第1章绪论 部机器主要由动力装置、传动装置、操纵或控制装置、工作执行装置4部分构成 动力装置的性能一般都不可能满足执行装置各种工况的要求,这种矛盾就由传动装置来解 决。所谓传动就是指能量(动力)由动力装置向工作执行装置的传递,即通过某种传动方式 将动力装置的运动或动力以某种形式传递给执行装置,驱动执行装置对外做功。一般工程 技术中使用的动力传递方式有机械传动、电气传动、气压传动、液体传动以及由它们组合 而成的复合传动。 以液体作为工作介质进行能量(动力)传递的传动方式称为液体传动,液体传动分为液 力传动和液压传动两种形式。液力传动主要是利用液体的动能来传递能量;而液压传动则 主要是利用液体的压力能来传递能量。 本书主要介绍以液压油为工作介质的液压传动技术。液压传动利用液压泵,将原动机 (马达)的机械能转变为液体的压力能,然后利用液压缸(或液压马达)将液体的压力能转变为 机械能,以驱动负载,并获得执行机构所需的运动速度。液压传动的理论基础是液压流体 力学。 与机械传动相比,液压传动具有许多优点,因此在机械工程中被广泛应用。本章介绍 液压传动的工作原理、组成、优缺点及液压传动的应用 1.1液压传动的工作原理及组成 11.1液压传动的工作原理 1.液压千斤顶的工作原理 液压千斤顶是常见的液压传动装置。图1.1为其工作原理示意图。图中,大小两个液 压缸2和11内分别装有活塞,活塞可以在缸内滑动,且密封可靠。要举升重物12时,截 止阀8应关闭。当向上提起杠杆1时,小活塞向上移动,液压缸I下腔的密封容积增大 腔内压力下降,形成一定的真空度,这时排油单向阀3关闭,油箱5中的油液在大气压力 的作用下推开吸油单向阀4进入液压缸I的下腔,从而完成了一次吸油过程。接着,压下 杠杆1,小活塞下移,液压缸I下腔密封容积减小,油液受到挤压,压力上升,关闭吸油单 向阀4,压力油推开排油单向阀3进入液压缸Ⅲ的下腔,从而推动大活塞克服重物12的重 力G上升而做功。如此反复地提压杠杆1,就可以将重物12逐渐升起,从而达到起重的目 若杠杆1不动,液压缸Ⅱ中的液压力使单向阀3关闭,大活塞不动。当需要将大活塞放 下时,可打开截止阀8,液压油在重力作用下经截止阀8排回油箱5,大活塞下降到原位
第 1 章 绪 论 一部机器主要由动力装置、传动装置、操纵或控制装置、工作执行装置 4 部分构成。 动力装置的性能一般都不可能满足执行装置各种工况的要求，这种矛盾就由传动装置来解 决。所谓传动就是指能量(动力)由动力装置向工作执行装置的传递，即通过某种传动方式， 将动力装置的运动或动力以某种形式传递给执行装置，驱动执行装置对外做功。一般工程 技术中使用的动力传递方式有机械传动、电气传动、气压传动、液体传动以及由它们组合 而成的复合传动。 以液体作为工作介质进行能量(动力)传递的传动方式称为液体传动，液体传动分为液 力传动和液压传动两种形式。液力传动主要是利用液体的动能来传递能量；而液压传动则 主要是利用液体的压力能来传递能量。 本书主要介绍以液压油为工作介质的液压传动技术。液压传动利用液压泵，将原动机 (马达)的机械能转变为液体的压力能，然后利用液压缸(或液压马达)将液体的压力能转变为 机械能，以驱动负载，并获得执行机构所需的运动速度。液压传动的理论基础是液压流体 力学。 与机械传动相比，液压传动具有许多优点，因此在机械工程中被广泛应用。本章介绍 液压传动的工作原理、组成、优缺点及液压传动的应用。 1.1 液压传动的工作原理及组成 1.1.1 液压传动的工作原理 1. 液压千斤顶的工作原理 液压千斤顶是常见的液压传动装置。图 1.1 为其工作原理示意图。图中，大小两个液 压缸 2 和 11 内分别装有活塞，活塞可以在缸内滑动，且密封可靠。要举升重物 12 时，截 止阀 8 应关闭。当向上提起杠杆 1 时，小活塞向上移动，液压缸 I 下腔的密封容积增大， 腔内压力下降，形成一定的真空度，这时排油单向阀 3 关闭，油箱 5 中的油液在大气压力 的作用下推开吸油单向阀 4 进入液压缸 I 的下腔，从而完成了一次吸油过程。