本教材共分为5篇，第1篇为概论，主要介绍自动控制系统的结构及液压与气动系统的特点，给出了选择系统控制过程的几种描述方法、系统的主要参数以及液压与气动系统的相同点与不同点。第2篇为液压与气动基础元件，主要从执行元件、控制元件、常用检测元件、动力源等方面进行系统描述，利用液压与气动基础元件在结构原理上相同的特点，通过归纳液压与气动回路和基础元件的区别，用通用结构原理和补充说明的方式来描述液压与气动基础元件的结构特点。第3篇为液压与气动基本回路，主要介绍液压与气动系统的方向、压力、流量的控制回路的几种形式。第4篇为液压与气动典型系统，主要介绍动力滑台的控制过程、成形机的控制过程以及机械手的控制过程等实际应用控制过程，包括系统控制过程的描述、液压与气动工作原理图、PLC系统I/O接线图、功能表图、梯形图等。第5篇为液压与气动系统的使用维护，主要介绍液压系统的设备维修与维护方法以及气动系统的安装、调试、维护、维修过程等，包括故障现象判断、参数调整要求、实际应用过程等。本教材可作为高等职业院校机电及机械类相关专业的教材，也可作为相关技术人员的参考用书。

张雨新，女，唐山工业职业技术学院自动化系专任教师，教学骨干，从事自动化相关学科的教学工作多年，具备较为丰富的教学经验和教材编写经验。

目录

第1篇 概论
第1章 自动控制系统 2
1.1 自动控制系统的组成 2
1.1.1 各功能机构的作用 2
1.1.2 自动控制系统的性能要求 4
1.2 电气控制系统 5
1.2.1 电气控制系统的基本知识 5
1.2.2 电气逻辑回路 6
1.3 PLC控制系统 8
1.3.1 PLC的结构及各部分的作用 8
1.3.2 PLC的工作原理 10
1.3.3 PLC编程语言 11
1.3.4 PLC的功能 11
1.3.5 PLC的主要特点和分类 12
1.3.6 PLC组成的控制系统 13
1.3.7 PLC控制系统的设计过程 15
1.4 系统动作过程的表述与确定 16
1.4.1 循环动作图 16
1.4.2 动作表 17
1.4.3 动作时序图 17
1.4.4 流程图 18
1.4.5 功能表图 19
思考题 19
第2章 液压与气动系统 21
2.1 液压与气动技术的研究对象 21
2.1.1 液压与气压传动的工作原理 22
2.1.2 液压与气动系统的组成 22
2.1.3 液压系统与气动系统的异同点 23
2.1.4 液压与气压传动的优缺点 24
2.1.5 液压与气压传动的应用和发展 25
2.2 液压与气压传动介质 25
2.2.1 液压传动介质 26
2.2.2 气压传动介质 28
2.3 压力的传递特性 29
思考题 32
第2篇 液压与气动基础元件
第3章 执行元件 34
3.1 液压缸 34
3.1.1 普通液压缸 34
3.1.2 伸缩液压缸 36
3.1.3 增压液压缸 37
3.1.4 柱塞液压缸 37
3.2 气缸 38
3.2.1 普通气缸 38
3.2.2 开关气缸 39
3.2.3 气-液阻尼缸 40
3.2.4 气-液增压缸 40
3.2.5 无杆气缸 41
3.2.6 柱塞式气缸、活塞式气缸和薄膜式气缸 41
3.2.7 双活塞气缸 41
3.2.8 真空吸盘 42
3.3 摆动液马达 43
3.3.1 叶片式摆动液马达 43
3.3.2 螺杆式摆动液马达 44
3.3.3 齿轮齿条式摆动液马达 44
3.4 旋转液马达 45
3.4.1 叶片式旋转液马达 45
3.4.2 活塞式旋转液马达 46
3.5 气马达 47
3.5.1 摆动气马达 47
3.5.2 旋转气马达 47
3.6 执行元件的应用特点 48
3.6.1 执行元件的特点 48
3.6.2 气动执行元件（气缸）的故障 48
3.6.3 执行元件的应用形式 49
思考题 51
第4章 控制元件 52
4.1 液压方向控制元件 53
4.1.1 二位电磁换向阀 53
4.1.2 三位电磁换向阀 59
4.1.3 单向阀 64
4.2 气动方向控制元件 65
4.2.1 或门型梭阀 65
4.2.2 与门型梭阀 66
4.2.3 快速排气阀 66
