液气压传动及控制1-3

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1、液 气 压 传 动 及 控 制1第一章第一章 概述（概述（Introduction） 1.1 什么是流体传动？（什么是流体传动？（WHAT IS FLUID POWER?） 1.流体传动与控制流体传动与控制它是一门利用有压力的流体为介质实现能量的转换、控制和传动的技术。可以这么说流体传动与控制是运动机器（movie industry）的动力。这是因为流体传动与控制可以实现现代工业所有机器的推、拉、调整或驱动。如：汽车的操纵和制动、卫星和宇宙飞船的发射、庄稼的收割、采煤、驱动机床、操纵飞机、食品加工、甚至于钻牙等。事实上，在产品的加工或销售过程的某些环节离开了流体传动与控制几乎是不可能实现的。2

2、.流体传动的介质流体传动的介质鉴于流体既可以是液体也可以是气体，流体传动与控制包含液压传动和气压传动。液压系统使用像石油基润滑油、水、合成油甚至金属溶液这样的液体。气压传动以空气作为传动介质，因为空气非常丰富并且在完成指定的工作后容易排入大气。3.流体系统的类型流体系统的类型分为流体输送和流体传动与控制两个不同的类型。流体输送系统：其唯一目的是将流体从某个地方输送到另一地方以满足某些用途。流体传动与控制系统：为完成工作而专门设计的。这个工作是由直接承受压力流体的工作缸或流体（液压）马达来完成的，依次为希望的动作提供动力。所以，需要控制元件以确保工作平稳、准确、高效、安全地完成。 4.流体传动与

3、控制的应用范围流体传动与控制的应用范围功率：操作员轻触按钮就能控制数百马力的功率并通过管路将其传递到任何位置。精密度：像在机床工业中的应用，能够重复达到几百分之一毫米的公差。流体传动与控制不仅仅是动力的源泉，它同时对完成所需的工作提供平稳、高效、安全和准确并可控、可变的动力。1.2 流体传动的优点（流体传动的优点（ADVANTAGES OF FLUID POWER）现在有三种基本的传动方式：电力、机械和流体传动。在大多数实际应用中，都是这三种方法进行组合以使整个系统的效率最高。掌握每一类型的特点对正确决定使用哪种方法是很重要的。例如：流体传动系统能够比机械传动更经济地远程传输动力。但是，与电力

4、系统相比流体传动系统传输距离受到限制。流体传动成功和广泛应用的奥秘是它的变化多端和控制容易。流体传动不受通常的机械系统中机器的几何关系阻碍。并且，此外，同样的，功率能够几乎无限量的传递因为与电力系统相比流体传动系统不受材料自身的自然局限性的限制。例如：电磁铁的特性液 气 压 传 动 及 控 制2受到钢材的磁性饱和的限制。另一方面，流体传动系统的功率仅受材料强度大小的限制。为了提高生产率工业生产越来越依赖工业自动化。这包含了对生产操作，制造过程和材料输送的远程和直接控制。流体传动因以下四个突出优点在工业自动化中发挥着重要的作用。1.控制简单和精确控制简单和精确借助于简单的杆件和按钮的使用，流体传

5、动系统的操作人员很容易进行开始、停止、加速和减速操作，并且对于提供的任何所需功率其位置精度都可达到十万分之一英寸。2.力的放大力的放大 一个液压系统（不使用笨重的齿轮、皮带轮和操纵杆）能简单而有效地将力从几十分之一克放大到数百吨对外输出。3.恒定的力和转矩恒定的力和转矩只有流体传动系统能够提供不受速度变化影响的恒定力或转矩。不论工作速度是每小时几英寸还是每分钟几百英寸，每小时几转还是每分钟上千转，力或转矩都能保持恒定。 4.简便、安全、经济简便、安全、经济流体传动系统与机械或电力系统相比仅使用少量的运动部件。所以，操作和维修保养更加简便。其次，安全性高，体积小和可靠性好。流体传动系统另外的优点

6、包括即时的反向运动，自动过载保护和无级调速。在任何已知的动力源中流体传动系统具有最高的功率重量比。尽管液压传动有这些优点，它也不是所有动力传递问题的灵丹妙药。液压系统总有一些缺点。液压油是肮脏的，并且泄漏是不可能完全避免的。如果设计错误，液压管道可能破裂，飞散的物体能够导致人身伤害。此外，如果液压油泄漏进高温设备中，很多液压油能够引起火灾。因此，为了确定最好的总体设计每一种使用状况都必须被彻底地研究。1.3 流体传动系统的组成（流体传动系统的组成（COMPONENTS OF A FLUID POWER SYSTEM） 事实上所有的液压回路基本上是相同的与其使用无关。液压回路中由 6 个基本元件

7、组成油箱：盛装液体（通常是液压油） ；泵：为系统中液体加载；液 气 压 传 动 及 控 制3电机或其它动力源：驱动泵；控制阀：控制液体流动方向、压力和流量；执行元件：将液体能量转换为工作所需的力或力矩（实现直线运动的液压缸或实现旋转运动的液压马达） ；管道：使液体由一处流到另一处的管道。当然，液压系统的复杂程度和组成根据其用途的差异而不同。液压系统组成中包括特殊元件也是可以的。1.4 流体传动系统的类型（流体传动系统的类型（TYPES OF A FLUID POWER SYSTEM） 我们已经知道了包括液压和气压系统的两种流体传动。流体传动能进一步细分为两种类型：开环（开式）和闭环（闭式）系统

