第8章液壓傳動與氣壓傳動421§8-1液壓傳動與氣壓傳動的工作原理§8-2液壓傳動氣壓傳動§8-3§8-1液壓傳動與氣壓傳動的工作原理422一、液壓傳動1.液壓傳動的基本原理它是一種非常典型的液壓傳動設備，它利用活塞、缸體等元件，通過液壓油（油液）將機械能轉換為液壓能（壓力能），再轉換為機械能。液壓千斤頂?shù)墓ぷ髟砣鐖D所示。423液壓千斤頂424液壓千斤頂?shù)墓ぷ髟?—杠桿手柄2—小缸體3—小活塞4、7—單向閥5—吸油管6、10—管道8—大缸體9—大活塞11—截止閥12—油箱（1）液壓泵吸油當提起杠桿手柄1使小活塞3向上移動時，小活塞下端油腔容積增大，形成局部真空，這時單向閥4打開，通過吸油管5從油箱12中吸油。（2）液壓泵壓油當用力壓下杠桿手柄1時，小活塞3下移，小缸體2的下腔壓力升高，單向閥4關閉，單向閥7打開，小缸體2下腔的油液經管道6輸入大缸體8的下腔，迫使大活塞9向上移動，頂起重物。再次提起杠桿手柄1吸油時，單向閥7關閉，使大缸體8中的油液不能倒流。425（3）液壓缸泄油打開截止閥11，大缸體下腔的油液通過管道10、截止閥11流回油箱。大活塞9在重物和自重的作用下向下移動，回到原位。通過以上分析，可總結出液壓傳動的工作原理：液壓傳動以液壓油為工作介質，通過動力元件（液壓泵）將原動機的機械能轉換為液壓油的壓力能；再通過控制元件，借助執(zhí)行元件（液壓缸或液壓馬達）將壓力能轉換為機械能，驅動負載實現(xiàn)直線或旋轉運動；通過控制元件對壓力和流量的調節(jié)，可以調節(jié)執(zhí)行元件的力和速度。4262.液壓系統(tǒng)的組成（1）動力部分動力部分將原動機輸出的機械能轉換為油液的壓力能。（2）執(zhí)行部分執(zhí)行部分將液壓泵輸入的油液壓力能轉換為帶動機構工作的機械能。（3）控制部分控制部分用來控制和調節(jié)油液的壓力、流量和流動方向。（4）輔助部分輔助部分與動力部分、執(zhí)行部分、控制部分一起組成一個系統(tǒng)，起儲油、過濾、測量和密封等作用，以保證系統(tǒng)正常工作。（5）工作介質液壓系統(tǒng)的工作介質是指傳遞能量的液體介質，即各種液壓油。4273.液壓元件的圖形符號與液壓系統(tǒng)回路圖如上圖所示液壓千斤頂?shù)墓ぷ髟韴D直觀性強，容易理解，但繪制起來比較麻煩，系統(tǒng)中元件數(shù)量多時繪制更加不便，為了簡化原理圖的繪制，系統(tǒng)中各元件可用圖形符號表示，如圖所示。428液壓千斤頂液壓回路圖1、3—油箱2—液壓泵4—截止閥5—液壓缸4.液壓傳動的應用特點（1）液壓傳動的優(yōu)點1）傳動平穩(wěn)。油液有吸振能力，在油路中還可以設置液壓緩沖裝置。2）質量小，體積小。在輸出同樣功率的條件下，液壓傳動設備的體積和質量與機械傳動相比要小很多，因此慣性小、動作靈敏。3）承載能力強。液壓傳動易于獲得很大的力和轉矩，因此廣泛用于壓力機、隧道掘進機、萬噸輪船舵機和萬噸水壓機等。4）易實現(xiàn)無級調速。液壓傳動可實現(xiàn)液體流量的無級調速。調速范圍很大，最高可達2000∶1，容易獲得極低的速度。4295）易實現(xiàn)過載保護。