液压与气动技术

液压传动概述液压传动的工作原理、系统组成及图形符号液压传动的工作原理图1.1.1（a）为磨床工作台液压系统工作原理图。液压泵4在电动机（图中未画出）的带动下旋转，油液由油箱1经滤器2被吸入液压泵，由液压泵输入的压力油通过手动换向阀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，液压缸18右腔的油液经换向阀15排回油箱。如果将换向阀15转换成如图1.1.1(b)所示的状态，则压力油进入液压缸18的右腔，推动活塞17和工作台19向左移动，液压缸18左腔的油液经换向阀15排回油箱。工作台19的移动速度由节流阀13来调节。当节流阀开大时，进入液压缸18的油液增多，工作台的移动速度增大；当节流阀关小时，工作台的移动速度减小。液压泵4输出的压力油除了进入节流阀13以外，其余的打开溢流阀7流回油箱。如果将手动换向阀9转换成如图1.1.1(c)所示的状态，液压泵输出的油液经手动换向阀9流回油箱，这时工作台处于停止状态。从上述分析可知，液压传动是利用液体的压力能来传递动力的一种传动形式，液压传动的过程是将机械能进行转换和传递的过程。液压系统的组成从上述例子可以看出，一个完整的液压系统由以下四部分组成：动力装置——最常见的形式就是液压泵，是将电动机输出的机械能转换为油液液压能的装置。其作用是向液压系统提供压力油。执行装置——包括液压缸和液压马达，是将油液的液压能转换成驱动负载运动的机械能的装置。控制调节装置——包括压力、流量、方向等控制阀，是对系统中油液压力、流量或流动方向进行控制或调节的装置。辅助装置——包括上述三部分以外的其他装置，例如油箱、过滤器、油管等。它们对保证液压系统正常工作起着重要的作用。液压系统的图形符号如图1.1.1（a）所示的液压系统图是一种半结构式的工作原理图。它直观性强，容易理解，但难于绘制。在实际工作中，除少数特殊情况外，一般都采用国标GB/T786.1—93所规定的液压与气动图形符号来绘制，如图1.1.2所示。图形符号是表示元件的功能，而不表示元件的具体结构和参数。使用图形符号既便于绘制，又可使液压系统简单明了。液压传动的特点液压传动与机械传动、电气传动、气压传动相比有以下特点。液压传动的优点液压传动装置运动平稳、反应快、惯性小，能高速启动、制动和换向。在同等功率情况下，液压传动装置体积小、重量轻、结构紧凑。例如同功率液压马达的重量只有电动机的10%~20%。液压传动装置能在运行中方便地实现无极调速，且调速范围最大可达1：2000（一般为1：100）。操作简单、方便，易于实现自动化。当它与电气联合控制时，能实现复杂的自动工作循环和远距离控制。易于实现过载保护。液压元件能自行润滑，使用寿命较长。液压元件实现了标准化、系列化、通用化，便于设计、制造和使用。液压传动的缺点液压传动不能保证严格的传动比，这是由于液压油的可压缩性和泄漏造成的。液压传动对油温变化较敏感，这会影响它的工作稳定性。因此液压传动不宜在很高或很低的温度下工作，一般工作温度在-15℃~60℃范围内较合适。为了减少泄漏，液压元件在制造精度上要求较高，因此它的造价高，且对油液的污染比较敏感。液压传动装置出现故障时不宜查找原因。液压传动在能量转换（机械能→压力能→机械能）的过程中，特别是在节流调速系统中，其压力、流量损失大，故系统效率较低。液压流体力学基础2．1液压油液压传动所用液压油一般为矿物油。它不仅是液压系统传递能量的工作介质，而且还起润滑、冷却和防锈的作用。液压油质量的优劣直接影响液压系统的工性能。液压油的选用液压系统通常采用矿物油，常用的有机械油、精密机床液压油、汽轮机油和变压器油等。一般根据液压系统的使用性能和工作环境等因素确定液压油的品种。当品种确定后，主要考虑油液的粘度。在确定油液粘度时主要应考虑系统的工作压力、环境温度及工作部件的运动速度。当系统的工作压力、环境温度较高，工作部件运动速度较低时，为了减少泄漏，宜采用粘度较高的液压油。当系统的工作压力、环境温度较低，而工作部件运动速度较高时，为了减少功率损失，宜采用粘度较低的液压油。当选购不到合适粘度的液压油时，可采用调和的方法得到满足粘度要求的调和油。