由于左右两个切削头工作时需做低速进给运动，在确定油缸活塞面积A1之后，还必须按最低进绘速度验算油缸尺寸。即应保证油缸有效工作面积A1为：qmin—流量阀最小稳定流量，在此取调速阀最小稳定流量为50ml/min；

vmin—活塞最低进绘速度，本题给定为20mm／min。式中：

根据上面确定的液压缸直径，油缸有效工作面积为：验算说明活塞面积能满足最小稳定速度要求。2.3.2油泵的计算

对于调速阀进油节流调速系统，管路的局部压力损失一般取，取总压力损失,则液压泵的实际计算工作压力：(1)确定油泵的实际工作压力，选择油泵取液压系统的泄露系数

kl=1.1，则液压泵的流量为：

根据求得的液压泵的流量和压力，又要求泵变量,选取YBN-40M型叶片泵。当液压缸左右两个切削头快进时，所需的最大流量之和为：

因该系统选用变量泵，所以应算出空载快速、最大工进时所需的功率，按两者的最大值选取电机的功率。最大工进：此时所需的最大流量为：

选取液压泵的总效率为：

=0.8，则工进时所需的液压泵的最大功率为：(2)确定液压泵电机的功率导轨摩擦力：空载条件下的总负载：空载快速时液压泵所需的最大功率为：

选取空载快速条件下的系统压力损失，则空载快速条件下液压泵的输出压力为：故应按最大工进时所需功率选取电机。2.3.3选择控制元件

控制元件的规格应根据系统最高工作压力和通过该阀的最大流量，在标准元件的产品样本中选取。

方向阀：按，

选35D—25B（滑阀机能O型）。

单向阀：按，

选I－25B。调速阀：按工进最大流量，工作压力

选Q－10B。

背压阀：调至，流量为

选B－10。

行程阀：按，

选22C－25B。调速阀：按工进最大流量，工作压力

选Q－10B。顺序阀：调至大于，保证快进时不打开。

选X－B10B。2.3.3油管及其它辅助装置的选择

本系统的功率小，又采用限压式变量泵，发热少，所取油箱容量又较大，故不必进行系统温升的验算。

确定钢管通经、外径、壁厚、连接螺纹及推荐流量。在液压泵的出口，按流量27.5l／min，查表取管路通径为

10；在液压泵的入口,选择较粗的管道，选取管径为12；其余油管按流量12.51／min，查表取8。对于一般低压系统，油箱的容量一般取泵流量的3～5倍，本题取4倍，其有效容积：附：

液压缸的设计与计算液压缸的计算及验算方法首先根据使用要求确定液压缸的类型，再按负载和运动要求确定液压缸的主要结构尺寸，必要时需进行强度验算，最后进行结构设计。

液压缸的主要尺寸包括液压缸的内径D、缸的长度L、活塞杆直径d。主要根据液压缸的负载、活塞运动速度和行程等因素来确定上述参数。液压缸的结构

图3.9双作用单活塞杆液压缸结构图l—缸底；2—卡键；3、5、9、11—密封圈；4—活塞；6—缸筒；7—活塞杆；8—导向套；10—缸盖；12—防尘圈；13—耳轴

图3.9双作用单活塞杆液压缸结构图l—缸底；2—卡键；3、5、9、11—密封圈；4—活塞；6—缸筒；7—活塞杆；8—导向套；10—缸盖；12—防尘圈；13—耳轴

单活塞杆液压缸主要由缸底1、缸筒6、缸盖10、活塞4、活塞杆7和导向套8等组成。缸筒一端与缸底焊接，另一端与缸盖采用螺纹连接。活塞与活塞杆采用卡键连接。为了保证液压缸的可靠密封，在相应部位设置了密封圈3、5、9、11和防尘圈12。------缸筒与端盖的连接

