液压与气动技术 ——铸造精英培训之六

机械是骨头 液压是肌肉 电子是神经

液压传动

液压传动装置

液压传动基本概念 液压传动是：利用有压的液体，经由一些机件控制之后来传递运动和动力。 液压传动是以流体作为工作介质对能量进行传动和控制的一种传动形式。 液压传动系统由液压泵、控制阀、执行元件、油箱及一些辅助元件组成。 帕斯卡原理

液压油的用途 （1） 传递运动与动力：将泵的机械能转换成液体的压力能并传至各处，由于油本身具有粘度，在传递过程中会产生一定的动力损失。 （2）润滑：液压元件内各移动部位，都可受到液压油充分润滑，从而减低元件磨耗。 （3）密封：油本身的粘性对细小的间隙有密封的作用。 （4）冷却：系统损失的能量会变成热，被油带出。

对液压油的要求 （1） 适当的粘度和良好的粘温性； （2）有良好的化学稳定性（氧化安定性，热安定性及不易氧化、变质） （3）良好的润滑性，以减少相对运动间的磨损 （4）良好的抗泡沫性（起泡少，消泡快） （5）体积膨胀系数低，闪点及燃点高 （6）成分纯净，不含腐蚀性物质，具有足够的清洁度 （7）对人体无害，对环境污染小，价格便宜

液压油的选用 液压油的选用最主要考虑的是油液的粘度，其次考虑的因素如下。 （1）液压系统的工作压力：工作压力较高的系统宜选用粘度较高的液压油，以减少泄露；反之便选粘度低的油。 （2）运动速度：执行机构运动速度较高时，为了减小液流的功率损失，宜选用粘度较低的液压油。 （3）液压泵的类型：在液压系统中，对液压泵的润滑要求苛刻，不同类型的泵对油的粘度有不同的要求，具体可参见有关资料。 （4）工作环境温度高时选用粘度较高的液压油，减少容积损失。

液压油的污染与保养 液压油使用一段时间后会受到污染，常使阀内的阀芯卡死，并使油封加速磨耗及液压缸内壁磨损。造成液压油污染的原因有三方面： 1）污染：（1）外部侵入的污物；（2）外部生成的不纯物 2）恶化：液压油的恶化速度与含水量、气泡、压力、油温、金属粉末等有关，其中以温度影响最大，故液压设备运转时，须特别注意油温之变化。 3）泄漏：液压设备因配管不良，油封破损是造成泄漏的原因，泄漏发生时空气、水、尘埃便可轻易的侵入油中，故当泄漏发生时，必须立即加以排除。

液压油的污染与保养 液压油经长期使用，油质必会恶化，一般皆用目视法判定油质是否恶化，当油颜色混蚀并有异味时，须立即更换；保养方法有二种：一为定期更换（约为5000-20000小时），其次是使用过滤器定期过滤。也可采用在线监控液压油是否达到规定值，定期抽查液压油。液压油的粘度、酸值、水分及杂质是确定液压油是否更换的重要指标。

液压动力元件 液压系统是以液压泵作为向系统提供一定的流量和压力的动力元件，液压泵由电动机带动将液压油从油箱吸上来并以一定的压力输送出去，使执行元件推动负载作功。 液压泵正常工作的三个必备条件 必须具有一个由运动件和非运动件所构成的密闭容积； 密闭容积的大小随运动件的运动作周期性的变化； 密闭容积增大到极限时，先要与吸油腔隔开，然后才转为排油；密闭容积减小到极限时，先要与排油腔隔开，然后才转为吸油。

液压泵的主要性能和参数 1、压力 1）工作压力：液压泵工作时的输出压力。取决于外负载的大小和排油管路上的压力损失，与液压泵的流量无关。 2）额定压力：液压泵在正常工作条件下，按试验标准规定连续运转的最高压力。 3）最高允许压力：在超过额定压力的条件下，根据试验准规定，允许液压泵短暂运行的最高压力值。 2、排量 排量是泵主轴每转一周所排出液体体积的理论值，如泵排量固定，则为定量泵；排量可变则为变量泵。

齿轮泵的结构 齿轮泵：液压泵中结构最简单的一种，且价格便宜，故在一般机械上被广泛使用；齿轮泵是定量泵，可分为外啮合齿轮泵和内啮合齿轮泵两种。

齿轮泵的结构 外啮合齿轮泵：由装在壳体内的一对齿轮所组成，齿轮两侧有端盖罩住，壳体、端盖和齿轮的各个齿间槽组成了许多密封工作腔。齿顶与齿轮壳内壁的间隙，齿端面与侧板之间的间隙，当压力增加时，齿端面与侧板的挠度大增，此为外啮合齿轮泵泄漏的主要原因，故不适合用作高压泵。 内啮合齿轮泵：由于内外齿轮转向相同，齿面间相对速度小，运转时噪音小；又因齿数相异，绝对不会发生困油现象，但因外齿轮的齿端必须始终与内齿轮的齿面紧贴，以防内漏，故不适用于较高的压力 。

