液壓氣壓傳動(dòng)與控制

1、1本章重點(diǎn)：本章重點(diǎn)： 1 1、單桿活塞缸的工作原理及特點(diǎn)；、單桿活塞缸的工作原理及特點(diǎn)；2 2、液壓缸基本參數(shù)的確定；、液壓缸基本參數(shù)的確定； 本章難點(diǎn)：本章難點(diǎn)： 單活塞桿液壓缸的差動(dòng)連接單活塞桿液壓缸的差動(dòng)連接2第一節(jié)第一節(jié) 液壓缸的類型和特點(diǎn)液壓缸的類型和特點(diǎn) 按結(jié)構(gòu)分類：按結(jié)構(gòu)分類： 活塞式（單桿、雙桿、無(wú)桿）活塞式（單桿、雙桿、無(wú)桿）柱塞式柱塞式伸縮式伸縮式功能：功能：是液壓系統(tǒng)中的一種是液壓系統(tǒng)中的一種執(zhí)行元件執(zhí)行元件，其功能，其功能就是將液壓能轉(zhuǎn)變成直線往復(fù)式的機(jī)械運(yùn)動(dòng)。就是將液壓能轉(zhuǎn)變成直線往復(fù)式的機(jī)械運(yùn)動(dòng)。按作用方式分類按作用方式分類：?jiǎn)巫饔谩㈦p作用、組合式單作用、雙作用、

2、組合式 一、活塞式液壓缸一、活塞式液壓缸 類型：類型：?jiǎn)螚U式、雙桿式、無(wú)桿式單桿式、雙桿式、無(wú)桿式 （一）單桿活塞缸（一）單桿活塞缸 類型：類型：雙作用單桿、單作用單桿、雙作用單桿、單作用單桿、差動(dòng)液壓缸差動(dòng)液壓缸 1 1、雙作用單桿活塞缸、雙作用單桿活塞缸 工作特點(diǎn)：工作特點(diǎn)： （1 1）雙向進(jìn)油，故稱雙作用式；）雙向進(jìn)油，故稱雙作用式； （2 2）由于液壓缸兩腔承壓面積不等，當(dāng)）由于液壓缸兩腔承壓面積不等，當(dāng)p p一定時(shí)，往返運(yùn)動(dòng)一定時(shí)，往返運(yùn)動(dòng)的出力不等：的出力不等： 222111221211()44Fp Ap ApDpDd222212211211()44Fp Ap ApDdpD（3 3

3、）由于液壓缸兩腔承壓面積不等，當(dāng)）由于液壓缸兩腔承壓面積不等，當(dāng)q q一定時(shí)，往返運(yùn)動(dòng)一定時(shí)，往返運(yùn)動(dòng)的速度不等：的速度不等： 1214qqvAD22224()qqvADd（4 4）工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)范圍約等于活塞行程的）工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)范圍約等于活塞行程的2 2倍。倍。 職能符號(hào)職能符號(hào)：2 2、單作用單桿活塞缸、單作用單桿活塞缸 p,qF,v工作特點(diǎn)： （1 1）單向進(jìn)油，故稱單作用式；）單向進(jìn)油，故稱單作用式；（2 2）液壓缸的返回依靠重力或彈簧力）液壓缸的返回依靠重力或彈簧力 應(yīng)用：應(yīng)用：夾緊系統(tǒng)、舉升機(jī)構(gòu)夾緊系統(tǒng)、舉升機(jī)構(gòu)3 3、差動(dòng)液壓缸、差動(dòng)液壓缸 差動(dòng)連接差動(dòng)連接：?jiǎn)螚U活塞缸的兩腔同時(shí)通入：

4、單桿活塞缸的兩腔同時(shí)通入壓力油，由于兩腔的承壓面積不同，迫壓力油，由于兩腔的承壓面積不同，迫使有桿腔的回油重新進(jìn)入油缸的無(wú)桿腔，使有桿腔的回油重新進(jìn)入油缸的無(wú)桿腔，這種連接稱為這種連接稱為差動(dòng)連接。差動(dòng)連接。差動(dòng)液壓缸差動(dòng)液壓缸：采用采用差動(dòng)連接差動(dòng)連接的的單桿活塞缸單桿活塞缸。 差動(dòng)缸回程時(shí)連接差動(dòng)缸回程時(shí)連接p, qF, v工作特點(diǎn)： （1 1）是雙作用單桿活塞缸；）是雙作用單桿活塞缸； （2 2）利用兩腔的有效作用面積差進(jìn)行工作；）利用兩腔的有效作用面積差進(jìn)行工作； （3）差動(dòng)連接時(shí)的速度）差動(dòng)連接時(shí)的速度v3和推力和推力F3： 2314qqvD2231()4qvDd324qvd產(chǎn)生的推

