液压传动理论教学实训
机械传动与液压传动
液压传动
液压传动是利用液体作为工作介质来传递运动和动力的传动方式。由于液压传动有许多明显的优点，在各种机器中广泛应用，特别是在高效率的自动化和半自动的机器中应用更为广泛。
一、液压传动的工作原理
液压传动：依靠液体介质的静压力来传递能量的液体传动。
液压传动是以液体作为工作介质来传递能量的一种传动方式，它依靠密封容积的变化传递运动，依靠液体内部的压力（由外界负载所引起）传递动力。是一种能量转换装置，先将机械能转换为便于输送的液压能，随后又将液压能转换为机械能作功。
液压传动的特点：
- 以液体作为工作介质。
- 依靠密封容积的变化传递运动，依靠由外界负载引起液体内部的压力传递动力。
- 实现机械能和液体压力能的互相转换。
- 系统压力取决于负载。
二、液压传动系统的组成
在液压传动中，只要控制油液的压力、流量和流动方向，便可控制液压设备动作所要求的推力（转矩）、速度（转速）和方向。
（一）动力部分
把机械能转换成液压能，用压力油推动整个液压系统工作，常见的是液压泵。
（二）执行部分
把液体的压力能转换成机械能输出的装置，如在压力油推动下作直线运动的液压缸或作回转运动的液压马达。
（三）控制部分
对系统中流体压力、流量和流动方向进行控制或调节的装置，如溢流阀、节流阀、换向阀等。
（四）辅助部分
保证液压传动系统正常工作所需的上述三种以外的装置，如油箱、过滤器、蓄能器、油管等。
液压泵的结构：
液压泵必须具有由运动部件(柱塞)和固定部件(缸体)所构成的密闭容积，该容积的大小随运动件的运动发生周期性变化。密闭容积增大形成负压完成吸油；密闭容积减小则排油。吸油和排油依赖容积的变化，故称之为容积式泵。
液压泵的主要性能参数
液压泵的输出压力：液压泵工作时的实际输出的压力取决于外界负荷，随着副后负荷的变化而变化。
额定压力：泵在连续运转时允许使用的最大工作压力。
排量：泵轴旋转一周排出油液的体积。
理论流量：单位时间内理论上可以排出的液体体积。等于排量和转速的乘积：QT = qn
效率：泵的效率η是输出功率与输入功率之比。液压泵实际流量和理论流量的比称为容积效率ηv ，液压泵在能量转变过程中都存在容积损失和机械损失两种消耗，故总效率为容积效率ηv与机械效率ηm的 乘积。
齿轮泵的工作原理
当齿轮按图示方向旋转时，右侧吸油腔的牙齿逐渐分离，工作空间的容积逐渐增大，形成部分真空吸入油液，齿间的油液在密封的工作空间中随齿轮旋转带到左侧压油腔，因左侧的牙齿逐渐啮合，工作空间的容积逐渐减小，所以齿间的油液被挤出，从压油腔输送到压力管道中。
特点：结构简单、重量轻、制造容易、成本低、工作可靠、维修方便，广泛应用在压力不高的液压系统中。
缺点：漏油较多，轴承载荷大，使压力提高受到一定限制。
三、液压控制阀
液压控制阀在液压系统中用来控制液流的压力、流量和方向，以满足液压系统的工作性能要求。
液压控制阀的分类：
（1）方向控制阀：用来控制和改变液压系统中的液流方向的阀类，如单向阀、液控单向阀、换向阀等。
（2）压力控制阀：用来控制或调节液压系统中的液流压力的阀类，如溢流阀、减压阀、顺序阀等。
（3）流量控制阀：用来控制和调整液流流量的阀类，如节流阀、调速阀等。
（一）方向控制阀
有单向阀和换向阀两类。 - 单向阀
作用：只许油液往一个方向流动，不能反方向流动。要求正向流通时压力损失小，反向截止时，密封性能好
根据系统的需要，有时要使被单向阀闭锁的油路重新接通，可把单向阀做成闭锁方向能够控制的结构，这就是液控单向阀。 - 换向阀
利用阀芯在阀体内孔中作相对运动，使油路接通或切断而改变油流方向的阀。
按阀芯运动方式：滑阀、转阀；
按操作控制方法：手动阀、机动阀、电磁阀、液动阀及电液动阀；
按阀体连通的主油路数：二通、三通、四通等；
按阀芯在阀体内的工作位置：二位、三位、四位等。
在目前的液压系统中，滑阀式换向阀应用较多。
电磁换向阀是利用电磁铁推动阀芯移动来控制油流的方向。
滑阀式换向阀的职能符号的含义：
