第一篇 液压传动
绪论
【内容简介】
本章主要介绍液压传动的工作原理、组成、优缺点及液压传动的应用和发展等。
【学习目标】
（1）掌握液压传动的工作原理、组成。
（2）了解液压传动的优缺点、液压传动的应用和发展。
【重点内容】
液压传动系统图及图形符号。
用液体作为工作介质来实现能量传递的传动方式称为液体传动。液体传动按其工作原理的不同可分为两类：主要以液体动能进行工作的称为液力传动（如离心泵、液力变矩器等）；主要以液体压力能进行工作的称为液压传动。液压传动是本书要讨论的内容，它与单纯的机械传动、电气传动和气压传动相比，具有许多优点，所以在机械设备中，液压传动是被广泛采用的传动之一。特别是近年来，液压与微电子、计算机技术相结合，使液压技术的发展进入了一个新的阶段，成为发展速度最快的技术之一。
本章介绍液压传动的工作原理、组成、优缺点及液压传动的应用和发展等内容。
0.1 液压传动的工作原理
液压传动的工作原理可以用一个液压千斤顶的工作原理来说明。
图0.1所示为液压千斤顶的工作原理图。大油缸9和大活塞8组成举升液压缸。杠杆手柄1、小油缸2、小活塞3、单向阀4和7组成手动液压泵。当提起杠杆手柄1使小活塞向上移动，小活塞下端油腔容积增大，形成局部真空，这时单向阀4打开，通过吸油管5从油箱13中吸油；用力压下手柄，小活塞下移，小活塞下腔压力升高，单向阀4关闭，单向阀7打开，下腔的油液经管道6输入大油缸9的下腔，迫使大活塞8向上移动，顶起重物。再次提起杠杆手柄1吸油时，单向阀7自动关闭，使油液不能倒流，从而保证了重物不会自行下落。不断地往返扳动手柄，就能不断地把油液压入举升缸下腔，使重物逐渐地升起。如果打开截止阀11，举升缸下腔的油液通过管道10、截止阀11流回油箱，重物就向下移动。这就是液压千斤顶的工作原理。
图0.1 液压千斤顶工作原理图
1—杠杆手柄；2—小油缸；3—小活塞；4、7—单向阀；5—吸油管；6、10—管道；8—大活塞；9—大油缸；11—截止阀；12—油管；13—油箱
从上述可以看出，液压千斤顶是一个简单的液压传动装置。分析液压千斤顶的工作过程，可知液压传动是依靠液体在密封容积中的压力能实现运动和动力传递的。液压传动装置本质上是一种能量转换装置，它先将机械能转换为便于输送的液压能，后又将液压能转换为机械能做功。液压传动利用液体的压力能进行工作，它与利用液体动能工作的液力传动有着根本的区别。
0.2 液压传动系统的组成及图形符号
图0.2（a）～（c）所示为一磨床工作台的液压传动系统工作原理图。油泵4在电动机（图中未画出）的带动下旋转，油液由油箱1经过滤器2被吸入油泵，由油泵输入的压力油通过手动换向阀9，节流阀13、手动换向阀15进入液压缸18的左腔，推动活塞17和工作台19向右移动，液压缸18右腔的油液经手动换向阀15排回油箱。如果将手动换向阀15转换成图0.2（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左腔的油液经手动换向阀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6流回油箱。如果将手动换向阀9转换成图0.2（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，这时工作台停止运动，液压系统处于卸荷状态。
图0.2 磨床工作台液压传动系统工作原理图
1—油箱；2—过滤器；3、8、10、12、14—油管；4—油泵；5—弹簧；6—钢球；7—阀体；9、15—手动换向阀；11、16—手柄；13—节流阀；17—活塞；18—液压缸；19—工作台
0.2.1 液压传动系统的组成
从图0.2中可看出，一个完整的液压系统，有以下5部分组成。
（1）动力装置。动力装置是将原动机输出的机械能转换成液体压力能的元件，其作用是向液压系统提供压力油，液压泵是液压系统的心脏。