接着，压下 杠杆 1，小活塞下移，液压缸 I 下腔密封容积减小，油液受到挤压，压力上升，关闭吸油单 向阀 4，压力油推开排油单向阀 3 进入液压缸 II 的下腔，从而推动大活塞克服重物 12 的重 力 G 上升而做功。如此反复地提压杠杆 1，就可以将重物 12 逐渐升起，从而达到起重的目 的。若杠杆 1 不动，液压缸 II 中的液压力使单向阀 3 关闭，大活塞不动。当需要将大活塞放 下时，可打开截止阀 8，液压油在重力作用下经截止阀 8 排回油箱 5，大活塞下降到原位
液压传动 St 图11液压千斤顶的工作原理 杠杆:2一液压缸I:3一排油单向阀:4—吸油单向阀 5一油箱:6、7、9、10一油管:8一截止阀:11—液压缸Ⅱ:12一重物 2.磨床工作台液压传动系统的工作原理 图1.2所示为磨床工作台液压传动系统的工作原理图。这个系统可克服各种阻力使工 作台作直线往复运动,并且工作台的运动速度可以调节。图中,液压泵3由马达驱动旋转, 从油箱1中吸油,油液经过滤器2进入液压泵。当液压油从液压泵输出进入油管后,通过 节流阀4流至换向阀6。换向阀6有左、中、右三个工作位置。当换向阀的阀芯处于中位 时如图1.2(a)所示,由于所有油口P、T、A、B均封闭,油路不通,液压油不能进入液压缸 8,活塞9停留在某个位置上,所以工作台10不动。此时,液压泵输出的液压油只能在 定压力下通过溢流阀5流回油箱。 (b)换向阀处于右位 目三三 (a)液压传动系统原理图 (c)换向阀处于左位 图12磨床工作台液压传动系统原理图 l一油箱:2一过滤器:3一液压泵:4一节流阀:5一溢流阀 6一换向阀:7一手柄;8-液压缸:9一活塞;10一工作台
·2· 液压传动 ·2· 图 1.1 液压千斤顶的工作原理 1—杠杆；2—液压缸 I；3—排油单向阀；4—吸油单向阀； 5—油箱；6、7、9、10—油管；8—截止阀；11—液压缸 II；12—重物 2. 磨床工作台液压传动系统的工作原理 图 1.2 所示为磨床工作台液压传动系统的工作原理图。这个系统可克服各种阻力使工 作台作直线往复运动，并且工作台的运动速度可以调节。图中，液压泵 3 由马达驱动旋转， 从油箱 1 中吸油，油液经过滤器 2 进入液压泵。当液压油从液压泵输出进入油管后，通过 节流阀 4 流至换向阀 6。换向阀 6 有左、中、右三个工作位置。当换向阀的阀芯处于中位 时如图 1.2(a)所示，由于所有油口 P、T、A、B 均封闭，油路不通，液压油不能进入液压缸 8，活塞 9 停留在某个位置上，所以工作台 10 不动。此时，液压泵输出的液压油只能在一 定压力下通过溢流阀 5 流回油箱。 (a) 液压传动系统原理图 (c) 换向阀处于左位 图 1.2 磨床工作台液压传动系统原理图 1—油箱；2—过滤器；3—液压泵；4—节流阀；5—溢流阀； 6—换向阀；7—手柄；8—液压缸；9—活塞；10—工作台 (b) 换向阀处于右位
第1章绪论 若将阀芯推到右边如图1.2(b)所示,液压泵3输出的液压油将流经节流阀4、换向阀6 的P口、A口进入液压缸8左腔,推动活塞(和工作台)向右移动。与此同时,液压缸右腔的 油液经换向阀6的B口、T口经回油管排回油箱。 若将阀芯推到左边如图1.2(c)所示,则液压油经P口、B口进入液压缸8右腔;液压缸 左腔的液压油经A口、T口排回油箱,工作台向左移动。 由此可见,由于设置了换向阀6,所以可改变液压油的流向,使液压缸不断换向实现 工作台的往复运动。 工作台的运动速度可通过节流阀4来调节。节流阀的作用是通过改变节流阀开口量的 大小,来调节通过节流阀油液的流量,从而控制工作台的运动速度,此时,液压泵输出的 多余的油液通过溢流阀5流回油箱。当节流阀口开大时,进入液压缸的油液增多,活塞(和 工作台)移动速度增大,当节流阀口关小时,进入液压缸的油液减少,活塞(和工作台)的移 动速度减小。 