液压传动原理与系统组成

1）液压传动的原理

液压传动是以液体作为工作介质，以液体的压力能来进行能量传递和控制的一种传动形式。它通过液压泵将电动机的机械能转化为液体的压力能，又通过管路、控制阀等元件经液压缸（或液压马达）将液体的压力能转化成机械能，驱动负载，使执行机构运动。

液压千斤顶是一个简单的液压传动装置。以液压千斤顶为例说明液压传动的工作原理。

如图5.2所示为液压千斤顶工作原理图。大活塞8 和大液压缸9组成举升液压缸，杠杆手柄1、小液压缸2、小活塞3，以及单向阀4和7组成手动液压泵。

提起手柄使小活塞向上移动，小活塞下端油腔容积增大，形成局部真空，这时单向阀通过吸油管5从油箱吸油；用力压下手柄，小活塞下移，小活塞下端油腔压力升高，单向阀4关闭，单向阀7打开，下腔的油液经管道6输入举升缸（大液压缸9）的下腔，迫使大活塞8 向上移动，顶起重物。再次提起手柄吸油时，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。不断地往复扳动手柄，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。

图5.2　液压千斤顶工作原理图

1—杠杆手柄；2—小液压缸；3—小活塞；4，7—单向阀；5—吸油管；6，10—管道；8—大活塞；9—大液压缸；11—截止阀；12—油箱

液压千斤顶的液压传动工作原理是：以油液作为工作介质，通过密封容积的变化来传递运动，依靠油液内部的压力来传递动力。

2）液压系统的组成

从以上实例可知，液压系统由以下5部分组成：

（1）动力部分

将原动机的机械能转换为油液的压力能（液压能）。能量转换元件为液压泵。在液压千斤顶中为手动液压泵。

（2）执行部分

将液压泵输入的油液压力能转换为带到工作机构的机械能。执行元件有液压缸或液压马达。在液压千斤顶中是举升液压缸。

（3）控制部分

用来控制和调节油液的压力、流量及流动方向。控制元件有各种压力控制阀，流量控制阀和方向控制阀。在液压千斤顶中为截止阀、单向阀。

（4）辅助部分

将前面3部分连接在一起，组成一个系统，起连接、储油、过滤、储存压力能、测量油压力及密封等作用。辅助元件有油管、管接头、油箱、过滤器、蓄能器及压力表等。在液压千斤顶中是油管和油箱。

（5）工作介质

通常为液压油，是传递能量的介质，同时还可起润滑、冷却和防锈的作用。它直接影响着液压系统的性能和可靠性。

3）液压元件图形符号

如图5.3（a）所示为一简化了的机床工作台液压传动系统。其动力部分为液压泵1，执行部分为双活塞杆液压缸4，控制部分有手动三位四通换向阀3、节流阀2、溢流阀6，辅助部分包括油箱8、过滤器7和管路等。(www.xing528.com)

液压泵由电动机驱动进行工作，油箱中的油液经过过滤器流向液压泵吸油口，经液压泵升压后送往系统。当换向阀3的阀芯处于右位时，压力油经节流阀2→换向阀3→管道→液压缸4的左腔，推动活塞连同工作台向右运动；液压缸右腔的油液经管道→换向阀3→油箱。当换向阀3的阀芯处于左端位置时，液压缸活塞连同工作台反向运动。当换向阀3的阀芯处于中位时，换向阀的进、回油口全被堵死，活塞静止不动，从而使工作台可在任意位置停止。

图5.3　机床工作台液压传动系统

1—液压泵；2—节流阀；3—换向阀；4—液压缸；5—工作台；6—溢流阀；7—过滤器；8—油箱

改变节流阀2的开口大小，可改变油液的流量，从而调节液压缸连同工作台的运动速度。

液压泵的最大工作压力由溢流阀6调定，其调定值应为液压缸的最大工作压力及系统中油液流经阀和管道的压力损失之总和。

如图5.2（a）所示的液压传动系统图为结构原理图。它比较直观，易于理解，在系统发生故障时按此类图来检查和判断故障原因较为方便。但其图形复杂，特别是在系统元件较多时不便绘制。为了简化液压原理图的绘制，实际绘制时，都是采用我国制订的液压与气动元辅件图形符号标准（GB/T 786.1—2009）。与结构或半结构式系统图相比，它便于阅读、分析、设计和绘制液压传动系统图。如图5.3（b）所示，这些符号只表示元件的职能，不表示元件的结构和参数，并以元件的静止状态或零位状态来表示。一般液压传动系统图均应按标准规定的职能符号绘制。

4）液压传动的优缺点

液压传动具有结构紧凑、传动平稳、输出功率大、易于实现无级调速及自动控制等特点，被广泛应用在机械制造、工程建筑、石油化工、交通运输、军事器械、矿山冶金、航空航海、轻工、农机、渔业及林业等方面，也被应用在宇宙航行、海洋开发、核能建设及地震预测等新的技术领域中。

液压传动与机械传动、电气传动相比有以下优点：

①功质比大。单位功率的质量小，体积小，惯性小，结构紧凑。

②调速方便。可方便实现运行中无级调速，调速范围大，可达1/2000。

③工作平稳。传动运动平稳，反应快，冲击小，能快速启动、制动和频繁换向。

④易实现自动化。控制调节简单，操作方便，易实现自动化。

⑤功率大。易获得很大的推力和转矩，可使传动结构简单。

⑥安全可靠。易实现过载保护，用油作传动介质，相对运动表面能自行润滑，元件寿命长。

⑦易三化。易实现标准、系列和通用化，有利于液压系统的设计、制造、使用及维修。

液压传动存在以下缺点：

①不能保证严格的传动比。因为液压介质可压缩和泄漏等。

②系统工作时对温度敏感。介质的黏度随温度而变化，从而不易保证系统在高、低温下工作的平稳性。

③传输效率较低。液压传动过程中有两次能量的转换，并有流量和压力的损失，故传输效率较低。

④成本较高。液压元件制造精度较高，成本较大，对使用和维护有较高的要求。

⑤故障难排除。出现故障时，比较难以查找和排除，对维修人员的技术水平要求较高。