第1章 概论

1.1 液压系统的工作原理与组成

液压技术已在各类机械中广泛应用，并且出现了大量的全液压机械。形势的发展对液压系统在控制精度、响应快速性、工作可靠性、能耗和经济性、环境友好性、舒适安全性、配置组合柔性和故障监控等多方面有更高的要求。现代微电子及计算机技术、传感器技术、故障监控与诊断技术已取得显著进展，这些因素有力地推动了液压元件的技术创新与产品更新换代。

1.1.1 液压系统的工作原理

液压系统是一种动力传递与控制装置，人们可利用它实现机械能-液压能-机械能的转换。

第一个转换是通过液压泵实现的。液压泵旋转的内部空腔在与油管连通时逐渐增大，形成吸油腔，将油液吸入；在与压油口连通时逐渐缩小，形成压油腔，将油排入系统。

第二个转换是通过执行元件（液压缸或液压马达）实现的。压力油依帕斯卡原理推动执行元件的运动部分，驱动负载运动。

各类控制阀则用于限制、调节、分配与引导液压源的压力、流量与流动方向。

液压传动系统是以液压油为工作介质来实现各种机械传动和控制的。其压力和流量是液压系统的两个重要参数，液压系统的工作压力取决于负载，液压缸的运动速度取决于流量。

1.1.2 液压系统的组成

液压系统主要由以下4个部分组成。

①能源装置，即把机械能转换成液压能的装置。最常见的形式就是液压泵，它为液压系统提供压力油。

②执行装置，即把油液的液压能转换成机械能的装置。它可以是做直线运动的液压缸，也可以是做回转运动的液压马达。

③控制调节装置，即对系统中油液压力、流量、流动方向进行控制或调节的装置，如溢流阀、节流阀、换向阀、截止阀等。这些元件的不同组合形成了不同功能的液压系统。

④辅助装置，即上述三部分以外的其他装置，如接头、油箱、滤油器、油管、蓄能器、冷却器等，它们对保证系统正常工作也有重要作用。

1.液压泵和液压马达

液压泵把发动机输出的机械能转换成压力能，通过油液输入液压系统中；而液压马达则把通过油液输入的压力能转换成机械能，使工作部件做圆周运动。

1）液压泵的分类及应用

液压泵按其结构形式可以分为齿轮泵、叶片泵和柱塞泵。

齿轮泵主要用于系统压力在25MPa以下的中、低压力的液压系统。齿轮泵的优点是结构简单，尺寸小，质量轻，价格低廉，工作可靠，对油液污染不敏感，易维护。它的缺点是一些部件承受不平衡的径向力，磨损严重，泄漏大，工作压力的提高受到限制；此外流量脉动大，因而压力脉动和噪声都比较大。齿轮泵的旋转方向分为左旋和右旋，连接方式分为平键连接和花键连接，可根据不同用途进行选择。

叶片泵额定压力中等，高的达25MPa以上。叶片泵的流量脉动小，噪声较小，大多数用在固定设备上，如机床、组合机床、部分塑料注射机和自制设备等。如图1-1所示为VMQ型叶片泵。

柱塞泵主要用于高压力的液压系统。优点是效率高，输出压力大并能够调节，可实现双路供油以增大系统压力；缺点是结构复杂，制造困难，价格较高，对油的质量要求较高，维护困难。

2）液压马达的分类及应用

液压马达由液体压力推动马达做功，其作用与液压泵相反，轴向柱塞泵、齿轮泵、叶片泵等常用的液压泵都可以当作液压马达使用。

液压马达按转速和输出功率分为低速大扭矩液压马达和高速液压马达。低速大扭矩液压马达排量大、转矩大，多数情况下能直接拖动重型负载。

如图1-2与图1-3所示为MCR20C型低速大扭矩液压马达。其结构紧凑、坚固，低速运行平稳，噪声小。它采用密封的圆锥滚柱轴承，输出轴可承受较大的径向力，轴密封可承受10bar压力（1bar=105 Pa）。它可选择停车制动器（片式制动器），可切换至自由轮、半排量，适用于开式与闭式回路。

图1-3 MCR20C型低速大扭矩液压马达结构

2.液压阀

液压阀用来控制或调节液压系统中油液的流动方向、压力或流量，以满足机械工作性能要求。液压阀的类型比较多，按其用途可以分为方向控制阀，如单向阀、换向阀；压力控制阀，如溢流阀、减压阀、顺序阀等；流量控制阀，如节流阀、调速阀等。

1）方向控制阀

方向控制阀通过控制阀口的通或断来控制液流的方向，从而使液压执行机构按规定顺序实现方向切换。单向阀的作用是使油液只能沿一个方向流动，不能反向流动，在液压系统中用于保压、锁紧和排除油路干扰等。对单向阀的性能要求主要有：液流正向通过时压力损失要小，而反向截止时应具有良好的密封性，以免泄漏；动作灵敏，工作时无撞击和噪声。常见的有普通单向阀和液控单向阀。

换向阀利用阀芯相对于阀体的运动使油路接通、关断或变换油流的方向，从而使液压执行元件启动、停止和变换运动的方向。对换向阀性能的基本要求如下。

①动作标准、可靠。在换向信号的作用下，阀芯的驱动力要足以克服各种阻力，使阀芯准确地动作到规定位置；而在换向信号消除时，阀芯的复位力又能克服各种阻力，使它能自动回到初始位置。

②液流通过换向阀时压力损失要小，而且在各封闭油口间缝隙的泄漏量不得超过规定要求，以提高系统的效率及避免产生误动作。

③动作灵敏且平稳。阀芯在接收或消除换向信号时动作迅速，过渡时间短，且不发生冲击和噪声。

④具有要求的滑阀机能和过渡机能。

如图1-4所示为电磁换向阀。

图1-4 电磁换向阀

2）压力控制阀

压力控制阀是利用阀芯上的液压作用力和弹簧力保持平衡进行工作的。在实际的液压系统中根据工作需要的不同，对压力控制的要求是各不相同的。有的需要限制液压系统的最高压力，如安全阀；有的需要保持液压系统中某处压力恒定，如溢流阀、减压阀等定压阀；还有的压力阀则利用压力作为信号控制其动作，如顺序阀等。

如图1-5所示为DB型与DBW型溢流阀断面结构。

图1-5 DB型与DBW型溢流阀

3）流量控制阀

液压系统中执行元件的运动速度，由输入执行元件的油液流量决定。流量控制阀就是依靠改变节流口局部阻力的大小来控制流量的液压阀。节流口处的过流面积越小，油液流过的阻力就越大，因而通过的油液就越少。

如图1-6所示为HQ型、KQ型和JPQ型叠加式单向节流阀结构。

3.液压缸

液压缸是液压系统中的执行元件，它是一种把液体的压力能转换成机械能以实现往复运动的能量转换装置。液压缸以简单可靠的结构在很大的推力范围内高效地实现直线运动，从而显著地扩大了液压传动的应用范围。

如图1-7所示为两级伸缩双作用油缸结构。一级缸径和杆径分别∅200、∅190，二级缸径和杆径分别为∅160、∅150。