5液压传动基本知识

1、1 主主 编：高文安编：高文安 杨杨 庚庚 副主编：陈建军副主编：陈建军 马晋芳马晋芳 贾贾 瑜瑜 5 5 液压传动基本知识液压传动基本知识 建筑施工机械建筑施工机械（第（第2 2版）版） JIAN ZHU SHI GONG JI XIEJIAN ZHU SHI GONG JI XIE 2 1 2 3 4 5 5 液压传动基本知识液压传动基本知识 目目 录录 6 3 【知识目标】【知识目标】 熟悉液压传动的工作原理、基本参数、特点和组 成；掌握液压系统的图形符号；了解液压泵、液 压马达和液压缸的结构、工作原理和应用；熟悉 液压控制阀的分类、工作原理和功用；了解油箱、 油管、管接头、滤油器、密封

2、装置的结构、工作 原理和应用；了解液压基本回路和简单液压系统。 【能力目标】【能力目标】 能看懂液压系统图；能正确选用液压元件；能正 确使用液压机械。 5 液压传动基本知识液压传动基本知识 4 用液体作为工作介质来实现能量传递的传动方式 称为液体传动。 液体传动按其工作原理的不同分为两类：主要以 液体的动能进行工作的称为液力传动；主要以液 体压力能进行工作的称为液压传动。 液压传动是利用密闭系统中的受压液体来传递运 动和动力的一种传动方式。 5 液压传动基本知识液压传动基本知识 5 5.1 概述概述 5.1 概述概述 6 液压传动的工作原理可以用一个液压千斤顶的工 作原理来说明。 图5.1为液

3、压千斤顶的工作原理图。 图中7和3分别是大缸体和小缸体，缸内活塞6和2 与缸体保持良好的配合，既能滑动又能实现可靠 的密封，两油缸的下腔用油管连通。当提起杠杆 1时，小活塞被带动上升，小油缸下腔的密闭容 积增大、压力减小并产生局部真空，油箱10中的 油液在大气压力作用下，打开单向阀4进入小油 缸下腔，完成一次吸油动作。 5.1.1 液压传动的工作原理液压传动的工作原理 5.1 概述概述 7 图图5.1 液压千斤顶的工作原理液压千斤顶的工作原理 5.1 概述概述 8 当用力压下杠杆1时，小活塞下移，小油缸下腔 的容积减小、压力增大，单向阀4关闭，单向阀8 打开，油液进入大油缸下腔，推动活塞6使重

4、物5 上升一段距离，完成一次压油动作。反复提压杠 杆1，就能使油液不断地被压入大油缸，使重物 不断地升高，达到起重的目的。若将放油塞9旋 转90，大油腔里的油就会流回到油箱，活塞6 就回到原位。这就是液压千斤顶的工作过程。 从以上液压千斤顶的工作过程可以看出，液压传 动实质上是一种能量转换装置。它先将杠杆上下 运动的机械能转换成液体的压力能，随后又将液 体的压力能转换成重物上升的机械能而做功。 5.1 概述概述 9 液压传动是基于帕斯卡原理，即在密闭容器中， 由外力作用在液面上的压力能等值地传递到液体 内部的所有各点（不计液体自重）。对于图5.1 所示液压千斤顶，若设大、小活塞的面积分别为 A

5、2和A1，小活塞上的作用力为F1，应用帕斯卡原 理，就可得到千斤顶顶起的重力为： 从上式可知：若A1很小，A2很大，则只需施加很 小的力F1到小活塞上便可使大活塞顶起很重的重 物。 2 1 1 W A F A （5.1） 5.1 概述概述 10 5.1.2.1 液压系统的组成液压系统的组成 由图5.1可以看出，液压传动系统由以下五个部 分组成。 1. 动力元件动力元件 动力元件即液压泵，它是将原动机输入的机械能 转换成液压能的装置。其作用是为液压系统提供 压力油。 5.1.2 液压系统的组成及图形符号液压系统的组成及图形符号 5.1 概述概述 11 2. 执行元件执行元件 执行元件是指液压缸和

6、液压马达，它们是将液体 的压力能转换成机械能的装置。其作用是在压力 的推动下输出力和速度（或力矩和转速），以驱 动工作部件。 3. 控制调节元件控制调节元件 控制调节元件是指各种阀类元件，如溢流阀、节 流阀、换向阀、单向阀等。它们的作用是控制液 压系统中油液的压力、流量和方向，以保证执行 元件完成预期的工作运动。 5.1 概述概述 12 4. 辅助元件辅助元件 辅助元件是指油箱、油管、管接头、滤油器、压 力表等。其作用分别是储油、输送、过滤、测量 压力等，以保证系统正常工作。 5. 工作介质工作介质 工作介质即传动液体，通常为液压油。其作用是 实现运动和动力的传递。 5.1 概述概述 13 5

7、.1.2.2 液压传动系统的符号液压传动系统的符号 在图5.1所示的液压系统图中，液压元件基本上是以 半结构式图形画出来的，故称为结构原理图。这种 图形比较直观，易为初学者接受，但图形比较复杂， 当液压元件较多时就显得烦琐，也不易绘制。为此， 国内外广泛采用元件的图形符号来绘制液压系统原 理图。图形符号脱离元件的具体结构，只表示元件 的职能。按照规定，液压元件图形符号应以元件的 静止位置或零位来表示。若液压元件无法用图形符 号表达时，仍允许采用结构原理图表示。 表5.1中部分摘录了我国目前采用的液压元件图形符 号（GB 786.11993）。 （祥见课本101页103页） 5.1 概述概述 1

8、4 1.压力压力 液体单位面积上所受的法向力称为压力，用p表 示。如果用A表示液体的有效作用面积，用F表示 有效面积上所受的外力，则： 压力的单位为N/m2或Pa（帕斯卡）。由于Pa单 位太小，工程使用不便，常采用kPa（千帕）和 MPa（兆帕）。 5.1.3 液压传动的基本参数液压传动的基本参数 F A p（5.2） 5.1 概述概述 15 1MPa=103kPa=106Pa 从式（5.2）可见，压力p取决于外力F，而外力F 一般与外界载荷相平衡，所以液压系统的压力决 定于外界负载。 根据压力的大小，通常把压力分为几个等级，见 表5.2（见课本103页）。 5.1 概述概述 16 2.流量和

