液壓與氣壓傳動電子教案.doc

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教師第一次課時授課計劃（首頁） 授課對象：機(jī)電系 11級機(jī)制 專業(yè) 綜合班 科目： 液壓與氣壓傳動技術(shù) 課 題 液壓傳動系統(tǒng)的工作原理與組成 授課類型 理論課 □ 實踐課 □ 討論課 □ 習(xí)題課 □ 其他 □ 授課學(xué)時 2學(xué)時 教學(xué)方法 講授法 + 演示法+操作法 教學(xué)準(zhǔn)備 教案、PPT 作業(yè)布置 教學(xué)目的與要求 1、 掌握液壓傳動的工作原理 2、 掌握液壓傳動系統(tǒng)的組成 教學(xué)重點難點 重點：掌握液壓傳動系統(tǒng)的組成 教學(xué)過程 一、液壓傳動系統(tǒng)的工作原理 液壓傳動是以液體為工作介質(zhì)，并以壓力能進(jìn)行動力（或能量）傳遞、轉(zhuǎn)換與控制的液體傳動?，F(xiàn)以以圖1—1液壓千斤頂為例，說明液壓傳動系統(tǒng)的工作原理。 提起杠桿1，活塞3上升，小油缸2下腔的工作容積增大，形成局部真空，于是油箱8中的油液在大氣壓力的作用下，推開單向閥4進(jìn)入油缸2的下腔（此時單向閥7關(guān)閉）；當(dāng)壓下杠桿1時，活塞3下降，油缸2下腔的容積縮小，油液的壓力升高，打開單向閥7（此時單向閥4關(guān)閉），油缸2下腔的油液進(jìn)入工作缸12的下腔（此時截止閥9關(guān)閉），使活塞11向上運動，將重物頂起一段距離。如此反復(fù)提壓杠桿1，就可以使重物不斷上升，達(dá)到頂起重物的目的。工作完畢，打開截止閥9，使大油缸12下腔的油液通過管路直接流回油箱，活塞11在外力和自重的作用下實現(xiàn)回程。這就是液壓千斤頂?shù)墓ぷ髟怼? 參考資料 《液壓與氣壓傳動技術(shù)》 肖瓏 西安電子科技出版社出版社 .2008. 《液壓與氣壓傳動》（第2版） 萬會雄 高等教育出版社.2008. 教學(xué)后記 圖1-1 液壓千斤頂工作原理圖 液壓傳動的基本工作原理如下： （1）液壓傳動的液體為傳遞能量的工作介質(zhì)； （2）液壓傳動必須在密閉的系統(tǒng)中進(jìn)行，且密封的容積必須發(fā)生變化； （3）液壓傳動系統(tǒng)使一種能量轉(zhuǎn)換裝置，而且有兩次能量轉(zhuǎn)換過程； （4）工作液體只能承受壓力，不能承受其它應(yīng)力，所以這種傳動是通過靜壓力進(jìn)行能量傳遞的。 二、液壓傳動裝置的組成 1. 機(jī)床工作臺液壓系統(tǒng)的工作過程 圖1—2為機(jī)床工作臺液壓系統(tǒng)示意圖。當(dāng)液壓泵3由電動機(jī)驅(qū)動旋轉(zhuǎn)時，從油箱1經(jīng)過過濾器2吸油。經(jīng)換向閥7和管路11進(jìn)入液壓缸9的左腔，推動活塞桿及工作臺10向右運動。液壓缸9右腔的油液經(jīng)管路8、閥7和管路6、4排回油箱，通過扳動換向手柄切換閥7的閥芯，使之處于左端工作位置，則液壓缸活塞反向運動；切換閥7的閥芯工作位置，使其處于中間位置，則液壓缸9在任意位置停止運動。 圖1—2機(jī)床工作臺液壓系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)示意圖 2. 液壓傳動裝置的組成 從機(jī)床工作臺液壓系統(tǒng)的工作過程可以看出，一個完整的、能夠正常工作的液壓系統(tǒng)，應(yīng)該由以下幾個主要部分組成： （1）動力元件 供給液壓系統(tǒng)壓力油，把原動機(jī)的機(jī)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(jī)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(dá)。 （3）控制調(diào)節(jié)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)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，包括液壓油或其它合成液體，它直接影響液壓系統(tǒng)的工作性能。液壓系統(tǒng)中各元件之間的關(guān)系如圖1-3所示： 圖1-3液壓系統(tǒng)元件圖 三、液壓傳動系統(tǒng)的圖形符號 為了便于閱讀、分析、設(shè)計和繪制液壓系統(tǒng)，工程實際中，國內(nèi)外都采用液壓元件的圖形符號來表示。按照規(guī)定，這些圖形符號只表示元件的功能，不表示元件的結(jié)構(gòu)和參數(shù)，并以元件的靜止?fàn)顟B(tài)或零位狀態(tài)來表示。若液壓元件無法用圖形符號表述時，仍允許采用半結(jié)構(gòu)原理圖表示。我國制訂有液壓與氣動元件圖形符號標(biāo)準(zhǔn)GB/T786.1—1993《液壓氣動圖形符號》，在液壓系統(tǒng)設(shè)計中，要嚴(yán)格執(zhí)行這一標(biāo)準(zhǔn)。 教師第二次課時授課計劃（首頁） 授課對象：機(jī)電系 11級機(jī)制 專業(yè) 綜合班 科目： 液壓與氣壓傳動技術(shù) 課 題 液壓傳動的特點 授課類型 理論課 □ 實踐課 □ 討論課 □ 習(xí)題課 □ 其他 □ 授課學(xué)時 1學(xué)時 教學(xué)方法 講授法 + 演示法+操作法 教學(xué)準(zhǔn)備 教案、PPT 作業(yè)布置 教學(xué)目的與要求 目的：了解液壓傳動的特點 教學(xué)重點難點 重點： 液壓傳動與機(jī)械傳動、電氣傳動相比較的特點 教學(xué)過程 一、液壓傳動的優(yōu)點 1. 液壓傳動的各種元件，可根據(jù)需要方便、靈活地布置； 2. 單位功率的重量輕，體積小，傳動慣性小，反應(yīng)速度快； 3. 液壓傳動裝置的控制調(diào)節(jié)比較簡單，操縱方便、省力，可實現(xiàn)大范圍的無級調(diào)速（調(diào)速比可達(dá)2000），當(dāng)機(jī)、電、液配合使用時，易于實現(xiàn)自動化工作循環(huán)； 4. 能比較方便地實現(xiàn)系統(tǒng)的自動過載保護(hù)； 5. 一般采用礦物油為工作介質(zhì)，完成相對運動部件潤滑，能延長零部件使用壽命； 參考資料 《液壓與氣壓傳動技術(shù)》 肖瓏 西安電子科技出版社出版社 .2008. 