第四章、液压执行元件
第一节液压马达
一、液压马达的特点及分类
液压马达是把液体的压力能转换为机械能的装置，从原理上讲，液压泵可以作液压马达用，液压马达也可作液压泵用。但事实上同类型的液压泵和液压马达虽然在结构上相似，但由于两者的工作情况不同，使得两者在结构上也有某些差
异。例如：
1.液压马达一般需要正反转，所以在内部结构上应具有对称性，而液压泵一
般是单方向旋转的，没有这一要求。
2.为了减小吸油阻力，减小径向力，一般液压泵的吸油口比出油口的尺寸
大。而液压马达低压腔的压力稍高于大气压力，所以没有上述要求。
3.液压马达要求能在很宽的转速范围内正常工作，因此，应采用液动轴承或静压轴承。因为当马达速度很低时，若采用动压轴承，就不易形成润滑滑膜。
4.叶片泵依靠叶片跟转子一起高速旋转而产生的离心力使叶片始终贴紧定子的内表面，起封油作用，形成工作容积。若将其当马达用，必须在液压马达的叶片根部装上弹簧，以保证叶片始终贴紧定子内表面，以便马达能正常起动。
5.液压泵在结构上需保证具有自吸能力，而液压马达就没有这一要求。
6.液压马达必须具有较大的起动扭矩。所谓起动扭矩，就是马达由静止状态起动时，马达轴上所能输出的扭矩，该扭矩通常大于在同一工作压差时处于运行状态下的扭矩，所以，为了使起动扭矩尽可能接近工作状态下的扭矩，要求马达
扭矩的脉动小，内部摩擦小。
由于液压马达与液压泵具有上述不同的特点，使得很多类型的液压马达和液
压泵不能互逆使用。
液压马达按其额定转速分为高速和低速两大类，额定转速高于500r/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。
高速液压马达的基本型式有齿轮式、螺杆式、叶片式和轴向柱塞式等。它们的主要特点是转速较高、转动惯量小，便于启动和制动，调速和换向的灵敏度高。通常高速液压马达的输出转矩不大(仅几十牛·米到几百牛·米)，所以又称为高速
小转矩液压马达。
高速液压马达的基本型式是径向柱塞式，例如单作用曲轴连杆式、液压平衡式和多作用内曲线式等。此外在轴向柱塞式、叶片式和齿轮式中也有低速的结构型式。低速液压马达的主要特点是排量大、体积大、转速低(有时可达每分种几转甚至零点几转)，因此可直接与工作机构连接，不需要减速装置，使传动机构大为简化，通常低速液压马达输出转矩较大(可达几千牛顿·米到几万牛顿·米)，
所以又称为低速大转矩液压马达。
液压马达也可按其结构类型来分，可以分为齿轮式、叶片式、柱塞式和其他
型式。
二、液压马达的性能参数
液压马达的性能参数很多。下面是液压马达的主要性能参数：
1. 排量、流量和容积效率
习惯上将马达的轴每转一周，按几何尺寸计算所进入的液体容积，称为马达的排量V，有时称之为几何排量、理论排量，即不考虑泄漏损失时的排量。
液压马达的排量表示出其工作容腔的大小，它是一个重要的参数。因为液压马达在工作中输出的转矩大小是由负载转矩决定的。但是，推动同样大小的负载，工作容腔大的马达的压力要低于工作容腔小的马达的压力，所以说工作容腔的大小是液压马达工作能力的主要标志，也就是说，排量的大小是液压马达工作
能力的重要标志。
根据液压动力元件的工作原理可知，马达转速n、理论流量qi与排量V之
间具有下列关系
qi=nV (4-1)
式中：qi为理论流量(m3/s);n为转速(r/min)；V为排量(m3/s)。
为了满足转速要求，马达实际输入流量q大于理论输入流量，则有：
q= qi+Δq(4-2)
式中：Δq为泄漏流量。
ηv=qi/q=1/（1+Δq／qi）(4-3)
所以得实际流量
q=qi/ηv(4-4)
2. 液压马达输出的理论转矩
根据排量的大小，可以计算在给定压力下液压马达所能输出的转矩的大小，也可以计算在给定的负载转矩下马达的工作压力的大小。当液压马达进、出油口之间的压力差为ΔP，输入液压马达的流量为q，液压马达输出的理论转矩为Tt，角速度为ω，如果不计损失，液压马达输入的液压功率应当全部转化为
液压马达输出的机械功率，即：
ΔPq=Ttω(4-5)
又因为ω=2πn，所以液压马达的理论转矩为：
Tt=ΔP·V/2π(4-6)
式中：ΔP为马达进出口之间的压力差。
3. 液压马达的机械效率
由于液压马达内部不可避免地存在各种摩擦，实际输出的转矩T总要比理
论转矩Tt小些，即：
T=T tηm(4-7)
式中：ηm为液压马达的机械效率(%)。
4. 液压马达的启动机械效率ηm
液压马达的启动机械效率是指液压马达由静止状态起动时，马达实际输出的转矩T0与它在同一工作压差时的理论转矩Tt之比。即：
ηm0=T/Tt(4-8)
液压马达的启动机械效率表示出其启动性能的指标。因为在同样的压力下，液压马达由静止到开始转动的启动状态的输出转矩要比运转中的转矩大，这给液压马达带载启动造成了困难，所以启动性能对液压马达是非常重要的，启动机械效率正好能反映其启动性能的高低。启动转矩降低的原因，一方面是在静止状态下的摩擦因数最大，在摩擦表面出现相对滑动后摩擦因数明显减小，另一方面也是最主要的方面是因为液压马达静止状态润滑油膜被挤掉，基本上变成了干摩擦。一旦马达开始运动，随着润滑油膜的建立，摩擦阻力立即下降，
并随滑动速度增大和油膜变厚而减小。
实际工作中都希望启动性能好一些，即希望启动转矩和启动机械效率大一些。现将不同结构形式的液压马达的启动机械效率ηm0的大致数值列入表4-1
中。
表4-1 液压马达的启动机械效率
杆马达和静压平衡马达居中，叶片马达较差，而齿轮马达最差。
5. 液压马达的转速
液压马达的转速取决于供液的流量和液压马达本身的排量V，可用下式计
算：
nt=qi/V (4-9)
式中：nt为理论转速(r/min)。
由于液压马达内部有泄漏，并不是所有进入马达的液体都推动液压马达做功，一小部分因泄漏损失掉了。所以液压马达的实际转速要比理论转速低一些。
n=nt·ηv (4-10)
式中：n为液压马达的实际转速(r/min)；ηv为液压马达的容积效率(%)。
6. 最低稳定转速
最低稳定转速是指液压马达在额定负载下，不出现爬行现象的最低转速。所谓爬行现象，就是当液压马达工作转速过低时，往往保持不了均匀的速度，进入
时动时停的不稳定状态。
液压马达在低速时产生爬行现象的原因是：
(1)摩擦力的大小不稳定。通常的摩擦力是随速度增大而增加的，而对静止和低速区域工作的马达内部的摩擦阻力，当工作速度增大时非但不增加，反而减少，形成了所谓“负特性”的阻力。另一方面，液压马达和负载是由液压油被压缩后压力升高而被推动的，因此，可用图4-1(a)所示的物理模型表示低速区域液压马达的工作过程：以匀速v0推弹簧的一端(相当于高压下不可压缩的工作介质)，使质量为m的物体(相当于马达和负载质量、转动惯量)克服“负特性”的摩擦阻力而运动。当物体静止或速度很低时阻力大，弹簧不断压缩，增加推力。只有等到弹簧压缩到其推力大于静摩擦力时才开始运动。一旦物体开始运动，阻力突然减小，物体突然加速跃动，其结果又使弹簧的压缩量减少，推力减小，物体依靠惯性前移一段路程后停止下来，直到弹簧的移动又使弹簧压缩，推力增加，物体就再一次跃动为止，形成如图4-1(b)所示的时动时停的状态，对液压马达来说，这
就是爬行现象。
图4-1液压马达爬行的物理模型
(2)泄漏量大小不稳定。液压马达的泄漏量不是每个瞬间都相同，它也随转子转动的相位角度变化作周期性波动。由于低速时进入马达的流量小，泄漏所占的比重就增大，泄漏量的不稳定就会明显地影响到参与马达工作的流量数值，从而造成转速的波动。当马达在低速运转时，其转动部分及所带的负载表现出的惯性较小，上述影响比较明显，因而出现爬行现象。
实际工作中，一般都期望最低稳定转速越小越好。
7. 最高使用转速
液压马达的最高使用转速主要受使用寿命和机械效率的限制，转速提高后，各运动副的磨损加剧，使用寿命降低，转速高则液压马达需要输入的流量就大，因此各过流部分的流速相应增大，压力损失也随之增加，从而使机械效率降低。
对某些液压马达，转速的提高还受到背压的限制。例如曲轴连杆式液压马达，转速提高时，回油背压必须显著增大才能保证连杆不会撞击曲轴表面，从而避免了撞击现象。随着转速的提高，回油腔所需的背压值也应随之提高。但过分的提高背压，会使液压马达的效率明显下降。为了使马达的效率不致过低，马达
的转速不应太高。
8. 调速范围
液压马达的调速范围用最高使用转速和最低稳定转速之比表示，即：
i=nmax/nmin (4-11)
第二节液压缸