4.2.4 方向控制阀的控制要点 67
4.3 液压压力控制元件 67
4.3.1 溢流阀 67
4.3.2 减压阀 69
4.3.3 顺序阀 70
4.4 气动压力控制元件 71
4.4.1 气动安全阀（溢流阀） 71
4.4.2 气动调压阀（减压阀） 72
4.4.3 气动开关阀（顺序阀） 72
4.4.4 压力控制阀的控制要点 72
4.5 液压流量控制元件 73
4.5.1 节流阀 73
4.5.2 调速阀 75
4.6 气动流量控制元件 76
4.6.1 排气节流阀 76
4.6.2 流量控制阀的选择与使用 77
4.7 液压比例阀、插装阀、叠加阀 77
4.7.1 液压比例阀 77
4.7.2 插装阀 85
4.7.3 叠加阀 88
4.8 气动比例阀 89
4.8.1 气动比例减压阀（调压阀） 90
4.8.2 气动比例流量控制阀 90
4.8.3 气动比例方向控制阀 91
思考题 92
第5章 常用检测元件 93
5.1 磁性传感器 94
5.1.1 磁性开关 94
5.1.2 霍尔式传感器 95
5.2 接近传感器 96
5.2.1 电感式传感器 96
5.2.2 电容式传感器 97
5.3 光电式传感器 98
5.3.1 工作原理 98
5.3.2 光电开关的结构和分类 98
5.3.3 光电编码器 99
5.4 其他类型传感器件 102
5.4.1 压力开关 102
5.4.2 超声波接近开关 102
5.4.3 单一型传感器 102
5.5 检测信号的传递与转换 105
5.5.1 现场信号的传递过程 105
5.5.2 数字式智能仪表 106
思考题 108
第6章 动力源 109
6.1 液压源的结构组成 110
6.1.1 液压泵的分类 111
6.1.2 液压泵的主要性能和参数 111
6.1.3 齿轮泵 113
6.1.4 叶片泵 116
6.1.5 柱塞泵 120
6.1.6 螺杆泵 122
6.1.7 液压泵类型及电机参数的选择 123
6.1.8 蓄能器 125
6.1.9 油箱 126
6.1.10 滤油器 128
6.2 气源的结构组成 131
6.2.1 空压机 131
6.2.2 后冷却器 133
6.2.3 油水分离器 133
6.2.4 储气罐 134
6.2.5 干燥器 135
6.2.6 气动三联件 136
6.3 密封装置 137
6.3.1 间隙密封 138
6.3.2 O形密封圈 138
6.3.3 唇形密封圈 139
6.3.4 组合式密封装置 140
6.3.5 回转轴用密封装置 141
6.4 管路 141
6.4.1 输送管 141
6.4.2 管接头 142
6.4.3 管道系统的选择 143
思考题 144
第3篇 液压与气动基本回路
第7章 方向控制回路 146
7.1 液压换向回路 147
7.1.1 （任务一）用二位二通换向阀实现液压系统控制 148
7.1.2 （任务二）用二位三通换向阀实现液压缸的换向控制 149
7.1.3 （任务三）用二位四通换向阀实现液压缸的换向控制 150
7.1.4 （任务四）用液动换向阀实现液压缸的换向控制 151
7.2 气动换向回路 152
7.2.1 （任务一）单作用气缸换向控制 152
7.2.2 （任务二）双作用气缸换向控制 153
7.3 液压锁紧回路 154
7.3.1 （任务一）用换向阀中位机能实现液压缸锁紧 154
7.3.2 （任务二）用单向阀实现液压缸锁紧 155
7.3.3 （任务三）用液控顺序阀实现液压缸锁紧 156
7.3.4 （任务四）液压马达锁紧（制动） 157
7.3.5 （任务五）用制动器实现液压马达锁紧 158
7.4 气动锁紧回路 159
7.4.1 （任务一）用三位五通换向阀实现气缸锁紧 159
7.4.2 （任务二）用二位换向阀实现气缸锁紧 160
7.5 液压往复控制回路 161
7.5.1 （任务一）用行程换向阀实现液压缸往复控制 161
7.5.2 （任务二）用行程开关实现液压缸往复控制 162
7.5.3 （任务三）用压力继电器实现液压缸往复控制 163
