第10章液壓傳動液壓傳動的基本知識10.1液壓元件10.2液壓基本回路及液壓系統(tǒng)10.3液壓傳動裝置的拆裝與分析（一）10.4

液壓傳動是以液體作為工作介質，并利用液體的壓力實現(xiàn)機械設備的運動或能量傳遞和控制功能。

隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，液壓傳動在機床、工程機械、交通運輸機械、農業(yè)機械、化工機械、船舶及航空航天等領域都得到了廣泛的應用。10.1液壓傳動的基本知識10.1.1液壓傳動的工作原理

圖10.1所示為常見的液壓千斤頂?shù)墓ぷ髟韴D。

它由手動柱塞泵和液壓缸以及管路、管接頭等構成一個密封的連通器，其間充滿著油液。1-杠桿手柄2-泵體3、11-活塞4、10-油腔5、7-單向閥6-油箱8-放油閥9-油管12-缸體

圖10.1液壓千斤頂?shù)墓ぷ髟韴D小結

通過對液壓千斤頂工作過程的分析可知，液壓傳動的工作原理是以油液作為工作介質，依靠密封容積的變化來傳遞運動，依靠油液內部的壓力來傳遞動力。

液壓傳動裝置實質上是一種能量轉換裝置，即實現(xiàn)機械能→液壓能→機械能的能量轉換。名

稱功

用實

例動力部分（液壓泵）將輸入的機械能轉換為液壓能，是系統(tǒng)的能源圖10.1中由1、2、3、5、7組成的手動柱塞泵執(zhí)行部分（液壓缸或液壓馬達）將液壓能轉換為機械能，輸出直線運動或旋轉運動圖10.1中由10、12組成的液壓缸控制部分（控制閥）控制液體壓力、流量和方向如各種壓力控制閥、流量控制閥和方向控制閥輔助部分（油箱、管路等）輸送液體、儲存液體、過濾液體、密封等，以保證液壓系統(tǒng)正常工作所必需的部分如油箱、油管、管接頭、濾油器、蓄能器、密封件和控制儀表表10.1 液壓傳動系統(tǒng)的組成10.1.3液壓傳動系統(tǒng)的圖形符號

圖10.2（b）所示為用圖形符號繪制的工作原理圖，顯然用圖形符號繪制方便，圖面清晰簡潔。1-油箱2-濾油器3-液壓泵4-節(jié)流閥5、7、11、14-油管6-換向閥

8-液壓缸9-活塞10-工作臺12-操作手柄13-溢流閥

圖10.2磨床工作臺液壓系統(tǒng)10.1.4液壓傳動的特點

液壓傳動與機械傳動、電力傳動等相比，具有如下特點。1．優(yōu)點（1）液壓傳動裝置的輸出力大、質量輕、體積小。（2）運動較平穩(wěn)，能在低速下穩(wěn)定運動；在設備運行過程中，能隨時進行大范圍無級調速，調速比可達2

000

:

l。軸（3）操作方便、省力，易實現(xiàn)遠距離操作及自動控制。（4）可自動實現(xiàn)過載保護。（5）液壓元件易于標準化、系列化和通用化，使用壽命較長，有利于生產(chǎn)與設計。2．缺點（1）易泄漏，傳動效率低，傳動比不如機械傳動準確。（2）對元件的制造精度、安裝、調整和維護要求較高，成本較高。（3）系統(tǒng)發(fā)生故障時，原因不易查明。10.1.5液壓油的特性及選用

液壓油是液壓系統(tǒng)的工作介質，也是液壓元件的潤滑劑和冷卻劑，液壓油的性質對液壓傳動性能有明顯的影響。

因此有必要了解有關液壓油的性質、要求和選用方法。1．液壓油的性質（1）密度。單位體積油液的質量稱為密度，單位為kg/m3，用

表示，即

式中m

—油液的質量，單位為kg；

V

—油液的體積，單位為m3。（2）可壓縮性和膨脹性。（3）黏性。2．液壓油的選用

在選擇液壓油時應根據(jù)工作要求和液壓油有關性質進行選用，主要有以下幾個方面。（1）黏度適當，且黏度隨溫度的變化值要小。（2）化學穩(wěn)定性好。（3）雜質少。（4）閃點高，凝固點低。小結

