學(xué)習(xí)情境1　認識液壓傳動

任務(wù)1　機床工作臺液壓系統(tǒng)的認識

【任務(wù)目標】

1.掌握機床工作臺液壓系統(tǒng)的基本工作原理，了解液壓傳動的系統(tǒng)組成。

2.了解液壓傳動的發(fā)展與應(yīng)用。

3.了解液壓傳動的特點。

【任務(wù)描述】

觀察、使用液壓千斤頂了解液壓傳動的工作原理，分析機床往復(fù)運動工作臺往返運動的工作過程，了解液壓傳動系統(tǒng)的組成與特點。

【知識準備】

流體傳動可分為液體傳動和氣體傳動。液壓傳動和液力傳動均是以液體作為工作介質(zhì)來進行能量傳遞的傳動方式。液壓傳動主要是利用液體的壓力能來傳遞能量；而液力傳動則主要是利用液體的動能來傳遞能量。

1.液壓傳動的工作原理

圖1-1-1是液壓千斤頂?shù)墓ぷ髟韴D。大油缸9和大活塞8組成舉升液壓缸。杠桿手柄1、小油缸2、小活塞3、單向閥4和7組成手動液壓泵。如提起手柄使小活塞向上移動，小活塞下端油腔容積增大，形成局部真空，這時單向閥4打開，通過吸油管5從油箱12中吸油；用力壓下手柄，小活塞下移，小活塞下腔壓力升高，單向閥4關(guān)閉，單向閥7打開，下腔的油液經(jīng)管道6輸入舉升油缸9的下腔，迫使大活塞8向上移動，頂起重物。再次提起手柄吸油時，單向閥7自動關(guān)閉，使油液不能倒流，從而保證了重物不會自行下落。不斷地往復(fù)扳動手柄，就能不斷地把油液壓入舉升缸下腔，使重物逐漸地升起。如果打開截止閥11，舉升缸下腔的油液通過管道10、截止閥11流回油箱，活塞在自重和外力作用下就向下移動。

通過對上面液壓千斤頂工作過程的分析，可以初步了解到液壓傳動的基本工作原理。液壓傳動是利用有壓力的油液作為傳遞動力的工作介質(zhì)。壓下杠桿時，小油缸2輸出壓力油，是將機械能轉(zhuǎn)換成油液的壓力能，壓力油經(jīng)過管道6及單向閥7，推動大活塞8舉起重物，是將油液的壓力能又轉(zhuǎn)換成機械能。大活塞8舉升的速度取決于單位時間內(nèi)流入大油缸9中油容積的多少。由此可見，液壓傳動是一個不同能量的轉(zhuǎn)換過程。

從分析液壓千斤頂?shù)墓ぷ鬟^程，可知液壓傳動的基本工作原理。

①液壓傳動以液體為傳遞運動和動力的工作介質(zhì)；

②液壓傳動必須依靠密閉的容積（或密閉系統(tǒng)）內(nèi)工作容積的變化傳遞能量；

③液壓傳動是一種能量轉(zhuǎn)換裝置，經(jīng)過兩次能量轉(zhuǎn)換過程，先將機械能轉(zhuǎn)換成液體的壓力能，然后將便于輸送的液體的壓力能又轉(zhuǎn)換成機械能。

2.液壓傳動系統(tǒng)的組成

液壓千斤頂是一種簡單的液壓傳動裝置。下面以圖1-1-2所示機床往復(fù)運動工作臺的液壓傳動系統(tǒng)為例，進一步了解液壓傳動系統(tǒng)應(yīng)具備的基本性能和組成。

從機床工作臺液壓系統(tǒng)可以看出，一個完整的、能夠正常工作的液壓系統(tǒng)，應(yīng)該由以下五個主要部分組成。

（1）工作介質(zhì)　工作介質(zhì)指傳遞能量和信號的流體。在液壓系統(tǒng)中通常用液壓油作工作介質(zhì)，同時還可起潤滑、冷卻和防銹的作用。

（2）能源裝置　能源裝置是指供給液壓系統(tǒng)壓力油，把機械能轉(zhuǎn)換成液壓能的裝置。最常見的形式是液壓泵（如圖1-1-2中的液壓泵17）。

（3）執(zhí)行裝置　執(zhí)行裝置是指把液壓能轉(zhuǎn)換成機械能的裝置。包括做直線運動的液壓缸（如圖1-1-2中的液壓缸2）和做回轉(zhuǎn)運動的液壓馬達、擺動缸。它們又稱為液壓系統(tǒng)的執(zhí)行元件。

