項目一 液壓傳動技術(shù)的認知
　　能夠掌握液壓系統(tǒng)的組成。
　　能正確描述液壓系統(tǒng)各部分的作用。
　　初步認識表示液壓系統(tǒng)元件的圖形符號。
　　掌握液壓傳動系統(tǒng)的基本原理和組成。
　　熟悉液壓傳動的優(yōu)、缺點。
　　了解液壓傳動的應(yīng)用與發(fā)展。
　　任務(wù)一　液壓傳動的工作原理及組成
　　【任務(wù)目標】
　　通過液壓千斤頂?shù)墓ぷ鬟^程掌握液壓傳動的基本工作原理；通過組合機床工作臺液壓傳動系統(tǒng)掌握液壓傳動系統(tǒng)的組成；初步認識液壓系統(tǒng)的圖形符號表示方法。
　　【任務(wù)描述】
　　觀察、使用液壓千斤頂和組合機床工作臺液壓傳動系統(tǒng)掌握液壓傳動的基本工作原理和液壓傳動系統(tǒng)的組成；通過組合機床工作臺液壓傳動系統(tǒng)圖了解液壓系統(tǒng)的圖形符號表示方法。
　　【知識與技能】
　　1. 液壓傳動的基本原理
　　液壓千斤頂是機械行業(yè)常用的工具，常用液壓千斤頂頂起較重的物體。下面以液壓千斤頂為例簡述液壓傳動的工作原理。圖1.1所示為液壓千斤頂?shù)墓ぷ髟�理。有兩個液壓缸1和6，內(nèi)部分別裝有活塞，活塞和缸體之間保持良好的配合關(guān)系，不僅活塞能在缸內(nèi)滑動，而且配合面之間又能實現(xiàn)可靠的密封。當向上抬起杠桿時，小液壓缸 1 的活塞向上運動，小液壓缸1的下腔容積增大形成局部真空，排油單向閥2關(guān)閉，油箱4的油液在大氣壓作用下經(jīng)吸油管頂開吸油單向閥3進入小液壓缸1的下腔，完成一次吸油動作。當向下壓杠桿時，小液壓缸1的活塞下移，小液壓缸1的下腔容積減小，油液受擠壓，壓力升高，關(guān)閉吸油單向閥3，小液壓缸1下腔的壓力油頂開排油單向閥2，油液經(jīng)排油管進入大液壓缸6的下腔，推動大活塞上移頂起重物。如此不斷上下扳動杠桿就可以使重物不斷升起，達到起重的目的。如杠桿停止動作，大液壓缸6下腔的油液壓力將使排油單向閥2關(guān)閉，大液壓缸6的活塞連同重物一起被自鎖不動，停止在舉升位置。如打開截止閥5，大液壓缸6的下腔通油箱，大液壓缸6的活塞將在自重作用下向下移動，迅速回復(fù)到原始位置。設(shè)液壓缸1和6的面積分別為A和A2，則液壓缸1單位面積上受到的壓力p1 = F/A1，大液壓缸6單位面積上受到的壓力p2 = W/A2。根據(jù)流體力學的帕斯卡定律：“平衡液體內(nèi)某一點的壓力值能等值地傳遞到密閉液體內(nèi)各點”，則有
　　（1-1）
　　圖1.1 液壓千斤頂工作原理
　　1—小液壓缸；2—排油單向閥；3—吸油單向閥；4—油箱；5—截止閥；6—大液壓缸
　　由液壓千斤頂?shù)墓ぷ髟�理得知，小液壓�?與單向閥2、3一起完成吸油與排油動作，將杠桿的機械能轉(zhuǎn)換為油液的壓力能輸出。大液壓缸6將油液的壓力能轉(zhuǎn)換為機械能輸出，抬起重物。有了負載作用力，才產(chǎn)生液體壓力。因此就負載和液體壓力兩者來說，負載是第一性的，壓力是第二性的。液壓傳動裝置本質(zhì)是一種能量轉(zhuǎn)換裝置。在這里液壓缸6和1組成了最簡單的液壓傳動系統(tǒng)，實現(xiàn)了力和運動的傳遞。
　　從液壓千斤頂?shù)墓ぷ鬟^程，可以歸納出液壓傳動工作原理如下。
　�。�1） 液壓傳動是以液體（液壓油）作為傳遞運動和動力的工作介質(zhì)。
　�。�2） 液壓傳動經(jīng)過兩次能量轉(zhuǎn)換，先把機械能轉(zhuǎn)換為便于輸送的液體壓力能，然后把液體壓力能轉(zhuǎn)換為機械能對外做功。
　�。�3） 液壓傳動是依靠密封容器（或密封系統(tǒng)）內(nèi)容積的變化來傳遞能量的。
　　工程機械的起重機、推土機、汽車起重機、注塑機，機床行業(yè)的組合機床的滑臺，數(shù)控車床工件的夾緊，加工中心主軸的松刀和拉刀等都應(yīng)用了液壓系統(tǒng)傳動的工作原理。
