0.2 液压与气压传动的工作原理

1.液压传动的工作原理

1）液压千斤顶

讨论液压传动的工作原理可以从最简单的液压千斤顶入手，图0-1表示了液压千斤顶的工作原理。液压千斤顶由手动液压泵和举升液压缸两部分构成。由大缸体6、大活塞7和卸油阀9组成举升液压缸。由杠杆l、小活塞2、小缸体3、单向阀4和5等组成手动液压泵。另外还有油箱10和重物8。

1—杠杆；2—小活塞；3—小缸体；4、5—单向阀；6—大缸体；7—大活塞；8—重物；9—卸油阀；10—油箱

图0-1 液压千斤顶的工作原理

工作时，先提起杠杆l使小活塞2向上移动，小活塞下端油腔容积增大，形成局部真空，这时单向阀 5 将所在油路关闭。而油箱 10 中的油液则在大气压力的作用下，推开单向阀 4的钢球，沿吸油孔道进入并充满小缸体3的下腔，完成一次吸油动作。接着用力压下杠杆1，小活塞2下移，小缸体3下腔的密闭容积减小，其腔内压力升高，单向阀4关闭，阻断了油液流回油箱的通路，并使单向阀5的钢球受到一个向上的作用力，当这个作用力大于大缸体6下腔对它的作用力时，钢球被推开，油液便进入大缸体6的下腔（卸油阀9处于关闭状态），推动大活塞 7 向上移动，顶起重物 8。反复提压杠杆 1，就能不断地把油液压入举升液压缸下腔，使重物逐渐地升起。将卸油阀9转动90°，大缸体6的下腔与油箱连通，大活塞7在重物8的推动下下移，下腔的油液通过卸油阀9流回油箱10。

由液压千斤顶的工作过程可知：小液压缸与单向阀4和5一起完成吸油与压油，将杠杆的机械能转换成油液的压力能输出，称为（手动）液压泵。大液压缸将油液的压力能转换为机械能输出，顶起重物，称为执行元件（液压缸）。大、小液压缸组成了最简单的液压系统，实现了运动和动力的传递。

2）机床工作台液压传动系统

如图0-2（a）所示为机床工作台液压传动系统的结构原理，它由油箱、滤油器、液压泵、溢流阀、开停阀、节流阀、换向阀、液压缸以及连接这些元件的油管、接头组成。

1—工作台；2—液压缸；3—活塞；

4—换向手柄；5—换向阀；

6、8、16—回油管；7—节流阀；

9—开停手柄；10—开停阀；

11—压力管；12—压力支管；13—溢流阀；

14—钢球；15—弹簧；17—液压泵；

18—滤油器；19—油箱

图0-2 机床工作台液压传动系统的结构原理

该系统的工作原理是：液压泵由电动机驱动后，从油箱中吸油，油液经滤油器进入液压泵，由泵腔的低压侧吸入，从泵的高压侧输出，在图0-2（a）所示状态下，通过开停阀、节流阀、换向阀进入液压缸左腔，压力油推动活塞连同工作台向右移动。这时，液压缸右腔的油经换向阀和回油管6排回油箱。

如果将换向阀手柄转换成图0-2（b）所示状态，则压力管中的油将经过开停阀、节流阀和换向阀进入液压缸右腔，压力油推动活塞连同工作台向左移动，并使液压缸左腔的油经换向阀和回油管6排回油箱。

工作台的移动速度是通过节流阀来调节的。当节流阀开大时，进入液压缸的油量增多，工作台的移动速度增大；当节流阀关小时，进入液压缸的油量减小，工作台的移动速度减小。为了克服移动工作台时所受到的各种阻力，液压缸必须产生一个足够大的推力，这个推力是由液压缸中的油液压力所提供的。要克服的阻力越大，缸中的油液压力越高；反之压力就越低。这种现象正说明了液压传动的一个基本原理，即压力取决于负载。

如图0-2（a）所示的液压系统是一种半结构式的工作原理，它有直观性强、容易理解的优点，当液压系统发生故障时，根据原理图检查十分方便，但其图形比较复杂，绘制比较麻烦。目前各国均采用元件的图形符号来绘制液压和气压系统图。这些符号只表示元件的功能和连接通路，而不表示其结构和性能参数。目前我国制订的液压与气压系统图采用GB/T786.1—1993所规定的图形符号绘制。如图0-3所示为采用图形符号绘制的机床工作台液压传动系统的结构原理。

1—油箱；2—滤油器；3—液压泵；4—溢流阀；5—开停阀；6—节流阀；7—换向阀；8—液压缸；9—工作台

图0-3 采用图形符号绘制的机床工作台液压传动系统的结构原理

2.气压传动的工作原理

如图0-4（a）所示为气动剪切机的结构原理，图示位置为剪切前的情况。空气压缩机1产生的压缩空气经冷却器2、分水过滤器3、贮气罐4、空气过滤器5、减压阀6、油雾器7到达换向阀9，部分气体经节流通路a进入换向阀9的下腔A，使上腔弹簧压缩，换向阀阀芯位于上端；大部分压缩空气经换向阀9后由b路进入气缸10的上腔，而气缸10的下腔经c路、换向阀与大气相通，故气缸活塞处于最下端位置。

1—空气压缩机；2—冷却器；3—分水过滤器；4—贮气罐；5—空气过滤器；6—减压阀；7—油雾器；8—行程阀；9—换向阀；10—气缸；11—工料

图0-4 气动剪切机的结构原理

当工料送入剪板机并达到预定位置时，工料将行程阀8的阀芯向右推动，换向阀9的A腔经行程阀 8 与大气相同，换向阀 9 的阀芯在弹簧作用下移到下位，将气缸 10 的上腔由 b路与大气连通，下腔与压缩空气连通。气缸活塞在压缩空气的作用下带动剪刀将工料切断，并随之松开行程阀8的阀芯使之复位，将排气口堵死，换向阀9的A腔压力上升，阀芯上移，使气路换向。气缸 10 的上腔进入压缩空气，下腔排气，活塞带动剪刀向下移到，系统又恢复到图0-4所示的预备状态，等待第二次进料剪切。如图0-4（b）所示为采用图形符号绘制的气动剪切机系统的结构原理。

剪刀克服阻力剪断工料的机械能来自于压缩空气的压力能，提供压缩空气的是空气压缩机；气路中的换向阀、行程阀用于改变气体的流动方向和控制气缸活塞的运动方向。

从上面的例子可以看到：液压泵（空气压缩机）将电动机的机械能转换为流体的压力能，然后通过液压缸或液压马达（气缸或气马达）将流体的压力能再转换为机械能以推动负载运动。