2 液压与气压传动第4版 F1=P1A1=P2A1=PA (0-1) 式中A1一液压泵活塞的有效作用面积。 在A1、A2一定时，负载力F2越大，系统中的压力p也越高，所需的作用力F,也越大，即 系统压力与外负载密切相关。这是液压与气压传动工作原理的第一个特征：液压与气压传动 中工作压力取决于外负载。 2.运动的传递 如果不考虑液体的可压缩性、漏损和缸体、管路的变形，液压泵排出的液体体积必然等 于进人液压缸的液体体积。设液压泵活塞位移为81，液压缸活塞位移为$2，则有 s1A1=52A2 (0-2) 式(0-2)两边同除以运动时间t,得 91=1A1=U2A2=92 (0-3) 式中1、2一液压泵活塞和液压缸活塞的平均运动速度； q1、q2一液压泵输出的平均流量和液压缸输入的平均流量。 由上述可见，液压与气压传动是靠密闭工作容积变化相等的原则实现运动（速度和位 移)传递的。调节进入液压缸的流量q,即可调节活塞的运动速度，这是液压与气压传动 工作原理的第二个特征：活塞的运动速度只取决于输入流量的大小，而与外负载无关。 从上面的讨论还可以看出，与外负载力相对应的流体参数是流体压力，与运动速度相对 应的流体参数是流体流量。因此，压力和流量是液压与气压传动中两个最基本的参数。 二、液压与气压传动系统的组成 工程实际中的液压传动系统，在液压泵与液压缸的基础上还设置有控制液压缸的运动方 向、运动速度和最大推力的装置，下面以图02所示典型液压系统为例，说明其组成。 液压泵3由电动机驱动 旋转，从油箱1经过滤器2 吸油。当换向阀5的阀芯处 于图示位置时，压力油经节 流阀4、换向阀5和管道9进 入液压缸7的左腔，推动活 塞向右运动。液压缸右腔的 10 油液经管道6、换向阀5和管 1 道10流回油箱。改变换向阀 5的阀芯工作位置，使之处于 左端位置时，液压缸活塞反 向运动。 改变节流阀4的开口， 0 可以改变进人液压缸的流量， 图0-2典型液压系统原理图（扫描二维码获得原理动画） 从而控制液压缸活塞的运动 a)结构示意图b)图形符号图 1一油箱2一过滤器3一液压泵4一节流阀5一换向阀 速度。液压泵排出的多余油 6、9、10、12一管道7一液压缸8一工作台11一溢流阀 液经溢流阀11和管道12流 回油箱。液压缸的工作压力 取决于负载。液压泵的最大工作压力由溢流阀11调定，其调定值应为液压缸的最大工作压力 及系统中油液流经阀和管道的压力损失的总和。因此，系统的工作压力不会超过溢流阀的调 定值，溢流阀对系统起着过载保护作用
绪论3 气压传动系统与液压传动系统相似，如图0-3所示，在气压发生器和气缸之间有控制压 缩空气的压力、流量和流动方向的各种动力控制元件，逻辑运算、检测、自动控制等信号控 制元件，以及使压缩空气净化、润滑、消声和传输所需要的一些装置。 从上面的例子可以看出，液压与气压传动系统主要由以下五部分组成： (1)能源装置将机械能转换成流体压力能的装置。常见的是液压泵或空气压缩机，为 系统提供压力油液或压缩空气。在图0-1中，小液压缸1、排油单向阀2、吸油单向阀3组成 的阀配流液压泵：在图0-3中，空气压缩机及储存、净化压缩空气的附属设备集中在工厂或 车间的压缩空气站内，向各用气点分配压缩空气。 (2)执行元件将流体的压力能转换成机械能输出的装置。它可以是做直线运动的液 压缸或气缸，也可以是做回转运动的液压马达、气马达、摆动缸，如图0-1中的大液压 缸6。 (3)控制元件对系统中流体的压力、流量及流动方向进行控制和调节的装置，以及进 行信号转换、逻辑运算和放大等的信号控制元件，如图02中的溢流阀、节流阀、换向阀， 以及图0-3中的减压阀、节流阀、换向阀、逻辑元件组、行程阀等。 (4)辅助元件保证系统正常工作所需的上述三种以外的装置，如图0-2中的过滤器、油 箱、管道，图0-3中的消声器、油雾器、分水滤气器等。 (5)工作介质用它进行能量和信号的传递。液压系统以液压油液作为工作介质，气动 系统以压缩空气作为工作介质。 为了简化液压、气动系统的表示方法，通常采用图形符号来绘制系统的原理图。各类元 件的图形符号脱离了具体结构，只表示其职能，由它们组成的系统原理图表达了系统的工作 原理及各元件在系统中的作用，如图0-2b、图0-3b所示。我国制定了《流体传动系统及元件 图形符号和回路第1部分：用于常规用途和数据处理的图形符号》(GB/T786.1一2009)，从 中摘取的一些常见液压与气动元件图形符号见本书附录。在下面每讲一类元件，都会介绍其 图形符号，要求熟记常用元件的图形符号。 三、液压与气压传动的优缺点 与机械传动和电力拖动系统相比，液压与气压传动具有以下优点： 1)液压与气动元件的布置不受严格的空间位置限制，系统中各部分用管道连接，布局安 装有很大的灵活性，能构成用其他方法难以组成的复杂系统。 2)可以在运行过程中实现大范围的无级调速，调速范围可达2000：1。 3)液压传动和液气联动传递运动均匀平稳，易于实现快速起动、制动和频繁的换向。 4)操作控制方便、省力，易于实现自动控制、中远程距离控制、过载保护。