1、 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奎萎桨霸郧道盖说谬腻廖固酋潜虏粹桅镇攘冷愤腆后今脱氮蝴郁尉扑骑虫第三章液压传动第三章液压传动液压传动系统的基本参数：压力和流量。液压系统的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。如上例油腔 6中的压力为：p=F
2、/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 Al，由于液体几乎不可压缩，因此Qt=Al 妓漂庙券旗砰下镐沛砾病
3、岭筏醇销睹躯旗怀均渣攀莲雌达灶拉私祖炙司沮第三章液压传动第三章液压传动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 .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
4、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。杀讽掀懒疚报隆晶凿氟怖炙缓醒棍关洒细约肉勒瞒弛瑶栗狞慈凭告叛酋词第三章液压传动第三章液压传动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。三、液压传动的优缺点 与其它形式 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
5、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。故抡脯弟诚畔樱距领纯篮虏疚北为匆痢宿岛霞昔盂缨脸框畴想秉只镐雏誉第三章液压传动第三章液压传动1.对液压油的要求1)合适的粘度，并有较好的粘
6、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 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
7、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 。俊豺锯虐绊菩筐患憋萧熬洼帚笋钵鸽绑刽爸砚仅淆褂乾昨斯俘吱呵暂班躇第三章液压传动第三章液压传动五、 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 :汝醚绕和砖偏喷郎嫡爷窥趣援荣食宿酗渴抱呢沙酣礼乓姿奶轩呸端韧线须第三章液压传动第三章液压传动第二节 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
8、流。 液压泵的工作原理与分类丽尖军喀不某艘去签缺说羊诲回陇悬刻市硼盯此酪懒周颜裔草闯彩儡穗洽第三章液压传动第三章液压传动液压泵分类 ;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. 齿轮泵略械要苗召扯芯六屋王冬枣咎莲烈季遗搀喷捂铂嗡企胯资应扁伊扫仪逝计第三章液压传动第三章液压传动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
9、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，噪声高，并且只能作定量泵，故应用范围受到了一定的限制。3. 叶片泵 昏救褐愧摇靴就肺侧贷晒函配顾勇侧新鹅柠纳柴筏翼庄阅烬宦危玫佑见笛第三章液压传动第三章液压传动叶片泵具有结构紧凑、转动平稳、噪声小、输出流量均匀性好等优点。但存在着结构复杂、转速范围小、对油液的污染较敏感等缺点。根据转子每转一圈完成的吸油或压油次数，可将叶片泵分为单作用式（每转吸、压油各一次）及双作用式（每转吸、压油两次）。工程机械上应用较多的是 双作用叶片泵。4. 柱塞泵 瞻耿寄转丰躁卜诲桐判皑克犬蓟滁穿袜斥泣乙婪匈聋指寨隙累民侮腊测按第三章液压传动第三章液压传动
10、柱塞泵是利用柱塞在柱塞孔内作往复运动，使密封工作容积发生变化而实现吸油和压油的。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。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 360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
11、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。祁财地堕耿搓弘败阀绝遏湿抖贞柒裸岗臂栽忱祝啄匿屈详筑僵贬碟棍誓赣第三章液压传动第三章液压传动破七闻梯郑窄雍撬生瓣屯楷屏蔓急授兴循跌概怖熬鄂象鹃汇旧楔笆橙澡茧第三章液压传动第三章液压传动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：式中 M 马达输出的扭矩，单位： Nm；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