当液压油的某些性能指标不能满足某些系统较高要求时，可在油中加入各种改善其性能的添加剂——抗氧化、抗泡沫、抗磨损、防锈以及改进粘温特性的添加剂，使之适用于特定的场合。2．2管路中液体的压力损失液体在管路中流动时会产生能量损失，即压力损失。这种能量损失转变为热量，使液压系统温度升高。所以在设计液压系统时，如何减小压力损失是非常重要的。压力损失与管路中液体的流动状态有关。2．3液压冲击与气穴现象一、液压冲击在液压系统工作过程中，管路中流动的液体往往会因执行部件换向或阀门关闭而突然停止运动。由于液流和运动部件的惯性，在系统内会产生很大的瞬时压力峰值，这种现象叫液压冲击。液压冲击会引起噪声和震动。其压力峰值可超过工作压力的几倍；有时某些液压元件，如压力继电器、顺序阀等产生错误动作而影响系统正常工作，甚至可能使某些液压元件、密封装置和管路损坏。因此，应找出产生液压冲击的原因，并能估算出压力峰值，以便找出防止和减小液压冲击的措施。气穴现象在液压传动中，液压油总是含有一定量的空气。空气可溶解在液压油中，也可以气泡的形式混合在液压油中。对于矿物型液压油，常温时在一个大气压下约含有6%~12%的溶解空气。如某一处的压力低于空气分离压力时，溶解于油中的空气就会从油中分离出来形成气泡，当压力降至油液的饱和蒸汽压力以下时，油液就会沸腾而产生大量气泡。这些气泡混杂在油液中，使得原来充满导管和元件容腔中的油液成为不连续状态，这种现象称为气穴现象。在液压系统中，泵的吸油口及吸油管路中的压力低于大气压力容易产生气穴现象。油液流经节流口等狭小缝隙处，由于速度增加，压力下降至空气分离压力以下时，也会产生气穴现象。气穴现象产生的气泡，随着油液运动到高压区时，气泡在高压油作用下迅速破裂，并又凝结成液体，使体积减小而产生真空，周围高压油高速流过来补充。由于这一过程是在瞬间发生的，因而引起局部液压冲击，压力和温度都急剧升高，并产生强烈的噪声和振动。在气泡凝结区域的管壁及其他液压元件表面，因长期受冲击压力和高温作用，以及从油液中游离出来的空气中的氧气的酸化作用，使零件表面受到腐蚀，这种因气穴现象而产生的零件腐蚀，称为气蚀。为了防止气穴现象的产生，在液压元件和液压系统设计时，对于液压泵来说，要正确设计泵的结构参数和泵的吸油管路。对于元件和系统管路，应尽量避免油道狭窄处或急剧转弯，以防止产生低压区。另外，应合理选择液压元件的材料，增加零件的机械强度，提高零件表面质量等，以提高抗腐蚀能力。液压泵和液压马达3．1液压泵和液压马达的概述3．1．1液压泵和液压马达的工作原理和分类一、液压泵的工作原理液压传动系统中使用的液压泵和液压马达都是容积式的。容积泵的工作原理如图3.1.1所示。当偏心轮1由电机带动旋转时，柱塞2做往复运动。柱塞右移时，密封工作腔4的容积逐渐增大，形成局部真空，油箱中的油液在大气压力作用下，通过单向阀5进入工作腔4，这是吸油过程。当柱塞左移时，工作腔4的容积逐渐减小，使腔内油液打开单向阀6进入系统，这是压油过程。偏心轮不断旋转，泵就不断地吸油和压油。由此可见，液压泵输出的流量取决于密封工作腔容积变化的大小；泵的输出压力取决于油液从工作腔排出时所遇到的阻力。从工作原理上说，大部分液压泵和液压马达是可逆的。即向容积泵中输入压力油，就可使泵转动，输出转矩和转速，成为液压马达。但具体结构有些不同。二、液压泵和液压马达分类液压泵和液压马达按其输出（输入）流量是否可调节分为定量泵（定量马达）和变量泵（变量马达）两类；按结构形式可分为齿轮式、叶片式和柱塞式三大类。3．2齿轮泵齿轮泵按结构形式可分为外啮合和内啮合两种，内啮合齿轮泵应用较少，故本节只介绍外啮合齿轮泵。外啮合齿轮泵具有结构简单、紧凑、容易制造、成本低，对油液污染不敏感，工作可靠、维护方便、寿命长等优点，故广泛应用于各种低压系统中。随着齿轮泵在结构上的不断完善，中、高压齿轮泵的应用逐渐增多。目前高压齿轮泵的工作压力可达14MPa~21MPa。3．2．1齿轮泵的工作原理图3.2.1所示为外啮合齿轮泵的工作原理。在泵的壳体内有一对外啮合齿轮，齿轮两侧有端盖盖住（图中未示出）。壳体、端盖和齿轮的各个齿间槽组成了许多密封工作腔。当齿轮按图示方向旋转时，右侧吸油腔由于相互啮合的轮齿逐渐脱开，密封工作腔容积逐渐增大，形成部分真空，油箱中的油液被吸进来，将齿间槽充满，并随着齿轮旋转，把油液带到左侧压油腔中去。