液压与气动技术讲义.docx

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液压与气动技术讲义

《液压与气动技术》教学讲义

项目一：

平面磨床工作台液压传动系统分析（6学时）

项目名称

平面磨床液压传动系统分析

项目涉及内容

1、液压传动原理

2、液压传动定义

3、液压传动组成

4、液压传动系统图的表达方法

5、辅助元件图形符号

学习地点

多媒体教室

项目目标

1、掌握液压传动的原理组成

2、初步认识液压传动系统图形符号表达方法

项目任务布置

抄绘平面磨床传动系统图，认识传动系统图绘制。

任务实施方法

1、分组讨论,实施抄绘

2、提交系统图纸，请代表讲解任务实施情况。

学号

组员姓名

任务分工

个人

评分

小组评分

教师

评分

小组总结

（学习收获,知识要点,知识难点等）

教师点评

项目学习任务单

一、液压传动的工作原理

如图1-1为平面磨床工作台液压传动原理图，液压缸9固定在床身上，活塞连同活塞杆带动工作台11做往复运动，液压泵4由电动机带动旋转，将油箱1中的油2通过过滤器3吸入并产生压力送入液压系统中。

图1-1平面磨床液压原理图

若将换向阀6手柄往左推、换向阀8手柄往右推，则A与P口相通，此时，从液压泵出来的压力油经节流阀7流入液压缸左腔，推动活塞连同液压缸向右运动。

液压缸9右腔油液经B口、T口流回油箱。

若将6手柄往左推、换向阀8手柄往左推，则P口与B口通，此时，从液压泵出来的压力油经节流阀7流入液压缸右腔，推动活塞连同液压缸向左运动。

液压缸9左腔油液经A口、T口流回油箱。

若换向阀8处于图示位置，则液压缸两腔封闭，活塞停止不动。

工作台的移动速度可以通过调节节流阀7开口大小来调节进入缸的流量，从而调节工作台运动速度。

调节溢流阀5的弹簧，可调节泵出口压力大小。

换向阀6处于图示位置时，泵卸荷。

二、液压传动的定义

从以上分析可知，液压传动就是用液体作为传动介质来传递运动和动力的传动方式。

液压传动的过程是将机械能进行转换盒传递的过程。

三、液压传动的组成

从上面分析可知，液压传动共有五大组成部分：

动力元件---液压泵4

执行元件---液压缸或液压马达9

控制元件---夜压阀5、6、7、8

传动介质---液压油2

辅助元件---管道、油箱等1、12

四、液压传动系统图

将液压传动原理用规定的符号表示出来的图形，就是液压传动系统图。

系统图不表示元件的结构和参数。

如上平面磨床液压系统图如图1-2

五、辅助元件符号

（1）油箱：

储存油液、冷却油液、沉淀分离杂质

（2）过滤器：

滤去油液中的污物、杂质

（3）蓄能器：

储存压力油、临时补充油路压力。

（4）压力表：

测量油路压力。

常附有表开关。

可连多点。

（5）管道：

输送压力油。

图1-3常见液压辅助元件符号

图1-2平面磨床液压系统图

六：

本项目小结

本项目主要学通过平面磨床工作台液压传动原理分析入手，得出液压传动原理、组成及定义，并得出液压传动图形符号表示方法。

还学习了液压系统中常见辅助元件的作用和符号。

项目二：

方向控制回路分析与设计（18学时）

项目学习任务单

项目名称

方向控制回路分析与设计

项目涉及内容

1、方向控制阀的工作原理图像符号

2、换向阀的操纵方式、中位机能、常态位

3、换向阀工作情况分析

4、典型方向控制回路分析、设计

学习地点

多媒体教室

项目目标

1、掌握方向阀工作原理、图形符号

2、掌握方向控制回路的设计、工作原理

3、掌握进、回油路路线

项目任务布置

1、换向阀的拆装

2、设计、绘制一种简单方向控制回路（锁紧），并分析其原理。

任务实施方法

1分组实施任务

2、提交拆装实验报告和回路图纸，请代表讲解任务实施情况并分析设计回路原理。