工作台运动时,要克服阻力,主要是磨削力和工作台与导轨之间的摩擦力等,这些阻 力,由液压油的压力能来克服;要克服的阻力越大,液压缸内的油压越高:反之压力就越 低。根据工作情况的不同,液压泵输岀油液的压力可以通过溢流阀5进行调整。另外,由 于节流阀有调节进入液压缸流量的作用,泵排出的油液的流量往往多于液压缸所需的流量, 多余的油液经溢流阀5流回油箱。只有在液压泵出口处的油液对溢流阀5阀芯的作用力等 于或略大于弹簧的预紧力时,油液才能推开阀芯流回油箱。所以,在图1.2所示液压系统 中,液压泵出口处的油液压力是由溢流阀决定的,它和液压缸中的压力不一样大。图中2为 过滤器,用于滤去油液中的杂质。 综上所述,可以得出如下结论:液压传动系统是依靠液体在密封油腔容积变化中的压 力能来实现运动和动力传递的。液压传动装置从本质上讲是一种能量转换装置,它先将机 械能转换为便于输送的液压能,然后再将液压能转换为机械能做功。 112液压传动系统的组成 液压传动系统主要由以下5部分组成 (1)动力元件。主要指各种液压泵。它的作用是把原动机(马达)的机械能转变成油液的 压力能,给液压系统提供压力油,是液压系统的动力源。 (2)执行元件。指各种类型的液压缸、液压马达。其作用是将油液压力能转变成机械 能,输出一定的力(或力矩)和速度,以驱动负载 (3)控制调节元件。主要指各种类型的液压控制阀,如上例中的溢流阀,节流阀,换 向阀等。它们的作用是控制液压系统中油液的压力、流量和流动方向,从而保证执行元件 能驱动负载,并按规定的方向运动,获得规定的运动速度。 (4)辅助装置。指油箱、过滤器、油管、管接头、压力表等。它们对保证液压系统可 靠、稳定、持久地工作,具有重要作用。 (5)工作介质。指各种类型的液压油
第 1 章 绪论 ·3· ·3· 若将阀芯推到右边如图 1.2(b)所示，液压泵 3 输出的液压油将流经节流阀 4、换向阀 6 的 P 口、A 口进入液压缸 8 左腔，推动活塞(和工作台)向右移动。与此同时，液压缸右腔的 油液经换向阀 6 的 B 口、T 口经回油管排回油箱。 若将阀芯推到左边如图 1.2(c)所示，则液压油经 P 口、B 口进入液压缸 8 右腔；液压缸 左腔的液压油经 A 口、T 口排回油箱，工作台向左移动。 由此可见，由于设置了换向阀 6，所以可改变液压油的流向，使液压缸不断换向实现 工作台的往复运动。 工作台的运动速度可通过节流阀 4 来调节。节流阀的作用是通过改变节流阀开口量的 大小，来调节通过节流阀油液的流量，从而控制工作台的运动速度，此时，液压泵输出的 多余的油液通过溢流阀 5 流回油箱。当节流阀口开大时，进入液压缸的油液增多，活塞(和 工作台)移动速度增大，当节流阀口关小时，进入液压缸的油液减少, 活塞(和工作台)的移 动速度减小。 工作台运动时，要克服阻力，主要是磨削力和工作台与导轨之间的摩擦力等，这些阻 力，由液压油的压力能来克服；要克服的阻力越大，液压缸内的油压越高；反之压力就越 低。根据工作情况的不同，液压泵输出油液的压力可以通过溢流阀 5 进行调整。另外，由 于节流阀有调节进入液压缸流量的作用，泵排出的油液的流量往往多于液压缸所需的流量， 多余的油液经溢流阀 5 流回油箱。只有在液压泵出口处的油液对溢流阀 5 阀芯的作用力等 于或略大于弹簧的预紧力时，油液才能推开阀芯流回油箱。所以，在图 1.2 所示液压系统 中，液压泵出口处的油液压力是由溢流阀决定的，它和液压缸中的压力不一样大。图中 2 为 过滤器，用于滤去油液中的杂质。 综上所述，可以得出如下结论：液压传动系统是依靠液体在密封油腔容积变化中的压 力能来实现运动和动力传递的。液压传动装置从本质上讲是一种能量转换装置，它先将机 械能转换为便于输送的液压能，然后再将液压能转换为机械能做功。 1.1.2 液压传动系统的组成 液压传动系统主要由以下 5 部分组成： (1) 动力元件。主要指各种液压泵。