齿轮泵的优缺点及应用 1. 优点：结构简单，制造工艺性好，价格便宜，自吸能力较好，抗污染能力强，而且能耐冲击性负载。 2. 缺点：流量脉动大，泄漏大，噪声大，效率低，零件的互换性差，磨损后不易修复。 3. 应用：用于环境差、精度要求不高的场合，如工程机械、建筑机械、农用机械等。

螺杆泵的结构 螺杆泵：液压油沿螺旋方向前进，转轴径向负载各处均相等，脉动少，故运动时噪音低，可高速运转，适合作大容量泵。但压缩量小，不适合高压，一般用于燃油、润滑油泵而不用作液压泵。

叶片泵的结构 叶片泵有两种结构形式：一种是单作用叶片泵，另一种是双作用式叶片泵。

叶片泵的结构 单作用叶片泵：改变转子与定子的偏心量，即可改变泵的流量，偏心越大，流量越大，如调成几乎是同心，则流量接近于零。因此单作用叶片泵大多为变量泵。 双作用式叶片泵：定子内表面近似椭圆，转子和定子同心安装，有两个吸油区和压油区对称布置。转子每转一周，完成两次吸油和压油。双作用叶片泵大多是定量泵。 叶片泵的优点：运转平稳、压力脉动小，噪音小；结构紧凑、尺寸小、流量大； 叶片泵的缺点：对油液要求高，如油液中有杂质，则叶片容易死；与齿轮泵相比结构较复杂。

叶片泵的应用 叶片泵广泛应用于机械制造中的专用机床、自动线等中、低压液压系统中。 1. 用于中低压、要求较高的系统中。 2. 油液粘度要合适，转速不能太低，500～1500rpm。 3. 要注意油液的清洁，油不清洁容易使叶片卡死。 4. 通常只能单方向旋转，如果旋转方向错误，会造成叶片 折断。

柱塞泵的结构 柱塞泵的工作原理是柱塞在液压缸内作往复运动来实现吸油和压油。与齿轮泵和叶片泵相比，该泵能以最小的尺寸和最小的重量供给最大的动力，为一种高效率的泵，但制造成本相对较高，该泵用于高压、大流量、大功率的场合。它可分为轴向式和径向式两种形式。 柱塞沿径向放置的泵称为径向柱塞泵，柱塞轴向布置的泵称为轴向柱塞泵。为了连续吸油和压油，柱塞数必须大于等于3。

柱塞泵的特点 1）工作压力高，容积效率高，p＝20～40MPa，Pmax可到100MPa； 2）流量大，易于实现变量； 3）主要零件均受压，使材料的强度得以充分利用，寿命长，单位功率重量小。

液压泵的图形符号

液压泵参数的选用 是否要求变量：径向柱塞泵、轴向柱塞泵、单作用叶片泵是变量泵。 工作压力：柱塞泵压力31.5MPa；叶片泵压力6.3MPa,高压化以后可达16MPa；齿轮泵压力2.5MPa，高压化以后可达21MPa。 工作环境：齿轮泵的抗污染能力最好。 噪声指标：低噪声泵有内啮合齿轮泵、双作用叶片泵和螺杆泵，双作用叶片泵和螺杆泵的瞬时流量均匀。 效率：轴向柱塞泵的总效率最高；同一结构的泵，排量大的泵总效率高；同一排量的泵在额定工况下总效率最高。

液压缸 液压缸是使负载作直线运动的执行元件。 液压缸分为单作用式液压缸和双作用式液压缸两类。单作用式液压缸又分为无弹簧式、附弹簧式、柱塞式三种。双作用式液压缸又分为单杆形，双杆形两种。

液压马达 液压马达是使负载作连续旋转的执行元件，其内部构造与液压泵类似，差别仅在于液压泵的旋转是由电机所带动，输出的是液压油；液压马达则是输入液压油，输出的是转矩和转速。因此，液压马达和液压泵在细部结构上存在一定的差别。