学号

组员姓名

任务分工

个人

评分

小组评分

教师

评分

小组总结

（学习收获,知识要点,知识难点等）

教师点评

方向控制阀分为单向阀和换向阀两大类

一、单向阀：

有普通单向阀和液控单向阀两种。

（一）普通单向阀

1、结构（图示2-1）如图（a）

2、工作原理：

油从P1口进推开阀芯从P2口出，反向油不通。

单向阀只相当于一个单向开关，油通过时，理论上不计压力损失（阀芯弹簧力很小）。

3、图形符号。

如图（b）。

图2-1普通单向阀结构、符号

（二）液控单向阀

1、结构（图示2-2）。

如图（a）

2、工作原理：

K口不通控制油时，若油从P1口进，则推开阀芯从P2口出，反向则不通，此时只相当于单向阀；若K口通控制油，则过K口的压力油通过活塞将阀芯推开，使P1口与P2口连，此时油从P1口入可以P2口，也可以从P2口入P1口出，即两个方向都可通油。

液控单向阀只相当于一个油路开关，油通过时，理论上不计压力损失（阀芯弹簧力很小）

3、图形符号。

如图（b）

图2-2液控单向阀结构、符号

二、换向阀。

（一）换向阀工作原理及图形符号

1、结构（图示2-3）：

换向阀基本结构主要有阀体、阀芯以及阀体上的主通油口（如下图中的A、P、B、T四个口）

2、工作原理：

（1）阀芯处于图1所示位置时：

A、P、B、T四个油口都不通油，四个油口处于切断状态。

此时，换向阀处于一个工作位。

（2）阀芯获得某种操纵方式左移后（如图2-4）：

A与T通、P与B通（如图中箭头方向）。

此时，换向阀处于第二个工作位。

（3）阀芯获得某种操纵方式右移后（如图2-5）：

P与A通、B与T通（如图中箭头方向）。

此时，换向阀处于第三个工作位。

根据以上分析，该阀共有三个工作位、四个主油口，故称其为三位四通型换向阀。

其他类型换向阀，参照以上分析，即可得出相应的结论。

图2-3换向阀结构、原理（三位四通型）图2-4换向阀原理

图2-5换向阀原理

3、基本图形符号：

下图为一种形式的三位四通换向阀符号

图2-6换向阀符号

4、基本图形符号含义

1、用方框表示阀的“位”，有几个方框就表示“几位”。

以上两图，分别表示三位、二位。

2、用一个方框中的箭头线或符号与方框的交点数表示“通”，有几个交点就表示“几通”。

上两图中，分别表示四通、二通。

3、箭头线表示在这一位置上油路处于连通状态，但箭头方向并不表示油流方向；符号表示该油口油路不通。

（二）操纵方式、中位机能、常态位：

1、操纵方式：

在换向阀中，出了基本结构外，还需要一些能是阀芯移动的结构方式，这种使阀芯移动的方式，叫操纵方式。

下图2-7为常见换向阀操纵方式：

图2-7常见换向阀操纵方式

将操纵方式符号附加到基本符号上后就可以得到完整的换向阀符号，如：

下图

三位四通电磁换向阀二位二通电磁换向阀

图2-8完整的换向阀符号

2、中位机能：

换向阀的中位机能是指三位换向阀阀芯在中间位置时，各油口间的连通方式。

如上图2-3中阀芯所处位置时，各通口间的连通方式是不通的，这就是其中一种中位机能，常称之为O型中位机能。

三位四通换向阀常见的几种中位机能符号如下。

图2-9中位机能符号

不同的中位机能具有不同的油口连通方式，所以不同中位机能的换向具有不同油路流向、具有不同的性能和作用

3、常态位：

阀芯未受到外部作用力操纵时，所处的位置。

从结构图看，如图2-3；从图形符号来看，二位阀与弹簧相连的位为常态位；三位阀中间的位为常态位。

绘制液压系统图时，油路的连接应连接在常态位上。

常态位油口的连通有多种形式，对三位四通阀来说，其常态位的油口连通方式就是其中位机能，而对于二位二通换向阀来说，有两种特别的常态位，分别叫做常闭式和常开式，其图形符号分别如下图2-10。

