液压及气压原理

液压及气压原理一、液压系统组成和形式为实现某种规定功能,由液压元件构成的组合,叫做液压回路。液压回路按给定的用途和要求组成的整体，叫做液压系统。液压系统通常由三个功能部分和辅助装置组成。液压系统按照液流循环方式分，有开式和闭式两种。液压系统的组成（1）动力部分液压泵用来将机械能转换为液体压力能，有时也将蓄能器作为紧急或辅助动力源（2）控制部分各类压力、流量、方向等控制阀用来实现对执行元件的运动速度、方向、作用力等的控制。也用来实现过载保护、程序控制等（3）执行部分液压缸、液压马达等用来将液体压力能转换成机械能（4）辅助装置管道、蓄能器、过滤器、油箱、冷却器、加热器、压力表、流量计等。液压系统的类型和特点液压系统的类型按主要用途分液压传动系统以传递动力为主液压控制系统注重信息传递，以达到液压执行元件运动参数（如行程速度、位移量或位置、转速或转角）的准确控制为主按控制方法分开关控制系统系统由标准的或专业的开关式液压元件组成，执行元件运动参数的控制精度较低伺服控制系统传递部分或控制部分采用液压伺服机构的系统，执行元件的运动参数能够精确控制比例控制系统传动部分或者控制部分采用电液比例元件的系统。从控制功能看，他介于伺服控制系统和开关控制系统之间。但从结构组成和性能特点看，它更接近于伺服控制系统。数字控制系统控制部分采用电液数字控制阀的系统。数字控制阀与伺服阀或比例阀相比，具有结构简单、价廉、抗污染能力强、稳定性重复性耗、功率小等优点，在微机实时控制的电液系统种，它取代了比例阀或伺服阀工作，为计算机在液压领域的应用开辟了新的方向。液压传动与控制的优缺点优点1、同其他传动方式比较，传动功率相同，液压传动装置的重量轻，体积紧凑。2、可实现无级变速，调速范围大。3、运动件的惯性小，能够频繁迅速换向；传动工作平稳；系统容易实现缓冲吸震，并 能自动防止过载。4、与电气配合，容易实现动作和操作自动化；与微电子技术和计算机配合，能实现各 种自动控制工作。5、元件已基本上系列化、通用化和标准化，有利于CAD技术应用，提高工效，降低成本。缺点1、容易产生泄露，污染环境。2、因有泄露和弹性变形大，不易做到精确的定比传动。3、系统内混入空气，会引起爬行、噪音和振动。4、适用的环境温度比机械传动小。5、故障诊断与排除要求较高技术。二、气压传动系统原理及特点气压传动与控制技术简称气动技术，是指以压缩空气为工作介质来进行能量与信号的传递，实现生产过程机械化、自动化的技术，是流体传动与控制科学的一个重要组成部分。气动技术相对于机械传动、电传动及液压传动有许多突出的优点优点1、对于传动形式，气缸作为线性驱动器可在空间的任意位置组建它所需要的运动轨迹，安装维护简单。2、工作介质是取之不尽，用之不竭的空气，排气处理简单，不污染环境，成本低。压 力等级低，使用安全。3、气缸动作一般为50-500mm/s，比液压和电气方式动作速度快，其间，通过单向节流 阀，可使气缸速度无级调节。4、可靠性高，使用寿命长。电器元件有效的动作次数为数百万次，一般电磁阀的寿命 大于3000万次。小型阀超过一亿次。5、利用空气的可压缩性，可储存能量，实现集中供气。可短时间释放能量，以获得间 歇运动中的高速响应。可实现缓冲。6、全气动控制具有防火、防爆、耐潮的能力。与液压方式相比，气动方式可在高温场 合使用。