　　2. 液壓傳動系統(tǒng)的組成及符號
　　以如圖1.2所示的組合機床工作臺液壓傳動系統(tǒng)為例來說明其組成。
　　圖1.2 典型液壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理及圖形符號
　　（a） 典型液壓系統(tǒng)原理的結(jié)構(gòu)示意圖；（b） 換向閥6閥芯位置的改變；（c） 典型液壓系統(tǒng)原理的圖形符號
　　1—油箱；2—過濾器；3—液壓泵；4—溢流閥；5—流量控制閥；
　　6—換向閥；7—液壓缸；8—工作臺；9、10—管道
　　液壓泵3由電動機驅(qū)動旋轉(zhuǎn)，從油箱1中吸油，經(jīng)過濾器2后被液壓泵吸入并輸出給系統(tǒng)。當換向閥6的閥芯處于圖1.2（a）所示位置時，壓力油經(jīng)流量控制閥5、換向閥6和管道進入液壓缸7的左腔，推動活塞向右運動。液壓缸右腔的油液經(jīng)管道、換向閥6、管道9流回油箱。改變換向閥6的閥芯工作位置，使之處于左端位置時，如圖1.2（b）所示，液壓缸活塞將反向運動。
　　工作臺的移動速度是通過流量控制閥來調(diào)節(jié)的。閥口開大時，進入缸的流量較大，工作臺的速度較快；反之，工作臺的速度較慢。為適應(yīng)克服大小不同阻力的需要，泵輸出油液的壓力應(yīng)當能夠調(diào)整。工作臺低速移動時，流量控制閥開口小，泵輸出多余的油液經(jīng)溢流閥4和管道10流回油箱，調(diào)節(jié)溢流閥彈簧的預(yù)壓力，就能調(diào)節(jié)泵輸出口的油液壓力。
　　從上面的例子可以看出，液壓傳動系統(tǒng)主要由以下5個部分組成。
　�。�1） 動力元件。將機械能轉(zhuǎn)換成流體壓力能的裝置。常見的是液壓泵，為系統(tǒng)提供壓力油液，如圖1.1中的小液壓缸1。
　�。�2） 執(zhí)行元件。將流體的壓力能轉(zhuǎn)換成機械能輸出的裝置。它可以是作直線運動的液壓缸，也可以是作回轉(zhuǎn)運動的液壓馬達、擺動缸，如圖1.1中的大液壓缸6和圖1.2中的液壓缸7。
　　（3） 控制元件。對系統(tǒng)中流體的壓力、流量及流動方向進行控制和調(diào)節(jié)的裝置，以及進行信號轉(zhuǎn)換、邏輯運算和放大等功能的信號控制元件，如圖1.2中的溢流閥 4、流量控制閥5和換向閥6。
　�。�4） 輔助元件。保證系統(tǒng)正常工作所需的上述3種以外的裝置，如圖1.2中的過濾器2、油箱1和管道9、10。
　�。�5） 工作介質(zhì)。用它進行能量和信號的傳遞。液壓系統(tǒng)以液壓油液作為工作介質(zhì)。
　　圖1.2（a）和圖1.2（b）中的各個元件是半結(jié)構(gòu)式圖形畫出來的，直觀性強，易理解，但難以繪制，元件多時更是如此。在工程實際中，除某些特殊情況外，一般都用簡單的圖形符號繪制，如圖1.2（c）所示。圖形符號只表示元件的功能，不表示具體結(jié)構(gòu)和參數(shù)。我國制定的《液壓氣動圖形符號》（GB/T 786.1—2009）標準見附錄。以后每介紹一類元件，都會介紹其圖形符號，要求熟記。
　　【任務(wù)實施】
　　操作液壓千斤頂，觀察液壓千斤頂?shù)墓ぷ鬟^程和組成；操作組合機床工作臺液壓傳動系統(tǒng)，觀察組合機床工作臺液壓傳動系統(tǒng)的工作過程和組成；比較液壓千斤頂和組合機床工作臺液壓傳動系統(tǒng)的工作過程和組成，并做出總結(jié)；對液壓傳動系統(tǒng)的圖形符號標準有一個初步認識。
　　任務(wù)二 液壓系統(tǒng)元件總體布局
　　【任務(wù)目標】
　　了解液壓系統(tǒng)元件的總體布局情況；初步了解液壓系統(tǒng)元件連接的兩種形式，即集中式（液壓站）和分散式。
