液压泵、液压缸、液压马达工作原理及应用

液压传动

液压泵、液压马达、液压缸

摘要：液压泵、液压马达、液压缸是液压系统中几个关键的元件，了解它们的工作原理、区别及其应用，对掌握液压传动至关重要。

关键词：液压泵、液压马达、液压缸

Hydraulic

Hydraulic pumps, hydraulic motors, hydraulic cylinders

SHI Ya-bo（Chongqing Three Gorges University, Chongqing Wanzhou 404000）Abstract:The hydraulic pump, hydraulic motor, hydraulic cylinder is a hydraulic system of several key components, to understand how they work, the difference and its application, to control the hydraulic drive is essential.

Keywords: hydraulic pumps, hydraulic motors, hydraulic cylinders

液压系统（英文名称为hydraulic system）以液压油为工作介质，利用液压油的压力能并通过控制阀门等附件操纵液压执行机构工作的整套装置。一个完整的液压系统由五个部分组成，即动力元件、执行元件、控制元件、辅助元件（附件）和液压油。与机械传动、电气传动相比，液压传动具有①液压传动的各种元件，可以根据需要方便、灵活地来布置；②重量轻、体积小、运动惯性小、反应速度快；③操纵控制方便，可实现大范围的无级调速（调速范围达2000：1）；④可自动实现过载保护；⑤一般采用矿物油作为工作介质，相对运动面可自行润滑，使用寿命长；⑥很容易实现直线运动；⑦很容易实现机器的自动化，当采用电液联合控制后，不仅可实现更高程度的自动控制过程，而且可以实现遥控等优点。下面主要介绍液压系统中常用的液压泵、液压马达、液压缸的工作原理、区别及应用。

液压泵、液压马达及液压缸的工作原理

1.液压泵

液压泵（hydraulic pump）是一种能量转换装置，它把驱动它的原动机（一般为为电动机）的机械能转换成输出送到系统中去的油液的压力能。

液压泵分类：

（1）按其在每转一转所能输出（所需输入）油液体积可否调节分成定量泵和变量泵。

（2）按结构分为齿轮式、叶片式、和柱塞式三大类。

工作原理：

依靠密闭工作容积改变实现吸、压液体，从而将机械能转化为液压能

1.1 分类详述

（1）齿轮泵：，一对相互啮合的齿轮和泵缸吧吸入腔和排出腔隔开。齿轮传动时，吸入腔侧轮齿相互脱开处的齿间容积逐渐增大，压力降低，液压体在压力差的作用下进入齿间。随着齿轮的转动，一个个齿间的液体被带至排出腔。这时排出腔侧轮齿啮合处的齿间容积逐渐缩小，而将液体排出。

（2）叶片泵：叶片是镶嵌在槽里的，可以自由滑动当旋转产生时，叶片在离心作用下甩到泵壳上，叶片泵是容积泵，相邻的两个叶片运动到吸油腔时容积最大，压油腔时容积最小，吸油腔至压油腔是两叶片间容积减小的过程，所以压油，压油腔至吸油腔时是两叶片间容积增大的过程，所以吸油。

（3）柱塞泵：它依靠柱塞在缸体中往复运动，使密封工作容腔的容积发生变化来实现吸油、压油。

2 液压马达

液压马达（hydraulic motor）是将压力能转变成机械能的并对外做功的执行元件。

分类：

（1）达按其结构分为齿轮式、叶片式、柱塞式和其他型式。

（2）马达的额定转速分为高速和低速两类，额定转速高于5000r/min的属于高速液压马达，额定转速低于500r/min的属于低速液压马达。

工作原理

（1）叶片式液压马达由于压力有作用，受力不平衡使转子产生转矩。叶片式液压马达的输出转矩与液压马达的排量和液压马达进出油口之间的压力差有关，其转速由输入液压马达的流量大小来决定。由于液压马达一般都要求能正反转，所以叶片式液压马达的叶片要径向放置。为了使叶片根部始终通有压力油，在回、压油腔通人叶片根部的通路上应设置单向阀，为了确保叶片式液压马达在压力油通人后能正常启动，必须使叶片顶部和定子内表面紧密接触，以保证良好的密封，因此在叶片根部应设置预紧弹簧。叶片式液压马达体积小、转动惯量小、动作灵敏、可适用于换向频率较高的场合；但泄漏量较大、低速工作时不稳定。因此叶片式液压马达一般用于转速高、转矩小和动作要求灵敏的场合。