液压缸又称为油缸，它是液压系统中的一种执行元件，其功能就是将液压能
转变成直线往复式的机械运动。
一、液压缸的类型和特点
液压缸的种类很多，其详细分类可见表4-2。
表4-2 常见液压缸的种类及特点
图4-5双杆活塞缸
下面分别介绍几种常用的液压缸。
1.活塞式液压缸活塞式液压缸根据其使用要求不同可分为双杆式和单杆
式两种。
(1)双杆式活塞缸。活塞两端都有一根直径相等的活塞杆伸出的液压缸称为双杆式活塞缸，它一般由缸体、缸盖、活塞、活塞杆和密封件等零件构成。根据安装方式不同可分为缸筒固定式和活塞杆固定式两种。
如图4-5(a)所示的为缸筒固定式的双杆活塞缸。它的进、出口布置在缸筒两端，活塞通过活塞杆带动工作台移动，当活塞的有效行程为l时，整个工作台的运动范围为3l，所以机床占地面积大，一般适用于小型机床，当工作台行程要求较长时，可采用图4-5(b)所示的活塞杆固定的形式，这时，缸体与工作台相连，活塞杆通过支架固定在机床上，动力由缸体传出。这种安装形式中，工作台的移
动范围只等于液压缸有效行程l的两倍(2l)，因此占地面积小。进出油口可以设置在固定不动的空心的活塞杆的两端，但必须使用软管连接。
由于双杆活塞缸两端的活塞杆直径通常是相等的，因此它左、右两腔的有效面积也相等，当分别向左、右腔输入相同压力和相同流量的油液时，液压缸左、右两个方向的推力和速度相等。当活塞的直径为D，活塞杆的直径为d，液压缸进、出油腔的压力为p1和p2，输入流量为q时，双杆活塞缸的推力F和速度v
为：
F=A(p1-p2)=π (D2-d2) (p1-p2) /4 (4-18)
v=q/A=4q/π(D2-d2) (4-19)
式中：A为活塞的有效工作面积。
双杆活塞缸在工作时，设计成一个活塞杆是受拉的，而另一个活塞杆不受力，因此这种液压缸的活塞杆可以做得细些。
(2)单杆式活塞缸。如图4-6所示，活塞只有一端带活塞杆，单杆液压缸也有缸体固定和活塞杆固定两种形式，但它们的工作台移动范围都是活塞有效行程
的两倍。
图4-6单杆式活塞缸
由于液压缸两腔的有效工作面积不等，因此它在两个方向上的输出推力和速
度也不等，其值分别为：
F1=(p1A1-p2A2)=π［(p1-p2)D2-p2d2］/4 (4-20)
F1=(p1A1-p2A2)=π［(p1-p2)D2-p2d2 ］/4 (4-21)
v1=q/A1=4q/πD2(4-22)
v2=q/A2=4q/π(D2-d2) (4-23)
由式(4-20)～式(4-23)可知，由于A1＞A2,所以F1＞F2，v1＜v2。如把两个方向上的输出速度v2和v1的比值称为速度比，记作λv，则λv=v2/v1=1/［1-(d/D)2］。因此，。在已知D和λv时，可确定d值。
图4-7差动缸
(3)差动油缸。单杆活塞缸在其左右两腔都接通高压油时称为：“差动连接”，如图4-7所示。差动连接缸左右两腔的油液压力相同，但是由于左腔(无杆腔)的有效面积大于右腔(有杆腔)的有效面积，故活塞向右运动，同时使右腔中排出的油液(流量为q′)也进入左腔，加大了流入左腔的流量(q+q′)，从而也加快了活塞移动的速度。实际上活塞在运动时，由于差动连接时两腔间的管路中有压力损失，所以右腔中油液的压力稍大于左腔油液压力，而这个差值一般都较小，可以忽略不计，则差动连接时活塞推力F3和运动速度v3为：
F3=p1(A1-A2)=p1πd2/4 (4-24)
进入无杆腔的流量q1=
v3=4q/πd2(4-25)
由式(4-24)、式(4-25)可知，差动连接时液压缸的推力比非差动连接时小，速度比非差动连接时大，正好利用这一点，可使在不加大油源流量的情况下得到较快的运动速度，这种连接方式被广泛应用于组合机床的液压动力系统和其他机械设备的快速运动中。如果要求机床往返快速相等时，则由式(4-23)和式(4-25)
得：
即：D= (4-26)
把单杆活塞缸实现差动连接，并按D= d设计缸径和杆径的油缸称之为差动
液压缸。
2.柱塞缸如图4-8(a)所示为柱塞缸，它只能实现一个方向的液压传动，反向运动要靠外力。若需要实现双向运动，则必须成对使用。如图4-8(b)所示，这种液压缸中的柱塞和缸筒不接触，运动时由缸盖上的导向套来导向，因此缸筒的内壁不需精加工，它特别适用于行程较长的场合。
柱塞缸输出的推力和速度各为：
图4-8 柱塞缸
F=pA=pπd2/4(4-27)
υi=q/A=4q/πd2(4-28)
3.其他液压缸
(1)增压液压缸。增压液压缸又称增压器，它利用活塞和柱塞有效面积的不同使液压系统中的局部区域获得高压。它有单作用和双作用两种型式，单作用增压缸的工作原理如图4-9(a)所示，当输入活塞缸的液体压力为p1，活塞直径为D，柱塞直径为d时，柱塞缸中输出的液体压力为高压，其值为：
p2=p1(D/d)2=Kp1 (4-29)
式中：K=D2/d2，称为增压比，它代表其增压程度。
显然增压能力是在降低有效能量的基础上得到的，也就是说增压缸仅仅是增大输出的压力，并不能增大输出的能量。
单作用增压缸在柱塞运动到终点时，不能再输出高压液体，需要将活塞退回到左端位置，再向右行时才又输出高压液体，为了克服这一缺点，可采用双作用增压缸，如图4-9(b)所示，由两个高压端连续向系统供油。
图4-9增压缸
(2)伸缩缸。伸缩缸由两个或多个活塞缸套装而成，前一级活塞缸的活塞杆内孔是后一级活塞缸的缸筒，伸出时可获得很长的工作行程，缩回时可保持很小的结构尺寸，伸缩缸被广泛用于起重运输车辆上。
伸缩缸可以是如图4-10(a)所示的单作用式，也可以是如图4-10(b)所示的双作用式，前者靠外力回程，后者靠液压回程。
图4-10伸缩缸
伸缩缸的外伸动作是逐级进行的。首先是最大直径的缸筒以最低的油液压力开始外伸，当到达行程终点后，稍小直径的缸筒开始外伸，直径最小的末级最后伸出。随着工作级数变大，外伸缸筒直径越来越小，工作油液压力随之升高，工
作速度变快。其值为：
Fi=p1 (4-30)
V1=4q/πDi2(4-31)
式中:i指i级活塞缸。
图4-11齿轮缸
(3)齿轮缸。它由两个柱塞缸和一套齿条传动装置组成，如图4-11所示。柱塞的移动经齿轮齿条传动装置变成齿轮的传动，用于实现工作部件的往复摆动或
间歇进给运动。
二、液压缸的典型结构和组成
1. 液压缸的典型结构举例
图4-12所示的是一个较常用的双作用单活塞杆液压缸。它是由缸底20、缸筒10、缸盖兼导向套9、活塞11和活塞杆18组成。缸筒一端与缸底焊接，另一端缸盖(导向套)与缸筒用卡键6、套5和弹簧挡圈4固定，以便拆装检修，两端设有油口A和B。活塞11与活塞杆18利用卡键15、卡键帽16和弹簧挡圈17连在一起。活塞与缸孔的密封采用的是一对Y形聚氨酯密封圈12，由于活塞与缸孔有一定间隙，采用由尼龙1010制成的耐磨环(又叫支承环)13定心导向。杆18和活塞11的内孔由密封圈14密封。较长的导向套9则可保证活塞杆不偏离中心，导向套外径由O形圈7密封，而其内孔则由Y形密封圈8和防尘圈3分别防止油外漏和灰尘带入缸内。缸与杆端销孔与外界连接，销孔内有尼龙衬套
抗磨。
图4-12双作用单活塞杆液压缸
1—耳环2—螺母3—防尘圈4、17—弹簧挡圈5—套6、15—卡键
7、14—O形密封圈8、12—Y形密封圈9—缸盖兼导向套10—缸筒
11—活塞13—耐磨环16—卡键帽18—活塞杆19—衬套20—缸底
如图4-13所示为一空心双活塞杆式液压缸的结构。由图可见，液压缸的左右两腔是通过油口b和d经活塞杆1和15的中心孔与左右径向孔a和c相通的。由于活塞杆固定在床身上，缸体10固定在工作台上，工作台在径向孔c接通压力油，径向孔a接通回油时向右移动；反之则向左移动。在这里，缸盖18和24是通过螺钉(图中未画出)与压板11和20相连，并经钢丝环12相连，左缸盖24空套在托架3孔内，可以自由伸缩。空心活塞杆的一端用堵头2堵死，并通过锥销9和22与活塞8相连。缸筒相对于活塞运动由左右两个导向套6和19导向。活塞与缸筒之间、缸盖与活塞杆之间以及缸盖与缸筒之间分别用O形圈7、V形圈4和17和纸垫13和23进行密封，以防止油液的内、外泄漏。缸筒在接近行程的左右终端时，径向孔a和c的开口逐渐减小，对移动部件起制动缓冲作用。为了排除液压缸中剩留的空气，缸盖上设置有排气孔5和14，经导向套环槽的侧面孔道(图中未画出)引出与排气阀相连。
图4-13空心双活塞杆式液压缸的结构
1—活塞杆2—堵头3—托架4、17—V形密封圈5、14—排气孔6、19—导