　　【任務(wù)描述】
　　通過觀察了解液壓系統(tǒng)元件的總體布局情況和液壓系統(tǒng)元件連接的兩種形式。
　　【知識與技能】
　　液壓系統(tǒng)元件的總體布局分為 4 個部分：執(zhí)行元件、液壓油箱、液壓泵裝置及液壓控制裝置。液壓油箱裝有空氣濾清器、濾油器、液面指示器和清洗孔等。液壓泵裝置包括不同類型的液壓泵、驅(qū)動電機及它們之間的聯(lián)軸器等。液壓控制裝置是指組成液壓系統(tǒng)的各閥類元件及其連接體。除執(zhí)行元件外，液壓系統(tǒng)元件的連接形式有集中式（液壓站）和分散式。
　　1．集中式液壓系統(tǒng)（液壓站）
　　這種形式將液壓系統(tǒng)的供油裝置、控制調(diào)節(jié)裝置獨立于主設(shè)備之外，單獨設(shè)置一個液壓站，如圖1.3所示。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是安裝維修方便，液壓裝置的振動、發(fā)熱都與主設(shè)備隔開；缺點是液壓站增加了占地面積。如組合機床、冷軋機、鍛壓機、電弧爐等一般都采用集中式。
　　2．分散式
　　這種形式將液壓系統(tǒng)的供油裝置、控制調(diào)節(jié)裝置分散在主設(shè)備的各處。例如，機床液壓系統(tǒng)床身或底座作為液壓油箱存放液壓油。要把控制調(diào)節(jié)裝置放在便于操作的地方。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)緊湊，泄漏油易回收，節(jié)省占地面積；但安裝維修不方便，同時供油裝置的振動、液壓油的發(fā)熱都將對機床的工作精度產(chǎn)生不良影響，如部分數(shù)控機床、起重機、推土機等可以移動式設(shè)備一般都采用分散式。
　　圖1.3 集中式液壓系統(tǒng)（液壓站）
　　【任務(wù)實施】
　　觀察集中式（液壓站）和分散式液壓系統(tǒng)了解液壓系統(tǒng)元件連接的兩種形式，同時進一步認識和了解液壓系統(tǒng)的組成。
　　任務(wù)三 液壓傳動的優(yōu)、缺點及應(yīng)用發(fā)展
　　【任務(wù)目標】
　　了解液壓系統(tǒng)的優(yōu)、缺點；了解液壓系統(tǒng)的應(yīng)用和發(fā)展。
　　【任務(wù)描述】
　　結(jié)合機械傳動和電力拖動系統(tǒng)進一步了解液壓傳動系統(tǒng)；結(jié)合實際情況來了解液壓傳動系統(tǒng)的應(yīng)用和發(fā)展情況。
　　【知識與技能】
　　1. 液壓傳動的優(yōu)、缺點
　　1） 液壓傳動的優(yōu)點
　　與機械傳動和電力拖動系統(tǒng)相比，液壓傳動具有以下優(yōu)點。
　　（1） 液壓元件的布置不受嚴格的空間位置限制，系統(tǒng)中各部分用管道連接，布局安裝有很大的靈活性，能構(gòu)成用其他方法難以組成的復(fù)雜系統(tǒng)。
　　（2） 可以在運行過程中實現(xiàn)大范圍的無級調(diào)速，調(diào)速范圍可達2000∶1。
　�。�3） 液壓傳動和液氣聯(lián)動傳遞運動均勻平穩(wěn)，易于實現(xiàn)快速啟動、制動以及頻繁的換向。
　�。�4） 操作控制方便、省力，易于實現(xiàn)自動控制、中遠程距離控制以及過載保護。與電氣控制、電子控制相結(jié)合，易于實現(xiàn)自動工作循環(huán)和自動過載保護。
　�。�5） 液壓元件屬機械工業(yè)基礎(chǔ)件，標準化、系列化和通用化程度較高，有利于縮短機器的設(shè)計、制造周期和降低制造成本。
　　此外，液壓傳動突出的優(yōu)點還有單位質(zhì)量輸出功率大。因為液壓傳動的動力元件可采用很高的壓力（一般可達32MPa，個別場合更高），因此，在同等輸出功率下具有體積小、質(zhì)量小、運動慣性小、動態(tài)性能好的特點。
