(推荐)液压油路教程

目录

第一章液压基础知识 (1)

第二章液压元件的选择与计算 (1)

第一节液压泵 (1)

一、液压泵的主要性能参数 (1)

二、液压泵的选用 (3)

第二节液压马达 (5)

第三节液压缸 (6)

一、液压缸种类与工作原理 (6)

二、液压缸的设计计算 (9)

第四节蓄能器 (11)

一、蓄能器的作用 (11)

二、蓄能器的类型与结构 (12)

三、蓄能器容量确定 (12)

四、蓄能器的选择与安装 (13)

第五节液压导管 (14)

第六节液压油箱 (15)

附：液压系统计算公式汇总 (16)

第三章液压基本回路 (17)

一、压力控制回路 (17)

二、方向控制回路 (23)

三、速度控制回路 (24)

四、多缸动作回路 (28)

第四章凯卓立液压尾板安装与检修 (31)

一、S系列标准尾板介绍 (31)

二、S系列尾板结构示意 (32)

三、S系列液压原理图 (33)

四、S系列电气原理图 (33)

五、油路及电路分析 (33)

六、S系列型号说明及技术参数 (34)

七、S系列安装示意图及尾部加工 (35)

八、检修与故障排查 (36)

第五章液压系统设计 (37)

一、液压系统设计步骤和内容 (37)

二、液压元件的选择及专用件设计 (38)

三、液压系统设计实例 (39)

四、机床回路动画演示 (43)

第六章典型挖掘机液压传动系统分析 (44)

一、WY100型履带式液压挖掘机液压系统分析 (44)

二、WY160型液压挖掘机液压系统分析 (45)

第一章液压基础知识

液压系统

制作：马艳涛

第二章液压元件的选择与计算

第一节液压泵

一、液压泵的主要性能参数

1、压力

1)工作压力。液压泵实际工作时的输出压力为工作压力。工作压力取决于外负载的大小和排油管路的压力损失，而与液压泵的流量无关。

2)额定压力。液压泵在正常工作条件下，按试验标准规定连续运转的最高压力称为液压泵的额定压力。液压泵铭牌上所标的一般是其额定压力。

3)最高允许压力。在超过额定压力的条件下，根据试验标准规定，允许液压泵短暂运行的最高压力值，称为液压泵的最高允许压力。

2、排量与流量

1)排量。液压泵每转一周，由其密封的容积几何尺寸变化计算而得的排出液体的体积叫液压泵的排量。排量的常用单位为mL/r。排量取决于泵的结构参数，而与其工况无关，是液压泵的一个重要特征参数。

2)理论流量。指不考虑泄漏的条件下，在单位时间内由液压泵密封容积的几何尺寸变化计算而得的排出液体的体积。理论流量与工作压力无关。显然，如果液压泵的排量为q，其

主轴转速为n，则该液压泵的理论流量为

3)实际流量。液压泵实际工作时，单位时间内所排出的液体体积称为实际流量。它等于理论流量减去泄漏、压缩等损失后的流量，即

液压泵泄漏量的大小取决于运动副的间隙、工作压力和液体粘度等因素，而与泵的运动速度关系不大。当泵的结构和采用的液体粘度一定时，泄漏量将随工作压力的提高而增大，即工作压力对泵的实际流量有间接的影响。

4)额定流量。液压泵在正常工作条件下，根据试验标准规定（如果额定压力和额定转速下）必须保证的流量。

3、功率和效率

1)功率

液压泵的功率分为输入功率和输出功率。

i.输入功率。指作用在液压泵主轴上的机械效率。当输入转矩为M、角速度为ω时，液压泵的输入功率有

ii.输出功率。指液压泵输出的液压功率。液压泵的输出功率是液压泵工作过程上的吸、排油口间的压差和实际输出流量Q的乘积，即

在工程实际中，一般油箱通大气，液压泵吸、排油口的压力差往往用液压泵的出口压力p代替。

2)效率

液压泵在能量转换过程中是有损失的，其输出功率总小于输入功率，两者之间的差值为功率损失。液压泵的功率损失分为容积损失和机械损失两部分。容积损失是液压泵功率在流量上的损失，主要是由于液压泵内部高压腔的泄漏、油液的压缩以及在吸油过程中由于吸油阻力太大、油液粘度大以及液压泵转速高等原因而导致油液不能全部充满密工作腔。机械损失是指液压泵功率在转矩上的损失，主要是由于液压泵体内相对运动部件之间因机械摩擦而引起的摩擦损失以及液体的粘性而引起的磨擦损失。液压泵的容积损失大小于容积效率来衡量，机械损失大小用机械效率来衡量。

