第五章—液压传动调节与控制元件

液压传动与控制1.液压传动的工作原理以液体作为工作介质,并以其压力能进行能量传递的方式,即为液压传动;2.液压传动的特征⑴力或力矩的传递是按照帕斯卡原理静压传递定律进行的⑵速度或转速的传递按容积变化相等的原则进行;“液压传动”也称“容积式传动”;3.液压传动装置的组成⑴动力元件即各种泵,其功能是把机械能转化成压力能;⑵执行元件即液压缸直线运动和马达旋转运动,其主要功能是把液体压力能转化成机械能;⑶控制元件即各种控制阀,其主要作用是通过对流体的压力、流量及流动方向的控制,来实现对执行元件的作用力、运动速度及运动方向等的控制；也用于实现过载保护、程序控制等;⑷辅助元件上述三个组成部分以外的其他元件,如管道、接头、油箱、过滤器等,它们对保证系统正常工作是必不可少的;⑸工作介质是用来传递能量的流体,即液压油;4.液压油的物理性质⑴密度⑵可压缩性表示液体在温度不变的情况下,压力增加后体积会缩小、密度会增大的特性;⑶液体的膨胀性液体在压力不变的情况下,温度升高后其体积会增大、密度会减小的特性;⑷粘性液体受外力作用而流动或有流动趋势时,液体内分子间的内聚力要阻止液体分子的相对运动,由此产生一种内摩擦力;液体内部产生摩擦力或切应力的性质,称为液体的粘性;①动力粘度绝对粘度根据牛顿摩擦定理见流体力学而导出的粘度称为动力粘度,通常以μ表示;②运动粘度同一温度下动力粘度μ与密度ρ的比值为运动粘度,用v表示;③相对粘度条件粘度粘压特性在一般情况下压力对粘度的影响比较小,在工程中当压力低于5Mpa时,粘度值的变化很小,可以不考虑;粘温特性液压油粘度对温度的变化是十分敏感的,当温度升高时,其分子之间的内聚力减小,粘度就随之降低;5.液压泵的主要性能参数⑴压力①工作压力P 液压泵实际工作时的输出压力称为工作压力;②额定压力Ps 液压泵在正常工作条件下,按试验标准规定连续运转的最高压力称为液压泵的额定压力;③峰值压力Pmax 在超过额定压力的条件下,根据试验标准规定,允许液压泵短暂运行的最高压力值,称为液压泵的峰值压力;⑵排量和流量①排量V 液压泵每转一周,由其密封容积几何尺寸变化计算而得出的排出液体的体积称为液压泵的排量;②理论流量qt 在不考虑液压泵泄漏的情况下,在单位时间内所排出的液体体积的平均值称为理论流量;③实际流量q 液压泵在某一具体工况下单位时间内所排出的液体体积称为实际流量;④额定流量qn 液压泵在正常工作条件下,按试验标准规定必须保证的流量,亦即在额定转速和额定压力下泵输出的流量称为额定流量;⑶功率和效率①液压泵的功率损失容积损失液压泵流量上的损失机械损失液压泵在转矩上的损失②液压泵的功率输入功率Pi 作用在液压泵主轴上的机械功率输出功率Po 液压泵在工作过程中的实际吸、压油口间的压差Δp和输出流量q的乘积③液压泵的总效率液压泵的实际输出功率与其输入功率的比值;6.齿轮泵的工作原理当齿轮泵的主动齿轮由电动机带动不断旋转时轮齿脱开啮合的一侧,由密封容积变大则不断从油箱中吸油,轮齿进入啮合的一侧,由于密封容积减小则不断地排油,这就是齿轮泵的工作原理;7.