第三章 液压传动

4. 柱塞泵
柱塞泵是利用柱塞在缸体柱塞孔中作复运动所产生的工 作容积变化，来实现吸油和排油。由于其主要构件是圆形的 柱塞和柱塞孔，加工方便，容易达到较高的配合精度，因此 具有密封性能好、效率高、工作压力大（可达35MPa）的特 点，适用于高压、大流量、大功率的液压系统中。缺点是结 构复杂，对油液的清洁度要求高，价格较贵。类型有：径向 和轴向柱塞泵。
换向阀操纵方式
手柄式 人力控制 滚轮式 机械控制 加压或 卸压控制
电磁控制 电液 先导控制
弹簧控制
下图换向阀为何种操纵方式?返回溢流阀
返回减压阀
④滑阀中位机能
对于三位换向滑阀，阀芯在阀体 内有左、中、右三个位置。 左、右位置一般是使执行元件产生 不同的运动方向；而阀芯在中间位 置时，除了使执行元件停止外，利 用油口间的多种连接方式，还可以 实现其它一些功能。 三位滑阀在中位时，各阀口的连通 形式称为中位机能（中位机能用与 油路连情况相像的大写英文字母表 示）。 三位阀常见的中位机能见右表。
1.对液压油的要求
1)合适的粘度，并有较好的粘温特性。 所谓粘性，是指液体分子间内聚力阻止分子相对运动的性质。 表示液体粘性大小的物理量称为粘度。粘度是液压油最重要的物理 性质，也是选择液压油的主要指标。粘度过高，液压元件中各部件 的运动阻力增大，同时，管道压力降和功率损失增加；反之，粘度 过低又会加大系统的泄漏。所以工作介质要有合适的粘度范围，同 时在温度、压力变化下，油的粘度变化要小。 2) 润滑性能好，在压力和温度发生变化时，应有较厚的油膜厚度。 3) 质地纯净，杂质少。 此外，对液压油的防蚀性、防锈性、抗泡沫性、相容性和稳定性等也有 相应的要求 2.选用原则 ⑴ 先选择合适的液压油类型，再选择合适的液压油粘度。 (2)运动速度高或配合间隙小时宜采用粘度较低的油液以减小摩擦损失；工 作压力高或温度高时宜采用粘度较高的油液以减小泄漏。
二、液压系统的组成
由图3-1例子可以看出，一个完整的液压系统由以下五个部分组成： 1.能源装置 指液压泵，其作用是将原动机（电动机或内燃机）的机械能转换成 液体的压能。 2.控制调节装置 各类液压阀，主要有方向控制阀、压力控制阀和流量控制阀，其功能 是对液压系统中油的流动方向、压力、流量进行调节和控制。 3.执行装置 指液动机械，包括作直线运动的液压缸和作旋转运动的液压马达，其 作用是将液体的液压能转换为工作装置需要的机械能，实现预定的工作 目的。 4.辅助装置 包括油箱、蓄能器、密封圈、滤油器、管道、管接头、压力表等，其 作用是保证液压系统持久、稳定、可靠地工作。 5.工作介质 指液压油，目前液压系统采用的液压油主要是矿物油，其它还有高 水基液压油和合成型液压油等。
③换向阀的操纵方式
换向阀的阀芯移动方式有手动、机动、液动、电磁式和电液动等。 手动换向阀是用手操纵手柄推动阀芯相对阀体移动，有弹簧复位和钢球定位 （如图）两种。 机动换向阀利用安装在运动部件上的挡块或凸轮推动阀芯实现换向，又称为 行程换向阀。 液动换向阀依靠控制压力油作用在阀芯的端面上，产生推力使阀芯移动。 电磁换向阀利用电磁铁的吸力控制阀芯换位，电磁铁可通过电气系统的按钮 开关、行程开关、压力继电器、限位开关等发出的电信号动作，所以很容易实现 自动控制和远距离操纵。 由于受到电磁铁吸力较小的限制，电磁换向阀只适用于流量不大的场合。 电液换向阀是电磁换向阀和液动换向阀的组合。其中，电磁换向阀起先导作 用，控制液动换向阀的换向；液动换向阀为主阀，用于控制液压系统的执行元件。 电液换向阀液动换向阀阀芯操纵力大的特点，又具有电磁换向阀操作方便、 自动化程度高的优点，因此在需要大流量的自动化液压系统中被广泛应用。
第三章 液压传动
液压传动是以液体为工作介质，利用液体压力传递能量的一种传动方式。由于这 种传动具有输出功率大、传动平稳、动作灵敏、容易获得大的传动比和易于控制等优 点，上世纪60年代以后得到迅速的发展，并在各种机械中得到了广泛的应用，在工程 机械中尤为显著。 本章将简要介绍液压传动的基本概念、液压元件、液压传动基本回路等内容。 第一节 液压传动基本知识 一、液压传动的工作原理(Pascal原理）