《液壓與氣壓傳動》（第2版） 萬會雄 高等教育出版社.2008. 教學(xué)后記 二、液壓傳動的主要缺點 1. 由于液體流動的阻力損失和泄漏較大，所以效率較低。如果處理不當(dāng)，泄漏不僅污染場地，而且還可能引起火災(zāi)和爆炸事故； 2. 工作性能易受溫度變化的影響，因此不宜在很高的溫度或者很低的溫度條件下工作； 3. 液壓元件的制造精度要求很高，因而價格較貴； 4. 由于液體介質(zhì)的泄露及可壓縮性，不能得到嚴(yán)格的定比傳動；液壓傳動出故障時不易找出原因，要求具有較高的使用和維護(hù)技術(shù)水平。 5. 在高壓、高速、大流量的環(huán)境下，液壓元件和液壓系統(tǒng)的噪音較大。 教師第3次課時授課計劃（首頁） 授課對象：機(jī)電系 11級機(jī)制 專業(yè) 綜合班 科目： 液壓與氣壓傳動技術(shù) 課 題 液壓系統(tǒng)的工作介質(zhì) 授課類型 理論課 □ 實踐課 □ 討論課 □ 習(xí)題課 □ 其他 □ 授課學(xué)時 6學(xué)時 教學(xué)方法 講授法 + 演示法+操作法 教學(xué)準(zhǔn)備 教案、PPT 作業(yè)布置 教學(xué)目的與要求 1、 掌握液壓油的特性 2、 掌握液壓油的類型、選擇和使用 3、 了解液壓油的污染與防護(hù) 教學(xué)重點難點 重點：掌握液壓油的類型、選擇和使用 教學(xué)過程 一、液壓油的特性 （一）液壓油液的物理特性 1．密度和重度 單位體積液體的質(zhì)量稱為密度，通常用符號“ρ”表示，即 ρ= m/V （2-1） 單位體積液體的重量稱為重度，通常用符號“γ”表示，即 γ= G/V （2-2） 2．黏性和黏度 （1）黏性 液體在外力作用下流動時，液體分子間互相吸引的內(nèi)聚力阻礙其分子之間相對運動，而在液體內(nèi)部產(chǎn)生一種內(nèi)摩擦力的現(xiàn)象，稱為液體的黏性。但是，靜止液體不呈現(xiàn)黏性。黏性是液體的重要物理性質(zhì)，也是選擇液壓油的主要依據(jù)之一。 參考資料 《液壓與氣壓傳動技術(shù)》 肖瓏 西安電子科技出版社出版社 .2008. 《液壓與氣壓傳動》（第2版） 萬會雄 高等教育出版社.2008. 教學(xué)后記 液體流動時，由于液體的黏性以及液體和固體壁面間的附著力，會使液體內(nèi)部各液層間的流動速度大小不同。如圖2-1所示，兩平行平板間充滿液體，下平板固定，上平板以速度u0向右平移。由于黏性和附著力的作用，緊貼上平板表面的這層流體將與上平板以相同的速度u0向右運動，緊貼下平板表面的這層流體則保持不動，而中間各層流體的運動速度則根據(jù)它與下平板間的距離大小呈線性規(guī)律分布。這種流動可以看成是許多無限薄的流體層在運動，當(dāng)運動較快的流體層在運動較慢的流體層上滑過時，兩流體層間由于黏性就產(chǎn)生內(nèi)摩擦力的作用。根據(jù)實際測定的數(shù)據(jù)所知，相鄰兩流體層間的內(nèi)摩擦力Ff與流體層的接觸面積A及流體層的相對流速du成正比，而與此二流體層間的距離dy成反比， 即： （2）黏度 液體黏性的大小用黏度來衡量。工程中黏度的表示方法有以下幾種： ①.動力黏度 液體的動力黏度又稱絕對黏度，它直接表示流體的黏性即內(nèi)摩擦力的大小，用動符號“μ”表示。 動力黏度μ的物理意義上是：液體在單位速度梯度下流動時，單位面積上產(chǎn)生的內(nèi)摩擦力。 即： ②.運動黏度 液體的運動黏度是其絕對黏度μ與密度ρ的比值，用符號“v”表示。 即 ③.相對黏度 相對黏度又稱條件黏度。它是以相對于蒸餾水的黏性的大小來表示某種液體的黏度，并采用特定的黏度計在規(guī)定的條件下測得。由于測量條件不同，各國采用的相對黏度也有所不同。美國采用賽氏黏度，英國采用雷氏黏度，我國、德國和俄羅斯均采用恩氏黏度。 恩氏黏度采用圖2-2所示的恩氏黏度計測定 3．可壓縮性 液體因所受壓力增大而發(fā)生體積縮小的性質(zhì)稱為液體的可壓縮性，用體積壓縮系數(shù)k表示。其物理意義是單位壓力變化下的液體體積相對變化量， 液體體積壓縮系數(shù)k的倒數(shù)稱為體積彈性模量K，即 （二）黏度與壓力的關(guān)系 液體所受的壓力增加時，其分子間的距離將減小，其內(nèi)聚力增加，黏度也隨之增大。液體的黏度與壓力的關(guān)系可表示為 由上式可知，對于液壓油，在中低壓液壓系統(tǒng)內(nèi)，壓力變化很小，因而對黏度影響較小，可以忽略不計；當(dāng)壓力較高（大于10MPa）或壓力變化較大時，則需要考慮壓力對黏度的影響。 三）黏度與溫度的關(guān)系 黏度對溫度的變化是十分敏感的，當(dāng)溫度升高時，液體分子間的內(nèi)聚力減小，黏度就隨之降低，這一特性稱為黏溫特性。 不同種類的液壓油有不同的黏溫特性，圖2-3所示為幾種典型液壓油的黏溫特性曲線圖。 對于一般常用的液壓油，當(dāng)運動粘度不超過76mm2/s，溫度在30～150℃范圍內(nèi)時，可用下述近似公式計算其溫度為t℃的運動粘度，即 二、液壓油的類型、選擇與使用 1. 對液壓傳動工作介質(zhì)的要求 在液壓傳動系統(tǒng)中，液壓油既是用來傳遞能量的工作介質(zhì)，還起著潤滑運動部件和保護(hù)金屬不被銹蝕的作用，因此對其有較高的要求。具體要求大致可概括如下： （1）適宜的黏度和良好的黏溫性能 （2）良好的潤滑性能。 （3）良好的化學(xué)穩(wěn)定性。 （4）質(zhì)地純凈、不含腐蝕性物質(zhì)等雜質(zhì)。 （5）抗泡沫性和抗乳化性好，對金屬和密封件材料具有良好的相容性。 （6）比熱容和熱傳導(dǎo)率大，熱膨脹系數(shù)小。 （7）流動點和凝固點低，閃點和燃點高。 （8）對人畜無害，價格低廉。 （9）可濾性好，即液壓油液中的顆粒污染物容易通過濾網(wǎng)過濾，以保證較高的清潔度。 2. 液壓油的類型 液壓油的品種很多，主要可分為三大類：礦油型、合成型和乳化型液壓油。 礦油型液壓油是以機(jī)械油為原料，經(jīng)精煉后按需要加入適當(dāng)添加劑而成的液壓油。這類液壓油在液壓系統(tǒng)中最常用，各項性能都優(yōu)于其他品種，潤滑性能好，但抗燃性較差。 3．液壓油的選擇和使用 面進(jìn)行選用液壓油品種和黏度。 （1）根據(jù)工作機(jī)械的不同要求選用 精密機(jī)械與一般機(jī)械對黏度要求不同。