它的作用是把原动机(马达)的机械能转变成油液的 压力能，给液压系统提供压力油，是液压系统的动力源。 (2) 执行元件。指各种类型的液压缸、液压马达。其作用是将油液压力能转变成机械 能，输出一定的力(或力矩)和速度，以驱动负载。 (3) 控制调节元件。主要指各种类型的液压控制阀，如上例中的溢流阀，节流阀，换 向阀等。它们的作用是控制液压系统中油液的压力、流量和流动方向，从而保证执行元件 能驱动负载，并按规定的方向运动，获得规定的运动速度。 (4) 辅助装置。指油箱、过滤器、油管、管接头、压力表等。它们对保证液压系统可 靠、稳定、持久地工作，具有重要作用。 (5) 工作介质。指各种类型的液压油
液压传动 1.2液压传动系统的职能符号 图12所示是采用半结构式图形表示的液压系统原理图。这种原理图,直观性强,容 易理解,但图形较复杂,绘制很不方便。为简化原理图的绘制,在工程实际中,除某些特 殊情况外,系统中各元件一般采用国家标准规定的图形符号来表示,这些符号只表示元件 的职能,不表示元件的结构和参数,通常称为职能符号。我国国家标准GB/T786.1-1993 规定了液压传动图形符号。 如图1.3所示为用职能符号绘制的上述磨床工作台液压传动系统原理图。为便于读者 看懂用职能符号表示的液压系统图,现将图13中出现的液压元件的职能符号介绍如下 (b)阀芯处于右位符号图 (a)液压传动系统符号原理图 (c)阀芯处于左位符号图 图1.3用图形符号绘制液压传动系统原理图 1.液压泵图形符号 由一个圆加上一个实心等边黑三角来表示,三角箭头向外,表示向外输出油液。如箭 头向里,则表示液压马达。图中无斜箭头,为定量泵:若有斜箭头,则为变量泵。 2.换向阀的图形符号 为改变油液的流动方向,换向阀阀芯的工作位置要变换,它一般可变动2个~3个工 作位置,通常简称为“位”,换向阀阀芯有几个工作位置,就称为几位阀。换向阀阀体上
·4· 液压传动 ·4· 1.2 液压传动系统的职能符号 图 1.2 所示是采用半结构式图形表示的液压系统原理图。这种原理图，直观性强，容 易理解，但图形较复杂，绘制很不方便。为简化原理图的绘制，在工程实际中，除某些特 殊情况外，系统中各元件一般采用国家标准规定的图形符号来表示，这些符号只表示元件 的职能，不表示元件的结构和参数，通常称为职能符号。我国国家标准 GB/T 786.1—1993 规定了液压传动图形符号。 如图 1.3 所示为用职能符号绘制的上述磨床工作台液压传动系统原理图。为便于读者 看懂用职能符号表示的液压系统图，现将图 1.3 中出现的液压元件的职能符号介绍如下。 (a) 液压传动系统符号原理图 (c) 阀芯处于左位符号图 图 1.3 用图形符号绘制液压传动系统原理图 1. 液压泵图形符号 由一个圆加上一个实心等边黑三角来表示，三角箭头向外，表示向外输出油液。如箭 头向里，则表示液压马达。图中无斜箭头，为定量泵；若有斜箭头，则为变量泵。 2. 换向阀的图形符号 为改变油液的流动方向，换向阀阀芯的工作位置要变换，它一般可变动 2 个～3 个工 作位置，通常简称为“位”，换向阀阀芯有几个工作位置，就称为几位阀。换向阀阀体上 (b) 阀芯处于右位符号图
第1章绪论 与外界通油的主油口数,通常简称为“通”,有几个主通油口,就称为几通。根据阀芯可 变动的位置数和阀体上的通路数,可组成×位×通阀。其图形意义如下。 (1)换向阀的工作位置用方格表示,有几个方格即表示几位阀。 (2)方格内的箭头符号表示两个油口连通,“⊥”或“T”表示油路关闭,这些符号在 个方格内和方格的交点数即表示阀的通路数 (3)方格外的符号表示阀的控制方式,控制方式有手动、机动、电动和液动等。 图13中所示的换向阀称为三位四通手动换向阀。 3.溢流阀图形符号 方格相当于阀芯,方格中的箭头表示油流的主通道,两侧的直线代表进出油管。图中 的虚线表示控制油路。溢流阀就是利用控制油路的液压作用力与另一侧弹簧力相平衡的原 理进行工作的 4.