向套
7—O形密封圈8—活塞9、22—锥销10—缸体11、20—压板12、21—钢
丝环
13、23—纸垫15—活塞杆16、25—压盖18、24—缸盖
2. 液压缸的组成
从上面所述的液压缸典型结构中可以看到，液压缸的结构基本上可以分为缸筒和缸盖、活塞和活塞杆、密封装置、缓冲装置和排气装置五个部分，分述如
下。
(1)缸筒和缸盖。一般来说，缸筒和缸盖的结构形式和其使用的材料有关。工作压力p＜10MPa时，使用铸铁；p＜20MPa时，使用无缝钢管；p＞20MPa 时，使用铸钢或锻钢。图4-14所示为缸筒和缸盖的常见结构形式。图4-14(a)所示为法兰连接式，结构简单，容易加工，也容易装拆，但外形尺寸和重量都较大，常用于铸铁制的缸筒上。图4-14(b)所示为半环连接式，它的缸筒壁部因开了环形槽而削弱了强度，为此有时要加厚缸壁，它容易加工和装拆，重量较轻，常用于无缝钢管或锻钢制的缸筒上。图4-14(c)所示为螺纹连接式，它的缸筒端部结构复杂，外径加工时要求保证内外径同心，装拆要使用专用工具，它的外形尺寸和重量都较小，常用于无缝钢管或铸钢制的缸筒上。图4-14(d)所示为拉杆连接式，结构的通用性大，容易加工和装拆，但外形尺寸较大，且较重。图4-14(e)所示为焊接连接式，结构简单，尺寸小，但缸底处内径不易加工，且可能引起变
形。
图4-14缸筒和缸盖结构
(a)法兰连接式(b)半环连接式(c)螺纹连接式(d)拉杆连接式(e)焊接连接式
1—缸盖2—缸筒3—压板4—半环5—防松螺帽6—拉杆
(2)活塞与活塞杆。可以把短行程的液压缸的活塞杆与活塞做成一体，这是最简单的形式。但当行程较长时，这种整体式活塞组件的加工较费事，所以常把活塞与活塞杆分开制造，然后再连接成一体。图4-15所示为几种常见的活塞与
活塞杆的连接形式。
图4-15(a)所示为活塞与活塞杆之间采用螺母连接，它适用负载较小，受力无冲击的液压缸中。螺纹连接虽然结构简单，安装方便可靠，但在活塞杆上车螺纹将削弱其强度。图4-15(b)和(c)所示为卡环式连接方式。图4-15(b)中活塞杆5上开有一个环形槽，槽内装有两个半圆环3以夹紧活塞4，半环3由轴套2套住，而轴套2的轴向位置用弹簧卡圈1来固定。图4-16(c)中的活塞杆，使用了两个半圆环4，它们分别由两个密封圈座2套住，半圆形的活塞3安放在密封圈座的中间。图4-15(d)所示是一种径向销式连接结构，用锥销1把活塞2固连在活塞杆3上。这种连接方式特别适用于双出杆式活塞。
(3)密封装置。液压缸中常见的密封装置如图4-16所示。图4-16(a)所示为间隙密封，它依靠运动间的微小间隙来防止泄漏。为了提高这种装置的密封能力，常在活塞的表面上制出几条细小的环形槽，以增大油液通过间隙时的阻力。它的结构简单，摩擦阻力小，可耐高温，但泄漏大，加工要求高，磨损后无法恢复原有能力，只有在尺寸较小、压力较低、相对运动速度较高的缸筒和活塞间使用。图4-16(b)所示为摩擦环密封，它依靠套在活塞上的摩擦环(尼龙或其他高分子材料制成)在O形密封圈弹力作用下贴紧缸壁而防止泄漏。这种材料效果较好，摩擦阻力较小且稳定，可耐高温，磨损后有自动补偿能力，但加工要求高，装拆较不便，适用于缸筒和活塞之间的密封。图4-16(c)、图4-16(d)所示为密封圈(O形圈、V形圈等)密封，它利用橡胶或塑料的弹性使各种截面的环形圈贴紧在静、动配合面之间来防止泄漏。它结构简单，制造方便，磨损后有自动补偿能力，性能可靠，在缸筒和活塞之间、缸盖和活塞杆之间、活塞和活塞杆之间、缸
筒和缸盖之间都能使用。
图4-15常见的活塞组件结构形式
对于活塞杆外伸部分来说，由于它很容易把脏物带入液压缸，使油液受污染，使密封件磨损，因此常需在活塞杆密封处增添防尘圈，并放在向着活塞杆外
伸的一端。
图4-16密封装置
(a) 间隙密封(b)摩擦环密封(c)O形圈密封(d)V形圈密封
(4)缓冲装置。液压缸一般都设置缓冲装置，特别是对大型、高速或要求高的液压缸，为了防止活塞在行程终点时和缸盖相互撞击，引起噪声、冲击，则必
须设置缓冲装置。
缓冲装置的工作原理是利用活塞或缸筒在其走向行程终端时封住活塞和缸盖之间的部分油液，强迫它从小孔或细缝中挤出，以产生很大的阻力，使工作部件受到制动，逐渐减慢运动速度，达到避免活塞和缸盖相互撞击的目的。
如图4-17(a)所示，当缓冲柱塞进入与其相配的缸盖上的内孔时，孔中的液压油只能通过间隙δ排出，使活塞速度降低。由于配合间隙不变，故随着活塞运动速度的降低，起缓冲作用。当缓冲柱塞进入配合孔之后，油腔中的油只能经节流阀1排出，如图4-17(b)所示。由于节流阀1是可调的，因此缓冲作用也可调节，但仍不能解决速度减低后缓冲作用减弱的缺点。如图4-17(c)所示，在缓冲柱塞上开有三角槽，随着柱塞逐渐进入配合孔中，其节流面积越来越小，解决了
在行程最后阶段缓冲作用过弱的问题。
图4-17液压缸的缓冲装置
1—节流阀
(5)排气装置。液压缸在安装过程中或长时间停放重新工作时，液压缸里和管道系统中会渗入空气，为了防止执行元件出现爬行，噪声和发热等不正常现象，需把缸中和系统中的空气排出。一般可在液压缸的最高处设置进出油口把气带走，也可在最高处设置如图4-18(a)所示的放气孔或专门的放气阀〔见图
4-18(b)、(c)〕。
图4-18放气装置
1—缸盖2—放气小孔3—缸体4—活塞杆
机器的往复直线运动直接采用液压缸来实现是最简单又方便的。对于要求往返运动速度一致的场合，可采用双活塞杆式液压缸；若有快速返回的要求，则宜用单活塞杆式液压缸，并可考虑用差动连接。行程较长时，可采用柱塞缸，以减少加工的困难；行程较长但负载不大时，也可考虑采用一些传动装置来扩大行程。往复摆动运动既可用摆动式液压缸，也可用直线式液压缸加连杆机构或齿
轮——齿条机构来实现。
液压系统是由动力元件、执行元件、控制元件、辅助元件、传动介质。 动力元件：将原动机输入的机械能转换为流体的压力能，以驱动执行元件运动。 执行元件：将流体的压力能转换为机械能，以驱动工作部件。 控制元件：控制和调节液压系统中流体压力、流量和流动方向，以保证工作机构完成预定的工作动作。 辅助元件：提供必要的条件，是系统得以正常的工作和便于检测控制。 传动介质：实现运动和运动传递。 液（气）的优点： 1能方便的地实现无极调速，调速范围大。 2在相同功率下，能量转换元件体积较小，重量较轻。 3工作平稳，反应速度快，能高速启动、制动和换向。 4能实现过载保护（安全阀《溢流阀》） 5操作简单，易实现自动化。（工作中） 6系列化、标准化和通用化，故便于设计和制作（制造） 7气动介质取之不竭，不易污染（环保） 缺点： 1泄露和可压缩性（气体），无法保证严格的传动比。 2液压对温度变化比较敏感，不易在很高或很低的温度下工作，且易污染环境。 3气压传动功率小，噪声大（风镐） 液体的主要性质：密度、可压缩性、黏度（动力黏度、运动黏度、相对黏度,<中国：恩施黏度°E>）和其它性质 黏度表示黏性大小的物理量（黏性是由分子间的内聚力阻止分子间的相对运动，因而产生一种内摩擦力）温度越高，黏度越低。 其他性质：抗燃性、抗凝性、抗氧化性、抗泡沫、抗乳化性、防锈蚀、润滑性、导热性、相容性以及纯净性。 液压油的选用标准： 1合适的黏度和良好的黏温特性 2有良好的润滑性能，腐蚀性小，抗锈性好。 3质地纯净，杂质少。 4对金属和密封件有良好的相容性。 5氧化稳定性好，长期工作不易变质。 6抗泡沫和抗乳化性好。 7体积膨胀系数小，比热容大。 8燃点高，凝点低。 9对人体无害，成本低。 液压油的种类：矿油型、乳化型和合成型 液压油污染的主要原因：残留物污染、侵入物污染、生成物污染。 帕斯卡原理（静压传递原理）：在密闭容器内，由外力作用所产生的压力将等值地传递到液体各点。 液体压力的表示及单位： 1用液体在单位面积上所受到作用力的大小表示，符号位P，单位Pa、kPa、MPa 2用大气压力表示工程大气压（at）、标准大气压（atm） 3用液柱高度表示米水柱（mH2O）、毫米汞柱（mmHg） 恒定流动（稳定流动或定常流动）：液体中任一点处的压力、速度和密度都不随时间而变化