（4）控制調(diào)節(jié)裝置　控制調(diào)節(jié)裝置是對系統(tǒng)中的壓力、流量或流動方向進行控制或調(diào)節(jié)的裝置。包括各種閥類元件（如圖1-1-2中的換向閥5、節(jié)流閥7、溢流閥13等）。

（5）輔助裝置　除以上裝置外的其他元器件都稱為輔助裝置，如油箱、油管、管接頭、過濾器、蓄能器、壓力計等，起連接、儲油、過濾、儲存壓力能和測量油液壓力等作用，它們對保證系統(tǒng)正常工作是必不可少的。

【任務(wù)實施】

1.場地及設(shè)備

（1）場地　液壓實訓(xùn)室、實訓(xùn)基地。

（2）設(shè)備　液壓組合實訓(xùn)臺、液壓千斤頂及機床工作臺液壓系統(tǒng)。

2.機床工作臺液壓系統(tǒng)工作過程

液壓缸2固定在床身上，活塞連同活塞桿帶動工作臺1做往復(fù)運動。液壓泵17由電動機驅(qū)動，從油箱19中吸油。油液經(jīng)濾油器18被吸入液壓泵輸入系統(tǒng)。在圖1-1-2（a）所示狀態(tài)下，壓力油經(jīng)開停閥10、節(jié)流閥7、換向閥5進入液壓缸左腔，推動活塞使工作臺向右移動。液壓缸右腔的油經(jīng)換向閥和回油管6排回油箱。改變換向閥閥芯工作位置［如圖1-1-2（b）所示狀態(tài)］，則液壓缸活塞反向向左移動。

工作臺的移動速度是通過節(jié)流閥7來調(diào)節(jié)的。當節(jié)流閥開大時，進入液壓缸的油量增多，工作臺的移動速度增大；當節(jié)流閥關(guān)小時，進入液壓缸的油量減小，工作臺的移動速度減小。為克服移動工作臺時所受到的各種阻力，液壓泵輸出油液的壓力應(yīng)能調(diào)整。根據(jù)不同工作情況，液壓泵輸出的油液壓力由溢流閥13進行調(diào)整。一般由于電機轉(zhuǎn)速一定，使液壓泵單位時間內(nèi)輸出的油液體積也為定值，而輸入液壓缸的油液多少由節(jié)流閥7調(diào)節(jié)，因此液壓泵輸出的多余油液須經(jīng)溢流閥13流回油箱19。

為了克服移動工作臺時所受到的各種阻力，液壓缸必須產(chǎn)生一個足夠大的推力，這個推力是由液壓缸中的油液壓力所產(chǎn)生的。要克服的阻力越大，缸中的油液壓力越高；反之壓力就越低。這種現(xiàn)象正說明了液壓傳動的一個基本原理——壓力決定于負載。

3.液壓傳動系統(tǒng)圖的圖形符號

圖1-1-2所示的液壓系統(tǒng)是一種半結(jié)構(gòu)式的工作原理圖。它直觀性強、容易理解，當液壓系統(tǒng)發(fā)生故障時，根據(jù)原理圖檢查十分方便，但難于繪制。為了簡化液壓原理圖的繪制，國家標準（GB/T 786.1—1993）規(guī)定了“液壓氣動圖形符號”，這些符號只表示元件的職能，連接系統(tǒng)的通路，不表示元件的結(jié)構(gòu)和參數(shù)，也不表示元件在機器中的實際安裝位置，并以元件的靜止狀態(tài)或零位狀態(tài)表示。一般液壓傳動系統(tǒng)圖均應(yīng)按標準規(guī)定的圖形符號繪制，若某些元件無法用圖形符號表示，或需著重說明系統(tǒng)中某一重要元件的結(jié)構(gòu)和動作原理時，允許采用結(jié)構(gòu)原理圖表示。圖1-1-3即為用圖形符號繪制的圖1-1-2所示的機床工作臺液壓系統(tǒng)工作原理圖。

【知識拓展】

1.液壓傳動技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展

液壓傳動從1795年英國制造出世界上第一臺水壓機誕生，至今已有200多年的歷史。19世紀末，德國制造出液壓龍門刨床，美國制成液壓六角車床和磨床，但因當時缺乏成熟的液壓元件以及受制造工藝水平的限制，液壓傳動技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展緩慢。二戰(zhàn)期間，一些兵器由于采用了反應(yīng)快、動作準、功率大的液壓傳動裝置，大大提高了兵器的性能，同時推動了液壓技術(shù)的發(fā)展。戰(zhàn)后，液壓傳動技術(shù)迅速轉(zhuǎn)向民用，在機械制造、工程建筑、交通運輸、礦山冶金、航空航海、輕工、農(nóng)林漁業(yè)等行業(yè)廣泛地應(yīng)用。20世紀60年代后，隨著原子能技術(shù)、空間技術(shù)、計算機技術(shù)的發(fā)展，液壓技術(shù)的應(yīng)用更加廣泛。

