《液压与气压传动》（第二版）课件 张兴国 第7、8章 液压传动系统分析与设计、气压传动基础知识

液压系统的分类液压系统的设计计算典型液压系统应用实例7.1液压系统的分类液压泵自油箱吸油，经换向阀供给液压缸或液压马达对外作功；液压缸或液压马达的回油流回油箱。

7.1.1开式循环系统图7-1开式系统7.1液压系统的分类7.1.1开式循环系统特点：（1）结构简单，因而应用较广。（2）油箱除了作为油液循环的起点和终点外，还具有散热、冷却及沉淀杂质的作用，因此需要有较大容积的油箱才能满足要求。（3）为了保证工作机构运动的平稳性，在系统的回路上将设置背压阀，从而引起附加的能量损失，使油温升高。（4）为避免产生吸空现象，对自吸能力差的液压泵，通常将其工作转速限制在额定转速的75%以内，或增设一个辅助泵。（5）开式系统通过操纵换向阀使执行元件换向，故换向时容易产生压力冲击。（6）如果执行元件为液压马达，并且带有较大惯性负载时，在惯性负载的带动下，马达将呈泵工况运行，如果此时换向阀在中位，则原来的回油管中将产生很高的压力，使液压马达急剧制动，为了限制其产生过大的制动力，需在马达进出油管之间设置双向溢流阀

7.1液压系统的分类7.1.2闭式循环系统图7-2闭式系统

液压泵A和液压马达B的进出油管首尾相接，形成一个闭合回路。当操纵泵A的变量机构时，便可调节马达B的速度或使马达B换向。

7.1液压系统的分类7.1.2闭式循环系统特点：（1）闭式系统中油液基本在闭合回路内循环，与油箱交换的流量仅为系统的泄漏量，因而补油系统的油箱容积较小，结构紧凑。（2）闭式系统回油有背压，因而空气不易渗入系统。又由于油箱容积小，油液与空气接触面小，从而使油中空气含量较小。因此，闭式系统运转平稳。（3）闭式系统中，马达的回油直接流到泵的入口，液压泵在回油压力下吸油，因而对泵的自吸能力要求低。而开式系统对泵的自吸能力要求较高。（4）闭式系统中，是通过改变液压泵的变量机构来实现换向和调速的，因而调速和制动比较平缓，且调速与制动中能量消耗小。

7.1液压系统的分类7.1.3阅读液压传动系统图的步骤（1）了解机械设备的功用、设备工况对液压系统的要求以及设备的工作循环。明确各执行机构所要实现的各项技术性能具体指标，如精度、调速方式、顺序等；（2）初步阅读液压系统图，了解系统中包含哪些元件，且以执行元件为中心，将系统分解为若干个子系统，如主系统、进给系统等。（3）分析各个元件的功用及其相互间的关系，逐步分析各子系统。先主要部分，后辅助部分；先主油路，后控制油路；先由缸到泵倒看，理解油路再泵到缸顺看；了解系统由哪些典型基本回路组成，分析特点，如差动、卸荷、背压等方面；找出特殊结构，分析特点；根据运动工作循环和动作要求，参照电磁铁动作顺序表和有关资料等，读懂液压系统，搞清液流的流动路线。（4）进一步分析必须的主油路和控制油路，根据系统中对各执行元件间的互锁、同步、防干扰等要求，分析各个子系统之间的联系以及如何实现这些要求，不得相互干扰，产生矛盾。（5）在全面读懂液压系统图的基础上，根据系统所使用的基本回路的性能，对系统作出综合分析，归纳总结出整个系统的特点，以加深对系统的理解，为系统的调整、维护、使用打下基础。