图3.8缸体与缸盖的连接结构缸体组件

（2）半环式连接，分为外半环连接和内半环连接两种连接形式。(1）法兰式连接（3）螺纹式连接外螺纹连接内螺纹连接（5）焊接式连接（4）拉杆式连接

缸筒是液压缸的主体，其内孔一般采用镗削、绞孔、滚压或珩磨等精密加工工艺制造，要求表面粗造度在0.1

m~0.4

m。

端盖装在缸筒两端，与缸筒形成封闭油腔，同样承受很大的液压力，因此，端盖及其连接件都应有足够的强度。

导向套对活塞杆或柱塞起导向和支承作用，有些液压缸不设导向套，直接用端盖孔导向。

缸筒，端盖和导向套的材料选择和技术要求可参考液压设计手冊。活塞组件

活塞组件由活塞、密封件、活塞杆和连接件等组成。活塞与活塞杆的连接形式

如图3.9所示，活塞与活塞杆的连接最常用的有螺纹连接和半环连接形式，除此之外还有整体式结构、焊接式结构、锥销式结构等。

1一活塞杆；2一活塞；3一密封圈；4一弹簧圈；5一螺母1一卡键；2一套环；3一弹簧卡圈

活塞装置主要用来防止液压油的泄漏。对密封装置的基本要求是具有良好的密封性能，并随压力的增加能自动提高密封性。除此以外，摩擦阻力要小，耐油。油缸主要采用密封圈密封，密封圈有O形、V形、Y形及组合式等数种，其材料为耐油橡胶、尼龙、聚氨脂等。

（1）O形密封圈O形密封圈的截面为圆形，主要用于静密封。与唇形密封圈相比，运动阻力较大，作运动密封时容易产生扭转，故一般不单独用于油缸运动密封。

（1）O形密封圈图3.10O型密封圈的结构原理（a）普通型（b）有挡板型O形圈密封的原理：任何形状的密封圈在安装时，必须保证适当的预压缩量，过小不能密封，过大则摩擦力增大，且易于损坏。因此，安装密封圈的沟槽尺寸和表面精度必须按有关手册给出的数据严格保证。在动密封中，当压力大于10MPa时，O形圈就会被挤入间隙中而损坏，为此需在O形圈低压侧设置聚四氟乙烯或尼龙制成的挡圈，双向受高压时，两侧都要加挡圈。

（a）普通型（b）有挡板型图3.10O型密封圈的结构原理

V形圈的截面为V形，如图3.11所示，V形密封装置是由压环、V形圈和支承环组成。当工作压力高于10MPa时，可增加V形圈的数量，提高密封效果。安装时，V形圈的开口应面向压力高的一侧。（2）V形密封圈

a)压环b)V型圈c)支承环图3.11V形密封圈Y形密封圈的截面为Y形，属唇形密封圈。它是一种摩擦阻力小、寿命较长的密封圈，应用普遍。Y形圈主要用于往复运动的密封。根据截面长宽比例的不同，Y形圈可分为宽断面和窄断面两种形式，图3.12所示为宽断面Y形密封圈。（3）Y（Yx）形密封圈

图3.12Y形密封圈

图3.12Y形密封圈Y形圈安装时，唇口端面应对着液压力高的一侧。当压力变化较大，滑动速度较高时，要使用支承环，以固定密封圈，如图3.12（b）所示。缓冲装置

为了防止这种危害，保证安全，应采取缓冲措施，对液压缸运动速度进行控制。

当液压缸带动质量较大的部件作快速往复运动时，由于运动部件具有很大的动能，因此当活塞运动到液压缸终端时，会与端盖碰撞，而产生冲击和噪声。这种机械冲击不仅引起液压缸的有关部分的损坏，而且会引起其它相关机械的损伤。缓冲装置

图3.13液压缸缓冲装置

当活塞移至端部，缓冲柱塞开始插入缸端的缓冲孔时，活塞与缸端之间形成封闭空间，该腔中受困挤的剩余油液只能从节流小孔或缓冲柱塞与孔槽之间的节流环缝中挤出，从而造成背压迫使运动柱塞降速制动，实现缓冲。排气装置