為了更好地傳遞運動和動力，要求液壓油有適當?shù)酿ざ?，良好的黏溫性能、潤滑性、防腐性和化學穩(wěn)定性，雜質少、閃點高、凝固點低等。

在環(huán)境溫度較高，工作壓力高或運動速度較低時，為了減少泄漏，應選用黏度較高的液壓油。

反之，則選用黏度較低的液壓油。

另外，還要考慮經(jīng)濟因素，考慮液壓油來源是否廣泛，是否合算。10.1.6液壓傳動的兩個重要參數(shù)

液壓傳動的兩個重要參數(shù)是壓力和流量。1．壓力（1）壓力的概念：圖10.3所示為一密閉容器，容器內靜止的油液受到外力和油液自重的作用。由于在液壓系統(tǒng)中，通常是外力產(chǎn)生的壓力比液體自重產(chǎn)生的壓力大得多，因此可將液體自重產(chǎn)生的壓力忽略不計。靜止液體在單位面積上所受的法向力稱為靜壓力，簡稱為壓力。用公式表示為

式中p

—液體的壓力（法定計量單位為Pa，壓力值較大時用KPa或MPa）；

F

—油液受到的外力，單位為N；

A

—液體表面承壓面積，單位為m2。

靜壓力具有兩個特性。

①油液內任意點受到的各方向的靜壓力都相等。

②靜壓力的方向為垂直指向受壓表面。（2）靜壓傳遞原理（帕斯卡原理）：在密封容器內施加于靜止液體任一點的壓力將以等值傳遞到液體中各點，這就是靜壓傳遞原理，又稱帕斯卡原理。液壓千斤頂、水壓機等都是根據(jù)這個原理制成的（見圖10.4）。1-缸體2-活塞3-活塞桿4-油液

圖10.3密閉容器圖10.4靜壓傳遞原理

在圖10.4中，設互相連通的兩缸A和B的面積分別為A1、A2，作用力為F1和F2，則容器的壓力分別為

根據(jù)靜壓傳遞原理有

故

上式表明，只要A2/Al足夠大，就可用較小的力F1產(chǎn)生很大的力F2（負載力），若A2/Al為一定值，則F2越大，所需的力F1也越大，密封缸中的B壓力也越大；若F2很小，則壓力也很小，當F2=0時，p

=0。（3）液壓系統(tǒng)中的額定壓力和壓力分段。2．流量和平均流速（1）流量。流量是指單位時間內流過管道或液壓缸某一截面的油液體積，通常用Q表示。

若在時間t內，流過管道或液壓缸的油液體積為V，則流量為

單位為m3/s（/秒），它和工程上常用單位L/min（升/分）的換算關系為1m3/s=6

×

104L/min（2）額定流量。額定流量指的是按試驗標準規(guī)定，系統(tǒng)連續(xù)工作所必須保證的流量，是液壓元件的基本參數(shù)，應符合公稱流量系列。（3）平均流速。平均流速是一種假想的流速，即按通流截面上各點流速相同所計算的流量，來代替實際的流量，即

式中v

—油液的平均流速，單位為m/s；

Q

—流入液壓缸或管道的油液流量，單位為m3/s；

A

—活塞（或液壓缸）的有效作用面積或管道的通流面積，單位為m2。

由于油液之間和油液與管壁之間的摩擦力大小不同，故在油液流動時，在同一截面上各點的真實流速并不相同，用平均流速做近似計算。（4）活塞（或缸）運動速度與流量的關系?；钊ɑ蚋祝┑倪\動是由于進入的油液迫使容積增大而產(chǎn)生的，因此活塞（或缸）運動速度與進入油液流量有直接關系。活塞（或缸）隨油液流動而移動，因此活塞的運動速度與油缸的液體的流速相同。