液壓系統(tǒng)中較易設置安全保護裝置，能夠自動防止過載，避免發(fā)生事故。6）能自潤滑。由于采用液壓油作為工作介質，液壓傳動裝置能夠自潤滑，因此液壓元件的使用壽命較長。7）易實現(xiàn)復雜動作。液體的壓力、流量和方向較容易實現(xiàn)控制，再配合電氣控制裝置，易實現(xiàn)復雜的自動工作循環(huán)。8）液壓元件已實現(xiàn)系列化、標準化和通用化。430（2）液壓傳動的缺點1）制造精度要求高。液壓元件的技術要求高，對加工和裝配的要求較高，對使用和維護的要求比較嚴格。2）定比傳動困難。液壓傳動以液壓油作為工作介質，在相對運動表面間不可避免地存在泄漏，因此不宜應用在傳動比要求嚴格的場合。3）油液受溫度的影響大。由于油液的黏度隨溫度的改變而改變，故不宜應用在高溫或低溫的工作環(huán)境中。4314）不宜遠距離輸送動力。由于采用油管傳輸液壓油，壓力損失較大，故不宜遠距離輸送動力。5）油液中的空氣影響工作性能。液壓系統(tǒng)在工作時，油液中易混入空氣，從而影響工作性能。如容易引起爬行、振動和噪聲，使系統(tǒng)的工作性能受到影響。6）油液容易被污染。油液被污染后會影響系統(tǒng)工作的可靠性。7）發(fā)生故障不容易排查與排除。液壓系統(tǒng)是一個整體，發(fā)生故障后很難找到故障點，只能逐一排查。4325.液壓系統(tǒng)的基本參數(shù)（1）壓力液壓傳動是以液體作為工作介質進行能量轉換的，壓力是液壓傳動中最基本、最重要的參數(shù)之一。液壓傳動中所說的壓力一般是指液體的靜壓力，即液體在靜止時的壓力。靜止液體的質點間沒有相對運動，也就不存在摩擦力，故靜止液體表面只有法向力。433在液壓傳動中，由于油液的自重而產生的壓力一般很小，可忽略不計。所以，液壓系統(tǒng)的壓力是指液體在單位面積上所受的法向作用力，用

p

表示，即p=F/A式中p——壓力，N/m2

或Pa，1Pa=1N/m2；

F——法向力，N；

A——受力面積，m2。434（2）流量和流速1）流量。液壓傳動是依靠流動的有壓液體來傳遞動力的，單位時間內流過某一通道截面的液體體積稱為流量。2）流速。流速是指液體流質點在單位時間內所移動的距離。由于黏性的作用，管道內同一截面上各點的流速不同，一般以平均流速作為管道流速。435二、氣壓傳動1.氣壓傳動的工作原理及組成氣壓傳動技術在機械加工設備上應用非常廣泛，氣動夾具在各種切削機床上被廣泛應用。如圖所示為數(shù)控銑床上使用的氣動平口鉗傳動系統(tǒng)，氣缸的活塞桿伸出時氣動平口鉗夾緊工件，活塞桿縮回時松開工件。該系統(tǒng)由空氣壓縮機、氣動三聯(lián)件（包括手動排水過濾器、帶壓力表的減壓閥和油霧器）、旋鈕式二位三通換向閥、單氣控二位五通換向閥和氣缸等組成。436437數(shù)控銑床上使用的氣動平口鉗傳動系統(tǒng)a）設備組成圖b）氣動回路圖1—空氣壓縮機2—手動排水過濾器3—減壓閥4—壓力表5—油霧器6—旋鈕式二位三通換向閥7—單氣控二位五通換向閥8—氣缸（1）氣動平口鉗工作過程分析上圖可知，空氣壓縮機產生的壓縮空氣，先進入手動排水過濾器濾除水分、油分及其他雜質，然后經減壓閥降壓后進入油霧器，與油霧器產生的霧狀潤滑油混合后，分別輸送給信號控制元件（旋鈕式二位三通換向閥6）和氣動控制元件（單氣控二位五通換向閥7）。