（2）执行装置。执行装置把液体压力能转换成机械能，执行元件包括液压缸和液压马达。
（3）控制装置。控制装置包括压力、方向、流量控制阀，是对系统中油液压力、流量、方向进行控制和调节的元件。例如，换向阀15即属控制元件。
（4）辅助装置。上述三个组成部分以外的其他元件，如管道、管接头、油箱、滤油器等。
（5）工作介质。即传动液体，通常称为液压油。绝大多数液压油采用矿物油，系统用它来传递能量或信息。
0.2.2 液压传动系统图及图形符号
图0.2所示为液压系统原理图，各元件是用半结构式图形画出来的。这种图形直观性强，较易理解，但难以绘制，系统中元件数量多时更是如此。在工程实际中，一般都用简单的图形符号绘制液压系统原理图，如图0.3所示，国家标准GB 786.1—2009规定了各元件的图形符号，这些符号只表示元件的功能，不能表示元件的结构和参数。液压元件图形符号在后面的章节及附录中有详细介绍。
图0.3 用图形符号表示的磨床工作台液压系统图
1—油箱；2—过滤器；3—液压泵；4—溢流阀；5—手动换向阀；6—节流阀；7—换向阀；8—活塞；9—液压缸
0.3 液压传动的特点
液压传动之所以得到如此迅速的发展和广泛的应用是由于它具有下面的许多优点。
（1）单位功率的重量轻，结构尺寸小。据统计，轴向柱塞泵每千瓦功率的重量只有1.5～2 N，而直流电动机的重量则高达15～20 N，这说明在同等功率情况下，前者的重量只有后者的10%～20%；至于尺寸相差更大，前者为后者的12%～13%。这就是飞机上的操舵装置、起落架、发动机的自动调节系统、自动驾驶仪、导弹的发射与控制均采用液压的原因。
（2）工作比较平稳，换向冲击小，反应快。由于重量轻、惯性小、反应快，易于实现快速启动、制动和频繁的换向。
（3）能在大范围内实现无级调速（调速范围最大可达1∶2000），而且调速性能好。
（4）操纵、控制调节比较方便、省力，便于实现自动化，尤其和电气控制结合起来，能实现复杂的顺序动作和远程控制。
（5）液压装置易于实现过载保护，而且工作油液能使零件实现自润滑，故使用寿命长。
（6）液压元件已实现标准化、系列化和通用化，便于通广使用。
液压传动的主要缺点：
（1）油的泄漏和液体的可压缩性会影响执行元件运动的准确性，故无法保证严格的传动比。
（2）液压传动对油温变化比较敏感，其工作稳定性很容易受到温度的影响，因此它不宜在很高或很低的温度条件下工作。
（3）能量损失较大（摩擦损失、泄漏损失、节流和溢流损失等），故传动效率不高，不宜做远距离传动。
（4）液压元件在制造精度上的要求较高，因此它的造价较高，使用维护比较严格。
（5）系统的故障原因有时不易查明。
0.4 液压传动的应用和发展
液压传动相对于机械传动来说，是一门新的学科，它的发展历史虽然较短，但发展的速度却非常快。自从1795年制成了第一台压力机起，液压技术进入了工程领域，1906年开始应用于国防战备武器。目前在工业生产的各个部门都应用着液压与气压传动技术，例如，工程机械（挖掘机）、矿山机械、压力机械（压力机）和航空工业中均采用了液压传动。我国的液压工业开始于20世纪50年代，其产品最初应用于机床和锻压设备，后来又用于拖拉机和工程机械。特别是20世纪60年代以后，随着原子能科学、空间技术和计算机技术的发展，液压技术也得到了很大发展。当前，液压技术正向高压、高速、大功率、高效、低噪声、高性能、高度集成化、模块化和智能化的方向发展，同时，新型液压元件的应用和液压系统的计算机辅助设计（CAD）、机电一体化技术以及污染控制技术等也是液压传动及控制技术发展和研究的方向。
思考与练习
0.1 简述液压千万顶的工作原理。
0.2 液压系统要正常工作必须由哪几部分组成？各部分的作用是什么？
0.3 液压传动系统有哪些优缺点？