图2-10二位二通两种常态位

在绘制液压系统图时，管道应连接在常态位上。

（三）换向阀的拆装（略）：

作为项目指导学生完成

（四）典型方向控制回路

1、换向回路

（1）绘制系统图（如图2-11为行程开关控制的换向回路）

图2-11行程开关控制的换向回路图2-12锁紧回路

（2）分析回路工作原理（说清换向阀在油路中的连接位及换位后油如何流动）

2、锁紧回路

（1）绘制系统图（图2-12）

（2）分析回路工作原理

3、学生根据实例完成设计、绘制、分析换向回路（项目）

三、项目小结

本项目介绍了方向控制回路中所使用的元件符号，主要要求重点掌握如下内容：

（1）单向阀、换向阀的工作原理及图形符号。

（2）换向阀图形符号的含义、常态位、中位机能、操纵方式等，回分析、绘制换向阀符号。

（3）掌握方向控制回路的工作原理，特别是换向回路、锁紧回路的工作原理及回路设计。

项目三：

压力控制回路分析与设计（26学时）

项目名称

压力控制回路分析与设计

项目涉及内容

1、压力的定义、压力的表示方法

2、泵、马达的工作原理、图形符号、功率、效率

3、活塞推理的计算

4、压力阀的工作原理及图形符号

5、压力控制回路原理分析、设计

6、压力控制回路实验演示

学习地点

多媒体教室

项目目标

1、掌握压力的定义、表达方法

2、掌握压力控制阀的工作原理、图形符号

3、会分析压力控制阀压力值的形成与作用

4、掌握压力控制回路的原理及设计方法、进回油路路线

项目任务布置

1、压力阀的拆装

2、泵的拆装

3、设计、绘制一种简单的压力控制回路，并分析其原理。

任务实施方法

1、分组实施任务

2、提交拆装实验报告和回路图纸，请代表讲解任务实施情况并分析设计回路原理。

学号

组员姓名

任务分工

个人

评分

小组评分

教师

评分

小组总结

（学习收获,知识要点,知识难点等）

教师点评

项目学习任务单

一、液压传动系统中压力的表示方法

1、压力的定义

液体单位面积上所受的法向力，称为压力用p表示。

这一定义在物理学上叫压强。

即p=

压力法定计算单位为Pa（帕，N/m2）,工程上常用MPa（兆帕）。

1MPa=106Pa

A---作用面积

F---作用力

2、压力的表示方法

（1）绝对压力：

以绝对真空作为基准所表示的压力，称为绝对压力。

（2）相对压力：

以大气压力作为基准所表示的压力，称为相对压力，又称表压力。

在液压技术中，如不特别说明，压力均指相对压力。

（3）真空度：

当绝对压力小于大气压时，比大气压小的那部分压力值，称为真空度。

压力表示关系如下图3-1

3-1压力关系图

4、压力的传递：

由外力作用所产生的压力可以等值地传递到液体内部各点，在液体内部各点压力处处相等。

5、管路内压力的损失：

液压系统中，液体流动时，会有压力损失。

压力损失主要包括沿程压力损失和局部压力损失。

（1）沿程压力损失：

液体在等截面直管道中流动时，因摩擦而产生的压力损失。

压力损失公式为：

Δpf=λ

λ---沿程阻尼系数。

层流时，金属管λ取75/Re,橡胶管λ取80/Re；紊流时，光滑管λ取0.3164Re-0.25，粗糙管，可查有关资料。

Re为雷诺数，将在后面内容介绍。

ｌ---管道长度

d---管道直径

ρ---液体密度

v---液体平均流速。

在后面内容介绍。

二、液压泵和液压马达的工作原理及图形符号

液压泵为动力元件，液压马达为执行元件

（一）液压泵的工作原理及图形符号

1、图示分析工作原理图3-2

2、结论：

液压泵是靠密封容积体积变化来实现吸压油的。

体积变大吸油，体积变小压油，从泵出来的油具有压力，但，其压力大小由外界负载确定。

3、图形符号：

下图3-3为泵几种常见图形符号

3-2泵工作原理图3-3泵几种常见图形符号

4、常见的液压泵：

齿轮泵、叶片泵、柱塞泵

