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1、电液控制系统设计液压传动及控制系统设计第1页/共25页本课程学习内容本课程学习内容第1篇 液压传动l第第1 1章章 液压能源装置液压能源装置 l第第2 2章章 液压控制元件液压控制元件l第第3 3章章 液压基本回路液压基本回路l第第4 4章章 液压传动系统设计液压传动系统设计第2篇 液压伺服控制l第第5 5章章 液压控制概述液压控制概述 l第第6 6章章 液压放大元件液压放大元件l第第7 7章章 液压动力元件液压动力元件l第第8 8章章 液压伺服控制系统设计液压伺服控制系统设计第3篇 液压比例控制l第第9 9章章 电液比例控制元件电液比例控制元件 l第第1010章章 电液比例容积元件电液比例容
2、积元件l第第1111章章 液压比例控制系统设计液压比例控制系统设计第2页/共25页0.1 0.1 液压传动的工作原理液压传动的工作原理n 液压与气压传动是以流体（液压油、压缩空气）为工作介质进行能量传递和控制的一种传动形式。以液压千斤顶为例来简述液压传动的工作原理1-1-手柄 2-2-小液压缸 3 3、4-4-单向阀 5-5-油箱 6-6-截止阀 7-7-大液压缸第3页/共25页0.1 0.1 液压传动的工作原理液压传动的工作原理力的传递遵循帕斯卡原理p2=F2/A2 F1=p1A1=p2A1=F2A1/A2液压系统的工作压力取决于外负载。1-手柄 2-小液压缸 3、4-单向阀 5-油箱 6-
3、截止阀 7-大液压缸第4页/共25页0.1 0.1 液压传动的工作原理液压传动的工作原理运动的传递遵照容积变化相等的原则h1A1=h2A2q1=v1A1=v2A2=q2 v2=v1A1/A2执行元件的运动速度取决于流量。1-手柄 2-小液压缸 3、4-单向阀 5-油箱 6-截止阀 7-大液压缸第5页/共25页0.1 0.1 液压传动的工作原理液压传动的工作原理功率传递遵循能量守恒原理F1v1=p1A1v1=p1q1=p2q2=p2A2v2=F2v21-手柄 2-小液压缸 3、4-单向阀 5-油箱 6-截止阀 7-大液压缸第6页/共25页0.1 0.1 液压传动的工作原理液压传动的工作原理压力和
4、流量是液压传动中的两个最基本的参数1-手柄 2-小液压缸 3、4-单向阀 5-油箱 6-截止阀 7-大液压缸第7页/共25页0.2 0.2 液压传动系统组成液压传动系统组成工作原理是：液压泵3吸油腔产生真空，油箱1的油液在大气压作用下，经过过滤器2进入液压泵吸油腔，并经液压泵输出进入压力油路。当换向阀5阀芯处于图示右端位置时，压力油经阀4、阀5和管道9进入液压缸7 的左腔，推动活塞向右运动。液压缸右腔的油液经管道6、阀5和管道10流回油箱。若换向阀阀芯处于左端位置，液压缸活塞就反向运动。若换向阀阀芯停在中间位置，压力油不能进入液压缸，液压缸活塞就停止不动。改变节流阀4的开口，可以改变进入液压缸
5、的流量，从而可以控制液压缸活塞的运动速度。在这种情况下，液压泵排除的多余油液，经溢流阀11和管道12流回油箱。第8页/共25页典典型型液液压压系系统统 图图形形符符号号图图 上图所示系统图是一种半上图所示系统图是一种半结构式的工作原理图，它结构式的工作原理图，它直观性强，容易理解，但直观性强，容易理解，但绘制起来比较麻烦，系统绘制起来比较麻烦，系统元件数量越多越是如此。元件数量越多越是如此。为了简化液压与气压传动为了简化液压与气压传动系统的表示方法，通常采系统的表示方法，通常采用图形符号来绘制系统原用图形符号来绘制系统原理图。图形符号脱离了元理图。图形符号脱离了元件的具体结构，只表示元件的具体
