流體傳動應用

流體傳動廣泛應用于金屬切削機床也不過近百年的歷史，航空工業(yè)在1930年以后才開始應用。但是，流體傳動具有獨特的特點和技術優(yōu)勢，成為了現(xiàn)代機械工程的基本技術構成和現(xiàn)代控制工程的基本技術要素，在各種工業(yè)行業(yè)中的應用與日俱增，越來越廣泛。

在國防軍事工業(yè)中，海、陸、空各種作戰(zhàn)武器常采用液壓和氣動技術。如飛機起落架和機翼動作及控制，艦艇炮塔運動及控制，導彈導向飛行及控制，雷達動作及控制等。

在工程建設施工設備方面，從挖掘機、裝載機、推土機、鏟運機、平地機到混凝土泵車、振動壓路機等都實現(xiàn)了液壓和氣動化。這些機械采用流體技術后外形尺寸減小、重量減輕、產(chǎn)品性能提高、操作簡化輕巧、靈便，提高了作業(yè)效率和作業(yè)質量，尤其是提高了機械設備的使用可靠性、操作安全性、舒適性和使用壽命，使其適應性更強。

在機床上，磨床砂輪架和工作臺的進給運動大部分采用液壓傳動；車床、轉塔車床、自動車床的刀架或轉塔刀架；銑床、刨床、組合機床等的工作臺進給運動也都采用了液壓傳動；龍門刨床的工作臺、牛頭刨床或插床的滑枕，由于要求作高速往復直線運動，并且要求換向沖擊小、換向時間短、能耗低，因此都可以采用液壓傳動；仿形裝置車床、銑床、刨床上的仿形加工常采用液壓伺服系統(tǒng)來完成，其精度可達0.01～0.02mm；機床上的夾緊裝置、齒輪箱變速操縱裝置、絲桿螺母間隙消除裝置、垂直移動部件平衡裝置、分度裝置、工件和刀具裝卸裝置、工件輸送裝置等，也采用氣壓或液壓機構。在機床上采用液壓和氣壓機構利于簡化機床結構，提高機床自動化程度。尤其是近年來，微電子技術在流體技術上的應用，使各類機械裝置的綜合自動化水平越來越高，提升了機械設備的使用可靠性、操作安全。 2100433B

1、流體傳動的優(yōu)點

1)液壓和氣壓傳動操作控制方便，易于實現(xiàn)無級調速而且調速范圍大，調速范圍可達數(shù)百，最大至2000:1。

2)液壓傳動的單位功率的質量輕，單位質量輸出功率大，質量一般只有同功率電動機的十分之一，容易獲得較大的力和力矩，具有運動慣性小、動態(tài)性能好的優(yōu)點。因而起動、制動迅速，運動平穩(wěn)，利于相關部件和控制系統(tǒng)的小型化和微型化。如軸向柱塞泵的質量僅是同功率直流發(fā)電機質量的10%～20%，前者尺寸僅為后者的12%～13%。對于工程建設機械，這個優(yōu)點表現(xiàn)得尤為突出。

3)可以簡便地與電控部分結合，組成電液控制或氣電控制或氣液控制的傳動和控制一體化系統(tǒng)，實現(xiàn)各種自動控制優(yōu)勢互補，這種控制既具有流體傳動輸出功率適應范圍大的特點，又具有電子控制方便靈活的特點。現(xiàn)代機械裝備已越來越多地采用了這種方法。

4)工作安全性好，具有實現(xiàn)過載保護功能，并有自潤滑作用。

5)易于實現(xiàn)標準化、系列化和通用化，便于設計、制造和推廣使用。

2、流體傳動的主要缺點

1)液壓和氣壓傳動經(jīng)過兩次能量轉換，傳動效率低，再加上受泄漏和流動阻力的影響，其傳動效率一般為75%～85%。

2)液壓與氣動元件的制造和維護要求較高，價格也較貴，液壓系統(tǒng)容易泄漏，液壓和氣壓傳動系統(tǒng)出現(xiàn)故障時檢修困難。

3)液壓傳動的性能受溫度影響大，不能在高溫情況下工作，溫度波動影響其工作性能，當油液中有空氣和水分時會影響系統(tǒng)的傳動比。

一個完整的流體傳動系統(tǒng)通常要包括五個組成部分：

(1)動力元件：即能源裝置，液壓系統(tǒng)一般是液壓泵或蓄能器、氣動系統(tǒng)是空氣壓縮機和貯氣罐，其作用是將原動機輸出的機械能轉換成流體壓力能，并向系統(tǒng)或用氣點供給壓力流體。

