液壓及氣壓原理

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1、液壓及氣壓原理一、液壓系統(tǒng)組成和形式為實(shí)現(xiàn)某種規(guī)定功能,由液壓元件構(gòu)成的組合,叫做液壓回路。液壓回路按給定的用途和要求組成的整體，叫做液壓系統(tǒng)。液壓系統(tǒng)通常由三個(gè)功能部分和輔助裝置組成。液壓系統(tǒng)按照液流循環(huán)方式分，有開(kāi)式和閉式兩種。液壓系統(tǒng)的組成（1）動(dòng)力部分液壓泵用來(lái)將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為液體壓力能，有時(shí)也將蓄能器作為緊急或輔助動(dòng)力源（2）控制部分各類(lèi)壓力、流量、方向等控制閥用來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)執(zhí)行元件的運(yùn)動(dòng)速度、方向、作用力等的控制。也用來(lái)實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)、程序控制等（3）執(zhí)行部分液壓缸、液壓馬達(dá)等用來(lái)將液體壓力能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能（4）輔助裝置管道、蓄能器、過(guò)濾器、油箱、冷卻器、加熱器、壓力表、流量計(jì)等。液壓系統(tǒng)的

2、類(lèi)型和特點(diǎn)液壓系統(tǒng)的類(lèi)型按主要用途分液壓傳動(dòng)系統(tǒng)以傳遞動(dòng)力為主液壓控制系統(tǒng)注重信息傳遞，以達(dá)到液壓執(zhí)行元件運(yùn)動(dòng)參數(shù)（如行程速度、位移量或位置、轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)角）的準(zhǔn)確控制為主按控制方法分開(kāi)關(guān)控制系統(tǒng)系統(tǒng)由標(biāo)準(zhǔn)的或?qū)I(yè)的開(kāi)關(guān)式液壓元件組成，執(zhí)行元件運(yùn)動(dòng)參數(shù)的控制精度較低伺服控制系統(tǒng)傳遞部分或控制部分采用液壓伺服機(jī)構(gòu)的系統(tǒng)，執(zhí)行元件的運(yùn)動(dòng)參數(shù)能夠精確控制比例控制系統(tǒng)傳動(dòng)部分或者控制部分采用電液比例元件的系統(tǒng)。從控制功能看，他介于伺服控制系統(tǒng)和開(kāi)關(guān)控制系統(tǒng)之間。但從結(jié)構(gòu)組成和性能特點(diǎn)看，它更接近于伺服控制系統(tǒng)。數(shù)字控制系統(tǒng)控制部分采用電液數(shù)字控制閥的系統(tǒng)。數(shù)字控制閥與伺服閥或比例閥相比，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)廉

3、、抗污染能力強(qiáng)、穩(wěn)定性重復(fù)性耗、功率小等優(yōu)點(diǎn)，在微機(jī)實(shí)時(shí)控制的電液系統(tǒng)種，它取代了比例閥或伺服閥工作，為計(jì)算機(jī)在液壓領(lǐng)域的應(yīng)用開(kāi)辟了新的方向。液壓傳動(dòng)與控制的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)1、同其他傳動(dòng)方式比較，傳動(dòng)功率相同，液壓傳動(dòng)裝置的重量輕，體積緊湊。2、可實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速，調(diào)速范圍大。3、運(yùn)動(dòng)件的慣性小，能夠頻繁迅速換向；傳動(dòng)工作平穩(wěn)；系統(tǒng)容易實(shí)現(xiàn)緩沖吸震，并 能自動(dòng)防止過(guò)載。4、與電氣配合，容易實(shí)現(xiàn)動(dòng)作和操作自動(dòng)化；與微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)配合，能實(shí)現(xiàn)各 種自動(dòng)控制工作。5、元件已基本上系列化、通用化和標(biāo)準(zhǔn)化，有利于CAD技術(shù)應(yīng)用，提高工效，降低成本。缺點(diǎn)1、容易產(chǎn)生泄露，污染環(huán)境。2、因有泄露和彈性變形大，不

4、易做到精確的定比傳動(dòng)。3、系統(tǒng)內(nèi)混入空氣，會(huì)引起爬行、噪音和振動(dòng)。4、適用的環(huán)境溫度比機(jī)械傳動(dòng)小。5、故障診斷與排除要求較高技術(shù)。二、氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)原理及特點(diǎn)氣壓傳動(dòng)與控制技術(shù)簡(jiǎn)稱(chēng)氣動(dòng)技術(shù)，是指以壓縮空氣為工作介質(zhì)來(lái)進(jìn)行能量與信號(hào)的傳遞，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程機(jī)械化、自動(dòng)化的技術(shù)，是流體傳動(dòng)與控制科學(xué)的一個(gè)重要組成部分。氣動(dòng)技術(shù)相對(duì)于機(jī)械傳動(dòng)、電傳動(dòng)及液壓傳動(dòng)有許多突出的優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)1、對(duì)于傳動(dòng)形式，氣缸作為線性驅(qū)動(dòng)器可在空間的任意位置組建它所需要的運(yùn)動(dòng)軌跡，安裝維護(hù)簡(jiǎn)單。2、工作介質(zhì)是取之不盡，用之不竭的空氣，排氣處理簡(jiǎn)單，不污染環(huán)境，成本低。壓 力等級(jí)低，使用安全。3、氣缸動(dòng)作一般為50-500mm/s，