5、力產(chǎn)生的推力F3： 2222312111()()444Fp AApDpDdpd（4 4）液壓缸返回時(shí)非差動(dòng)連接，欲獲得相等的）液壓缸返回時(shí)非差動(dòng)連接，欲獲得相等的快進(jìn)快進(jìn)快退快退速速度，須滿足：度，須滿足： 22211()44qqDdd2Dd（二）雙桿活塞缸（二）雙桿活塞缸雙桿式活塞缸：雙桿式活塞缸：活塞兩活塞兩端都有一根直徑相等的端都有一根直徑相等的活塞桿的液壓缸?；钊麠U的液壓缸。根據(jù)安裝方式：根據(jù)安裝方式：缸筒固定缸筒固定式（實(shí)心雙出桿）、活塞式（實(shí)心雙出桿）、活塞桿固定式（空心雙出桿）桿固定式（空心雙出桿）兩種。兩種。工作特點(diǎn)：工作特點(diǎn)：（1）當(dāng)分別向左、右腔輸入相同壓力和相同流量的油液

6、時(shí)，液）當(dāng)分別向左、右腔輸入相同壓力和相同流量的油液時(shí)，液壓缸左、右兩個(gè)方向的推力和速度相等。壓缸左、右兩個(gè)方向的推力和速度相等。221212121()()()4FFppAppDd12224()qqvvADd（2）不能實(shí)現(xiàn)差動(dòng)連接。）不能實(shí)現(xiàn)差動(dòng)連接。（3 3）缸體固定缸體固定時(shí)，整個(gè)工作臺(tái)的移動(dòng)范圍約等于活塞有效行時(shí)，整個(gè)工作臺(tái)的移動(dòng)范圍約等于活塞有效行程的程的3倍；倍；活塞桿固定活塞桿固定時(shí)，整個(gè)工作臺(tái)的移動(dòng)范圍約等于液壓時(shí)，整個(gè)工作臺(tái)的移動(dòng)范圍約等于液壓缸有效行程的缸有效行程的2倍。倍。（三）無(wú)桿活塞缸（三）無(wú)桿活塞缸 二、柱塞式液壓缸二、柱塞式液壓缸（柱塞缸柱塞缸） 壓力能壓力能往復(fù)運(yùn)

7、動(dòng)機(jī)械能往復(fù)運(yùn)動(dòng)機(jī)械能回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)機(jī)械能回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)機(jī)械能成對(duì)使用成對(duì)使用工作特點(diǎn)：工作特點(diǎn)： （1 1）單向進(jìn)油，是單作用缸，只能實(shí)現(xiàn)一個(gè)方向的液壓傳）單向進(jìn)油，是單作用缸，只能實(shí)現(xiàn)一個(gè)方向的液壓傳動(dòng)，反向運(yùn)動(dòng)要靠外力。動(dòng)，反向運(yùn)動(dòng)要靠外力。（2 2）若需要實(shí)現(xiàn)雙向運(yùn)動(dòng)，則必須成對(duì)使用。）若需要實(shí)現(xiàn)雙向運(yùn)動(dòng)，則必須成對(duì)使用。 （3）在）在p,q作用下，柱塞缸（柱塞直徑為作用下，柱塞缸（柱塞直徑為d）輸出的推力和）輸出的推力和速度各為：速度各為： 214Fpd24qvd由于缸筒的內(nèi)壁不需精加工，它特別適用于行程由于缸筒的內(nèi)壁不需精加工，它特別適用于行程較長(zhǎng)的場(chǎng)合。較長(zhǎng)的場(chǎng)合。 應(yīng)用：應(yīng)用：三、其它類型

8、液壓缸三、其它類型液壓缸 1 1、增壓液壓缸、增壓液壓缸增壓液壓缸：增壓液壓缸：使局部油路獲使局部油路獲得高壓，起壓力放大作用，得高壓，起壓力放大作用，它不是執(zhí)行元件。故又稱為它不是執(zhí)行元件。故又稱為增壓器。增壓器。 類型：類型：?jiǎn)巫饔?、雙作用單作用、雙作用（1 1）單作用增壓缸）單作用增壓缸 P0PDd工作原理：工作原理：當(dāng)輸入活塞缸的液體壓力為當(dāng)輸入活塞缸的液體壓力為p p1 1，活塞直徑為，活塞直徑為D D，柱塞，柱塞直徑為直徑為d d時(shí)，柱塞缸中輸出的液體壓力為高壓，其值為：時(shí)，柱塞缸中輸出的液體壓力為高壓，其值為： 222122111144DpDpdppKpd式中：式中：K=D2/d

