液压基础知识

1、液压传动基础知识拟稿人：高俊坤 第一次修编人： 第二次修编人一、液压传动原理及组成1、原理液压传动基本原理：液压系统利用液压泵将原动机的机械能转换成液体的压力能，通过液体压力能变换来传递能量，经过各种控制阀和管路的传递，借助于液压执行元件把液体压力能转换为机械能，从而驱动工作机构，实现直线往复运动和回转运动。液压的两个基本特征是：压力取决于负载；速度取决于流量。图1.1是一个能实现工作台往复运动的简单的液压系统工作原理图。 （a）图1.1 液压传动系统工作原理图（结构形式）1油箱；2滤油器；3液压泵；4节流阀；5溢流阀；6换向阀；7操纵手柄；8液压缸；9活塞；10工作台。电动机(图中未示出)带

2、动液压泵3旋转，泵3从油箱1吸油，然后将具有压力能的油液输入管路，油液通过节流阀4再经过换向阀6进入液压缸左腔(或右腔)，液压缸右腔(或左腔)的油液则经过换向阀后流回油箱（图1.1b或1.1c）。 由于设置了换向阀6，就能改变油液流动方向，并使液压缸换向，以实现工作台所需要的往复运动。 工作台运动速度的调节，可以通过改变节流阀4开口的大小，以调节通过节流阀的流量来达到。 工作台移动需克服的负载(如切削力、摩擦力等)不同时，所需要的工作压力也不同。因此，液压泵输出油液的压力应能通过溢流阀5来调整。另外，由于工作台速度需要调节，所以进入液压缸的流量也要改变。一般情况下，液压泵输

3、出的压力油多于液压缸所需要的油液，因此，多余的油液应能及时排回油箱，这些功能由溢流阀5来完成。图中的2为网式滤油器，起滤清油液的作用。 图1.1所示的液压系统图，其中的元件基本都用结构（或半结构）的形式画出的示意图，故称为结构原理图，这种图形较直观，易于初学者接受，但图形复杂。为此，目前国内外都广泛采用元件的图形符号来绘制液压系统原理图。例如图1.2 图1.2 液压传动系统工作原理图（用图形符号） 图1.2液压图形符号脱离了元件的具体结构，只表示元件的功能，使系统图简化，原理简单明了，便于阅读、分析、设计、和绘制。我们接触的液压原理图都是用图1.2此种形式表示的。 2、组成 一个完整的液压系统

4、由五个部分组成。即：动力元件、执行元件、控制元件、辅助元件和工作介质。 （1）动力元件的作用是将原动机的机械能转换成液体的压力能。指液压系统中的油泵，它向整个液压系统提供动力，液压泵的结构形式一般有齿轮泵、叶片泵、柱塞泵。 （2）执行元件一般指液压缸或液压马达。它的作用是将液体的压力能转换为机械能，驱动负载作直线往反运动或回转运动。 （3）控制元件一般指各种液压阀。它在液压系统中控制和调节液压的压力、流量和方向。 （4）辅助元件包括油箱、滤油器、油管和管接头、密封圈、压力表、油位油温计、蓄能器、冷却器、加热器、等。 （5）通常工作介质一般就是液

5、压油。二、液压传动特点及应用1、优点：与机械传动，电气传动相比，液压系统具有以下特点：  (1) 液压传动的各种元件可以根据需要方便灵活的布置。  (2) 重量轻、体积小、运动惯性小、反应速度快。 (3) 操纵控制方便，可实现大范围的无极调速。  (4) 可自动实现过载保护，以免发生危险。  (5) 一般采用矿物油作为工作介质，相对运动面可自动润滑，使用寿命长。 (6) 很容易实现直线运动。  (7) 便于实现自动化和中等距离内的能量分配、传输和控制，借助于各种阀可实现机器运行自动化，与电气控制元件组成的电液符合系统，不但可以实现更高程度的自动

6、化控制过程，而且还可以实现中等距离遥控。 2、缺点：当然液压 传动也存在着一些缺点： (1)由于流动的阻力和泄漏较大，所以效率较低，如果处理不及时，泄漏可能导致更大的事故。 (2)由于工作性能易受到温度变化的影响。因此不宜在很高或很低的温度条件下工作。 (3)液压元件的控制精度要求较高，因而价格较贵。 (4)由于液体介质的泄露及可压缩性影响，不能得到严格的传动比 (5)液压传动出故障时不易找出原因，使用和维修要求有较高的技术水平(6) 需要良好的维护保养，以防止生锈、腐蚀、污垢、油变质等等。所以必须保持清洁和使用适当的液压油

7、。2、应用 液压技术的应用领域非常广泛，包括机械制造、车辆工程、冶金采矿、农业机械以及游乐设备领域的应用。 我们园区有关液压的应用主要包括飞行影院动感平台的提升、灾难巨幕平台升降及洪水特技闸门打开；室外项目高空飞翔座椅升降、以及儿童馆青蛙跳项目座椅升降、还有影视跳楼机低速抱闸控制。这些都是由液压实现的。三、 液压传动工作介质在液压传动中，液压油液是传递动力和信号的工作介质。同时，它还起润滑、密封、冷却、防锈作用。液压系统能否可靠、有效地工作，在很大程度上取决于系统中所用的油液。因此，在掌握液压系统之前，必须对液压油液有一清晰的了解。1、液压系统的工作介质应符合规定。基本要求如下： （