第三章液压执行元件 一、填空题 1．液压缸按结构特点不同，可分为、和三大类。 2．双杆活塞缸常用于的场合。 3．缸固定式双杆液压缸一般用于，活塞杆固定式双杆液压缸常用于。 4．单杆活塞缸常用于一个方向，另一个方向设备的液压系统。例如，各种机床、、、的液压系统。 5．单杆活塞缸差动连接时比其非差动连接同向运动获得的、。因此，在机床的液压系统中常用其实现运动部件的空行程快进。 6．柱塞式液压缸只能实现单向运动，其反向行程需借或完成。在龙门刨床、导轨磨床、大型压力机等行程长的设备中为了得到双向运动，可采用。 7．摆动液压缸常用于、、、及工程机械回转机构的液压系统。 8．增压缸能将转变为供液压系统中某一支油路使用。 9．伸缩式液压缸其活塞伸出的顺序是，伸出的速度是；活塞缩回的顺序一般是，缩回的速度是。这种液压缸适用于。10．齿条活塞缸常用于的驱动；多位液压缸多用于位置精度要求不很高的、 的送料装置；数字液压缸多用于工业机器人等具有的设备中。 11．动力较小设备的液压缸尺寸，多按确定。一般是先按选定活塞杆直径d，再按计算液压缸的内径D。 12．动力大的设备，其液压缸尺寸的确定，通常是先按和确定工作压力p，再根据选定的比值λ和按公式计算出缸内径D，最后计算出活塞杆直径d。 13．铸铁、铸钢和锻钢制造的缸体与端盖多采用连接；无缝钢管制作的缸筒端部常采用连接或；较短的液压缸常采用连接。 14．液压缸中常用的缓冲装置有、和。 15．液压系统中混入空气后会使其工作不稳定，产生、及等现象，因此，液压系统中必须设置排气装置。常用的排气装置有和。 二、选择题 1．双活塞杆液压缸，当活塞杆固定，缸与运动部件连接时，运动件的运动范围略大于液压缸有效行程的倍。 A．1倍B．2倍C．3倍 2．单活塞杆液压缸作为差动液压缸使用时，若使其往复运动速度相等，其活塞面积应为活
第四章、液压执行元件 第一节液压马达 一、液压马达的特点及分类 液压马达是把液体的压力能转换为机械能的装置，从原理上讲，液压泵可以作液压马达用，液压马达也可作液压泵用。但事实上同类型的液压泵和液压马达虽然在结构上相似，但由于两者的工作情况不同，使得两者在结构上也有某些差 异。例如： 1.液压马达一般需要正反转，所以在内部结构上应具有对称性，而液压泵一 般是单方向旋转的，没有这一要求。 2.为了减小吸油阻力，减小径向力，一般液压泵的吸油口比出油口的尺寸 大。而液压马达低压腔的压力稍高于大气压力，所以没有上述要求。 3.液压马达要求能在很宽的转速范围内正常工作，因此，应采用液动轴承或静压轴承。因为当马达速度很低时，若采用动压轴承，就不易形成润滑滑膜。 4.叶片泵依靠叶片跟转子一起高速旋转而产生的离心力使叶片始终贴紧定子的内表面，起封油作用，形成工作容积。若将其当马达用，必须在液压马达的叶片根部装上弹簧，以保证叶片始终贴紧定子内表面，以便马达能正常起动。 5.液压泵在结构上需保证具有自吸能力，而液压马达就没有这一要求。 6.液压马达必须具有较大的起动扭矩。所谓起动扭矩，就是马达由静止状态起动时，马达轴上所能输出的扭矩，该扭矩通常大于在同一工作压差时处于运行状态下的扭矩，所以，为了使起动扭矩尽可能接近工作状态下的扭矩，要求马达 扭矩的脉动小，内部摩擦小。 由于液压马达与液压泵具有上述不同的特点，使得很多类型的液压马达和液 压泵不能互逆使用。 液压马达按其额定转速分为高速和低速两大类，额定转速高于500r/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。 高速液压马达的基本型式有齿轮式、螺杆式、叶片式和轴向柱塞式等。它们的主要特点是转速较高、转动惯量小，便于启动和制动，调速和换向的灵敏度高。通常高速液压马达的输出转矩不大(仅几十牛·米到几百牛·米)，所以又称为高速 小转矩液压马达。 高速液压马达的基本型式是径向柱塞式，例如单作用曲轴连杆式、液压平衡式和多作用内曲线式等。此外在轴向柱塞式、叶片式和齿轮式中也有低速的结构型式。低速液压马达的主要特点是排量大、体积大、转速低(有时可达每分种几转甚至零点几转)，因此可直接与工作机构连接，不需要减速装置，使传动机构大为简化，通常低速液压马达输出转矩较大(可达几千牛顿·米到几万牛顿·米)， 所以又称为低速大转矩液压马达。
第 二章 思考题 1、为什么把液压控制阀称为液压放大元件？ 答：因为液压控制阀将输入的机械信号（位移）转换为液压信号（压力、流量）输出，并进行功率放大，移动阀芯所需要的信号功率很小，而系统的输出功率却可以很大。 2、什么是理想滑阀？什么是实际滑阀？ 答： 理想滑阀是指径向间隙为零，工作边锐利的滑阀。 实际滑阀是指有径向间隙，同时阀口工作边也不可避免地存在小圆角的滑阀。 4、什么叫阀的工作点？零位工作点的条件是什么？ 答：阀的工作点是指压力-流量曲线上的点，即稳态情况下，负载压力为p L ，阀位移x V 时，阀的负载流量为q L 的位置。 零位工作点的条件是 q =p =x =0L L V 。 5、在计算系统稳定性、响应特性和稳态误差时，应如何选定阀的系数？为什么？ 答：流量增益q q = x L V K ??，为放大倍数，直接影响系统的开环增益。 流量-压力系数c q =- p L L K ??，直接影响阀控执行元件的阻尼比和速度刚度。 压力增益p p = x L V K ??，表示阀控执行元件组合启动大惯量或大摩擦力负载的能力 当各系数增大时对系统的影响如下表所示。 7、径向间隙对零开口滑阀的静态特性有什么影响？为什么要研究实际零开口滑阀的泄漏特性？ 答：理想零开口滑阀c0=0K ，p0=K ∞，而实际零开口滑阀由于径向间隙的影响，存在泄漏流量 2c c0r = 32W K πμ ，p0c = K ，两者相差很大。 理想零开口滑阀实际零开口滑阀因有径向间隙和工作边的小圆角，存在泄漏，泄漏特性决定了阀的性能，用泄漏流量曲线可以度量阀芯在中位时的液压功率损失大小，用中位泄漏流量曲线来判断阀的加工配合质量。 9、什么是稳态液动力？什么是瞬态液动力？ 答：稳态液动力是指，在阀口开度一定的稳定流动情况下，液流对阀芯的反作用力。 瞬态液动力是指，在阀芯运动过程中，阀开口量变化使通过阀口的流量发生变化，引起阀腔内液流速度随时间变化，其动量变化对阀芯产生的反作用力。
如何认识常见的液压元件符号 液压系统的图形符号，各国都有不同的绘制规定。有的采用结构示意图的方法表示，称为结构式原理图。这种图形的优点是直观性强，容易理解液压元件的内部结构和便于分析系统中所产生的故障。但图形比较复杂，尤其是当系统的元件较多时，绘制很不方便，所以在一般情况下都不采用。有的采用原理性的只能式符号示意图，这种图形的优点是简单清晰，容易绘制。我国制定的液压系统图图形符号标准就是采用原理性的职能式符号绘制的。现将一些常见的液压元件职能式图形符号分类摘编于书后附表一中，并对阅读要点作如下简介： （1）油泵及油马达以圆圈表示。圆圈中的三角形表示液流方向，如果三角形尖端向外，说明液流向外输出，表示这是油泵。若三角形尖端向内，则说明液流向内输入，表示这是油马达。如果圆圈内有两个三角形，表示能够换向。若元件加一斜向直线箭头、则是可变量的符号，表示其排量和压力是可调节的。 （2）方向阀的工作位置均以方框表示。方框的数目表示滑阀中的位置数目，方框外的直线数表示液流的通路数，方框内的向上表示液流连同方向，“T”表示液流被堵死不通。方框的两端表示控制方式，由于控制方式不同，其图形符号也是不一样。 （3）压力阀类一般都是用液流压力与弹簧力相平衡，来控制液压系统中油液的工作压力。方框中的箭头数表示滑阀中的通道数，通道的连通分常开与常闭两种，在液压系统中科根据工作需要进行选择。 （4）节流阀通常以一个方框中两小段圆弧夹一条带箭头的中心直线表示。如果节流阀作用可调，则再在方框内画一条带箭头的斜线。 （5）将液压元件的图形符号有机地连接起来，即可组成一个完整的液压系统图（又称液压回路图）。
第二章 思考题 1、为什么把液压控制阀称为液压放大元件？ 答：因为液压控制阀将输入的机械信号（位移）转换为液压信号（压力、流量）输出，并进行功率放大，移动阀芯所需要的信号功率很小，而系统的输出功率却可以很大。 2、什么是理想滑阀？什么是实际滑阀？ 答： 理想滑阀是指径向间隙为零，工作边锐利的滑阀。 实际滑阀是指有径向间隙，同时阀口工作边也不可避免地存在小圆角的滑阀。 4、什么叫阀的工作点？零位工作点的条件是什么？ 答：阀的工作点是指压力-流量曲线上的点，即稳态情况下，负载压力为p L ，阀位移x V 时，阀的负载流量为q L 的位置。 零位工作点的条件是 q =p =x =0L L V 。 5、在计算系统稳定性、响应特性和稳态误差时，应如何选定阀的系数？为什么？ 答：流量增益q q = x L V K ??，为放大倍数，直接影响系统的开环增益。 流量-压力系数c q =-p L L K ??，直接影响阀控执行元件的阻尼比和速度刚度。 压力增益p p = x L V K ??，表示阀控执行元件组合启动大惯量或大摩擦力负载的能力 当各系数增大时对系统的影响如下表所示。 7、径向间隙对零开口滑阀的静态特性有什么影响？为什么要研究实际零开口滑阀的泄漏特性？ 答：理想零开口滑阀c0=0K ，p0=K ∞，而实际零开口滑阀由于径向间隙的影响，存在泄漏 流量2c c0r = 32W K πμ ，p0c = r K π，两者相差很大。