液压泵分类
按照转轴每转一周所输出的油液体积能否调节，可以分为定量泵和变量泵; 按其输油方向能否改变分为单向泵和双向泵； 按照结构形式的不同，可又分为齿轮泵、叶片泵、柱塞泵、螺杆泵和凸轮转子泵 在工程机械液压系统中用得最普遍的是齿轮泵、叶片泵和柱塞泵。 2. 齿轮泵
齿轮泵具有结构简单，体积小，工艺性好，工作可靠，维修方便和抗油污能 力强等优点，因而被广泛地应用于各种液压传动的机械上，特别是工作条件比较 恶劣的工程机械。但由于齿轮泵的流量和压力脉动较大，存在困油现象，噪声高， 并且只能作定量泵，故应用范围受到了一定的限制。
五、液压系统的图形符号
在液压系统图中, 图形符号只反映各元件的职能和在油路连接上的相互关 系，而不表示元件的具体结构和空间安装位置。使用图形符号既便于绘制，又可 使液压系统简单明了，常用液压元件的图形符号如下:
第二节 液压元件
一、液压泵 液压泵是动力元件，它的作用是把外界输入的机械能转变为液压能， 向系统提供具有一定压力和流量的液流。 1. 液压泵的工作原理与分类
①普通单向阀
普通单向阀简称单向阀，是一种只允许液压油正向流动，不允许逆向倒流的阀，普通单 向阀由阀芯1、弹簧2及阀体3组成，如图所示。wenku.baidu.com
②液控单向阀 液控单向阀由普通单向阀和液控装置两部分组成，如图所示。当控制油口K不 通压力油时，相当于普通单向阀，液压油只能从A向B流动。当K口通入一定压力的 控制油时，活塞1推动顶杆2将阀芯3顶开，使A口与B口相通，液压油便可反方向流 动。 液控单向阀因其反向密封性能好，又称为液压锁，多用于保压、锁紧及平衡回 路中，如在汽车起重机的支腿油路中便采用液控单向阀来实现长时间的保压。
液控单向阀
（2）换向阀
换向阀是利用阀芯与阀体之间的相对运动来改变阀体上各油口的连通情况，从而 改变油液的流动方向和油路的通断，实现运动换向、启停及速度换接等。 根据阀芯的运动方式，换向阀可分为滑阀式（阀芯相对于阀体作轴向移动）和转 阀式（阀芯相对于阀体作旋转运动）两种，滑阀式应用较多，因此下面只介绍换向滑 阀。 ①换向滑阀的结构及工作原理 换向滑阀一般由阀体、阀芯及阀芯操纵机构三部分组成，如下图所示。阀体上有 多个油口，与液压系统中的不同油路连通。阀芯为圆柱状，其上加工了几个台肩与阀 体配合，使阀体内某些通道连通，而另一些通道被封闭。阀芯操纵机构可控制阀芯在 阀体内作轴向移动。下图二位三通换向阀。
二、液压马 达和液压缸
液压马达和液压缸都是液压系统的执行元件，前者实现 连续的旋转运动，后者实现直线往复运动，或小于360º 的回 转摆动。 1. 液压马达 液压马达在结构上与液压泵基本相同，并且也是靠密封容 积的变化进行工作的，常见的液压马达也有齿轮式、叶片式 和柱塞式等几种主要形式。从原理上讲，向容积式泵中输入 压力油，使其轴转动，就成为液压马达。但由于二者的任务 和要求有所不同，实际上只有少数泵能作马达用。
液压马达工作原理
当液压马达的出口直通油箱时，如果不考虑泄漏和摩擦损失，马达所能输出 的扭矩和转速计算公式为： p V
M
2
n
Q V
式中 M ——马达输出的扭矩，单位：N•m； n——马达输出的转速，单位：rps； p——马达的工作压力，单位：Pa； V——马达的排量（每转可变容积的体积变化量），单位：m3/r； 由此可见，对于定量液压马达，排量为定值，在流量Q不变的情况下，其输 出转速n不能改变，工作压力p可随负载扭矩M的变化而变化；对于变量液压马达,V 的大小可调节，在Q和p不变的情况下，若使V增大，则n减小，M增大，即可起到 减速增扭的作用。
2. 液压缸