7、由于空气损失小，压缩空气可集中供应，远距离输送缺点1、由于空气具有压缩性，气缸的动作速度易受载荷的变化而变化2、气缸在低速运动时，由于摩擦力占推力的比例较大，气缸的低速稳定性不如液压缸3、虽然在许多场合，气缸的输出力能满足工作要求，但输出力比液压缸小。典型气动系统一个气动系统往往包括气压传动系统和气动控制系统两部分如下图所示气路1、气压发生装置；2、储气罐；3、方向控制阀；4、调速阀；5、执行元件；6、传感元件；7、逻辑控制元件；8、消音器；9、油雾器；10、减压阀；11、过滤器。（1）气源设备用于产生具有一定能量的压缩空气及管道气体处理的装置，如空气压缩机、冷却器、气罐等（2）气动执行元件用于能量转换的元件，如气缸、气马达等（3）气动控制元件用于控制工作介质的压力、流量、流动方向使执行元件完成所需运动规律的元件，如压力、流量和方向控制阀以及各种逻辑元件等。（4）传感元件和转换元件将被控参数检测出来并变成气压信号的气动传感元件（各种传感器和行程阀等）以及将气信号与电、液等信号相互转换的元件（5）气动辅助包括起源净化、元件润滑、元件间连接和消声等元件气动元件基础1、气动执行元件在气动系统中，将压缩空气的压力能转化为机械能的一种传动装置，称为气动执行元件。它能驱动机构实现直线往复运动、摆动、旋转运动或夹持运动。由于气动的工作介质为气体，具有可压缩性，因此，用气动执行元件来实现气动伺服定位。它的重复精度可控制在0.2mm以内，此时它低俗运行特性（10mm/s左右时）不如常规的气动控制的低速平稳。对于采用低速气缸而言，它的低速运行可控制在 3-5mm/s，平稳运行。当要求更慢的速度或者高速位置控制时，建议采用液压气压联合装置实现。气动执行元件与液压执行元件相比，气动执行元件运动速度快，工作气压低，使用与低输入力的场合。气动执行元件的分类方法1）按照润滑方式分 A 给油气动执行元件 执行元件的润滑是由润滑装置（如油雾器等）提供，应用与给油润滑系统。B 无给油气动执行元件 执行元件预先封入润滑脂等，并定期给予补充达到润滑，不需要润滑装置，应用于 无给油软化气动系统 C 无油润滑气动系统 执行元件由含油材料和含油密封圈等组成，不需要润滑或预先封入润滑脂等，应用 于无油润滑气动系统2）按照运动和功能分 A 气缸 用压缩空气做动力源，产生直线往复运动，输出动能或力 B 摆式气缸 用压缩空气做动力源，产生360范围的摆动，输出力矩 C 气动马达 用压缩空气做动力源，产生旋转运动，输出力矩 D 气动机械手 用压缩空气做动力源，产生模拟手指的开闭动作，输出力气缸的理论输出力常用气缸计算如图单干双作用气缸理论输出推力（活塞杆伸出）F=理论输出拉力（活塞杆返回）F=摆式气缸 摆式气缸是一种载小于360角度范围内做往复摆动的气缸，它是将压缩空气的压力能转成机械能的装置，输出的力矩使机构实现往复摆动。常用的摆动气缸的最大摆动角度分别是90、180、270三种规格。摆式气缸输出轴承扭矩，对冲击的耐力小，因此，如摆动气缸速度过快或受到驱动物体时的冲击作用，将容易损坏，故需要采用缓冲机构或安装制动器。摆式气缸按照机构可分叶片式和活塞式两种。气缸的选择首先应选择标准气缸，其次才考虑自行设计。考虑因素内容类型 根据工作要求和条件，正确选择气缸的类型。高温条件下需选择耐热气缸。在有腐蚀环境下，需选用耐腐蚀气缸。在有灰尘等恶劣环境下，需在活塞杆伸出端安装防尘罩。要求无污染时需选用无给油或无油润滑气缸等。安装形式 根据安装位置、使用目的等因素决定。