為了避免溫度升高而引起機(jī)件變形，影響工作精度，精密機(jī)械宜采用較低黏度的液壓油。例如機(jī)床的液壓伺服系統(tǒng)，為保證伺服機(jī)構(gòu)動作靈敏性，宜采用黏度較低的液壓油。 （2）根據(jù)液壓泵的類型選用 液壓泵的類型較多，如齒輪泵、葉片泵、柱塞泵等，它是液壓系統(tǒng)的重要元件，在系統(tǒng)中它的運動速度、壓力和溫度都較高，工作時間又長，因而對黏度要求較嚴(yán)格，所以選擇黏度時應(yīng)先考慮到液壓泵的類型。在一般情況下，可將液壓泵要求液壓油的黏度作為選擇液壓油的基準(zhǔn)，如表2-3所示。 表2-3 按液壓泵類型推薦選用的液壓油的黏度 （3）根據(jù)液壓系統(tǒng)的工作壓力選用 通常，當(dāng)工作壓力較高時，宜采用黏度較高的液壓油，以免系統(tǒng)泄漏過多，效率過低；當(dāng)工作壓力較低時，宜采用黏度較低的液壓油，這樣可以減少壓力損失，如表2-4所示。 （4）根據(jù)液壓系統(tǒng)的環(huán)境溫度選用 礦物油的黏度由于溫度的影響變化很大，為保證在工作溫度時有較適宜的黏度，還必須考慮周圍環(huán)境溫度的影響。當(dāng)周圍溫度高時，宜采用黏度較高的液壓油；當(dāng)周圍溫度低時，宜采用黏度較低的液壓油，如表2-4所示。 表2-4 根據(jù)工作環(huán)境和使用工況選擇液壓油的品種 （5）根據(jù)工作部件的運動速度選用 當(dāng)液壓系統(tǒng)中工作部件的運動速度很高時，液壓油液的流速也高，液壓損失隨著增大，而泄漏相對減少，因此宜用黏度較低的液壓油液；反之，當(dāng)液壓系統(tǒng)中工作部件的運動速度較低時，每分鐘所需的液壓油量很小，泄漏相對較大，對系統(tǒng)的運動速度影響也較大，所以宜選用黏度較高的液壓油液。 三、液壓油的污染與防護(hù) 液壓油是否清潔，不僅影響液壓系統(tǒng)的工作性能和液壓元件的使用壽命，而且直接關(guān)系到液壓系統(tǒng)是否能正常工作。液壓系統(tǒng)多數(shù)故障與液壓油受到污染有關(guān)，因此控制液壓油的污染是十分重要的。 1.液壓油被污染的原因 (1)液壓系統(tǒng)的管道及液壓元件內(nèi)的型砂、切屑、磨料、焊渣、銹片、灰塵等污垢在系統(tǒng)使用前、沖洗時未被洗干凈，在液壓系統(tǒng)工作時，這些污垢就進(jìn)入到液壓油里。 (2)外界的灰塵、砂粒等，在液壓系統(tǒng)工作過程中，通過往復(fù)伸縮的活塞桿、流回油箱的漏油等進(jìn)入液壓油里。另外在檢修時，稍不注意也會使灰塵、棉絨等進(jìn)入液壓油里。 (3)液壓系統(tǒng)本身也不斷地產(chǎn)生污垢，而直接進(jìn)入液壓油里，如金屬和密封材料的磨損顆粒，過濾材料脫落的顆?；蚶w維及油液因油溫升高氧化變質(zhì)而生成的膠狀物等。 2.液壓油污染的危害 液壓油污染嚴(yán)重時，直接影響液壓系統(tǒng)的工作性能，使液壓系統(tǒng)經(jīng)常發(fā)生故障，使液壓元件壽命縮短。造成這些危害的原因主要是污垢中的顆粒。對于液壓元件來說，由于這些固體顆粒進(jìn)入到元件里，會使元件的滑動部分磨損加劇，并可能堵塞液壓元件里的節(jié)流孔、阻尼孔，或使閥芯卡死，從而造成液壓系統(tǒng)的故障。水分和空氣的混入使液壓油的潤滑能力降低并使它加速氧化變質(zhì)，產(chǎn)生氣蝕，使液壓元件加速腐蝕，使液壓系統(tǒng)出現(xiàn)振動、爬行等。 3.防止液壓油污染的措施 (1)使液壓油在使用前保持清潔。 (2)使液壓系統(tǒng)在裝配后、運轉(zhuǎn)前保持清潔。 (3)使液壓油在工作中保持清潔。 (4)采用合適的濾油器。 (5)定期更換液壓油。更換新油前，油箱必須先清洗一次，系統(tǒng)較臟時，可用煤油清洗，排盡后注入新油。 (6)控制液壓油的工作溫度。 教師第4次課時授課計劃（首頁） 授課對象：機(jī)電系 11級機(jī)制 專業(yè) 綜合班 科目： 液壓與氣壓傳動技術(shù) 課 題 液壓流體靜力學(xué) 授課類型 理論課 □ 實踐課 □ 討論課 □ 習(xí)題課 □ 其他 □ 授課學(xué)時 2學(xué)時 教學(xué)方法 講授法 + 演示法+操作法 教學(xué)準(zhǔn)備 教案、PPT 作業(yè)布置 教學(xué)目的與要求 1、 掌握液體靜力學(xué)及其特征 2、 掌握液體靜力學(xué)的基本方程 3、 掌握壓力表示方法 教學(xué)重點難點 重點：1、掌握帕斯卡原理 2、能夠計算液體靜力學(xué)壓力對固體壁面的總作用力 教學(xué)過程 一、液體靜力學(xué)及其特性 1. 液體靜壓力 作用在液體上的力有兩種類型：一種是質(zhì)量力，另一種是表面力。 質(zhì)量力作用在液體所有質(zhì)點上，它的大小與質(zhì)量成正比，屬于這種力的有重力、慣性力等。單位質(zhì)量液體受到的質(zhì)量力稱為單位質(zhì)量力，在數(shù)值上等于重力加速度。 靜止液體單位面積上所受的法向力稱為液體靜壓力，簡稱壓力，用符號“p”表示。在物理學(xué)中液體靜壓力稱為壓強(qiáng)。即 參考資料 《液壓與氣壓傳動技術(shù)》 肖瓏 西安電子科技出版社出版社 .2008. 《液壓與氣壓傳動》（第2版） 萬會雄 高等教育出版社.2008. 教學(xué)后記 2. 液體靜壓力的特性 (1)液體靜壓力沿著內(nèi)法線方向作用于其承壓面，即靜止液體承受的只時是法向壓力，而不承受剪切力和拉力。 (2)靜止液體內(nèi)任一點所受到的靜壓力在各個方向都相等。 二、液體靜壓力基本方程 如圖2-5所示，密度為ρ的液體在容器內(nèi)處于靜止?fàn)顟B(tài)，作用在液體液面上的壓力為p0。為了求得液體中距離液面深度為h的任意一點A的壓力p，可以假想從液面往下切取高度為h、底面積為dA的一個小液柱為研究對象。這個液柱在重力及周圍液體的作用下處于平衡狀態(tài)，作用于液柱上的各作用力在各方向都呈平衡。小液柱頂面上所受的作用力為p0dA(方向向下)，小液柱本身的重力Ｇ＝ρghdA(方向向下)，小液柱底面所受的作用力為pdA(方向向上)，則小液柱在Z方向的平衡方程為 pdA=p0dA+ρghdA 化簡后得 p=p0＋ρgh 圖2-5靜壓力的分布規(guī)律 三、壓力的表示方法 液壓系統(tǒng)中的壓力就是指壓強(qiáng)，液體壓力通常有絕對壓力、相對壓力(表壓力)、真空度三種表示方法。 