6、结构，只表示元件的具体职能，用它表达件的具体职能，用它表达元件的作用和整个系统的元件的作用和整个系统的原理简单明了，便于绘制。原理简单明了，便于绘制。我国已制订出我国已制订出“液压与气液压与气动动”图形符号标准图形符号标准（GB/T786.193）。）。第9页/共25页液压传动系统的组成液压传动系统的组成能源装置将机械能转换为流体压力能的装置。如液压泵。执行元件将流体的压力能转换为机械能的元件。如液压缸、液压马达。控制元件控制系统压力、流量、方 向的元件。如溢流阀、节流阀、方向阀等。辅助元件保证系统正常工作除上述三种元件外的装置。如油箱、过滤器、蓄能器、管件等。第10页/共25页0.3 0.3
7、 液压传动系统优缺点液压传动系统优缺点与机械传动和电气传动比，液压传动有以下优点：(1)功率重量比大 在同等功率下，液压装置的体积小，重量轻，即功率密度大。如液压马达的体积约为同等功率电动机的12，重量约为同等功率电动机的1220。(2)工作平稳 由于体积小、重量轻、惯性小，因而启动、制动迅速，变速、换向快速无冲击，液压装置运动平稳。(3)无级调速 能在运行过程中进行无级调速，调速方便，调速范围大（可达2000：1）。第11页/共25页0.3 0.3 液压传动系统优缺点液压传动系统优缺点(4)自动控制 与电气、电子或气动控制相配合，对液体压力、流量和方向进行调节或控制，易于实现系统的远程操纵和
8、自动控制。(5)过载保护 可以方便地用压力阀控制系统的压力，从而防止过载，避免事故发生。(6)元件寿命长 液压系统中使用的介质大都为矿物油，它对液压元件产生润滑作用，因而元件寿命较长。(7)标准化、系列化和通用化 液压元件标准化、系列化和通用化程度较高，有利于缩短液压系统的设计、制造周期，降低制造成本。第12页/共25页0.3 0.3 液压传动系统优缺点液压传动系统优缺点液压传动的缺点是：(1)易出现泄漏 液压系统的油压较高，液压油容易通过密封或间隙产生泄漏，引起液压介质消耗，并引起环境污染。(2)传动效率低 液压传动在能量传递过程中，常存在较多的能量损失（压力损失和流量损失等），使传动效率较
9、低。(3)传动比不准确 由于传动介质的可压缩性、泄漏和管路弹性变形等因素影响，液压系统不能严格保证定比传动。(4)对温度敏感 油液的粘度随温度而变，粘度变化引起流量、泄漏量和阻力变化，容易引起工作机构运动不稳定。(5)制造成本高 为了减少泄漏，液压元件的制造精度要求较高，从而提高了制造成本。第13页/共25页 液压泵是液压系统的动力元件，将原动机输入的机械能转换为压液压泵是液压系统的动力元件，将原动机输入的机械能转换为压力能输出，为执行元件提供压力油。力能输出，为执行元件提供压力油。第第1 1章章 液压能源装置液压能源装置1.1 1.1 液压泵概述液压泵概述第14页/共25页以单柱塞泵为例组成
10、：偏心轮、柱塞、弹簧、缸体、两个单向阀。柱塞与缸体孔之间形成密闭容积。柱塞直径为d，偏心轮偏心距为e。偏心轮旋转一转，柱塞往复运动一次，向右运动吸油，向左运动排油。泵每转一转排出的油液体积称为排量，排量只与泵的结构参数有关。V=Sd 2/4=ed 2/2第第1 1章章 液压能源装置液压能源装置1.1 1.1 液压泵概述液压泵概述1.1.1 1.1.1 液压泵的工作原理及分类液压泵的工作原理及分类第15页/共25页液压泵正常工作的三个必备条件液压泵正常工作的三个必备条件具有密封的工作腔；密封工作腔容积大小能实现周期性的交替变化，变大时与吸油口相通，变小时与排油口相通；具有合适的配油机构能实现吸油