目前，液壓技術(shù)正在向高壓、高速、高效、大流量、大功率、微型化、低噪聲、經(jīng)久耐用、高度集成化和模塊化、高可靠性及污染控制的方向發(fā)展。同時，隨著計算機輔助設(shè)計、計算機仿真和優(yōu)化、微機控制等技術(shù)在液壓元件和液壓系統(tǒng)設(shè)計中的快速應(yīng)用，又使液壓技術(shù)的發(fā)展向更廣闊的領(lǐng)域滲透，發(fā)展成為包括傳動、控制和檢測在內(nèi)的一門完整的自動化技術(shù)。因此采用液壓傳動的程度已成為衡量一個國家工業(yè)技術(shù)水平的重要標志之一。

我國的液壓技術(shù)行業(yè)最初在20世紀50年代開始生產(chǎn)各種通用液壓元件，應(yīng)用于機床和鍛壓設(shè)備上，后來又用于拖拉機和工程機械。自1964年從國外引進一些液壓元件生產(chǎn)技術(shù)以及進行自行設(shè)計以來，現(xiàn)已形成了系列，并在各種機械設(shè)備上得到了廣泛的使用。當前，我國經(jīng)濟發(fā)展迅猛，液壓工業(yè)也和其他工業(yè)一樣，發(fā)展很快。我國已自行設(shè)計和生產(chǎn)出許多新型系列產(chǎn)品，如插裝式錐閥、電液比例閥、電液比例閥、電液伺服閥、電液脈沖馬達以及其他新型液壓元件等。但由于過去基礎(chǔ)薄弱，所生產(chǎn)的液壓液壓元件在品種與質(zhì)量等方面和發(fā)達國家先進水平相比，還存在一定差距。可以預(yù)見，隨著我國液壓傳動在各個工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用，液壓技術(shù)將獲得進一步發(fā)展，也將會越來越廣泛。

2.液壓傳動的優(yōu)缺點

液壓傳動與機械傳動、電氣傳動、氣壓傳動相比較主要有以下優(yōu)點。

①相同功率的情況下，體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊、慣性小，可快速啟動和頻繁換向，能傳遞較大的力和轉(zhuǎn)矩。

②可在運行過程中方便地實現(xiàn)無級調(diào)速，且調(diào)速范圍大，可達100:1至2000:1。而其最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速可低至每分鐘幾轉(zhuǎn)，可實現(xiàn)低速強力或低速大扭矩傳動。

③傳遞運動均勻平穩(wěn)、方便可靠，負載變化時速度較穩(wěn)定。

④控制調(diào)節(jié)方便、省力，易于實現(xiàn)自動化。與電氣控制或氣動控制配合使用，能實現(xiàn)各種復(fù)雜的自動工作循環(huán)，而且可以實現(xiàn)遠程控制或遙控。

⑤易于實現(xiàn)過載保護，同時液壓元件可自行潤滑，使用壽命較長。

⑥液壓元件實現(xiàn)了標準化、通用化、系列化，便于設(shè)計制造和推廣使用。

⑦液壓傳動系統(tǒng)元件之間用管路連接時，布置安裝方便靈活。

液壓傳動的主要缺點。

①液壓系統(tǒng)存在泄漏和液體的可壓縮性，影響運動的平穩(wěn)性和準確性，使得液壓傳動不能保證嚴格的傳動比。

②對油溫變化較敏感，運動件的速度不易保持穩(wěn)定，同時對油液的清潔程度要求高。所以它不宜在溫度變化很大的環(huán)境條件下工作。

③為減少泄漏，液壓元件制造精度要求較高，加工工藝較復(fù)雜，因而成本造價較高。

④系統(tǒng)發(fā)生故障時，不易檢查和排除。

⑤傳動過程中需經(jīng)兩次能量轉(zhuǎn)換，能量損失較大，因而傳動效率較低，不宜于遠距離傳動。

總之，液壓傳動的優(yōu)點是主要的，隨著設(shè)計制造和使用水平的不斷提高，有些缺點正在逐步加以克服。液壓傳動有著廣泛的發(fā)展前景。

【思考與練習(xí)】

1.什么是液壓傳動？簡述其工作原理。

2.液壓系統(tǒng)由哪幾部分組成？各組成部分的作用是什么？

3.液壓傳動有哪些優(yōu)缺點？最突出的優(yōu)點是什么？目前最難解決的缺點是什么？

4.根據(jù)圖1-1-3畫出液壓泵、液壓缸、溢流閥、節(jié)流閥、濾油器的圖形符號。