i.容积效率。液压泵的容积效率是实际输出流量Q与其理论流量之比，即

液压泵的内部泄漏量随工作压力的提高而增大，因此，液压泵的容积效率随着液压泵工作压力的增大而减小。

对于性能正常的液压泵，其容积效率大小随泵的结构类型不同而异。如齿轮泵容积效率为0.7~0.9，叶片泵容积效率为0.8~0.95，柱塞泵的容积效率为0.9~0.95。具体可查阅产品说明书和相关液压元件手册。

ii.机械效率。液压泵的机械效率是理论输入扭矩和与实际输入扭矩M之比，即

总效率。液压泵的总效率为泵的输出功率和输入功率之比，即

如果没有损失，则泵的理论输入功率应无损耗地全部变换为泵的理论输出功率，即

整理式子，得

从式中可以看出，液压泵的总效率又等于机械效率与容积效率的乘积。

液压泵常用计算公式

二、液压泵的选用

液压泵是向液压系统提供一定流量和压力的油液的动力元件，它是液压系统不可缺少的核心元件，合理的选择液压泵对于降低液压系统的能耗、提高系统的效率、降低噪声、改善工作性能和保证系统可靠工作都十分重要。

选择液压泵的原则是：首先根据主机工况、功率大小、系统对泵工作性能的要求和泵的调节方式、自吸能力、抗污染能力、流量脉动性、噪声水平、结构尺寸、价格、节能效果工作液体各类等问题，合理地确定液压泵的类型，然后按系统所要求的压力、流量大小确定其规格型号。一般在轻载、小功率的液压设备上，可选用齿轮泵、双作用叶片泵；精度较高的机械设备，可选用双作用叶片泵、螺杆泵；在负载在、功率大的设备（如刨床、拉床、压力机等），可选用柱塞泵；机械辅助装置和在恶劣的工作环境条件下，可选用价格低廉的齿轮泵。下表中列出了液压上常用液压泵的主要性能，供选用时参考。

选用液压泵时，应主要考虑两个参数：压力P和流量Q。泵的压力和流量应大于或等于系统所需要的最大压力和最大流量。

1、工作压力计算

泵的工作压力是执行元件工作压力与管道压力损失之和。

1)对于液压马达或两腔工作面积相等的液压缸，则有

式中，p－液压泵的工作压力

－系统中液压缸或液压马达进、出油口的压差

－油液流过管道和各种阀内时的全部压力损失

2)对于两腔工作面积不等的液压缸，则有

式中，A1、A2－液压缸进、回油腔工作面积；

－油液流经进油管道和阀类的压力损失之和；

－油液流经回油管道和阀类的压力损失之和；

－液压缸载荷；

－液压缸的机械效率。

管道中的压力损失包括沿程损失和局部损失两种，而流经各种阀类的压力损失则以局部损失为主，并且它在全部压力损失中占有较大的比重。

对于压力损失较为准确的计算，只有在系统的阀类元件规格以及管道尺寸选定后才能进行。一般压力损失占系统中泵供油压力的10%~30%。

2、流量计算

1)对于不含蓄能器的液压系统，泵的流量可按下式确定

式中，Q－液压泵的流量；

－同时工作的液压缸或液压马达所需流量这和的最大值；

K－系统泄漏系数，一般取K＝1.1~1.3。

2)对于节流调速回路，如果最大流量点处于调速状态，则在上式计算所得的泵流量基础上增加溢流阀的最小溢流量。

3)对于含蓄能器的液压系统，则泵的流量按一个工作循环中的平均流量选取，即

式中，T－工作循环的周期；

－循环中第i阶段所需流量；

－第i阶段所持续的时间；

n－一个工作循环的阶段数。

3、选择液压泵的规格

参照产品说明书选取额定压力比计算的压力值高25%~60%、流量与计算的流量值Q一致的液压泵。

第二节液压马达

液压马达是液压系统的执行元件，它是一种将油液的压力能转变为机械能的能量转换装置。从原理上讲，泵和马达具有可逆性其结婚与液压泵基本相同。但由于泵和马达二者的功用和工作状况不同，所以在实际结构上存在一定的差别。