5、比液壓和電氣方式動(dòng)作速度快，其間，通過(guò)單向節(jié)流 閥，可使氣缸速度無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)。4、可靠性高，使用壽命長(zhǎng)。電器元件有效的動(dòng)作次數(shù)為數(shù)百萬(wàn)次，一般電磁閥的壽命 大于3000萬(wàn)次。小型閥超過(guò)一億次。5、利用空氣的可壓縮性，可儲(chǔ)存能量，實(shí)現(xiàn)集中供氣。可短時(shí)間釋放能量，以獲得間 歇運(yùn)動(dòng)中的高速響應(yīng)?？蓪?shí)現(xiàn)緩沖。6、全氣動(dòng)控制具有防火、防爆、耐潮的能力。與液壓方式相比，氣動(dòng)方式可在高溫場(chǎng) 合使用。7、由于空氣損失小，壓縮空氣可集中供應(yīng)，遠(yuǎn)距離輸送缺點(diǎn)1、由于空氣具有壓縮性，氣缸的動(dòng)作速度易受載荷的變化而變化2、氣缸在低速運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于摩擦力占推力的比例較大，氣缸的低速穩(wěn)定性不如液壓缸3、雖然在許多場(chǎng)合，氣缸的輸

6、出力能滿足工作要求，但輸出力比液壓缸小。典型氣動(dòng)系統(tǒng)一個(gè)氣動(dòng)系統(tǒng)往往包括氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)和氣動(dòng)控制系統(tǒng)兩部分如下圖所示氣路1、氣壓發(fā)生裝置；2、儲(chǔ)氣罐；3、方向控制閥；4、調(diào)速閥；5、執(zhí)行元件；6、傳感元件；7、邏輯控制元件；8、消音器；9、油霧器；10、減壓閥；11、過(guò)濾器。（1）氣源設(shè)備用于產(chǎn)生具有一定能量的壓縮空氣及管道氣體處理的裝置，如空氣壓縮機(jī)、冷卻器、氣罐等（2）氣動(dòng)執(zhí)行元件用于能量轉(zhuǎn)換的元件，如氣缸、氣馬達(dá)等（3）氣動(dòng)控制元件用于控制工作介質(zhì)的壓力、流量、流動(dòng)方向使執(zhí)行元件完成所需運(yùn)動(dòng)規(guī)律的元件，如壓力、流量和方向控制閥以及各種邏輯元件等。（4）傳感元件和轉(zhuǎn)換元件將被控參數(shù)檢測(cè)出來(lái)并

7、變成氣壓信號(hào)的氣動(dòng)傳感元件（各種傳感器和行程閥等）以及將氣信號(hào)與電、液等信號(hào)相互轉(zhuǎn)換的元件（5）氣動(dòng)輔助包括起源凈化、元件潤(rùn)滑、元件間連接和消聲等元件氣動(dòng)元件基礎(chǔ)1、氣動(dòng)執(zhí)行元件在氣動(dòng)系統(tǒng)中，將壓縮空氣的壓力能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的一種傳動(dòng)裝置，稱(chēng)為氣動(dòng)執(zhí)行元件。它能驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)、擺動(dòng)、旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)或夾持運(yùn)動(dòng)。由于氣動(dòng)的工作介質(zhì)為氣體，具有可壓縮性，因此，用氣動(dòng)執(zhí)行元件來(lái)實(shí)現(xiàn)氣動(dòng)伺服定位。它的重復(fù)精度可控制在0.2mm以?xún)?nèi)，此時(shí)它低俗運(yùn)行特性（10mm/s左右時(shí)）不如常規(guī)的氣動(dòng)控制的低速平穩(wěn)。對(duì)于采用低速氣缸而言，它的低速運(yùn)行可控制在 3-5mm/s，平穩(wěn)運(yùn)行。當(dāng)要求更慢的速度或者高速位置控制