理想零开口滑阀实际零开口滑阀因有径向间隙和工作边的小圆角，存在泄漏，泄漏特性决定了阀的性能，用泄漏流量曲线可以度量阀芯在中位时的液压功率损失大小，用中位泄漏流量曲线来判断阀的加工配合质量。 9、什么是稳态液动力？什么是瞬态液动力？ 答：稳态液动力是指，在阀口开度一定的稳定流动情况下，液流对阀芯的反作用力。 瞬态液动力是指，在阀芯运动过程中，阀开口量变化使通过阀口的流量发生变化，引起阀腔内液流速度随时间变化，其动量变化对阀芯产生的反作用力。 习题 1、有一零开口全周通油的四边滑阀，其直径-3d=810m ?，径向间隙-6c r =510m ?，供油压力5s p =7010a P ?，采用10号航空液压油在40C 。工作，流量系数d C =0.62，求阀的零位系数。 解：零开口四边滑阀的零位系数为： 零位流量增益 q0d K C W =零位流量-压力系数 2 c c 0r 32W K πμ = 零位压力增益 p 0c r K π=将数据代入得 2 q0 1.4m s K = 12 3 c 0 4.410 m s a K P -=?? 11 p 0 3.1710a m K P =? 2、已知一正开口量-3 =0.0510m U ?的四边滑阀，在供油压力5s p =7010a P ?下测得零位泄 露流量c q =5m in L ，求阀的三个零位系数。 解：正开口四边滑阀的零位系数为： 零位流量增益 c q0q K U = 零位流量-压力系数 c c 0s q 2p K = 零位压力增益 q0s p 0c 0 2p K K K U = =
液压系统的辅助元件 液压系统的辅助元件包括密封件、油管及管接头、滤油器、储能器、油箱及附件、热交换器。辅助元件特点：（1）数量大（如油管及管接头）、（2）分布广（如密封件）、（3）影响大（如六油器、密封件）。从液压系统工作原理来看，辅助元件只起辅助作用，但从保证系统完成任务方面看，却分常重要，选用不当会影响系统寿命、甚至无法工作。 一、密封件（在液压系统中起密封作用的元件） 密封是防止工作介质泄漏和外界灰尘、异物入侵的主要方法 内泄指元件内部各油腔间的泄漏，它会降低液压系统的容积效路、严重时使系统建立不起压力而无法工作。 外泄指油液泄漏于元件的外部、造成工作介质浪费并污染周围物件和环境，影响系统工作。尘物入侵会引起或加剧元件磨损，加大泄漏。 1、密封的分类： 1）按密封原理分：间隙密封和按触密封两大类。 间隙密封是利用运动件之间的微小间隙起密封作用。如：泵、马达的柱塞与柱塞孔、阀体与阀芯之间的密封。 接住密封是靠密封件在装配时的予压缩力和工作时密封件在油压力作用发生弹性变形所产生的弹性按触力来实现，很广泛。 2）按触密封件的运动特性分：固定密封和动密封。 固定密封指用于固定件之间的密封，动密封指用于有相对运动的零件之间的密封。 2、常用的密封元件：常用的密封元件以其断形状命名，有O形、Y 形、小Y形、U形、J形、L形等，除O形外，其他均为唇形密封件，此外还有活塞环、密封垫、密封胶等其他密封件。
二、油管及管接头 油管用来保证液压系统工作液体的循环和能量的传输，管接头把油与油管或油管与油管连接起来，构成管路系统。它们应有足够的强度、良好的密封性、小的压力损失及拆装方便。 1、油管的种类（按材料分类） 1）无缝钢管：耐油性、抗腐蚀交好，抗高压、变形小，应用于中高压系统。有冷拔、热轧两种。 2）橡胶软管：分低压软管和高压软管（加有钢丝编制层350-400kg/cm）。能吸收液压系统的冲击和振动，装配方便。 3）紫铜管：管壁光滑、阻力小，只适用于中、低压系统油路（小于50 kg/cm），通常只限于做仪表和控制装置的油管。 4）耐油朔料管：耐压力低（一般小于5 kg/cm），用于回油、泄油漏。 5）尼龙管：用于中低压油路（压力80 kg/cm） 2、油管的安装 应尽量短、避免过多交叉、迂回。 弯硬管时应确保弯曲部位圆滑、防止邹折。弯曲半径应符合要求，钢管弯曲半径大于3D，软管弯曲半径大于7D） 连接软管应避免受拉、受扭，避开热源。 3、管接头 1）焊接管接头：接头体的一端可做成直通形、直角形、三通、四通等接管与接头体由O形圈或其它密封圈确保密封。 2）卡套管接头：利用卡套的变形卡住管子并进行密封，拆装方便。 3）扩孔薄管接头：利用管子端头扩口进行密封。 4）铰接管接头：分固定式（如柴油管路等处）和活动式（如汽车起
液压系统基础知识大全 液压系统的组成及其作用 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。 动力元件的作用是将原动机的机械能转换成液体的压力能，指液压系统中的油泵，它向整个液压系统提供动力。液压泵的结构形式一般有齿轮泵、叶片泵和柱塞泵。 执行元件(如液压缸和液压马达)的作用是将液体的压力能转换为机械能，驱动负载作直线往复运动或回转运动。 控制元件(即各种液压阀)在液压系统中控制和调节液体的压力、流量和方向。根据控制功能的不同，液压阀可分为村力控制阀、流量控制阀和方向控制阀。压力控制阀又分为益流阀(安全阀)、减压阀、顺序阀、压力继电器等；流量控制阀包括节流阀、调整阀、分流集流阀等；方向控制阀包括单向阀、液控单向阀、梭阀、换向阀等。根据控制方式不同，液压阀可分为开关式控制阀、定值控制阀和比例控制阀。 辅助元件包括油箱、滤油器、油管及管接头、密封圈、快换接头、高压球阀、胶管总成、测压接头、压力表、油位油温计等。 液压油是液压系统中传递能量的工作介质，有各种矿物油、乳化液和合成型液压油等几大类。 液压系统结构
液压系统由信号控制和液压动力两部分组成，信号控制部分用于驱动液压动力部分中的控制阀动作。 液压动力部分采用回路图方式表示，以表明不同功能元件之间的相互关系。液压源含有液压泵、电动机和液压辅助元件；液压控制部分含有各种控制阀，其用于控制工作油液的流量、压力和方向；执行部分含有液压缸或液压马达，其可按实际要求来选择。 在分析和设计实际任务时，一般采用方框图显示设备中实际运行状况。空心箭头表示信号流，而实心箭头则表示能量流。 基本液压回路中的动作顺序—控制元件（二位四通换向阀）的换向和弹簧复位、执行元件（双作用液压缸）的伸出和回缩以及溢流阀的开启和关闭。对于执行元件和控制元件，演示文稿都是基于相应回路图符号，这也为介绍回路图符号作了准备。 根据系统工作原理，您可对所有回路依次进行编号。如果第一个执行元件编号为0，则与其相关的控制元件标识符则为1。如果与执行元件伸出相对应的元件标识符为偶数，则与执行元件回缩相对应的元件标识符则为奇数。不仅应对液压回路进行编号，也应对实际设备进行编号，以便发现系统故障。 DIN ISO1219-2标准定义了元件的编号组成，其包括下面四个部分：设备编号、回路编号、元件标识符和元件编号。如果整个系统仅有一种设备，则可省略设备编号。 实际中，另一种编号方式就是对液压系统中所有元件进行连续编号，此时，元件编号应该与元件列表中编号相一致。这种方法特别适用于复杂液压控制系统，每个控制回路都与其系统编号相对应 国产液压系统的发展 目前我国液压技术缺少技术交流，液压产品大部分都是用国外的液压技术加工回来的，液压英才网提醒大家发展国产液压技术振兴国产液压系统技术。 其实不然，近几年国内液压技术有很大的提高，如派瑞克等公司都有很强的实力。 液压附件： 目前在世界上，做附件较好的有： 派克（美国）、伊顿（美国）颇尔（美国） 西德福（德国）、贺德克（德国）、EMB（德国）等 国内较好的有： 旭展液压、欧际、意图奇、恒通液压、依格等 液压传动和气压传动称为流体传动，是根据17世纪帕斯卡提出的液体静压力传动原理而发展起来的一门新兴技术，是工农业生产中广为应用的一门技术。如今，流体传动技术水平的高低已成为一个国家工业发展水平的重要标志。 1795年英国约瑟夫·布拉曼(Joseph Braman,1749-1814)，在伦敦用水作为工作介质,以水压机的形式将其应用于工业上,诞生了世界上第一台水压机。1905年将工作介质水改为油,又进一步得到改善。