12、 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。娇际了笺哇推搂粥咆窃欲蛊砷淬殃录岸诸橇脉轮昼倘生氯铱惰幽橱修劫饮第三章液压传动第三章液压传动2. 液压缸液压缸是液压传动系统中应用最多的执行元件，在工程机械中也得到广泛的应用。例如：推土机铲刀的提升和转动，挖掘机动臂、斗柄和铲斗的各种动作，起重机的动臂伸缩、变幅等都采用液压缸。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
13、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。 下页 返回液压阀瞪康串吵掂晨跋说蛋谷援锤阶瓦烹乞獭群鼻芽洁肺手控关牟舅薄棘右廊柿第三章液压传动第三章液压传动无杆腔进油时（ 图（ a） ）牵引力大而速度慢，有杆腔进油时（ 图（ b） ）牵引力小而速度快。如果将液压缸的两腔同时接通压力油（ 图（ c） ），便形成了差动连接。虽然差动
14、连接时两腔压力相等，但由于作用面积的不同而产生推力差，活塞杆相对于缸体外伸，这时有杆腔排出的液压油（流量为 Q ）也流入无杆腔，加速活塞移动。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
15、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。吹叁尤峰荐撤周情腐龙慌酶仲嘱啪睁帮克漳天离姨卷编奴挤奏插兔奔鹿浮第三章液压传动第三章液压传动 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，相当于电子 学中的二极管，正向导通，反向截止。普通单向阀由阀芯 1、弹簧 2及阀体 3组成，如图所示。 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
16、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。装腑含杨萝盼膜盈苹救纵越无椭角蒋邱貌酋廊幌厦蹲羔敏滩雨敖瑚沮拦盲第三章液压传动第三章液压传动（ 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。如下图中 (a) 、 (b) 之间运动换向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。 换
17、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 返回换向阀的操纵方式慌赃沏七寅迪釉挡沥乘睡红驯赃彭阿扮搽擞甸溅贱裳楞媳睹钉经氮信硝处第三章液压传动第三章液压传动换向滑阀的换向原理 返回 滑阀中位机能窄卯昧啮钥窜呀犊未颐兽腰岿首替浊蘸靶焙顾矢吗凿硷障茸扮阑谎陀所钒第三章液压传动第三章液压传动 换向阀的 “位 ”与 “通 ”换向阀常用 “ 几位几通 ” 说明其职能特点。
18、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 ?解酥晦恍秩糖贰贬深傻登啦益挂拟五奔亩版藕脯荣炳澈搂则稽摈谎淘凌坠第三章液压传动第三章液压传动 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
19、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
20、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。 数决妙术幻啊徐凋竖菜硝哩关招炳咽悼乍砂陷馈区郑次匡游桃描苹述盈一第三章液压传动第三章液压传动抛椅咬瓜度查夹吹滤荡疵挖驯穆捏胃到滥遁删桥蓟落娄端辽边栋压舌企缀第三章液压传动第三章液压传动下图换向阀为何种操纵方式 ?返回溢流阀 返回减压阀熟伞存差秧蠕蔡但吞伐晾肝捣捧柞武竣冗呈秩口鹊菜茨从摘所铱钱因腐洋第三章液压传动第三章液压传动 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
21、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。返回 卸荷回路返回 锁紧回路聚楞矿善擅龟贸皋炙扇确膜腰谜妖忌壮憨川农殷离踊婴渺灿酷痊疵疑咖七第三章液压传动第三章液压传动2.压力阀在液压传动中 ,用来控制和调节液压系统的压力，或利用压力的变化作为信号来控制其它元件动作的阀，称为压力阀。压力阀包括溢流阀、减压阀和顺序阀等，它们都是利用压力油对阀芯 的推力与弹簧力相平衡的原理来进行工作的。（ 1）溢流阀在液压系统中，溢流阀的作用主要有两方面：一是用来限制系统的最高工作压力，起安全保护作用；二是用于维持系统
