液压与气压传动 交流液压技术，如液压镐及原子能工业中的机械手。此外，液压射流技术也获得了应用和发 展。总之，液压技术是近代工业技术中的一个重要分支。可以相信，它与迅猛发展起来的电 子技术相结合，将进一步显示出其强大的功能和优越性。 1.2液压传动的工作原理及系统组成 1.2.1液压传动系统的工作原理 液压传动的工作原理，可以用一个简单的液压传动装置一液压千斤顶来说明。 图1-2是液压千斤顶的工作原理图。大液压 缸9为举升液压缸。杠杆手柄1、小液压缸2、单 向阀4和7组成手动液压泵。如抬起手柄使小活 塞3向上移动，小活塞下端油腔容积增大，形成 局部真空，这时单向阀4打开，通过吸油管5从 油箱12中吸油；用力压下手柄，小活塞下移， 小活塞下腔压力升高，单向阀4关闭，单向阀7 打开，下腔的油液经管道6输入到大液压缸9的 下腔，推动大活塞8向上移动，顶起重物。再次 抬起手柄吸油时，单向阀7自动关闭，使油液不 能倒流，从而保证了重物不会自行下落。只要连 续不断地往复抬起、下压手柄，就能不断地把油 液压入大液压缸9下腔，使重物逐渐地升起。如 图12液压千斤顶工作原理图 果打开截止阀11，举升缸下腔的油液通过管道 1一杠杆手柄2一小液压缸3一小活塞 10、截止阀11流回油箱，重物就向下移动。这就 4、7一单向阀5一吸油管6、10-管道 是液压千斤顶的工作原理。 8一大活塞9一大液压缸11一截止阀12一油箱 通过对液压千斤顶工作过程的分析，可以初步了解到液压传动的基本工作原理。压下杠 杆时，小液压缸2输出压力油，是将机械能转换成油液的压力能，压力油经过管道6及单向 阀7，推动大活塞8举起重物，是将油液的压力能又转换成机械能。大活塞8举升的速度取 决于单位时间内流入大液压缸9中压力油容积的多少。由此可见，液压传动是一个不同能量 的转换过程。 下面分析一种驱动工作台的液压传动系统。如图1-3所示，它由油箱、过滤器、液压 泵、溢流阀、开停阀、节流阀、换向阀、液压缸以及连接这些元件的油管、接头组成。其工 作原理为：液压泵17由电动机驱动后，从油箱19中吸油。油液经过滤器18进入液压泵， 油液在泵腔中获得能量形成高压油从泵出口输出，在图1-3a所示状态下，通过开停阀10、 节流阀7、换向阀5进人液压缸2左腔，推动活塞使工作台1向右移动。这时，液压缸右腔 的回油经换向阀5和回油管6排回油箱。 如果将换向阀手柄转换成图1-3b所示状态，则液压泵排出的压力油将经过开停阀、节 流阀和换向阀进入液压缸右腔，推动活塞带动工作台向左移动，并使液压缸左腔的回油经换 向阀和回油管6排回油箱。 2
第1章绪论4 工作台的移动速度是通过节流阀来调节的。当节流阀开大时，进入液压缸的油量增加， 工作台的移动速度增大；当节流阀关小时，进入液压缸的油量减小，工作台的移动速度减 小。为了克服移动工作台时所受到的各种阻力，液压缸必须产生一个足够大的推力，这个推 力是由液压缸中的油液压力产生的。需要克服的阻力越大，液压缸中的油液压力越高；反之 压力就越低。这种现象正说明了液压传动的一个基本原理一压力决定于负截。 图13机床工作台液压系统工作原理图 1一工作台2一液压缸3一活塞4一换向手柄5一换向阀6、8、16一回油管 7一节流阀9一开停手柄10一开停阀11一压力管12一压力支管13一滋流阀 14一钢球15一弹簧17一液压泵18一过滤器19一油箱 1.2.2液压传动系统的组成 从机床工作台液压系统的工作过程可以看出，一个完整的、能够正常工作的液压系统， 应该由以下五个主要部分组成： 1)液压动力元件。它是把电动机的机械能转换成液体压力能并供给液压系统压力油的 装置，最常见的形式是液压泵。 2)液压执行元件。它是把液体压力能转换成机械能以驱动工作机构的装置，其形式有 作直线往复运动的液压缸与作连续回转运动的液压马达。 3)液压控制元件。它是对系统中的压力、流量或流动方向进行控制或调节的装置，如 3
一色液压与气压传动 溢流阀、节流阀、换向阀、开停阀等。 4)液压辅助元件。上述三部分之外的其他装置，例如油箱，过滤器，油管等。它们对 保证系统正常工作是必不可少的。 5)工作介质。传递能量的流体，即液压油等。 1.3液压传动的优缺点 液压传动与其他传动形式的主要区别是，液压传动以液体（主要是矿物油）作为传递动 力的介质。根据液体在工作中的特点，其传动形式可分为液力传动和容积式液压传动两大类。 液力传动是指将机械能转换为流体的动能，并依靠该动能实现能量的传递；容积式液压 传动是指将机械能转换为流体的压力能，并依靠该压力能实现能量的传递。 目前，液压传动几乎全部采用容积式液压传动。