在压油区一侧，由于轮齿逐渐进入啮合，密封工作腔容积不断减小，油液便被挤出去。吸油区和压油区是由相互啮合的轮齿及泵体分隔开的。二、外啮合齿轮泵在结构上存在的几个问题（1）困油现象齿轮泵要平稳工作，齿轮啮合的重叠系数必须大于1，于是总有两对轮齿同时啮合，并有一部分油液被围困在两对轮齿所形成的封闭空腔之间。这个封闭的容积随着齿轮的转动在不断地发生变化。封闭容腔由大变小时，被封闭的油液受挤压并从缝隙中挤出产生很高的压力，油液发热，并使轴承受到额外负载；而封闭容腔由小变大，又会造成局部真空，使溶解在油中的空气分离出来，产生气穴现象。这些都将使泵产生强烈的噪声和振动，这就是齿轮泵的困油现象。消除困油的方法，通常是在两侧盖板上开卸荷槽，使封闭腔容积减小时与压油腔相同，容积增大时与吸油腔相同。（2）径向不平衡力齿轮泵工作时，作用在齿轮外圆上的压力是不均匀的，在压油腔和吸油腔齿轮外圆分别承受着系统工作压力和吸油压力；在齿轮齿顶圆与泵体内孔的径向间隙中，可以认为油液压力由高压腔压力逐级下降到吸油腔压力。这些液体压力综合作用的合力，相当于给齿轮一个径向不平衡作用力，使齿轮和轴承受载。工作压力愈大，径向不平衡力越大，严重时会造成齿顶与泵体接触，产生磨损。通常采取缩小压油口的办法来减小径向不平衡力，使高压油仅作用在一个到两个齿的范围内。（3）泄漏外啮合齿轮泵高压腔（压油腔）的压力油向低压腔（吸油腔）泄漏有三条路径。一是通过齿轮啮合处的间隙；二是泵体内表面与齿顶圆间的径向间隙；三是通过齿轮两端面与两侧端盖间的间隙。三条路径中，端面轴向间隙的泄漏量最大，约占总泄漏量的70%~80%左右。因此普通齿轮泵的容积效率较低，输出压力也不容易提高。要提高齿轮泵的压力，首要的问题是要减小端面轴向间隙。3.3叶片泵叶片泵具有结构紧凑、运动平稳、噪声小、输油均匀、寿命长等优点，目前广泛用于中高压液压系统中。一般叶片泵工作压力为7.0MPa。高压叶片泵可达14.0MPa。叶片泵分单作用和双作用两种。单作用叶片泵往往做成变量的，而双作用叶片泵是定量的。3.3.1单作用叶片泵图3.3.1示单作用叶片泵的工作原理。泵由转子2、定子3、叶片4、配油盘和端盖（图中未示）等部件所组成。定子的内表面是圆柱形孔。转子和定子之间存在偏心。叶片在转子的槽内可灵活滑动，在转子转动时的离心力以及通入叶片根部压力油的作用下，叶片顶部紧贴在定子内表面上，于是两相邻叶片、配油盘、定子和转子之间便形成了一个个密封的工作腔。当转子按逆时针方向旋转时，图右侧的叶片向外伸出，密封工作腔容积逐渐增大，产生真空，于是通过吸油口5和配油盘上窗口将有吸入。而在图的左侧。叶片往里缩进，密封腔的容积逐渐减小，密封腔中的油液经配油盘另一窗口和和压油口1被压出而输出到系统中去。这种泵在转子转一转过程中，吸油亚由各一次，故称单作用泵。转子受到径向液压不平衡作用力，故又称非平衡式泵，其轴承负载较大。改变定子和转子间的偏心量，便可改变泵的排量，故这种泵都是变量泵。3.3.2双作用叶片泵一、工作原理如图3.3.4所示双作用叶片泵的工作原理。它的作用原理和单作用叶片泵相似，不同之处只在于定子表面是由两段长半径圆弧、两段短半径圆弧和四段过渡曲线八个部分组成，且定子和转子是同心的。在图示转子顺时针方向旋转的情况下，密封工作腔的容积在左上角和右下角处逐渐增大，为吸油区，在左下角和右上角处逐渐减小，为油压区；吸油区和压油区之间有一段封油区把它们隔开。这种泵的转子每转一转，每个密封工作腔完成吸油和压油动作各两次，所以称为双作用叶片泵。泵的两个吸油区和两个压油区是径向对称的，作用在转子上的液压力径向平衡，所以又称为平衡式叶片泵。3.4柱塞泵柱塞泵具有加工方便、配合精度高、密封性好、容积效率高等特点，故可在高压下作用。柱塞泵分为轴向柱塞泵和径向柱塞泵两大类。轴向柱塞泵右分为直轴式（斜盘式）和斜轴式两种。其中直轴式应用较广。3.4.1轴向柱塞泵的工作原理图3.4.1示斜盘式轴向柱塞泵的工作原理。泵由斜盘1、柱塞2、缸体3、配油盘4等主要零件组成。斜盘1和配油盘4是不动的，传动轴5带动缸体3、柱塞2一起转动，柱塞2靠机械装置或在低压油作用下压紧在斜盘上。