液压传动系统往往会混入空气，使系统工作不稳定，产生振动、爬行或前冲等现象，严重时会使系统不能正常工作。

因此，设计液压缸时，必须考虑空气的排除。

对于速度稳定性要求较高的液压缸和大型液压缸，常在液压缸的最高处设置专门的排气装置，如排气塞、排气阀等。当松开排气塞或阀的锁紧螺钉后，低压往复运动几次，带有气泡的油液就会排出，空气排完后拧紧螺钉，液压缸便可正常。液压缸工作压力的确定

液压缸要承受的负载包括有效工作负载、摩擦阻力和惯性力等。液压缸的工作压力按负载确定。对于不同用途的液压设备，由于工作条件不同，采用的压力范围也不同。设计时，液压缸的工作压力可按负载大小及液压设备类型参考表来确定。3.3.1液压缸主要尺寸的确定

液压缸内径D和活塞杆直径d可根据最大总负载和选取的工作压力来定，对单杆缸而言，有：有杆腔进油时：无杆腔进油时有杆腔进油时：无杆腔进油时

式（3.17）中的杆径d可根据工作压力选取，见表3.4；当液压缸的往复速度比有一定要求时，由式（3.7）得杆径为

计算所得的液压缸内经D和活塞杆直经d应圆整为标准系列，参见《新编液压工程手册》。液压缸的缸筒长度由活塞最大行程、活塞长度、活塞杆导向套长度、活塞杆密封长度和特殊要求的长度确定。其中活塞长度为（0.6-1.0）D，导向套长度为（0.6-1.5）d。为减少加工难度，一般液压缸缸筒长度不应大于内径的20-30倍。液压缸的校核

缸筒壁厚的验算

中、高压液压缸一般用无缝钢管做缸筒，大多属薄壁筒，即

/D

0.08。此时，可根据材料力学中薄壁圆筒的计算公式验算缸筒的壁厚，即

当/D

0.3时，可用下式校核缸筒壁厚

当液压缸采用铸造缸筒时，壁厚由铸造工艺确定，这时应按厚壁圆筒计算公式验算壁厚。当

/D=0.08-0.3时，可用下式校核缸筒的壁厚式中:——缸筒内的最高工作压力[]——缸筒材料的许允应力

活塞杆长度根据液压缸最大行程L而定。对于工作行程中受压的活塞杆，当活塞杆长度L与其直径d之比大于15时，应对活塞杆进行稳定性验算。

关于稳定性验算的内容可查阅液压设计手册。液压缸稳定性验算第9章气动技术基础知识8．1气动系统8．2气动技术的应用8．3气动技术的特点和应用准则8．4气动技术的发展趋势9.1气动系统

气动(气压传动)系统是一种能量转换系统，其工作原理是将原动机输出的机械能转换为空气的压力能，利用管路、各种控制阀及辅助元件将压力能传送到执行元件，再转换成机械能，从而完成直线运动或回转运动，对外做功气动系统的基本构成

如图9－1所示。图9-1气动系统的基本构成9.2气动技术的应用

气动技术用于简单的机械操作中已有相当长的时间了，最近几年，在气动自动化技术的发展中，气动技术起到了重要的作用。气动自动化控制技术是利用压缩空气作为传递动力或信号的工作介质，配合气动控制系统的主要气动元件，与机械、液压、电气、电子(包括PLC控制器和微机)等部分或全部综合构成的控制回路，使气动执行元件按工艺要求的工作状况，自动按设定的顺序或条件动作的一种自动化技术。用气动自动化控制技术实现生产过程自动化，是工业自动化的一种重要技术手段，也是一种低成本自动化技术。9.2气动技术的应用