(2)執(zhí)行元件：包括液壓缸或氣缸、液壓馬達或氣馬達，前者實現(xiàn)往復運動，后者實現(xiàn)旋轉運動，其作用是將流體壓力能轉化成機械能，輸出到工作機構上。

(3)控制元件：包括壓力控制閥、流量控制閥、方向控制閥等，其作用是控制和調節(jié)流體系統(tǒng)的壓力、流量和液流方向及信號轉換、邏輯運算、放大等功能，以保證執(zhí)行元件能夠得到所要求的力（或轉矩）、速度（或轉速）和運動方向（或旋轉方向）。

(4)輔助元件：包括油箱、管路、管接頭、過濾器、消聲器、油霧器、濾氣器及各種儀表等，這些元件也是流體系統(tǒng)所必不可少的。

(5)工作介質：用以傳遞能量，同時還起散熱和潤滑作用。液壓系統(tǒng)用液壓油作為工作介質，氣動系統(tǒng)用壓縮空氣作為工作介質。

流體分可壓縮流體和不可壓縮流體兩類，可壓縮流體是氣體，不可壓縮流體是液體，它們都是可以用做能量傳遞的介質。流體通過各種元件組成的不同功能的基本回路，形成具有一定功能的傳動系統(tǒng)。

在各類機械設備上，傳動是將指能量或動力由發(fā)動機向工作裝置的傳遞，通過不同的傳動方式使發(fā)動機的轉動變?yōu)楦鞣N工作裝置的不同運動形式。根據(jù)傳遞能量的工作媒介不同，傳動可分為機械傳動、電氣傳動、流體傳動等。流體傳動是以流體為工作介質進行能量傳遞和控制的一種傳動方式，是利用流體的壓力能來傳遞能量的，具體分為液壓傳動（Hydraulics）和氣壓傳動（Pneumatics）。

流體傳動相對于機械傳動而言還是一門較新的學科，從17世紀中葉法國人帕斯卡（B.Pascal）提出液體壓力傳遞的基本定律算起，液壓傳動已有近四百年的發(fā)展歷史。這期間隨著科學技術的不斷發(fā)展，流體傳動技術本身也在不斷發(fā)展，18世紀末(1795年)英國人制造出世界上第一臺液壓機，1905年美國人Janney首先將礦物油作為傳動介質引入液體傳動，改善了液壓元件的摩擦和潤滑，并研制了第一臺軸向柱塞泵。特別是在第二次世界大戰(zhàn)期間及戰(zhàn)后，由于軍事及民用需求的刺激，流體傳動技術得到了迅猛發(fā)展，出現(xiàn)了以電液伺服系統(tǒng)為代表的反應快、精度高的液壓元件和控制系統(tǒng)。20世紀50年代以后，隨著戰(zhàn)后世界各國經(jīng)濟的恢復和發(fā)展、生產(chǎn)過程自動化的不斷增長，流體傳動技術很快轉入民用工業(yè)。。流體傳動隨著原子能技術、空間技術、計算機技術的產(chǎn)生而迅速發(fā)展。

流體傳動技術在國民經(jīng)濟的各個部門都得到了廣泛的應用，如建設工程機械、機械制造業(yè)、航空航天、石油化工等都離不開流體傳動技術。流體傳動技術的發(fā)展水平和應用程度已經(jīng)成為衡量一個國家工業(yè)化程度的重要標志之一。