液压缸是液压传动系统中应用最多的执行元件。 液压缸的种类繁多，按其作用方式的不同分为单作用式和双作用式两种。 根据液压缸的结构特点可分为活塞式、柱塞式、伸缩套筒式和摆动式四种。 单作用液压缸的压力油只通向液压缸的一腔，液压力只能使液压缸单向运动，反 向运动必须依靠外力（如重力、弹簧力等）来实现，工程机械常用它作为液压制动器 和离合器的执行元件；双作用液压缸的两腔都可通压力油，因此正、反两方向的运动 都由压力油推动来实现。 下面只介绍在工程机械中用得最多的活塞式双作用液压缸。
单活塞杆液压油缸
其他液压缸
伸缩液压缸
三、液压阀
液压阀用于控制和调节液压系统中液压油的流动方向、流量和压 力，从而控制执行元件的运动方向、运动速度、作用力和动作顺序等， 满足各类执行元件不同的动作要求。液压阀种类很多，按用途可分为方 向控制阀、压力控制阀和流量控制阀，它们分别简称为方向阀、压力阀 和流量阀。 1. 方向阀 方向阀主要用来控制液压油的通断或切换液压油流动的方向，以满 足执行元件的启停和运动方向的要求。方向阀分为单向阀和换向阀两类。 （1）单向阀 单向阀用来控制液压油的通或断。由于它关闭较严，常在回路中起 保持局部压力的作用，也可与其它阀组合成单向复合阀。常用的单向阀 有普通单向阀和液控单向阀。
液压千斤顶原理图
机床液压系统工作原理图
机床液压系统工作原理图
液压传动系统的基本参数：压力和流量。 压力是指液体静压力，即因外力作用而在单位面积上产生的推力。如例1油腔6 中的压力为：p=F/A 式中 p—液体的压力； A——大活塞的有效作用面积； F——作用在大活塞有效作用面积上的外力合力。 由此可知:液压系统中的压力，决定于外界负载。 在国际单位制（SI）中，压力的单位是 Pa（帕）（1Pa=1N/m2）。由于Pa的单 位太小，工程上常用MPa（兆帕），1MPa=1×106 Pa。 流量为单位时间内流过某一过流截面的液体体积称为流量。 若在时间t内流过的液体体积为V，则流量Q为 Q=V/t 在上例中，设在某时间t内流入油腔6的油液体积为•t，此时活塞7上移了一段距 离l，活塞面积为A，则油腔6增大的体积为A•l，由于液体几乎不可压缩，因此 Q•t=A•l 活塞的平均运动速度为 v=l/t=Q/A 上式表明，当油缸的有效面积一定时，活塞运动速度的大小由输入油缸的流量 来确定。 根据上式可得： p.Q=(F/A).v.A=F.v 因此，流过某一截面的流量与油液的压力 p之积具有能量的单位，此即液体的压能。
3. 叶片泵
叶片泵根据作用次数的不同．可分为单作用式和双作用式两种。单作 用式转子每转一周完成吸、排油各一次，双作用式转子每转一周完成吸、 排油各二次。 叶片泵具有结构紧凑、体积小，重量轻，流量均匀，运转平稳，噪声 小、寿命长等优点。但吸入特性不太好，对油液污染比较敏感，制造工艺 要求较高：双作用叶片泵与单作用叶片泵相比，其流量均匀性好，转子体 所受径向液压力基本平衡。双作用叶片泵一般为定量泵，单作用叶片一般 为变量泵。
三、液压传动的优缺点
与其它形式的传动系统相比，液压传动具有以下优点： 1.功率密度（单位体积所具有的功率）大，结构紧凑,质量轻。 2.可实现无级调速，且调速范围大，其传动速比可达到1000。 3.运动平稳，冲击小，工作可靠。 4.易于实现过载保护和自动控制。 5.工作介质绝大多数采用矿物油，因此自润性好，散热好，寿命较长。 但是，液压传动存在着传动效率较低（一般不超过80%），难于保证 严格的传动比，工作性能受温度变化的影响较大，制造成本高，故障排 除较困难等缺点。 四 液压油的选择 液压油是液压系统中传递能量的介质，又能起到润滑、防锈、防腐和 冷却等作用。液压系统能否可靠、有效地工作，在很大程度上取决于所选 用的液压油。
换向滑阀的换向原理
②换向阀的“位”与“通”
换向阀常用“几位几通”说明其职能特点。所谓“位”是指阀芯相对于 阀体 可处的工作位置，不同的工作位置应有不同的连通情况。“通”是指阀体上 与 系统中油路相连通的油口，一般用字母P表示与压力油路相通的进油口，T （或O）表示通油箱的回油口，A和B表示与执行元件相连通的油口。 在阀的图形符号中，用一个方框来表示一位，箭头表示两油口连通（箭头方 向不代表流向），“⊥”表示该油口不通流。 请说出下图中几位几通阀?