(1)物料输送装置：夹紧、传送、定位、定向和物料流分配；(2)一般应用：包装、填充、测量、锁紧、轴的驱动、物料输送、零件转向及翻转、零件分拣、元件堆垛、元件冲压或模压标记和门控制；(3)物料加工：钻削、车削、铣削、锯削、磨削和光整。

气动系统用于自动装卸生产及气动机械手的例子如图9－2和图9－3所示。9.2气动技术的应用

(1)物料输送装置：夹紧、传送、定位、定向和物料流分配；(2)一般应用：包装、填充、测量、锁紧、轴的驱动、物料输送、零件转向及翻转、零件分拣、元件堆垛、元件冲压或模压标记和门控制；(3)物料加工：钻削、车削、铣削、锯削、磨削和光整。

气动系统用于气动机械手的例子如图9－3所示。图9－3气动机械手9.1.2气动技术的特点和应用准则

1.气压传动的特点-优点

9.1.2气动技术的特点和应用准则

1.气压传动的特点-缺点

9.1.2气动技术的特点和应用准则

2．应用准则

空气的可压缩性既是一种优点也是一种不足。空气可压缩性这种物理上的局限性大大限制了气动技术的应用，当需要很大力或连续大量消耗压缩空气时，成本也是一个制约气动技术应用的主要因素。因此，在研究气动技术的实际应用时，应首先将其与其他形式的传动技术进行比较，表8－3给出了这种比较。表8－3气动技术与其他传动技术在应用中的比较

表8－3气动技术与其他传动技术在应用中的比较

表8－3气动技术与其他传动技术在应用中的比较

9.4气动技术的发展趋势

在应用气动技术时，应考虑从信号输入到最后动力输出的整个系统，尽管其中某个环节采用某项技术更合适，但最终决定选择哪项技术完全是基于所有相关因素总体考虑的。例如，虽然产生压缩空气的成本较高，但在最后分析论证技术方案时，其并不是主要的决定因素，有时对于要完成的任务来说，力和速度的无级控制才是更重要的因素。另外，系统掌握容易、结构简单和操作方便以及整个系统的可靠性和安全性有时是更重要的决定因素。除此之外，系统维护保养也是绝不可忽视的决定因素。表8－3气动技术与其他传动技术在应用中的比较

1)模块化和集成化

气动系统的最大优点之一是单独元件的组合能力，无论是各种不同大小的控制器还是不同功率的控制元件，在一定应用条件下，都具有随意组合性。随着气动技术的发展，元件正从单功能性向多功能系统、通用化模块方向发展，并将具有向上或向下的兼容性。表8－3气动技术与其他传动技术在应用中的比较

2)功能增强及体积缩小

小型化气动元件(如气缸及阀类)正应用于许多工业领域。微型气动元件不但用于精密机械加工及电子制造业，而且用于制药业、医疗技术、包装技术等。在这些领域中，已经出现活塞直径小于2.5mm的气缸、宽度为10mm的气阀及相关的辅助元件，并正在向微型化和系列化方向发展。

压缩空气

1空气的物理性质

1．空气的湿度与露点

自然界的空气是由很多气体混合而成的。其主要成分有氮(N2)和氧(O2)，其他气体占的比例极小。此外，空气中常含有一定量的水蒸气，水蒸气的含量取决于大气的湿度和温度。把含有水蒸气的空气称为湿空气，大气中的空气基本上都是湿空气；把不含水蒸气的空气称为干空气。标准状态下(即温度为0℃、压力为p＝0.1013MPa)干空气的组成如表9-1所示。

干空气的组成

湿空气的压力称为全压力p，是干空气的分压力pg和水蒸气的分压力ps之和，即

p＝ps＋pg

分压力是指湿空气的各个组成气体，在相同温度下，独占湿空气总容积时所具有的压力。平常所说的大气压力就是指湿空气的全压力。

露点是指在规定的空气压力下，当温度一直下降到成为饱和状态时，水蒸气开始凝结的那一刹那的温度。露点又可分为大气压露点和压力露点两种。大气压露点是指在大气压下水分的凝结温度。图9－2为大气压露点与压力露点之间的换算表。如要求大气压露点为－22℃、压力为7bar状况下的压力露点，则可在图9－2中查到压力露点为4℃，意为在压力为7bar，当空气冷却到4℃时，若将其减压成大气压，则水分在－22℃以下会凝结，湿空气便有水滴析出。降温法清除湿空气中的水分利用的就是此原理。

