液力传动与液压控制

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1、第1章 液力传动与液压控制液力传动与液压控制1.1 液力传动的工作原理液力传动与液压控制 一、液力传动的概述 在传动装置中以液体（矿物油）为工作介质进行能量传递与控制的装置称为液体传动装置，简称液体传动。 在液体传递能量时，存在着将机械能转变为液体能，再由液体能转变为机械能的过程。液体能有三种形式：位能、压力能和动能。在液体传动中，液体的相对高度位置变化很小，故位能与压力能、动能相比，可以忽略不计。 液力传动与液压控制 因此，液体传动中液体能量变换的主要形式为压力能和动能。凡是主要以工作液体的压力能进行能量传递和控制的装置称为液压传动装置，简称液压传动。其工作元件称为液压元件。凡是主要以工作液

2、体的动能进行能量传递与控制的装置称为液力传动装置，简称液力传动或动液传动。液力传动与液压控制 二、液力传动的原理 液力传动装置是20世纪初开始研究的，最早用于船舶工业。汽车上采用液力传动是第一次世界大战之后。在20世纪30年代，英国和美国将液力传动应用于公共汽车，至第二次世界大战期间，许多军用车辆和专用汽车也开始采用液力传动装置。现代的汽车尤其是轿车广泛采用了液力传动装置。 液力传动与液压控制 最初的液力传动装置方案是由德国的盖尔曼费丁格尔教授提出的，如图所示。它由离心泵、集水槽、进水管、连接管路、导水机构、水轮机等组成。液力传动与液压控制液力传动与液压控制 三、汽车采用液力传动的优缺点 液力

3、传动与液压控制 使汽车具有良好的自动适应性。 采用液力变矩器的汽车，在困难和复杂的路面上行驶，行驶阻力增大时，液力变矩器能使汽车自动地增大驱动力，同时自动地降低行驶速度，以克服增大的行驶阻力；反之，当行驶阻力减小时，汽车又能自动地减小驱动力和提高汽车行驶速度，保证发动机能经常在额定工况下工作。既可避免发动机因负荷突然增大而熄火，又能满足汽车行驶的要求，因而具有自动适应性。1液力传动的优点液力传动与液压控制 提高汽车的使用寿命。液力传动的工作介质是液体，各叶轮之间可相对滑转，故液力元件具有减振作用。液力元件既能对发动机曲轴的扭转振动起阻尼作用，提高传动元件的使用寿命，又能降低来自汽车行驶系统或传

4、动系统中的动载荷，提高发动机的使用寿命。试验表明：采用液力传动后，发动机使用寿命可提高85，变速器使用寿命可提高倍，传动轴、驱动半轴寿命可提高85。液力传动与液压控制 提高汽车的通过性和具有良好的低速稳定性。装有液力变矩器的汽车可以在泥泞地、沙地、雪地等软路面以及非硬土路面行驶，能提高车辆的通过性，并具有良好的低速稳定性。据对比试验表明：采用液力传动的汽车，在软路面起步和行驶时，下陷量约减小25，滑转小，附着储备增大倍。液力传动与液压控制 简化操纵和提高舒适性。采用液力传力的汽车，可使汽车起步平稳，并在较大范围内进行无级变速。可以少换挡或不换挡，减轻驾驶员的疲劳。在行驶过程中液力元件可以吸收和

5、减少振动、冲击，从而提高车辆的舒适性。 可以不中断地充分利用发动机的功率，有利于减少排气污染。液力传动与液压控制 2液力传动的缺点 液力传动系统的效率要比机械传动系统低。液力传动系统的传动效率一般只有 82%87左右，而机械传动的效率可达95%97。 为了使液力传动能正常工作，需要设置冷却补偿系统，因而使结构复杂，体积和重量大，成本高。液力传动与液压控制1.2 液压传动动结构与工作原理 液力传动与液压控制 图所示为液压千斤顶的工作原理。它由手动柱塞液压泵和液压油缸两大部分构成。大、小活塞与缸体及泵接触面之间保持良好的配合。一、液压传动的工作原理液力传动与液压控制液力传动与液压控制 工作时关闭放

6、油阀，向上推起手柄1时，活塞3被带动上移，油腔容积增大，形成局部真空，将油吸入油腔（图b）。当压下手柄1时，活塞下移，油腔容积减小。油液受到外力挤压，产生压力，迫使单向阀关闭，并使单向阀的钢球受到一个向上的作用力。手压手柄的力越大，液体压力就越高，作用在单向阀的钢球上向上的力就越大。液力传动与液压控制 当这个作用力大于油腔10中油液对钢球的作用力时，钢球被推开，油腔中油液的压力就传递到油腔10，油液被压入油腔10，迫使它的密封容积变大，结果推动活塞11和重物一起上升（图c），反复推压手柄1，就会连续不断地将油液压入油腔10，使活塞11和重物不断上升，从而达到起重的目的。液力传动与液压控制 二、