活塞（或缸）運動速度與活塞有效作用面積和流量之間的關系為

式中v

—活塞或液壓缸運動速度，單位為m/s；

Q

—進入液壓缸的流量，單位為m3/s；

A

—活塞有效作用面積，單位為m2。小結（1）活塞（或缸）的運動速度僅僅和流入液壓缸的流量Q和活塞（或缸）的有效作用面積A兩個因素有關，而和壓力大小無關。（2）當液壓缸面積A一定時，活塞（或缸）的運動速度取決于進入液壓缸油液流量的大小，流量越大，速度越高；反之，則速度越低。（3）液流連續(xù)性原理。圖10.5液流連續(xù)性原理小結（1）液體流經(jīng)無分支管道時，通過管道不同截面的流速與其截面積成反比，即管子細的地方流速大，管子粗的地方流速小。（2）液壓傳動是依靠油液內部的壓力來傳遞動力，密閉容器中壓力是等值傳遞的，壓力取決于外界負載大小，與流量無關；液壓傳動是依靠密封容積的變化來傳遞運動，運動速度取決于流量的大小，與壓力無關。3．壓力損失、流量損失和功率（1）液阻和壓力損失。（2）泄漏和流量損失。（3）液壓傳動功率的計算。

①液壓缸的輸出功率。

②液壓泵的輸出功率。

③驅動液壓泵的電動機功率的計算。10.2液壓元件

液壓元件包括動力元件（液壓泵）、執(zhí)行元件（液壓缸或液壓馬達）、控制元件（液壓控制閥）及輔助元件（液壓輔件）。

下面對液壓元件的工作原理、圖形符號、功用及應用等加以介紹。10.2.1液壓泵

液壓泵作為液壓系統(tǒng)的動力元件，是液壓系統(tǒng)的重要組成部分。圖10.7常用液壓泵1．液壓泵的工作原理和圖形符號小結

要保證液壓泵正常工作，必須滿足以下2個條件。（1）應具備密封工作容積，并且密封容積應能不斷重復地由小變大，再由大變?。唬?）要有配油裝置，在吸油過程中必須使油箱與大氣相通，容積減小時向系統(tǒng)壓油。（2）液壓泵的圖形符號。液壓泵的圖形符號如表10.3所示。1-偏心輪2-柱塞3-彈簧4-泵體

5、6-單向閥7-油箱

圖10.8液壓泵工作原理2．液壓泵主要類型（1）齒輪泵。齒輪泵的種類很多，按其嚙合形式可分為外嚙合式和內嚙合式兩種。1、5-外嚙合齒輪2-泵體3、4-油腔6、7-傳動軸

圖10.9外嚙合齒輪泵工作原理圖（2）葉片泵。葉片泵分為單作用式和雙作用式兩種。單作用式轉子每轉一周完成吸油、壓油各一次，雙作用式轉子每轉一周完成吸油、壓油各兩次。

①單作用式葉片泵。

②雙作用式葉片泵。1-轉子2-定子3-泵體4-葉片5-傳動軸6-配油盤圖10.10單作用式葉片泵的工作原理圖1-轉子2-定子3-泵體4-葉片5-傳動軸6-配油盤

圖10.11雙作用式葉片泵的工作原理圖小結

葉片泵具有輸出流量均勻、結構緊湊、運轉平穩(wěn)、噪聲小、使用壽命長、壓力較高、容積效率較高等優(yōu)點，但它對油液污染較敏感，加工精度要求高。

一般葉片泵用在中壓系統(tǒng)。葉片泵用YB表示。（3）柱塞泵。

①徑向柱塞泵。

②軸向柱塞泵。1-配油盤2-缸體3-柱塞4-斜盤

圖10.13軸向柱塞泵的工作原理圖小結

軸向柱塞泵具有結構緊湊、徑向尺寸小、效率高以及流量調節(jié)方便和流量范圍較大等優(yōu)點，故可應用在高壓、大流量、大功率的液壓系統(tǒng)中和流量需要調節(jié)的場合。