本書為普通高等教育“十三五”規(guī)劃教材，是針對21世紀人才培養(yǎng)和教學改革的需要，配合教育部實施的“質量工程”，在總結國內外眾多院校教學實踐和科學研究成果的基礎上編寫的，并配有多媒體課件。全書共分為16章。第1章概述液壓與氣壓傳動的工作原理、組成、圖形符號、優(yōu)缺點、應用和發(fā)展； 第2章講述液壓傳動工作介質的性質和選用等； 第3章介紹液壓流體力學基礎知識； 第4～7章分別講述液壓動力元件、液壓執(zhí)行元件、液壓控制元件和液壓輔助元件； 第8章講述液壓傳動基本回路；第9章講述典型液壓傳動系統(tǒng)分析；第10章講述液壓傳動系統(tǒng)的設計與計算；第11～16章分別講述氣壓傳動基礎知識、氣源裝置與輔助元件、氣動執(zhí)行元件、氣動控制元件、氣動基本回路和控制系統(tǒng)分析。每章都有學習指南、能力培養(yǎng)目標、案例教學實例、重點和難點課堂討論及小結，每章后附有思考題和習題。附錄A中簡明扼要地介紹了最新國家推薦性標準GB/T786.1—2009中規(guī)定的部分液壓與氣壓傳動圖形符號，附錄B為關鍵詞和術語的中英文對照。

第1章緒論

1.1流體力學研究的內容和方法

1.2液壓與氣壓傳動的研究內容

1.3液壓與氣壓傳動的工作原理及基本特征

1.3.1液壓與氣壓傳動的工作原理

1.3.2液壓與氣壓傳動的基本特征

1.4液壓傳動系統(tǒng)的組成

1.5液壓傳動系統(tǒng)的圖形符號表示

1.6液壓傳動的控制方式

1.7液壓傳動的優(yōu)缺點

1.8液壓傳動技術的歷史進展和發(fā)展趨勢

1.8.1液壓傳動技術的歷史進展

1.8.2液壓傳動技術的發(fā)展趨勢

1.9液壓傳動的應用

重點和難點課堂討論

典型案例分析

本章小結

思考題和習題

第2章液壓傳動工作介質

2.1液壓傳動工作介質的性質和選用

2.1.1液壓傳動工作介質的種類

2.1.2液壓傳動工作介質的物理性質

2.1.3液壓傳動工作介質的化學性質

2.1.4液壓傳動系統(tǒng)對工作介質的主要性能要求

2.1.5液壓傳動工作介質的選擇

2.1.6液壓傳動工作介質的使用

2.2液壓傳動工作介質的污染和控制

2.2.1液壓傳動工作介質污染物的種類

2.2.2液壓傳動工作介質污染的原因

2.2.3液壓傳動工作介質污染度的等級

2.2.4液壓傳動工作介質污染度的測定

2.2.5液壓傳動工作介質污染的危害

2.2.6液壓傳動工作介質污染的控制及措施

重點和難點課堂討論

典型案例分析

本章小結

思考題和習題

第3章液壓流體力學基礎知識

3.1液體靜力學基礎知識

3.1.1液體靜壓力及特征

3.1.2重力作用下靜止液體中的壓力分布和靜力學基本方程

3.1.3液體靜壓力的傳遞

3.1.4絕對壓力、相對壓力和真空度

3.1.5液體靜壓力作用在固體壁面上的力

3.2液體動力學基礎知識

3.2.1流動液體的基本概念

3.2.2流量連續(xù)性方程

3.2.3伯努利方程

3.2.4動量方程

3.3液體在管路中流動時的壓力損失

3.3.1層流、紊流和雷諾數(shù)