液压马达分类及特点 按其结构类型来分可以分为齿轮式、叶片式、柱塞式等其它形式。 按液压马达的额定转速分为高速和低速两大类。额定转速高于500r/min的属高速液压马达，低于500r/min的属于低速液压马达。 高速液压马达的基本形式有齿轮式、螺杆式、叶片式和轴向柱塞式等。高速液压马达的主要特点是转速高、转动惯量小，便于启动和制动。 低速液压马达的基本形式是径向柱塞式，低速液压马达的主要特点是排量大、体积大、转速低、输出转矩大。

液压马达图形符号

液压马达与液压泵的区别 从原理上讲，液压泵与液压马达可以互换，但结构有差异 1、泵的进油口比出油口大，马达的进、出油口相同 2、结构上要求泵有自吸能力 3、马达要正反转，结构具有对称性；泵单方向转，不要对称 4、要求马达的结构及润滑，能保证在宽速度范围内正常工作 5、液压马达应有较大的起动扭矩和较小的脉动

液压缸、液压泵、液压马达的共性 油缸油泵油马达，工作原理属一家： 能量转换共同点，均靠容积来变化， 出油容积必缩小，进油容积则扩大。 油泵输出压力油，出油当然是高压， 缸和马达与泵反，出油自然是低压。 工作压差看负载，负载含义要记下： 油泵不仅看外载，管路阻力也得加， 缸和马达带负载，压差只是克服它。 流量大小看速度，再看排量小与大， 单位位移需油量，排量含义就是它。

液压控制元件 液压控制元件主要是各种控制阀，在液压系统中控制液体流动方向、流量大小和压力的高低，以满足执行元件的工作要求。

方向控制阀 单向阀：使油只能在一个方向流动，反方向则堵塞。其构造及符号。

方向控制阀 2 换向阀：换向阀是利用阀芯对阀体的相对位置改变来控制油路接通、关断或改变油液流动方向。

压力控制阀 1. 溢流阀 当液压执行元件不动时，由于泵排出的油无处可去而成一密闭系统，理论上压力将一直增至无限大，实际上压力将增至液压元件破裂为止，此时电机为维持定转速运转，输出电流将无限增大至电机烧掉为止；前者使液压系统破坏，液压油四溅；后者会引起火灾；因此要绝对避免，防止方法就是在执行元件不动时，提供一条旁路使液压油能经此路回到油箱，它就是“溢流阀”。

压力控制阀 溢流阀主要用途有二个： 1）作溢流阀用：在定量泵的液压系统中，常利用流量控制阀调节进入液压缸的流量，多余的压力油可经溢流阀流回油箱，这样可使泵的工作压力保持定值。 2）作安全阀用：在正常工作状态下，溢流阀是关闭的，只有在系统压力大于其调整压力时，溢流阀才被打开溢流，对系统起过载保护作用。

压力控制阀

压力控制阀 2 减压阀 当回路内有两个以上液压缸，其中之一需要较低的工作压力，同时其它的液压缸仍需高压运作时，此刻就得用减压阀提供一较系统压力为低的压力给低压缸。

压力控制阀 3 顺序阀 顺序阀是使用在一个液压泵要供给两个以上液压缸依一定顺序动作场合的一种压力阀。 顺序阀的构造及其动作原理类似溢流阀，有直动式和先导式两种，目前较常用直动式。顺序阀与溢流不同的是：出口直接接执行元件，另外有专门的泄油口。 顺序阀的应用 1）用于顺序动作回路； 2）起平衡阀的作用：

压力控制阀 4 增压器及其应用 回路内有三个以上液压缸，其中之一需要较高的工作压力，同时其它的液压缸仍用较低的压力，此时即可用增压器提供高压给那特定的液压缸；或是在液压缸进到底时，不用泵而增压时用，如此可使用低压泵产生高压，以降低成本。

压力控制阀 5 压力继电器 压力继电器是一种将液压系统的压力信号转换为电信号输出的元件。其作用是，根据液压系统压力的变化，通过压力继电器内的微动开关，自动接通或断开电气线路，实现执行元件的顺序控制或安全保护。

压力控制阀 6 比例式压力阀 前面所述的压力阀都需用手动调整的方式来作压力设定，若应用时碰到需经常调整压力或需多级调压的液压系统，则回路设计将变得非常复杂，操作时只要稍不注意就会产生失控状态。 比例式压力阀基本上是以电磁线圈所产生的电磁力，来取代传统压力阀上的弹簧设定压力，由于电磁线圈产生的电磁力是和电流的大小成正比，所以控制线圈电流就能得到所要的压力；可以无级调压，而一般的压力阀仅能调出特定的压力。