7.2典型液压系统应用实例7.2.1机床滑台液压系统7.2典型液压系统应用实例7.2.1机床滑台液压系统（1）快进。快进前，电液换向阀6的1YA、2YA均断电，其先导阀处于中位，则主阀也处于中位，变量泵1卸荷，外控式顺序阀4为关闭状态；按下启动按钮，使电磁铁1YA通电，进行“快进”：1Y通电，电液换向阀6的先导阀处于左位，此时主阀右腔油液经节流器和先导阀的左位回油箱，则控制油液使得主阀左位接入系统，顺序阀4因动力滑台空载，系统压力低仍为关闭状态，这时液压缸13形成差动连接，变量泵1输出最大流量，因液压缸13活塞杆固定，因此滑台随缸体向左运动，实现快进。此时主油路如下：进油路：油箱→过滤器→变量泵1→单向阀2→电液换向阀主阀6左位→行程阀11常位（下位）→液压缸13左腔。回油路：液压缸13右腔→电液换向阀主阀6左位→单向阀5→行程阀11常位（下位）→液压缸13左腔。7.2典型液压系统应用实例7.2.1机床滑台液压系统（2）一工进。滑台随液压缸13缸体向左运动，到位后其行程挡块压下行程阀11，阀11切换为上位状态，使原来通过阀11下位进入液压缸13左腔的油路切断。此时电磁阀12处于常位，即3YA为断电，则调速阀7接入系统，液压油进入液压缸13左腔，系统压力升高，进行“一工进”。系统压力升高一方面使液控顺序阀4打开（顺序阀4的调定压力略低于一工进的工作压力），另一方面使限压式变量泵的流量减小，直到与经过调速阀7的流量相匹配，此时液压缸13的速度由调速阀7的开口决定。溢流阀3的调定压力低于或等于顺序阀4的出口压力，起到背压阀的作用，单向阀5有效地隔开了工进的高压腔与回油的低压腔。主油路如下：进油路：油箱→过滤器→变量泵1→单向阀2→电液换向阀主阀6左位→调速阀7→电磁阀12常位（右位）→液压缸13左腔。回油路：液压缸13右腔→电液换向阀主阀6左位→液控顺序阀4→背压阀3→油箱。7.2典型液压系统应用实例7.2.1机床滑台液压系统（3）二工进。当滑台一工进到一定位置时，挡块压下行程开关，使得3YA通电，电磁阀12切换至左位工作状态，经阀12的通路被切断，压力油须经调速阀7和调速阀8才能进入缸的左腔。由于调速阀8的开口比调速阀7小，所以滑台的运动速度减小，为“二工进”，速度大小由调速阀8的开口决定。主油路如下：进油路：油箱→过滤器→变量泵1→单向阀2→电液换向阀主阀6左位→调速阀7→调速阀8→液压缸13左腔。回油路：液压缸13右腔→电液换向阀主阀6左位→液控顺序阀4→背压阀3→油箱。7.2典型液压系统应用实例7.2.1机床滑台液压系统（4）停留。当滑台二工进到碰上死挡铁后，滑台停止运动，在终端位置“停留”。液压缸左腔压力升高，直到压力继电器9动作，把压力信号变为电信号，给时间继电器发出信号，使滑台在停留一段时间后开始下一动作。“停留”阶段，泵的供油压力升高，流量减少，直到限压式变量泵流量减小到仅能满足补偿泵和系统的泄漏为止，系统处于保压和流量近似为零的状态。（5）快退。当滑台停留一定时间后，控制系统发出信号，使1YA断电，而2YA通电，电液换向阀6主阀处于右位，由于此时空载，系统压力很低，泵输出的流量很大，滑台向右“快退”。主油路如下：进油路：油箱→过滤器→变量泵1→单向阀2→电液换向阀主阀6右位→液压缸13右腔。回油路：液压缸13左腔→单向阀10→电液换向阀主阀6右位→油箱。7.2典型液压系统应用实例7.2.1机床滑台液压系统（6）原位停止。当滑台快退到位，挡块压下原位行程开关，使得1YA、2YA、3YA都断电，电液换向阀6处于中位（常态）、电磁阀12处于右位（常态），滑台停止运动，滑台“原位停止”，此时变量泵1利用电液换向阀6中位的机能实现卸荷。

