液壓與氣動技術 教案 項目一 液壓傳動技術的認知

參賽組別Xxx課程名稱液壓與氣動技術液壓與氣動技術教案液壓與氣動技術教案目錄項目一液壓傳動技術的認知 項目一液壓傳動技術的認知課程名稱液壓與氣動技術項目1項目名稱液壓傳動技術的認知課時2項目描述液壓傳動以液體為工作介質(zhì)進行能量的傳遞和轉(zhuǎn)換，以實現(xiàn)各種傳動和控制。本項目通過對典型機械設備液壓系統(tǒng)的分析，研究液壓傳動與控制系統(tǒng)的組成與基本工作原理，為液壓系統(tǒng)的使用與維護奠定基礎。學習目標知識目標：1.掌握液壓傳動工作原理；2.掌握液壓傳動的基本參數(shù)；3.掌握磨床工作臺液壓傳動系統(tǒng)的組成；4.掌握基本液壓元件圖形符號的表示。能力目標：1.能夠分析一個液壓系統(tǒng)的組成與工作過程；2.能夠分析液壓系統(tǒng)中壓力、負載、速度、流量之間的關系；3.能夠說出液壓傳動的發(fā)展概況、系統(tǒng)特點及在實踐中的應用。素質(zhì)目標：1.了解液壓技術在眾多學科和社會生活中的廣泛應用，進一步認識該技術的科學價值、應用價值。2.樹立“科技興國、科技強國、科技報國”的使命感。3.具備積極向上的人生態(tài)度、自我學習能力和良好的心理承受能力。4.培養(yǎng)學生嚴謹求實的科學態(tài)度、形成科學的世界觀；職業(yè)能力①會使用液壓千斤頂；②會對磨床工作臺的運動速度和運動方向進行調(diào)節(jié)；③會繪制磨床工作臺的液壓系統(tǒng)原理圖。教學過程主要教學內(nèi)容備注任務一了解液壓千斤頂?shù)墓ぷ鬟^程35min【任務概述】在汽車緊急維修時經(jīng)常會用到液壓千斤頂裝置，利用它輕松就能將一輛汽車頂起來。根據(jù)液壓千斤頂（如圖1.1所示）這一簡單的傳動裝置，弄清它的工作過程和工作原理，從而研究液壓傳動如何實現(xiàn)運動和動力傳遞的。圖1.1液壓千斤頂【知識與技能】一、液壓傳動概述機器的種類有很多，形式各異，但就其功能而言，任何一個完整的機器主要由四個部分組成：原動機、傳動裝置、工作機、控制部分，傳動裝置的傳動方式包括有以下幾種類型。機械傳動——通過齒輪、齒條、蝸輪、蝸桿等機件直接把動力傳送到執(zhí)行機構的傳遞方式。電氣傳動——利用電力設備，通過調(diào)節(jié)電參數(shù)來傳遞或控制電氣傳動——利用電力設備，通過調(diào)節(jié)電參數(shù)來傳遞或控制動力的傳動方式。液壓傳動——利用液體靜壓力傳遞動力液體傳動液力傳動——利用液體流動動能傳遞動力流體傳動 氣體傳動液壓傳動是以液體作為工作介質(zhì)，在密封的回路里，以液體的壓力能進行能量傳遞的傳動方式。由于液壓傳動有許多突出的優(yōu)點，因此被廣泛用于機械制造、工程建筑、石油化工等各個工程技術領域。我國液壓工業(yè)經(jīng)過40余年的發(fā)展，已形成了門類齊全、有一定技術水平并初具規(guī)模的生產(chǎn)科研體系。我國現(xiàn)冇主要生產(chǎn)企業(yè)近300家，液壓產(chǎn)品的年產(chǎn)量為450萬件，為機床、工程機械、冶金機械、礦山機械、汽車、鐵路等行業(yè)機械設備提供了種類比較齊全的產(chǎn)品。