当执行机构的容量确定后，运动速度的 快慢取决于容积变化的大小（即流量的大小）：执行机构输出力的大小取决于液压力的 大小 1.3.1液压传动的优点 与其他传动形式（如机械传动、电力传动、气压传动）相比较，液压传动有下列优点： 1)液压传动装置能在运行过程中进行无级调速，调速方便且调速范围比较大，达100：1 至2000：1。 2)在同等功率情况下，液压传动装置体积小、质量轻、惯性小、结构紧凑（如液压马 达的质量只有同功率电动机的10%~20%)，而且能传递较大的力或力矩。 3)液压传动装置工作比较平稳，反应快，冲击小，能高速起动、制动和换向。液压传 动装置的换向频繁，回转运动每分钟可达500次，往复直线运动每分钟可达400~1000次。 4)液压传动装置的控制、调节比较简单，操纵比较方便、省力，易于实现自动化。当 与电气装置配合使用时，更能实现复杂的顺序动作和远程控制。 5)液压传动装置易于实现过载保护。由于采用油液作为工作介质，液压传动装置能自 行润滑，故使用寿命较长。 6)液压传动装置由于其元件实现了系列化、标准化、通用化，故易于设计、制造和推 广使用。 7)液压传动装置能很方便地实现直线运动和回转运动，液压元件的排列和布置也具有 很大的机动灵活性。 8)在液压传动装置中，由于功率损失等原因所产生的热量可由流动着的油液带走，因 此，可以避免在系统某些局部产生过度温升现象。 1.3.2液压传动的缺点 液压传动的主要缺点为： 1)液压传动装置以液体为工作介质，无法避免泄漏。液体的泄漏和液体的可压缩性使 液压传动无法保证严格的传动比。 2)液压传动装置由于在能量转换及传递过程中存在着机械摩擦损失、压力损失和泄漏 4
第1章绪论 损失而使总效率降低，不宜作远距离传动。 3)液压传动装置对油温和负载的变化都比较敏感，不宜在低温及高温条件下工作。液 压传动装置对油液的污染也比较敏感，要求有良好的过滤设施。 4)液压传动装置要求有单独的能源（例如液压泵站），液压能不能像电能那样从远处 送来。液压元件制造精度要求高、造价贵，须组织专业生产。 5)液压传动装置出现故障时不易追查原因、迅速排除，对维修人员的专业素质要求 较高。 总的说来，液压传动的优点较多，其缺点则随着生产技术的发展正在逐步加以克服，因 此液压传动在现代化的生产中有着广阔的发展前景。 1.4液压传动系统图的图形符号 图13所示的液压系统是一种半结构式的工 作原理图，它有直观性强、容易理解的优点，当 液压系统发生故障时，根据原理图检查十分方便， 但图形比较复杂，绘制比较麻烦。我国已经制定 了一种用规定的图形符号来表示液压原理图中的 各元件和连接管路的国家标准，即GB/T786.1 2009《流体传动系统及元件图形符号和回路图》。 在该国家标准中，对于这些图形符号有以下几条 基本规定。 1)符号只表示元件的职能，连接系统的通路， 不表示元件的具体结构和参数，也不表示元件在机 器中的实际安装位置。 2)元件符号内的油液流动方向用箭头表示， 线段两端都有箭头的，表示流动方向可逆。 图1-4机床工作台液压系统的图形符号图 3)符号均以元件的静止位置或中间零位置表 1一工作台2一液压缸3一活塞4一换向阀 5一节流阀6一开停阀7一溢流阀 示，当系统的动作另有说明时，可作例外。 8一液压泵9一过滤器10一油箱 图1-4所示为图1-3a所示系统按国家标准绘制 的工作原理图。使用这些图形符号可以使液压系统图简单明了，且便于绘图。 思考题与习题 1-1液压传动系统由哪几部分组成？各部分的作用是什么？ 12液压传动与机械传动、电传动相比有哪些优点？ 13液力传动与容积式液压传动的能量转换方式有何不同？ 【-4液压传动系统的图形符号有哪些基本规定？ 5
第2章 液压动力元件 2.1液压泵概述 在液压系统中，为系统提供动力的元件称为液压动力元件，液压动力元件即液压泵，是 液压系统中的能量转换装置，它的作用是将动力机的机械能（力矩M,转速）转换成液体 的压力能（压力，排量q)。在液压系统中，所需的液压能都是由液压泵供给的，因此液压 泵在液压系统中也被称为液压系统的“心脏”。 2.1.1液压泵的分类及职能符号 常见的液压泵分类形式有如下几种： 齿轮式液压泵外啮合 内啮合 单作用 一泵轴转一周每个封闭容积只吸、排液体各一次 叶片式液压泵 双作用 泵轴转一周每个封闭容积吸、排液体各两次 按结构分 「斜盘式 轴向柱塞泵 柱塞式液压泵 斜缸式 径向柱塞泵 螺杆式液压泵 「定量泵 泵的每转排量为定值，不可调 按排量是否可调节分 变量泵 泵的每转排量可调节 按排油方向分 单向泵—进、出油口不变 双向泵 进、出油口可交换 低压泵 0-2.5MPa 中压泵 2.5-8.0MPa 按压力级别分 中高压泵8.0~10MPa 高压泵 10.0-32.0MPa 各种类型液压泵的职能符号如图2-1所示。 图2】液压泵的职能符号 a)单向定量泵b)单向变量系c)双向定量系d)双向变量泵