齿轮泵的困油现像当齿轮啮合后,啮合的两齿间的液压油由于齿的封闭无法排出而形成的现象;危害当容积有大变小时,油液受到挤压,造成油液发热,产生振动噪声,功耗增大,轴与轴承受到一附加负荷;当容积由小变大时,封闭空间的压力降低,造成气穴或气蚀,并使容积效率下降;措施在齿轮泵啮合部位侧面的泵盖上铣出两个困油卸荷凹槽;8.内泄漏三条途径泄漏①通过齿轮啮合处的间隙②通过泵体内孔和齿顶圆的径向间隙③通过齿轮两侧面和侧盖板间的端面间隙9.径向力不平衡现象齿轮泵是吸油,压油区对称的非平衡式液压油泵;从吸油腔到压油腔,压力沿齿轮旋转的方向逐齿递减,因此,齿轮和轴受到径向不平衡力的作用;危害径向不平衡力很大时能使轴弯曲,齿顶与壳体接触扫膛现象,同时加速轴承的磨损,降低了轴承的寿命;措施①采用压缩压油口的办法,以减少液压力对齿顶部分的作用面积来减小径向不平衡力；②采用开油槽的办法;10.高压齿轮泵的特点⑴浮动轴套式⑵浮动侧板式⑶挠性侧板式11.叶片泵⑴单作用叶片泵多为变量泵在转子转一周的过程中,每个工作腔完成一次吸油和压油;⑵双作用叶片泵均为定量泵在转子转一周的过程中,每个工作腔完成两次吸油和压油;12.液压缸的分类按结构形式的不同可分为活塞泵、柱塞泵、摆动式、伸缩式等;⑴活塞式液压泵①单活塞杆式②双活塞杆式③无活塞杆式差动连接当单活塞杆液压缸无杆腔和有杆腔同时接通压力油时,称为“差动连接;”差动连接时的推力比非差动连接时小,但速度比非差动连接时大;因此,差动连接是一种减小推力而获得高速的方法;⑵柱塞式液压缸⑶伸缩式液压缸⑷摆动式液压缸⑸增压缸⑹齿轮齿条式液压缸13.液压缸组件的构造一般来说,液压缸的结构主要包括缸体结构、活塞杆导向部分结构、活塞连接结构、密封装置、液压缸安装连接结构、缓冲装置及排气装置等;14.液压阀的分类⑴按功能分类①压力控制阀用来控制液压系统中液流压力的液压控制元件;②流量控制阀用来控制液压系统中液流流量的液压控制元件;③方向控制阀用来控制液压系统中液流的流动方向的液压控制元件;⑵按控制方式分类①定值或开关控制阀②比例控制阀③伺服控制阀⑶按连接方式分类①管式②板式③叠加阀④二通插装阀⑤螺纹插装阀15.方向控制阀⑴单向阀单向阀类似电路中的二极管,在液压系统中单向阀只允许液流沿一个方向流过,反向流动则被截止,因此也称为止回阀;作用保压、锁紧和消除油路干扰⑵换向阀换向阀借助于阀芯与阀体之间的相对运动来改变连接在阀体上各管道的通断关系,使油路接通、断开或改变油液的流动方向,从而实现液压执行元件及其驱动机构的起动、停止或变换运动方向;根据换向时的操纵方式不同,换向阀可分为电磁换向阀、手动换向阀、机动换向阀、液动换向阀、电液换向阀等;16.压力控制阀⑴溢流阀溢流阀在液压系统中主要起定压或安全保护的作用;直动式溢流阀先导式溢流阀⑵减压阀直动式减压阀先导式减压阀⑶顺序阀顺序阀在液压系统中的主要作用是控制执行机构的先后顺序动作,以实现系统的自动控制;直动式顺序阀先导式顺序阀⑷压力继电器压力继电器是一种将油液的压力信号转换成电信号的小型电液控制元件;17.流量控制阀⑴节流阀最基本的控制阀⑵调速阀⑶分流阀18.过滤器的作用液压传动系统中的液压油不可避免地含有各种杂质,杂质混入液压油后,随着液压油的循环作用,进入液压元件内部,严重妨碍液压系统的正常工作;清除混入液压油中的杂质的最有效办法,除利用油箱沉淀一部分大颗粒杂质外,主要是利用各种过滤器来滤除;19.