據(jù)中國液壓氣動密封件工業(yè)協(xié)會對185個企業(yè)的統(tǒng)計資料表明，2004年，液壓件產(chǎn)量達942萬件，液壓工業(yè)總值103.14億，產(chǎn)品種類1500余種，16000余個規(guī)格。機械工業(yè)各部門使用液壓傳動的出發(fā)點是不盡相同的：有的是利用它的動力傳遞的長處，比如工程機械、壓力機械和航空工業(yè)采用液壓傳動的主要原因是其結(jié)構簡單、體積小、重量輕、輸入功率大；有的是利用它在操縱控制上的優(yōu)點，如機床上采用液壓傳動是因其能在工作過程中實現(xiàn)無級變速、易于實現(xiàn)頻繁換向、易于實現(xiàn)自動化等。液壓傳動中的兩個重要參數(shù)：壓力和流量。(1)壓力也即物理學中的壓強，即液體單位面積上所受的法向力。液壓傳動中的壓力用字母p表示，如圖1.2(a)所示。當面積A不變時，液體內(nèi)部的壓力取決于負載F。負載對液面產(chǎn)生的壓力可以等值地傳遞到液體內(nèi)部的每一個質(zhì)點上，即帕斯卡原理。如圖1.2(b)所示，根據(jù)帕斯卡原理，施加于較小活塞上的比較小的力，轉(zhuǎn)換為液體內(nèi)部的壓力，此壓力可以等值地傳遞到大活塞上，使大活塞上輸出較大的頂舉力。面積越小，其上輸出的作用力越?。换钊娣e越大，其上輸出的作用力越大，作用力和作用面積成正比。由上圖可知，力可以放大很多倍。(2)流量指單位時間內(nèi)，流過某一過流斷面的液體體積，用字母qv表示,單位為m3/s，如圖1.3所示。當（a）壓力圖（b）原理圖圖1.2液壓傳動圖1.3流量二、液壓傳動原理圖1.4所示是比較簡單的液壓傳動過程，該圖也能反映出能量轉(zhuǎn)換的過程：傳動時，它先將電機旋轉(zhuǎn)運動產(chǎn)生的機械能2πnTi利用液壓泵轉(zhuǎn)換為便于輸送的壓力能pqv，傳遞到液壓(或液壓馬達)后又將壓力能轉(zhuǎn)換為直線(旋轉(zhuǎn))運動的機械能做功。圖（a）中液壓缸將輸入的液壓能pq液壓傳動裝置是一種能量轉(zhuǎn)換裝置，所用的最基本的原理是帕斯卡原理，它是依靠液體在密封容積變化過程中的壓力能來實現(xiàn)運動和動力傳遞的?！炯寄苡柧殹坑柧?以液壓千斤頂為例分析液壓傳動是如何實現(xiàn)運動和動力傳遞的？液壓千斤頂是一種結(jié)構緊湊、工作平穩(wěn)、有自鎖作用的簡單的起重設備，所以，其使用比較廣泛。它的工作原理如圖1.5所示，結(jié)構中采用活塞作為剛性頂舉件的工作裝置。在圖1.5中，杠桿7、小缸5、單向閥2和4組成手動液壓泵，大缸6是頂舉液壓缸。用手向上抬起杠桿7,小活塞上移，其下端密閉腔容積增大，形成局部真空，此時單向閥2自動打開，通過吸油管在大氣壓的作用下從油箱1中吸油到小活塞下端。手向下壓杠桿7，小活塞下移，小活塞下腔壓力升高，將油液的機械能轉(zhuǎn)換成壓力能，由于單向閥的單向?qū)ㄗ饔?，單向閥2關閉，單向閥4打開，小缸5下腔的油液經(jīng)管道輸入到頂舉缸6的下腔，利用大活塞的面積把力放大，迫使大活塞向上移動頂起汽車8，此時，裝置又將油液的壓力能轉(zhuǎn)換成機械能。再次手抬杠桿時，單向閥4自動關閉，使油液不能倒流，從而保證了汽車不會自行下落。反復上、下抬壓杠桿，就能不斷地把油液壓入頂舉缸下腔，使汽車逐漸升起。升起的速度取決于單位時間內(nèi)流入頂舉缸6中油液的體積，也就是流量。