柱塞泵

图3-4几种常见泵图形符号

5、泵的主要性能参数

（1）、泵的压力

①工作压力p：

液压泵实际工作时的输出压力。

大小取决于外界负载。

②额定压力pn：

泵在正常工作条件下，按实验标准规定连续运转的最高压力。

（2）泵的排量V

指泵每转一周，由密封容积的几何尺寸变化计算得得液体体积（即不考虑泄露的体积）。

单位mL/r

（3）泵的流量

①理论流量qvt不考虑泄露时，单位时间应排出的体积。

qvt=Vn

②实际流量qv去除泄露后，实际流出的流量。

qv=qvt-Δq

（4）功率、效率

输入功率Pi=2πnTi

输出功率Po=pqv

理论功率Pt=2πnTt

机械效率ηm=

容积效率ηv=

总效率η=

=ηmηv

Tt---泵理论转矩3-5泵效率关系图

Ti---泵实际输入转矩

（二）液压马达工作原理及图形符号

1、图示分析工作原理：

外界输入有压力的液压油，推动泵转自转动，从而带动物体做功，实现执行元件功能。

2、液压马达的图形符号

3、液压马达的主要性能参数

（1）马达的流量

①理论流量qvt理论需流入马达的流量qvt=VnV---马达的排量

②实际流量qv实际流入马达的流量。

qv=qvt+Δq

（2）功率和效率

输入功率Pi=pqv

输出功率Po=2πnTi

理论功率Pt=2πnTt

机械功率ηm=

容积效率ηv=

总效率η=

=ηmηv3-6马达效率关系图

三、液压泵的拆装（略）：

作为项目，指导学生完成。

四、液压缸活塞推力的计算

1、推力计算用公式：

由压力p=

，得F=Ap

2、常见液压缸推力计算

按结构分，液压缸可分为活塞式、柱塞式和摆动式。

这里主要介绍活塞式液压缸的工作情况。

图3-7液压缸推力计算关系图

活塞式液压缸又可分为双杆式和单杆式。

（1）双活塞杆式液压缸推力的计算。

双杆式活塞缸，两杆直径相等，如图（a）。

以活塞为一整体作为研究对象，对活塞在运动时进行受力分析，活塞在运动时，在输入压力p1作用下，产生一向右作用力F1，输出压力p2又反作用给活塞一个向左作用力F2，活塞推物体一个推力F，物体反作用也给活塞一个大小为F的向左作用力。

故活塞运动平衡式为：

F1=F2+F，而F1=p1A，F2=p2A。

所以，有p1A=p2A+F。

则得F=p1A-p2A=A（p1-p2）

而A=

（D2-d2）。

所以F=A（p1-p2）=

（D2-d2）（p1-p2）

（2）单活塞杆式液压缸推力计算。

根据油路连接方式和进油方向不同又有如图（b）、（c）、（d）三种形式。

按以上分析，可得图（b）、（c）、（d）三种形式的推力分别为

图（b）：

F1=F2+F，F1=p1A1，F2=p2A2。

A1=

D2，A2=

（D2-d2）。

得F=p1

D2-p2

（D2-d2）

图（c）：

F1=F2+F，F1=p1A2，F2=p2A1，A1=

D2，A2=

（D2-d2）。

得F=p1

（D2-d2）-p2

D2。

图（d）：

F1=F2+F，F1=p1A1，F2=p1A2,，A1=

D2，A2=

（D2-d2）。

得F=p1

d2

五、溢流阀、减压阀、顺序阀、压力继电器工作原理及符号

（一）溢流阀：

有直动式和先导式两种

1、溢流阀结构（图示）

图3-8直动型溢流阀结构图3-9先导型溢流阀结构

2、溢流阀工作原理及压力值形成

油流路线：

图3-8（直动型溢流阀）油从P口入→作用于阀芯上→油压力达到阀调定值→推开阀芯→阀口打开→P与T口通→油从T口出→实现溢流保压。

图3-9（先导型溢流阀）油从P口入→阻尼孔e→小孔c→小孔d→作用于先导阀芯上→油压达到先导阀调定值→推开先导阀芯→小孔a→控制油从T口出→阻尼孔e内液体流动→主阀芯上下形成压力差→主阀芯上移→P与T口通→油从T口出→实现溢流保压。