当传动轴按图示方向旋转时，柱塞2在其自下而上回转的半周内逐渐向外伸出，使缸体内密封工作腔容积不断增加，产生局部真空，从而将油液经配油盘4上的配油窗口a吸入；柱塞在其自上而下回转的半周内又逐渐向里推入，使密封工作腔容积不断减小，将油液从配油盘窗口b向外压出。缸体每转一转，每个柱塞往复运动一次，完成一次吸油和压油动作。改变斜盘的倾角γ，可以改变柱塞往复行程的大小，因而也就改变了泵的排量。第四章液压缸液压缸是液压系统中常用的一种执行元件，是把液体的压力能转变为机械能的装置，主要用于实现机构的直线往复运动，也可以实现摆动。4．1液压缸结构设计4．1．1液压缸的典型结构举例图4.1.1为单活塞杆液压缸结构图。它主要由缸底1、缸筒6、缸盖10、活塞4、活塞杆7和导向套8等组成。缸筒一端与缸底焊接，另一端与缸盖采用螺纹连接。活塞与活塞杆采用卡键连接。为了保证液压缸的可靠密封，在相应部位设置了密封圈3、5、9、11和防尘圈12。4．1．2液压缸的结构设计一、缸体与端盖的连接图4.3.1所示是几种不同的缸体与端盖的连接形式。图4.3.2（a）为拉杆连接。前、后端盖装在缸体两边，用四根拉杆（螺栓）将其紧固。这种连接结构简单，拆装方便，但外形尺寸较大，重量较大，通常只用于较短的液压缸。图4.3.2（b）为法兰连接。在无缝钢管的缸体上焊上法兰盘，再用螺钉与端盖紧固。这种连接结构简单，加工和拆装都很方便，其外形尺寸和重量比拉杆式连接要小些，但比螺纹连接和半环连接要大些，此种结构应用最广，中压液压缸均采用这种结构。图4.3.2（c）为内半环连接。图中K为半环，把半环切成三块装于缸体槽内。半环连接结构紧凑，重量小，工作可靠，但缸体铣出了半环槽后，削弱了其强度，所以相应要加大缸体的壁厚。当液压缸轴向尺寸受到限制，又要获得较大行程时，可采用外半环连接。图4.3.2（d）为焊接连接。其优点是结构简单、尺寸小、工艺性好；缺点是清洗缸体内孔较为困难，同时由于焊接可能造成缸体变形。一般短行程液压缸多用焊接，不少液压缸的底盖都采用焊接。图4.3.2（e）为外螺纹连接，并装有防松螺母防止端盖松动。图4.3.2（f）为内螺纹连接。螺纹连接的特点是重量轻、外径小、结构紧凑。但螺纹连接加工复杂，并需要专门的装卸工具。对于自制的中小型非标准型液压缸，一般采用法兰连接、螺纹连接和焊接连接的结构较多。二、活塞和活塞杆的连接活塞与活塞杆的连接大多采用图4.3.3所示的方法。其中（a）所示为螺纹连接结构。这种连接形式结构简单实用，应用较为普遍。当油缸工作压力较大，工作机械震动较大时，常采用图（b）所示的卡键连接结构。这种连接方法可以使活塞在活塞杆上浮动，使活塞与缸体不宜卡住，它比螺纹连接要好，但结构稍复杂些。在小直径液压缸中，也有将活塞和活塞杆做成一个整体结构形式的。三、活塞杆头部结构活塞杆头部直接与工作机械连接，根据与负载连接的要求不同，活塞杆头部主要有以下几种结构，如图4.3.4所示。四、液压缸的缓冲装置当液压缸带动质量较大的部件做快速往复运动时，由于运动部件具有很大的动能，因此当活塞运动到液压终端时，会与端盖碰撞，而产生冲击和噪声。这种机械冲击不仅引起液压缸的有关部分的损坏，而且会引起其他相关部件的损伤。为了防止这种危害，保证安全，应采取缓冲措施，对液压缸运动速度进行控制。图4.3.5所示为节流缓冲的两种形式：缝隙节流缓冲和小孔节流缓冲。当活塞移至其端部，缓冲柱塞开始插入缸端的缓冲孔时，活塞与缸端之间形成封闭空间A，A腔中受困挤的剩余油液只能从节流小孔或缓冲柱塞与孔槽间的节流环缝中挤出，从而造成背压迫使运动柱塞降速制动，实现缓冲。目前普遍采用在缸进出口设单向节流阀，可调节缓冲效果。五、液压缸的排气装置液压缸中不可避免的会混入空气，由此会引起活塞运动时的爬行和振动，产生噪声，甚至使整个液压系统不能正常工作。排气装置安装在液压缸的最上部位置。常用排气装置的结构如图4.3.6所示。第五章液压控制阀液压控制阀是用来控制液压系统中油液的流动方向或调节其压力和流量的，因此它可以分为方向控制阀、压力控制阀和流量控制阀三大类。5.1方向控制阀方向控制阀是控制液压系统中油液流动方向的，它分为单向阀和换向阀两类。5.1.1换向阀单向阀有普通单向阀和液控单向阀两种。