8、時(shí)，建議采用液壓氣壓聯(lián)合裝置實(shí)現(xiàn)。氣動(dòng)執(zhí)行元件與液壓執(zhí)行元件相比，氣動(dòng)執(zhí)行元件運(yùn)動(dòng)速度快，工作氣壓低，使用與低輸入力的場(chǎng)合。氣動(dòng)執(zhí)行元件的分類(lèi)方法1）按照潤(rùn)滑方式分 A 給油氣動(dòng)執(zhí)行元件 執(zhí)行元件的潤(rùn)滑是由潤(rùn)滑裝置（如油霧器等）提供，應(yīng)用與給油潤(rùn)滑系統(tǒng)。B 無(wú)給油氣動(dòng)執(zhí)行元件 執(zhí)行元件預(yù)先封入潤(rùn)滑脂等，并定期給予補(bǔ)充達(dá)到潤(rùn)滑，不需要潤(rùn)滑裝置，應(yīng)用于 無(wú)給油軟化氣動(dòng)系統(tǒng) C 無(wú)油潤(rùn)滑氣動(dòng)系統(tǒng) 執(zhí)行元件由含油材料和含油密封圈等組成，不需要潤(rùn)滑或預(yù)先封入潤(rùn)滑脂等，應(yīng)用 于無(wú)油潤(rùn)滑氣動(dòng)系統(tǒng)2）按照運(yùn)動(dòng)和功能分 A 氣缸 用壓縮空氣做動(dòng)力源，產(chǎn)生直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)，輸出動(dòng)能或力 B 擺式氣缸 用壓縮空氣做動(dòng)力

9、源，產(chǎn)生360范圍的擺動(dòng)，輸出力矩 C 氣動(dòng)馬達(dá) 用壓縮空氣做動(dòng)力源，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，輸出力矩 D 氣動(dòng)機(jī)械手 用壓縮空氣做動(dòng)力源，產(chǎn)生模擬手指的開(kāi)閉動(dòng)作，輸出力氣缸的理論輸出力常用氣缸計(jì)算如圖單干雙作用氣缸理論輸出推力（活塞桿伸出）F=理論輸出拉力（活塞桿返回）F=擺式氣缸 擺式氣缸是一種載小于360角度范圍內(nèi)做往復(fù)擺動(dòng)的氣缸，它是將壓縮空氣的壓力能轉(zhuǎn)成機(jī)械能的裝置，輸出的力矩使機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)往復(fù)擺動(dòng)。常用的擺動(dòng)氣缸的最大擺動(dòng)角度分別是90、180、270三種規(guī)格。擺式氣缸輸出軸承扭矩，對(duì)沖擊的耐力小，因此，如擺動(dòng)氣缸速度過(guò)快或受到驅(qū)動(dòng)物體時(shí)的沖擊作用，將容易損壞，故需要采用緩沖機(jī)構(gòu)或安裝制動(dòng)器。擺

10、式氣缸按照機(jī)構(gòu)可分葉片式和活塞式兩種。氣缸的選擇首先應(yīng)選擇標(biāo)準(zhǔn)氣缸，其次才考慮自行設(shè)計(jì)。考慮因素內(nèi)容類(lèi)型 根據(jù)工作要求和條件，正確選擇氣缸的類(lèi)型。高溫條件下需選擇耐熱氣缸。在有腐蝕環(huán)境下，需選用耐腐蝕氣缸。在有灰塵等惡劣環(huán)境下，需在活塞桿伸出端安裝防塵罩。要求無(wú)污染時(shí)需選用無(wú)給油或無(wú)油潤(rùn)滑氣缸等。安裝形式 根據(jù)安裝位置、使用目的等因素決定。在一般情況下，采用固定式氣缸。在需要隨工作機(jī)構(gòu)連續(xù)回轉(zhuǎn)時(shí)（如車(chē)床、磨床等），應(yīng)選用回轉(zhuǎn)氣缸。在要求活塞桿除直線運(yùn)動(dòng)外，還需要做圓弧擺動(dòng)時(shí)，則選用軸銷(xiāo)式氣缸。有特殊要求時(shí)，則選擇相應(yīng)的特殊氣缸。作用力大小 根據(jù)負(fù)載力的大小來(lái)確定氣缸的推力和拉力。一般均按外載荷

11、理論平衡條件所需的氣缸作用力，乘以系數(shù)1.5-2，使氣缸輸出力稍有余量。缸徑過(guò)小，輸出力不夠，但缸徑過(guò)大，使設(shè)備笨重，成本提高，又增加耗氣量，浪費(fèi)能源。在夾具設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡量采取擴(kuò)力機(jī)構(gòu)，以減小氣缸的外形尺寸。活塞行程 與使用的場(chǎng)合和機(jī)構(gòu)的行程有關(guān)，但一般不選滿行程，防止活塞和缸蓋相碰。如用于夾緊機(jī)構(gòu)等，應(yīng)計(jì)算所需的行程增加10-20mm的余量。活塞的運(yùn)動(dòng)速度 主要取決于氣缸輸入壓縮空氣流量、氣缸進(jìn)排氣口大小及導(dǎo)管內(nèi)徑的大小。要求高速運(yùn)動(dòng)應(yīng)取大值。氣缸運(yùn)動(dòng)速度一般為50-700mm/s。對(duì)高速運(yùn)動(dòng)的氣缸，應(yīng)選擇大內(nèi)徑的進(jìn)氣管道；對(duì)于負(fù)載有變化的情況，為了得到緩慢而平穩(wěn)的運(yùn)動(dòng)速度，可選用帶節(jié)流裝置