相对湿度因空气湿度和气候状况而异。常把相对湿度定义为

式中，绝对湿度是指单位立方米空气中所含的水分的量；饱和水含量是指单位立方米空气在所述温度下能够吸收水分的量。

空气在不同温度下的饱和水含量可由图9－1查得。

图9－1露点表

图9－2压力露点与大气压露点的换算

2.空气的密度

空气具有一定质量，其密度是单位体积内空气的质量，用ρ表示，即

(9－2)

式中，m表示空气的质量(kg)；V表示空气的体积(m3)。

空气的密度与温度、压力有关，三者满足气体状态方程式。9．1．2气体状态方程

气体的三个状态参数是压力p、温度T和体积V。气体状态方程是描述气体处于某一平衡状态时，这三个参数之间的关系。本节介绍几种常见的状态变化过程。

1．理想气体的状态方程

所谓理想气体，是指没有粘性的气体。一定质量的理想气体在状态变化的某一稳定瞬时，有以下气体状态方程成立：

(9－3)

p＝ρRT式中，p1、p2分别为气体在1、2两状态下的绝对压力(Pa)；V1、V2分别为气体在1、2两状态下的体积(m3)；T1、T2分别为气体在1、2两状态下的热力学温度(K)；ρ为气体的密度(kg/m3)；R为气体常数(J/(kg·K))，其中，干空气Rg＝287.1J/(kg·K)，湿空气Rs＝462.05J/(kg·K)。

由于实际气体具有粘性，因而严格地讲它并不完全符合理想气体方程式。实验证明：理想气体状态方程适用于绝对压力不超过20MPa、温度不低于20℃的空气、氧气、氮气、二氧化碳等，不适用于高压状态和低温状态下的气体。ρ、V、T的变化决定了气体的不同状态，在状态变化过程中加上限制条件时，理想气体状态方程将有以下几种形式。

2．理想气体的状态变化过程

(1)等容过程(查理定律)：一定质量的气体，在体积不变的条件下所进行的状态变化过程，称为等容过程。等容过程的状态方程为

(9－4)

式(9－4)表明：当体积不变时，压力上升，气体的温度随之上升；压力下降，气体的温度随之下降。

(2)等压过程(盖－吕萨克定律)：一定质量的气体，在压力不变的条件下所进行的状态变化过程，称为等压过程。等压过程的状态方程为

(9－5)

式(9－5)表明：当压力不变时，温度上升，气体的体积增大(气体膨胀)；温度下降，气体的体积缩小。

(3)等温过程(波意耳定律)：一定质量的气体，在温度保持不变的条件下所进行的状态变化过程，称为等温过程。气体状态变化很慢时，可视为等温过程，如气动系统中的气缸运动、管道送气过程等。等温过程的状态方程为

p1V1＝p2V2 (9－6)

式(9－6)表明：在温度不变的条件下，气体压力上升时，气体体积被压缩；气体压力下降时，气体体积膨胀。

(4)绝热过程：一定质量的气体，在其状态变化过程中，和外界没有热量交换的过程称为绝热过程。当气体状态变化很快时，如气动系统的快速充、排气过程，可视为绝热过程。其状态方程式为

p1V1k＝p2V2k＝常数 (9－7)

由式(9－3)和式(9－7)可得

(9－8)