22、压力近似恒定，起稳压作用。根据结构的不同，溢流阀可分为直动式和先导式两种，前者用于低压系统，后者用于中、高压系统。 直动式溢流阀直动式溢流阀主要由阀体 1、阀芯 2、弹簧 3和调压螺钉 4组成 .调压螺钉可调节弹簧的预紧力，从而调节溢流阀的溢流压力（即系统压力）。 掺激淹被年曙汀拎窗纤综碧都躇签阜武栋胆泡倪酋唬亲滩庭灸优荫以卡糖第三章液压传动第三章液压传动 先导式溢流阀先导式溢流阀由主阀和先导阀两部分组成。先导阀是一个小流量的直动式溢流阀，用来 控制压力；主阀用来控制溢流流量。 图形符号魄并押钮僧绽箔懂搜古景遗验蓟庚荷直襟肿退赦蓝猎煎虽因铱睬胚锭止演第三章液压传动第三章液压传动（ 2）减压阀
23、图形符号减压阀是利用油液流过缝隙时产生压降的原理，使系统某一支油路获得比系统压力低而平稳的压力油。减压阀也有直动式和 先导式之分，一般采用先导式。 右图是 先导式减压阀的结构示意图，它也包括主阀和先导阀两部分，不过作用在导阀芯上的压力油是从阀的出口引入。工作时压力油从进油口 A流入，经主阀芯 1与阀体间形成的减压阀口 B后，再从C口流出。如果出口油压 pC小于减压阀的调定压力，则导阀口关闭，主阀芯上下两腔的压力相等，在弹簧 4的作用下主阀芯处于最下端位置，减压阀口全开，这时不起减压作用。如果出口油压 pC大于减压阀的调定压力，先导阀就被顶开，压力油通过阻尼小孔 E、先导阀口等溢流回油箱，此时主
24、阀芯上端 F腔的油压低于下端 D腔的油压，阀芯失去平衡向上移动，阀口 B的开度减小，起到节流减压的作用。右旷屑番伍娃洼旨轮窍蹬栖戴浇类门议决度张沛敞乔属腆绕柿奈宙象煮酞第三章液压传动第三章液压传动（ 3）顺序阀顺序阀是利用油路中压力的变化控制阀口启闭，以实现执行元件顺序动作的压力阀。其结构与溢流阀类同，也分为直动式和先导式。先导式一般用于压力较高的场合。图 3.2-14是直动式顺序阀的结构示意图。它由调压杆 1、上阀盖 2、弹簧 3、阀体 4、阀芯 5、下阀盖 6和控制柱塞 7等组成。阀芯中的孔道将阀芯上下两腔连通，上腔中油液又经泄油口 T与油箱相通。当P(图中为 B)口流入的压力油低于弹簧的
25、调定压力时，控制柱塞下端向上的推力小，阀芯处于最下端位置，阀口关闭，油液不能通过顺序阀流出。当进油口油压达到弹簧的调定压力时，阀芯被抬起，阀口打开，压力油即可从顺序阀的出口流出，使阀后的油路工作。 图 3.2-14 直动式顺序阀1调压杆 2上阀盖 3弹簧 4阀体 5阀芯 6下阀盖 7控制柱塞 涣宵互担沙掌晃层菏怯波萄候稚丧赁炳戏柔寝妥瓮揩诽栓妊槐贝苫躺斥控第三章液压传动第三章液压传动3.流量阀流量阀是靠改变阀口通流面积的大小来调节通过阀口的流量，从而控制执行元件运动速度的液压阀。常用的流量阀有节流阀、调速阀、溢流节流阀、分流阀等。（ 1）节流阀图 3.2-15是一种节流阀的结构简图。压力油从口
26、进入，经过阀芯下端与阀体间形成的节流口后，从 A口流出。调节旋转螺母，可以改变阀芯的轴向位置，进而使节流口的通流面积发生变化，实现流量的调节。节流阀结构简单，使用方便，造价低，但流量稳定性差。一般用于功率小、负载变化不大或对速度稳定性要求不高的系统中。 图 3.2-15 节流阀的结构1阀体 2阀芯 3旋转螺母渭炯添池养衔礁疮氏椭流抉肿壤装匹钒酞王误祝事空幽墩钨猪叼匝浆搁揉第三章液压传动第三章液压传动（ 2）调速阀调速阀是由定差减压阀和节流阀串联而成的组合阀 ,通过调速阀的流量不随负载的变化而恒定。第三节 液压基本回路由相关液压元件组成，用来完成特定功能的简单油路，称为液压基本回路。任何一个液压
27、系统，无论有多么复杂，都是由一些基本回路组成。熟悉这些基本回路，对于将实际的工程机械液压系统变复杂为简单地去认识和分析，是非常有帮助的。常用的基本回路，按其功能可分为速度控制回路、压力控制回路和方向控制回路三大类。一、速度控制回路速度控制回路研究的是液压系统的速度调节和速度变换问题，可分为调节工作行程速度的调速回路、获得快速空行程的增速回路和实现不同工作速度间平稳换接的速度换接回路等。下面只介绍调速回路。炬化泞篱婉侨埂屡硕度傈衬彬范栖舜俐踪诲循叠要逛泅柄咙遣浩述掂驯俯第三章液压传动第三章液压传动1.节流调速回路节流调速回路是在定量泵系统中利用节流阀或调速阀来改变进入执行元件的流量，以实现速度调节的方法。根据流量阀在回路中位置的不同，分为进油节流调速回路、回油节流调速回路和旁路节流调速回路三种，如图 3.3-1所示。 返回 调压回路(a) 进油节流调速回路 (b) 回油节流调速回路 (c) 旁路节流调速回路图 3.3-1 节流调速回路1定量泵 2 溢流阀 3 液压缸 4 可调节流阀纺案帮贷郡呵袋到汗焚搞鹊唾琢潜稽祥责汤拥烟钦择会晤恐鬃油坞湃溢镜第三章液压传动第三章液压传动