12、或氣-液阻尼缸，則較易實(shí)現(xiàn)速度控制。選用節(jié)流閥控制氣缸速度需要注意：水平安裝的氣缸推動(dòng)負(fù)載時(shí)，推薦用排氣節(jié)流調(diào)速；垂直安裝的氣缸舉升負(fù)載時(shí)，推薦用錦旗節(jié)流閥調(diào)速；要求形成摩端運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)避免沖擊時(shí)，應(yīng)選用帶緩沖裝置的氣缸。方向閥的選用原則原則含義及要求選用閥的使用范圍即應(yīng)根據(jù)使用場(chǎng)合的氣源壓力的大小、電源條件（交直流、電壓大小應(yīng)與使用現(xiàn)場(chǎng)的條及波動(dòng)范圍）、介質(zhì)溫度、濕度、環(huán)境溫濕度、粉塵、振動(dòng)等選用適件一致和在此條件下可靠使用的閥選用閥的功能及控即應(yīng)根據(jù)氣動(dòng)系統(tǒng)對(duì)元件的位置數(shù)、通路數(shù)、記憶性、靜置時(shí)通斷電制方式應(yīng)符合系統(tǒng)狀態(tài)和控制方式等的要求選用符合所功能及控制方式的閥。工作要求選用閥的流通能力即

13、應(yīng)根據(jù)氣動(dòng)系統(tǒng)對(duì)元件的瞬時(shí)最大流量的要求按平均氣流速度15到滿足系統(tǒng)工作要求25m/s計(jì)算閥的通徑，即可查出所需的流通能力C值、額定流量下的壓降、標(biāo)準(zhǔn)額定流量及S值等，根據(jù)這些選用滿足系統(tǒng)流通能力的閥選用閥的性能應(yīng)滿即應(yīng)根據(jù)氣動(dòng)系統(tǒng)對(duì)最低工作壓力或最低控制壓力、動(dòng)態(tài)性能、最高足系統(tǒng)的工作要求工作頻率、持續(xù)通電能力、閥的功耗、壽命及可靠性等的要求選用符合所需性能指標(biāo)的閥。選用閥的安裝方式大部分的換向閥為板式安裝方式，它的優(yōu)點(diǎn)是便于裝拆和維修。推薦應(yīng)根據(jù)閥的質(zhì)量水優(yōu)先采用板式安裝方式。平、系統(tǒng)占有空間要求及便于維修等綜合考慮盡量選用標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)由于標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品采用了批量生產(chǎn)手段，質(zhì)量穩(wěn)定可靠、通用化程度

14、較品高、價(jià)格便宜選用閥的價(jià)格應(yīng)與即應(yīng)根據(jù)氣動(dòng)系統(tǒng)先進(jìn)程度及可靠性要求來(lái)考慮閥的價(jià)格。在保證系系統(tǒng)水平及可靠性統(tǒng)先進(jìn)、可靠、使用方便的前提下，力求價(jià)格合理，不要不顧質(zhì)量而要求相適應(yīng)追求低成本。大型控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，要考慮盡可能使用集成閥和信號(hào)的總線控制型式。壓力控制閥分類(lèi)作用減壓閥（調(diào)壓閥）1）直動(dòng)式（人工操控、機(jī)械操控）用來(lái)調(diào)節(jié)或控制氣壓的變化，溢流式、非溢流式、恒量排氣式并保持降壓后的壓力值穩(wěn)定2）先導(dǎo)式（內(nèi)部先導(dǎo)、外部先導(dǎo)）在需要的值上，確保系統(tǒng)壓溢流式、恒量排出式力的穩(wěn)定性的閥類(lèi)溢流閥（安全閥）1）直動(dòng)式（人工操控、機(jī)械操控）用于保持一定的進(jìn)口壓力，如2）先導(dǎo)式（內(nèi)部先導(dǎo)、外部先導(dǎo)）為了保證氣動(dòng)回路或儲(chǔ)氣罐安全，當(dāng)壓力超過(guò)規(guī)定值時(shí)，需將部分空氣放掉的閥類(lèi)。順序閥在有兩個(gè)以上的分支回路時(shí)，根據(jù)壓力的大小，使執(zhí)行元件按照設(shè)計(jì)規(guī)定的程序進(jìn)行順序動(dòng)作的閥類(lèi)增壓閥使出口壓力比進(jìn)口壓力高的閥類(lèi)氣路設(shè)計(jì)基礎(chǔ)