第一章绪论(元件与系统)

1、第 一 章 绪论1.1 液压传动概述1.1.1 液压传动的工作原理液压传动的工作原理图1-1a 液压千斤顶工作原理图 液体容易流动，而且几乎是不可压缩的。液体受压后，其内部的压力可以向各个方向传递。液压传动正是利用了液体的这一特征。图1-1 油压千斤顶工作原理图图1-1 油压千斤顶工作原理图4325重 物6711.1.2 液压传动的主要工作特征液压传动的主要工作特征12AFAWp1. 工作特征一工作特征一 根据右图，列出平衡方程：式中 p封闭容积内液体的压力； W重物的重力，即外负载力； A2大活塞的有效作用面积； F在小活塞上所施加的力； A1小活塞的有效作用面积。 力的传递是通过液体压力来

2、实现的，外负载力越大，系统压力越高，也就是说: 液压系统的压力取决于外负载，这是液液压系统的压力取决于外负载，这是液压传动的第一个工作特征。压传动的第一个工作特征。（1-1）图1-1b 液压千斤顶工作原理图2. 工作特征二工作特征二2211hAhA假设流体不可压缩，则有 由式（1-2）可看出，液压传液压传动中运动的传递是按照容积变化相等的原则进行的动中运动的传递是按照容积变化相等的原则进行的。（1-2）图1-1b 液压千斤顶工作原理图式中 A1小活塞的有效作用面积； h1小活塞下移的距离； A2大活塞的有效作用面积； h2大活塞上移的距离。 上式两边同除以活塞移动时间，整理得到22112AqA

3、vAv（1-3）式中 q小液压缸流出，即进入大液压缸的流量； v1小活塞的移动速度； v2大活塞的移动速度。 由式（1-3）可看出：执行机构的运动速度取决于进入执执行机构的运动速度取决于进入执行机构的流量，这就是液压传动的第二个工作特征。行机构的流量，这就是液压传动的第二个工作特征。3. 液压功率液压功率 液压千斤顶的输出功率P2为qpAqApvWP2222 式（1-4）说明，液压力做功，其功率等于压力和流量液压力做功，其功率等于压力和流量的乘积。的乘积。这个结论具有普遍意义，无论是对液压泵、液压马达，还是对液压阀等，涉及到液压功率的计算时，均是如此。（1-4）1.2 液压传动系统的工作原理及

4、组成液压传动系统的工作原理及组成1.液压传动系统的工作原理 （a）活塞右行 在图1.2（a）中，液压泵4由电动机驱动旋转，从油箱1中吸油。油液经滤油器2进入液压泵4，液压泵输出的压力油经管10、开停阀9、节流阀13、换向阀15进入液压缸18左腔，推动活塞17和工作台19向右移动。这时，液压缸18右腔的油液可经换向阀15和回油管14排回油箱。 液压传动系统的工作原理液压传动系统的工作原理(2/5)（b）活塞左行 如果将换向手柄16转换成图1.2（b）所示的状态，则液压泵4输出的油液将经过开停阀9、节流阀13和换向阀15进入液压缸18右腔，对活塞17产生推力。与此同时，液压缸18右腔的油液可经换向

5、阀15和回油管14排回开式油箱。这样，开停阀9的阀芯有两个（左、右）工作位置，换向阀15的阀芯有三个（左、中、右）工作位置。 液压传动系统的工作原理液压传动系统的工作原理(3/5)（c）系统保压 如果将换向阀手柄16转换成图1.2（c）所示的位置，液压泵4输出的油液全部经溢流阀7和回油管3排回油箱，不输送到液压缸中去，这时工作台停止运动，而系统保持溢流阀调定的压力。 液压传动系统的工作原理液压传动系统的工作原理(4/5)（d）系统卸荷 如果将开停手柄11转换成图1.2（d）所示的位置，液压泵4输出的油液将经开停阀9和回油管12排回油箱，这时工作台就停止运动，而液压传动系统卸荷。 液压与气压传动

6、系统的工作原理液压与气压传动系统的工作原理(5/5) 从上面的例子可以看出(短片) （1）液压传动是以液体作为工作介质来传递动力的。 （2）液压传动是以液体在密封容腔（泵的出口到液压缸）内所形成的压力能来传递动力和运动的。 （3）液压传动中的工作介质是在受控制、受调节的状态下进行工作的。 液压传动系统中的能量转换和传递情况如图1.3所示，这种能量的转换能够满足生产中的需要。 图1.3 液压传动系统中的能量传递和转换图 2.液压传动系统的组成 液压传动系统由以下五部分组成： （1）液压动力元件。液压动力元件指液压泵，它是将动力装置的机械能转换成为液压能的装置，其作用是为液压传动系统提供压力油，是

7、液压传动系统的动力源。 （2）液压执行元件。液压执行元件指液压缸或液压马达，它是将液压能转换为机械能的装置，其作用是在压力油的推动下输出力和速度或转矩和转速，以驱动工作装置作功。 液压传动系统的组成液压传动系统的组成(2/2) （3）液压控制调节元件。它包括各种液压阀类元件，其作用是用来控制液压传动系统中油液的流动方向、压力和流量，以保证液压执行元件和工作装置完成指定工作。 （4）液压辅助元件。液压辅助元件如油箱、油管、滤油器等，它们对保证液压传动系统正常工作有着重要的作用。 （5）液压工作介质。工作介质指传动液体，通常被称为液压油或液压液。 用半结构式图形绘制原理图时直观性强，容易理解，但绘

