液压系统介绍
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第一章介质系统基础知识
2250项目的介质系统主要包括如下几个部分：高压除鳞水系统、液压系统、气动系统、 稀油润滑系统、干油润滑系统、氮气添加装置和废油、新油中央存储设备。 介质系统分布于
整条热轧线的从加热炉到地下卷取机的各个区域设备中， 对于整条热轧生产线的正常、 可靠、
安全运行起着至关重要的作用。
在介质系统的几个部分中，液压系统是最具代表性的系统，其他系统的主要工作原理都 可以由液压系统来推演、 转化出来。因此，这里主要以液压系统作为代表对介质系统的一些 基础知识作一下简单的介绍。
1.1液压系统简介
如图1-1和1-2所示，为一个简化了的工作台往复运动的液压系统。从图中可以看出，
图 1-1 ffl 1 - 2
液压系统包括1、油箱2、过滤器3、液压泵4、溢流阀5、手动换向阀6、节流阀7、换向 阀8液压缸等元件以及连接这些元件的管路。
液压泵3由电动机驱动，从油箱1中吸油，其输出的压力油在图 1-1所示的状态下流经 手动换向阀5――节流阀6――换向阀7进入液压缸8的左腔。液压缸 8的活塞在压力油的 推动下经活塞杆带动工作台右行。这时液压缸右腔的油液经换向阀 7流回油箱。
当工作台右行至其左档块 10碰到换向阀操作杆11时，换向阀阀芯12就被向左拉，成
为图1-2所示状态。此时压力油经过换向阀 7后进入液压缸的右腔，工作台反向左行，液压
缸8左腔的油液经过换向阀 7流回油箱。此后，当工作台左行至其右档块 9碰到换向阀的操 作杆11时，换向阀阀芯12又会被拉回到右位，液压系统恢复到图 1-1的状态，工作台又向
右移动。如此循环动作，实现了往复运动。 液压系统中节流阀 6的通流面积是可调的，通过调节通流面积可以调节通过节流阀的流 量，从而使流入液压缸的油液流量改变， 这样就实现了工作台往复速度的调节。 由于节流阀
通流面积可以无级调节，因此也可以实现工作台速度的无级调节。
当用节流阀6调节进入液压缸的流量时， 从液压泵输出的压力油除了通过节流阀 6输向
液压缸以外，其多余的流量通过溢流阀 4流回油箱。因为只有当溢流阀进口处的压力升高到 能够克服溢流阀4中的弹簧预调压力时，此阀才被打开而让油液流回油箱。 当溢流阀被开启
并维持一定的溢流量时，其进口处的油液压力保持在溢流阀的预调压力值上。 所以，溢流阀
在溢流时起到了控制油液压力的作用。
当工作台需要停止时，拨动手动换向阀 5的手柄13,使阀处于左位，状态如图 1-3所
示。此时液压泵输出的油液直接经过手动换向阀 5流回油箱。
图1-1~1-3是用半结构图形式来表示的液压系统工作原理图，它虽然直观、易于理解，
但是绘制比较麻烦。 为了简化作图，一般液压系统都采用职能符号式的液压原理图。 在这种
原理图中，各种液压元件都用符号表示， 这些符号只表示元件的职能， 连接系统的通路，不
表示其具体结构，因此这种原理图比较简洁。我国制定的液压系统图形符号标准为
GB786-76。图1-4即为职能符号表示的图 1-3所示的液压系统。
从上面的例子可以看出，液压系统可以分成以下四个主要组成部分：
1. 能源装置。它是把机械能转换成液压油压力能的装置，它的主要形式是液压泵。
2. 执行装置。它是把液压油的压力能装化为机械能的装置。 主要有液压缸和液压马达。
（用压力来驱动的马达）.