但這種泵軸向尺寸大，軸向作用力大，結構復雜，價格貴。3．液壓泵的選擇

表10.4所示為在不同的應用場合所選用的液壓泵。應

用

場

合液壓泵的類型機床輔助裝置（夾緊、送料、潤滑等）齒輪泵負載小、功率小的機床齒輪泵或雙作用式葉片泵精度較高的機床（如磨床等）雙作用式葉片泵負載大、功率大的機床（如拉床等）柱塞泵表10.4 液壓泵的選擇10.2.2液壓缸

液壓缸（見圖10.14）是將液壓能轉換為機械能的能量轉換裝置，它是液壓系統(tǒng)中的執(zhí)行元件。

液壓缸一般用于實現(xiàn)往復直線運動或擺動。圖10.14液壓缸的應用1．液壓缸的類型和圖形符號

液壓缸按結構形式可分為活塞缸、柱塞缸和擺動缸3類。圖10.15液壓缸2．常用液壓缸的工作原理（1）雙出桿活塞式液壓缸。1、7-活塞桿2-壓蓋3-端蓋4-缸體5-活塞6-密封圈

圖10.16實心雙出桿活塞式液壓缸小結

雙出桿活塞式液壓缸可分為實心雙出桿（缸體固定）和空心雙出桿（活塞桿固定）兩種結構形式。

前者活塞桿往復運動范圍為有效行程的三倍，占地面積大，故一般用于小型液壓設備上；后者缸體往復運動范圍為有效行程的兩倍，占地面積小，常用于中型或大型液壓設備上。（2）單出桿活塞式液壓缸。圖10.17單出桿活塞式液壓缸小結

為使快速進退速度相等，可使活塞無桿腔有效作用面積為活塞桿面積的兩倍，即3．液壓缸的密封、緩沖和排氣（1）液壓缸的密封。

①間隙密封。

②密封圈密封。（2）液壓缸的緩沖。（3）液壓缸的排氣。圖10.18密封圈1-活塞2-缸蓋圖10.19緩沖結構1-缸體2-排氣塞圖10.20液壓缸的排氣10.2.3液壓控制閥