9、平均流速流量和平均流速 单位时间内通过管道某一过流断面液体的体积称 为流量。若在时间t内通过的液体体积为V，则流 量为： 流量的单位为m3/s或L/min，1m3/s=6104L/min。 流速是指液流质点在单位时间内流过的距离。平 均流速是一种假想的均布流速，通常用v表示， 即： V Q= t = l v t （5.4） （5.3） 5.1 概述概述 17 流速单位为m/s或m/min。 若把上式分子、分母各乘以过流截面积A则得： 式（5.5）表明，当管道（或油缸）有效面积一 定时，液体流动（或活塞移动）速度的大小由流 量来确定。 LAQ = AA v t （5.5） 5.1 概述概述 18

10、 3. 功和功率功和功率 以液压缸为例，如图5.2所示。功W是力F与其作 用方向上移动距离l的乘积，即W=Fl。功率是指 单位时间内所做的功，用P表示，即： 式（5.6）表明，液压缸的输入功率等于进入液 压缸油液的工作压力与其流量的乘积。 F P= Wl Fv tt =pAvpQ （5.6） 5.1 概述概述 19 图图5.2 油缸的输入流量和活塞移动距离油缸的输入流量和活塞移动距离 5.1 概述概述 20 与机械传动和电气传动相比，液压传动具有以下 优缺点。 1.液压传动的优点液压传动的优点 （1）液压传动可以输出大的推力或转矩； （2）能很方便地实现无级调速，调速范围大； （3）在相同功率

11、条件下，体积小、质量轻、结 构紧凑、安装灵活； （4）运动平稳，换向冲击小，可实现频繁换向； 5.1.4 液压传动的特点液压传动的特点 5.1 概述概述 21 （5）操作简单，调整控制方便，易于实现自动 化； （6）便于实现自动过载保护，使用安全可靠； （7）能自行润滑，元件使用寿命长； （8）液压元件易于实现标准化、系列化、通用 化，便于设计、制造、维护和推广应用。 5.1 概述概述 22 2.液压传动的缺点液压传动的缺点 （1）油的泄漏和液体的可压缩性会影响执行元 件运动的准确性，无法保证严格的传动比； （2）对油温的变化比较敏感，不宜在很高或很 低的温度条件下工作； （3）能量损失较大，

12、传动效率较低，也不适宜 作远距离传动； （4）系统出现故障时，不易查找原因； （5）零件的制造精度要求高，液压元件的成本 高。 5.1 概述概述 23 综上所述，液压传动的优点是主要的、突出的， 它的缺点随着生产水平的提高正在被逐步克服， 因此，液压传动在现代生活中有着广阔的应用前 景。 5.1 概述概述 24 5.2 液压泵液压泵 和液压马达和液压马达 5.2 液压泵和液压马达液压泵和液压马达 25 液压泵是液压系统的动力元件，它把原动机的机 械能转换成输出油液的压力能。液压马达则是液 压系统的执行元件，它把输入油液的压力能转换 成旋转运动的机械能，用来拖动负载做功。泵和 马达在结构上是基本

13、相同的，在工作原理上是可 逆的。 液压泵按其结构形式不同分为齿轮泵、叶片泵、 柱塞泵和螺杆泵等类型；按输出流量能否变化分 为定量泵和变量泵。 5.2 液压泵和液压马达液压泵和液压马达 26 齿轮泵主要是由 一对齿数和模数 相同的外啮合渐 开线的齿轮、泵 体、端盖、轴和 轴承等组成，其 工作原理如图5.3 所示。 5.2.1 齿轮泵齿轮泵 图图5.3 齿轮泵工作原理齿轮泵工作原理 5.2 液压泵和液压马达液压泵和液压马达 27 齿轮泵结构简单，制造容易，工作可靠，价格便 宜，维修方便。其主要缺点是泄漏较多，效率较 低，径向力不平衡。它常用于建筑机械的低压定 量泵系统中。 5.2 液压泵和液压马达

14、液压泵和液压马达 28 叶片泵按每转吸油和排油次数分为单作用式和双 作用式两种。 1.单作用式叶片泵单作用式叶片泵 单作用式叶片泵的工作原理如图5.4所示，它由 具有圆形内表面的定子2、装有叶片3的转子1及 端盖等组成。转子与定子之间有偏心距e，叶片 装在转子槽内并可沿槽滑动。 5.2.2 叶片泵叶片泵 5.2 液压泵和液压马达液压泵和液压马达 29 图图5.4 单作用单作用 式叶片泵式叶片泵 工作原理工作原理 1转子； 2定子； 3叶片； 4转子轴； 5配油盘； 6泵体 5.2 液压泵和液压马达液压泵和液压马达 30 当转子在电动机带动下按图示方向旋转时，叶片 在离心力及底部油压的作用下始终

15、紧靠在定子的 内表面上，这样在叶片、定子内表面、转子外表 面和端盖之间就形成了若干个密封的工作空间。 叶片随转子旋转一周时，叶片在转子的槽内伸缩 滑动一次，相邻两叶片间的容积也变化一次。当 叶片处于水平轴线下部时，叶片逐渐伸出，叶片 间的工作空间逐渐增大，形成局部真空，通过配 油盘从吸油口吸油。当叶片转到水平轴线上部时， 叶片被定子内壁逐渐压入槽内，工作空间逐渐缩 小，压力增大，通过配油盘将油液从排油口压出。 5.2 液压泵和液压马达液压泵和液压马达 31 在配油盘上有一段封油区，将吸油腔和压油腔隔 开。由于转子每转一周，每个工作空间只完成一 次吸油和压油过程，故称为单作用式叶片泵。 若在结构