流量控制阀 节流阀 节流阀是孔口与阻流管原理所作出的，油液由入口进入，经滑轴上的节流口后，由出口流出。调整手轮使滑轴轴向移动，以改变节流口节流面积的大小，从而改变流量大小达到调速的目的。油压平衡用孔道在于减小作用于手轮上的力，使滑轴上下油压平衡。 单向节流阀，与普通节流阀不同的是：只能控制一个方向的流量大小，而在另一个方向则无节流作用。

液压辅助元件 1、油箱 油箱的主要功能是储存油液，此外，还有散热以控制油温、阻止杂质进入、沉淀油中杂质、分离气泡等功能。油箱的作用：储油、散热、沉淀杂质、逸出空气。 油箱容量如太小，会使油温上升，油箱容量一般设计为泵每分钟流量的2 ~ 4倍；或当所有管路及元件均充满油时，油面需高出过滤器50-100mm，而液面高度只占油箱高度80％时的油箱容积。

液压辅助元件 2、滤油器 滤油器一般由滤芯(或滤网)和壳体构成，由滤芯上无数个微小间隙或小孔构成通流面积。当混入油中的污物（杂质）大于微小间隙或小孔时，杂质被阻隔而滤清出来。若滤芯使用磁性材料时，可吸附油中能被磁化的铁粉杂质。 滤油器可以安装在油泵的的吸油管路上，或某些重要零件之前。滤油器也可安装在回油管路上。 滤油器可分成液压管路中使用和油箱使用的两种。

液压辅助元件 3 空气滤清器 为防止灰尘进入油箱，通常在油箱的上方通气孔装了空气滤清器。有的油箱利用此通气孔当注油口。空气滤清器的容量必须使液压系统即使达到最大负荷状态时，仍能保持大气压力的程度。

液压辅助元件 4 油冷却器 一般说来，造成油箱散热面积不够，必须采用冷却器来抑制油温的原因有三： 1）因机械整体的体积和空间使油箱的大小受到限制。 2）因经济上的理由，需要限制油箱的大小等。 3）要把液压油的温度控制得更低。 油冷却器可分成水冷式和气冷式两大类。

液压辅助元件 5 蓄能器 蓄能器是液压系统中一种储存油液压力能的装置，其主要功用如下： 作辅助动力源：在不同阶段需要的流量变化很大时，常采用蓄能器和一个流量较小的泵组成油源。 (2) 保压和补充泄漏：有的液压系统需要较长时间保压而液压泵卸载，此时可利用蓄能器释放所储存的液压油，补偿系统的泄漏，保持系统的压力。 (3) 吸收压力冲击和消除压力脉动：由于液压阀的突然关闭或换向，系统可能产生压力冲击，此时可在压力冲击处安装蓄能器起吸收作用，使压力冲击峰值降低。

液压辅助元件 6 油管与管接头 油管材料材料可用金属管或橡胶管，选用时由耐压、装配的难易来决定。吸油管路和回油管路一般用低压的有缝钢管，也可使用橡胶和塑料软管。高压油路一般使用冷拔无缝钢管，必要时也采用价格较贵的高压软管。 在装配液压系统时，油管的弯曲半径不能太小，一般应为管道半径的3～5倍。应尽量避免小于900弯管，平行或交叉的油管之间应有适当的间隔并用管夹固定，以防振动和碰撞。

气路传动

气动系统各组件及主要功能 压缩机： 把机械能转变为气压能。 电动机： 给压缩机提供机械能，它是把电能转变成机械能。 压力开关： 被调节到一个最高压力：停止电动机，最低压力，重新激活电动机。 单向阀： 阻止压缩空气反方向流动。 储气罐： 贮存压缩空气。 压力表： 显示储气罐内的压力。 自动排水器：无需人手操作，排掉凝结在储气罐内所有的水。 安全阀：当储气罐内的压力超过允许限度，可将压缩空气排出。 冷冻式空气干燥器：将压缩空气冷却到零上若干度，以减少系统中的水份。 主管道过滤器：它清除主要管道内灰尘、水份和油。主管道过滤器必须具有最小的压力降和油雾分离能力。

气动系统各组件及主要功能 压缩空气的分支输出管路：压缩空气要从主管道顶部输出到分支管路，以便偶尔出现的凝结水仍留在主管道里，当压缩空气达到低处时，水传到管子的下部，流入自动排水器内，将凝结水去除。 自动排水器： 每一根下接管的末端都应有一个排水器，最有效的方法是用一个自动排水器，将留在管道里的水自动排掉。 空气处理组件：使压缩空气保持清洁和合适压力，以及加润滑油到需要润滑的另件中以延长这些气动组件的寿命． 方向控制阀：通过对气缸两个接口交替地加压和排气，来控制运动的方向。 执行组件：把压缩空气的压力能转变为机械能，图标是一个直线气缸，它也可以是回转执行组件或气动马达等。 速度控制阀：能简便实现执行组件的无级调速。