卸荷油路：油箱→过滤器→变量泵1→单向阀2→电液换向阀主阀6中位→油箱7.2典型液压系统应用实例7.2.1机床滑台液压系统7.2典型液压系统应用实例7.2.1机床滑台液压系统该液压系统的特点：（1）采用限压式变量叶片泵+调速阀+背压阀构成的调速回路，能保证稳定的低速运动、较好的速度刚性和较大的调速范围。（2）采用限压式变量叶片泵和差动连接式液压缸来实现快进，能源利用比较合理。（3）采用行程阀和顺序阀实现快进与工进的换接，不仅简化了电器线路，而且使动作可靠，换接精度也比电气控制好。至于两个工进之间的换接，由于两者速度都较低，采用电磁阀完全可以保证换接精度。（4）采用三位五通电液动换向阀的M型中位机能与单向阀13串联，在滑台停止时，使液压泵通过M型机能在低压下卸荷，减少了能量损耗。为了保证启动时，电液动换向阀有一定的先导控制油压力，控制油路必须从液压泵出口、单向阀2之前引出。7.2典型液压系统应用实例7.2.2注塑机液压系统图7-5注塑机的工作循环7.2典型液压系统应用实例7.2.2注塑机液压系统7.2典型液压系统应用实例7.2.3履带式单斗挖掘机液压系统7.3液压系统的设计计算设计步骤：（1）明确系统设计要求；（2）分析系统工况，确定主要参数；（3）拟定液压系统原理图；（4）液压元件的计算与选择；（5）液压系统的性能验算；（6）进行结构设计，编写技术文件。7.3液压系统的设计计算7.3.1明确设计要求（1）主机的用途、主要结构、总体布局，主机对液压系统执行元件在位置和空间尺寸上的限制。（2）主机的工作循环，液压执行元件的运动方式（移动、转动或摆动）及其工作范围。（3）液压执行元件的负载和运动速度的大小及其变化范围。（4）主机各液压执行元件的动作顺序或互锁要求。（5）对液压系统工作性能（如工作平稳性、转换精度等）、工作效率、自动化程度等方面要求。（6）液压系统的工作环境和工作条件，如周围介质、环境温度、湿度、尘埃情况、外界冲击振动等。（7）其它方面的要求，如液压装置在重量、外形尺寸、经济性等方面的规定或限制。7.3液压系统的设计计算7.3.2分析工况，确定主参数（1）运动分析运动分析就是研究工作机构根据工艺要求应以什么样的运动规律完成工作循环，运动速度的大小，加速度是恒定的还是变化的，行程大小及循环时间长短等。为此必须确定执行元件的类型，并绘制位移一时间循环图或速度一时间循环图。（2）负载分析负载分析就是通过计算确定各液压执行元件的负载大小和方向，并分析各执行元件运动过程中的振动、冲击及过载能力等情况。1.工况分析7.3液压系统的设计计算7.3.2分析工况，确定主参数（1）初选液压缸的工作压力（2）液压缸主要结构尺寸的确定（3）作执行元件工况图2.确定主要参数7.3液压系统的设计计算7.3.3拟定液压系统图1.基本回路的选择

2.液压系统的合成

在合成液压系统时应注意如下问题：①合理调整系统，排除各回路各元件间的相互干扰，保证正常工作循环安全可靠。②合并或去掉作用重复元件和管路，功能相近的元件应尽可能统一规格和类型，力求系统结构简单，元件数量和类型尽量少。③合理布置各元件的安装位置，保证各元件能正常发挥作用。④注意防止液压振动和液压冲击，必要时应增加蓄能器、缓冲装置或缓冲回路。⑤合理布置并预留测压点，以方便调试系统，并在正常使用中对系统实施有效的监控。⑥尽量选用标准元件

7.3液压系统的设计计算7.3.4液压元件的计算选择1.液压泵和电机规格的选择2.液压阀的选择3.选择液压辅件7.3液压系统的设计计算7.3.5液压系统的性能验算2.液压系统效率计算

3.液压系统发热温升验算1.液压系统压力损失计算4.液压冲击验算7.3液压系统的设计计算7.3.6进行结构设计，编写技术文件3.集成块设计4.编写技术文件2.液压阀的配置形式1.液压系统的总体布局7.3液压系统的设计计算7.3.7液压系统设计计算实例工况分析2.液压缸主要参数的确定3.液压系统图的拟定4.液压元件的选择5.液压系统的性能验算

本章小结【本章小结】1．对比、分析液压开式系统与闭式系统的回路构成、特点、工程应用等。2．学会液压系统的读图以及工作原理分析的方法。3.掌握液压系统设计的基本方法和步骤。8.1气压传动概述

8.2空气的物理性质

8.3理想气体状态方程

8.4气体的流动规律气动（Pneumatic）是气压传动与控制的简称。现在气压传动技术一词的词根，就是来源于古代希腊的“风吹”的意思。

“风吹”

——（Pneuma)8.1气压传动概述气压传动技术是以空气压缩机为动力源，以压缩空气为工作介质，进行能量传递或信号传递的工程技术。气压传动技术是实现各种生产控制、自动控制的重要手段之一。8.1气压传动概述8.1.1气压传动的特点各种传动与控制方式的比较表8-1各种传动与控制方式的比较