过滤器的分类⑴表面型过滤器粗过滤①网式过滤器②线隙式过滤器⑵深度型过滤器精过滤①纸质过滤器②烧结式过滤器⑶吸附型过滤器20.过滤器在液压系统中的安装位置过滤器只能单向使用⑴安装在液压泵的吸油管路上保护液压泵免遭较大颗粒的杂质的直接伤害⑵安装在压油管路上保护液压泵以外的其他液压元件⑶安装在回油路上保证流回油箱的油液是清洁的⑷安装在辅助泵的输油路上保证杂质不会进入主油路的各液压元件中⑸安装在支流管路上滤除混入油液中的杂质⑹单独过滤滤除油液中的全部杂质21.油箱的作用油箱的作用主要是储存油液,此外还起着散热、分离油液中的气体及沉淀污染物等作用;22.蓄能器的工作原理与功用蓄能器是液压系统中的一种能量储存装置;其主要作用如下：⑴作辅助动力源⑵补偿泄漏和保持恒压用⑶作紧急动力源⑷消除脉动与降低噪声⑸吸收液压冲击23.蓄能器的使用和安装⑴充气式蓄能器应使用惰性气体一般为氮气,允许工作压力视蓄能器结构形式而定;⑵不同的蓄能器各有其适用的工作范围;⑶囊式蓄能器原则上应垂直安装油口向下,只有在空间位置受限制时才允许倾斜或水平安装;⑷装在管路上的蓄能器必须用支板或支架固定;⑸蓄能器与管路系统之间应安装截止阀,供充气、检修时使用;蓄能器与液压泵之间应安装单向阀,以防止液压泵停车时蓄能器内储存的压力油液倒流;24.密封装置密封装置的作用是用来防止压力工作介质的泄漏和阻止外界灰尘、污垢和异物的侵入,是解决液压系统泄漏问题的最关键、最有效的手段;液压系统如果密封不良,可能会出现不允许的内、外泄漏;25.基本液压回路⑴压力控制回路①调压回路使液压系统整体或一部分的压力保持恒定或不超过某个数值;②减压回路使系统中的某一部分油路具有较低的稳定压力;③增压回路通过增压缸来实现提高液压系统中的某一支路的工作压力;④卸荷回路⑤保压回路在执行元件停止运动,而油液需要保持一定的压力时,需要用到保压回路;⑥平衡回路为防止立式液压缸和垂直运动的工作部件因自重而自行下滑,或在下行运动中由于自重而造成失控、失速的不稳定运动,常采用平衡回路;⑦卸压回路对容量大的液压缸和高压系统,应在保压与换向之间采取卸压措施;⑵速度控制回路①节流调速回路效率低工作原理是通过改变回路中流量控制阀通流面积的大小来控制进去执行元件的流量,以调节其运动速度;②容积调速回路容积调速回路是通过改变泵或马达的排量来实现调速的;主要优点没有节流损失和溢流损失,因而效率高,油液温升小,适用于高速、大功率调速系统;缺点变量泵和变量马达的结构较复杂,成本较高;③增速回路使液压执行元件获得所需要的高速,缩短机械的空程运动时间,从而提高系统的工作效率;④速度换接回路使液压执行机构在一个工作循环中从一种运动速度换到另一种运动速度;⑶方向控制回路①换向回路②锁紧回路通过切断执行元件的进油、出油通道来使它停在规定的位置上;③缓冲回路防止执行元件起动、停止时的冲击;④回转回路提高工作效率和整机机动性;⑷多执行元件控制回路①顺序动作回路实现多个执行元件按预定的次序动作的液压回路;②同步动作回路实现多个元件以相同的位移或相等的速度运动的液压回路;③互不干扰回路防止液压系统中的几个液压执行元件因速度快慢的不同而在动作上互相干扰的液压回路;⑸液压马达控制回路①液压马达串、并联回路适应行走机械的不同工况;②液压马达制动回路使液压马达迅速停转;。