空气压缩机 1.空压机是气压发生装置。空压机将电机或内燃机的机械能转化为压缩空气的压力能。 2. 按工作原理分类：可分为容积式空压机和速度式空压机。容积式空压机的工作原理是压缩空压机中气体的体积，使单位体积内空气分子的密度增加以提高压缩空气的压力。速度式空压机的工作原理是提高气体分子的运动速度以此增加气体的动能，然后将气体分子的动能转化为压力能以提高压缩空气的压力。 3.空气压缩机分为往复式与回转式两大类。往复式可细分为活塞式与膜片式，回转式可细分为叶片式与螺杆式。

储气罐 储气罐的作用： 1）使压缩空气供气平稳，减少压力脉动。 2）作为压缩空气瞬间消耗需要的储存补充之用。 3）储存一定量的压缩空气，停电时可使系统继续维持一定时间。 4）可降低空压机的启动-停止频率，其功能相当于增大了空压机的功率。 5）利用储气罐的大表面积散热使压缩空气中的一部分水蒸气凝结为水。

储气罐 1）储气罐属于压力容器，应遵守压力容器的有关规定，必须有产品耐压合格证书。 2）储气罐上必须安装有安全阀（当储气罐内的压力超过允许限度，可将压缩空气排出）、压力表（显示储气罐内的压力）、压力开关（用储气罐内的压力来控制电动机，它被调节到一个最高压力，达到这个压力就停止电动机，也被调节另一个最低压力，储气罐内压力跌到这个压力就重新启动电动机）、单向阀（让压缩空气从压缩机进入气罐，当压缩机关闭时，阻止压缩空气反方向流动）、最低处应设有排水阀（排掉凝结在储气罐内所有的水）。

压缩空气净化处理装置 从空压机输出的压缩空气到达各用气设备之前，必须将压缩空气中含有的大量水分、油分及粉尘杂质等除去，以得到适当的压缩空气质量，避免它们对气动系统的正常工作造成危害，并且用减压阀调节系统所需压力以得到适当出力。在必要的情况下，使用油雾器使润滑油雾化并混入压缩空气中润滑气动元件，降低磨损，提高元件寿命。 除水过程； 过虑过程； 调压过程； 润滑过程。

压缩空气的过虑装置 主管道过滤器:安装在主要管路中。主管道过滤器必须具有最小的压力降和油雾分离能力，它能清除管道内的灰尘、水份和油。这种过滤器的滤芯一般是快速更换型滤芯，过滤精度一般为3～5um，滤芯是由合成纤维制成，由于纤维以矩阵形式排列。

压缩空气的调压装置 所有的气动系统均有一个最适合的工作压力，气源系统输出的空气压力都高于每台装置所需的压力，且压力波动较大。如果压力过高，将造成能量的损失并增加损耗；过低的压力则出力不足，造成不良效率。 因此每台气动装置的供气压力都需要用减压阀减压，减压阀的作用是将较高的输入压力调到规定的输出压力，并能保持输出压力稳定，不受空气流量变化及气源压力波动的影响。对于低压控制系统(如气动测量)，除用减压阀减压外，还需用精密减压阀以获得更稳定的供气压力。

压缩空气的润滑装置 使压缩空气产生油雾主要由油雾器来完成。油雾器是以压缩空气为动力，将润滑油喷射成雾状并混合于压缩空气中，使该压缩空气具有润滑气动元件的能力。目前，气动控制系统中的控制阀、气缸和气马达主要是靠带有油雾的压缩空气来实现润滑的，其优点是方便、干净、润滑质量高。

压缩空气的润滑装置 在要求机件作极高速运动的地方或在气缸口径较大(大约25mm以上)时应采用油雾润滑并尽可能将油雾器直接安装于气缸供气管道上。但加油量不能过大，否则将发生下列问题： 零部件由于加油过多产生故障 对周围环境产生油雾污染 设备长期停用后发生零部件结胶 给正确调整油雾器造成困难

气动三联件 油雾器可以单独使用，也可以和空气过滤器、减压阀、油雾器三件联合使用，组成气源调节装置（通常称之为气动三联件），使之具有过滤、减压和油雾润滑的功能。联合使用时，其连接顺序应为空气过滤器一减压阀一油雾器，不能颠倒，安装时气源调节装置应尽量靠近气动设备附近，距离不应大于5m。

谢谢！