7.5.4 （任务四）用顺序阀实现液压缸往复控制 165
7.5.5 （任务五）用双向变量泵实现液压缸换向控制 166
7.6 气动往复控制回路 166
7.6.1 （任务一）行程检测的往复动作回路 167
7.6.2 （任务二）时间控制的往复动作回路 167
7.7 液压缸定位控制回路 168
7.7.1 （任务一）用双液压缸实现三工位定位 168
7.7.2 （任务二）用单液压缸实现四工位定位 169
7.7.3 （任务三）用单液压缸实现多工位定位 170
7.8 气缸定位控制回路 171
7.8.1 （任务一）用锁紧气缸实现定位的动作回路 172
7.8.2 （任务二）用多位气缸实现定位的动作回路 173
7.8.3 （任务三）用外部挡铁实现定位的动作回路 174
思考题 175
第8章 压力控制回路 176
8.1 液压调压回路 178
8.1.1 （任务一）用溢流阀实现单级调压 178
8.1.2 （任务二）用先导式溢流阀实现多级调压 179
8.1.3 （任务三）用两个溢流阀实现双向调压 180
8.1.4 （任务四）用比例溢流阀实现无级调压 181
8.2 气动调压回路 182
8.2.1 （任务一）气源压力控制回路 182
8.2.2 （任务二）双压控制回路 183
8.2.3 （任务三）气源压力延时输出控制回路 184
8.3 液压减压回路 184
8.3.1 （任务一）用减压阀实现单级减压 184
8.3.2 （任务二）用减压阀实现多级减压 185
8.3.3 （任务三）用一个减压阀实现单向减压 187
8.3.4 （任务四）用两个减压阀实现双向减压 187
8.3.5 （任务五）用先导式比例减压阀实现无级减压 188
8.4 气动减压回路 189
8.4.1 （任务一）多级减压控制 189
8.4.2 （任务二）用减压阀实现高低压输出控制 190
8.5 液压增压回路 191
8.5.1 （任务一）用单作用增压缸实现增压 191
8.5.2 （任务二）用双作用增压缸实现增压 192
8.6 气动增压回路 192
8.6.1 （任务一）用冲击气缸实现压力冲击的控制 193
8.6.2 （任务二）用串联气缸增加压力输出 194
8.6.3 （任务三）用气液增压器的增压回路 194
8.7 液压卸荷回路 195
8.7.1 （任务一）用换向阀实现液压泵卸荷 195
8.7.2 （任务二）用溢流阀实现液压泵卸荷 196
8.7.3 （任务三）用蓄能器实现液压泵卸荷 197
8.8 液压保压回路 198
8.8.1 （任务一）用蓄能器实现保压 198
8.8.2 （任务二）用辅助泵实现保压 199
8.8.3 （任务三）用单向阀实现保压 200
8.8.4 （任务四）综合保压 201
8.9 液压平衡回路 201
8.9.1 （任务一）用顺序阀实现垂直安装液压缸的平衡控制 202
8.9.2 （任务二）用液控单向阀实现垂直安装液压缸的平衡控制 203
8.9.3 （任务三）用普通单向阀实现垂直安装液压缸的平衡控制 203
8.10 液压缓冲回路 204
8.10.1 （任务一）用缓冲液压缸实现缓冲 204
8.10.2 （任务二）用溢流阀实现缓冲 205
8.11 气动缓冲回路 206
8.11.1 （任务一）利用行程阀实现气缸的末端缓冲回路 206
8.11.2 （任务二）用节流阀和顺序阀实现气缸的末端缓冲回路 206
8.12 液压缸活塞的推力及运动速度计算 207
8.12.1 单出杆双作用液压缸的推力及速度计算 207
8.12.2 双出杆双作用液压缸活塞的推力及速度计算 208
8.13 气动压力回路的特点 208
思考题 210
第9章 流量控制回路 212
9.1 液压调速回路 213
9.1.1 （任务一）用节流阀实现的调速 214
9.1.2 （任务二）用变量机构实现的调速 219
9.1.3 （任务三）用节流阀和变量机构共同实现的调速 220
9.1.4 调速回路的选用和比较 221
9.2 气动调速回路 222
9.2.1 （任务一）用单向节流阀实现的调速 222
9.2.2 （任务二）用排气节流阀实现的调速 223