打開截止閥3,頂舉缸下腔的油液在重力作用下通過管道、截止閥3流回油箱，汽車下落回到原地。液壓傳動裝置是一種能量轉(zhuǎn)換裝置，所用的最基本的原理是帕斯卡原理，它是依靠液體在密封容積變化過程中的壓力能來實現(xiàn)運動和動力傳遞的。任務二液壓傳動系統(tǒng)的組成25min【任務概述】圖1.6(a)所示為平面磨床的外觀圖。磨床是利用磨具對工件表面進行磨削加工的機床。大多數(shù)的磨床是使用高速旋轉(zhuǎn)的砂輪進行磨削加工，平面磨床屬于精加工設備，其所需磨削力及變化量不大，而對工作臺往復運動速度及平穩(wěn)性要求較高。根據(jù)磨床工作臺的運動掌握其液壓系統(tǒng)的組成，能識讀液壓系統(tǒng)的結(jié)構原理圖，會繪制液壓系統(tǒng)的圖形符號原理圖?！局R與技能】一、磨床工作臺液壓系統(tǒng)的運行圖1.6(b)所示為平面磨床結(jié)構原理圖。電機帶動齒輪泵從油箱中吸油，然后將油經(jīng)管路輸送到液壓缸，推動磨床工作臺做往復直線運動。扳動換向閥使其處于圖1.6(b)中(1)的位置，液壓泵3由電動機驅(qū)動后，從油箱1中吸油，油液經(jīng)過濾器2過濾后進入液壓泵3，然后經(jīng)節(jié)流閥5、換向閥6進入液壓缸7的左腔，推動活塞8和活塞桿帶動工作臺9向右作直線運動。此時，液壓缸右腔的油液經(jīng)換向閥6和回油管排回油箱。扳動換向閥使其處于圖1.6(b)中(2)的位置，液壓泵從油箱中吸油，出油經(jīng)節(jié)流閥5、換向閥6進入液壓缸7的右腔，推動活塞8和活塞桿帶動工作臺向左運動。此時，液壓缸左腔的油液經(jīng)換向閥6和回油管排回油箱。松開換向閥手柄，復位彈簧使其回復到系統(tǒng)圖1.6(b)中間位置時，換向閥處于中位，4個油口均被封住，液壓缸停止運動，工作臺停在當前位置。工作臺運動時要克服阻力,主要是磨削力和工作臺與導軌之間的摩擦力等。克服上述負載所需的推力，是由液壓缸中油液的壓力產(chǎn)生。負載越大，缸中所需油液的壓力越高，泵的輸出壓力也就越高，即壓力的高低取決于工作臺負載的大小，但同時受溢流閥4的調(diào)控，當負載過大超過系統(tǒng)設定值時，液壓油經(jīng)過溢流閥流回油箱。磨床工作臺左、右運動的速度通過節(jié)流閥5調(diào)節(jié)。當節(jié)流閥開口增大時，進入液壓缸的流量增多，工作臺的移動速度增大；當節(jié)流閥開口關小時，進入液壓缸的流量減小，工作臺的移動速度變小。(a)外觀圖 (b)液壓系統(tǒng)結(jié)構原理圖圖1.6平面磨床1-油箱；2—過濾器；3—液壓泵；4一溢流閥；5—節(jié)流閥；6—換向閥；7—液壓缸；8—活塞；9—工作臺二、液壓傳動系統(tǒng)的組成從平面磨床工作臺的液壓系統(tǒng)原理圖可以看出，一個完整的、能夠正常工作的液壓系統(tǒng)，應該由五個部分組成，即動力元件、執(zhí)行元件、控制元件、輔助元件和工作介質(zhì)。（1）動力元件—供給液壓系統(tǒng)壓力油，把原動機的機械能轉(zhuǎn)化成液壓能。常見的是液壓泵。（2）執(zhí)行元件—把液壓能轉(zhuǎn)換為機械能的裝置。其形式有做直線運動的液壓缸，有做旋轉(zhuǎn)運動的液壓馬達。（3）控制元件—完成對液壓系統(tǒng)中工作液體的壓力、流量和流動方向的控制和調(diào)節(jié)。