11、腔与压油腔不连通。第16页/共25页液压泵的种类繁多，其分类方式最常用的液压泵的种类繁多，其分类方式最常用的是按排量能否调节与按结构形式分类。按是按排量能否调节与按结构形式分类。按泵的排量能否调节可分为泵的排量能否调节可分为定量泵与变量泵定量泵与变量泵定量泵与变量泵定量泵与变量泵，如变量泵中有单作用叶片泵、径向柱塞泵如变量泵中有单作用叶片泵、径向柱塞泵与轴向柱塞泵等。按结构形式可分为与轴向柱塞泵等。按结构形式可分为齿轮齿轮齿轮齿轮泵、叶片泵和柱塞泵泵、叶片泵和柱塞泵泵、叶片泵和柱塞泵泵、叶片泵和柱塞泵等。每类泵中还有多等。每类泵中还有多种型式，例如齿轮泵有外啮合式与内啮合种型式，例如齿轮泵有外
12、啮合式与内啮合式之分，叶片泵有单作用式与双作用式之式之分，叶片泵有单作用式与双作用式之分，柱塞泵有径向式与轴向式之分。分，柱塞泵有径向式与轴向式之分。第第1 1章章 液压能源装置液压能源装置1.1 1.1 液压泵概述液压泵概述1.1.1 1.1.1 液压泵的工作原理及分类液压泵的工作原理及分类第17页/共25页液压泵的压力工作压力 p：泵工作时的出口压力，大小取决于负载。额定压力 ps：正常工作条件下按实验标准连续运转的最高压力。液压泵的排量、流量和容积效率排量V：液压泵每转一转理论上应排除的油液体积，又称为理论排量或几何排量。常用单位为cm3/r。排量的大小仅与泵的几何尺寸有关。第第1 1章
13、章 液压能源装置液压能源装置1.1 1.1 液压泵概述液压泵概述1.1.2 1.1.2 液压泵的主要性能参数液压泵的主要性能参数第18页/共25页理论流量 q t：泵在单位时间内理论上排出的油液体积，q t=n v，单位为 m3/s 或 L/min。实际流量 q：泵在单位时间内实际排出的油液体积。在泵的出口压力 0 时，因存在泄漏流量q，因此q=q t-q。额定流量 q s：泵在额定压力，额定转速下允许连续运转的流量。容积效率v：v=q/q t=（q t-q）/q t =1-q/qt=1-kl p/nV 式中 kl为泄漏系数。第19页/共25页泵的功率和效率输入功率 P i：驱动泵轴的机械功率
14、为泵的输入功率，Pi=T输出功率 Po：泵输出液压功率，P o=p q理论功率Pt：不考虑液压泵能量转换过程中损失的功率，此时其输入功率与输出功率相等，即 Pt=Tt=2nTt=pVn Tt液压泵的理论转矩。机械效率m：等于理论转矩与实际输入转矩之比 m=Tt/T总效率：=Po/P i=p q/T=vm式中m为机械效率。第20页/共25页液压泵的图形符号液压泵的图形符号第21页/共25页第第1 1章章 液压能源装置液压能源装置1.2 1.2 齿轮泵齿轮泵1.2.1 1.2.1 外啮合齿轮泵外啮合齿轮泵n 齿轮泵是利用齿轮啮合原理工齿轮泵是利用齿轮啮合原理工作的，根据啮合形式不同分为外啮作的，根
15、据啮合形式不同分为外啮合齿轮泵和内啮合齿轮泵。合齿轮泵和内啮合齿轮泵。第22页/共25页第第1 1章章 液压能源装置液压能源装置1.2 1.2 齿轮泵齿轮泵1.2.1 1.2.1 外啮合齿轮泵外啮合齿轮泵n结构组成一对几何参数完全相同的齿轮，齿宽为B，齿数为z泵体前后盖板长短轴工作原理 两啮合的轮齿将泵体、前后盖板和齿轮包围的密闭容积分成两部分，轮齿进入啮合的一侧密闭容积减小，经压油口排油，退出啮合的一侧密闭容积增大，经吸油口吸油。第23页/共25页第第1 1章章 液压能源装置液压能源装置1.2 1.2 齿轮泵齿轮泵1.2.1 1.2.1 外啮合齿轮泵外啮合齿轮泵 外啮合齿轮泵排量的精确计算应按齿轮的啮合原理来进行。工程上近似计算时，一般认为排量等于两齿轮齿槽容积之和。设齿间容积等于轮齿体积，则当齿轮齿数为z、节圆直径为D、齿宽为b、齿高为h、模数为m时，外啮合齿轮泵的排量为 V=/4(z+2)m2-(z-2)m2 b=2m2zb 第24页/共25页感谢您的观看！第25页/共25页