普通单向阀普通单向阀简称单向阀，它对作用是使油液只能沿一个方向流动，不许反向倒流。图5.1.1所示为直通式单向阀的结构及图形符号。压力油从P1流入时，克服弹簧3作用在阀芯2上的力，是阀芯2向右移动，打开阀口，油液从P1口流向P2口。当压力油从P2口流入时，液压力和弹簧力将阀芯压紧在阀座上，使阀口关闭，液流不能通过。液控单向阀液控单向阀的结构和图形符号如图5.1.2所示。当控制口K不通压力油时，压力油只能从通口P1流向通口P2，不能反向流动。当控制口K接通压力油时，活塞1右移通过顶杆2顶开阀芯3，使通口P1和P2接通，油液可在两个方向自由流动。液控单向阀的最小控制压力约为主油路压力的30%左右。5.1.2换向阀换向阀用于接通、切断或改变液压系统中油液的流动方向，种类很多，应用广泛。按阀芯相对阀体运动的方式分，有转阀式换向阀和滑阀式换向阀两类；按操纵方式分，有手动、机动、电磁、液动、电液动等多种；按阀芯在阀体内工作位置数分，有二位阀、三位阀等；按阀体上主油口数目分，有二通、三通、四通和五通阀。换向阀的结构换向阀的种类很多，下面以电液换向阀为例来介绍一下换向阀的结构。电液换向阀是电磁阀和也懂法的组合，电液阀起先导作用，以改变液动阀的阀芯位置。液动阀是控制主油路换向的，所以可以用较小的电磁铁来控制较大的液流。电液换向阀的结构如图5.1.3所示。当两个电磁铁都不通电时，电磁阀阀芯4处于中位，液动阀阀芯8因两端都接通油箱，也处于中位。电磁铁3通电时，电磁阀阀芯4右移，压力油通过单向阀1进入液动阀阀芯8的左端，推动阀芯8右移，右端的油液经节流阀6和电磁阀回油箱，液动阀主油路P和A通，B和T通。同理，当电磁铁5通电时，液动阀主油路P和B通，A和T通。5.2压力控制阀在液压系统中，用来控制油液压力或利用油液压力来控制油路通断的阀统称为压力控制阀。这类阀的共同特点是利用液压力和弹簧力相平衡的原理进行工作。压力控制阀主要由溢流阀、减压阀、顺序阀、压力继电器等。5.2.1溢流阀溢流阀的作用是控制系统中的压力基本恒定，实现稳压、调压或限压。常用的溢流阀有直动型和先导型两种。直动型溢流阀直动型溢流阀的结构和图形符号如图5.2.1所示。阀芯在弹簧的作用下压在阀座上，阀体上开有进出油口P和T，油液压力从进油口P作用在阀芯上。当液压力小于弹簧力时，阀芯压在阀座上不动，阀口关闭；当液压力超过弹簧力时，阀芯离开阀座，阀口打开，油液便从出油口T流回油箱，从而保证进口压力基本恒定。调节弹簧的预压力，便可调整溢流压力。直动型溢流阀结构简单，灵敏度高，但压力受溢流量的影响较大，不适于在高压、大流量下工作。因为当溢流量的变化引起阀口开度即弹簧压缩量发生变化时，弹簧力变化较大，溢流阀进口压力也随之发生较大变化，故直动型溢流阀调压稳定性差。先导型溢流阀先导型溢流阀的结构和图形符号如图5.2.2所示。它由先导阀和主阀两部分组成。液压力同时作用于主阀芯及先导阀芯上。当先导阀未打开时，阀腔中油液没有流动，作用在主阀芯上下两个方向的液压力平衡，主阀芯在弹簧的作用下处于最下端位置，阀口关闭。当进油压力增大到使先导阀打开时，液流通过主阀芯上的阻尼孔e、先导阀流回油箱。由于阻尼孔的阻尼作用，使主阀芯所受到的上下两个方向的液压力不相等，主阀芯在压差的作用下上移，打开阀口，实现溢流。调节先导阀的调压弹簧，便可调整溢流压力。阀体上有一个远程口K，当K口通过二位二通阀接油箱时，主阀芯在很小的液压力作用下便可移动，打开阀口，实现溢流，这时系统称为卸荷。若K口接另一个远程调压阀，便可对系统压力实现远程控制。先导型溢流阀的导阀部分结构尺寸较小，调压弹簧不必很强，因此压力调整比较轻便。但是先导型溢流阀要先导阀和主阀都动作后才能骑控制作用，因此反应不如直动型溢流阀灵敏。5.2.2减压阀减压阀主要用于降低并稳定系统中某一支路的油液压力，常用于夹紧、控制、润滑等油路中。减压阀也有直动型和先导型之分，直动型较少单独使用。先导型应用较多，它的典型结构和图形符号如图5.2.4所示。压力油由进油口P1流入，经减压阀口f减压后由出口P2流出。出口压力油经阀体与端盖上的通道及主阀芯上的阻尼口e流到主阀芯的上腔和下腔，并作用在先导阀芯上。当出口油液压力低于先导阀的调定压力时，先导阀芯关闭，主阀芯上下两腔压力相等，主阀芯在弹簧作用下处于最下端，减压开度f为最大，发出与非工作状态。