8、1）有适当的粘度和良好的粘温特性。粘度是选择工作介质的首要因素。液压油的粘性，对减少间隙的泄露、保证液压元件的密封性能都起着重要作用。粘度过高，各部件运动阻力增加，温升快，泵的自吸能力下降，同时，管道压力降和功率损失增大。反之，粘度过低会增加系统的泄露，并使液压油膜支撑能力下降，而导致摩擦副间产生摩擦。所以工作介质要有合适粘度范围，同时在温度、压力变化和剪切力作用下，油的粘度变化要小。所有工作介质的粘度都随温度的升高而降低。一般情况下，在高压或高温条件下工作时，为了获得较高的容积效率，不使油的粘度过低，应采用高牌号液压油；低温时或泵的吸入条件不好时应采用底牌号液压油。（2） 氧化安定性要好。工

9、作介质与空气接触，特别是在高温、高压下容易氧化、变质。氧化后酸值增加会增强腐蚀性，氧化生成的粘稠状油泥会堵塞滤油器，妨碍部件的动作及降低系统效率。因此要求它具有良好的氧化安定性和热安定性。（2）抗乳化性、抗泡沫性好。工作介质在工作中可能混入水或出现凝结水。混有水分子的工作介质在泵和其它元件的长期剧烈搅拌下，易形成乳化液，使工作介质水解变质或生成沉淀物，引起工作系统锈蚀和腐蚀，所以要求工作介质有良好的抗乳化性。2、液压油液的污染及其控制。液压系统中的污染物，是指包含在油液中的固体颗粒、水、空气、化学物质、微生物和污染能量等杂物。液压油液被污染后，将对系统及元件产生下述不良后果。（1） 固体颗粒加

10、速元件磨损，堵塞缝隙及滤油器，使泵、阀性能下降，产生噪声。（2） 水的浸入加速油液氧化，并和添加剂起作用产生粘性胶质，使滤芯堵塞。（3） 空气的混入降低油液的体积模量，引起汽蚀，降低油液的润滑性。（4） 溶剂、表面活性化合物化学物质使金属腐蚀。污染原因 液压油液遭受污染的原因很复杂，主要表现在以下几个方面：（1） 液压装置组装时残留的污染物，包括切屑、型砂、磨粒、焊渣、铁锈等。（2） 从周围环境混入的污染物，包括空气、尘埃、水滴等。（3） 在工作中产生的污染物，包括金属微粒、锈斑、涂料剥离片、密封材料剥离片、水份、气泡、液压油变质后的胶状生成物等。污染度的等级 为了描述和评定液压油液污染的程度

11、，以便对它进行控制，有必要规定出液压油液的污染度等级。目前普遍采用美国NAS1638油液污染度等级。 美国NAS1638污染度等级如下表1.3所示。以颗粒浓度为基础，按100mL油液中在给定的5个颗粒尺寸区间内的最大允许颗粒数划分为14个等级，最清洁的未00级，污染最高的为12级。表1.3NAS1638污染度分级标准（100mL液压油液中颗粒数）尺寸范围µm污 染 等 级000123456每100mL油液中所含颗粒的数目5-1515-2525-5050-100>10012522410250448205008916311000178326120003566311240007121

12、26224800014252534581600028505069016尺寸范围µm污 染 等 级789101112每100mL油液中所含颗粒的数目5-1515-2525-5050-100>100320005700101218032640001140020253606412800022800405072012825600045600810014402565120009120016200288051210240001824003240057601024液压油液的污染控制为了减少液压油液的污染，长采取以下措施：（1） 对元件和系统进行清洗，清除在加工和组装过程中残留的污染物。（2）

13、油箱中加油要通过滤油器注入系统。（3） 采用合适的滤油器。（4） 控制液压油液的温度。（5） 定期检查和更换液压油液。四、液压基本回路 现代液压系统虽然越来越复杂，但是一个复杂的液压系统往往是由一些基本回路组成的。液压基本回路是由有关液压元件组成，能够完成某一特定功能的基本回路。按系统中功能分为压力控制回路、速度控制回路、方向控制回路、锁紧回路。1、压力控制回路 压力控制回路是利用压力控制阀控制整个液压系统或其分支油路的工作压力，以满足执行元件对力或力矩的要求。主要有调压回路、减压回路、卸荷回路、平衡回路等。调压回路 调压回路的功用是调定或限制液压系统的最高工作压力。多用溢流阀来实现。（1）使