信號控制元件通過氣壓控制氣動控制元件動作，氣動控制元件通過分別接通氣缸兩側內腔實現(xiàn)氣動平口鉗活動鉗口的左右移動。438（2）氣壓傳動的工作原理通過分析氣動平口鉗的工作過程，可總結出氣壓傳動的工作原理：氣壓傳動是以壓縮空氣為工作介質，靠壓縮空氣的壓力傳遞動力或信息的流體傳動；傳遞動力的系統(tǒng)將壓縮空氣經由管路和控制閥輸送給執(zhí)行元件，把壓縮空氣的壓力能轉換為機械能，以驅動負載運動。439（3）氣動系統(tǒng)的組成及各部分的作用通過分析氣動平口鉗氣動系統(tǒng)可知，氣動系統(tǒng)一般由下列五部分組成。1）氣源裝置。氣源裝置是指產生、處理和儲存壓縮空氣的裝置，其主要設備是空氣壓縮機，復雜的氣源裝置（空氣壓縮站）還包括壓縮空氣的凈化和儲存裝置。2）執(zhí)行元件。執(zhí)行元件是把壓縮空氣的壓力能轉換成機械能，以驅動工作機構運動的元件，一般為做直線運動的氣缸或做旋轉運動的氣馬達。4403）控制調節(jié)元件。控制調節(jié)元件是對氣動系統(tǒng)中氣體的壓力、流量和流動方向進行控制和調節(jié)的元件，如減壓閥、節(jié)流閥、換向閥等，這些元件的不同組合構成了不同功能的氣動系統(tǒng)。4）輔助元件。輔助元件是指除以上三種元件以外的其他元件，如過濾器、油霧器、消聲器等。5）工作介質。氣動系統(tǒng)中所使用的工作介質是清潔的空氣。4412.氣壓傳動的特點（1）氣壓傳動的優(yōu)點1）工作介質為空氣，來源經濟、方便，用過之后可直接排入大氣，不污染環(huán)境。2）由于空氣流動損失小，壓縮空氣可集中供氣、遠距離輸送，且對工作環(huán)境的適應性強，可應用于易燃、易爆場所。3）氣壓傳動具有動作迅速、反應快、管路不易堵塞等優(yōu)點，且不存在介質變質、補充和更換等問題。4）氣壓傳動裝置結構簡單，質量小，安裝、維護簡單。5）由于空氣具有可壓縮性，因此氣動系統(tǒng)能夠實現(xiàn)過載自動保護。442（2）氣壓傳動的缺點1）由于空氣具有可壓縮性，因此氣缸或氣馬達的動作速度受負載的影響較大。2）由于氣動系統(tǒng)工作壓力較低（一般為0.3～1.0MPa），因此氣動系統(tǒng)輸出的動力較小。3）工作介質沒有自潤滑性，需要另設潤滑裝置。4）噪聲大。443§8-2液壓傳動444一、液壓動力元件液壓系統(tǒng)的動力元件主要是指液壓泵。它是把電動機或其他原動機輸出的機械能轉換成液壓能的裝置。其作用是為液壓系統(tǒng)提供液壓油。1.液壓泵的工作原理如圖所示為液壓泵的工作原理圖，當活塞向上運動時，油腔容積增大，液壓泵吸油；當活塞向下運動時，油腔容積減小，液壓泵壓油。其中，單向閥隨著吸、壓油的不同而打開、關閉不同的油路。445446液壓泵的工作原理圖2.液壓泵的類型及圖形符號（1）液壓泵的類型液壓泵的種類很多，按照結構不同，可分為齒輪泵、葉片泵和柱塞泵等；按其輸油方向能否變化，可分為單向泵和雙向泵；按其輸出的流量能否調節(jié)，可分為定量泵和變量泵；按其額定壓力的高低，可分為低壓泵、中壓泵、高壓泵等。常用液壓泵見下表。447448