《液压传动与控制》习题集液压传动课程组兰州工专内部使用前言《液压传动与控制》教材由兰州工业高等专科学校、云南工学院、新疆工学院、陕西工学院四所院校编写，于1994年6月由重庆大学出版社出版。

阅历十余年，液压传动的内容发展很快，所以修订后再出版。

为有利于教学，编了该教材的思考题与习题集，仅供参考。

编者2005年月目录绪论 (4)第一章工作介质及液压流体力学基础 (4)第二章液压泵及液压马达 (7)第三章液压缸 (9)第四章控制阀 (10)第五章液压辅件 (13)第六章液压基本回路 (14)第七章典型液压系统分析 (19)第八章液压系统的设计与计算 (20)第九章液压伺服控制系统 (20)第十章液压系统（设备）的安装、调试、使用及维护 (21)第十一章液压系统的故障诊断及排除 (21)绪论0-1 何谓液压传动？其基本工作原理是怎样的?0-2 结合图0-2所示的液压系统图，说明液压系统由哪几部分组成?各起什么作用? 0-3 液压元件在系统图中是怎样表示的?0-4 液压传动与机械传动、电气传动和气压传动相比较，有哪些优缺点?第一章 工作介质及液压流体力学基础1-1什么是液体的粘性?常用的粘度表示方法有哪几种，并分别叙述其粘度单位。

1-2压力的定义是什么?静压力有哪些特性?压力是如何传递的?1-3什么是绝对压力、相对压力、表压力、真空度?它们之间的关系是什么? 1-4为什么说液压系统的工作压力决定于外负载?液压缸有效面积一定时，其活塞运动速度由什么来决定?1-5伯努利方程的物理意义是什么?该方程的理论式与实际式有何区别?1-6什么是层流?什么是紊流?液压系统中液体的流动希望保持层流状态，为什么? 1-7管路中的压力损失有哪几种?分别受哪些因素影响?1-8有200cm 3的液压油，在50℃时流过恩氏粘度计的时间t 1=153s ；同体积的蒸馏水在20℃时流过的时间t 2＝51s 。

该油的恩氏粘度o E 50、运动粘度v 、动力粘度μ各为多少 ? 油液的新、旧牌号各为什么?解：3511532150==t t E ＝()c s t E E v 12.213/64.830.8/64.80.85050=-⨯=-=()cp v 19109001012.2136=⨯⨯⨯=⋅=-ρμ旧牌号 20 ；新牌号 N321-9某液压油的运动粘度为20cSt ，其密度ρ = 900kg ／m 3，求其动力粘度和恩氏粘度各为多少?解：()cp v 1810900102036=⨯⨯⨯=⋅=-ρμ 由 t t E E v/64.80.8-= 导出 064.80.8=--t t E v E()1626204264.88420202±=⨯-⨯⨯-±=t E875.21=t E375.02-=t E （舍去）1-10如图所示直径为d ，重量为G 的柱塞浸没在液体中，并在F 力作用下处于静止状态。

《液压与气压传动》平时作业平时作业（一）第一章概述1.液压传动系统由哪几部分组成？各个组成部分的作用是什么？答:（1）能源装置：将原动机所提供的机械能转变成液压能的装置，通常称液压泵。

（2）执行元件：将液压泵所提供的液压能转变称机械能的元件。

（3）控制元件：控制或调节液压系统中液压油的压力、流量和液压油的流动方向元件。

（4）辅助元件：上述三部分以外的其他元件，例如油箱、油管、管接头、蓄能器、滤油器、冷却器、加热器及各种检测仪表等，它们的功能各不相同，但对保证系统正常工作有重要作用。