一、液压马达的主要性能参数

从液压马达的作用来看，其主要性能参数有排量和流量、转速、扭矩和效率等。

1、排量和流量

在不考虑泄漏的情况下，液压马达每转所需要输入的液体体积称为液压马达的排量q。

在不考虑泄漏的情况下，单位时间内输入的液体体积称为液压马达的理论流量。

2、转速和容积效率

液压马达以转速n旋转，则马达所需理论流量为

由于液压马达内部有泄漏，实际需要的流量Q等于理论输入流量加上泄漏量

因此马达的容积效率为

所以马达的实际转速为

3、扭矩和机械效率

因液压马达存在摩擦损失，使液压马达输出的实际扭矩M小于理论扭矩。液压马达的机械效率为实际扭矩和理论扭矩之比，即

则液压马达输出的实际扭矩M为

4、总效率

液压马达的总效率为液压马达的输出功率和输入功率之比，即

同液压泵一样，液压马达的总效率也等于其容积效率和机械效率的乘积。

第三节液压缸

液压缸又称油缸或作动筒，是用来将油液的压力能转换成机械能的能量转换装置，用于驱动工作机构作直线往复摆动的液压执行元件，具有结构简单，传力大，运动惯性小，容易实现往复运动控制，便于布局和安装等优点，与杠杆、连杆、齿轮齿条、棘轮棘爪、凸轮等机构配合能实现多种机械运动，在液压系统中得到广泛的应用。

一、液压缸种类与工作原理

液压缸工作的物理本质：利用油液压力来克服负载，利用油液的流量来维持运动速度，则输入液压缸的工作参数是油液的压力和流量，即输入的是液压功率。

液压缸的种类繁多，按运动方式分为往复直线运动液压缸和往复摆动液压缸；按作用方式分为单作用液压缸和双作用液压缸；按结构特点可分为活塞式、柱塞式、摆动式、伸缩式等形式，其中以活塞式液压缸应用最多。

1、活塞式液压缸

活塞式液压缸可分为双杆式和单杆式两种结构，其固定方式有缸体固定和活塞固定两种。

1)双杆式活塞缸

双杆式活塞缸的结构和图形符号如图所示，它由缸筒、活塞、活塞杆和缸盖组成。根据安装方式不同又可以分为缸筒固定式和活塞杆固定式两种。图4－2a所示的为固定式的双杆活塞缸，它的进、出油口布置在缸筒两端，活塞通过活塞杆带动工作台移动，当活塞的有效行程为L时，整个工作台的运动范围为3L，其占地面积较大。图4－2b所示的为活塞杆固定式的双杆活塞缸，缸体与工作台相连，整个工作台的移动范围是液压缸有效行程L的两倍（2L），因此占地面积小。

由于双杆活塞缸两端的活塞杆直径通常是相等的，因此它左、右两腔的有效面积也相等。当分别向左、右腔输入相同压力和相同流量的油液时，液压缸左、右两个方向的推力和速度相等。当活塞的直径为D，活塞杆的直径为d，液压缸进、出油腔的压力为p1和p2，输入流量为Q时，不计损失，双杆活塞缸的推力F和速度v分别为

2)单杆式活塞缸

单杆式活塞缸仅在液压缸的一腔中有活塞杆，它又有单作用和双作用之分。图4－3所示为带钢珠锁的双作用活塞缸，其往复运动都是靠作用于活塞上的液压力实现的，在其极限位置，为提高活塞杆固定可靠性，设有钢珠锁。单杆活塞缸也有缸筒固定和活塞固定两种安装形式，无论哪种安装形式，工作台运动范围都等于其活塞有效行程的两倍。

单杆式活塞缸由于只有一根活塞杆，活塞两端的有效作用面积不相等。当分别向缸两腔供油，且供油压力和流量相同时，活塞（或缸体）在两个方向上产生的推力和速度不相等。活塞上产生的推力和进油腔的有效面积成正比，即无杆腔产生的推力大于有杆腔；而活塞移动的速度与进油腔的有效面积成反比，即油液进入无杆腔时的有效面积大，速度慢，进入有杆腔时有效面积小，速度快。

当无杆腔（有效作用面积A1）进油，有杆腔（有效作用面积A2）回油时，活塞推力和运动速度分别为

当有杆腔进油，无杆腔回油时，活塞推力和运动速度分别为

比较上面公式可知，、，即无杆腔进压力油液

工作时，推力大，速度低；有杆腔进压力油油液工作时，推力小，

速度高。因此，单杆活塞缸常用于一个方向有较大负载，但运行速

度较低，另一个方向穿戴快速退回的设备中。

单杆活塞缸在两个方向中的输出速度和的比值称为速度

比Ф，是单杆双作用活塞式液压缸尺寸特点的一个重要参数。

如果向单杆活塞缸的左右两腔同时通压力油，如图所示，即所谓的差动连接，差动连接的单杆活塞缸称为差动液压缸。工作时，由于无杆腔的有效面积大于有杆腔的有效面积，帮活塞向右运动，同时使有杆腔中的油液（流量为）流入无杆腔，加大了流入无杆腔的流量（），从而也加快了活塞移动速度。