　　2） 液壓傳動的缺點
　　液壓傳動的缺點如下。
　�。�1） 在傳動過程中，能量需經(jīng)兩次轉(zhuǎn)換，傳動效率偏低。
　�。�2） 由于傳動介質(zhì)的可壓縮性和泄漏等因素的影響，不能嚴格保證定比傳動。
　　（3） 液壓傳動性能對溫度比較敏感，不能在高溫下工作，采用石油基液壓油作傳動介質(zhì)時還需注意防火問題。
　　（4） 液壓元件制造精度高，系統(tǒng)工作過程中發(fā)生故障不易診斷。
　　總的來說，液壓傳動的優(yōu)點是主要的，其缺點將隨著科學技術(shù)的發(fā)展會不斷得到克服。例如，將液壓傳動與氣壓傳動、電力傳動、機械傳動合理地聯(lián)合使用，構(gòu)成氣液、電液（氣）、機液（氣）等聯(lián)合傳動，以進一步發(fā)揮各自的優(yōu)點，相互補充，彌補某些不足之處。
　　2. 液壓傳動技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展
　　液壓傳動相對于機械傳動來說是一門新技術(shù)，從1650年帕斯卡提出靜液壓傳遞原理，1850年英國開始將帕斯卡原理先后應(yīng)用于液壓起重機、壓力機等算起，也有二三百年的歷史了。
　　早期液壓傳動是以水作為傳動介質(zhì)，最早成功實踐用油作為傳動介質(zhì)的液壓傳動裝置是1906年應(yīng)用于艦艇上的炮塔轉(zhuǎn)位器，其后才出現(xiàn)了液壓磨床和車床，由于缺乏成熟的液壓元件，一些通用機床到20世紀30年代才用上了液壓傳動，而且還因為各搞一套標準而無法進行經(jīng)驗交流，因此限制了液壓傳動的發(fā)展與應(yīng)用。第二次世界大戰(zhàn)期間，一些兵器上使用了功率大、反應(yīng)快、動作準的液壓傳動與控制裝置，大大提高了兵器的性能，同時也大大促進了液壓技術(shù)的發(fā)展。戰(zhàn)后，隨著各種標準的不斷制定和完善，各類元件的標準化和規(guī)格化，使得液壓傳動在機械制造工業(yè)中真正推廣開來。
　　20世紀60年代后，隨著計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)、自動化技術(shù)的發(fā)展，使液壓技術(shù)發(fā)展成為包括傳動、控制、檢測在內(nèi)的一門完善的自動化技術(shù)，使它在國民經(jīng)濟的各個方面都得到了應(yīng)用。在工程機械、冶金、軍工、農(nóng)機、汽車、輕紡、船舶、石油、航空和機床行業(yè)中，液壓技術(shù)得到了普遍應(yīng)用。如今液壓傳動在某些領(lǐng)域內(nèi)發(fā)揮著不可替代的作用。例如，國外生產(chǎn)的 95%的工程機械、90%的數(shù)控加工中心、95%以上的自動化生產(chǎn)線都釆用了液壓傳動。因此液壓傳動有著現(xiàn)代工業(yè)肌肉之稱，它的普及程度已成為衡量一個國家工業(yè)發(fā)展水平的重要標志之一。
　　隨著液壓機械自動化程度的不斷提高，液壓元件應(yīng)用數(shù)量急劇增加，元件小型化、系統(tǒng)集成化是必然的發(fā)展趨勢。特別是近10年來，液壓技術(shù)與傳感技術(shù)、微電子技術(shù)密切結(jié)合，出現(xiàn)了許多機（液）電一體化元器件（如電液比例控制閥、數(shù)字閥、電液伺服液壓缸等），使液壓技術(shù)在高壓、高速、大功率、節(jié)能高效、低噪聲、使用壽命長、高度集成化等方面取得了重大進展。無疑，液壓元件和液壓系統(tǒng)的計算機輔助設(shè)計（CAD）、計算機輔助試驗（CAT）和計算機實時控制也是當前液壓技術(shù)的發(fā)展方向。
　　任務(wù)四 機床工作臺模擬液壓系統(tǒng)認知
　　【任務(wù)目標】
　　通過機床工作臺模擬液壓系統(tǒng)的觀摩和操作，對液壓系統(tǒng)認識進一步加深。