3.3.2沿程壓力損失

3.3.3局部壓力損失

3.3.4管路系統(tǒng)總壓力損失

3.4液體流經(jīng)小孔的流量

3.5液體流經(jīng)縫隙的流量

3.6空穴現(xiàn)象

3.7液壓沖擊

重點和難點課堂討論

典型案例分析

本章小結

思考題和習題

第4章液壓動力元件

4.1液壓泵概述

4.1.1液壓泵的工作原理

4.1.2液壓泵的分類

4.1.3液壓泵的圖形符號

4.1.4液壓泵的基本性能參數(shù)和計算公式

4.1.5液壓泵的特性曲線和檢測

4.2齒輪泵

4.2.1外嚙合齒輪泵的工作原理

4.2.2外嚙合齒輪泵的排量和流量公式

4.2.3外嚙合齒輪泵的結構特點分析

4.2.4提高外嚙合齒輪泵工作壓力的措施

4.2.5漸開線內嚙合齒輪泵

4.2.6擺線內嚙合齒輪泵

4.2.7配裝有溢流閥的內嚙合齒輪泵

4.2.8齒輪泵的主要性能

4.2.9齒輪泵的優(yōu)缺點

4.2.10螺桿泵

4.3葉片泵

4.3.1單作用葉片泵

4.3.2限壓式變量葉片泵

4.3.3雙作用葉片泵

4.3.4葉片泵的主要性能

4.3.5葉片泵的優(yōu)缺點

4.4柱塞泵

4.4.1徑向柱塞泵

4.4.2斜盤式軸向柱塞泵

4.4.3斜軸式軸向柱塞泵

4.4.4通軸式軸向柱塞泵

4.4.5柱塞泵的主要性能

4.4.6柱塞泵的優(yōu)缺點

4.5各類液壓泵的主要性能及應用

重點和難點課堂討論

典型案例分析

本章小結

思考題和習題

第5章液壓執(zhí)行元件

5.1液壓缸

5.1.1液壓缸的分類及特點

5.1.2液壓缸的結構形式及安裝方式

5.1.3液壓缸的設計與計算

5.1.4液壓缸的安裝和常見故障分析及排除方法

5.2數(shù)字控制液壓缸和模擬控制液壓缸

5.2.1數(shù)字控制液壓缸

5.2.2模擬控制液壓缸

5.3液壓馬達概述

5.3.1液壓馬達的特點和分類

5.3.2液壓馬達的基本性能參數(shù)

5.4高速液壓馬達

5.4.1齒輪液壓馬達

5.4.2葉片液壓馬達

5.4.3軸向柱塞液壓馬達

5.5低速液壓馬達

5.5.1單作用曲軸連桿徑向柱塞液壓馬達

5.5.2多作用內曲線徑向柱塞液壓馬達

重點和難點課堂討論

典型案例分析

本章小結

思考題和習題

第6章液壓控制元件

6.1液壓控制閥概述

6.1.1液壓控制閥的基本結構和工作原理

6.1.2液壓控制閥的分類

6.1.3液壓控制閥的基本性能參數(shù)

6.1.4對液壓控制閥的基本要求

6.2壓力控制閥

6.2.1溢流閥

6.2.2順序閥

6.2.3減壓閥

6.2.4壓力繼電器

6.3方向控制閥

6.3.1單向閥

6.3.2換向閥

6.4流量控制閥

6.4.1節(jié)流口的形式和流量特性

6.4.2節(jié)流閥

6.4.3調速閥

6.4.4溢流節(jié)流閥

6.4.5分流集流閥

6.4.6限速切斷閥

6.5插裝閥

6.5.1插裝閥的概述與優(yōu)點

6.5.2插裝閥的組成和工作原理

6.5.3插裝壓力閥

6.5.4插裝方向閥

6.5.5插裝流量閥

6.6疊加閥

6.7多路閥

6.8電液伺服控制閥

6.8.1伺服控制元件的基本類型

6.8.2電液伺服控制閥

6.8.3機液伺服控制閥

6.9電液比例控制閥

6.9.1電液比例控制閥的主要性能指標

6.9.2電液比例壓力控制閥

6.9.3電液比例方向控制閥

6.9.4電液比例流量控制閥

6.10電液數(shù)字控制閥

6.10.1電液數(shù)字控制閥的特點及分類

6.10.2增量式電液數(shù)字控制閥

6.10.3脈寬調制式電液數(shù)字控制閥

重點和難點課堂討論

典型案例分析

本章小結

思考題和習題

第7章液壓輔助元件

7.1過濾器

7.1.1過濾器的基本性能參數(shù)

