《液压与气压传动技术》课件第1章.ppt

第1章绪论第1章绪论1.1液压与气压传动的研究对象1.2液压与气压传动的工作原理1.3液压与气压传动系统的组成与实例1.4液压与气压传动特点与应用思考和练习题1.1液压与气压传动的研究对象液压与气压传动是研究以有压流体（压力油或压缩空气）为能源介质，来实现各种机械的传动和自动控制的学科。液压传动与气压传动实现传动和控制的方法基本相同，都是根据流体力学的基本原理，利用流体的压力来进行能量的传递和控制各种机械零部件运动的，利用各种元件组成所需要的各种基本控制回路，并再由若干基本回路有机组合构成能完成一定控制功能的传动系统，进而实现能量的转换、传递，并实现各种控制功能。因此，研究液压与气压传动及其控制技术，就必须首先了解传动介质的基本物理性能及其静力学、运动力学和动力学特性，研究各类元件的结构、工作原理和性能以及由此所组成的各种基本回路的性能和特点，并在此基础上进行液压与气压传动控制系统的设计。液压传动所用的工作介质是液体（主要是矿物油），气压传动所用的工作介质为压缩空气。由于这两种流体的性质不同，因此液压传动与气压传动有其各自的特点。由于液体工作压力高（一般可达32MPa，个别场合更高），因此液压传动传递的动力大，运动平稳，但由于液体粘性较大，在流动过程中阻力损失大，因而不宜作远距离的传动和控制；而气压传动由于空气的可压缩性大，工作压力低（一般在1.0MPa以下），因此传递的动力较小，传动也不如液压传动平稳，但空气粘性小，流动过程中阻力小，速度快，反应灵敏，因而适于较远距离的传动与控制，且组成气压传动系统的成本较低。实际中可根据工作需要选择使用液压传动或气压传动，也可综合利用两者的优势，采用以压缩空气为动力，以液压油作为控制调节气动执行元件运动速度的介质，气液联合传递运动，可获得既经济又平稳的传动效果。1.2液压与气压传动的工作原理液压传动与气压传动的工作原理是基本相似的，现以图1-1所示的液压千斤顶为例来简要说明液压传动的工作原理。如图1-1所示，由大缸体9和大活塞8组成举升液压缸；杠杆手柄1、小缸体2、小活塞3、单向阀4和7组成手动液压泵。如提动手柄使小活塞向上移动，小活塞下端油腔容积增大，形成局部真空；此时，油箱12中的油液会在大气压力的作用下，经吸油管5顶开单向阀4进入泵下腔内；用力压下手柄，小活塞下移，小活塞下腔压力升高，单向阀4关闭，下腔内的油液经管道6顶开单向阀7进入举升液压缸9的下腔，迫使大活塞8向上移动，顶起重物。再次提起手柄吸油时，举升缸下腔的压力油将力图倒流入手动泵内，但此时单向阀7自动关闭，使油液不能倒流，从而保证了重物不会自行下落。反复上下扳动杠杆手柄，则液压油会不断地补充到大缸体内，重物就会慢慢升起。手动泵停止工作，大活塞停止运动。打开截止阀11，举升缸下腔的油液在重力的作用下通过管道10、截止阀11流回油箱，重物随大活塞一起向下移动并落回原位。下面以图1-1所示为例，分析两活塞之间的力的关系、运动关系和功率关系。图1-1液压千斤顶工作原理1．力的关系假设A1、A2分别为小活塞和大活塞的作用面积；F1为杠杆作用在小活塞上的力。当大活塞上有重物负载W时，大活塞下腔的油液将会产生一定的压力p(p=W/A2)，在大活塞上行的过程中，单向阀7开启，大、小活塞下腔相连通，若不计任何压力损失，并根据帕斯卡原理“在密闭容器内，施加于静止液体上的压力将以等值同时传递到液体各点”知，要顶起大活塞及其重物负载W，在小活塞下腔就必须要产生一个等值的压力p，即小活塞上必须施加力F1，F1=pA1，因而有或式(1-1)是液压与气压传动中力传递的基本公式。由于p=W/A2，因此，当负载W变化时，流体工作压力p也随之发生变化。如果负载W增大，液体工作压力p也要随之增大，亦即F1也要随之增大；反之，若负载W减小，液体工作压力p就减小，亦即F1也要随之减小。由此可建立起一个很重要的基本概念，即“在液压和气压传动中工作压力取决于负载，而与流入的流体多少无关”。此外，从公式(1-1)可看出，小小千斤顶之所以能举升起重物，是由于有着很大的面积比A2/A1的缘故。2．运动关系若不考虑液体的可压缩性、泄漏及缸体和管路的变形，则从图1-1中可看出，被小活塞挤压出的油液的体积必然等于大活塞向上升起后大缸扩大的体积。即或(1-2)式中:h1、h2分别为小活塞和大活塞的位移。从式(1-2)可知，两活塞的位移和两活塞的面积成反比，将A1h1=A2h2两端同除以活塞移动的时间t得(1-3)即式中:v1、v2分别为小活塞和大活塞的运动速