液压缸活塞推力和运动速度分别为

由上式可知，差动连接时液压缸的推力比非差动连接时小，速度比非差动连接时大，因此可在不加大油源流量的情况下实现液压缸快速运动。如果要求快速运动和快速退回速度相

等，即，则可得

3)主要结构形式

按照活塞式液压缸的结构和作用方式的不同，常见的活塞式液压缸结构形式见下表

二、液压缸的设计计算

液压缸已有系列标准可供选用，但有时还需自行设计一些非标准液压缸。液压缸的设计是在完成了工况分析、负载计算以及选定了工作压力的基础上进行的。设计步骤是首先根据使用要求确定结构形式和安装方式；然后根据负载情况、运动速度、最大行程和工作压力等要求确定主要结构尺寸，并对部分零件进行强度、风度和稳定性验算；最后完成结构设计。

1、主要尺寸确定

1)缸筒内径

计算缸筒内径D时，通常有两种方法计算：一种是根据液压缸需要产生的推力F和系统选定的工作压力p来计算，另一种方法是根据活塞运动速度v和输入流量Q来计算。对于单杆活塞缸，其计算式分别为

式中F1和F2分别是无杆腔和有杆腔进油时活塞产生的推力；V1和V2分别是无杆腔和有杆腔进油时活塞的运动速度，按上式中计算出缸筒的内径D后，还要从标准中选取相近的尺寸进行圆整。

2)缸筒长度

液压缸长度（L）＝活塞宽度+活塞行程+导向套长度+活塞杆密封长度+其它长度。一般液压缸长度不大于缸内径D的20~30倍。为了简化工艺，降低成本，增加产品通用性，应尽量采用国家标准规定的标准系列值。

3)最小导向长度

当活塞杆全部外伸时，从活塞面中点到导向套滑动面中点的距离称为最小导向长度H。如果导向长度过小，将使液压缸的初始长度（间隙引起的挠度）增大，影响液压缸的稳定性，因此设计时必须保证有一最小导向长度。对于一般的液压缸，当液压缸的最大行程为l，缸筒直径为D时，最小导向长度为

4)活塞杆直径

对于往复运动，有速比要求的按速比确定活塞杆直径d

若无速比要求，则按活塞杆受力状况确定：

活塞杆受拉：

活塞杆受压：

计算出活塞杆直径d后，还要从标准中选取相近的尺寸加以圆整。

2、强度校核

1)缸筒壁厚校核

在一般中、低压系统中，缸筒壁厚δ是由结构和工艺要求来确定。但当工作压力较高和缸筒内径较大时，有必要对其强度进行校核计算。壁厚强度校核有两种情况：薄壁

（）和厚壁。

薄壁：

厚壁：

式中，当缸的额定压力时，k取1.5；当，k取1.25。为材料

许用应力，

，为材料抗拉强度，n为安全系数，一般取5。

2)活塞杆直径校核

活塞杆直径d可按下式校核

式中F为活塞杆所受负载； , n一般取1.4。

3)螺纹连接强度校核

缸盖固定螺栓的螺纹需要进行螺纹连接强度校核。

式中－螺纹所受应力；

F－液压缸所受最大负载；

K－螺纹预紧系数，一般取1.2~1.5

－螺纹内径

Z－螺栓个数

－材料许用应力，－为材料屈服极限，n为安全系数，一般取

1.2~

2.5。

3、稳定性校核

对于受压的活塞杆来说，当长径比时，应对其进行稳定性校核，应使活塞杆所承

受的负载小于使其保持工作稳定的临界负载力。稳定性校核可按材料力学有关公式计算，此处不再赘述。

第四节蓄能器

蓄能器是储存和释放液体压力能的装置，它的工作直接影响液压系统的工作性能。本节主要介绍蓄能器的功用、原理和有关性能。

一、蓄能器的作用

蓄能器的作用是储存具有一定能量的油液，吸收脉动压力、防止液压撞击，提高液压传动的灵敏性。在液压伺服系统中用于减低系统固有频率，增大阻尼系数和提高稳定裕度。

1、作辅助动力源

这是蓄能器最常见的用途，用于短时间内系统需要大量油液的场合。在间歇工作或在一个工作循环内流量差别很大的液压系统中，若设置蓄能器，就可以按系统所需的平均流量而不是最大流量来选择液压泵。当执行元件要求最小流量时，泵输出的多余油液输入蓄能器储存起来；当执行元件要求最大流量时，由蓄能器与泵同时供油，以满足执行元件的需要。因此，可以选择一个较小功率的泵，使系统中能量利用更为合理，提高效率，减小发热，并使整个液压系统结构紧湊，成本降低。

2、作紧急动力源

某些液压系统要求在液压泵发生故障或失去动力时，执行元件应能继续完成必要的动作以紧急避险，保证安全，这时可以用蓄能器作紧急动力源。

3、保压和补充泄漏