7.1.2過濾器的分類和結構特點

7.1.3過濾器的選用

7.1.4過濾器的安裝

7.2蓄能器

7.2.1蓄能器的類型、結構和工作原理

7.2.2蓄能器參數(shù)的計算

7.2.3蓄能器的安裝和使用

7.2.4蓄能器的用途

7.3液壓密封裝置

7.3.1密封件的分類

7.3.2對密封裝置的基本要求

7.3.3常用密封件的材料

7.3.4常見的密封方法

7.3.5常用密封件的結構與性能

7.4管道及管接頭

7.4.1管道的種類及材料

7.4.2管道內徑及壁厚的確定

7.4.3管道安裝要求

7.4.4管接頭

7.5液壓油箱

7.5.1液壓油箱的功能與類型

7.5.2液壓油箱容積的計算

7.5.3液壓油箱的設計要點

7.6加熱器

7.7冷卻器

7.7.1無冷卻介質冷卻器

7.7.2有冷卻介質冷卻器

7.7.3冷卻器的計算

重點和難點課堂討論

典型案例分析

本章小結

思考題和習題

第8章液壓傳動基本回路

8.1壓力控制回路

8.1.1調壓回路

8.1.2卸荷回路

8.1.3減壓回路

8.1.4增壓回路

8.1.5保壓回路

8.1.6釋壓回路

8.1.7平衡回路

8.2速度控制回路

8.2.1概述

8.2.2節(jié)流調速回路

8.2.3容積調速回路

8.2.4容積節(jié)流調速回路

8.2.5快速運動回路

8.2.6速度換接回路

8.3方向控制回路

8.3.1換向回路

8.3.2浮動回路

8.3.3鎖緊回路

8.3.4制動回路

8.4多執(zhí)行元件運動控制回路

8.4.1順序運動回路

8.4.2同步運動回路

8.4.3互不干擾回路

8.4.4多路換向閥控制回路

重點和難點課堂討論

典型案例分析

本章小結

思考題和習題

第9章典型液壓傳動系統(tǒng)分析

9.1YT4543型組合機床動力滑臺液壓傳動系統(tǒng)分析

9.1.1概述

9.1.2YT4543型組合機床動力滑臺液壓傳動系統(tǒng)的工作原理

9.1.3YT4543型組合機床動力滑臺液壓傳動系統(tǒng)的特點

9.23150kN液壓機液壓傳動系統(tǒng)分析

9.2.1概述

9.2.2液壓機液壓傳動系統(tǒng)及其工作原理

9.2.3液壓機液壓傳動系統(tǒng)的主要特點

9.2.4液壓機插裝閥集成液壓傳動系統(tǒng)及其工作原理

9.3Q28型汽車起重機液壓傳動系統(tǒng)分析

9.3.1概述

9.3.2Q28型汽車起重機液壓傳動系統(tǒng)的工作原理

9.3.3Q28型汽車起重機液壓傳動系統(tǒng)的特點

9.4XSZY250A型塑料注射成型機液壓傳動系統(tǒng)分析

9.4.1概述

9.4.2塑料注射成型機液壓傳動系統(tǒng)及其工作原理

9.4.3塑料注射成型機液壓傳動系統(tǒng)的主要特點

9.5機電一體化液壓挖掘機液壓傳動系統(tǒng)分析

9.5.1概述

9.5.2機電一體化液壓挖掘機液壓傳動系統(tǒng)組成

9.5.3機電一體化液壓挖掘機液壓傳動系統(tǒng)工作技術特點

9.6帶鋼光電液伺服跑偏控制系統(tǒng)分析

9.6.1概述

9.6.2帶鋼光電液伺服跑偏控制系統(tǒng)組成及工作原理

9.7液壓助力器伺服控制系統(tǒng)分析

9.8計算機電液控制技術分析

9.8.1概述

9.8.2液壓泵控制容積調速計算機電液控制系統(tǒng)組成

9.8.3液壓泵控制容積調速計算機電液控制系統(tǒng)軟件設計

9.8.4液壓泵控制容積調速計算機電液控制系統(tǒng)硬件設計

重點和難點課堂討論

典型案例分析

本章小結

思考題和習題

第10章液壓傳動系統(tǒng)的設計與計算

10.1液壓傳動系統(tǒng)的設計概述

10.2明確設計要求，進行工況分析

10.3確定液壓傳動系統(tǒng)的主要性能參數(shù)