8、制起来比较麻烦，特别是在系统中的元件数量比较多时更是如此。 所以，在工程实际中，除某些特殊情况外，一般都是用简单的图形符号来绘制液压与气压传动系统原理图。 在用图形符号来绘制系统原理图时，图中的符号只表示元（辅）件的功能、操作（控制）方法及外部连接口，不表示元（辅）件的具体结构和参数，也不表示连接口的实际位置和元（辅）件的安装位置。在用图形符号绘图时，除非特别说明，图中所示状态均表示元（辅）件的静止位置或零位置，并且除特别注明的符号或有方向性的元（辅）件符号外，它们在图中可根据具体情况水平或垂直绘制。 3.液压传动系统的图形符号液压传动系统的图形符号液压传动系统的图形符号(2/2) 使用这些图

9、形符号后，可使系统图简单明了，便于绘制。当有些元件无法用图形符号表达或在国家标准中未列入时，可根据标准中规定的符号绘制规则和所给出的符号进行派生。当无法用标准直接引用或派生时，或有必要特别说明系统中某一元（辅）件的结构和工作原理时，可采用局部结构简图或采用它们的结构或半结构示意图来表示。在用图形符号绘图时，符号的大小应以清晰美观为原则，绘制时可根据图纸幅面的大小酌情处理，但应保持图形本身的适当比例。 国家标准GB786.1-1993规定了一整套液压系统职能符号，用以表示液压元件和附件以及绘制液压系统原理图等。图1.4a是某车床工作台的液压系统示意图，采用图形符号表达如图1.4b所示，简单而明了

10、。图1.4b 液压图形符号图1.4a 车床工作台液压系统 液压千斤顶的组成 动力元件：泵 执行元件：缸、马达 控制元件：各类阀 辅助元件：油箱、油管、滤油器等 工作介质：液压油1.3 液压传动的优缺点 液压传动与其它传动方式相比，主要优点： 1液压传动装置的体积小，重量轻，即功率重量比大。 2由于流量易于连续调节，所以液压传动实现无级调速方便，且调速范围大，性能好。 3液压传动装置工作平稳，响应快，可频繁启动、制动和换向。 4液压传动装置易于实现过载保护。 5液压传动所用元件和辅件便于实现标准化、系列化和通用化。 6液压介质有良好的润滑和防锈性，有利于延长液压元件的使用寿命。 7液压传动装置便

11、于实现运动转换，液压元件和辅件的排列及布置也可根据需要灵活调整。 8功率损失所产生的热量可通过液压介质方便地带走。 液压传动的主要缺点： 1液压传动难以保证严格的传动比。 2液压传动的总效率比较低，这是因为液压传动装置工作过程中存在着机械摩擦损失、压力损失和容积损失。 3液压传动装置的性能受温度的影响较大。 4布置液压管路不如布置导线灵活，再加上工作介质在管路中流动时功率损失较大，故液压传动不宜远距离传输能量。 5液压介质有泄漏现象。液压传动的应用液压传动的应用液压传动主要应用如下： （1）一般工业机械：包括塑料加工机械（注塑机）、压力机械（锻压机）、重型机械（废钢压块机）、机床（全自动六角车

12、床、平面磨床）等。 （2）行走机械：包括工程机械（挖掘机）、起重机械（汽车吊）、建筑机械（打桩机）、农业机械（联合收割机）、汽车（转向器、减振器）等。 （3）钢铁工业机械：包括冶金机械（轧辊调整装置）、提升装置（电极升降机）、薄板轧机等。 （4）土木工程机械：包括防洪闸门及堤坝装置（浪潮防护挡板）、河床升降装置、桥梁操纵机构和矿山机械（凿岩机）等。液压传动的应用液压传动的应用(2/2) （5）发电设备：包括涡轮机（调速装置）等。 （6）特殊装备：包括巨型天线控制装置、测量浮标、飞机起落架的收放装置及方向舵控制装置、升降旋转舞台等。 （7）船舶装备：包括甲板起重机械（绞车）、船头门、舱壁阀、船尾

13、推进器等。 （8）军事装备：包括火炮操纵装置、舰船减摇装置、飞行器仿真装置等。 另外，近年来又在太阳跟踪系统、海浪模拟装置、船舶驾驶模拟地震再现、火箭助飞发射装置、宇宙环境模拟和高层建筑防震系统及紧急刹车装置等设施中，也采用了液压技术。液压元件 液压伺服系统 挖掘机谷物联合收割机塑料注塑成型机飞行模拟器12000t液压机民用运输船舶民用客机加工中心/推土机 发展： 1795年第一台水压机问世。 十九世纪末德国制造液压龙门刨床，美国制造液压六角车床、液压磨床，液压技术又进入了新的发展阶段。 二战期间，美国的机床有30%应用了液压传动。 我国的液压技术从上世纪五十所代开始应用，1952年开始试制油

14、压泵。 1961年上海液压机床厂自行设计制造了我国第一台万能水压机。 1.4液压传动的发展 液压技术正在向高压、高速、大流量、高效率、低噪音，集成比方向发展；新的液压元件和液压系统的计算机辅助设计、优化设计数字仿真、微机控制等新技术也日益发展、应用，并取得了很多显著成果。趋势： 一、节约能源，发展低能耗元件，提高元件效率。 二、液压与微电子、计算机技术结合，提高控制性能和操作性能。 三、提高液压传动的可靠性。 四、发展新型液压介质和相应元件。 五、高度集成化。发展动向：1、液压传动：利用液体压力能。2、帕斯卡原理：在密闭容器中的液体某一点的压力如果有变化，这个变化将等值的传递到液体的各个部位。3、液压传动的两个主要参数压力和流量。 压力：在液压和气压传动中，系统的工作压力取决于负载，而与流入的流体多少无关。 流量：活塞移动速度正比于流入液压缸中油液流量q，与负载