当出口压力达到先导阀调定压力值时，先导阀芯移动，阀口打开，主阀弹簧腔的油液便由外泄口L流回油箱，由于油液在主阀芯阻尼孔内流动，使主阀芯两端产生压力差，主阀芯在压差作用下，克服弹簧力抬起，减压阀口f减小，压降增大，使出口压力下降到调定值。5.2.3顺序阀顺序阀的作用是利用油液压力作为控制信号控制油路通断。直动型顺序阀的结构和图形符号如图5.2.5所示。压力油从进油口P1（两个）进入，经阀体上的孔道a和端盖上的阻尼孔b流到控制活塞底部，当作用在控制活塞上的液压力能克服阀芯上的弹簧力时，阀芯上移，油液便从P2流出。该阀称为内控式顺序阀，其图形符号如图5.2.5（b）所示。5.3流量控制阀流量控制阀是靠改变阀口流通面积的大小来控制流量，达到调节执行元件运动速度的目的。常用的流量控制阀右节流阀和调速阀。5.3.1节流阀节流阀的结构和图形符号如图5.3.1所示。压力油从进油口P1进入，经节流口从P2流出。节流口的形式为轴向三角槽式。调节手轮可使阀芯轴向移动，改变节流口的通流截面面积，从而达到调节流量的目的。当节流阀的通流截面很小时，通过节流口的流量会出现周期性的脉动，甚至造成断流，这种现象称为节流阀阻塞。节流口发生阻塞的主要原因是由于油液中含有杂质或由于油液因高温氧化变质生成物粘附在节流口的表面上，当附着层达到一定厚度时，会造成节流阀断流。因此，节流阀有一个能保证正常工作（无断流，且流量变化率不大于10%）的最小流量，称为节流阀的最小稳定流量。5.3.2调速阀调速阀是由定差减压阀1和节流阀2串联而成的组合阀，其工作原理和图形符号如图5.3.2所示、节流阀用来调节通过的流量，定差减压阀则用来稳定节流阀前后的压差。设减压阀的进口压力为p1，出口压力为p2，通过节流阀后降为p3。当负载F变化时，p3和调速阀进出口压差p1—p2随之变化，但节流阀两端压差p2—p3却不变。例如，当F增大时，p3增大，减压阀芯弹簧腔液压力增大，阀芯左移，阀口开度加大，使p2增加，结果p2—p3保持不变，反之亦然。调速阀和节流阀在液压系统中的应用基本相同，主要与定量泵、溢流阀组成节流调速系统。调节节流阀的开口面积，便可调节执行元件的运动速度。节流阀适用于一般的节流调速系统，而调速阀适用于执行元件负载变化大而运动速度要求稳定的系统中，也可用于容积节流调速回路中。5.4插装阀与叠加阀5.4.1插装阀插装阀是一种较新型的液压元件，它的特点是通流能力大，密封性能号，动作灵敏，结构简单，因而在大流量系统中获得广泛应用。插装阀的工作原理插装阀的结构及图形符号如图5.4.1所示。它由控制盖板、插装单元（由阀套、弹簧、阀芯及密封件组成）、插桩块体和先导控制元件（图中未画出）组成。由于这种阀的插装单元在回路中主要起通、断作用，故又称二通插装阀。二通插装阀的工作原理相当于一个液控单向阀。图中A和B为主油路仅有的两个工作油口，K为控制油口（与先导阀相接）。当K口无液压力作用时，阀芯受到向上的液压力大于弹簧力，阀芯开启，A与B相通，至于液流的方向，视A、B口的压力大小而定。反之，当K口有液压力作用时，且K口的油液压力大于A和B口的油液压力，才能保证A与B之间关闭。插装阀与各种先导阀组合，便可组成方向控制阀、压力控制阀和流量控制阀。5.4.2叠加阀液压控制阀有多种连接形式。管式连接和法兰式连接的阀，占用的空间大，拆装不便，现很少使用。而板式连接和插装连接的阀则使用的越来越多。板式连接的液压阀，可以安装在集成块上，利用集成块上孔道实现油路间的连接。叠加阀是在板式阀集成化基础上发展起来的一种新型元件。将阀体都做成标准尺寸的长方体，使用时将所用的阀在底板上叠积，然后用螺栓紧固。这种连接方式从根本上消除了阀与阀之间的连接管路，组成的系统更简单紧凑，配置方便灵活，工作可靠。第六章辅助装置6.1蓄能器6.1.1蓄能器的功用蓄能器的功用主要是储存油液的压力能。在液压系统中常用在以下几种情况：短时间内大量供油在间歇工作或实现周期性动作循环的液压系统中，蓄能器可以把液压泵输出的多余压力油储存起来。当系统需要时，由蓄能器释放出来。这样可以减少液压泵的额定流量，从而减小电机功率消耗，降低液压系统温升。