10.4液壓傳動系統(tǒng)原理圖的擬定

10.5液壓元件的計算與選擇

10.6液壓傳動系統(tǒng)的性能驗算

10.7繪制工作圖與編寫技術文件

重點和難點課堂討論

典型案例分析

本章小結

思考題和習題

第11章氣壓傳動基礎知識

11.1概述

11.1.1氣壓傳動系統(tǒng)的組成及工作原理

11.1.2氣壓傳動的優(yōu)缺點

11.1.3氣壓傳動的應用和發(fā)展

11.2氣動工作介質的性質

11.2.1氣動工作介質的組成

11.2.2氣動工作介質的基本狀態(tài)參數(shù)

重點和難點課堂討論

典型案例分析

本章小結

思考題和習題

第12章氣源裝置和輔助元件

12.1氣源裝置

12.1.1氣源裝置的組成及工作原理

12.1.2空氣壓縮機

12.1.3主要壓縮空氣凈化設備

12.2輔助元件

12.2.1分水濾氣器

12.2.2油霧器

12.2.3消聲器

重點和難點課堂討論

典型案例分析

本章小結

思考題和習題

第13章氣動執(zhí)行元件

13.1氣缸

13.1.1氣缸的分類

13.1.2氣缸的工作原理

13.1.3氣缸的輸出力和耗氣量計算

13.2氣馬達

13.2.1氣馬達的分類

13.2.2氣馬達的工作原理

13.2.3氣馬達工作特性與工作壓力的關系

重點和難點課堂討論

典型案例分析

本章小結

思考題和習題

第14章氣動控制元件

14.1壓力控制閥

14.1.1減壓閥

14.1.2安全閥

14.1.3單向順序閥

14.2方向控制閥

14.2.1單向閥

14.2.2換向閥

14.3流量控制閥

14.3.1節(jié)流閥

14.3.2單向節(jié)流閥

14.3.3排氣消聲節(jié)流閥

重點和難點課堂討論

典型案例分析

本章小結

思考題和習題

第15章氣動基本回路

15.1壓力控制回路

15.1.1一次壓力控制回路

15.1.2二次壓力控制回路

15.1.3高低壓選擇回路

15.2方向控制回路

15.2.1單作用氣缸的換向回路

15.2.2雙作用氣缸的換向回路

15.3速度控制回路

15.3.1單作用氣缸的節(jié)流調速控制回路

15.3.2雙作用氣缸的雙向調速控制回路

15.4氣液聯(lián)動控制回路

15.4.1氣液增壓控制回路

15.4.2氣液聯(lián)動速度控制回路

15.4.3氣液缸同步運動控制回路

15.5連續(xù)往復運動回路

重點和難點課堂討論

典型案例分析

本章小結

思考題和習題

第16章氣動控制系統(tǒng)分析

16.1氣動控制系統(tǒng)舉例

16.1.1數(shù)控加工中心換刀氣動系統(tǒng)分析

16.1.2工件夾緊氣動系統(tǒng)分析

16.2氣動行程程序控制系統(tǒng)的XD線圖法設計

16.3氣動控制系統(tǒng)的安裝、調試、使用與維修

重點和難點課堂討論

典型案例分析

本章小結

思考題和習題

附錄A部分液壓與氣壓傳動圖形符號

附錄B液壓與氣壓傳動主要符號、關鍵詞和術語中英文對照

參考文獻

作為中國新興的民族企業(yè)，博一致力于為中國的流體傳動行業(yè)做出最大的貢獻，為中國流體傳動與世界同步而努力，這是中國液壓人的夢想，是每一位博一人的不懈追求，我們愿與所有有志之士一起，努力實現(xiàn)這個夢想。2100433B