絕對壓力、相對壓力(表壓力)和真空度的關(guān)系如圖2-6所示。 由圖2-6可知，絕對壓力總是正值，相對壓力（表壓力）則可正可負(fù)，負(fù)的相對壓力（表壓力）就是真空度，如真空度為0.4大氣壓，其相對壓力（表壓力）為-0.4大氣壓。根據(jù)上述歸納如下： (1)絕對壓力＝大氣壓力+相對壓力（表壓力） (2)相對壓力（表壓力）＝絕對壓力-大氣壓力 (3)真空度＝大氣壓力-絕對壓力 圖2-6 絕對壓力、相對壓力和真空度 四、帕斯卡原理 密封容器內(nèi)的靜止液體，當(dāng)邊界上的壓力p0發(fā)生變化時，例如增加Δp，則容器內(nèi)任意一點的壓力將增加同一數(shù)值Δp0也就是說，在密封容器內(nèi)施加于靜止液體任一點的壓力將以等值傳遞到液體各點。這就是帕斯卡原理或靜壓傳遞原理。 五、液體靜壓力對固體壁面的總作用力 1. 液體靜壓力作用在平面上的總作用力 承受壓力作用的表面為平面時，液體作用于該平面上各點壓力的方向是互相平行、大小相等。所以液體對該平面的總作用力F等于液體的壓力p與受壓平面面積A的乘積， 即： 2. 液體靜壓力作用在曲面上的總作用力 當(dāng)承受壓力作用的表面為曲面時，由于液體作用于該曲面上各點壓力總是垂直于曲面，所以作用在曲面上各點的作用力不平行但大小相等。要計算液體靜壓力作用在曲面上的總作用力，必須明確要計算哪個方向上的力。 教師第5次課時授課計劃（首頁） 授課對象：機(jī)電系 11級機(jī)制 專業(yè) 綜合班 科目： 液壓與氣壓傳動技術(shù) 課 題 液壓流體動力學(xué) 授課類型 理論課 □ 實踐課 □ 討論課 □ 習(xí)題課 □ 其他 □ 授課學(xué)時 4學(xué)時 教學(xué)方法 講授法 + 演示法+操作法 教學(xué)準(zhǔn)備 教案、PPT 作業(yè)布置 教學(xué)目的與要求 1、 掌握液壓流體動力學(xué)中的連續(xù)性方程 2、 掌握液壓流體動力學(xué)中的伯努利方程 3、 掌握液壓流體動力學(xué)中的動量方程 教學(xué)重點難點 重點：會利用液壓動力學(xué)解決實際問題 教學(xué)過程 一、 基本概念 1．理想液體和恒定流動 由于液體實際流動時，不僅具有黏性，而且在壓力變化時體積會發(fā)生變化，因此研究液體流動時的運動規(guī)律必須考慮其黏性和可壓縮性，從而使我們對流動液體的研究變得非常困難。因此，我們引入理想液體的概念。理想液體就是指既無黏性又不可壓縮的液體。首先對理想液體進(jìn)行研究，然后再通過實驗驗證的方法對所得的結(jié)論進(jìn)行補充和修正。這樣，不僅使問題簡單化，而且得到的結(jié)論在實際應(yīng)用中具有足夠的精確性。我們把既具有粘性又可壓縮的液體稱為實際液體。 液體流動時，若液體中任一點的壓力、速度及密度都不隨時間而變化，則稱液體的這種運動稱為恒定流動或定常流動。但只要壓力、速度及密度中有一個隨時間而變化，則液體流動就是非恒定流動或非定常流動。如圖2-11所示，圖a為恒定流動，圖b為非恒定流動。 參考資料 《液壓與氣壓傳動技術(shù)》 肖瓏 西安電子科技出版社出版社 .2008. 《液壓與氣壓傳動》（第2版） 萬會雄 高等教育出版社.2008. 教學(xué)后記 圖2-11 恒定流動與非恒定流動 (a)恒定流動 (b)非恒定流動 2．通流截面、平均流速和流量 ①通流截面 液體流動時，垂直于液體流動方向的截面稱為通流截面或過流斷面。通流截面可能是平面，也可能是曲面。如圖2-12所示，截面A－A和截面B－B均為通流截面。 圖2-12 流動液體的通流截面 ②流量 單位時間內(nèi)通過某一通流截面液體的體積稱為體積流量，簡稱流量 ③平均流速 在實際液體流動中，由于黏性內(nèi)摩擦力的作用，通流截面上各點的流速并不相等，因此引入平均流速的概念。即可認(rèn)為通流截面上各點的流速均為平均流速，用v來表示 二、 連續(xù)性方程 質(zhì)量守恒是自然界的客觀規(guī)律，不可壓縮的液體在作恒定流動的過程中同樣遵守質(zhì)量守恒定律。連續(xù)性方程是質(zhì)量守恒定律在液壓流體動力學(xué)中的一種數(shù)學(xué)表達(dá)形式。 如圖2-15 所示，任取一流管，兩端通流截面為A1、A2，在流管中取一微小流束，流速兩端的截面面積分別為dA1和dA2，在同一微小截面上各點的流速可認(rèn)為是相等的且分別為u1，u2。根據(jù)質(zhì)量守恒定律，在dt 時間內(nèi)流入液體的質(zhì)量應(yīng)恒等于流出液體的質(zhì)量，即 圖2-15 連續(xù)性方程示意圖 ρu1dA1dt = ρu2dA2dt 化簡得 u1dA1= u2dA2 對于整個流管，則有 即 q1＝q2 如用流管兩通流截面A1和A2上的平均流速v1和v2表示，則有 v1A1=v2A2 由于兩通流截面是任意取的，則有 q=vA=常數(shù) （2-20） 式（2-20）稱液體流動的連續(xù)性方程，它表明在恒定流動的條件下，流過各個通流截面上的液體流量是相等的（即流量是連續(xù)的），它是質(zhì)量守恒定律的具體體現(xiàn)。 三、伯努利方程 1. 理想液體的伯努利方程 假定理想液體在如圖2-16 所示的管道中恒定流動，密度為ρ、質(zhì)量為m、體積為V的液體流過該管任意兩個通流截面1－1和2－2。假設(shè)兩通流截面處的中心高度分別為Z1、Z2，壓力分別為p1、p2，平均流速分別為v1、v2。若在很短的時間內(nèi)，液體通過兩通流截面的距離分別為dS1和dS2，則液體在兩通流截面處具有的能量為 圖2-16 理想液體伯努利方程的推導(dǎo)示意圖 通流截面1－1 通流截面2－2 壓力能 位 能 mgZ1 mgZ2 動 能 流動液體的能量因為也遵守能量守恒定律，因而有 化簡后得 或 式（2-22）或（2-23）稱為理想液體的伯努利方程，也稱為理想液體的能量方程。式中為單位質(zhì)量液體所具有的壓力能，稱為比壓能，也叫作壓力水頭；Z為單位質(zhì)量液體所具有的勢能，稱為比位能，也叫作位置水頭；為單位質(zhì)量液體所具有的動能，稱為比動能，也叫作速度水頭，它們的單位都為長度量綱。 伯努利方程的物理意義為：在密封管道內(nèi)作恒定流動的理想液體具有三種形成的能量（即壓力能、勢能和動能），在沿管道流動的過程中，三種能量之間可以相互轉(zhuǎn)換，但是在管道任意一個通流截面處三種能量的總和是一個恒定的常量。 