先导式溢流阀远程控制口K的的作用。

单独使用先导阀作为溢流保压时，K口封堵不通；当K口需要接通其他油路时，可作为远程调压（K口接另一压力阀）或泵卸荷（K口接油箱）。

3、溢流阀符号：

图3-10两种型式溢流阀符号

4、溢流阀安装：

常并联于油路上（溢流用时），一般用来保持油路上某点压力恒定在其调定值上。

（二）减压阀：

有直动式和先导式。

1、减压阀的结构（图3-11先导式减压阀）

图3-11先导式减压阀结构

2、减压阀工作原理及压力值的形成

油流路线：

图3-11（先导型减压阀）油从进油口P1入→减压阀口f→小孔a→小孔b→小孔c→阻尼孔e→入先导阀腔→作用于先导阀芯上→油压达到先导阀调定值→推开先导阀芯→控制油从泄油口L出→阻尼孔e内液体流动→主阀芯上下形成压力差→主阀芯上移→减压阀口f关小→实现降压（减压）并保压。

3、减压阀的图形符号

图3-12两种常见减压阀图形符号

4、减压阀的安装：

控制油液是由出油路口P2供给的，即当出口压力达到阀调定值后阀才开始工作，实现降压，出口压力值等于减压阀调定值

（三）顺序阀：

相当于一个液压开关。

1、顺序阀的结构

图3-13制动型顺序阀结构

2、顺序阀工作原理及压力值

油流路线：

图3-13（直动型顺序阀）油从进油腔P1（两个口）入→小孔a→小孔b→作用于阀芯底部控制活塞上→油压达到克服阀芯弹簧力→阀芯上移→阀口打开→进油腔P1与出油腔P2连通→油路接通。