這類元件主要包括各種液壓閥，如溢流閥、節(jié)流閥以及換向閥等。（4）輔助元件—輔助元件是指油箱、蓄能器、油管、管接頭、濾油器、壓力表以及流量計等。這些元件分別起散熱儲油、蓄能、輸油、連接、過濾、測量壓力和測量流量等作用，以保證系統(tǒng)正常工作，是液壓傳動系統(tǒng)中不可缺少的組成部分。（5）工作介質(zhì)—它在液壓傳動及控制中起傳遞運動、動力及信號的作用，包括液壓油或其他合成液體?！炯寄苡柧殹坑柧?解讀如圖1.7所示液壓系統(tǒng)圖形符號原理圖。在液壓系統(tǒng)結(jié)構原理圖中，各個液壓元件均是用簡單的結(jié)構表達出來的圖形，這種圖形比較直觀，容易理解，但結(jié)構較復雜，繪制較難。在實際工程應用中，一般是用國家標準規(guī)定的、簡單的圖形符號來繪制液壓系統(tǒng)的工作原理圖。這種圖形便于分析、閱讀、設計和繪制。（1）原理圖中的圖形符號只表示液壓元件的功能，不表示元件的具體結(jié)構和參數(shù)。（2）系統(tǒng)圖中所示的符號狀態(tài)，表示的是液壓元件的靜止或零位置。（3）元件可根據(jù)其在圖中的具體位置畫成水平或垂直方向。（4））繪制圖形符號時，大小應以圖形清晰、美觀和圖紙幅面大小為原則。（5）圖形符號要按照一致的比例繪制。（6）元件符號表示的是元件未受激勵的狀態(tài)(非工作狀態(tài))。（7）元件符號應給出所有的接口。圖1.7平面磨床工作臺液壓系統(tǒng)圖形符號原理圖1—油箱；2一過濾器；3—液壓泵；4—溢流閥；5一節(jié)流閥；6—換向閥；7—液壓缸；8—活塞；9—工作臺圖形符號標準畫法見GB/T786.1-2021/ISO1219-1:2012《流體傳動系統(tǒng)及元件圖形符號和回路第1部分：圖形符號》。訓練3分析平面磨床工作臺的液壓系統(tǒng)的組成。主要有五大部分組成，它們分別是：①動力元件——液壓泵3；②執(zhí)行元件——液壓缸7和工作臺9；③控制元件——溢流閥4、節(jié)流閥5和換向閥6；④輔助元件——油箱1、過濾器2和油管等；⑤工作介質(zhì)——液壓油。任務三液壓傳動的特點30min【任務概述】平面磨床工作臺液壓傳動系統(tǒng)要求調(diào)速范圍廣，能夠?qū)崿F(xiàn)無級變速，且要求換向靈敏迅速，沖擊振動小，采用液壓傳動來操縱平面磨床的往復運動能夠達到這些目的。根據(jù)平面磨床工作臺液壓傳動裝置，了解液壓傳動的優(yōu)缺點、應用場合及發(fā)展前景?！局R與技能】一、液壓傳動的特點液壓傳動與機械傳動、電氣傳動相比，具有以下優(yōu)點和缺點。液壓傳動的優(yōu)點：1.在相同的體積下，液壓執(zhí)行裝置能比電氣裝置產(chǎn)生出更大的動力。在同等功率的情況下，液壓執(zhí)行裝置的體積更小、重量更輕、結(jié)構更緊湊。2.液壓執(zhí)行裝置的工作比較平穩(wěn)，并且可在大范圍內(nèi)實現(xiàn)無級調(diào)速。3.液壓傳動在不改變電機旋轉(zhuǎn)方向的情況下，可以較方便地實現(xiàn)工作機構旋轉(zhuǎn)和直線往復運動的轉(zhuǎn)換。4.液壓傳動容易實現(xiàn)自動化，因為它是對液體的壓力、流量和流動方向進行控制或調(diào)節(jié)，操縱很方便。當液壓控制和電氣控制或氣動控制結(jié)合使用時，能實現(xiàn)較復雜的順序動作和遠程控制。5.液壓裝置易于實現(xiàn)過載保護。6.液壓件能自行潤滑，因此其使用壽命長。7.由于液壓元件已實現(xiàn)了標準化、系列化和通用化，因而液壓系統(tǒng)的設計、制造和使用都比較方便。液壓傳動的缺點：（1）液壓傳動是以液體為工作介質(zhì)，在相對運動表面間不可避免地會有泄漏，同時，液體不是絕對不可壓縮的，故不宜在傳動比要求嚴格的場合采用，如不宜用在螺紋和齒輪加工機