2. 實際液體的伯努利方程 實際液體在管道內(nèi)流動時，由于液體存在著黏性，會使液體與固壁間及液體質(zhì)點間產(chǎn)生摩擦力，從而消耗能量；同時，管道局部形狀和尺寸的變化，會使液體產(chǎn)生擾動從而也消耗能量。因此，實際液體流動時存在能量損失， 假設(shè)圖2-16中液體從通流截面1－1流到通流截面2-2的能量損失用hw表示，其單位也為長度量綱。 根據(jù)能量守恒定律，在考慮能量損失hw，并引進(jìn)動能修正系數(shù)α后，實際液體的伯努利方程為 四、 動量方程 動量方程可用來計算流動液體作用于限制其流動的固體壁面上的總作用力。根據(jù)理論力學(xué)中的動量定理：作用在物體上全部外力的矢量和應(yīng)等于物體動量的變化率。 即： 流動液體的動量方程 流動液體的動量方程式（2-26）表明，作用在液體控制體積上的外力總和，等于單位時間內(nèi)流出控制表面與流入控制表面的液體動量之差。該式為矢量表達(dá)式，在應(yīng)用時應(yīng)根據(jù)具體要求，向指定方向投影，求得該方向的分量。顯然，根據(jù)牛頓第三定律，液體也以同樣大小的力作用在使其流速發(fā)生變化的物體上。因而可應(yīng)用動量方程計算液流作用在固體壁面上的總作用力。 教師第25次課時授課計劃（首頁） 授課對象：機(jī)電系 11級機(jī)制 專業(yè) 綜合班 科目： 液壓與氣壓傳動技術(shù) 課 題 液壓控制閥 授課類型 理論課 □ 實踐課 □ 討論課 □ 習(xí)題課 □ 其他 □ 授課學(xué)時 6學(xué)時 教學(xué)方法 講授法 + 演示法+操作法 教學(xué)準(zhǔn)備 教案、PPT 作業(yè)布置 教學(xué)目的與要求 1、了解控制閥的作用、分類。 2、掌握方向控制閥、壓力控制閥、流量控制閥的工作原理。 3、掌握液壓控制閥的符號含義及結(jié)構(gòu)形式。 4、熟悉控制閥在液壓系統(tǒng)中的應(yīng)用。 教學(xué)重點難點 重點：熟悉控制閥的工作原理及在系統(tǒng)中的應(yīng)用。 教學(xué)過程 1、控制閥的作用及分類 一、液壓控制閥的作用 液壓控制閥(簡稱液壓閥)是液壓系統(tǒng)中的控制元件，用來控制液壓系統(tǒng)中流體的壓力、流量及流動方向，以滿足液壓缸、液壓馬達(dá)等執(zhí)行元件不同的動作要求，它是直接影響液壓系統(tǒng)工作過程和工作特性的重要元器件。 二、液壓控制閥的分類 液壓閥的分類方法很多，以至于同一種閥在不同的場合，因其著眼點不同而有不同的名稱。下面介紹幾種不同的分類方法。 1.按機(jī)能分 壓力控制閥、方向控制閥、流量控制閥 2.按操作方式分 手動閥、機(jī)動閥、電動閥 3.按連接方式分 管式連接、板式及疊加式連接、插裝式連接 參考資料 《液壓與氣壓傳動技術(shù)》 肖瓏 西安電子科技出版社出版社 .2008. 《液壓與氣壓傳動》（第2版） 萬會雄 高等教育出版社.2008. 教學(xué)后記 三、液壓控制閥的性能參數(shù)及對閥的要求 1.閥的性能參數(shù)是評定選用液壓閥的依據(jù)。各種不同的液壓閥有不同的性能參數(shù)，其共同的性能參數(shù)如下： （1）公稱通徑 公稱通徑代表閥的通流能力的大小，對應(yīng)于閥的額定流量。與閥進(jìn)、出油口相連接的油管規(guī)格應(yīng)與閥的通徑相一致。 （2）額定壓力 額定壓力是液壓閥長期工作所允許的最高工作壓力。對于壓力控制閥實際最高工作壓力有時還與閥的調(diào)壓范圍有關(guān)。 2.液壓系統(tǒng)對閥的基本要求如下： （1）動作靈敏，沖擊和振動小、壓力損失少、密封性能好。 （2）結(jié)構(gòu)緊湊，安裝、調(diào)整、維護(hù)方便，通用性能好。 方向控制閥 方向控制閥就是用以控制液壓系統(tǒng)中液壓油流動的方向或液流的通斷，從而控制執(zhí)行元件的啟動、停止或換向的元件。它分為單向閥和換向閥兩類。 一、單向閥 1. 單向閥的結(jié)構(gòu)及工作原理 （1）普通單向閥 普通單向閥就是只允許油液朝某一方向流動，而反向截止。液壓系統(tǒng)對單向閥的主要性能要求是：油液通過時壓力損失要小，反向截止密封性要好，動作要靈敏。單向閥分為管式和板式兩種連接方式。圖5-1為一種管式直通單向閥的結(jié)構(gòu) 板式連接單向閥的工作原理與管式單向閥相同，只是將進(jìn)、出油口開在底平面上，用螺釘把閥體固定在連接板上。 單向閥中的彈簧主要是用來克服閥芯的摩擦阻力和慣性力。為了使單向閥工作靈敏可靠，普通單向閥的彈簧剛性較小，以免油液流動時產(chǎn)生較大壓力降。 （2）液控單向閥 如圖5-2（a）所示是液控單向閥的結(jié)構(gòu)。 2. 單向閥的應(yīng)用 圖5-3是采用液控單向閥組成的液壓鎖緊回路。當(dāng)換向閥處于右位時，壓力油經(jīng)閥1進(jìn)入液壓缸左腔，同時壓力油亦進(jìn)入單向閥2的控制口K，打開閥2，使活塞右行，液壓缸右腔的壓力油經(jīng)閥2和換向閥流回油箱；反之活塞向左運動。當(dāng)換向閥處于中位時，因閥的中位為Y（H型也行），所以閥1和閥2能立即關(guān)閉，活塞停止運動并雙向鎖緊。由于液控單向閥的閥芯一般為錐閥芯，密封性能好，常用于執(zhí)行元件需要長時間保壓、鎖緊的情況下，也常用于防止立式液壓缸停止運動時因自重而下滑以及速度換接回路中。 單向閥安裝在泵的出口，防止油液由于系統(tǒng)壓力突然升高倒流損壞油泵；單向閥放置在回油路上時，可作背壓閥使用，但要更換單向閥的彈簧，使其壓力達(dá)到0.2～0.6MPa。 3. 單向閥的常見故障及排除 單向閥的常見故障及排除間表5-1. 二、換向閥 1. 換向閥的分類和圖形符號 換向閥是利用閥芯相對于閥體的相對運動，使油路接通、斷開或變換液壓油的流動方向，從而使液壓執(zhí)行元件啟動、停止或改變運動方向。 換向閥的分類如下： 按照換向閥的結(jié)構(gòu)形式可分為：滑閥式、轉(zhuǎn)閥式、球閥式和錐閥式。 按照換向閥的操縱方式可分為：手動、機(jī)動、電磁控制、液動、電液動換向閥，其操縱符號如圖5—4所示。 3. 單向閥的常見故障及排除 單向閥的常見故障及排除間表5-1. 二、換向閥 1. 換向閥的分類和圖形符號 換向閥是利用閥芯相對于閥體的相對運動，使油路接通、斷開或變換液壓油的流動方向，從而使液壓執(zhí)行元件啟動、停止或改變運動方向。 