16、上把转子和定子间的偏心距e做成可调 节的，则可成为变量叶片泵。当偏心距e增大时， 流量增大；反之则减小。 5.2 液压泵和液压马达液压泵和液压马达 32 2. 双作用式叶片泵双作用式叶片泵 双作用式叶片泵（如图5.5所示）也是由转子、 定子、叶片和端盖等组成，不同的是转子与定子 间没有偏心距，定子的内表面为椭圆形。转子每 转一周，叶片在转子的槽内伸缩滑动两次，相邻 叶片之间的容积随之变化两次，完成两次吸油和 压油过程。 这种泵具有两个吸油区和供油区。由于各自的中 心夹角是对称的，所以作用在转子上的油压作用 力互相平衡，允许的工作压力较高，因而应用广 泛。 5.2 液压泵和液压马达液压泵和液压马

17、达 33 图图5.5 双作用式叶片泵的工作原理双作用式叶片泵的工作原理 1转子；2定子；3叶片 5.2 液压泵和液压马达液压泵和液压马达 34 3. 叶片泵的特点叶片泵的特点 叶片泵的优点是结构紧凑、运转平稳、输油量均 匀性能好、噪音小、排量大。单作用式叶片泵可 作变量泵使用，双作用式叶片泵工作压力较高。 其缺点是结构复杂、吸油特性差、对油的污染较 敏感等。叶片泵一般用于中、高速度，作用力中 等，精度要求较高的液压系统中。 5.2 液压泵和液压马达液压泵和液压马达 35 柱塞泵是依靠柱塞在缸体内往复运动，使密封容 积产生变化来实现吸油和压油的。根据柱塞在缸 体内排列方向不同可分为径向柱塞泵和轴

18、向柱塞 泵。 1. 径向柱塞泵径向柱塞泵 图5.6为径向柱塞泵的工作原理图。柱塞1均匀径 向排列在缸体2中，缸体2由电动机带动连同柱塞 1一起旋转，缸体2又称转子。柱塞1靠离心力的 作用（或低压油作用）抓紧定子4内壁。 5.2.3 柱塞泵柱塞泵 5.2 液压泵和液压马达液压泵和液压马达 36 图图5.6 径向柱塞泵工作原理图径向柱塞泵工作原理图 5.2 液压泵和液压马达液压泵和液压马达 37 当转子如图示作顺时针方向回转时，由于定子和 转子间有偏心距e，柱塞绕经上半周时向外伸出， 油缸内工作空间逐渐增大，形成局部真空，经过 衬套3（压紧在转子内，并与转子一起转动）上 的油孔从配油轴5上的吸油口

19、b吸油。当柱塞转到 下半周时，定子内壁将柱塞向里推，油缸内的工 作空间逐渐减小，向配油轴的压油口c压油。当 转子回转一周时，每个柱塞各吸油、压油一次， 转子不断回转，即可连续完成输油工作。配油轴 不动，油液从配油轴上半部的两个油孔a流入， 从下半部的两个油孔d压出，吸油口b和压油口c 被封油区隔开。若移动定子改变偏心距e的大小， 即可改变泵的流量。 5.2 液压泵和液压马达液压泵和液压马达 38 径向柱塞泵的流量大、压力高、流量调节方便， 但这种泵结构复杂、径向尺寸大、制造较难、自 吸能力差，配油轴受径向不平衡液压力的作用易 磨损，因此目前应用不多。 5.2 液压泵和液压马达液压泵和液压马达

20、39 2. 轴向柱塞泵轴向柱塞泵 图5.7为轴向柱塞泵的工作原理图。 图图5.7 轴向柱塞泵的工作原理图轴向柱塞泵的工作原理图 1斜盘；2滑履；3压板；4、8套筒； 5柱塞；6弹簧；7缸体；9轴；10配油盘 5.2 液压泵和液压马达液压泵和液压马达 40 它主要由柱塞5、缸体7、配油盘10和斜盘1等零 件组成。斜盘1和配油盘10固定不动，斜盘法线 和缸体轴线间的交角为。缸体由轴9带动旋转， 缸体上均匀分布了若干个轴向柱塞孔，孔内装有 柱塞5，套筒4在弹簧6作用下通过压板3而使柱塞 头部的滑履2和斜盘压紧，同时套筒8使缸体7和 配油盘10紧密接触，起密封作用。当缸体按图示 方向转动时，由于斜盘和

21、压盘的作用，迫使柱塞 在缸体内作往复运动。当缸孔自最低位置向前上 方转动（前面半周）时，柱塞在转角0范围内 逐渐向左伸出，柱塞端部的缸孔内密封容积增大， 经配油盘吸油窗口吸油。 5.2 液压泵和液压马达液压泵和液压马达 41 当柱塞在转角2（里面半周）范围内时，柱 塞被斜盘逐步压入缸体，柱塞端部密封容积减小， 经配油盘排油窗口压油。 如果改变斜盘倾角的大小，就能改变柱塞的往 复行程，也就改变了泵的流量。如果改变斜盘倾 角的方向，就能改变泵的吸压油方向，就成为双 向变量轴向柱塞泵。 轴向柱塞泵结构紧凑，径向尺寸小，密封性好， 泄漏少，效率高，工作压力高，容易实现流量的 调整和流向的改变。但是，它

22、的结构复杂，价格 较贵，适用于高压大功率系统。 5.2 液压泵和液压马达液压泵和液压马达 42 液压马达按结构也可分为齿轮式、叶片式和柱塞 式三大类。这里以叶片马达为例介绍其工作原理。 图5.8所示为双作用叶片马达工作原理图。当压 力油通入压油腔后，在叶片1、3（或5、7）上， 一面作用有压力油，另一面则为无压油，由于叶 片1、5受力面积大于叶片3、7，由叶片受力差构 成的力矩推动叶片和转子作顺时针方向旋转，通 过马达轴对外输出扭矩和转速。如果改变供油方 向，叶片马达则反转。双作用式定量叶片马达的 输出扭矩M取决于油压p的大小，转速n取决于输 入的流量Q。 5.2.4 液压马达液压马达 5.2