9、2，稱為增壓比，它代表其增壓程度。，稱為增壓比，它代表其增壓程度。 工作特點(diǎn)：工作特點(diǎn)：不能連續(xù)輸出高壓液體；增壓行程短。為連續(xù)的不能連續(xù)輸出高壓液體；增壓行程短。為連續(xù)的獲得高壓，需采用獲得高壓，需采用雙作用增壓缸雙作用增壓缸 。（2 2）雙作用增壓缸）雙作用增壓缸(3)(3)伸縮缸伸縮缸結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：伸縮缸由兩個(gè)或多個(gè)活塞缸套裝而成，前一級(jí)活塞伸縮缸由兩個(gè)或多個(gè)活塞缸套裝而成，前一級(jí)活塞缸的活塞桿內(nèi)孔是后一級(jí)活塞缸的缸筒，伸出時(shí)可獲得很長(zhǎng)的缸的活塞桿內(nèi)孔是后一級(jí)活塞缸的缸筒，伸出時(shí)可獲得很長(zhǎng)的工作行程，縮回時(shí)可保持很小的結(jié)構(gòu)尺寸，伸縮缸被廣泛用于工作行程，縮回時(shí)可保持很小的結(jié)構(gòu)尺寸，

10、伸縮缸被廣泛用于起重運(yùn)輸車輛上。起重運(yùn)輸車輛上。類型：類型：?jiǎn)巫饔檬饺鐖D單作用式如圖(a) (a) 、雙作用式如圖、雙作用式如圖 (b)(b)，前者靠外力，前者靠外力回程，后者靠液壓回程?；爻?，后者靠液壓回程。工作特點(diǎn)：工作特點(diǎn)：伸縮缸的外伸和縮回動(dòng)作是逐級(jí)進(jìn)行的。伸縮缸的外伸和縮回動(dòng)作是逐級(jí)進(jìn)行的。 首先是最大直徑的缸筒開(kāi)始外伸，直徑最小的末級(jí)最后伸首先是最大直徑的缸筒開(kāi)始外伸，直徑最小的末級(jí)最后伸出。出。 推力一定時(shí)，隨著工作級(jí)數(shù)變大，外伸缸筒直徑越來(lái)越小，推力一定時(shí)，隨著工作級(jí)數(shù)變大，外伸缸筒直徑越來(lái)越小，工作油液壓力隨之升高，工作速度變快。工作油液壓力隨之升高，工作速度變快。 在輸入壓

11、力和流量不變前提下，其值為：在輸入壓力和流量不變前提下，其值為： 2114iiFpD24iiqvD式中式中: i 指指 i 級(jí)活塞缸。級(jí)活塞缸。 在輸入壓力不變前提下，隨著行程逐級(jí)增大，推力逐漸減小，在輸入壓力不變前提下，隨著行程逐級(jí)增大，推力逐漸減小，這種推力的變化正好適合于自動(dòng)裝卸車對(duì)推力的要求。這種推力的變化正好適合于自動(dòng)裝卸車對(duì)推力的要求。19第二節(jié)第二節(jié) 液壓缸的典型結(jié)構(gòu)與組成液壓缸的典型結(jié)構(gòu)與組成 一、液壓缸的典型結(jié)構(gòu)和組成一、液壓缸的典型結(jié)構(gòu)和組成1.1.液壓缸的典型結(jié)構(gòu)舉例液壓缸的典型結(jié)構(gòu)舉例 1耳環(huán) 2螺母 3防塵圈 4.17彈簧擋圈 5套 6.15卡鍵7.14O形密封圈 8

12、.12Y形密封圈 9缸蓋兼導(dǎo)向套 10缸筒11活塞 13耐磨環(huán) 16卡鍵帽 18活塞桿 19襯套 20缸底 1活塞桿 2堵頭 3托架 4、17V形密封圈 5、14排氣孔 6、19導(dǎo)向套7O形密封圈 8活塞 9、22錐銷 10缸體 11、20壓板 12、21鋼絲環(huán)13、23紙墊 15活塞桿 16、25壓蓋 18、24缸蓋 2.液壓缸的組成液壓缸的組成 缸筒和缸蓋、活塞和活塞桿、密封裝置、緩沖裝缸筒和缸蓋、活塞和活塞桿、密封裝置、緩沖裝置和排氣裝置五個(gè)部分。置和排氣裝置五個(gè)部分。(1)(1)缸筒和缸蓋缸筒和缸蓋 工作壓力工作壓力p10MPa時(shí)，使用鑄鐵；時(shí)，使用鑄鐵； 10MPa p20MPa時(shí)，