9.3 液压快速运动回路 223
9.3.1 （任务一）用液压缸差动连接实现快速运动 224
9.3.2 （任务二）用蓄能器实现的快速运动 225
9.3.3 （任务三）用增速缸实现快速运动 226
9.3.4 （任务四）用双泵供油实现快速运动 227
9.4 气动快速运动回路 228
9.4.1 （任务一）用双作用气缸差动连接实现快速运动 228
9.4.2 （任务二）用快速排气阀实现气缸的快速前进 229
9.5 液压速度转换回路 229
9.5.1 （任务一）用换向阀实现速度转换 230
9.5.2 （任务二）用调速阀实现速度转换 231
9.5.3 （任务三）用比例阀实现速度转换 232
9.6 气动速度转换回路 233
9.6.1 （任务一）双作用气缸慢进快退的速度转换回路 233
9.6.2 （任务二）双作用气缸运动中途的速度转换回路 234
9.7 液压同步回路 235
9.7.1 （任务一）用机械连接实现同步 235
9.7.2 （任务二）用串联液压缸实现同步 236
9.7.3 （任务三）用流量控制方式实现同步 237
9.7.4 （任务四）用同步马达实现同步 238
9.8 气动同步回路 239
9.8.1 （任务一）用单向节流阀的调节实现同步 239
9.8.2 （任务二）气液缸的同步动作回路 240
思考题 241
第4篇 液压与气动典型系统
第10章 （项目一）动力滑台 244
10.1 概述 244
10.1.1 动力滑台的分类 245
10.1.2 动力滑台的选择与性能要求 245
10.2 液压传动动力滑台 247
10.2.1 液压传动动力滑台的结构 247
10.2.2 液压传动动力滑台的工作过程 247
10.2.3 主回路原理图 248
10.2.4 动作顺序表 250
10.2.5 PLC系统I/O接线图 251
10.2.6 功能表图 251
10.2.7 梯形图 252
第11章 （项目二）成型机 254
11.1 成型机的分类 254
11.2 液压成型机 255
11.2.1 液压成型机的结构 256
11.2.2 液压成型机的工作过程 256
11.2.3 主回路原理图 257
11.2.4 动作顺序表 259
11.2.5 PLC系统I/O接线图 259
11.2.6 功能表图 260
11.2.7 梯形图 260
第12章 （项目三）机械手 261
12.1 机械手的组成 261
12.1.1 执行机构 262
12.1.2 驱动系统 263
12.2 机械手的分类 263
12.3 液压与气动机械手 270
12.3.1 液压与气动机械手的特点 271
12.3.2 气动机械手的结构 272
12.3.3 气动控制回路 276
12.3.4 复合式机械手的结构特点 278
12.3.5 机械手设计使用注意事项 279
12.4 六自由度搬运机械手的控制 280
12.4.1 搬运要求 280
12.4.2 主回路原理图 281
12.4.3 PLC系统I/O接线图 282
12.4.4 功能表图 282
12.4.5 梯形图 283
思考题 284
第5篇 液压与气动系统的使用维护
第13章 液压系统的设备维修与维护 286
13.1 液压系统的故障检修方案 286
13.2 液压系统的故障检修与诊断 288
13.3 液压系统的油污染问题 291
13.4 液压系统的清洗过程 294
13.5 液压系统清洗后的参数调整 296
第14章 气动系统的安装、调试、维护、维修 298
14.1 气动系统的工作环境与传动控制方案的确定 299
14.1.1 气动系统的工作环境要求 299
14.1.2 气动系统传动结构和控制方案的确定 299
14.2 气动执行元件的安装与调试 300
14.2.1 气缸的安装形式 301
14.2.2 气缸的安装要求 302
14.3 气动控制元件的安装与调试 304
14.4 气动检测元件的安装与调试 308
14.5 气源的安装与调试 309
14.6 气动系统的使用与维护 314
附录A 液压与气压传动常用图形符号 318
参考文献 322