23、 液压泵和液压马达液压泵和液压马达 43 图图5.8 叶片式液压马达工作原理图叶片式液压马达工作原理图 5.2 液压泵和液压马达液压泵和液压马达 44 5.3 液压缸液压缸 5.3 液压缸液压缸 45 液压缸是液压系统的执行元件，它的作用是将液 体的压力能转变为运动部件的机械能，使运动部 件实现往复直线运动或摆动。 液压缸按结构特点不同可分为活塞缸、柱塞缸和 摆动缸三类，按其作用方式不同可分为单作用式 和双作用式两种。单作用式液压缸中液压力只能 使活塞（或柱塞）单方向运动，反方向运动必须 靠外力（弹簧力或直重等）实现；双作用液压缸 可由液压力实现两个方向的运动。下面就建筑机 械中常用的几类液压

24、缸作简要介绍。 5.3 液压缸液压缸 46 双作用单杆活塞式液压缸主要由缸体、活塞和活 塞杆组成，如图5.9所示。 图图5.9 双作用单杆活塞液压缸双作用单杆活塞液压缸 5.3.1 双作用单杆活塞式液压缸双作用单杆活塞式液压缸 （c） （a） （b） 5.3 液压缸液压缸 47 由于活塞只有一端带活塞杆，所以活塞两端的有 效面积不相等。图5.9中活塞左、右两端的有效 面积分别为： 当压力油以相同的压力和流量分别流入杆腔和无 杆腔时，活塞的运动速度和推力均不相等。 图5.9为三种通油状态，各种状态下活塞移动速 度和活塞杆的推力计算如下。 2 1 4 AD 22 2 () 4 dAD 5.3 液压

25、缸液压缸 48 图5.9（a）中油从无杆腔进，从有杆腔回，活塞 向右移动，活塞杆伸出，速度和推力分别为： 图5.9（b）中油从有杆腔进，从无杆腔回，活塞 左移，活塞杆缩回，速度和推力分别为： 比较v1和v2、F1和F2可见： 1 12 4 QQ v AD 2 11 4 pp FAD 22 2 2 4 () QQ v AdD 22 22 () 4 pp dFAD 5.3 液压缸液压缸 49 v1v2、F1F2，即当无杆腔进油时，活塞杆伸 出，速度慢、推力大；有杆腔进油时，活塞杆缩 回，速度快、推力小。 图5.9（c）中无杆腔和有杆腔的油路相连，活塞 在推力差F1-F2作用下向右移动，有杆腔的油液

26、从 Q2流出，而无杆腔的油液从Q1流入，这种连接方 式称为差动连接。此时活塞杆的移动速度和推力 （v3和F3）计算如下： 因为Q1=Q+Q2，Q1=A1v3,Q2=A2v3，所以 2 333 123 12 () 4 vvv Q QQd AAA 5.3 液压缸液压缸 50 可见，同一液压缸采用差动连接时，缸所产生的 推力F3比非差动连接时小，速度v3比非差动连接 时大。 若使活塞杆的面积A3等于有杆腔的面积A2，可得 v2=v3,F2=F3，这时活塞与活塞杆的直径关系为 d=0.7D。 32 3 4 v QQ Ad 2 312123 () 4 ppp dFFFAAA 5.3 液压缸液压缸 51

27、活塞缸缸体内孔加工精度要求很高，当缸体较长 时加工困难，因而常采用柱塞缸。如图5.10所示 柱塞缸由缸筒1、柱塞2、导向套3、密封圈4和压 盖5等组成。柱塞由套3导向，与缸体内壁不接触， 因而缸体内孔不需要精加工，工艺性好，成本低。 由于柱塞端面受压，为了能输出较大的推力，柱 塞一般较粗、较重。水平安装时易产生单边磨损， 故柱塞缸适宜于垂直安装使用，常用于千斤顶或 叉车起重液压缸，靠自重缩回。 5.3.2 柱塞缸柱塞缸 5.3 液压缸液压缸 52 图图 5.10 柱塞缸柱塞缸 1缸筒；2柱塞；3导向套；4密封圈；5压盖 5.3 液压缸液压缸 53 伸缩套筒缸是一种多级液压缸，其特点是行程大、

28、结构紧凑。图5.11为伸缩套筒缸的结构示意图， 它由两套（或多套）活塞缸套装而成，零件2对 于缸体1是活塞，而对于内活塞3则是缸体。 当压力油从左端进油口A输入时，活塞2和3一起 伸出至零件2的极限位置，然后内活塞3再相对于 零件2外伸；当压力油从右端进油口B输入时，内 活塞3相对于零件2缩回到极限位置，然后再与零 件2一同相对于缸体1缩回。 5.3.3 伸缩套筒缸伸缩套筒缸 5.3 液压缸液压缸 54 图图5.11 伸缩套筒缸的结构示意图伸缩套筒缸的结构示意图 5.3 液压缸液压缸 55 由于伸缩套筒缸的各级活塞的有效作用面积不等， 所以当输入油的压力p和流量Q一定时，按活塞 有效作用面积的

29、大小依次运动，有效作用面积大 的活塞先动，小的后动。并且有效面积大的活塞 运作速度慢，推力大；而有效面积小的活塞动作 速度快，推力小。伸缩套筒缸常用自卸汽车顶翻 油缸和汽车式起重机伸臂油缸。 5.3 液压缸液压缸 56 5.4 液压控液压控 制阀制阀 5.4 液压控制阀液压控制阀 液压控制阀按功能不同可 分为方向控制阀、压力控制阀 和流量控制阀三大类。 57 方向控制阀是用来控制液压系统中液体的流动方 向，以使执行元件按要求的动作进行工作，分为 单向阀和换向阀两类。 1.单向阀单向阀 （1）普通单向阀）普通单向阀 普通单向阀的作用是控制油液只能按一个方向流 动而反向截止，故又称止回阀，简称单向