（5）工作介质：油液或液压液，是液压传动中能量传递的载体。

2.液压传动的主要优缺点是什么？答：优点：（1）与机械传动、电力传动同功率相比较时，液压传动的体积小、重量轻、结构紧凑。

（2）工作平稳、反应快、冲击小、能高速启动、制动、能够频繁换向。

（3）可实现大范围的无级调速，能在运行过程中进行调速，调速范围可达（2000：1）。

（4）控制方便，易于实现自动化，对压力、流量、方向易于进行调节或控制。

（5）易于实现过载保护。

（6）液压元件已经标准化、系列化和通用化，在液压系统的设计和使用中都比较方便。

（7）有自润滑和吸振性能。

缺点：（1）不能保证严格的传动比。

（2）损失大，有利于远距离传输。

（3）系统工作性能易受温度影响，因此不易在很高或很低的温度条件下工作。

（4）液压元件的制造精度要求高，所以元件价格贵。

（5）液压诉故障不易查找。

（6）工作介质的净化要求高。

第二章液压油与液压流体力学基础1.试解释下列概念（1）恒定流动：液体流动时，若液体中任何一点的压力、流速和密度都不随时间而变化，这种流动就称为恒定流动。

（2）非恒定流动：流动时压力、流速和密度中任何一个参数会随时间变化，则称为非恒定流动（也称非定常流动）。

（3）通流截面：液体在管道中流动时，垂直于流动方向的截面称为通流截面。

（4）流量：单位时间内，流过通流截面的液体体积为体积流量，简称流量。

《液压传动》知识要点液压传动是利用液体介质传递能量和控制信号的一种传动方式。

它被广泛应用于机械、航空、航天、农机、矿山、冶金等领域。

本文将介绍液压传动的基本工作原理、组成部分、应用特点以及维护保养方法等知识要点。

一、液压传动的基本工作原理1.液压传动的基本原理是利用液体传递力和能量，它通过泵将液体从低压区域吸入，再通过阀门和管道传递到高压区域，然后通过液压缸、马达或执行器等将能量转化为机械动力。