(1)用方格表示阀的工作位置。二格即二位，三格即三位，靠近弹簧的一格表示常态下滑阀工作位置(三位阀的中格位常态位置)，靠近控制符号的一格为控制力作用下的滑阀工作位置。电磁换向阀是二位三通，因有两个方格，常态下P与A相通，电磁铁控制时P与B相通。
(2)箭头表示液流方向。符号“┬”、“┴”表示液流被堵截，箭头或堵截符号与方格的交点，表示阀的接出通路。任一方格的交点数即为该滑阀的通路数。
（二）压力控制阀
压力控制阀用来控制和调节液体的压力。这类阀一般是根据作用在阀芯上的液体压力和弹簧力相平衡的原理而进行工作的。
常用的压力控制阀有：溢流阀、减压阀、顺序阀和压力继电器等。 - 溢流阀
功能：溢出液压系统中的多余液压油（流回油箱），使油液保持一定的压力，以满足液压传动的工作需要。还可用来防止系统过载，起安全保护作用。
溢流阀按结构形式分直动型和先导型。 - 减压阀
用途：用来减低液压系统中某一部分压力，使这一部分得到比油泵所供油压较低的稳定压力。
减压阀是利用液流流过缝隙产生压降的原理，使出口压力低于进口的压力控制阀。
减压阀在各种控制系统和润滑系统中应用较多。按其工作原理也有直动式和先导式两类，一般采用先导式的较多。
（三）流量控制阀
靠改变工作开口的大小来调节通过阀口的流量，以改变工作部件的运动速度。
油液流经小孔或狭缝时会遇到阻力。阀口的通流面积越小，油液流过时的阻力就越大，因而通过的流量就越小。所以任何一个流量控制阀都有一个起节流作用的阀口，通常称为节流口。
四、液压辅件
液压辅件是液压系统中的一个重要组成部分。它包括蓄能器、过滤器、油箱、热交换器、密封装置、压力装置等。
液压辅件的合理设计与选用，在很大程度上影响液压系统的效率、噪声、温升、工作可靠性等技术性能。
（一）蓄能器
液压系统中一种储存油液压力能的装置。其主要功能有： - 作辅助动力源。
在液压系统工作循环中不同阶段需要流量变化很大时，常采用蓄能器和一个流量较小的泵组成油源。当系统需要小流量时，蓄能器将液压泵多余的流量储存起来。当系统短时期需要大流量时，蓄能器将储存的压力油释放出来，与泵一起向系统供油。 - 保压和补充泄漏。
有的液压系统需要长时间保压而液压泵卸载，此时可利用蓄能器释放所储存的压力油，补充系统泄漏，保持系统压力。
3.吸收压力冲击和油泵的压力脉动。
由于液压阀突然关闭或换向，系统可能产生压力冲击，在压力冲击处安装蓄能器起吸收作用，避免压力过高造成元件损坏。还可以吸收泵的压力脉动，提高系统的平稳性。
（二）过滤器
功用：滤去油液中杂质，维护油液的清洁，防止油液污染。
过滤器按过滤材料的过滤原理来分有表面型、深度型和磁性过滤器三种。
（三）油箱
油箱的主要功用：储存液压系统所需的足够油液，散发油液中的热量，分离油液中的气体及沉淀污物。
液压系统中油液的正常温度为20~65℃，为避免因各种原因造成油温过高或过底，在液压系统中还设有冷却器和加热器。
五、液压基本回路
任何液压系统都是由一些基本回路组成。基本回路是指由一些液压元件组合后实现某种规定的功能。如工作运动速度的调节，快速传动、工作压力的调整，油泵的卸荷，运动的换向或不同运动的换接等。
（一）速度控制回路
速度控制回路是用来调节执行元件(液压缸或液压马达)速度的液压回路。
在液压系统中，速度控制回路往往对系统整个性能起着决定性的影响，特别是对执行元件的运动要求较高的液压系统(如机床液压系统)更是如此。
1.速度控制回路应满足以下要求：
能在规定的调速范围内调节执行元件的工作速度
在负荷变化时，已调好的速度变化越小越好，并应在允许的范围内变化。
具有驱动执行元件所需的力或转距。
功率损失尽可能小，效率尽可能高，发热尽可能小。
2.调节速度控制回路的方法：
用定量泵的节流调速；
容积调速；
用变量泵和节流阀的容积节流调速。
⑴ 节流调速
依靠流量控制阀调节流入或流出执行元件的流量实现变速。
优点：结构简单、成本低，使用维修方便，但效率低，一般用于功率不大的场合。
按节流阀（或调速阀）在系统中的位置不同，节流调速回路分三种。