30、阀，如 图5.12所示。单向阀又分为直通式单向阀（图 5.12(a)、图5.12(b)）和直角式单向阀（图5 12(c)）两种。 5.4.1 方向控制阀方向控制阀 5.4 液压控制阀液压控制阀 58 图图5.12 单向阀单向阀 1阀体；2阀芯；3弹簧 5.4 液压控制阀液压控制阀 59 单向阀主要由阀体、阀芯和弹簧组成。阀芯在弹 簧的作用下压经阀体的进油口，当进油口的油压 高于出油口的油压时，油压克服弹簧压力将阀芯 顶起，接通油路，油从进油口流向出油口。当出 油口的油压大于进油口的油压时，油的压力将阀 芯紧紧压在阀体上，油路不通。 单向阀的阀芯有球阀和锥阀两种。球阀结构简单， 但易产生泄漏、振

31、动和噪音，一般用于流量小的 油路上；锥阀结构比较复杂，但密封性好，工作 平稳可靠，大多数情况下都采用锥阀。 5.4 液压控制阀液压控制阀 60 （2）液控单向阀）液控单向阀 液控单向阀除了具有普通单向阀的作用外，还可 以通过接通控制压力油，使阀反向导通。 如图5.13所示为液控单向阀的结构原理图。该阀 主要由控制活塞1、顶杆2、阀芯3、弹簧4和阀体 5组成。在控制油口K未接通压力油时，此阀与普 通单向阀作用相同。当需要反向导通时，控制油 口K接通压力油，活塞1向右移动，通过顶杆2顶 开阀芯3，使单向阀打开，液体从出油口p2向进 油口p1反向流动。图5.13(b)为液控单向阀的图形 符号。在起重

32、机支腿液压回路中，利用两个液控 单向阀组成液压锁，使支腿油缸锁紧，防止在吊 装中或起重机行走时支腿受外界干扰而伸缩。 5.4 液压控制阀液压控制阀 61 图图5.13 液控单向阀的结构原理图液控单向阀的结构原理图 5.4 液压控制阀液压控制阀 62 2. 换向阀换向阀 换向阀的作用是利用阀芯和阀体间的相对运动来 切换油路，以改变油流方向。换向阀按阀芯在阀 体内的工作位置数分为二位、三位和四位阀；按 阀体与系统的油管连通数分为二通、三通、四通、 五通和六通阀；按阀芯运动的操纵方式分为手动、 机动、电磁动、液动和电液动阀；按阀芯与阀体 的相对运动方式分为滑阀和转阀。因此换向阀的 全称应包含以上四个

33、内容，如二位二通手动转阀、 三位四通电磁滑阀，建筑施工机械中多使用手动 滑阀。 5.4 液压控制阀液压控制阀 63 如图5.14所示为几种滑阀的结构原理和图形符号。 在换向阀的图形符号中，方块数代表位数，在一 个方块内的连接管数代表通数，方块中的箭头表 示油流方向，方块中的“”符号表示该油口被 截断。 为了便于连接管道，将各油口标以不同字母，P 表示供油口，T表示回油口，A和B表示与执行元 件相接通的油口。 三位阀当阀芯处于中间的位置时各油口的连通状 态称为三位阀的滑阀机能。 表5.4给出了三位阀常见的滑阀机能形式、阀芯 结构及其性能特点。（祥见课本113页） 5.4 液压控制阀液压控制阀 6

34、4 图图5.14 滑阀式换向阀的结构原理和图形符号滑阀式换向阀的结构原理和图形符号 （a）二位二通阀；(b)二位三通阀； (c)三位三通阀；(d)二位四通阀；(e)三位四通阀 5.4 液压控制阀液压控制阀 65 用来控制液压系统压力的液压阀称为压力控制阀， 包括溢流阀、减压阀和顺序阀等。它们的共同特 点是：利用作用于阀芯上的液体压力和弹簧力相 平衡的原理来进行工作。 1. 溢流阀溢流阀 溢流阀的作用是调压溢流、安全保护、使泵卸荷 等，按工作原理可分为直动式和先导式两类。 5.4.2 压力控制阀压力控制阀 5.4 液压控制阀液压控制阀 66 （1）直动式溢流阀）直动式溢流阀 直动式溢流阀是依靠系

35、统中的压力油直接作用在 阀芯上与弹簧力相平衡来控制阀芯启闭动作的溢 流阀。图5.15为直动式溢流阀工作原理图。阀体 的内腔有两个环形槽，进油口P和出油口T分别与 两槽相通。阀芯上端由弹簧压紧，另一端和进油 口相通。 5.4 液压控制阀液压控制阀 67 图图5.15 直动式溢流阀工作原理图直动式溢流阀工作原理图 5.4 液压控制阀液压控制阀 68 常态时阀芯在弹簧的作用下处于底部，进、出油 口被隔开，此时阀芯底部油压力的作用力小于弹 簧的预紧力。当进油压力升高，阀芯所受的油压 推力超过弹簧的压紧力时，阀芯抬起，将进油口 P和出油口T连通，使多余的油液流回油箱，即溢 流。进油口的压力基本保持在弹簧

36、调整的压力。 通过调节调压螺钉改变弹簧的预紧力，就可改变 溢流阀的开启压力，从而起调节系统压力的作用。 5.4 液压控制阀液压控制阀 69 （2）先导式溢流阀）先导式溢流阀 先导式溢流阀由先导阀和主阀两部分组成。 图5.16为Y型先导式溢流阀的结构原理图。当压 力油从系统流入主阀的进油口P以后，部分油液 进入主阀芯1的径向孔a后分成两路：一路经轴向 小孔d流到阀芯的左端；另一路经阻尼小孔b流到 阀芯的右端和先导锥阀芯5的底部（通常外控口 K1是被堵死的）。当作用在先导锥阀芯上的油压 力小于调压弹簧4的作用力时，先导阀不打开， 主阀芯也打不开。 5.4 液压控制阀液压控制阀 70 图图5.16

37、先导式溢流阀的结构原理图先导式溢流阀的结构原理图 5.4 液压控制阀液压控制阀 71 当系统压力升高，使锥阀芯底部的液压推力大于 调压弹簧4的作用力时，锥阀便被顶开，部分油 液经泄油孔c流到回油口T再流回到油箱。由于阻 尼小孔b有较大的液阻，因而使主阀芯两端形成 一定的压力差。在此压力差的作用下，主阀芯克 服右端平衡弹簧2的压紧力向右移动，使进油口P 和出油口T连通，系统中大部分压力油从此溢回 油箱。 拧动螺钉3可调节弹簧4的作用力，从而调节系统 的压力。 5.4 液压控制阀液压控制阀 72 2. 减压阀减压阀 减压阀是利用油液流过缝隙时产生压降的原理， 使系统某一支路获得比系统压力低而平稳的