換向閥的分類如下： 按照換向閥的結(jié)構(gòu)形式可分為：滑閥式、轉(zhuǎn)閥式、球閥式和錐閥式。 按照換向閥的操縱方式可分為：手動、機(jī)動、電磁控制、液動、電液動換向閥，其操縱符號如圖5—4所示。 按照換向閥的閥芯在閥體中的定位方式又可分為：鋼球定位、彈簧復(fù)位、彈簧對中等。 2. 典型換向閥 在液壓系統(tǒng)中廣泛采用滑閥式換向閥，在這里主要介紹這種換向閥的幾種典型結(jié)構(gòu)。 (1) 手動換向閥 圖5-6如圖所示為彈簧自動復(fù)位式三位四通手動換向閥的結(jié)構(gòu)及圖形符號。手動換向閥是利用手動杠桿等機(jī)構(gòu)來改變閥芯和閥體的相對位置，從而實現(xiàn)閥的換向。放開手柄1，閥芯3在彈簧4的作用下自動回復(fù)中位。閥芯定位靠鋼球、彈簧，使其保持確定的位置。該閥適用于動作頻繁、工作持續(xù)時間短的場合，操作比較安全，常用于工程機(jī)械的液壓傳動系統(tǒng)中。 (2) 機(jī)動換向閥： 機(jī)動式換向閥是依靠安裝在運動部件上的液壓行程擋塊或凸輪推動閥芯從而實現(xiàn)換向的閥類。常用來控制機(jī)械運動部件的行程，故又稱行程換向閥。機(jī)動換向閥通常是二位的，有二通、三通、四通和五通。其中二位二通機(jī)動換向閥又分常開和常閉二種 (3) 電磁換向閥 電磁換向閥又稱為電動換向閥，它是利用電磁鐵通電吸合后產(chǎn)生的吸力推動閥芯動作來改變閥的工作位置。 4) 液動換向閥 液動換向閥利用控制油路的壓力油來推動閥芯實現(xiàn)換向。因此，它適用于較大流量的閥。下圖是三位四通液動換向閥的結(jié)構(gòu)原理圖。當(dāng)控制油口K1、K2不通壓力油時，閥芯在對中彈簧作用下處于中位。當(dāng)K1通壓力油、K2回油時，閥芯右移，P與A通、B與T通；K2通壓力油、當(dāng)K1回油時，閥芯左移(如圖5-10中所示)。 (5) 電液動換向閥 電液動換向閥由電磁換向閥和液動換向閥組合而成。其中液動換向閥實現(xiàn)主油路的換向，稱為主閥；電磁換向閥用于改變液動換向閥控制油路的方向，推動液動換向閥閥芯移動，稱為先導(dǎo)閥。電液換向閥既能實現(xiàn)換向緩沖，又能用較小的電磁鐵控制大流量的液流，故在大流量的液壓系統(tǒng)中宜采用電液換向閥換向。 3. 換向閥的中位機(jī)能 對于各種操縱方式的三位四通和五通換向閥滑閥，閥芯在中間位置時，為適應(yīng)各種不同的工作要求，各油口間的通路有各種不同的連接形式。這種常態(tài)位置時的內(nèi)部通路形式，稱為中位滑閥機(jī)能。 4. 換向閥的常見故障及排除方法 換向閥的常見故障及排除方法間表5-4. 壓力控制閥 一、溢流閥 溢流閥是用來控制和調(diào)整液壓系統(tǒng)的壓力，以保證系統(tǒng)在一定壓力或安全壓力下工作。 1. 溢流閥的結(jié)構(gòu)及工作原理 (1) 直動式溢流閥 如圖5—12（a）所示，P是進(jìn)油口，T是回油口，進(jìn)口壓力油經(jīng)閥芯中間的阻尼孔作用在閥芯底部端面上，當(dāng)進(jìn)口P從系統(tǒng)接入的油液壓力不高時，錐閥心被彈簧壓在閥座上，閥口關(guān)閉；當(dāng)進(jìn)口油壓升高到能克服彈簧阻力時，推開錐閥，使閥口打開，油液就由進(jìn)油口P流入，再從回油口T流回油箱（溢流），進(jìn)油壓力也就不會繼續(xù)升高。閥芯上阻尼孔的作用是用來增加液阻，以減少閥芯的振動，提高閥的工作平穩(wěn)性。調(diào)節(jié)螺母，改變彈簧壓緊力，也就調(diào)節(jié)了溢流閥進(jìn)油口處的油壓。由閥芯間隙處泄漏到彈簧腔的油液，經(jīng)閥體上的孔通向回油孔T排入油箱。 當(dāng)溢流閥穩(wěn)定工作時，作用在閥芯上的力應(yīng)是平衡的。若忽略閥芯自重、摩擦阻力和穩(wěn)態(tài)軸向液動力，則閥芯的受力平衡方程為： PkA=KX0 當(dāng)閥芯處于某一位置時，閥芯的受力平衡為： PA=K(X0+x) (2) 先導(dǎo)式溢流閥 先導(dǎo)式溢流閥由主閥和先導(dǎo)閥兩部分組成。先導(dǎo)閥的結(jié)構(gòu)原理與直動式溢流閥相同，但一般采用錐閥式結(jié)構(gòu)。主閥可分為：滑閥式(一級同心)結(jié)構(gòu)、二級同心結(jié)構(gòu)和三級同心結(jié)構(gòu)。圖5-13為一級同心溢流閥的工作原理圖。 2. 溢流閥的主要性能 溢流閥的性能包括溢流閥的靜態(tài)性能和動態(tài)性能。溢流閥的靜態(tài)特性指溢流閥在穩(wěn)定狀態(tài)下（即系統(tǒng)在沒有突變時）的性能，其主要指標(biāo)有壓力流量特性、啟閉特性、卸荷壓力等。溢流閥的動態(tài)性能通常是指溢流閥由一個穩(wěn)定工作狀態(tài)過渡到另一個穩(wěn)定工作狀態(tài)時，溢流閥所控制的壓力隨時間變化的過渡過程性能。 （1）壓力-流量特性 當(dāng)溢流量變化時,閥口開度也相應(yīng)地變化，其溢流壓力也有所變化,這就是溢流閥的壓力-流量特性。 當(dāng)開啟壓力一定時，溢流壓力隨溢流量的增加而增加。當(dāng)溢流量達(dá)到閥的額定流量時，與此相對應(yīng)的壓力值稱為溢流閥的全流量溢流壓力。彈簧剛度K越小，溢流量變化所引起的壓力變化量就越小，定壓性能就好。反之，調(diào)壓性能就差。 （2）啟閉特性 啟閉特性是指溢流閥在穩(wěn)態(tài)情況下，從閉合到完全開啟，再從全開到閉合的過程中，被控壓力與通過溢流閥的溢流量之間的關(guān)系。啟閉特性可分為開啟特性和閉合特性，一般用溢流閥穩(wěn)定工作時的壓力—流量特性來描述。 （3）卸荷壓力 將先導(dǎo)式溢流閥的遠(yuǎn)程控制口直接油箱，當(dāng)閥通過額定流量時，閥的進(jìn)油腔壓力和回油腔壓力的差值稱為卸荷壓力。顯然，它和通道阻力和平衡彈簧預(yù)緊力有關(guān) 3. 溢流閥的應(yīng)用 （1）調(diào)壓溢流 （2）安全保護(hù) （3）使泵卸荷 （4）遠(yuǎn)程調(diào)壓 （5）形成背壓 4. 溢流閥的常見故障及排除方法 溢流閥的常見故障及排除方法見表5-5 。 二、減壓閥 減壓閥是一種利用液流流過縫隙產(chǎn)生壓降的原理，使出口壓力低于進(jìn)口壓力的壓力控制閥。減壓閥又可分為定壓減壓閥、定比減壓閥和定差減壓閥三種。