第八章液压系统控制元件（Control Components in Hydraulic Systems） 8.1概述（INTRODUCTION） 在任何液压传动系统中最重要的条件之一是控制。如果控制元件选择不正确，整个系统起不到所需要的作用。液压传动主要是通过称为液压阀的控制元件来实现控制的。控制元件的选择不仅涉及到它的类型而且还要考虑其尺寸大小，操纵技术和远控能力。控制元件有三种基本类型（One of the most important considerations in any fluid power system is control. If control components are not properly selected, the entire system will not function as required. Fluid power is controlled primarily through the use of control devices called
valves. The selection of these control devices not only involves the type but also the size, the actuating technique, and remote-control capability. There are three basic types of control devices）： ?方向控制阀（directional control valves）； ?压力控制阀（pressure control valves）； ?流量控制阀（flow control valves）。 方向控制阀在回路内部确定流动路线。例如，它们确定液压缸或液压马达的工作方向。控制流动路线的元件主要有单向阀、梭形阀和二位、三位、四位方向控制阀（Directional control valves determine the path through which a fluid traverses within a given circuit. For example, they establish the direction of motion of a hydraulic cylinder or motor. This control of the fluid path is accomplished primarily by cheek valves, shuttle
单元七典型液压系统 学习目标: 1.掌握读懂液压系统图的阅读和分析方法 2.掌握YT4543型液压动力滑台液压系统的组成、工作原理和特点 3.掌握YB32-200型压力机液压系统的组成、工作原理和特点 4.掌握Q2- 8汽车起重机液压系统的组成、工作原理和特点 5.能绘制电磁铁动作循环表 重点与难点： 典型液压系统是对以前所学的液压件及液压基本回路的结构、工作原理、性能特点、应用，对液压元件基本知识的检验与综合，也是将上述知识在实际设备上的具体应用。本章的重点与难点均是对典型液压系统工作原理图的阅读和各系统特点的分析。对于任何液压系统，能否读懂系统原理图是正确分析系统特点的基础，只有在对系统原理图读懂的前提下，才能对系统在调速、调压、换向等方面的特点给以恰当的分析和评价，才能对系统的控制和调节采取正确的方案。因此，掌握分析液压系统原理图的步骤和方法是重中之重的内容。 1 ?分析液压系统工作原理图的步骤和方法 对于典型液压系统的分析，首先要了解设备的组成与功能，了解设备各部件的作用与运动方式，如有条件，应当实地考察所要分析的设备，在此基础上明确设备对液压系统的要求，以此作为液压系统分析的依据；其次要浏览液压系统图，了解所要分析系统的动力装置、执行元件、各种阀件的类型与功能，此后以执行元件为中心，将整个系统划分为若干个子系统油路；然后以执行元件动作要求为依据，逐一分析油路走向，每一油路均应按照先控制油路、后主油路，先进油、后回油的顺序分析；再后就是针对执行元件的动作要求，分析系统的方向控制、速度控制、压力控制的方法，弄清各控制回路的组成及各重要元件的作用；更后就是通过对各执行元件之间的顺序、同步、互锁、防干扰等要求，分析各子系统之间的联系；最后归纳与总结整个液压系统的特点，加深对系统的理解。 2.在此选用YT4543型组合机床动力滑台的液压系统，作为金属切削专用机床进给部件的典型代 表。此系统是对单缸执行元件，以速度与负载的变换为主要特点。要求运动部件实现“快进一一工进一二工进一死挡铁停留一快退一原位停止”的工作循环。具有快进运动时速度高负载小与工进运动时速度低负载大的特点。系统采用限压式变量泵供油，调速阀调速的容积节流调速方式，该调速方式具有速度刚性好调速范围大的特点；系统的快速回路是采用三位五通电液换向阀与单向阀、行程阀组成的液压缸差动连接的快速运动回路，具有系统效率较高、回路简单的特点；速度的换接采用行程阀和液控顺序阀联合动作的快进与工进的速度换接回路，具有换接平稳可靠的特点；两种工进采用调速阀串联与电磁滑阀组成的速度变换回路实现两次工进速度的换接，换接平稳；采用中位机能为M型的电 液换向阀实现执行元件换向和液压泵的卸荷。该系统油路设计合理，元件使用恰当，调速方式正确， 能量利用充分。 3.YB32-200型压力机的液压系统属于锻压机械液压系统的代表，此系统以压力变换为主、功率比大、压力高，属于高压或超高压系统。压力机工作时要求带动上滑块的液压缸活塞能够自动实现“快速下行一慢速加压一保压延时一泄压一快速回程一原位停止”的动作循环，空程时速度大，加压时推力大；下滑块液压缸要求实现“顶出一退回”的动作循环，有时还需要实现“浮动”功能。该系统采用高压大流量恒功率变量泵供油，利用活塞自重充液的快
《液压传动》练习题 第三章液压动力元件（液压泵） 一、填空题：（每空0.5分，共25分） 1、液压泵是一种将原动机输入的机械能转换为液体压力能的能量转换装置。 2、按形成液压泵密封工作容积的结构不同，液压泵可分为柱塞泵、叶片泵 和齿轮泵。 3、按液压泵输出流量情况不同，液压泵可分为定量泵和变量泵。 4、按液压泵吸排油口可转换情况不同，液压泵可分为单向泵和双向泵。 5、按液压泵主轴每转工作容积大小变化次数不同，液压泵可分为单作用泵和双作用泵。 6、在液压传动中所采用的各种液压泵，都是通过其容积变化进行吸排油的。 7、液压泵的额定压力和最大压力是泵本身所具有的性能，其值的大小受泵的结构强度和泵的密封性的限制。 8、液压泵的铭牌压力是指额定压力，液压泵的铭牌流量是指额定流量。 9、所谓高压泵，是指泵的额定压力和最大压力值较高。 10、在实际工作过程中，液压泵的工作压力并不是随着外负载的增大而无限制的增大，当额定压力时，液压泵过载而进行过载保护。 11、由于泄漏的影响，液压泵的理论流量大于实际流量。 12、液压泵的瞬时流量是脉动变化的，一般用流量脉动变化系数表示。 13、理论上，液压泵的压力和流量无关。实际中，由于泄漏的影响，当压力增大时，泵的流量减小。 14、由于液压泵在实际工作过程中存在着机械损失，所以，原动机实际输入液压泵的实际转矩应大于理论转矩，以补偿液压泵运转时的机械损失。 15、根据泵柱塞的布置和运动方向与传动主轴相对位置的不同，柱塞泵分为轴向柱塞泵和径向柱塞泵。 16、斜盘式轴向柱塞泵是通过调整斜盘倾角的大小的方法而调整泵的流量大小。 17、影响轴向柱塞泵流量脉动变化系数的因素有柱塞数目和柱塞数目的奇偶性， 其中，柱塞数目的奇偶性对轴向柱塞泵流量脉动变化系数的影响较大。 18、根据泵主轴每转的吸排油次数不同，叶片泵可分为单作用泵和双作用泵， 其中，单作用泵为变量泵，双作用泵为定量泵。 19、为了便于叶片的甩出，单作用叶片泵的叶片前倾安装。为了减少叶片与定子之间的磨损，双作用叶片泵的叶片后倾安装。 20、根据泵齿轮啮合方式的不同，齿轮泵可分为外啮合和内啮合。 21、影响齿轮泵流量脉动变化系数的因素是齿数，所以，应根据泵的具体使用情况而合理的选择齿轮泵的齿数。当齿轮泵作为系统的主泵使用时，应选择泵的齿数为10～20 ，当齿轮泵作为系统的辅助泵使用时，应选择泵的齿数为5～10 。 22、对于齿轮泵而言，当齿轮泵的外形尺寸一定时，增加齿轮泵的齿数，可以使泵的流量减小、泵的流量脉动变化系数减小。而减少齿轮泵的齿数，可以使泵的的流量增大、泵的流量脉动变化系数增大。 23、确定液压泵的参数时，应根据所有液动机同时工作时的最大流量之和来确定泵的流量，应根据液动机中的最大工作压力来确定泵的压力。 二、选择题：（每题1分，共10分） 1、液压泵的随外负载的变化而变化。
