第一章 液压传动概述

液力传动
主要是利用液体的动能进行能量转换、能量传递和 能量控制的传动系统。
液压传动
主要是利用液体的压力进行能量转换、能量传递和 能量控制的传动系统。
机械传动
传动机构 电气传动
气体传动
流体传动
液体传动
液力传动
液压传动
1.1液压传动的基本工作原理及组成
一、液压传动的基本工作原理
以液压千斤顶为例，来 说明液压传动的工作原理 及系统组成。 图1.1所示为液压千斤 顶工作原理图。
原动机：为机器提供动力，如电动机、内燃机等。 工作机构：机器完成工作任务的直接工作部分。 传动机构：改变原动机输出的运动参数和动力参数，以适
应机器工作性能的要求。传动机构通常分为机 械传动、电气传动和流体传动机构。
流体传动
是以流体为工作介质的进行能量转换和能量控制的 传动。它包括液体传动和气体传动。液体传动又包 括液力传动和液压传动。
液压传动与控制
河北工程大学 机电学院
参考书目
1) 液压传动与控制/张平格主编．北京：冶金工业出版社
2) 液压传动与控制/曹玉平主编．天津：天津大学出版社 3) 液压传动与控制/张利平主编．西安：西北工业大学出版社 4) 液压与气压传动/王积伟主编．北京：机械工业出版社
第一章 液压传动概述
一部机器至少由3部分组成：原动机、传动机 构和工作机构。
5—油箱；6—截止阀；7—液压缸
二、液压传动系统的组成
图1.2为机床工作台液压传动系统图。 工作台要求实现慢速向右进给，然后向左快速退 回的动作循环。
机床工作台
一个完整的液压系统包括以下5个基本组成部分。 1.液压动力元件
将原动机所提供的机械能转变为工作液体的液压能的机械装置，通常称 为液压泵或油泵。
我国液压技术的发展
我国的液压技术最初应用于机床和锻压设备上，后 来又用于拖拉机和工程机械。现在，我国的液压元 件随着从国外引进一些液压元件、生产技术以及进 行自行设计，现已形成了系列，并在各种机械设备 上得到了广泛的使用。 我国液压与气动技术从上世纪60年代开始发展较快， 新产品研制开发和先进国家不差上下，但其发展速 度远远落后于同期发展的日本，主要由于工艺制造 水平跟不上去，制造比较困难，材料性能不能满足 设计需要，影响了我国流体传动技术的发展。
图1-4机床工作台液压系统的图形符号图 1—工作台 2—液压缸 3—油塞 4—换向阀 5—节流阀 6—开停阀 7—溢流阀 8—液压泵 9—滤油器10—油箱
相同功率液压马达的体积为电动机的12%～13%。 1.2液压传动系统的工作特点
液压泵和液压马达单位功率的重量指标，目前是发电机 一、液压传动的主要优点 和电动机的十分之一，液压泵和液压马达可小至 0.0025N/W(牛/瓦),发电机和电动机则约为0.03N/W。 1.可实现大范围的无极调速（调速范围可达2000:1）；
S2 G 2 7 A2 A1
F
1
S1
3
4
5 6 图1-1 液压千斤顶工作原理图
1—手柄；2—手动泵；3—排油单向阀；4—吸油单向阀； 5—油箱；6—截止阀；7—液压缸
结论： 液压泵的工作压力p1取决于外负载（执 行元件的结构尺寸一定）。
2.液压泵速度（或转速）的传递
F
液压泵速度（或转速）传递是靠液体“容积变化相等”原 则进行的。 G 1 S2 图1-1中，如不考虑泄露、液体的压缩、管路的变形，则： A1S1 =A2 S2 2 (1-5) 将式（1-5）两端同时除以时间： S
2.同功率比较时，液压传动具有质量轻、体积小、运动 惯量小、反应速度快等特点； 3.液压传动的各元件，可根据需要方便、灵活地来布置； 4.操纵省力，控制方便，易于实现自动化或遥控； 5.易于实现过载保护； 6.工作介质一般采用矿物油，相对运动表面可自行润滑， 因此可提高系统和元件的使用寿命； 7.易于实现直线运动。
6 图1-1 液压千斤顶工作原理图
1—手柄；2—手动泵；3—排油单向阀；4—吸油单向阀； 5—油箱；6—截止阀；7—液压缸
F