(2)径向柱塞式液压马达工作原理，当压力油经固定的配油轴4的窗口进入缸体内柱塞的底部时，柱塞向外伸出，紧紧顶住定子的内壁，由于定子与缸体存在一偏心距。在柱塞与定子接触处，定子对柱塞的反作用力为。力可分解为和两个分力。当作用在柱塞底部的油液压力为ｐ，柱塞直径为ｄ，力和之间的夹角为 X时，力对缸体产生一转矩，使缸体旋转。缸体再通过端面连接的传动轴向外输出转矩和转速。

（3）轴向柱塞马达轴向柱塞泵除阀式配流外，其它形式原则上都可以作为液压马达用，即轴向柱塞泵和轴向柱塞马达是可逆的。轴向柱塞马达的工作原理为，配油盘和斜盘固定不动，马达轴与缸体相连接一起旋转。当压力油经配油盘的窗口进入缸体的柱塞孔时，柱塞在压力油作用下外伸，紧贴斜盘斜盘对柱塞产生一个法向反力ｐ，此力可分解为轴向分力及和垂直分力Q。Q与柱塞上液压力相平衡，而Q则使柱塞对缸体中心产生一个转矩，带动马达轴逆时针方向旋转。轴向柱塞马达产生的瞬时总转矩是脉动的。若改变马达压力油输入方向，则马达轴按顺时针方向旋转。斜盘倾角ａ的改变、即排量的变化，不仅影响马达的转矩，而且影响它的转速和转

向。斜盘倾角越大，产生转矩越大，转速越低。

（4）齿轮液压马达在结构上为了适应正反转要求，进出油口相等、具有对称性、有单独外泄油口将轴承部分的泄漏油引出壳体外；为了减少启动摩擦力矩，采用滚动轴承；为了减少转矩脉动齿轮液压马达的齿数比泵的齿数要多。

3 液压缸

液压缸（hydraulic cylinder）将液压能转变为直线运动机械能的一种能量转换的液压执行元件。

分类：

（1）按供油方向分为单作用缸和双作用缸。

（2）按机构形式分为活塞缸、柱塞缸、摆动缸和伸缩缸。

（3）按特殊用途分为串联缸、增压缸、增速缸、步进缸等。

工作原理：

图1双杆活塞缸图2 单杆活塞缸图3 柱塞式液压缸（1）活塞式液压缸

①双杠活塞式液压缸如图1所示主要由缸体、活塞和活塞杆组成。缸体固定，当油液压入左油腔、右油腔回油时，活塞向右移动，反之，活塞向左移动。

②单杆活塞式液压缸如图2所示，其特点是活塞的一端有活塞杆而另一侧没有活塞杆。当左油腔进油时，活塞向右移动，当右油腔进油时，活塞向左移动。

（2）柱塞式液压缸。柱塞式液压缸是一种单作用式液压缸，靠液压力只能实现一个方向的运动，柱塞回程要靠其它外力或柱塞的自重。

（3）摆动缸。摆动式液压缸是输出扭矩并实现往复运动的执行元件，也称摆动式液压马达。有单叶片和双叶片两种形式。定子块固定在缸体上，而叶片和转子连接在一起。根据进油方向，叶片将带动转子作往复摆动。（4）伸缩式液压缸。伸缩式液压缸具有二级或多级活塞，伸缩式液压缸中活塞伸出的顺序式从大到小，而空载缩回的顺序则一般是从小到大。

液压泵、液压马达、液压缸的区别：

（1）液压泵为动力元件，将机械能转换为油液的压力能；液压马达和液压缸属于执行元件，将油液的压力能转换为机械能。

（2）某些液压泵转向有明确的规定（如齿轮泵、叶片泵等），只能单向转动，不能随意改变转动方向；液压马达输出轴的转向必须能够正转和反转，因此结构呈对称性；液压缸的活塞只做往复直线运动。

（3）液压泵一般只有进、出油口（轴向柱塞泵除外），内部泄油口与进油