节流阀图形符号 节流阀图形符号中的两圆弧所形成的缝隙表示节流孔道,油液通过节流孔使流量减 少,图中的箭头表示节流孔的大小可以改变,亦即通过该阀的流量是可以调节的。 需要说明的是,液压元件图形符号表示的是元件的常态(静止状态)或零位,未必是其 工作状态。元件图形符号只表示元件的职能和连接系统的通路,不表示元件的具体结构和 参数,也不表示系统管路的具体位置和元件的安装位置 1.3液压传动的优缺点、应用与发展 13.1液压传动的优缺点 1.主要优点 液压传动与机械传动、电力传动和气压传动相比,主要具有下列优点 (1)便于实现无级调速,调速范围比较大,可达100:1~2000:1 (2)在同等功率的情况下,液压传动装置的体积小、质量轻、惯性小、结构紧凑(如液 压马达的质量只有同功率电机质量的10%~20%),而且能传递较大的力或转矩。 (3)工作平稳、反应快、冲击小,能频繁启动和换向。液压传动装置的换向频率,回 转运动每分钟可达500次,往复直线运动每分钟可达400次~1000次。 (4)控制、调节比较简单,操纵比较方便、省力,易于实现自动化,与电气控制配合 使用能实现复杂的顺序动作和远程控制。 (5)易于实现过载保护,系统超负载,油液经溢流阀流回油箱。由于采用油液作工作 介质,能自行润滑,所以寿命长。 (6)易于实现系列化、标准化、通用化,易于设计、制造和推广使用 (7)易于实现回转、直线运动,且元件排列布置灵活 (8)在液压传动系统中,功率损失所产生的热量可由流动着的油带走,故可避免机械 本体产生过度温升
第 1 章 绪论 ·5· ·5· 与外界通油的主油口数，通常简称为“通”，有几个主通油口，就称为几通。根据阀芯可 变动的位置数和阀体上的通路数，可组成×位×通阀。其图形意义如下。 (1) 换向阀的工作位置用方格表示，有几个方格即表示几位阀。 (2) 方格内的箭头符号表示两个油口连通，“⊥”或“ ”表示油路关闭，这些符号在 一个方格内和方格的交点数即表示阀的通路数。 (3) 方格外的符号表示阀的控制方式，控制方式有手动、机动、电动和液动等。 图 1.3 中所示的换向阀称为三位四通手动换向阀。 3. 溢流阀图形符号 方格相当于阀芯，方格中的箭头表示油流的主通道，两侧的直线代表进出油管。图中 的虚线表示控制油路。溢流阀就是利用控制油路的液压作用力与另一侧弹簧力相平衡的原 理进行工作的。 4. 节流阀图形符号 节流阀图形符号中的两圆弧所形成的缝隙表示节流孔道，油液通过节流孔使流量减 少，图中的箭头表示节流孔的大小可以改变，亦即通过该阀的流量是可以调节的。 需要说明的是，液压元件图形符号表示的是元件的常态(静止状态)或零位，未必是其 工作状态。元件图形符号只表示元件的职能和连接系统的通路，不表示元件的具体结构和 参数，也不表示系统管路的具体位置和元件的安装位置。 1.3 液压传动的优缺点、应用与发展 1.3.1 液压传动的优缺点 1. 主要优点 液压传动与机械传动、电力传动和气压传动相比，主要具有下列优点： (1) 便于实现无级调速，调速范围比较大，可达 100∶1～2000∶1。 (2) 在同等功率的情况下，液压传动装置的体积小、质量轻、惯性小、结构紧凑(如液 压马达的质量只有同功率电机质量的 10%～20%)，而且能传递较大的力或转矩。 (3) 工作平稳、反应快、冲击小，能频繁启动和换向。液压传动装置的换向频率，回 转运动每分钟可达 500 次，往复直线运动每分钟可达 400 次～1000 次。 (4) 控制、调节比较简单，操纵比较方便、省力，易于实现自动化，与电气控制配合 使用能实现复杂的顺序动作和远程控制。 (5) 易于实现过载保护，系统超负载，油液经溢流阀流回油箱。由于采用油液作工作 介质，能自行润滑，所以寿命长。 (6) 易于实现系列化、标准化、通用化，易于设计、制造和推广使用。 (7) 易于实现回转、直线运动，且元件排列布置灵活。 (8) 在液压传动系统中，功率损失所产生的热量可由流动着的油带走，故可避免机械 本体产生过度温升