二、吸收液压冲击和压力脉动蓄能器可用于吸收由于液流速度和方向急剧变化所产生的液压冲击，使其压力幅值大大减小，以避免造成元件损坏。在液压泵出口处安装蓄能器，可吸收液压泵的脉动压力。三、维持系统压力在液压系统中，当液压泵停止供油时，蓄能器可向系统提供压力油，补偿系统泄漏或充当应急能源，是系统在一段时间内维持压力，可避免停电或系统故障等原因造成的油源突然中断而损坏机件。蓄能器主要有弹簧式和气体隔离式两种类型，目前气体隔离式蓄能器应用广泛。6.2过滤器过滤器的作用是过滤掉油液中的杂质，降低液压系统中油液污染度，保证系统正常工作6.2.1对过滤器的要求液压油往往含有颗粒状杂质，会造成液压元件相对运动表面的磨损、滑阀卡滞、节流孔口堵塞，以致影响液压系统正常工作和寿命。一般对过滤器的基本要求是：能满足液压系统对过滤精度要求，即能阻挡一定尺寸的机械杂质进入系统。通流能力大，即全部流量通过时，不会引起过大的压力损失。滤芯应有足够强度，不会因压力油的作用而损坏。易于清洗或更换滤芯，便于拆装和维护。6.2.3过滤器的安装过滤器在液压系统中的安装位置有以下几种情况：

（1）安装在液压泵的吸油路上。液压泵的吸油管路上一般安装网式或线隙式粗过滤器，目的是滤除较大颗粒的杂质，以保护液压泵。要求过滤器有很大的通流能力（大于液压泵流量的两倍）和较小的压力降。（2）安装在压力油路上。这种安装方式常将过滤器安装在对杂质敏感的调速阀、伺服阀等元件之前。由于过滤器在高压下工作，要求滤芯有足够强度。为了防止过滤器堵塞，可并联一旁通阀或堵塞指示器。（3）安装在回油路上。安装在回油路上的过滤器能使油液在流回油箱之前得到过滤，以控制整个液压系统的污染度。6.3油箱油箱的主要作用是储存油液，此外还起着油液散热、杂质沉淀和使有种空气逸出等中作用。6.3.1油箱的结构油箱分开式油箱和闭式油箱两种。开式油箱应用普遍，油箱内液面直接与大气相通。开式油箱的典型结构如图6.3.1所示。油箱一般用2.5~4mm的钢板焊接而成。油箱内装有隔板7，它将液压泵的吸油管4（装有过滤器9）与系统回油管2分开，油箱侧壁装有油位计13和注油口1，油箱盖板上装有空气过滤器5，泵和电机的安装板6固定在油箱盖板上，油箱底部装有放油孔8。6.4热交换器液压系统中油液的工作温度一般以40℃~60℃为宜，最高不超过65℃，最低不低于15℃。油温过高或过低都会影响系统正常工作。为控制油液温度，油箱上常安装冷却器和加热器。6.4.1冷却器风冷式冷却器由风扇和许多带散热片的管子组成，油液从管内流过，风扇迫使空气穿过管子和散热器表面，使油液冷却。冷却器一般都安装在回油路及低压管路上。6.4.2加热器液压系统中油液温度过低时可使用加热器，一般常采用结构简单，能按需要自动调节最高最低温度的电加热器。6.5密封装置与管接头为了防止泄漏，提高液压系统的工作性能和效率，在可能发生泄漏的部位需要安装密封装置。密封装置的种类很多，最常用的是橡胶密封圈，它即可用于静密封，也可用于动密封，下面介绍几种常用的橡胶密封圈。6.5.1O型密封圈O型密封圈截面为圆形。它的特点是结构简单、安装尺寸小、使用方便，摩擦阻力小、价格低，故应用十分广泛。O型密封圈通常装在外圆或内孔的密封槽内，它的截面直径在装入槽后一般压缩在8%~25%。如果工作压力超过一定值，O型圈将从密封槽的间隙中被挤出而受到破坏。为避免出现挤压现象，当系统工作压力超过10MPa，应在O型圈侧面安装挡圈。6.5.2油封油封是旋转轴用密封装置，按其结构可分为骨架式和无骨架式两类。骨架式油封由橡胶油封体、金属加强环、自紧螺旋弹簧组成。油封的内径比被密封的轴径略小，油封装到轴上对轴产生一定的抱紧力。油封常用于液压泵和液压马达的转轴密封。6.5.3管接头管接头是油管与油管、油管与液压件之间的可拆式连接件。它应具有装拆方便，连接牢固、密封可靠、外形尺寸小、流通能力大等特点。第七章基本回路任何复杂的液压系统，它总是由一些基本回路组成。所谓基本回路就是由一定的液压元件所构成的用来完成特定功能的典型回路。液压基本回路按功能可分为速度控制回路、压力控制回路、方向控制回路和多缸顺序能够在回路等。熟悉和掌握这些回路的组成、工作原理和性能，是分析和设计液压系统的重要基础。