流体传动与控制教案-液压气压传动与控制概述.docVIP

液压气压传动与控制概述 内容提要 液压气压传动是属于自动控制领域的一门重要学科，它是以流体（液体或压缩空气）为工作介质，以液体或气体的压力能进行能量传递和控制的一种传动形式。本章主要叙述了液压气压传动与控制的概念，揭示了液压或气压传动的基本原理，论述了压力与负载、速度与流量、液压功率与输出功率之间的关系。液压气压传动系统的组成，液压气压传动系统图的表示方法。液压气压传动的优缺点。液压气压传动的应用及发展前景。通过本章学习，使学生对液压气压传动与控制这门技术有一个初步的了解。 基本要求、重点和难点 基本要求：1、掌握液压气压传动的定义，区分和其它传动形式的不同。了解液压气压传动的工作原理和传动实质；2、了解液压气压传动系统的组成和系统图的表示方法；3、了解液压气压传动系统的优缺点；4、了解液压气压传动的应用情况及以后发展前景。 重点：液压气压传动的工作原理；液压气压传动系统图的表示方法。 难点：液压气压传动的工作原理。 1.1 液压气压传动及控制的定义及工作原理 图1-1 液压千斤顶的工作原理1-油箱 2-吸油单向阀 3-排油单向阀4-小缸 5 手柄 6-重物（负载）7-大缸 8-截止阀液压气压传动系统是由一些功能不同的液压和气压元件组成，在密闭的回路中依靠运动的液体和气体进行能量传递，通过对液体或气体的相关参数（压力、流量）进行调节和控制，以满足工作装置输出力、速度（或转矩、转速）的一种传动装置。液压和气压传动的元件工作原理、系统构成等方面极其相似，所不同的是作为液压传动的液体几乎不可压缩，作为气压传动的空气有较大的压缩性。液压气压传动系统的类型很多，应用范围也十分广泛，下面以图1-1所示的液压千斤顶为例说明其工作原理。当向上提杠杆5时，小缸4内的小活塞上移，小缸下部因容积增大形成真空，此时单向阀3关闭，油箱 图1-1 液压千斤顶的工作原理 1-油箱 2-吸油单向阀 3-排油单向阀 4-小缸 5 手柄 6-重物（负载） 7-大缸 8-截止阀 图1-1中如果两根通油箱的管道与大气相通，则变成了气动系统的原理图。这种情况下，上下按动手柄5一次，空气就通过阀2被吸入一次，经阀3输到大缸7的下腔一次。反复按动手柄，同样可以把重物提起。与液压系统不同的是，因气体有压缩性，不会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，压力值基本保持不变（重物负载不变），因气体的压缩性较大，气压值会发生波动。图1-1所示的系统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，是一个简单的液压或气压系统，但同样充分揭示了液压或气压传动的压力与负载、速度与流量、液压功率与输出功率之间的关系。 1.1.1 压力与负载的关系 在图1-1中，设大、小活塞（也称大、小液压缸）的面积分别为和，作用在大活塞上的外负载为，大活塞下端的受力为，施加于小活塞上的作用力为，则在大腔（缸7）中所产生的液体压力（压强）为（忽略活塞自重、摩擦力等），小腔（缸4）的压力为。根据帕斯卡原理：加在密封容器中的压力（压强）能够按照原来的大小向液体的各个方向传递，即。若忽略压力损失，则可以表示为 （1-1） 或 （1-2） 式（1-1）说明，在一定时，负载越大，系统中的压力也越高，外界对系统的作用力也越大，所以系统的压力取决于外负载的大小。式（1-2）表明，当时，作用在小活塞上一个很小的力，便可以在大活塞上产生一个很大的力，以举起重物（负载）。 1.1.2 速度与流量的关系 在图1-1中，若不计液体的泄漏、可压缩性和系统的弹性变形等因素，则从小缸中排出的液体体积一定等于大缸中的液体体积，供活塞上升。设大、小缸活塞的位移分别为，则有 （1-3） 或 （1-4） 式（1-4）表明两活塞的位移与两活塞的面积成反比。将式（1-3）两边同除以活塞运动的时间，得 （1-5） 式中 ——小活塞和大活塞的平均运动速度； ——小缸输出的平均流量和大缸输入的平均流量。 从（1-