38、压力 油的液压阀。其缝隙越小，压力降低越大，减压 作用也就越强。 图5.17为先导式减压阀的结构原理图。压力为p1 的压力油从阀的进油口P1流入，经过缝隙减压后 压力降低为p2从出油口P2流出。当出口压力p2 大于调整压力时，锥阀就被顶开，主阀芯右端油 腔中的部分油液经锥阀开口及泄油孔L流回油箱。 5.4 液压控制阀液压控制阀 73 图图5.17 减压阀的结构原理和符号减压阀的结构原理和符号 5.4 液压控制阀液压控制阀 74 由于主阀芯内部阻尼小孔的作用，主阀芯右端油 腔中的油压降低，阀芯失去平衡而向右移动，使 缝隙减小，减压作用增强，使出口压力p2降低 至调整的数值。当出口压力小于调整压力

39、时，其 作用过程与上述过程相反。减压阀出口压力的稳 定数值可以通过上部调压螺钉来调节。 5.4 液压控制阀液压控制阀 75 3. 顺序阀顺序阀 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液压阀。其结构与溢 流阀类同。所不同的是溢流阀将油流回油箱，而 顺序阀的出油口与第二个执行元件的进油口连通。 图5.18为顺序阀的工作原理图。压力从进油口P1 进入阀内，经油孔K作用于阀芯底部，当压力较 低不能克服阀芯上部弹簧力时，阀芯不动，进、 出油口不通。当进油口压力上升到一定值达到预 调的数值以后，阀芯克服弹簧的预紧力向上运动， 进、出油口连通，压力油就从阀中通过，从出油 口P2

40、流出进入第二个执行元件做功。顺序阀开启 压力的大小可用调压螺钉来调节。 5.4 液压控制阀液压控制阀 76 图图5.18 顺序阀的工作原理和符号顺序阀的工作原理和符号 5.4 液压控制阀液压控制阀 77 流量控制阀通过改变阀口过流面积的大小来控制 阀的流量，以调节执行元件的速度。 1.节流阀节流阀 节流阀是最基本的流量控制阀。如图5.19所示为 节流阀的结构原理图。液压油从进油口P1流入， 经过阀芯下端轴向三角槽式节流口从出油口P2流 出。拧动阀上方的调节螺钉，可使阀芯作轴向移 动，从而改变阀口的流通面积，使通过的流量得 到调节。节流口的形式很多，其工作原理相同。 5.4.3 流量控制阀流量控

41、制阀 5.4 液压控制阀液压控制阀 78 节流阀结构简 单，使用方便， 但负载和温度 的变化对流量 稳定性的影响 较大，因此只 适用于负载和 温度变化不大 或速度稳定性 要求不高的液 压系统。 图图5.19 节流阀的结构原理和符号节流阀的结构原理和符号 5.4 液压控制阀液压控制阀 79 2. 调速阀调速阀 图5.20为调速阀的工作原理图。调速阀是由定差 减压阀和节流阀串联而成的组合阀。节流阀用来 调节通过的流量，定差减压阀则自动补偿负载变 化的影响，使节流阀前后的压差为定值，消除了 负载变化对流量的影响。它常用于对速度稳定性 要求高的液压系统中。 5.4 液压控制阀液压控制阀 80 图图5.

42、20 调速阀的工作原理和符号调速阀的工作原理和符号 5.4 液压控制阀液压控制阀 81 5.5 液压辅液压辅 助元件助元件 5.5 液压辅助元件液压辅助元件 82 油箱用于储油、散热和分离油中所含的空气和杂 质。油箱的容积可取油泵流量的23倍。油箱的 结构如图5.21所示。 5.5.1 油箱油箱 图图5.21 油箱结构示意图油箱结构示意图 1油面指示器；2空气滤清器；3上盖；4隔板；5侧盖；6放油塞 5.5 液压辅助元件液压辅助元件 83 1. 油管油管 油管用于连接元件,输送液压油。常用的油管有钢 管、紫铜管、橡胶软管、尼龙管、塑料管等，需 根据系统的工作压力及其安装位置正确选择。 钢管能承

43、受的工作压力较高，价格较低，但装配 时不能任意弯曲，多用于装配位置比较方便和功 率较大的液压系统中。 5.5.2 油管和管接头油管和管接头 5.5 液压辅助元件液压辅助元件 84 橡胶软管用作两相对运动部件的连接油管，分高 压和低压两种，高压软管由耐油橡胶夹钢丝编织 网制成，低压软管由耐油橡胶夹帆布制成。紫铜 管能承受的工作压力较低（6.510MPa），它 可以根据需要弯曲，装配比较方便，但铜为贵金 属，且易使油液氧化，应尽量少用。尼龙管可用 在低压系统中。塑料管一般只用作回油管。 5.5 液压辅助元件液压辅助元件 85 2. 管接头管接头 常用的管接头有直接连接、法兰连接和螺纹连接 三种。

44、（1）直接连接）直接连接 由于直接连接管头不耐震，焊缝不易检查，装卸 不便，一般很少采用。 （2）法兰连接）法兰连接 法兰连接主要用于大口径的管道连接，一般耐压 可达6.520MPa。 5.5 液压辅助元件液压辅助元件 86 （3）螺纹连接）螺纹连接 这是应用最广的一种 连接方式，常用的有 以下几种： 焊接式管接头如图 5.22所示，在油管端 部焊一管接头接管2， 用螺母3将接管2与接 头体1连接起来。接 管与接头体接合处用 O形密封圈或密封垫 圈（用纯铝等软金属 制作）密封。 图图5.22 焊接式螺纹连接管接头焊接式螺纹连接管接头 1接头体；2接管； 3螺母；4O形密封圈； 5组合垫圈 5.