在液壓系統(tǒng)中，為使機構完成各種動作，就必須設置各種相應的控制元件—液壓控制閥。圖10.21液壓控制閥的應用1．方向控制閥

在液壓系統(tǒng)中，用以控制液流的方向的閥，稱為方向控制閥，簡稱方向閥。

按其功能不同，可分為單向閥和換向閥兩大類。（1）單向閥1-閥體2-閥芯3-回位彈簧

圖10.22單向閥1-活塞2-頂桿3-閥芯

圖10.23液控單向閥（2）換向閥①滑閥式換向閥換向原理和滑閥機能。②換向閥的圖形符號。圖10.24滑閥式換向閥的換向原理圖10.25換向閥2．壓力控制閥

控制液壓系統(tǒng)壓力或利用壓力作為信號來控制其他元件動作的閥稱為壓力控制閥。（1）溢流閥小結

溢流閥工作時閥芯隨著系統(tǒng)壓力的變動而上下移動，從而維持系統(tǒng)壓力近于恒定。

直動式溢流閥的特點是結構簡單，反應靈敏。

缺點是工作時易產(chǎn)生振動和噪聲，而且壓力波動較大。

直動式溢流閥主要用于低壓或小流量場合。1-調壓螺母2-調壓彈簧3-閥芯a-阻尼小孔

圖10.26直動式溢流閥（2）減壓閥小結

溢流閥工作時閥芯隨著系統(tǒng)壓力的變動而上下移動，從而維持系統(tǒng)壓力近于恒定。

直動式溢流閥的特點是結構簡單，反應靈敏。

缺點是工作時易產(chǎn)生振動和噪聲，而且壓力波動較大。直動式溢流閥主要用于低壓或小流量場合。1-調節(jié)螺母2-調壓彈簧3-錐閥4-主閥彈簧5-閥芯

圖10.27先導式減壓閥的結構圖10.28直動式順序閥（3）順序閥小結

順序閥與溢流閥的區(qū)別如下。（1）溢流閥的出油口通往油箱，順序閥的出油口一般通往另一條工作油路；順序閥的進出油口都是有一定壓力的。（2）溢流閥打開時，進油口壓力基本上保持在調定值，出口壓力近似為零；而順序閥打開后，進油壓力可繼續(xù)升高。（3）溢流閥的內部泄漏可以通過出油口回油箱；而順序閥因出油口不通油箱，因此要有單獨的泄油口。（4）壓力繼電器。壓力繼電器是利用液壓系統(tǒng)中的壓力變化來控制電路的通斷，從而將液壓信號轉變?yōu)殡娖餍盘?，以實現(xiàn)順序控制和安全保護作用。

1-柱塞2-限位擋塊3-頂桿

4-調節(jié)螺桿5-微動開關

圖10.29壓力繼電器3．流量控制閥

流量控制閥是通過改變液流的通流截面來控制系統(tǒng)工作流量，以改變執(zhí)行元件運動速度的閥，簡稱流量閥。

常用的流量閥有節(jié)流閥和調速閥等。（1）節(jié)流口（2）普通節(jié)流閥（3）調速閥小結

普通節(jié)流閥結構簡單，制造容易，但負載和溫度的變化對流量的穩(wěn)定影響較大，因此只適用于負載和溫度變化不大或速度穩(wěn)定性要求較低的液壓系統(tǒng)。圖10.30節(jié)流口的形式1-手柄2-推桿3-閥芯4-彈簧

圖10.31普通節(jié)流閥圖10.32調速閥10.2.4液壓輔件

在液壓系統(tǒng)中，除了液壓泵、液壓缸、液壓閥外，還有一些必需的輔助元件來保證液壓系統(tǒng)的正常工作。

主要的輔助元件有油管和管接頭、油箱、濾油器、蓄能器（見圖10.33）等。圖10.33液壓輔件的應用1．油管和管接頭

（1）油管

①鋼管（無縫鋼管）

②銅管（紫銅管）

③尼龍管

④橡膠軟管

⑤塑料管

（2）管接頭2．油箱

油箱的主要功能是儲油、散熱及分離油液中的空氣和雜質。1-吸油管2-加油孔3-通氣罩4-回油管

5-箱蓋6-油標7、9-隔板8-放油塞

圖10.34油箱結構示意圖 3．濾油器（1）網(wǎng)式濾油器（2）線隙式濾油器（3）燒結式濾油器（4）紙芯式濾油器 4．蓄能器

1-充氣閥2-氣囊3-殼體4-提升閥5-油口

圖10.35氣囊式蓄能器10.3液壓基本回路及液壓系統(tǒng)10.3.1液壓基本回路的工作原理1．方向控制回路

方向控制回路是用來控制液壓系統(tǒng)中各條油路的液流的通、斷及方向的回路。

方向控制回路有換向回路和鎖緊回路。（1）換向回路（2）鎖緊回路圖10.36用換向閥的換向回路圖10.37用換向閥的閉鎖回路2．壓力控制回路（1）調壓回路①單級調壓回路②多級調壓回路（2）減壓回路（3）卸載回路（4）增壓回路圖10.38用液控單向閥的閉鎖回路圖10.39單級調壓回路圖10.40多級調壓回路圖10.41用減壓閥的減壓回路圖10.42用換向閥的卸荷回路1-泵2-工作缸3-單向閥4-油箱5-增壓缸