7.1速度控制回路速度控制回路是调节和变换执行元件运动速度的回路。它包括调速回路、快速回路和速度换接回路，其中调速回路是液压系统用来传递动力的，它在基本回路中占重要地位。7.1.1调速回路（1）节流调速回路：用定量泵供油，采用流量控制阀调节执行元件的流量，以实现速度调节。（2）容积调速回路：改变变量泵的供油流量和（或）改变马达的排量，以实现速度调节。（3）容积节流调速回路：采用变量泵和流量控制阀相配合的调速办法，又称联合调速。一、节流调速回路根据流量控制阀在回路中的位置不同，分为进口节流调速，出口节流调速及旁路节流调速三种调速回路。节流阀进口节流调速回路节流阀串接在液压缸的进油路上，泵的供油压力由溢流阀调定。调节节流阀开口面积，便可改变进入液压缸的流量，即可调节液压缸的运动速度。泵的多余流量经溢流阀流回油箱。节流阀出口节流调速回路它是将节流阀放置在回油路上，用它来控制从液压缸回油腔流出的流量，也就控制了进入液压缸的流量，达到调速的目的。节流阀旁路节流调速回路它是将节流阀安放在与执行元件并联的支路上，用它来调节从支路流回油箱的流量，以控制进入液压缸的流量来达到调速的目的。回路中溢流阀起安全作用，泵的工作压力不是恒定的，它随负载发生变化。二、容积调速回路容积调速回路是通过改变液压泵或液压马达的排量来实现调速的。其主要优点是功率损失小（没有溢流损失和节流损失），系统效率高，广泛应用于大功率液压系统中。容积调速回路通常有三种形式，即变量泵和定量马达容积调速回路；定量泵和变量马达容积调速回路；变量泵和变量马达容积调速回路。7.2.1快速回路快速回路的功用是加快工作机构空载运行时的速度，以提高系统的工作效率。下面介绍几种常见的快速回路。液压缸差动连接快速回路图7.1.14所示是采用液压缸差动连接的快速回路。它通过二位三通电磁阀形成差动连接。阀1和阀3在左位工作时，单杆液压缸差动连接作快速运动。当阀3通电时，差动连接即被切除，液压缸回油经过调速阀，实现工进。阀1切换至右位后，液压缸快退。这种回路简单易行，但要注意此时法和管道应按差动时的较大流量选用，否则压力损失过大，易使溢流阀在快进时也开启，无法实现差动。另外，快慢速换接不够平稳，而且当无杆腔面积A1等于2倍有杆腔面积A2时，差动连接的速度只是非差动连接速度的两倍，往往不能满足负载快进运动的要求，有时必须与双联泵或限压式变量泵等联合使用。二、双泵供油快速回路图7.1.15所示为双泵并联供油的快速回路。快速运动时，由于负载小，系统压力小于液控顺序阀3的开启压力，则阀3关闭。泵1的油液通过单向阀8与泵2汇合在一起进入液压缸，以实现快速运动。工进时，负载大，系统压力升高，外控顺序阀3被打开，关闭单向阀8，使低压大流量泵1卸荷。此时系统仅由高压小流量泵2供油，实现工作进给。外控顺序阀3的开启压力应比快速运动时所需要压力大0.8~1.0MPa。增速缸快速回路所谓增速缸实际上是一种复合液压缸。如图7.1.16所示，其活塞内含有柱塞缸，中间有孔的柱塞又和增速缸体固连。当换向阀2在作为工作时，液压泵输出的压力油先进入工作面积小的柱塞缸内，是活塞快进，增速缸Ⅰ腔内出现真空，便通过单向阀7补油。活塞快进结束时应使二通阀4在右为工作，压力油便同时进入增速缸Ⅰ腔和Ⅱ腔，此时工作面积增大，便获得大推力、低速运动，实现工作进给。换向阀2在尤为工作时，压力油便进入工作面积很小的Ⅲ腔并打开液控单向阀7，增速缸快退。用蓄能器的快速回路图7.1.17是采用蓄能器的快速回路。这种回路适用于系统短期需要大流量的场合。当液压缸停止工作时，液压泵向蓄能器充油，油液压力升至液控顺序阀的挑顶压力时，打开液控顺序阀，液压泵卸荷。当液压缸工作时，由液压泵和蓄能器同时供油，使活塞获得短期较大的速度。这种回路可以采用小容量液压泵，实现短期大量供油，减小能量损耗。7.1.3速度换接回路设备的工作部件在实现自动循环的工作过程中，往往需要进行速度转换，如从快进转为工进，从第一种工进转为第二种工进等。并且在速度换接过程中，尽可能不产生前冲现象，以保持速度换接平稳。快速与慢速的换接回路图7.1.18所示是用二位二通电磁阀与调速阀并联的快慢速换接回路。这种回路可能实现快进→工进→快退→停止的工作循环。当电磁铁1YA、3YA通电时，液压泵的压力油经二位