常用液壓泵449

常用液壓泵（2）常見液壓泵的圖形符號450常見液壓泵的圖形符號二、液壓執(zhí)行元件1.液壓缸的結構與工作原理液壓缸的結構如圖所示，它一般由缸筒、缸蓋、活塞、活塞桿等組成。在結構中主要參數(shù)是缸筒直徑（D）、活塞桿直徑（d）以及活塞的有限行程（L=l1+l2）。在工作過程中，一端進油，另一端回油，液壓油作用在活塞上形成一定的推力使活塞桿前伸或后縮。451液壓缸的結構2.液壓缸的類型及圖形符號452液壓缸的類型及圖形符號453液壓缸的類型及圖形符號三、液壓控制元件在液壓系統(tǒng)中，為了控制與調節(jié)液流的方向、壓力和流量，以滿足工作機械的各種要求，就要用到液壓控制元件，即液壓控制閥。液壓控制閥又稱液壓閥，簡稱閥。液壓控制閥是液壓系統(tǒng)中不可缺少的重要元件。根據(jù)用途和工作特點不同，液壓控制閥分為方向控制閥、壓力控制閥、流量控制閥三大類。4541.方向控制閥方向控制閥用來控制油液流動的方向，按用途分為單向閥和換向閥兩種。（1）單向閥單向閥的作用是保證通過閥的液流只向一個方向流動而不能反方向流動，單向閥一般由閥體、閥芯和彈簧等零件構成，如圖所示。455單向閥a）實物圖b）原理圖c）圖形符號（2）換向閥1）換向閥的結構和工作原理。換向閥按結構可分為滑閥式換向閥和轉閥式換向閥，其中滑閥式換向閥應用最為普遍。滑閥式換向閥的工作原理如圖所示，其變換油液的流向是利用閥芯相對閥體的滑動來實現(xiàn)的。456滑閥式換向閥的工作原理a）閥芯在中間位置b）閥芯在左位c）閥芯在右位2）換向閥的分類。按閥芯在閥體上的工作位置數(shù)和換向閥所控制的油口通路數(shù)分，換向閥有二位二通、二位三通、二位四通、二位五通、三位四通、三位五通等類型。不同的位數(shù)和通數(shù)是由閥體上不同的沉割槽和閥芯上的臺肩組合形成的。3）換向閥的符號表示。一個換向閥的完整符號應具有工作位置數(shù)、油口通路數(shù)和在各工作位置上閥口的連通關系、控制方法以及復位、定位方法等。457各類換向閥的符號見下表。458各類換向閥的符號4）三位四通換向閥的中位機能。三位四通換向閥處于中位（常態(tài)位）時，各油口間有不同的連接方式，以滿足不同的使用要求。這種常態(tài)位時各油口的連通方式稱為三位四通換向閥的中位機能。中位機能不同，中位時對系統(tǒng)的控制性能也就不同。459常見的三位四通換向閥的中位機能460常見的三位四通換向閥的中位機能2.壓力控制閥壓力控制閥簡稱壓力閥，用來控制液壓系統(tǒng)中的壓力，或利用系統(tǒng)中的壓力變化來控制其他液壓元件的動作，它是利用作用于閥芯上的液壓力與彈簧力相平衡的原理進行工作的。（1）溢流閥如圖所示為溢流閥的工作原理圖，其中，彈簧用來調節(jié)溢流閥的溢流壓力。461溢流閥的工作原理圖溢流閥可分為直動式溢流閥和先導式溢流閥，其種類、工作原理和圖形符號見下表。462溢流閥的種類、工作原理和圖形符號（2）減壓閥減壓閥在液壓系統(tǒng)中的作用主要有：降低系統(tǒng)某一支路的油液壓力；使同一系統(tǒng)有兩個或多個不同壓力。根據(jù)結構和工作原理不同，減壓閥可分為直動式減壓閥和先導式減壓閥兩種。