45、5 液压辅助元件液压辅助元件 87 卡套式管接头如图 5.23所示，拧紧螺母 3时，卡套4使接管2 的端面与接头体1的 端面彼此压紧。这种 连接由于卡套具有良 好的弹性，故能耐较 大的冲击和震动，性 能可靠，装卸方便， 工作压力可达32MPa， 是应用较广的一种连 接方式。 图图5.23 卡套式管接头卡套式管接头 1接头体；2接管； 3螺母；4卡套； 5组合垫圈 5.5 液压辅助元件液压辅助元件 88 滤油器是用来清除油中的各种杂质，防止其划伤、 磨损甚至卡死有相对运动的零件，或堵塞零件上 的小孔及缝隙而影响系统的正常工作，降低液压 元件的寿命，甚至造成液压系统的故障。 5.5.3 滤油器滤油

46、器 5.5 液压辅助元件液压辅助元件 89 滤油器按滤芯材料和结构形式不同，可分为网式、 线隙式、纸芯式、烧结式和磁性滤油器等。网式 滤油器结构简单，通油性能好，能滤除 130180m的杂质颗粒，过滤精度不高，仅用 于粗滤器。线隙式滤油器结构简单，过滤精度为 3080m，通油能力大，但不易清洗。纸芯式滤 油器过滤精度为520m，但堵塞后无法清洗， 须更换滤芯。烧结式滤油器的特点是强度大，抗 腐蚀性好，制造简单，过滤精度高 （10100m），缺点是颗粒易脱落，堵塞后清 洗困难。磁性滤油器主要是滤除铁质微粒。 5.5 液压辅助元件液压辅助元件 90 图5.24所示为烧结式滤油器，它由端盖1、壳体2

47、 和滤芯3组成。其滤芯是由球状青铜颗粒用粉末 冶金烧结工艺高温烧结而成。它利用颗粒间的微 孔滤除油中的杂质，主要用在建筑施工机械等设 备的液压系统中。 滤油器的过滤精度是指滤油器滤除杂质颗粒直径 d的公称尺寸（单位m）。滤油器按过滤精度不 同可分为四个等级：粗滤油器（d100m）；普 通滤油器（d10100m）；精滤油器 （d510m）；特精滤油器（d15m）。 5.5 液压辅助元件液压辅助元件 91 图图5.24 烧结式滤油器烧结式滤油器 1端盖；2壳体；3滤芯 5.5 液压辅助元件液压辅助元件 92 密封装置是防止压力油泄漏的一种手段。密封装 置可分为两类。 1. 间隙密封间隙密封 不加密

48、封件，主要依靠加工精度来尽量减少间隙 量而实现密封。仅用于尺寸较小、压力较低、运 动速度较高的活塞和缸体内孔间的密封。 2. 接触密封接触密封 它是靠弹性密封圈产生的接触力实现密封的，既 可作固定密封，又可作运动密封。 5.5.4 密封装置密封装置 5.5 液压辅助元件液压辅助元件 93 （1）O形密封圈密封形密封圈密封 O形密封圈的截面为圆形（图5.25），一般用耐 油橡胶制成。它结构简单，制造容易，成本低， 密封性好，动摩擦阻力小，使用非常方便，因而 应用广泛。 图图5.25 O形密封圈形密封圈 5.5 液压辅助元件液压辅助元件 94 O形密封圈安装时要有合适的预压紧量1和2， 它在沟槽中

49、受到油压作用变形，会紧贴槽侧及配 合偶件的壁，因而其密封性能可随压力的增高而 提高。在使用O形密封圈时，若工作压力大于 10MPa，需在密封圈低压侧设置聚四氟乙烯或尼 龙制成的挡圈，若其双向受高压，则需在其两侧 加挡圈，以防止密封圈被挤入间隙中而损坏。 5.5 液压辅助元件液压辅助元件 95 （2）Y形密封圈密封形密封圈密封 Y形密封圈的截面呈Y形，如图5.26所示。它用耐 油橡胶制成，工作时利用油的压力使两唇边紧压 在配合偶件的两结合面上实现密封。其密封能力 可随压力的升高而提高，并在磨损后有一定的自 动补偿能力。因此，装配时其唇边应对着有压力 的油腔。 Y形密封圈的工作压力大于20MPa；

50、当工作压力 大于20MPa时采用Yx形密封圈。Yx形密封圈的 截面宽而薄，且内、外唇边不相等，分孔用和轴 用两种（图5.26（b）、图5.26（c）。 5.5 液压辅助元件液压辅助元件 96 其特点是固定边 长，滑动唇边短 （能减少摩擦）。 它用聚氨酯橡胶 制成，其密封性、 耐磨性和耐油性 都比普通Y形密 封圈好，工作压 力可达32MPa， 使用日趋广泛。 图图5.26 Y形密封圈形密封圈 (a)普通Y形；(b)Yx形（孔用）； (c)Yx形(轴用) 5.5 液压辅助元件液压辅助元件 97 （3）V形密封圈密封形密封圈密封 V形密封圈由多层涂胶织物压制而成。它的形状 如图5.27所示，由支承环

51、、密封环和压环三环叠 加在一起使用。当工作压力高于10MPa时可增加 密封环的数量。安装时应将密封环的开口面向压 力油腔。调整压环压力时，应以不漏油为限，不 可压得过紧，以防密封阻力过大。 V形密封圈密封长度大，密封性能好，摩擦阻力 大。它主要用于压力较高、移动速度较低的场合。 5.5 液压辅助元件液压辅助元件 98 图图5.27 V形密封圈形密封圈 1支承环；2密封环；3压环 5.5 液压辅助元件液压辅助元件 99 5.6 液压基液压基 本回路及简单本回路及简单 液压系统液压系统 5.6 液压基本回路及简单液压系统液压基本回路及简单液压系统 根据某些液压元件的特性， 按一定的要求进行组合，即