①进油节流调速回路
节流阀装在进油路上，油泵的供油压力P0由溢流阀调节，基本上保持一定。进入油缸的油量由节流阀调节，多余油液经溢流阀流回油箱。
优点：油缸回油腔和回油管路中的压力较低；当采用单活塞杆油缸并在工作进给时使油液进入无活塞杆腔时，因有效工作面积较大，在获得较大推力的同时还可获得较低的进给运动速度。
缺点：由于没有背压，当载荷突然变小时，可能产生突然快进，使运动不够平稳。
②回油节流调速回路
节流阀串联在液压缸回油路上，借助节流阀控制液压缸的排油量来实现速度调节。油泵的供油压力P0由溢流阀调节，基本上保持一定。
优点：节流阀在回油路上而产生较大的背压，运动较平稳，多用在载荷变化较大、要求运动平稳性较高的液压系统中。
③旁路节流调速回路
节流阀装在旁路上。部分油液由节流阀流回油箱，其余的油液进入油缸。因泵的流量一定，所以调节通过节流阀的流量也就调节了进入油缸的流量。这时油缸右腔的压力P2接近于零，油缸左腔的压力P1基本上和油泵的供油压力P0相同，其数值由载荷P的大小决定。
溢流阀作安全阀用，在过载时才打开。当载荷P减小时，油泵的供油压力P0也随着减小，所以比进油节流调速和回油节流凋速在能量利用上较为合理。但在旁路节流调速中，当采用一般的节流阀时，运动速度v受载荷P的影响较大，低速工作不稳定。
⑵容积调速
依靠改变变量泵和(或)改变变量液压马达的排量来实现调速。该回路效率高，发热少，但成本较高，一般认为液压系统功率大或对发热限制较严时宜采用。
改变变量泵1的流量，可调节油缸5中活塞的运动速度，换向阀4用来改变活塞运动方向，单向阀3用来防止当油泵停止工作时，液压系统中的油液流空和进入空气。溢流阀2 用以防止系统过载，系统正常工作时不打开。
⑶容积节流调速
依靠变量泵和流量控制阀的联合调速。
特点：流量控制阀改变输入或流出执行元件的流量来调节速度，同时又通过变量泵的自身调节过程使其输出的流量和流量阀所控制的流量相适应。
适用于系统既要求效率高，又要求有较好的低速稳定性的场合。
（二）压力控制回路
压力控制回路：利用压力控制阀来控制整个液压系统或局部油路的压力，达到调压、卸载、减压、增压、平衡、保压等功能的回路。
对于一般进油或回油节流调整系统，油泵的工作压力可用溢流阀来调节。
如果在某一支路上需要比油泵的工作压力低的稳定压力，则可在油路中串联一个减压阀，所需减压后压力的大小可用减压阀来调节。
如需压力较高而流量不大的压力油，可采用增压回路，最简单的增压方法是采用增压缸。
油泵1 输入的低压油进入增压缸 4 大缸的左腔，推动活塞右移使增压缸小缸的右腔输出高压油，进入工作缸 7 。换向时，阀芯移到右端，油泵 1 输出的压力油进入增压缸的活塞杆腔，活塞向左退回。
如当液压系统中的工作部分停止运动后，应使油泵卸荷，可节省动力消耗，减少液压系统的发热，并可延长油泵的寿命。
常用的卸荷回路
当系统工作时，二位二通电磁阀 2 通电，阀的油路断开，油泵1 输出的压力油进入系统。
当工作部件停止运动时，使二位二通电磁阀2断电，油泵1输出的油液通过阀 2 流回油箱，使油泵卸荷。
（三）方向控制回路
方向控制回路是通过控制执行元件液流的通断或变向，来实现液压系统执行元件的启动、停止或改变运动方向的回路。
常用的方向控制回路有：换向回路、锁紧回路和制动回路。
工作台往复运动液压系统中采用三位四通换向阀实现的换向回路。
当换向阀处于左位时，压力油经液控单向阀Ⅰ进入液压缸左腔，同时也进入液控单向阀Ⅱ的控制油口Κ2，打开阀Ⅱ，使液压缸右腔的回油经阀Ⅱ及换向阀流回油箱，活塞向右运动。
同样当换向阀处于右位时压力油经液控单向阀Ⅱ进入液压缸右腔，同时也进入液控单向阀Ⅰ的控制油口Κ1，打开阀Ⅰ，使液压缸左腔的回油经阀Ⅰ及换向阀流回油箱，活塞向左运动。
当换向阀处于中间位置时，液压泵排出的压力油直接流回油箱。由于控制压力油的压力卸除，阀Ⅰ及阀Ⅱ即关闭，液压缸因两腔油液被封死，便被锁紧，由于此回路密封性好，泄露极小，故有液压锁之称。
QY-QD10工业智能型液压综合实验台