14、系统压力保持恒定。如图1.4(a)所示，在采用定量泵节流调速的液压系统中，调节节流阀的开口大小可调节进入执行元件的流量，而定量泵多余的油液则从溢流阀溢回油箱。在工作过程中阀是常开的，液压泵的工作压力决定于溢流阀的调整压力且基本保持恒定。因此，这种情况下溢流阀的作用即为调压溢流。         （2） 防止系统过载。图1.4(b）所示为变量泵的液压系统，用溢流阀限制系统压力不超过最大允许值，以防止系统过载。在正常情况下，阀口关闭。当系统超载时，系统压力达到溢流阀调定的压力，阀口打开，油液经阀口流回油箱，系

15、统压力不再增高。这种溢流阀常称为安全阀。 （3）作背压阀用。如图1.4（c）所示，将溢流阀安置在液压缸的回油路上，可以产生背压力，提高运动部件运动的平稳性。此时宜选用直动式低压溢流阀。    图1.4常见的几种调压回路卸荷回路卸荷回路是在系统中只需要输出少量功率或不需输出功率时，使液压泵停止运转或使它在很低压差下运转，以减少系统功率和噪声，延长泵的工作寿命。（1）用三位换向阀的卸荷回路：当中位机能为H型或M型的三位换向阀处于中位时，泵输出的油液直接回油箱，即卸荷。 （2）用二位二通换向阀的卸荷回路：图1.5（a）所示为采用二位二通电磁

16、阀的卸荷回路。电磁阀通电，液压泵即卸荷。二位二通阀的流量必须与泵的流量相适应（3）用溢流阀的卸荷回路:此回路可见图1.5（b）所示。由于此处二位二通电磁阀仅控制溢流阀卸荷口的少量油液通过，故只需采用小规格流量的阀。 （4）用液控顺序阀的卸荷回路:在双泵供油的液压系统中，常采用图1.5（C）所示卸荷回路。在快速行程时，系统压力较低，液控顺序阀3和溢流阀4均关阀，两液压泵同时向系统供油。进入工进(慢速)阶段后，由于工作压力升高，打开液控顺序阀使低压大流量泵1卸荷，高压小流量泵2单独向系统供油。 （a) (b)（c）图1.5常见的几种卸荷回路2、速度控制回路 速度控制回路是改变执行元件的运

17、动速度。相应的回路有节流调速回路、容积调速回路。节流调速回路 节流调速回路是通过改变流量控制阀阀口的通流面积来控制流进或流出执行元件的流量，以调节其运动速度。按流量阀安装位置不同可分为：进口节流调速回路、出口节流调速回路、旁通节流调速回路。（1） 进、回油路节流调速  （a） （b）图1.6（a）进油节流调速回路 （b）回油节流调速回路如图1.6所示，节流阀串联在执行元件的进油路上，即构成进油路节流调速回路。节流阀串联在执行元件的回油路上，即构成回油路节流调速回路。在这两种回路中，定量泵的供油压力均由溢流阀调定，泵多余的流量均由溢流阀溢回油箱，回路中既有溢流损失，又有节流损头，功率损

18、失较大，且这两种回路的速度负载特性基本相同。采用节流阀的进、回油路节流调速回路适用于低速、轻载，且负载变化较小的小功率液压系统。(2) 旁油路节流调速回路 图 1.7旁油路节流调速回路如图1.7所示，将节流阀设置在与执行元件并联的旁油路上，即构成了旁油路节流调速回路。该回路中，节流阀调节了液压泵溢回油箱的流量，从而控制了进入液压缸的流量，调节节流阀的通流面积，即可实现调速。这时溢流阀作为安全阀，常态时关闭。回路中只有节流损失，无溢流损失，功率损失较小。系统效率较高，但由于速度负载特性较差，起动亦不平稳等缺点，因而仅用于高速、重载、对速度平稳性要求不高的场合。容积调速回路 容积调速回路

19、是采用变量泵，通过调节泵的输出流量来实现执行器速度控制的回路。由于泵仅输出所需要的流量，即没有多余流量经溢流阀溢流的损失，也没有工作流量控制阀的节流损失，所以，这种调速的方法效率高。双泵供油快速运动回路 图1.8双泵快速供油回路1、2泵；3卸荷阀；4换向阀；5节流阀；6电磁阀；7溢流阀；8、9单向阀在图1.8所示回路中，泵2为低压大流量泵，泵1为高压小流量泵，两泵并联。电磁阀6通电，主换向阀4左位(右位)工作，液压缸处于快进(快退)阶段时，负载很小，系统油压低于卸荷阀3的调定压力，阀3关闭，泵2与泵1同时向液压缸供油，使液压缸获得大流量油液，作快速运动。当电磁阀6断电，阀4左位工作时，液压缸工作进给，负载较大，系统压力升高，超过阀3调定压力，阀3打开，泵2卸荷，单向阀8被高压油封闭，液压缸只由小流量泵1供油，液压缸作慢速工进运动，其工作压力由阀7调节。 这种快速回路功率利用合理，效率较高，但回路较复杂，成本较高。常用于快慢速相差很大的进给系统。3、方向控制回路液压系统中，通过控