463直動式減壓閥a）實物圖b）原理圖c）圖形符號464先導式減壓閥a）實物圖b）原理圖c）圖形符號1—主閥芯2—主閥閥體3—主閥彈簧4—調壓螺母5—調壓彈簧6—先導閥閥體7—錐閥（3）順序閥順序閥在液壓系統(tǒng)中的作用主要是利用液壓系統(tǒng)中的壓力變化來控制油路的通斷，從而使某些液壓元件按一定的順序動作。根據(jù)結構和工作原理的不同，順序閥可分為直動式順序閥和先導式順序閥兩種，一般多使用直動式順序閥。465順序閥a）實物圖b）原理圖c）圖形符號3.流量控制閥流量控制閥（簡稱流量閥）在液壓系統(tǒng)中的作用是控制液壓系統(tǒng)中液體的流量。466流量控制閥四、液壓輔助元件液壓輔助元件也是液壓系統(tǒng)的基本組成之一。常用的液壓輔助元件有過濾器、蓄能器、油管、管接頭、油箱等，見下表。467

常用的液壓輔助元件五、液壓系統(tǒng)基本回路液壓系統(tǒng)基本回路是指由某些液壓元件和輔助元件所構成的能完成某種特定功能的回路。液壓基本回路按功能可分為方向控制回路、壓力控制回路、速度控制回路和順序動作控制回路等。如圖所示壓碎機控制回路，當三位四通換向閥7左位得電時，活塞伸出壓碎廢舊汽車；當閥7右位得電時，活塞桿收回。其中，節(jié)流閥6可以調節(jié)活塞桿的速度，溢流閥4用來控制系統(tǒng)的壓力。構成壓碎機的基本回路見下表。468469壓碎機控制回路a）工作原理圖b）圖形符號圖1—油箱2—單向定量泵3—電動機4—溢流閥5—過濾器6—節(jié)流閥7—換向閥8—液壓缸470構成壓碎機的基本回路471構成壓碎機的基本回路472構成壓碎機的基本回路473構成壓碎機的基本回路六、MJ-50型數(shù)控車床液壓系統(tǒng)如圖所示，MJ-50型數(shù)控車床中由液壓系統(tǒng)實現(xiàn)的動作有卡盤的夾緊與松開、刀架的轉位與夾緊、尾座套筒的伸出與縮回。液壓系統(tǒng)中各電磁閥的電磁鐵動作由數(shù)控系統(tǒng)的計算機控制實現(xiàn)。液壓系統(tǒng)采用變量泵2供油，系統(tǒng)壓力調至4MPa，壓力由壓力表4顯示，泵輸出的液壓油經單向閥3進入系統(tǒng)，該液壓系統(tǒng)的工作原理如下。474475MJ-50型數(shù)控車床的液壓系統(tǒng)1—過濾器2—變量泵3—單向閥4、9、19—壓力表5、6、17—先導式減壓閥7—二位三通電磁換向閥（彈簧復位）8—二位四通電磁換向閥10—卡盤液壓缸11—O型三位四通電磁換向閥12、13、20—單向調速閥14—刀架轉位雙向液壓馬達15—二位四通電磁換向閥（彈簧復位）16—刀架夾緊液壓缸18—Y型三位四通電磁換向閥21—尾座套筒液壓缸1.卡盤的夾緊與松開（1）卡盤高壓夾緊卡盤高壓夾緊時，MB2、MB3斷電，MB1通電，換向閥7和8均在左位工作，其油路如下。進油路：過濾器1→變量泵2→單向閥3→先導式減壓閥5→二位三通電磁換向閥7（左位）→二位四通電磁換向閥8（左位）→卡盤液壓缸10右腔。回油路：卡盤液壓缸10左腔→二位四通電磁換向閥8（左位）→油箱。這時液壓缸活塞左移使卡盤夾緊工件，夾緊力的大小由先導式減壓閥5調節(jié)。