8、。闭环系统：有反馈的。系统输出端的状况自动地反馈到输入端或被称为反馈传感器的装置，该装置产生控制信号。如果控制信号和反馈信号不同，直到它对比了需求后装置将得到正确的系统输出施加于系统。闭环系统时常称为“伺服系统” ，并且常常直接通执行元件的阀称为“伺服阀” 。开环系统：没有反馈的。系统的输出因此完全依赖于各个元件的特性和它们在回路中的配合。大多数回路都是开环的，它通常没有闭环系统那样复杂和精密。这是因为像漏损（由通过密封件的泄漏以及系统压力和温度高低引起的）带来的误差对于开环系统来说都是无需补的。液 气 压 传 动 及 控 制4第二章第二章 液压油的性质液压油的性质（Properties of

9、 Hydraulic Fluids）2.1 概述（概述（INTRODUCTION）在液压系统中唯一最重要的材料是工作流体本身。液压油的性质对设备的正常工作和使用寿命有着决定性的影响。为了液压系统能够高效地完成其工作使用清洁、高质量的液压油是非常重要的。为了满足工作要求现代大多数液压油都是经过特殊合成的化合物。除了有一种基本的流体，液压油还包含一些添加物来得到所希望的性质。 1.液压油的主要功能液压油的主要功能 实质上，液压油有四个主要功能：传递能量；润滑运动部件；密封两部件之间的配合间隙；散热。2.液压油的特性液压油的特性为真正地实现上述这些主要功能并从安全和成本上考虑，液压油应具有以下特性：

10、良好的润滑性；理想的粘度；化学和环保稳定性；与系统其它材料的相容性；较大的体积模量；耐火性；良好的传热能力；低密度；抗泡性；无毒；液 气 压 传 动 及 控 制5低挥发性。低成本；容易得到。单一的液压油不具有所有这些希望的性质。为了实际使用，流体传动设计者必须选择最接近所有这些理想性质的流体。液压油必须定期更换，其周期不仅取决于流体本身还与其使用环境有关。实验室分析是确定液压油更换周期的最好方法。通常说，由于油液分解或被污染而导致其粘度和酸度增大时，它就应被更换。更好地是当系统处于工作温度时更换油液。用这种方法，大多数杂质都处于悬浮状态并且容易排除。 2.2 流体：液体（流体：液体（FLUID

11、S: LIQUIDS）“流体”一词是液体和气体的总称。液体是这样一种流体，具有已知的质量，它具有明确的、与它的容器形状无关的体积。这个意思是即使液体呈现其容器的形状，容器中充满液体部分的体积等于液体的体积。液体被认为是不可压缩的以致于压力变化时，液体的体积不会变化。这并不绝对准确，但是由于压力变化引起的体积变化是很小的，在大多数工程应用中可忽略不计。2.3 重量、密度、比重（重量、密度、比重（WEIGHT, DENSITY, SPECIFIC GRAVITY） 1.重量重量所有物质，不论固体或流体，都受到地心引力的作用。这个力称为物体的重力，并与物体的质量成正比，定义为：（21） mgWFF力

12、（N） ；W流体的重量（N） ；m流体的质量（kg） ；g重力加速度（9.8m/s2） 。 2.重度重度重度被定义为单位体积流体的重量，即：（22） VW重度（N/m3） ；W重量（N） ；V体积（m3） ；利用式（22）我们能够计算出水的重度： 液 气 压 传 动 及 控 制63 3/9786028. 033.277mNmN VW water大多数油液的重度大约为 8792N/m3。然而，根据油液种类的不同，其重度在8635 N/m3和 9106 N/m3之间变化。3.比重比重给定流体的比重（Sg）是流体的重度与 4纯水的重度之比，即油液的比重：（23） wateroil goilS代入已知

13、数值得：注：比重是无量纲（无单位）参数。4.密度密度 其定义是单位体积的质量：（24） Vm密度（kg/m3）m质量（kg）V体积（m3）由于质量与重量成正比，密度也等于给定流体的密度除以水的密度。 密度与重度有如下关系：（25） g那么水的密度为：3 232 10008 . 9 9786mkgsmmskgm water2.4 压力（压力（PRESSURE） 1.流体压力流体压力压力在流体传动系统中压力或者说得更确切些是力以相等的数值向各个方向传递。压力用单位面积上所受的力来表示。因此，压力是单位面积上作用的力的总和，即：液 气 压 传 动 及 控 制7（26） AFp p压力；F力；A面积。

14、 如果 F 和 A 的单位分别是 N 和 m2，那么 p 的单位就是 Pa。静止流体中的压力称为流体静压力，它有两个重要性质：静止流体中任一点上压力大小与所受力面的方位无关，即静止流体中任一点的压力在各个方向相等。静止流体中压力作用方向是垂直于表面并指向该表面，即沿表面内法线方向。 静压力的基本方程如图所示，从流体中划出一个底面积为A 的液柱，在流体表面上，外力产生的压力peFe/A，液柱所受质量力为 hA，设液柱下表面上作用的压力为 p，其方向向上，则沿垂直方向的力平衡方程为 peA+hApA，由此得 ppe+h。 （27）式中，p是离液面 h 深处的压力。由式（27）可知：静压力是外力产生的压力 pe 和自重产生的压力 h 之和；静止流体压力随深度线性地增加；静压力相等的各点组成的面称为等压面，在静止流体中等压面是水平面；在一般液压系统中工作压力（ pe）比自重产生的压力 h 大得多，故在液压系统中h 可忽略，即 p pe。 2.压力的计算基准和单位压力的计算基准和单位压力计算基准 绝对压力 pabs：以绝对真空为计算基准的压力；大气压 pa：由大气产生的压力；相对压力（表压）p：以大气压为基准的压力，压力表所指示的压力均为相对压力。 真空度 pv：压力比大气压低的数值。液 气 压 传 动 及 控 制8它们之间关系如图所示：pabspa+p , pvpapa