与电气控 制、电子控制相结合，易于实现自动工作循环和自动过载保护。 5)液压与气动元件属机械工业基础件，标准化、系列化和通用化程度较高，有利于缩短 机器的设计、制造周期和降低制造成本。 除此之外，液压传动突出的优点还有单位质量输出功率大（功率密度高）。因为液压传动 的动力元件可采用很高的压力（一般可达32MPa,个别场合更高），因此，在同等输出功率下 具有体积小、质量小、运动惯性小、动态性能好的特点。 气压传动突出的优点还有以空气作为工作介质，处理方便，无介质费用、泄漏污染环境、 介质变质及补充等问题。 液压与气压传动的缺点： 1)在传动过程中，能量需经两次转换，传动效率偏低。 2)由于传动介质的可压缩性和泄漏等因素的影响，不能严格保证定比传动
4【液压与气压传动第4版 气压发生装置 控制元件 执行元件 9 辅助元件 丹丹0 b 图0-3气压传动及控制系统原理图 a)组成示意图b)图形符号图 1一电动机2一空气压缩机3一气罐4一减压阀5一逻辑元件组6一换向阀 7一节流阀8一行程阀9一气缸10一消声器11一油雾器12一分水滤气器 3)液压传动性能对温度比较敏感，不能在高温下工作，采用石油基液压油作传动介质时 还需注意防火问题。 4)液压与气动元件制造精度高，系统工作过程中发生故障不易诊断。 总的来说，液压与气压传动的优点是主要的，其缺点将随着科学技术的发展会不断得到 克服。例如：将液压传动与气压传动、电力传动、机械传动合理地联合使用，构成气液、电 液（气）、机液（气）等联合传动，以进一步发挥各自的优点，相互补充，弥补某些不足之 处；采用新型环保型液体作为工作介质可以解决环境污染等问题。 四、液压与气动技术的应用和发展概况 液压与气压传动相对于机械传动来说是一门新兴技术。虽然从17世纪中叶帕斯卡提出静 压传递原理、18世纪末英国制造出世界上第一台水压机算起，已有几百年的历史，但液压与 气压传动在工业上被广泛采用和迅猛发展却是20世纪以后的事情。 近代液压传动是由19世纪末期崛起并蓬勃发展的石油工业推动起来的，最早实践成功的 液压传动装置是舰艇上的炮塔转位器，其后才在机床上应用。第二次世界大战期间，由于军 事工业和装备迫切需要反应迅速、动作准确、输出功率大的液压传动及控制装置，促使液压 技术迅速发展。战后，液压技术很快转入民用工业，在机床、工程机械、冶金机械、塑料机 械、农林机械、汽车、船舶等行业得到了广泛的应用和发展。20世纪60年代以后，随着原子 能、空间技术、电子技术等方面的发展，液压技术向更广阔的领域渗透，发展成为包括传动、 控制和检测在内的一门完整的自动化技术。工业发达国家也都是液压技术先进的国家。在机
绪论 6 电装备领域，95%的工程机械都采用了液压传动。 随着液压机械自动化程度的不断提高，液压元件应用数量急剧增加，元件小型化、系统 集成化是必然的发展趋势。特别是近十年来，液压技术与传感技术、微电子技术密切结合， 出现了许多诸如电液比例控制阀、数字阀、电液伺服液压缸等机（液）电一体化元器件，使 液压技术在高压、高速、大功率、节能高效、低噪声、使用寿命长、高度集成化等方面取得 了重大进展。以海水或淡水直接作为工作介质的水液压传动技术则是一种绿色传动技术，可 以解决高温明火条件下的安全性问题以及由于泄漏引起的环境污染问题。 人们很早就懂得利用空气作工作介质传递动力做功，如利用自然风力推动风车、带动水 车提水灌田，近代用于汽车的自动开关门、火车的自动抱闸、采矿用风钻等。因为空气作工 作介质具有防火、防爆、防电磁干扰及抗振动、冲击、辐射等优点，近年来气动技术的应用 领域已从汽车、采矿、钢铁、机械工业等重工业迅速扩展到化工、轻工、食品、军事工业等 各行各业。和液压技术一样，当今气动技术也发展成包含传动、控制与检测在内的自动化技 术，作为柔性制造系统(FMS)在包装设备、自动生产线和机器人等方面成为不可缺少的重 要手段。由于工业自动化以及FMS的发展，要求气动技术以提高系统可靠性、降低总成本并 与电子工业相适应为目标，进行系统控制技术和机、电、液、气综合技术的研究和开发。显 然，气动元件的微型化、节能化、无油化是当前的发展特点，与电子技术相结合产生的自适 应元件，如各类比例阀和电气伺服阀，使气动系统从开关控制进入到反馈控制。计算机的广 泛普及与应用为气动技术的发展提供了更加广阔的前景。 习题 0-1在图0-4中，两活塞缸水平放置，之间用管道连接。缸2活塞用于推动工作台，工作台 运动阻力F1=1962.5N,在缸1活塞上施加的作用力为F。已知缸1活塞直径D1=20mm,缸2活 塞直径D2=50mm,试计算： 1)当F=314N时密闭容积中液体压力及两活塞的运动情况。 2)当F=157N时密闭容积中液体压力及两活塞的运动情况。 图0-4习题0-1图 02液压与气压传动的工作原理有哪两大特征？在液压与气压传动中有哪两个基本参数？ 0-3液压与气压传动系统由哪几部分组成？各部分的功用是什么？ 04试比较气压传动与液压传动，指出气压传动独特的优缺点。 0-5液压与气压传动技术有哪些发展趋势？
PartT 第一篇 液压传动