上式中，k为绝热指数，对于干空气k＝1．4，对于饱和蒸气k＝1．3。

在绝热过程中，系统靠消耗自身内能对外做功。

【例9－1】

由空气压缩机往储气罐内充入压缩空气，使罐内压力由0.1MPa(绝对)升到0.25MPa(绝对)，气罐温度从室温20℃升到t，充气结束后，气罐温度又逐渐降至室温，此时罐内压力为p。求p和t各为多少。(提示：气源温度也为20℃。)

解此过程是一个复杂的充气过程，可看成是简单的绝热充气过程。

已知：p1＝0．1MPa，p2＝0．25MPa，T1＝(20＋273)K＝293K

由式(9－8)得

所以有 t＝T－273＝380.7－273＝107.7(℃)

充气结束后为等容过程，根据式(9－4)得

第10章气源装置及压缩空气净化系统10．

气源系统及空气净化处理装置10.2压缩空气的输送

以压缩空气作为工作介质向气动系统提供压缩空气的气源装置，其主体是空气压缩机。由空气压缩机产生的压缩空气因为含有较高的杂质，不能直接使用，所以必须经过降温(除去水分)、除尘、除油、过滤等一系列处理后才能用于气压系统。因此，在气动系统工作时，压缩空气中水分和固体杂质粒子等的含量是决定系统能否正常工作的重要因素。如果不除去这些污染物，将导致机器和控制装置发生故障，损害产品的质量，增加气动设备和系统的维护成本。本章主要介绍气源系统及压缩空气净化处理装置。

在气动控制系统中，压缩空气是工作介质。

压缩空气在气动系统中的主要作用如下：

(1)决定传感器的状态；

(2)处理信号；

(3)通过控制元件控制执行机构；

(4)实现动作(执行元件)。10.1气源系统及空气净化处理装置

气源系统是为气动设备提供满足要求的压缩空气动力源。气源系统一般由气压发生装置、压缩空气的净化处理装置和传输管路系统组成。典型的气源及空气净化处理系统如图9－3所示。

图9－3气源及空气净化处理系统9．2．1空气压缩机

空气压缩机(Aircompressor)简称空压机，是气压发生装置。空压机将电机或内燃机的机械能转化为压缩空气的压力能。

1．分类

空压机的种类很多，可按工作原理、结构形式及性能参数分类。

1)按工作原理分类

按工作原理，空压机可分为容积式空压机和速度式空压机。容积式空压机的工作原理是使单位体积内空气分子的密度增加以提高压缩空气的压力。速度式空压机的工作原理是提高气体分子的运动速度来增加气体的动能，然后将气体分子的动能转化为压力能以提高压缩空气的压力。

2)按结构形式分类

按结构形式空压机的分类如图9－4所示。

图9－4空压机按结构形式分类

3)按空压机输出压力大小分类

按空压机输出压力大小，可将其分为如下几类：

低压空压机，输出压力在0.2～1.0MPa范围内；

中压空压机，输出压力在1.0～10MPa范围内；

高压空压机，输出压力在10～100MPa范围内；

超高压空压机，输出压力大于100MPa。

4)按空压机输出流量(排量)分类

按空压机输出流量(排量)，可将其分为如下几类：

微型空压机，其输出流量小于1m3/min；

小型空压机，其输出流量在1～10m3/min范围内；

中型空压机，其输出流量在10～100m3/min范围内；

大型空压机，其输出流量大于100m3/min。

2．工作原理

常见的空压机有活塞式空压机、叶片式空压机和螺杆式空压机三种。以下介绍它们的工作原理。

1)活塞式空压机

活塞式空压机的工作原理如图9－5所示。当活塞下移时，气体体积增加，气缸内压力小于大气压，空气便从进气阀门进入缸内。在冲程末端，活塞向上运动，排气阀门被打开，输出空气进入储气罐。活塞的往复运动是由电动机带动的曲柄滑块机构形成的。这种类型的空压机只用一个过程就将吸入的大气压空气压缩到所需要的压力，因此称之为单级活塞式空压机。

图9－5活塞式空压机的工作