第四讲 液压传动

第四讲液压传动第一页，共六十页，编辑于2023年，星期五

液体传动是以液体为工作介质，进行能量传递、转换和控制的一种传动形式，它和机械传动有原则的区别。液体传动包括液压传动和液力传动。

第一节概述第二页，共六十页，编辑于2023年，星期五液压传动基于流体力学的帕斯卡原理，以液体的压力能来传递能量和动力，又称静压传动。液力传动基于流体力学的动量矩原理，以液体的动能来传递能量和动力，又称动液传动。第三页，共六十页，编辑于2023年，星期五一、液压传动工作原理图6·1是液压传动的工作原理图。图中1和4是被活塞封闭的两个直径不同的液压缸，2和3是两个活塞，管路5将两个液压缸连通组成一个密封的容器。第四页，共六十页，编辑于2023年，星期五假设密封容器内的液体不可压缩，并且无任何泄漏，则当液体中某一点处受到压力作用时，这个压力将通过液体传递到容器内其它各点，且各点压力值相等。第五页，共六十页，编辑于2023年，星期五在密封容器中，作用于静止液体表面的压力可以等值地传递到液体内部所有各点的原理，称为帕斯卡原理，或称静压传递原理。液压传动的工作原理就是帕斯卡原理。它是以液体的压力能来传递能量和动力的。第六页，共六十页，编辑于2023年，星期五根据帕斯卡原理，可得出的重要概念和原理：1、力的放大原理：即：可通过增大从动缸活塞面积的方法实现力的放大。第七页，共六十页，编辑于2023年，星期五2、液压传动的一个重要概念：

液压系统中的压力决定于负载。（当负载为零，液压缸中的压力建立不起来）p=F1/A1=F2/A2=0第八页，共六十页，编辑于2023年，星期五3、液压传动的运动传递原理：

液压传动过程中液体容积变化相等。A1h1=A2h2第九页，共六十页，编辑于2023年，星期五二、液压传动应用实例

图6·2是常用油压千斤顶的原理图。图中4、5为单向阀，9为截止阀，它们是系统的控制装置；1、2、3、4、5组成动力装置-手动活塞泵；液压缸6（升举油缸）是执行装置。第十页，共六十页，编辑于2023年，星期五从图中可知：重物F升至预定位置后，只要不把截止阀9打开，重物F就不会在重力作用下下降，而停留在原来的位置-这种性质称为自锁性。第十一页，共六十页，编辑于2023年，星期五

通过上述分析和应用举例可以看出，液压传动装置实质上是一种能量转换装置。它先是将机械能转换为液体的压力能，随后又将压力能转换为机械能而作功。第十二页，共六十页，编辑于2023年，星期五液压传动系统具有以下工作特征:

1)液压传动是在密封容器内进行的;2)力的传递是通过液体的压力来实现的;3)运动的传递是按液体容积变化相等的原理进行的;4)工作压力决定于负载;5)易于实现自锁。第十三页，共六十页，编辑于2023年，星期五完整的液压系统通常由以下四个部分组成：1.动力装置通常指液压泵，其作用是将原动机（电动机或内燃机）的机械能转换成液体的压能。2.控制装置包括各类液压阀，主要有方向控制阀、压力控制阀和流量控制阀，其功能是对液压系统中油的流动方向、压力、流量进行调节和控制。三、液压传动系统的组成第十四页，共六十页，编辑于2023年，星期五3.执行装置包括作直线运动的液压缸或作旋转运动的液压马达，其作用是将液体的液压能转换为工作装置需要的机械能，实现预定的工作目的。4.辅助装置包括油箱、蓄能器、密封圈、滤油器、管道、管接头、压力表等，其作用是保证液压系统持久、稳定、可靠地工作。第十五页，共六十页，编辑于2023年，星期五四、液压传动的优缺点