第2章液压传动系统的设计 液压系统的设计是整机设计 的一部分，它除了应符合主机动作 循环和静、动态性能等方面的要求 外，还应当满足结构简单、工作安 全可靠、效率高、寿命长、经济性 好、使用维护方便等条件。 液压系统的设计没有固定的 统一步骤，根据系统的繁简、借鉴 的多寡和设计人员经验的不同， 在做法上有所差异。各部分的设 计有时还要交替进行，甚至要经过 多次反复才能完成。图2.1所示为 液压系统设计的基本内容和一般 流程。 2.1 明确设计要求、 图2.1 液压系统设计的一般流程 进行工况分析 2.1.1 明确设计要求 1．明确液压系统的动作和性能要求 液压系统的动作和性能要求，主要包括有：运动方式、行程和速度范围、载荷情况、运动平稳性和精度、工作循环和动作周期、同步或联锁要求、工作可靠性等。 2．明确液压系统的工作环境 液压系统的工作环境，主要是指：环境温度、湿度、尘埃、是否易燃、外界冲击振动的情况以及安装空间的大小等。 2.1.2 执行元件的工况分析 对执行元件的工况进行分析，就是查明每个执行元件在各自工作过程中的速度和负载的大小、方向及其变化规律。通常是用一个工作循环内各阶段的速度和负载值列表表示，必要时还应作出速度和负载随时间（或位移）变化的曲线图（称速度循环图和负载循环图）。 在一般情况下，液压缸承受的负载由六部分组成，即工作负载、导轨摩擦负载、惯性负载、重力负载、密封负载和背压负载，前五项构成了液压缸所要克服的机械总负载。 1. 工作负载F W
—— 液压缸回油路的背压（Pa ），在系统设计完成之前无法准确计算，可先按表 p b 2.5估计。差动快进时，有杆腔压力大于无杆腔，其压差p =是油液从有杆腔流入无杆 p b 腔的压力损失。 2.2.4 执行元件的工况图 各执行元件的主要参数确定之后，不但可以复算液压执行元件在工作循环各阶段内的工作压力，还可求出需要输入的流量和功率。这时就可作出系统中各执行元件在其工作过程中的工况图，即液压执行元件在一个工作循环中的压力、流量和功率随时间（或位移）的变化曲线图（图2.2为某一机床进给液压缸工况图）。当液压执行元件不只有一个时，将系统中各执行元件的工况图进行叠加，便得到整个系统的工况图。液压系统的工况图可以显示整个工作循环中的系统压力、流量和功率的最大值及其分布情况，为后续设计中选择元件、回路或修正设计提供依据。 对于单个执行元件的系统或某些简单系统，其工况图的绘制可以省略，而仅将计算出的各阶段压力、流量和功率值列表表示。 图2.2 机床进给液压缸工况图 —快进时间；—工进时间；—快退时间 1t 2t 3t 2.3 液压系统原理图的拟定 液压系统原理图是表示液压系统的组成和工作原理的图样。拟定液压系统原理图是设计液压系统的关键一步，它对系统的性能及设计方案的合理性、经济性具有决定性的影响。 1. 确定油路类型 一般具有较大空间可以存放油箱且不另设散热装置的系统，都采用开式油路；凡允许采用辅助泵进行补油并借此进行冷却油交换来达到冷却目的的系统，都采用闭式油路。通常节流调速系统采用开式油路，容积调速系统采用闭式回路。 2. 选择液压回路 在拟订液压系统原理图时，应根据各类主机的工作特点和性能要求，首先确定对主机主要性能起决定性影响的主要回路。例如，对于机床液压系统，调速和速度换接回路是主要回路；对于压力机液压系统，压力回路是主要回路。然后再考虑其它辅助回路，例如有垂直运
破碎床液压系统 基本液压回路中的动作顺序—控制元件（二位四通换向阀）的换向和弹簧复位、执行元件（双作用液压缸）的伸出和回缩以及溢流阀的开启和关闭。对于执行元件和控制元件，演示文稿都是基于相应回路图符号，这也为介绍回路图符号作了准备。 根据系统工作原理，您可对所有回路依次进行编号。如果第一个执行元件编号为0，则与其相关的控制元件标识符则为1。如果与执行元件伸出相对应的元件标识符为偶数，则与执行元件回缩相对应的元件标识符则为奇数。不仅应对液压回路进行编号，也应对实际设备进行编号，以便发现系统故障。 DIN ISO1219-2标准定义了元件的编号组成，其包括下面四个部分：设备编号、回路编号、元件标识符和元件编号。如果整个系统仅有一种设备，则可省略设备编号。 实际中，另一种编号方式就是对液压系统中所有元件进行连续编号，此时，元件编号应该与元件列表中编号相一致。这种方法特别适用于复杂液压控制系统，每个控制回路都与其系统编号相对应 编辑本段液压系统的保养 一个液压系统的好坏不仅取决于系统设计的合理性和系统元件性能的的优劣，还因系统的污染防护和处理，系统的污染直接影响液压系统工作的可靠性和元件的使用寿命，据统计，国内外的的液压系统故障大约有70%是由于污染引起的。 油液污染对系统的危害主要如下： 1）元件的污染磨损 油液中各种污染物引起元件各种形式的磨损，固体颗粒进入运动副间隙中，对零件表面产生切削磨损或是疲劳磨损。高速液流中的固体颗粒对元件的表面冲击引起冲蚀磨损。油液中的水和油液氧化变质的生成物对元件产生腐蚀作用。此外，系统的油液中的空气引起气蚀，导致元件表面剥蚀和破坏。 2）元件堵塞与卡紧故障
第2章液压动力元件 一、填空题 1．液压泵是靠________的变化来进行工作的，所以又称液压泵为________式泵。 2．液压泵按结构特点一般可分为________、________、________三类泵。 3．外啮合齿轮泵位于轮齿逐渐脱开啮合的一侧是________腔，位于轮齿逐渐进入啮合的一侧是 ________腔。 4．变量泵是指________可以改变的液压泵，常见的变量泵有________、________、________；其中________和________是通过改变转子和定子的偏心距来实现变量，________是通过改变斜盘倾角来实现变量。 5．叶片泵一般分为________和________两种。 6．柱塞泵一般分为________和________柱塞泵。 7．液压泵的实际流量比理论流量________；而液压马达实际流量比理论流量________ 。 8．外啮合齿轮泵的_______、_______、_______是影响齿轮泵性能和寿命的三大问题。 9．径向柱塞泵改变排量的途径是_______，轴向柱塞泵改变排量的途径是_______。 10．为了保证齿轮泵的连续地可靠供油，要求其齿轮的啮合系数必须________，这必然产生________，为了克服这一现象，在齿轮泵中开了________。 11．液压泵的总效率等于_______和_______的乘积。 12．为了消除齿轮泵的困油现象，通常在两侧盖板上开________ ，使闭死容积由大变小时与________ 腔相通，闭死容积由小变大时与________腔相通。 13．齿轮泵产生泄漏的间隙为________间隙和________间隙，此外还存在________间隙，其中 ________泄漏占总泄漏量的80～85%。 14．对额定压力为2.5Mpa的齿轮泵进行泵性能测试，当泵输出的油液直接通向油箱，不计管道阻力，泵输出压力为_______ 。 15. 液压泵将_______转换成_______，为系统提供_______；液压马达将_______转换成_______，输出_______和_______。 16．一般的外啮合齿轮泵的进油口 ___，出油口___ ，这主要是为了解决外啮合齿轮泵的___ 问题。 二、选择题 1．液压泵单位时间内排出油液的体积称为泵的流量。泵在额定转速和额定压力下的输出流量称为（）；在没有泄漏的情况下，根据泵的几何尺寸计算而得到的流量称为（），它等于排量和转速的乘积。 A．实际流量 B．理论流量 C．额定流量 2．双作用叶片泵的叶片在转子槽中的安装方向是（）。 A．沿着径向方向安装 B．沿着转子旋转方向前倾一角度 C．沿着转子旋转方向后倾一角度
工程机械液压系统的基本构成及元件介绍
