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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,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/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
2、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=1106 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,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.
3、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
4、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。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
5、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。,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
6、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。,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。液压泵的
7、工作原理与分类,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，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,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
8、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,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，
9、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。,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
10、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，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
11、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,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
12、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。,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
13、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。,（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)
14、 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,换向滑阀的换向原理 返回滑阀中位机能,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
15、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?,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。,