1、液压传动的优点1)能实现较大范围的无级调速，使传动机构简化。2)能大幅度减速，从而易于获得大的力和力矩。3)易于实现机构的直线往复运动。4)容量大，重量轻，惯性小，启动快，工作平稳，换向迅速而无冲击。第十六页，共六十页，编辑于2023年，星期五5)操作简便省力，易于实现自动化。6)自锁性好，易于实现安全保护。7)采用油液为介质，元件自行润滑好。8)液压元件易于实现标准化、系列化和通用化。第十七页，共六十页，编辑于2023年，星期五

2、液压传动的缺点1)由于液压传动系统中不可避免地存在泄漏及油液的可压缩性，无法保证严格的传动比。2)油液的粘度会随系统的温度和压力变化而改变，故液压传动不宜在高温及低温下工作。3)总效率较机械传动低，也不适于远距离传动。4)出了故障时不易查找原因，并且空气渗入液压系统会引起系统工作不良（如噪音、振动等）。5)零件的制造精度要求高，因而液压元件成本高。第十八页，共六十页，编辑于2023年，星期五在液压传动中，液压油既用作传递能量的介质，又对传动零部件起润滑作用和冷却传动系统的作用，因此它比通常的润滑油有更高的要求。五、液压油的选择第十九页，共六十页，编辑于2023年，星期五液压系统对液压油的要求是：要有适当的粘度和良好的粘温特性;具有良好的润滑性和足够的油膜强度（使各零件表面能获得足够的润滑而避免磨损）；闪点和燃点要高，凝固点要低，热膨胀系数要低，比热和导热系数要高；还应具有良好的化学稳定性（能抗氧化、抗水解等），不含蒸气、空气及易气化和产生气体的杂质等。第二十页，共六十页，编辑于2023年，星期五选择液压油应考虑以下因素:

1)环境温度的高低当周围环境温度高时(如夏季)，宜选用粘度较高的油液;反之，温度较低时(如冬季)，宜用粘度较低的油液。（油温升高时，油液的粘度会显著降低）

第二十一页，共六十页，编辑于2023年，星期五2)液压系统工作压力的高低当系统工作压力高时，宜选用高粘度的油液，以减少泄漏量;反之，则选择粘度较小的油液。（当压力增大时，油液分子间的距离会减小，粘度变大。当压力在20MPa以下时，粘度的变化不大）第二十二页，共六十页，编辑于2023年，星期五3)液压系统中运动部件运动速度的高低

当运动部件运动速度较高时，油流的速度也高，液压损失较大，泄漏量相对减少，因而宜选择粘度较低的油液;反之，宜选择粘度较高的油液。第二十三页，共六十页，编辑于2023年，星期五第二节液压泵和液压马达