2.液体在液压系统中的流动具有不可压缩性、密封性和传递力矩的特点，可实现精确的力量控制和位置控制，具有稳定、可靠、高效的特性。

二、液压传动的组成部分1.液压泵：用于将液体从低压区域吸入并提供高压，常见的泵有齿轮泵、柱塞泵和液压雾化泵等。

2.阀门：用于控制液体的流动方向、压力和流量，常见的阀门有单向阀、调压阀、换向阀和溢流阀等。

3.液压缸：将液压能量转化为直线运动，用于实现推拉力、举升力等功能，常见的液压缸有单作用液压缸和双作用液压缸等。

4.液压马达：将液压能量转化为旋转运动，用于驱动各种旋转装置，常见的液压马达有齿轮马达、柱塞马达和液压齿轮泵等。

5.油箱和管路：用于存储液体和传递液压能量，油箱内常设置过滤器、散热器和油位检测器等。

6.控制元件：包括手动控制阀、电磁阀、液控阀和传感器等，用于控制系统的动作和工作状态。

三、液压传动的应用特点1.大功率传递：液压传动可以传递较大的功率和扭矩，适用于需要大力量和大速度的工况。

2.精确控制：液压传动可通过调节阀门和流量控制器来精确控制液压缸和马达的速度、力量和位置，实现准确的运动控制。

3.反应灵敏：液压系统的响应速度快，能够在短时间内完成加速、减速和停止等动作，适用于高速运动和频繁启停的应用。

4.稳定可靠：液压传动具有较高的稳定性和可靠性，能够在极端环境条件下工作，不易受温度、湿度和震动等影响。

5.传递距离远：液压传动的液体介质可通过管道传递，可以在几十米甚至几百米的距离上传递能量。

液压传动的工作原理及组成液压传动是一种机械系统，它利用流体的压力来传递能量，实现机器的控制和工作。

在液压传动系统中，油由一台泵提供，经过管道输送到各个工作部位，利用控制元件实现控制和调节，最终实现机器的运动和工作。

液压传动系统的组成液压传动系统由五个基本部分组成：液压能源、执行元件、工作介质（液体）、传动管路和控制元件。

液压能源是指泵电机组、减压阀、油箱等，通常利用电机驱动泵来提供油压能源。

执行元件是指油缸、马达、液压缸等，它们是液压传动系统的动力输出部分。

工作介质是指液体，通常使用粘度较小的矿物油或合成油。

传动管路是指将油液从泵输送到各个执行元件的管道系统，例如油管、接头、法兰等。

控制元件是指液控制阀、电控制阀等，通过启动和关闭控制元件来控制和调节系统的油路和压力。

液压传动系统的工作原理液压传动系统的工作原理是将液压能转换成机械能，通过对油液的控制来控制机器的运动。

液压传动系统的工作过程分为四个阶段：1. 取力阶段：在液压缸或液压马达的作用下，油液进入执行元件，传递出力。

2. 运动阶段：在控制元件的作用下，油液进入或排出执行元件，控制机器的速度和方向。

3. 过载阶段：当执行元件所需的力大于系统允许的最大力时，系统的压力会增大，此时系统启动减压阀来保护系统不被过载损坏。

4. 稳态阶段：在系统所需压力和油流量恒定的情况下，系统稳定工作。

液压传动系统的优点相对于机械传动和电动传动，液压传动具有以下优点：1. 承受重载能力强：由于油液是无限制的，所以液压传动系统能够承受大量的重载和冲击力。

2. 调节灵活，控制精度高：液压传动能够快速准确地调节，能够在一定程度上保证系统的精度和可靠性。

3. 能量损耗小：液压传动系统不需要传统的计量机构，从而能够在高效率和节能方面表现出色。

总结液压传动系统是一种工作原理简单，组成部分较少的系统，但却具有很多优点。

液压传动系统能够承受重载和冲击力，调节灵活，能量损耗小，控制和调节极其方便，因此在各行各业中有着广泛的应用。

第一章绪论一、填空题1 、一部完整的机器一般主要由三部分组成，即 、 、2 、液体传动是主要利用 能的液体传动。

3 、液压传动由四部分组成即 、 、 、 。

4 、液压传动主要利用 的液体传动。

5 、液体传动是以液体为工作介质的流体传动。

包括 和 。

二、计算题：1:如图 1 所示的液压千斤顶，已知活塞 1 、 2 的直径分别为 d= 10mm ， D= 35mm ，杠杆比 AB/AC=1/5 ，作用在活塞 2 上的重物 G=19.6kN ，要求重物提升高度 h= 0.2m ，活塞 1 的移动速度 v 1 = 0.5m /s 。

不计管路的压力损失、活塞与缸体之间的摩擦阻力和泄漏。

试求：1 ）在杠杆作用 G 需施加的力 F ；2 ）力 F 需要作用的时间；3 ）活塞 2 的输出功率。

二、课后思考题：1 、液压传动的概念。

2 、液压传动的特征。

3 、液压传动的流体静力学理论基础是什么？4 、帕斯卡原理的内容是什么？5 、液压传动系统的组成。

6 、液压系统的压力取决于什么？第一章绪论答案一、填空题第1空：原动机；第2空：传动机；第3空：工作机；第4空：液体动能; 第5空 ：液压泵； 6 ：执行元件； 7 ：控制元件； 8 ：辅助元件； 9 ：液体压力能； 10 ：液力传动； 11 ：液压传动二、计算题：答案：1 ）由活塞2 上的重物 G 所产生的液体压力=20×10 6 Pa根据帕斯卡原理，求得在 B 点需施加的力由于 AB/AC=1/5 ，所以在杠杆 C 点需施加的力2 ）根据容积变化相等的原则求得力 F 需施加的时间3 ）活塞 2 的输出功率第二章液压流体力学基础一、填空题1、油液在外力作用下，液层间作相对运动进的产生内摩擦力的性质，叫做 。

2、作用在液体内部所有质点上的力大小与受作用的液体质量成正比，这种力称为 。

3、作用在所研究的液体外表面上并与液体表面积成正比的力称为 。

4、 液体体积随压力变化而改变。