在一般情况下，采用固定式气缸。在需要随工作机构连续回转时（如车床、磨床等），应选用回转气缸。在要求活塞杆除直线运动外，还需要做圆弧摆动时，则选用轴销式气缸。有特殊要求时，则选择相应的特殊气缸。作用力大小 根据负载力的大小来确定气缸的推力和拉力。一般均按外载荷理论平衡条件所需的气缸作用力，乘以系数1.5-2，使气缸输出力稍有余量。缸径过小，输出力不够，但缸径过大，使设备笨重，成本提高，又增加耗气量，浪费能源。在夹具设计时，应尽量采取扩力机构，以减小气缸的外形尺寸。活塞行程 与使用的场合和机构的行程有关，但一般不选满行程，防止活塞和缸盖相碰。如用于夹紧机构等，应计算所需的行程增加10-20mm的余量。活塞的运动速度 主要取决于气缸输入压缩空气流量、气缸进排气口大小及导管内径的大小。要求高速运动应取大值。气缸运动速度一般为50-700mm/s。对高速运动的气缸，应选择大内径的进气管道；对于负载有变化的情况，为了得到缓慢而平稳的运动速度，可选用带节流装置或气-液阻尼缸，则较易实现速度控制。选用节流阀控制气缸速度需要注意：水平安装的气缸推动负载时，推荐用排气节流调速；垂直安装的气缸举升负载时，推荐用锦旗节流阀调速；要求形成摩端运动平稳避免冲击时，应选用带缓冲装置的气缸。方向阀的选用原则原则含义及要求选用阀的使用范围即应根据使用场合的气源压力的大小、电源条件（交直流、电压大小应与使用现场的条及波动范围）、介质温度、湿度、环境温湿度、粉尘、振动等选用适件一致和在此条件下可靠使用的阀选用阀的功能及控即应根据气动系统对元件的位置数、通路数、记忆性、静置时通断电制方式应符合系统状态和控制方式等的要求选用符合所功能及控制方式的阀。工作要求选用阀的流通能力即应根据气动系统对元件的瞬时最大流量的要求按平均气流速度15到满足系统工作要求25m/s计算阀的通径，即可查出所需的流通能力C值、额定流量下的压降、标准额定流量及S值等，根据这些选用满足系统流通能力的阀选用阀的性能应满即应根据气动系统对最低工作压力或最低控制压力、动态性能、最高足系统的工作要求工作频率、持续通电能力、阀的功耗、寿命及可靠性等的要求选用符合所需性能指标的阀。选用阀的安装方式大部分的换向阀为板式安装方式，它的优点是便于装拆和维修。推荐应根据阀的质量水优先采用板式安装方式。平、系统占有空间要求及便于维修等综合考虑尽量选用标准化产由于标准化产品采用了批量生产手段，质量稳定可靠、通用化程度较品高、价格便宜选用阀的价格应与即应根据气动系统先进程度及可靠性要求来考虑阀的价格。在保证系系统水平及可靠性统先进、可靠、使用方便的前提下，力求价格合理，不要不顾质量而要求相适应追求低成本。大型控制系统设计时，要考虑尽可能使用集成阀和信号的总线控制型式。压力控制阀分类作用减压阀（调压阀）1）直动式（人工操控、机械操控）用来调节或控制气压的变化，溢流式、非溢流式、恒量排气式并保持降压后的压力值稳定2）先导式（内部先导、外部先导）在需要的值上，确保系统压溢流式、恒量排出式力的稳定性的阀类溢流阀（安全阀）1）直动式（人工操控、机械操控）用于保持一定的进口压力，如2）先导式（内部先导、外部先导）为了保证气动回路或储气罐安全，当压力超过规定值时，需将部分空气放掉的阀类。顺序阀在有两个以上的分支回路时，根据压力的大小，使执行元件按照设计规定的程序进行顺序动作的阀类增压阀使出口压力比进口压力高的阀类气路设计基础