6-二位四通手動換向閥7-溢流閥圖10.43用增壓缸的增壓回路小結

用增壓缸的增壓回路的增壓倍數(shù)等于增壓缸的大、小活塞面積之比。3．速度控制回路（1）調速回路。

①節(jié)流調速回路。

根據(jù)節(jié)流閥在回路中的位置不同，分為進油節(jié)流、回油節(jié)流和旁路節(jié)流調速3種基本形式。 a．進油節(jié)流調速回路。 b．回油節(jié)流調速回路。②容積調速回路。③調速回路的比較，如表10.7所示。特性調

速

回

路節(jié)流調速回路容積調速回路容積節(jié)流調速回路調速范圍與低速穩(wěn)定性范圍較大，采用調速閥能獲得穩(wěn)定的低速運動范圍較小，獲得穩(wěn)定低速運動較困難范圍較大，能獲得較穩(wěn)定的低速運動效率和發(fā)熱效率低，發(fā)熱量大效率高，發(fā)熱量小效率較高，發(fā)熱較小結構（泵、馬達）結構簡單結構復雜結構較簡單適用范圍小功率、輕載、中低壓系統(tǒng)大功率、重載、高速的中高壓系統(tǒng)中小功率，中壓系統(tǒng)表10.7 調速回路比較（2）速度換接回路。

①快速和工進換接回路。

②兩次工進換接回路。1-定量泵2-二位四通電磁閥3-二位二通電磁閥

4-二位三通電磁閥5-節(jié)流閥6-溢流閥圖10.47差動連接的快慢速換接回路1-二位三通電磁閥2-三位四通電磁閥3、4-調速閥圖10.48兩調速閥并聯(lián)兩工進速度換接回路1-二位二通電磁閥2-二位四通電磁閥

3、4-調速閥

圖10.49兩調速閥串聯(lián)兩工進速度換接回路4．多執(zhí)行元件控制回路（1）行程控制順序動作回路。（2）壓力控制的順序動作回路。圖10.50行程閥控制順序動作回路圖10.51用電器行程開關的順序動作回路圖10.52順序閥控制順序動作回路10.3.2液壓系統(tǒng)的應用實例1．機械手液壓傳動系統(tǒng)

機械手是模仿人的手部動作，按給定程序和要求操作的自動裝置，在高溫、高壓、易燃、易爆和放射性等惡劣環(huán)境，以及笨重、單調、頻繁的操作中，可代替人的工作，應用日益廣泛。

圖10.53所示為機械手液壓傳動原理圖。

下面分析機械手的液壓系統(tǒng)。（1）主要元件及功用。

①液壓泵2。將機械能轉變?yōu)橐簤耗?，用以驅動?zhí)行元件運動。

②夾緊液壓缸4。實現(xiàn)手指的夾緊和松開動作。

③升降液壓缸5。實現(xiàn)手臂的上升和下降動作。

④回轉液壓缸6。實現(xiàn)手臂的回轉動作。

⑤電磁溢流閥（由8和10組成）。換向閥不通電時，起溢流閥作用，即保持液壓系統(tǒng)的壓力為一定值；當換向閥通電時，液壓泵由溢流閥卸荷。

⑥單向閥3。

⑦3個二位四通電磁換向閥。1-濾油器2-液壓泵3-單向閥4-夾緊液壓缸

5-升降液壓缸6-回轉液壓缸7-壓力表8-溢流閥

9-電動機10-二位二通電磁換向閥

圖10.53機械手液壓傳動系統(tǒng)（2）系統(tǒng)的工作情況。

①缸4夾緊。

其油路如下。

進油路：泵2—單向閥3—二位四通電磁閥左位（2DT斷電）—缸4下腔。

回油路：缸4上腔—二位四通電磁閥

（左位）—油箱。

當需松開工件時，使2DT通電，右位接入系統(tǒng)，缸4松開工件。

②缸5升降。3DT斷電時，左位接入系統(tǒng)，缸