液压泵是将原动机的机械能转换为油液的压力能的装置，是动力元件;液压马达是用来将油液的压力能转换为旋转形式的机械能的装置，属执行元件。第二十四页，共六十页，编辑于2023年，星期五液压泵和液压马达都是液压传动中的能量转换装置。液压泵和液压马达的种类很多，在建筑工程机械液压系统中常用的有齿轮式、叶片式和柱塞式。第二十五页，共六十页，编辑于2023年，星期五一、液压泵1、齿轮泵图6·7为外啮合齿轮泵的结构原理图。它是由相互啮合的一对齿轮与泵壳和前后泵盖配合，把泵体内部分为互不相通的密闭空腔，分别与吸油孔和排油孔相通。第二十六页，共六十页，编辑于2023年，星期五当齿轮按图示箭头方向旋转时，左侧轮齿不断逐渐退出啮合，油腔容积逐渐增大，形成局部真空。油箱中的油液在大气压力作用下，通过吸油管被吸入左侧的吸油腔，充满齿间，这就是泵的吸油过程。随着齿轮的旋转，齿间油液被带到右侧的压油腔，右侧齿轮逐渐进入啮合，油腔容积逐渐减小，齿间的油液经排油孔被挤出，这就是泵的排油过程。泵的主动齿轮在电机带动下连续旋转，泵便连续地吸油和排油。第二十七页，共六十页，编辑于2023年，星期五齿轮泵具有结构简单，体积小，工艺性好，工作可靠，维修方便和抗油污能力强等优点，因而被广泛地应用于各种液压传动的机械上，特别是工作条件比较恶劣的工程机械。但由于齿轮泵的流量和压力脉动较大，噪声高，并且只能作定量泵（液压泵按照转轴每转一周所输出的油液体积能否调节，可以分为定量泵和变量泵），故应用范围受到了一定的限制。第二十八页，共六十页，编辑于2023年，星期五分类按叶片泵每转吸油或排油的次数(二者相等)，可将叶片泵分为单作用式(每转吸、压油各一次)和双作用式(每转吸压油两次)两种。建筑工程机械液压系统主要选用双作用式叶片泵。2、叶片泵第二十九页，共六十页，编辑于2023年，星期五构造及工作过程图6·9为双作用式叶片泵工作原理图。它主要是由定子、转子、叶片、泵体、配流盘(两侧，图中未画出,起高低压油路分配作用)、传动轴等组成。第三十页，共六十页，编辑于2023年，星期五定子的内表面由两段长半径R圆弧、两段短半径r圆弧及四段过渡曲线构成。转子上均布开有槽，矩形叶片安装在槽内，可自由滑动。当转子旋转时，叶片在离心力和根部油压力作用下，紧贴在定子的内表面上，起密闭作用。第三十一页，共六十页，编辑于2023年，星期五当随着转子按图示方向旋转时，叶片由短径r变为长径R时，两叶片间形成的密封容积逐渐增大，形成局部真空，就会产生吸油过程。当叶片由长半径R位置向短半径r位置转动时，叶片逐渐被压入转子，两叶片间密封容积逐渐减小，就产生排油过程。转子连续转动，泵便连续地进行吸油和排油。第三十二页，共六十页，编辑于2023年，星期五叶片泵特点具有结构紧凑、转动平稳、噪声小、输出流量均匀性好等优点。但存在着结构复杂、转速范围小、对油液的污染较敏感等缺点。第三十三页，共六十页，编辑于2023年，星期五3、柱塞泵图6.11为轴向柱寨泵的工作原理图。它主要由驱动轴、柱塞、缸体、配流盘和斜盘等零件组成。

第三十四页，共六十页，编辑于2023年，星期五柱塞泵是利用柱塞在柱塞孔内作往复运动，使密封工作容积发生变化而实现吸油和压油的。第三十五页，共六十页，编辑于2023年，星期五柱塞泵主要构件是圆形的柱塞和柱塞孔，容易达到较高的配合精度，因此具有密封性能好、效率高、工作压力大的优点；缺点是结构复杂，对油液的清洁度要求高，价格较贵。适用于高压、大流量、大功率的液压系统中。第三十六页，共六十页，编辑于2023年，星期五二、液压马达液压马达在结构上与液压泵基本相同，并且也是靠密封容积的变化进行工作的。从原理上讲，向容积式泵中输入压力油，使其轴转动，就成为液压马达。常见的液压马达也有齿轮式、叶片式和柱塞式等几种主要形式。第三十七页，共六十页，编辑于2023年，星期五第三节液压缸

一、液压缸分类

液压缸(油缸)是液压系统中的执行元件，用来实现直线往复运动或在一定角度内的回转摆动。液压缸是液压传动系统中应用最多的执行元件。第三十八页，共六十页，编辑于2023年，星期五液压缸种类很多，按其作用方式可分为单作用和双作用两类。单作用液压缸是利用压力油推动活塞(或缸体)作一个方向运动，而反向运动则靠重力、弹簧力或另一个液压缸来实现。双作用液压缸的两腔都可通压力油，因此正、反两方向的运动都由压力油推动来实现。第三十九页，共六十页，编辑于2023年，星期五按结构不同可分为活塞式、柱塞式、伸缩套筒式和摆动式等。以下具体介绍活塞式、柱塞式、伸缩套筒式。第四十页，共六十页，编辑于2023年，星期五二、活塞缸活塞缸分单杆活塞缸和双杆活塞缸。