7、液压传动的工作原理 动力部分液压泵。它将机械能转换为液压能，给液压系统提供压力有源，如图1-2中的1、2、3、5、7组成的手动和柱塞泵。 执行部分液压缸或马达。它将液压能转换为机械能，输出力、行程和速度，如图1-2中活塞11和缸体12组成的液压缸。 控制部分控制阀。控制液体压力、流量、流速和方向，如放油阀。 辅助部分输送液体、储存液体、过滤液体、密封等，如油箱、管路。液力传动与液压控制 三、液压传动系统的工作特性 力的传递按帕斯卡原理进行，在密闭容器内的平衡液体中，任何一点的变化，将等值地传给液体中的所有各点，这就是帕斯卡原理。因此，密闭容器内的平衡液体中，各点的压力相等（图）。液力传动与液压

8、控制 工作活塞的液压作用力等于油压与活塞面积的乘积，作用方向为垂直于作用面。因此，可用提高压力和加大活塞面积的方法来产生较大的液压作用力。液力传动与液压控制 液体的可压缩性很小，故一般液压传动中视液体为不可压缩的。因此运动的传递按等容积原则进行，并且，工作活塞的运动速度，取决于流量而与压力无关。液力传动与液压控制1.3 液压基本回路的组成与特点液力传动与液压控制 液压基本回路是用液压元件组成以液体为工作介质并能完成特定功能的基本回路。对于任何一种液压系统，不论其复杂程度如何，实际上都是由一些液压基本回路组成的。常用的基本回路按其功能可分为方向控制回路、压力控制回路、速度控制回路和顺序动作回路四

9、大部分。学习各种不同的液压基本回路，掌握各种液压基本回路的构成及特点，对于分析整个液压传动系统以及正确地使用和调整液压系统都大有帮助。液力传动与液压控制一、液压基本回路的组成和特点液力传动与液压控制 控制液流的通、断和流动方向的回路称为方向控制回路，换向阀是方向控制回路中的主要元件。 （1）电磁换向阀及换向回路 电磁换向阀是电磁铁来推动阀芯，控制液流的通、断及改变流向，因此容易实现自动化和远程控制，结构及回路如图所示。 1方向控制回路液力传动与液压控制液力传动与液压控制 电磁换向阀的工作原理： 当电磁阀不通电时（图a），阀芯在弹簧作用下，处于左端位置，压力油管与通，接油缸后腔，油缸前缸与回油路

10、管相通；当电磁阀通电时（图b），电磁力向右吸衔铁，衔铁通过推杆使阀芯右移，与通，与通，实现了换向。 常用的电磁换向阀有二位二通电磁换向阀、二位三通电磁换向阀、二位四通电磁换向阀等。液力传动与液压控制 （2）液动换向阀 利用液体压力和弹簧的作用力实现换向。如图所示，阀芯的一端被弹簧推动，而另一端则受到液压的作用，利用液压的升高或降低来使阀芯左、右移动，实现液流方向的改变。液力传动与液压控制液力传动与液压控制 （3）电液换向阀 电液换向阀是利用电磁阀控制液动换向阀的控制油路，从而实现流向的改变，如图6所示。 当电磁阀通电时，换向阀的控制油压泄空，弹簧的作用力推动阀芯右移；当电磁阀不通电时，换向阀的

11、控制油压形成，推动阀芯左移。阀芯左、右移使油路发生变化。自动变速器中受电磁阀控制的换挡阀就是此种形式。液力传动与液压控制图1-6 电液换向阀液力传动与液压控制 （4）手动换向阀 利用手动杠杆来改变阀芯位置实现换向，如图7所示。连杆或缆绳图1-7 手动换向阀液力传动与液压控制 压力控制回路主要是调节系统或系统的某一部分的压力，可用来实现调压、减压等控制。实现压力控制的阀类称为压力调节阀。自动变速器中常用的压力调节阀有以下几种： 压力控制回路液力传动与液压控制 （1）球阀式 如图8所示，它由弹簧和钢球组成。当管路液压低于规定值，球阀在弹簧作用下关闭。当管路液压力超过规定压力时，钢球上升，球阀打开，

12、从管路排出油液，从而起到调节管路压力的作用,防止管路压力过高。图1-8 球阀式压力调节阀液力传动与液压控制 （2）活塞式 如图19所示，当液压未超出规定压力时，在弹簧作用下活塞将上移，将排液口关闭；当液压超过规定压力，活塞下移至一定位置时，排液口开启，从系统排出工作油液，以调节油压。图1-9 活塞式压力调节阀液力传动与液压控制 （3）滑阀型式 这种压力调节阀类似于活塞形式，滑阀的元件结构如图110所示。 图1-11 滑阀结构液力传动与液压控制 工作情况如图111所示，当油压低于规定值时，油压作用在端面上向下的力小于弹簧作用在端面上向上的力2，滑阀将排液口关闭。此时，阀将不起调节作用。当油压超过