52、可 构成不同用途的液压基本回路。 把若干个基本回路有机地结合 起来，用以完成一定的传动职 能，即液压系统。 100 压力控制回路是利用压 力控制阀来控制油液的 压力，以达到对系统的 过载保护、稳压、减压、 增压、卸荷等目的。 1. 调压回路调压回路 如图5.28所示为二级调 压回路，其中溢流阀能 调定系统的最大工作压 力。 图图5.28 调压回路调压回路 5.6.1 压力控制回路压力控制回路 5.6 液压基本回路及简单液压系统液压基本回路及简单液压系统 101 溢流阀1的控制压力p1比溢流阀2的控制压力p2 高。当二位二通电磁阀关闭时，液压系统的压力 由溢流阀1控制，即当系统的工作压力升高到p

53、1 时，阀1打开溢流。而当二位二通阀打开时，液 压系统的压力由溢流阀2控制，即当系统的工作 压力达到p2时，阀2打开溢流，使系统工作压力 不能继续升高。调节p1、p2即可调定系统的二级 最大工作压力。如需两种以上工作压力时，可采 用多级调压回路。 5.6 液压基本回路及简单液压系统液压基本回路及简单液压系统 102 2. 减压回路减压回路 在用一个液压泵向两 个以上执行元件供油 的液压系统中，若某 个执行元件或支路所 需工作压力低于溢流 阀调定的压力时，可 采用减压阀组成减压 回路。 如图5.29所示为常见 的减压回路。 图图5.29 减压回路减压回路 5.6 液压基本回路及简单液压系统液压基

54、本回路及简单液压系统 103 系统主油路的最大工作压力由溢流阀2调定，分 支油路所需压力比主油路低，为此在支油路上串 联减压阀使油压降低。调节减压阀的调压弹簧， 可获得所需的较低压力。 3. 卸荷回路卸荷回路 为了节省能量消耗，减少系统发热，应使液压泵 在无压力或很小压力下运转，这就是泵的卸荷。 使泵处于卸荷状态的液压回路称为卸荷回路。 5.6 液压基本回路及简单液压系统液压基本回路及简单液压系统 104 （1）用换向阀的卸）用换向阀的卸 荷回路荷回路 如图5.30所示为用三 位四通换向阀的中位 卸荷回路。这种卸荷 方法结构简单，适用 于低压小流量的液压 系统。 图图5.30 用换向阀使油泵卸

55、荷的回路用换向阀使油泵卸荷的回路 5.6 液压基本回路及简单液压系统液压基本回路及简单液压系统 105 （2）用二位二通电磁阀的卸荷回路）用二位二通电磁阀的卸荷回路 如图5.31所示，当液压系统工作时，二位二通电 磁阀通电，阀的油路断开，油泵输出的压力油进 入系统。当系统中执行元件停止运动时，二位二 通电磁阀断电，油路导通，此时油泵输出的油液 通过阀2流回油箱，使油泵卸荷。 （3）用先导式溢流阀的卸荷回路）用先导式溢流阀的卸荷回路 如图5.32所示，用二位二通电磁阀控制先导式溢 流阀远控口使溢流阀开启，液压泵卸荷。其卸荷 压力低。 5.6 液压基本回路及简单液压系统液压基本回路及简单液压系统

56、106 5.31 用二位二通滑阀使油泵卸荷的回路用二位二通滑阀使油泵卸荷的回路 5.6 液压基本回路及简单液压系统液压基本回路及简单液压系统 107 图图5.32 先导式溢流阀卸荷回路先导式溢流阀卸荷回路 5.6 液压基本回路及简单液压系统液压基本回路及简单液压系统 108 液压传动可以在保持原动机的功率和转速不变的 情况下，方便地实现大范围的调速。调速回路有 节流调速和容积调速两类。 1. 节流调速回路节流调速回路 节流调速回路依靠节流阀（或调速阀）改变管路 系统中某一部分液流的阻力来改变执行元件的速 度。此法比较简单，并能使执行元件获得较低的 运动速度。但是，由于系统中经常有一部分高压 油

57、通过溢流阀流回油箱，因此功率损失较大，且 造成了系统的发热和效率的降低。 5.6.2 速度控制回路速度控制回路 5.6 液压基本回路及简单液压系统液压基本回路及简单液压系统 109 根据节流阀安装位置的不同，可分为如图5.33所 示的三种节流调速回路。 （1）进油节流调速回路（图5.33(a)）节流阀安 装在液压缸的进油路上。 （2）回油节流调速回路（图5.33（b）节流阀 安装在回油路上。 （3）旁路节流调速回路（图5.33(c)）节流阀安 装在主油路的旁路上。 5.6 液压基本回路及简单液压系统液压基本回路及简单液压系统 110 图图5.33 节流阀调速回路节流阀调速回路 5.6 液压基本

58、回路及简单液压系统液压基本回路及简单液压系统 111 2. 容积调速回路容积调速回路 容积调速依靠改变泵和马达的排量来调速，即用 变量泵或变量马达来调速，如图5.34所示。 （1）变量泵调速回路（图5.34(a)） 变量泵输出的压力油全部进入定量马达（或液压 缸），调节泵的输出流量就能改变马达的转速 （或速度）。系统中溢流阀起安全保护作用。 （2）变量马达调速回路（图5.34(b)） 定量泵输出的压力油全部进入液压马达，输入流 量不变，可通过改变马达的排量来调节它的输出 转速。 （3）变量泵变量马达调速回路（图5.34(c)） 5.6 液压基本回路及简单液压系统液压基本回路及简单液压系统 11

59、2 它是上述两种回路的组合，调速范围较大。 与节流调速相比，容积调速的主要优点是压力和 流量损耗小，发热少。缺点是变量泵和变量马达 结构复杂，价格较高。 图图5.34 容积调速回路容积调速回路 5.6 液压基本回路及简单液压系统液压基本回路及简单液压系统 113 控制液压系统油路的通断或换向以实现工作机构 的启动、停止或变换运动方向的回路，称为方向 控制回路。 1.换向回路换向回路 换向回路的主要元件是换向阀。在回路中利用换 向阀来改变油液的流向，以实现执行元件的往复 运动。图5.35所示的用电磁阀实现的换向回路由 固装在工作部件上的挡块碰撞行程开关来控制二 位四通电磁阀，使油流方向发生改变，从而使活 塞及工作部件往