S2
G 2 7 A2 A1
1
S1

3
4

5
二、液压传动的主要工作特征
1.液体压力实现力（或力矩）
图1-1中，稳态时，液压泵2的活塞和液压缸7的 活塞的静力平衡方程式分别为： F1=p1A1 (1-1) G=p2A2 如不考虑管道的压力损失，则 p1=p2 (1-2) 输出力，即所能克服的外负载为： G=p2A2 =p1A2 (1-3) 式（1-3）即为力传递的基本方程。由此可知： p1 = G/A2 =p2 (1-4)
6.油液泄漏不仅污染场地，如处理不当，还可能引起火灾 或爆炸事故。
液压传动的发展概况
液压传动是一门新的学科，虽然从17世纪中叶帕斯 卡提出静压传动原理，18世纪末英国制成世界上第 一台水压机算起，液压传动技术已有二、三百年的 历史。但直到20世纪30年代它才较普遍地用于起重 机、机床及工程机械。 在第二次世界大战期间，由于战争需要，出现了由 响应迅速、精度高的液压控制机构所装备的各种军 事武器。第二次世界大战结束后，战后液压技术迅 速转向民用工业，液压技术不断应用于各种自动机 及自动生产线。
7
则A1S1/t= A2S2/t
A1S1 A2 S 2 t t
A2
A1
1
即
A1v1 A2v2
4
即 A1v1=A2v2 3
A1 Q1 v2 即v2=A1/A2v1=Q1/A2 A2 v1 A2
（1-6）
式（1-6）即为动力速度的基本方程式。 5 6 结论： 执行元件的运动速度（转速）只与输入流量大小有关（执 图1-1 液压千斤顶工作原理图 行元件的结构尺寸一定），理论上讲与外负载无关。 1—手柄；2—手动泵；3—排油单向阀；4—吸油单向阀；
F
S2
G 2 7 A2 A1
1
S1
3
4
5 6 图1-1 液压千斤顶工作原理图
1—手柄；2—手动泵；3—排油单向阀；4—吸油单向阀； 5—油箱；6—截止阀；7—液压缸
(动画)
液压千斤顶的工作原理
吸油过程：当手柄1带动活塞↑，手动泵2 的容积↑（形成局部真空），排油单向阀 3关闭，油箱5中的液体油箱经管道及吸 油单向阀4进入泵2。 排油过程：当手柄1带动活塞↓，吸油单 向阀4关闭，泵2中的液体推开排油单向 阀3经管道进入液压缸7，使活塞克服外 负载G向上运动从而对外做功。 当手动泵2的活塞在手柄1的带动下不断 上下往复运动时，负载G就不断上升；当 需要液压缸7的活塞停止时，使手柄1停 止运动，此时排油单向阀3在液压力作用 下关闭，液压缸7的活塞就自锁不动。 工作时截止阀6关闭，当需要液压缸7的 活塞放下时，打开此阀，液体在重力作 用下经此阀流回油箱5。
二、液压传动的主要缺点
1. 液压传动系统同时存在压力损失、容积损失和机械损 失，因此传动效率较低； 2.工作性能易受温度变化的影响，因此不易在较高或较低 温度条件下工作； 3.液压元件的制造精度要求较高，因而价格较贵； 4.由于液体介质的泄漏及可压缩性影响，不能得到严格的 定传动比；
5.系统的故障诊断比较困难，使用和维修要求有较高的技 术水平；
液压传动在各类机械行业中的应用实例
行业名称 工程机械 起重运输机 械 矿山机械 建筑机械 农业机械 冶金机械 轻工机械 汽车工业 智能机械 应用场所举例 挖掘机、装载机、推土机、压路机、铲运机等 汽车吊、港口龙门吊、叉车、装卸机械、皮带运输机等 凿岩机、开掘机、开采机、破碎机、提升机、液压支架等 打桩机、液压千斤顶、平地机等 联合收割机、拖拉机、农具悬挂系统等 电炉炉顶及电极升降机、轧钢机、压力机等 打包机、注塑机、校直机、橡胶硫化机、造纸机等 自卸式汽车、平板车、高空作业车、汽车中的转向器、减振器等 折臂式小汽车装卸器、数字式体育锻炼机、模拟驾驶舱、机器人等
我国制订的液压系统图图形符号(GB786—76)中，对于这些 图形符号有以下几条基本规定。
图1-3机床工作台液压系统工作原理图 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
2.液压执行元件
将液压泵所提供的工作液体的液压能转变为机械能的装置。 做直线往复运动的执行元件称为液压缸或油缸； 做连续旋转运动的执行元件称为液压马达或油马达。
3.液压控制元件
对液压系统中工作液体的压力、流量和流动方向进行调节控制的机械装 置，通常称为液压控制阀或液压阀。
4.液压辅助元件
上述三个组成部分以外的其他元件，如油箱、管道、管接头、密封元件、 滤油器、蓄能器、冷却器、加热器以及各种液体参数的监测仪表等。
本世纪60年代以后，液压技术随着原子能、空间技 术、计算机技术的发展而迅速发展。因此，液压传 动真正的发展也只是近三四十年的事。 当前液压技术正向高速、高压、大功率、高效、低 噪声、经久耐用、高度集成化的方向发展。同时， 新型液压元件和液压系统的计算机辅助设计(CAD)、 计算机辅助测试(CAT)、计算机直接控制(CDC)、机 电一体化技术、可靠性技术等方面也是当前液压传 动及控制技术发展和研究的方向。
5.工作液体
工作液体是液压传动中能量传递载体，也是液压系统中最本质的一个组 成部分。
三、液压传动系统图的图形符号 (1)符号只表示元件的职能，连接系统的通路，不表示元件
的具体结构和参数，也不表示元件在机器中的实际安装位 置。 图1-3所示的液压系统是一种半结构式的工作原理图它有直 观性强、容易理解的优点，当液压系统发生故障时，根据原 (2)元件符号内的油液流动方向用箭头表示，线段两端都有 理图检查十分方便，但图形比较复杂，绘制比较麻烦。我国 箭头的，表示流动方向可逆。 已经制定了一种用规定的图形符号来表示液压原理图中的各 (3)符号均以元件的静止位置或中间零位置表示，当系统的 元件和连接管路的国家标准，即“液压系统图图形符号 动作另有说明时，可作例外。 (GB786—76)”。