床的內(nèi)傳動鏈系統(tǒng)。（2）液壓傳動在工作過程中有較多的能量損失，如摩擦損失、泄漏損失等，故不宜遠距離傳動。（3）液壓傳動對油溫的變化比較敏感，油溫變化會影響運動的穩(wěn)定性。因此，在低溫和高溫條件下，采用液壓傳動有一定的困難。（4）為了減少泄漏，液壓元件的制造精度要求高，因此，液壓元件的制造成本高，而且對油液的污染比較敏感。（5）液壓系統(tǒng)故障的診斷比較困難，因此，對維修人員提出了更高的要求：既要系統(tǒng)地掌握液壓傳動的理論知識，又要有一定的實踐經(jīng)驗。二、液壓傳動系統(tǒng)的應用液壓傳動因其獨特的優(yōu)點和技術優(yōu)勢，使其應用領域比較廣泛，幾乎涵蓋國民經(jīng)濟的各個行業(yè)，如圖1.8所示為一些應用液壓傳動系統(tǒng)的設備。液壓傳動在各個行業(yè)的應用情況見表1.1。（a）壓力機（b）挖掘機（c）小吊車圖1.8液壓傳動系統(tǒng)的應用表1.1液壓傳動在各個行業(yè)的應用行業(yè)名稱應用場合舉例機床工業(yè)磨床、銑床、拉床、刨床、壓力機、自動車床、組合車床、數(shù)控機床、加工中心等工程機械挖掘機、裝載機、推土機、壓路機、鏟運機等起重運輸機械起重機、叉車、裝卸機械、傳動帶運輸機、液壓千斤頂?shù)鹊V山機械開采機、鑿巖機、開掘機、破碎機、提升機、液壓支架等建筑機械打樁機、平地機等農(nóng)業(yè)機械聯(lián)合收割機的控制系統(tǒng)、拖拉機和農(nóng)用機的懸掛裝置等冶金機械電爐控制系統(tǒng)、軋鋼機控制系統(tǒng)等輕工機械注塑機、打包機、校直機、橡膠硫化機、造紙機等汽車工業(yè)自卸式汽車、平板車、高空作業(yè)車、汽車轉(zhuǎn)向器、減振器等船舶港口機械起貨機、起錨機、舵機等鑄造機械砂型壓實機、加料機、壓鑄機等智能機械折臂式小汽車裝卸器、數(shù)字式體育鍛煉機、模擬駕駛艙、機器人等三、液壓傳動技術的發(fā)展趨勢液壓技術自18世紀末英國制造出世界上第一臺水壓機，距今已有約300年的歷史，但其真正的發(fā)展是在第二次世界大戰(zhàn)后的50余年的時間內(nèi)，戰(zhàn)后液壓技術迅速轉(zhuǎn)向民用工業(yè)，在機床、工程機械、農(nóng)業(yè)機械、汽車等行業(yè)逐步推廣。20世紀60年代以來，隨著原子能、空間技術、計算機技術的發(fā)展，液壓技術得到了極大的推廣，并滲透到各個工業(yè)領域。當前液壓技術正向高壓、高速、高效、高壽命、低噪聲、大功率、高度集成化方向發(fā)展。同時，新型液壓元件和液壓系統(tǒng)的計算機輔助設計（CAD）、計算機輔助測試（CAT）、計算機直接控制技術、機電一體化技術、可靠性技術、計算機仿真和優(yōu)化設計技術以及污染控制技術等方面也是當前液壓傳動與控制技術的發(fā)展與研究方向。【技能