其中定壓減壓閥應(yīng)用最廣，簡稱為減壓閥。減壓閥也分為直動式和先導(dǎo)式兩種。 1. 減壓閥的結(jié)構(gòu)和工作原理 圖5-16為先導(dǎo)式減壓閥，它分為兩部分，先導(dǎo)閥調(diào)壓，主閥減壓。 從以上工作原理可以看出先導(dǎo)減壓閥和先導(dǎo)溢流閥的自動調(diào)節(jié)原理相似，不同的是： (1) 溢流閥保持進(jìn)口壓力基本不變，而減壓閥保持出口壓力基本不變。 (2) 在不工作時溢流閥進(jìn)、出口不通，而減壓閥進(jìn)、出油口相通。 (3) 溢流閥彈簧腔的油液經(jīng)閥的內(nèi)部通道與閥出口相通；減壓閥是外部回油，內(nèi)部泄油只能單獨有泄油口。 2. 減壓閥的應(yīng)用 在液壓系統(tǒng)中，一個油泵供應(yīng)多個支路工作時，利用減壓閥可以組成不同壓力級別的液壓回路。如夾緊回路、控制回路和潤滑回路等。如圖5-17所示為減壓閥應(yīng)用在潤滑、控制系統(tǒng)時的減壓回路。此外，減壓閥還可用于穩(wěn)定系統(tǒng)壓力，減少壓力波動帶來的影響，改善系統(tǒng)控制性能等。 在使用定量泵的機(jī)床油路中，去液壓缸的工作壓力P1較高，用溢流閥來調(diào)節(jié)。控制油路的工作油壓P3較低，潤滑油路的工作壓力P2則更低，皆可以用減壓閥來實現(xiàn)調(diào)節(jié)。 3. 減壓閥的常見故障及排除方法 減壓閥的常見故障及排除方法見詳表5-6. 三、順序閥 1. 順序閥的結(jié)構(gòu)和原理 順序閥是利用油液壓力作為控制信號實現(xiàn)油路的通斷，以控制執(zhí)行元件順序動作的壓力閥。按控制壓力來源的不同，順序閥可分為內(nèi)控式和外控(液控)式。內(nèi)控式是直接利用閥進(jìn)口處的油壓力來控制閥口的啟閉；外控式是利用外來的控制油壓控制閥口的啟閉。按結(jié)構(gòu)的不同，順序閥也有直動式和先導(dǎo)式之分。如圖5-18所示為直動式順序閥 順序閥的結(jié)構(gòu)及工作原理與溢流閥相似。它們的主要差別是： (1) 順序閥的出油口與負(fù)載油路相連接，而溢流閥的出油口直接接回油箱。 (2) 順序閥的泄油口單獨接回油箱，而溢流閥的泄油則通過閥體內(nèi)部孔道與閥的出口相通流回油箱。 (3) 順序閥的進(jìn)口壓力由液壓系統(tǒng)工況來決定，當(dāng)進(jìn)口壓力低于調(diào)壓彈簧的調(diào)定壓力時，閥口關(guān)閉；當(dāng)進(jìn)口壓力超過彈簧的調(diào)定壓力時，閥口開啟，接通油路，出口壓力油對下游負(fù)載做功。溢流閥的進(jìn)口最高壓力由調(diào)壓彈簧來限定，且由于液流溢回油箱，所以損失了液體的全部能量 2. 順序閥的應(yīng)用 如圖5-20為機(jī)床夾具上用順序閥實現(xiàn)工件先定位后加緊的順序動作回路。順序閥用來實現(xiàn)對工件先定位后夾緊的動作順序。當(dāng)二位四通手動閥的右位接入油路時，壓力油首先進(jìn)入定位缸下腔，定位缸上腔的壓力油流回油箱,使定位銷進(jìn)入工件定位孔實現(xiàn)工件定位。這時由于液壓壓力低于順序閥的調(diào)定壓力，因而壓力油不能進(jìn)入夾緊缸下腔，工件不能夾緊。當(dāng)定位缸活塞停止運動時，系統(tǒng)中壓力升高，達(dá)到順序閥的調(diào)定壓力時，順序閥被打開，壓力油就經(jīng)過順序閥流入夾緊缸下腔，缸上腔回油，夾緊缸活塞抬起，實現(xiàn)液壓夾緊。二位四通手動閥的左位接入油路時，壓力油則同時進(jìn)入定位缸和夾緊缸的上腔，推動活塞向下移動，拔出定位銷，松開工件。此時夾緊缸通過單向閥回油。 順序閥的調(diào)整壓力應(yīng)高于先動作缸的最高工作壓力，以保證動作順序可靠。中壓系統(tǒng)一般要高于0.5-0.8MPa。 四、壓力繼電器 壓力繼電器是將液壓系統(tǒng)中的壓力信號轉(zhuǎn)換為電信號的電—液轉(zhuǎn)換裝置。在液壓系統(tǒng)的壓力上升或下降到調(diào)定的啟、閉壓力時，使微動開關(guān)通、斷，發(fā)出電信號，控制電器元件（如電動機(jī)、電磁鐵各類繼電器等）工作。常用于實現(xiàn)程序控制和起安全作用。例如，當(dāng)切削力過大時實現(xiàn)自動退刀；潤滑系統(tǒng)發(fā)生故障時，實現(xiàn)自動停車；外界負(fù)載過大時，斷開液壓泵電動機(jī)的電源等。 壓力繼電器由壓力-位移轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)和電器微動開關(guān)等組成。前者通常包括感壓元件、調(diào)壓復(fù)位彈簧和限位機(jī)構(gòu)等。感壓元件有柱塞端面、橡膠膜片、彈簧管、波紋管等結(jié)構(gòu)形式。 按感壓元件的不同壓力繼電器大體分為柱塞式、膜片式、彈簧管式、波紋管式四種。下面介紹兩種常用的結(jié)構(gòu)形式。 1. 柱塞式壓力繼電器 壓力油作用在柱塞1的底部，當(dāng)液壓壓力達(dá)到壓力繼電器調(diào)壓彈簧調(diào)整值時，作用在柱塞1上的液壓作用力便直接壓縮彈簧，壓下微動開關(guān)觸頭，發(fā)出電信號（圖示位置）。 2. 膜片式壓力繼電器 圖5-22所示為膜片式壓力繼電器結(jié)構(gòu)。其工作原理是控制油口K接到需要取得液壓信號的油路上，當(dāng)其壓力達(dá)到彈簧調(diào)定力時，膜片1在液壓力的作用下產(chǎn)生變形，使柱塞2上升。柱塞上的圓錐面使鋼球5和6作徑向移動，鋼球6推動10繞銷軸9逆時針轉(zhuǎn)動，杠桿另一端壓下微動開關(guān)11的觸頭，發(fā)出電信號，接通或斷開某一電路。當(dāng)進(jìn)口油壓因漏油或其他原因下降到一定值時，彈簧7使柱塞2下移，鋼球5和6回落入柱塞的錐面槽內(nèi)，微動開關(guān)11復(fù)位，切斷電信號，并將杠桿10推回原位，斷開或接通電路。 膜片式壓力繼電器膜片位移小、反應(yīng)快、重復(fù)精度高。其缺點是易受壓力波動影響，不宜用于高壓系統(tǒng)。 4、流量控制閥 一、節(jié)流閥 1. 節(jié)流閥的結(jié)構(gòu)與工作原理 圖5-23中是節(jié)流閥的結(jié)構(gòu)和職能圖形符號，圖中的節(jié)流口是軸向三角槽式,油液從進(jìn)油口P1進(jìn)入,經(jīng)閥芯上的三角槽節(jié)流口后,由出油口P2 流出。