1·单杆活塞缸单杆活塞缸是只有一端带活塞杆的液压缸。由于单杆活塞缸两腔的有效作用面积不相等，当压力油以相同的压力和流量分别进入缸的有杆腔和无杆腔时，活塞往返的运动速度和推力也不相等。第四十一页，共六十页，编辑于2023年，星期五图6·16为单杆液压缸的三种通油状态，不同状态下活塞运动速度和推力不同。第四十二页，共六十页，编辑于2023年，星期五

2、双杆活塞缸

双杆活塞缸是指活塞两端都带有活塞杆的液压缸，如图6·17所示。这种缸的两个活塞杆直径通常是一样的，因而缸两腔的有效面积是一样的。第四十三页，共六十页，编辑于2023年，星期五双杆活塞缸的特点是:当进油压力和流量相同时，不论活塞(或缸体)向哪个方向运动，其所产生的推力和运动速度都是一样的。常用于对往复运动速度要求相同的场合。第四十四页，共六十页，编辑于2023年，星期五三、柱塞缸

图6·18为柱塞式液压缸。压力油从左端油口进入缸内，推动柱塞右移，其回程需要借助外力来完成。第四十五页，共六十页，编辑于2023年，星期五缸的内壁不与柱塞接触，只在柱塞与导向套孔间有配合要求，故缸筒内壁可以不加工，或只作粗加工。结构简单，制造容易，特别适用于行程长和作用力大的场合。第四十六页，共六十页，编辑于2023年，星期五四、伸缩套筒缸伸缩套筒缸系多级液压缸，其特点是行程大，结构紧凑。第四十七页，共六十页，编辑于2023年，星期五图为双作用活塞式伸缩套筒缸结构原理图。本液压缸是二级液压缸，零件2与3同时组成缸体1中的活塞(一级活塞)；而零件2又同时是二级缸的缸体。第四十八页，共六十页，编辑于2023年，星期五第四节液压阀液压阀用于控制和调节液压系统中液压油的流动方向、流量和压力，从而控制执行元件的运动方向、运动速度、作用力和动作顺序等，满足各类执行元件不同的动作要求。第四十九页，共六十页，编辑于2023年，星期五液压阀种类很多，按用途可分为方向控制阀、压力控制阀和流量控制阀。它们分别简称为方向阀、压力阀和流量阀。第五十页，共六十页，编辑于2023年，星期五1.方向阀方向阀主要用来控制液压油的通断或切换液压油流动的方向，以满足执行元件的启停和运动方向的要求。方向阀分为单向阀和换向阀两类。（1）单向阀如图为普通单向阀和液控单向阀。第五十一页，共六十页，编辑于2023年，星期五（2）换向阀

换向阀是利用阀芯与阀体之间的相对运动来改变阀体上各油口的连通情况，从而改变油液的流动方向和油路的通断，实现运动换向、启停及速度换接等。

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换向滑阀一般由阀体、阀芯及阀芯操纵机构三部分组成，如下图所示。阀体上有多个油口，与液压系统中的不同油路连通。阀芯为圆柱状，其上加工了几个台肩与阀体配合，使阀体内某些通道连通，而另一些通道被封闭。阀芯操纵机构可控制阀芯在阀体内作轴向移动。下图二位三通换向阀：第五十三页，共六十页，编辑于2023年，星期五2、压力阀在液压传动中,用来控制和调节液压系统的压力，或利用压力的变化作为信号来控制其它元件动作的阀，称为压力阀。压力阀包括溢流阀、减压阀和顺序阀等，它们都是利用压力油对阀芯的推力与弹簧力相平衡的原理来进行工作的。第五十四页，共六十页，编辑于2023年，星期五（1）溢流阀在液压系统中，溢流阀的作用主要有两方面：一是用来限制系统的最高工作压力，起安