由于減壓閥5的調定值高于減壓閥6，所以卡盤處于高壓夾緊狀態(tài)。476（2）卡盤低壓夾緊當夾緊薄壁工件時，需要低夾緊力。這時MB3通電，二位三通電磁換向閥7切換至右位工作。液壓泵輸出的液壓油只能經先導式減壓閥6進入卡盤液壓缸10右腔，實現(xiàn)低夾緊力夾緊工件。其油路與高壓夾緊油路基本相同。477（3）卡盤松開卡盤需要松開時，讓MB1斷電、MB2通電，二位四通電磁換向閥8切換至右位工作，液壓泵輸出的液壓油經換向閥8后，進入卡盤液壓缸10的左腔，活塞右移，卡盤松開，其油路如下。進油路：過濾器1→變量泵2→單向閥3→先導式減壓閥5（或6）→二位三通電磁換向閥7左位（或右位）→二位四通電磁換向閥8（右位）→卡盤液壓缸10左腔。回油路：卡盤液壓缸10右腔→二位四通電磁換向閥8（右位）→油箱。4782.刀架的轉位與夾緊刀架換刀時，首先是刀架松開，然后刀架轉位到指定位置，最后是刀架夾緊。刀架的松開與夾緊由刀架夾緊液壓缸16執(zhí)行，刀架的轉位則由刀架轉位雙向液壓馬達14完成。該系統(tǒng)有兩條支路。一條支路由O型三位四通電磁換向閥11、單向調速閥12和單向調速閥13組成，通過換向閥11的切換使液壓馬達14正、反轉，即實現(xiàn)刀架正、反轉。單向調速閥12和單向調速閥13使液壓馬達14在正、反轉時都能通過進油節(jié)流調速來調節(jié)刀架的旋轉速度。另一條支路通過二位四通電磁換向閥15的切換控制刀架的松開與夾緊，該油路比較簡單。479油路如下。（1）刀架松開進油路：過濾器1→變量泵2→單向閥3→二位四通電磁換向閥15（右位）→刀架夾緊液壓缸16下腔。回油路：刀架夾緊液壓缸16上腔→二位四通電磁換向閥15（右位）→油箱。480（2）刀架旋轉刀架順時針旋轉與逆時針旋轉的進、回油路相反，下面分析刀架逆時針旋轉時的進油路和回油路。進油路：過濾器1→變量泵2→單向閥3→O型三位四通電磁換向閥11（左位）→單向調速閥12的調速閥→刀架轉位雙向液壓馬達14。回油路：刀架轉位雙向液壓馬達14→單向調速閥13的單向閥→O型三位四通電磁換向閥11（左位）→油箱。（3）刀架夾緊進油路：過濾器1→變量泵2→單向閥3→二位四通電磁換向閥15（左位）→刀架夾緊液壓缸16上腔。回油路：刀架夾緊液壓缸16下腔→二位四通電磁換向閥15（左位）→油箱。4813.尾座套筒的伸出與縮回（1）尾座套筒伸出尾座套筒伸出時，電磁鐵MB7通電，其油路如下。進油路：過濾器1→變量泵2→單向閥3→先導式減壓閥17→Y型三位四通電磁換向閥18（左位）→尾座套筒液壓缸21左腔。回油路：尾座套筒液壓缸21右腔→單向調速閥20的調速閥→Y型三位四通電磁換向閥18（左位）→油箱。482（2）尾座套筒縮回尾架套筒縮回時，MB7斷電、MB8通電，其油路如下。進油路：過濾器1→變量泵2→單向閥3→先導式減壓閥17→Y型三位四通電磁換向閥18（右位）→單向調速閥20的單向閥→尾座套筒液壓缸21右腔。回油路：尾座套筒液壓缸21左腔→Y型三位四通電磁換向閥18（右位）→油箱。483§8-3氣壓傳動484一、氣源裝置及氣動輔助元件1.氣源裝置自然界的空氣是一種混合物，主要由氧氣、氮氣、水蒸氣、其他微量氣體和一些雜質等組成，不同的環(huán)境和氣候條件中，空氣的組成成分也不同