13、使用無(wú)縫鋼管；時(shí)，使用無(wú)縫鋼管； p20MPa時(shí)，使用鑄鋼或鍛鋼時(shí)，使用鑄鋼或鍛鋼.(a)法蘭連接式法蘭連接式(b)半環(huán)連接式半環(huán)連接式(c)螺紋連接式螺紋連接式(d)拉桿連接式拉桿連接式(e)焊接連接式焊接連接式 (2)(2)活塞與活塞桿活塞與活塞桿 (3)(3)密封裝置密封裝置 (4)(4)緩沖裝置緩沖裝置 緩沖目的：緩沖目的：減小機(jī)械碰撞減小機(jī)械碰撞 緩沖方法：緩沖方法： 缸外緩沖回路上設(shè)置減速閥或制動(dòng)閥缸外緩沖回路上設(shè)置減速閥或制動(dòng)閥 缸內(nèi)緩沖（固定節(jié)流緩沖、可變節(jié)流緩沖）缸內(nèi)緩沖（固定節(jié)流緩沖、可變節(jié)流緩沖） 利用活塞或缸筒在其走向行程終端時(shí)封住活塞和缸蓋之間的部利用活塞或缸筒在其走

14、向行程終端時(shí)封住活塞和缸蓋之間的部分油液，強(qiáng)迫它從小孔或細(xì)縫中擠出，以產(chǎn)生很大的阻力，使分油液，強(qiáng)迫它從小孔或細(xì)縫中擠出，以產(chǎn)生很大的阻力，使工作部件受到制動(dòng)，逐漸減慢運(yùn)動(dòng)速度，達(dá)到避免活塞和缸蓋工作部件受到制動(dòng)，逐漸減慢運(yùn)動(dòng)速度，達(dá)到避免活塞和缸蓋相互撞擊的目的。相互撞擊的目的。緩沖裝置的工作原理：緩沖裝置的工作原理： 固定節(jié)流緩沖固定節(jié)流緩沖 特點(diǎn)：特點(diǎn)：在整個(gè)緩沖行程中節(jié)流口面積固定不變。在整個(gè)緩沖行程中節(jié)流口面積固定不變。 可變節(jié)流緩沖可變節(jié)流緩沖 特點(diǎn)：特點(diǎn)：節(jié)流口面積隨緩沖行程增大而減小，緩沖腔內(nèi)的壓力幾節(jié)流口面積隨緩沖行程增大而減小，緩沖腔內(nèi)的壓力幾乎保持不變。乎保持不變。 Aj

15、PHvSHPHvAjSH固定：固定：瞬時(shí)緩沖壓力大，易產(chǎn)生液壓沖擊；外力不為瞬時(shí)緩沖壓力大，易產(chǎn)生液壓沖擊；外力不為0 0時(shí)，時(shí)，v v不不為為0 0，總存在機(jī)械碰撞。，總存在機(jī)械碰撞。可變：可變：速度降低慢，不會(huì)引起液壓沖擊；最終速度為速度降低慢，不會(huì)引起液壓沖擊；最終速度為0 0，可避，可避免機(jī)械碰撞。免機(jī)械碰撞。 (5)(5)排氣裝置排氣裝置 液壓缸在安裝過(guò)程中或長(zhǎng)時(shí)間停放重新工作時(shí)，液壓缸里和液壓缸在安裝過(guò)程中或長(zhǎng)時(shí)間停放重新工作時(shí)，液壓缸里和管道系統(tǒng)中會(huì)滲入空氣，為了防止執(zhí)行元件出現(xiàn)爬行，噪聲管道系統(tǒng)中會(huì)滲入空氣，為了防止執(zhí)行元件出現(xiàn)爬行，噪聲和發(fā)熱等不正?，F(xiàn)象，需把缸中和系統(tǒng)中的空氣排出。和發(fā)熱等不正?，F(xiàn)象，需把缸中和系統(tǒng)中的空氣排出。 三、液壓缸的設(shè)計(jì)和計(jì)算三、液壓缸的設(shè)計(jì)和計(jì)算在設(shè)計(jì)液壓缸之前，必須對(duì)整個(gè)液壓系統(tǒng)進(jìn)行工況分析，編制在設(shè)計(jì)液壓缸之前，必須對(duì)整個(gè)液壓系統(tǒng)進(jìn)行工況分析，編制負(fù)載圖，選定系統(tǒng)的工作壓力負(fù)載圖，選定系統(tǒng)的工作壓力( (詳見(jiàn)第九章詳見(jiàn)第九章) )，然后根據(jù)使用要，然后根據(jù)使用要求選擇結(jié)構(gòu)類型，按負(fù)載情況、運(yùn)動(dòng)要求、最大行程等確定其求選擇結(jié)構(gòu)類型，按負(fù)載情況、運(yùn)動(dòng)要求、最大行程等確定其主要工作尺寸，進(jìn)行強(qiáng)度、穩(wěn)定性和緩沖驗(yàn)算，最后再進(jìn)行結(jié)主要工作尺寸，進(jìn)行