轉(zhuǎn)動把手可使閥芯作軸向移動, 以改變節(jié)流口的通流面積。 2. 節(jié)流閥的流量特性 節(jié)流閥的節(jié)流口通常有三種形式：薄壁小孔、細(xì)長小孔和短孔。三種節(jié)流口的流量特性曲線如圖5-24所示。 由該圖可知，影響流量穩(wěn)定性的主要因素有以下幾各方面： （1）壓差對流量的影響：當(dāng)節(jié)流閥兩端壓差△p改變時，通過它的流量也要發(fā)生變化。三種結(jié)構(gòu)形式的節(jié)流口中，通過薄壁小孔的流量受到壓差改變的影響最小，見上圖。 （2）溫度對流量的影響：溫度對薄壁小孔的流量幾乎沒有影響。對于細(xì)長小孔，通過它的流量會受到粘度的影響，而油液粘度對溫度很敏感。因此，通過細(xì)長小孔的流量對溫度變化很敏感。 （3）孔口大小對流量大影響：節(jié)流閥的節(jié)流口可能因雜質(zhì)或由于油液氧化后出現(xiàn)的膠質(zhì)、瀝青等膠狀顆粒而局部堵塞，這就改變了原來節(jié)流口通流面積的大小，使流量發(fā)生變化，尤其節(jié)流口小、進(jìn)出口壓差較大時，流量會出現(xiàn)時大時小的脈動現(xiàn)象。開口越小，脈動現(xiàn)象越嚴(yán)重，甚至在閥口沒有關(guān)閉時就完全斷流。這種現(xiàn)象稱為節(jié)流口堵塞。一般節(jié)流口的流通面積越大，節(jié)流通道越短，越不容易堵塞。流量控制閥的最小穩(wěn)定流量為0.05L/min。 3. 節(jié)流閥的常見故障及排除方法 節(jié)流閥的常見故障及排除方法詳間表5-7。 二、調(diào)速閥 1. 調(diào)速閥工作原理 調(diào)速閥是由定差減壓閥與節(jié)流閥串聯(lián)而成的組合閥。節(jié)流閥用來調(diào)節(jié)通過的流量，定差減壓閥則自動調(diào)節(jié)，使節(jié)流閥前后的壓差為定值，消除了負(fù)載變化對流量的影響。如圖5—26所示。 教師第28次課時授課計劃（首頁） 授課對象：機(jī)電系 11級機(jī)制 專業(yè) 綜合班 科目： 液壓與氣壓傳動技術(shù) 課 題 壓力控制回路 授課類型 理論課 □ 實踐課 □ 討論課 □ 習(xí)題課 □ 其他 □ 授課學(xué)時 2學(xué)時 教學(xué)方法 講授法 + 演示法+操作法 教學(xué)準(zhǔn)備 教案、PPT 作業(yè)布置 教學(xué)目的與要求 1、 了解壓力控制回路的作用和意義 2、 掌握各種壓力控制回路的控制原理及應(yīng)用 3、 掌握各種壓力控制回路在液壓系統(tǒng)當(dāng)中的實際應(yīng)用 教學(xué)重點難點 重點：各種壓力控制回路的控制原理及實際應(yīng)用 教學(xué)過程 一、調(diào)壓回路 調(diào)壓回路的功用是使液壓系統(tǒng)整體或某一部分的壓力保持恒定或者不超過某個數(shù)值。在定量泵系統(tǒng)中，一般通過溢流閥來調(diào)節(jié)和穩(wěn)定液壓泵的工作壓力。在變量泵系統(tǒng)中，用安全閥來限制系統(tǒng)的最高安全壓力。當(dāng)系統(tǒng)在不同的工作時間內(nèi)需要有不同的工作壓力，可采用二級或多級調(diào)壓回路。 1.單級調(diào)壓回路 如圖7-1 (a)所示，定量液壓泵1和溢流閥2并聯(lián)組成單級調(diào)壓回路。通過調(diào)節(jié)溢流閥2的調(diào)定壓力，就可以改變液壓泵2的工作壓力。當(dāng)溢流閥的調(diào)定壓力確定后，液壓泵就在溢流閥的調(diào)定壓力下工作，從而實現(xiàn)了對液壓系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)壓和穩(wěn)壓控制。如果將定量液壓泵1改換為變量泵，這時溢流閥將作為安全閥來使用。當(dāng)液壓泵的工作壓力低于溢流閥的調(diào)定壓力時，溢流閥不工作；當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障，液壓泵的工作壓力一旦上升到溢流閥的調(diào)定壓力時，溢流閥將開啟，將液壓泵的工作壓力限制在溢流閥的調(diào)定壓力之下，使液壓系統(tǒng)不至于因壓力過載而受到破壞。 2.二級調(diào)壓回路 如圖7-1 (b)所示為二級調(diào)壓回路，該回路可實現(xiàn)兩種不同系統(tǒng)壓力的控制，分別由先導(dǎo)型溢流閥2和直動式溢流閥4各調(diào)定一級。 參考資料 《液壓與氣壓傳動技術(shù)》 肖瓏 西安電子科技出版社出版社 .2008. 《液壓與氣壓傳動》（第2版） 萬會雄 高等教育出版社.2008. 教學(xué)后記 3.多級調(diào)壓回路 圖7-1(c)所示為三級調(diào)壓回路，系統(tǒng)的三級壓力分別由溢流閥1、2、3調(diào)定。當(dāng)電磁鐵1YA、2YA均斷電時，系統(tǒng)壓力由主溢流閥1調(diào)定。當(dāng)1YA通電，2YA斷電時，系統(tǒng)壓力由溢流閥2調(diào)定。當(dāng)2YA通電，1YA斷電時，系統(tǒng)壓力由溢流閥3調(diào)定。 二、減壓回路 當(dāng)液壓泵輸出的壓力是高壓而局部回路或支路要求低壓時，可以采用減壓回路，如機(jī)床液壓系統(tǒng)中的定位、夾緊、回路分度以及液壓元件的控制油路等，它們往往需要比主油路低的壓力。減壓回路較為簡單，一般是在所需低壓的支路上串接減壓閥。 1.單級減壓回路 如圖7-2 (a)所示是最常見的單級減壓回路，通過定值減壓閥與主油路相連使支路獲得一個穩(wěn)定的低壓，回路中的單向閥供主油路在壓力降低(低于減壓閥調(diào)整壓力)時防止油液倒流，起短時保壓作用。 2.多級減壓回路 在減壓回路中，也可以采用類似兩級或多級調(diào)壓的方法獲得兩級或多級減壓。如圖7-2(b)所示為用于工件夾緊的二級減壓回路，回路中利用先導(dǎo)型減壓閥1的遠(yuǎn)控口接一遠(yuǎn)程調(diào)壓閥2，則可由閥1、閥2各調(diào)定一種低壓。 三、增壓回路 當(dāng)系統(tǒng)或系統(tǒng)的某一支油路需要壓力較高但流量又不大的壓力油時，如果采用高壓泵不夠經(jīng)濟(jì)，或者根