接通后并不实现保压或减压，油路压力值由其他条件确定。

3、顺序阀图形符号

图3-14顺序阀图形符号

4、顺序阀的安装：

常串联于油路上，在油路中相当于一个用油液压力作为信号来控制油路通断的液压开关，当入口压力达到其调定值后阀口打开

（四）溢流阀、减压阀、顺序阀压力值确定实例

例：

图3-15，阀调整压力P1=5MPa，减压阀调整压力P2=2．5MPa,试分析活塞空载运动及夹紧时活塞停止运动后，A、B两点的压力各为多少？

减压阀的阀芯处于什么状态？

（答案：

空载运动是PA=PB=0，阀口全开，未实现减压；停止运动后，PA=5MPa，PB=2．5MPa，阀口关小，实现减压）。

将减压阀换成顺序阀，结果又如何？

图3-15

（五）压力继电器：

1、压力继电器的作用。

压力继电器是利用油液压力来启闭电气触电的电气转换元件。

他在油液压力达到其条定值时，发出电信号，控制电气元件动作，实现液压系统自动控制。

2、图形符号：

图3-16压力继电器符号

六、压力阀的拆装（略）：

作为项目，指导学生完成

七、典型压力控制回路：

按要求，学生先在图纸上设计、绘制各种压力图，然后老师和学生一起分析其工作原理，然后选择部分原理图进行管路连接实验（演示）

图3-17调压回路图3-18二级减压回路

3、学生设计一种压力控制回路，并选择一种压力回路进行管路连接实验演示。

八、本项目小结

本项目在液压技术中是一个重点内容，通过学习要求掌握如下内容：

（1）液压传动系统中，压力的定义以及压力的表示方法

（2）液压泵和液压马达的流量、排量、效率等参数，并掌握一些参数的技术方法。

（3）掌握压力对固体壁面作用力的计算，特别是液压缸活塞推理的计算方法。

（4）掌握溢流阀、减压阀、顺序阀的工作原理及压力值的形成，记住它们的图形符号，它们在油路中的作用，特别注意先导式溢流阀、先导减压阀外控口的作用。

（5）掌握压力控制回路的基本类型、原理及基本设计思路

项目四：

速度控制回路设计与分析（18学时）

项目学习任务单

项目名称

速度控制回路设计与分析

项目涉及内容

1、液压油的性质、选择

2、流量、排量、流速等概念

3、连续性方程与伯努力方程

4、流量阀的原理与图形符号

5、回路的效率、功率

6、运动速度的分析计算

7、速度控制回路原理分析与设计

学习地点

多媒体教室

项目目标

1、掌粘性、流量、排量等基本概念

2、掌握速度控制阀的工作原理、图形符号

3、掌握速度控制回路的原理及设计方法、进回油路路线

项目任务布置

1、设计、绘制一种速度换接控制回路，并分析其原理。

2、填写缩设计回路电磁铁动作表

任务实施方法

1、分组实施任务

2、提交回路图纸和电磁铁动作表，请代表讲解任务实施情况并分析设计回路原理。

学号

组员姓名

任务分工

个人

评分

小组评分

教师

评分

小组总结

（学习收获,知识要点,知识难点等）

教师点评

一、液压油的性质

1、密度：

单位体积液压油的质量

=

V—液压油的体积，m3

m—体积为V的液压油质量，kg

2、黏性：

（1）黏性的定义：

液体流动时，其内部产生摩擦力的这一特性

（2）黏度：

黏度时衡量黏性大小的指标。

有：

动力黏度、运动黏度、相对黏度。

①动力黏度μ：

表征流动液体内摩擦力大小的黏性系数。

液体在静止状态时，不呈现黏性。

单位：

Pa.s（帕。

秒，N.s/m2）

②运动黏度

：

=

单位：

m2/s

国际标准化组织（ISO）规定：

液压油的牌号用在一定温度下运动黏度平均值表示。

③相对黏度：

恩式黏度（OE）（中国、德国等）、赛式黏度（SSU）（美国）、雷氏黏度（″R）

3、液压油的其他特性：

可压缩性、防锈性、润滑性、随温度变化性等。

4、液压油的牌号：

类别-品种-牌号

如：

L-HL-32

L-工业用油类

H-工业用油类H组（液压系统）

HL-表示通用液压油

32-表示在40°C时，其运动黏度平均值为32mm2/s

各种液压油牌号可查阅课本或有关资料。

5、液压油的选用

（1）按工作温度选

液压油工作温度（°C）

＜-10

-10---80

＞80

液压油品种

HR、HV、HS

HH、HL、HM

优等HM、HV、HS

（2）按工作压力选：

压力越大，抗磨性月优良。

（3）按泵类型选：

低压泵选HL型，中高压选HM型。

5、黏度值的选用。

可查阅油关资料。

二、流动液体的基本概念

1、理想液体：

无粘性、不可压缩的液体

2、过流断面（通流截面）：

与流动速度正交的截面。

其面积用A表示。

在实际工程中，常用有效作用面积表示，如液压缸的有效作用面积。

3、流量qv：

单位时间内刘过某一过流断面的液体体积。

单位：

法定单位：

m3/s,工程上位L/min.1m3=1000.

4、平均流速v:

流过某过流断面上的平均流动速度。

V=

5、流态：

层流和紊流。

两种流态的判断依据：

雷诺数Re

Re=

--液体在管中的流速,m/s

d—管道的内径，m

--液体运动黏度，m2/s

当

Re≤ReL时，为层流；当Re＞ReL时，为紊流。

ReL—临界雷诺数，其值可参阅教材或相关资料。

6、液体流动连续性方程与理想液体伯奴利方程

如图4-1：

选择两截面，1-1和2-2

则有

连续性方程为A1v1=A2v2=…图4-1连续性方程图

理想液体伯努利方程为

v12+

gh1+p1=

v22+

gh2+p2

三、流量阀的工作原理及图形符号

流量阀包括节流阀和调速阀

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