主要方式项目气压方式液压方式机械方式电气方式电子方式驱动力较大（可达数十kN）大（可达数百kN以上）不太大不太大小驱动速度大小小大大响应速度稍大大中大大受外负载影响大较小几乎没有几乎没有几乎没有构造简单稍复杂普通稍复杂复杂配线，配管稍复杂复杂无较简单复杂温度影响小于100℃普通小于70℃普通普通大大防潮性排放冷凝水普通普通差差防腐蚀性普通普通普通差差防振性普通普通普通差特差定位精度稍不良稍良好良好良好良好8.1气压传动概述8.1.1气压传动的特点各种传动与控制方式的比较表8-1各种传动与控制方式的比较（续）

主要方式项目气压方式液压方式机械方式电气方式电子方式维护简单简单简单有技术要求技术要求高危险性几乎没有问题注意防火没有特别问题注意漏电没有特别问题信号转换较难难难易易远程操作良好较良好难很好很好动力源出现故障有一定应付能力若有蓄能器，可短时应付不动作不动作不动作安装自由度有有小有有承受过载能力好尚可较难不行不行无级变速稍良好良好稍困难稍困难良好速度调整稍困难容易稍困难容易容易价格普通稍高普通稍高高8.1气压传动概述8.1.1气压传动的特点2.气压传动的优点3.气压传动的缺点4.气动元件的发展趋势（1）高质量。（2）高精度。（3）高速度。（4）低功耗。（5）小型化。（6）轻量化。（7）无给油化。（8）复合集成化。（9）机电一体化。

5.气压传动的应用领域（1）汽车制造行业。（2）生产自动化。（3）机械设备。（4）电子半导体家电制造行业。（5）包装自动化。（6）生命科学领域。8.1气压传动概述8.1.2气压传动系统的组成1.气压传动系统的基本构成

一个典型的气气压传动系统是由各种控制阀、气动执行元件、各种气动辅助元件及气源净化元件所组成。图8-1气压传动系统的基本构成8.1气压传动概述8.1.2气压传动系统的组成2.气动元件的基本品种

气动元件的基本品种包括：（详见表8-2）★气源设备★气源处理元件★气动执行元件★气动控制元件★气动辅助元件★真空元件8.2空气的物理性质8.2.1空气的性质1.空气的组成

表8-3干空气的组成

成分比值氮（N2）氧（O2）氩（Ar）二氧化碳（CO2）其他气体体积分数（%）78.0320.930.930.030.08质量分数（%）75.5023.101.280.0450.0758.2空气的物理性质8.2.1空气的性质2.空气的基本状态参数

（1）密度(ρ)（2）压力（p）

①绝对压力

②相对压力

③真空度

④真空压力（3）温度（T）图8-2绝对压力、表压力和真空度的相互关系8.2空气的物理性质8.2.1空气的性质3.黏度

表8-4空气的运动黏度与温度的关系（压力为0.1Mpa）t/℃05102030406080100ν/(10-4m2·s-1)0.1330.1420.1470.1570.1660.1760.1960.210.2388.2空气的物理性质8.2.1空气的性质4.可压缩性

5.标准状态、基准状态、理想气体和完全气体（1）标准状态（2）基准状态（3）理想气体（4）完全气体8.2空气的物理性质8.2.2湿度和含湿量

湿度（1）绝对湿度

（2）饱和绝对湿度（3）相对湿度2.含湿量3.露点8.3理想气体状态方程8.3.1理想气体状态方程

8.3.2气体状态变化过程

8.3理想气体状态方程1.等温变化过程（波意尔法则）

在气体温度保持不变（T=常数）的条件下，一定质量气体所进行的状态变化过程，称为等温过程。当气体状态变化很慢时，可视为等温变化过程，如气动系统中的气缸慢速运动、管道送气过程等。

等温过程状态方程为：或图8-3气体等温变化过程状态图8.3.2气体状态变化过程

8.3理想气体状态方程2.等容状态过程（查理法则）

等容过程状态方程为：

在气体的质量、体积保持不变（v=常数）的条件下，所进行的状态变化过程，称为等容过程。等容过程状态方程为：或图8-4气体等容变化过程状态图8.3.2气体状态变化过程

8.3理想气体状态方程3.等压状态过程（盖—吕萨克法则）

在气体压力保持不变（p=常数）的条件下，一定质量气体所进行的状态变化过程，称为等压过程。

等压过程状态方程为：或图8-5气体等压变化过程状态图8.3.2气体状态变化过程

8.3理想气体状态方程4.绝热变化过程（查理法则）

在气体与外界无热量交换条件下，一定质量气体所进行的状态变化过程，称为绝热过程。当气体