工程机械液压系统的基本构成及元件介绍工程机械的液压系统，是工程机械很重要的一个组成部分。它不仅关系到设备动臂和铲斗等的使用，还关系到设备的转向等问题。对工程机械的液压系统的构成有一个初步的了解，能够让工程机械的使用者更好的使用设备，减少故障和事故发生的可能性。今天，小编将带您初步地了解工程机械的液压系统的基本构成和元件情况，希望这篇文章会对您有所帮助。 所谓的液压系统就是使用有连续流动性的油液（即所谓液压油），通过液压泵把驱动液压泵的电动机或发动机的机械能转换成油液的压力能，经过各种控制阀（压力控制阀、流量控制阀、方向控制阀等），送到作为执行器的液压缸或液压马达中，再转换成机械动力去驱动负载。 一、工程机械液压系统各组成部分及功能： 1原动机（电动机、发动机）：向液压系统提供机械能2液压泵（齿轮泵、叶片泵、柱塞泵）：把原动机所提供的机械能转变成油液的压力能，输出高压油液 3执行器（液压缸、液压马达、摆动马达）：把油液的压力能转变成机械能去驱动负载作功，实现往复直线运动、连续转动或摆动
4控制阀（压力控制阀、流量控制阀、方向控制阀）：控制从液压泵到执行器的油液的压力、流量和流动方向，从而控制执行器的力、速度和方向 5油箱：盛放液压油，向液压泵供应液压油，回收来自执行器的完成了能量传递任务之后的低压油液 6管路：输送油液 7过滤器：滤除油液中的杂质，保持系统正常工作所需的油液清洁度 8密封：在固定连接或运动连接处防止油液泄漏，以保证工作压力的建立 9蓄能器：储存高压油液，并在需要时释放之 10热交换器（散热器）：控制油液温度 11液压油：是传递能量的工作介质，也起润滑和冷却作用一个系统中不一定包含以上所有的组成部分,但是液压泵、执行器、控制阀、液压油是必须有的。 二、液压系统的分类： 1、开式系统和闭式系统： 按照液压回路的基本构成可以把液压系统划分为开式系统和闭式系统。 开式系统：
液压系统的设计步骤和内容 液压系统的设计是整个机器设计的一部分，它的任务是根据机器的用途、特点和要求，利用液压传动的基本原理，拟定出合理的液压系统图，再经过必要的计算来确定液压系统的参数，然后按照这些参数来选用液压元件的规格和进行系统的结构设计。 液压系统的设计步骤大体如下： 1、液压系统的工况分析 在开始设计液压系统时，首先要对机器的工作情况进行详细的分析，一般要考虑下面几个问题。 1)确定该机器由哪些运动需要液压传动来完成。 2）确定各运动的工作顺序和各执行元件的工作循环。 3)确定液压系统的主要工作性能。例如:执行元件的运动速度、调速范围、最大行程 以及对运动平稳性要求等。 4)确定各执行元件所承受的负载及其变化范围。 2、拟定液压系统原理图 拟定液压系统原理图一般要考虑以下几个问题。 1) 采用何种型式的执行机构。 2）确定调速方案和速度换接方法。 3）如何完成执行机构的自动循环和顺序动作。 4) 系统的调压、卸荷及执行机构的换向和安全互锁等要求。 5) 压力测量点的合理选择。 根据上述要求选择基本回路，然后将各基本回路组合成液压系统。当液压系统中有多个执行部件时，要注意到它们相互间的联系和影响，有时要采用防干扰回路。 在液压系统原理图中，应该附有运动部件的动作循环图和电磁铁动作顺序表。 3、液压系统的计算和选择液压元件 液压系统计算的目的是确定液压系统的主要参数，以便按照这些参数合理选择液压元件和设计非标准元件。具体计算步骤如下： 1)计算液压缸的主要尺寸以及所需的压力和流量。 2计算液压泵的工作压力、流量和传动功率。 3)选择液压泵和电动机的类型和规格。 4)选择阀类元件和辅助元件的类型和规格。 4、对液压系统进行验算 必要时，对液压系统的压力损失和发热温升要进行验算，但是经过生产实践考验过的同类型设备可供类比参考，或有可靠的试验结果，那末也可以不再进行验算。 5、绘制正式工作图和编制技术文件
液压系统与元件复习题二 思考题和习题 1-1液体传动有哪两种形式它们的主要区别是什么 1-2液压传动系统由哪几部分组成各组成部分的作用是什么 1-3液压传动的主要优缺点是什么 1-4气压传动系统与液压传动系统相比有哪些优缺点 1-5液压油液的粘度有几种表示方法它们各用什么符号表示各用什么单位 1-6国家新标准规定的液压油牌号是在多少温度下的哪种粘度的平均值 1-7液压油的选用应考虑哪几个方面 1-8为什么气体的可压缩性大 1-9什么叫空气的相对湿度对气压传动系统来说，多大的相对湿度合适 1-10液压传动的工作介质污染原因主要来自哪几个方面应该怎么控制工作介质的污染 1-11如图所示的液压千斤顶，小柱塞直径d=10mm，行程=25mm，大柱塞直径 =50000N，手压杠杆比L：l=500：25，试求：（1）此时D=50mm，重物产生的力F 2 密封容积中的液体压力p；（2）杠杆端施加力F为多少时候，才能举起重物；（3）杠杆上下动作一次，重物的上升高度S。 1-12密闭容器内液压油的体积压缩系数k为×10-3/Mpa，压力在1Mpa时的容积为2L。试求在压力升高到10Mpa时液压油的容积。 1-13某液压油的运动粘度为68mm2/s，密度为900kg/m3,如果200mL的某液压油在40°C时从恩氏粘度计中流尽的时间为232s，以知该液压油的密度为900 kg/m3。试求该液压油在40°C时的恩氏粘度、运动粘度和动力粘度。 2-1 什么叫压力压力有拿几种表示方法液压系统的压力与外界负载有什么关系 2-2 解释下述概念：理想流体、定常流动、过流断面、流量、平均流速、层流、紊流和雷诺数。 2-3 连续性方程的本质是什么它的物理意义是什么 2-4 说明伯努利方程的物理意义并指出理想液体伯努利方程和实际液体伯努利方程的区别。 2-5 如图所示，已知测压计水银面高度，计算M点处的压力。 2-6 一个压力水箱与两个U形水银测压计连接如图，a、b、c、d和e分别为各
液压控制元件 一、填空题 1、液压控制阀按连接方式不同，有管式连接、板式及叠加式连接和插装式连接三种连接。 2、单向阀的作用是控制油液单向流动，正向通油时应接通，反向时截止。 3、按阀芯运动的控制方式不同，换向阀可分为手动、机动、电磁、液动和电液换向阀。 4、电磁换向阀的电磁铁按所接电源不同，可分为交流和直流两种。 5、液压系统中常见的溢流阀按结构分为直动型和先导型两种。前者一般用于低压系统，后者一般用于中、高压系统。 6、压力继电器是一种能将压力信号转换为电气信号的能量装置。 7、液压控制阀是液压系统的__控制_____元件。根据用途和工作特点不同，控制阀主要可分为_压力__、__方向___、和_流量___三大类。 8、单向阀是保证通过阀的液流只向一个方向流动而不能反向流动的方向控制阀，一般由阀体阀芯和弹簧等零件构成，其阀芯的结构分为_普通_和_液控__两种。 9、一个换向阀的完整图形符号，应具有表明_工作位_______数,_油口通路数和在各工作位置上_换向____控制方法以及复位、定位方法的符号，换向阀是用来使执行元件__换向_______。 10、对换向阀的主要性能要求是：油路导通时，_压力______ 损失要小：油路断开时，泄露量要小；阀芯换位时，操纵力要小以及换向平稳。 11、三位换向阀处于中间位置时，其油口P、A、B、T间的通路有各种不同的联结形式，以适应各种不同的工作要求，将这种位置时的内部通路形式称为三位换向阀的_
中位机能__。 12、压力阀的共同特点是利用_油液压力________和_弹簧力_______相平衡的原理来进行工作的。 13、直动式溢流阀是利用阀芯上端的弹簧力直接与下端面的液体压力相平衡来控制溢流压力的，一般直动式溢流阀只用于低压系统。 14、实际工作时，溢流阀开口的大小是根据_通过的流量__________自动调整的。 15、减压阀是利用液流通过_阀口缝隙___产生压降的原理，使出口压力低于进口压力，并使出口压力保持基本不变的压力控制阀。 16、溢流阀调定的是_进口_____压力，而减压阀调定的是_出口____ 压力：溢流阀采用_内_____泄，而减压阀采用_外____泄。 17、流量控制阀是通过改变节流口的_流通面积_或通流通道的长短_来改变局部阻力的大小，从而实现对流量进行控制的。 18、方向控制阀的工作原理是利用阀芯和阀体的相对位置改变，实现油路与油路间的接通和断开，以满足系统对油流方向的要求。 19、调速阀能在负载变化时使通过调速阀的流量不变。 20、液压控制阀按连接方式可为螺纹连接阀、法兰连接阀、板式连接阀、叠加式连接阀、插装式连接阀五类。 21、顺序阀的功用是以系统压力信号使多个执行元件自动地按先后顺序动作。 22、指出图中各图形符号所表示的控制阀名称。