13、规定压力时，大于，液压的作用力使油阀下移，开启排液口，通过排液口排出工作油液，起到调节压力的作用。液力传动与液压控制图1-11 滑阀式压力调节阀工作原理液力传动与液压控制 （4）改良滑阀式 在滑阀的上、下两端施加了两个独立油压，可根据这两个独立油压的升高或下降来操纵调压的油压，其结构示意图如图112所示。图1-12 改良滑阀式压力调节阀结构液力传动与液压控制 滑阀上端面和端面的有效作用力不相同，即F2F1，当压力油流经时将产生一个向下的推力。当无外加压力时，利用弹簧的作用力与压力油产生的向下的推力控制滑阀的位置，调节油压，如图113所示。图1-13 无外加油压的调节情况液力传动与液压控制 当下

14、面有外加压力时，调节油压将变化，油压会升高，且外加油压越高,调节后的油压越高，如图114所示。图1-14 下面加油压的调节情况液力传动与液压控制 而当上面有外加压力时，调节油压将会降低，外加压力越大，调节后的油压越低，如图115所示。自动变速器控制系统的主调节阀就是这种型式。图1-15 上端有外加油压的调节情况液力传动与液压控制 （5）调压回路的应用 如图116所示，为油泵、阀调节系统压力、阀为安全调压阀。图1-16 调压回路1油泵； 2阀；3阀液力传动与液压控制 流量控制回路 液压系统流量控制的目的是控制液压执行元件的运动速度。在自动变速器控制系统中是用来控制液压缸内的活塞的运动速度，防止执

15、行元件接合过快而出现冲击。流量控制阀包括节流阀、调速阀、溢流节流阀和分流节流阀等。自动变速器控制系统中，用来控制流量的主要是节流阀。液力传动与液压控制 （1）筒式节流阀 如图117所示，旋动手轮，阀芯便作轴向移动，并改变节流口的开度，从而改变油液通过的流量。这种节流阀结构简单，一般用于流量调节要求不变的场合。图1-17 筒式节流阀液力传动与液压控制 （2）单向节流阀 如图18所示为单向节流阀的一种结构。当油液从油口进入时，阀芯保持在调节杆所限定的位置上，油液只能经过阀芯上的三角形节流沟槽流向油口2，这时阀起节流作用。而当油液从该阀的油口进入时，阀芯被油压压下，油液得以通过并从油口流出，这时阀起

16、单向阀的作用，不起节流作用。这种型式被自动变速器控制系统广泛采用。液力传动与液压控制图1-18 单向节流阀液力传动与液压控制 （3）节流阀的应用回路 如图119所示，用单向节流阀来控制活塞的前进速度，减小冲击，回程时通过单向阀迅速排油，以使活塞快速反退。图1-19 单向节流回路液力传动与液压控制 （4）容积调速回路 自动变速器控制系统中是利用执行元件的容积变化来调节执行元件的速度。如图120所示，给液压缸供油时，利用蓄压减振器中活塞的下移使容积变大，从而使液压缸内的活塞移动速度减小，以减少接合冲击。 图1-20 容积调速回路原理液力传动与液压控制顺序动作回路 顺序动作回路的作用是控制执行元件的

17、先后动作顺序，回路中主要元件是顺序阀。根据控制油液来源的不同，顺序阀可分为两类：一类是直接利用本阀的进油压力进行控制的自控顺序阀；另一种是利用外来油压进行控制的远控顺序阀。自动变速器控制系统中所用的为自控顺序阀。液力传动与液压控制 如图121所示，只有进油口油压达到规定值后，才能使阀芯克服弹簧作用力移动，从出油口流出，这种就使这两路油压控制的执行元件有一个先后动作顺序。图1-21 顺序阀液力传动与液压控制 二、自动变速器中简单液压回路 1换向回路 图122所示为自动变速器控制系统中的液动换向阀控制的换向回路。图1-22 液动换向阀控制的换向回路11-2换挡阀；2 主油路；3调速器油压；4节气门

18、油压或主油路油压；52制动器B1；6高挡及倒挡离合器C1；72-3换挡阀；8施压腔；9释放腔液力传动与液压控制 图123所示为自动变速器系统中的电液换向阀控制的换向回路。图1-23 液动换向阀控制的换向回路11-2换挡阀；22-3换挡阀；33-4换挡阀；43挡油路；52挡油路；6超速制动器油路；7直接离合器油路；8来自手动阀的主油路；A、B换挡电磁阀液力传动与液压控制 2压力控制回路 图124所示为自动变速器控制系统中调节主油路压力控制回路。图1-24 主油路压力控制回路液力传动与液压控制 3流量控制回路 图125所示为自动变速器控制系统中用的流量控制回路。主要用以减少执行元件结合产生的冲击。图1-25 流量控制回路液力传动与液压控制 4顺序控制回路 如图126所示为自动变速器控制系统中倒挡离合器的控制，其目的是减少换入倒挡时产生的冲击。 液力传动与液压控制图1-23 倒挡离合器顺序控制回路液力传动与液压控制 以上只是简单地介绍了自动变速器控制系统中的基本回路，具体而详细的介绍会在第二章液压控制系统工作过程的分析时予以介绍。液力传动与液压控制