　　【任務(wù)描述】
　　先進行機床工作臺模擬液壓系統(tǒng)的觀摩，然后讓學生分組操作訓練。
　　【任務(wù)實施】
　　1. 安全注意事項
　�。�1） 液壓實訓要接觸電和高壓油，要保證實訓設(shè)備和元器件的完好性。
　　（2） 要正確地安裝和固定好元件。
　　（3） 管路要連接牢固，軟管脫出可能會引起事故。
　�。�4） 限位元件不應(yīng)放在動作桿的對面，而應(yīng)使其側(cè)面與桿接觸。
　　（5） 不得使用超過限制的工作壓力。
　　（6） 要按要求接好回路，檢查無誤后才能啟動電機。
　�。�7） 實訓現(xiàn)象（動作、結(jié)果等）不能按要求實現(xiàn)時，要仔細檢查錯誤點，認真分析產(chǎn)生錯誤的原因。
　　（8） 做液壓實訓時，在有壓力的情況下不準拆卸管子。
　�。�9） 要嚴格遵守各種安全操作規(guī)程。
　　2. 觀摩教學
　　1） 試驗臺元件的講解
　　介紹試驗臺上的元件和模擬機床工作臺液壓系統(tǒng)試驗所需的元件。
　　2） 試驗臺原理的講解
　　（1） 壓力的建立與調(diào)壓。泵的工作壓力是初學液壓氣動課程的同學難以建立起來的一個概念。通過認識溢流閥和泵，建立調(diào)壓回路，先將壓力調(diào)為零，然后慢慢地調(diào)高壓力，通過壓力表顯示壓力的變化值。
　　（2） 缸的運動方向的控制與換向。首先要使學生建立缸是如何運動起來的概念。沒有壓力油，缸是不運動的，有壓力油，如果油路不通，缸也是不運動的。只有進油路和回油路都是通暢的，壓力油進入到缸的一腔，缸的工作壓力能克服外負載，缸才能運動起來。換向是通過換向閥來實現(xiàn)的。
　　3） 機床工作臺模擬液壓系統(tǒng)動作
　　（1） 按照液壓系統(tǒng)工作原理圖，將所需元件布置在試驗臺面板上，用油管連接。
　　（2） 檢查無誤后，調(diào)松溢流閥，打開電源開關(guān)。
　�。�3） 啟動液壓泵，調(diào)溢流閥，操作換向閥，改變液壓缸的方向；改變節(jié)流閥，控制液壓缸的運動速度。
　　3. 學生操作訓練
　　將學生分成小組，按要求進行訓練，教師現(xiàn)場指導。
　　4. 總結(jié)
　　學生討論實訓中發(fā)現(xiàn)的問題，分析解決，完成實訓報告。
　　項 目 小 結(jié)
　　本項目共分為4個任務(wù)。
　　任務(wù)一，液壓傳動的工作原理及組成。本任務(wù)通過對液壓千斤頂?shù)墓ぷ鬟^程的學習，掌握液壓傳動的基本工作原理；通過對組合機床工作臺液壓傳動系統(tǒng)的學習，掌握液壓傳動系統(tǒng)的組成；初步認識液壓系統(tǒng)的圖形符號表示方法。
　　任務(wù)二，液壓系統(tǒng)元件的總體布局。通過本任務(wù)的學習，了解液壓系統(tǒng)元件的總體布局情況；初步了解液壓系統(tǒng)元件連接的兩種形式：集中式（液壓站）和分散式。
　　任務(wù)三，液壓傳動的優(yōu)、缺點及應(yīng)用發(fā)展。通過本任務(wù)的學習，了解液壓系統(tǒng)的優(yōu)、缺點；了解液壓系統(tǒng)的應(yīng)用和發(fā)展。
　　任務(wù)四，機床工作臺模擬液壓系統(tǒng)認知。通過本任務(wù)的訓練，進一步掌握液壓系統(tǒng)的組成和工作原理。
　　項 目 驅(qū) 動
　　1-1 舉例說明哪些設(shè)備采用了液壓技術(shù)。
　　1-2 什么是液壓傳動？其基本工作原理是什么？
　　1-3 液壓傳動系統(tǒng)由哪些部分組成？各部分的作用是什么？
　　1-4 與其他傳動方式相比較，液壓傳動有哪些主要優(yōu)點和缺點？
　　1-5 液壓元件在系統(tǒng)圖中是怎樣表示的？
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