3. 控制调节装置。它们是控制液压系统中油液压力、流量和方向的装置，主要有各种 压力阀、流量阀和方向阀。
4. 辅助装置。它们是除了上述三项以外的其它装置，比如油箱、蓄能器、密封圈、过 滤器、管路、管接头、加热器、冷却器、空气滤清器、液位计等等。
下面分别介绍各种液压元件。
1・2能源装置：液压泵
液压泵的主要作用是把电动机或其他动力装置输入的机械能转换为油液的压力能。 它是
液压系统的心脏。液压泵的基本工作原理是使液压油充满在密闭的工作容积内， 在工作中依
靠密闭容积的变化来输送液压油。当容积由小变大时吸油，由大变小时排油。
液压泵的种类很多，按照结构形式常见的有齿轮泵、 叶片泵和柱塞泵。柱塞泵又可以分
为轴向柱塞泵和径向柱塞泵。按照输出流量是否可调可以分为定量泵和变量泵， 其中齿轮泵
一般为定量泵，叶片泵和柱塞泵可以为变量泵， 也可以为定量泵。按照它们允许使用的压力
范围，可以分为低压泵、中压泵和高压泵。按照输出油液方向是否可以改变，又可分为单向 泵和双向泵。
常用的液压泵的职能符号如图 1-5所示：
阀 佝 肋 （龙
（a）单向定量泵 （b）双向定量泵
（c）单向变量泵 （d）双向变量泵
图1-5液压泵职能符号
1.2.1齿轮式液压泵
在各种液压泵中，齿轮泵由于结构简单、易于制造和维护而广泛应用于压力不高的液压 系统中。比较有代表性的是外啮合渐开线直齿圆柱齿轮泵。其原理图如图 1-6所示。
图1-6外啮合渐开线直齿圆柱齿轮泵原理图
如图所示，装在壳体内的一对齿轮的齿顶圆柱及侧面均与壳体内壁接触， 因此各个齿间
槽间均形成密闭的工作空间。 齿轮泵的内腔被互相啮合的齿轮分为左、 右两个互不相通的内
腔，分别与进油口和排油口相通。当齿轮按照图示方向旋转时，左侧吸油腔齿轮逐渐分离， 工作空间的容积逐渐变大， 形成部分真空，因此油箱中的油液在大气压的作用下， 经吸油管
进入吸油孔m。吸入的油液在密封的工作空间随齿轮旋转带到右侧的排油腔 e。因为右侧的
齿轮逐渐啮合，工作空间容积逐渐减小，所以齿间的油也被挤出，从排油孔n排出进入系统。 当齿轮不断旋转时， 左右两腔不断完成吸油、 排油过程，将压力油送到液压系统中。齿轮泵 的立体图如图1-7所示，该齿轮泵为 CB-B25型齿轮泵。
■J
图1-7 CB-B25型齿轮泵立体图
1.2.2叶片式液压泵
叶片泵按每转吸排油的次数，可分为单作用式叶片泵和双作用式叶片泵两种。双作用 叶片泵为定量泵，单作用叶片泵大多做成变量泵。叶片泵输出流量均匀，脉动小，噪声小， 但结构复杂。
1.2.2.1 YBi型双作用定量叶片泵
YBi型双作用定量叶片泵工作原理如图 1-8所示。转子4与定子5的中心重合，叶片 3
装在转子槽中，并可在槽内移动。当转子回转时， 由于离心力的作用（有时还在叶片槽底部
通进压力油），使叶片紧贴靠在定子内壁，这样就形成了若干个密封容积。定子的内表面近 似椭圆形，由两段长半径 R的圆弧段CD、GH，两段短半径r的圆弧段AB、EF,以及四段 过度曲线BC、DE、FG、HA所组成。叶片在 AB、EF区域时，密封容积最小。当转子按照 图示方向旋转，叶片在
BC、FG区域中，密封容积逐渐增大，从两个吸油口 b （与吸油口 m
相通）中吸油，称为吸油腔。叶片在 CD、GH区域内时，密封容积最大。叶片在 DE、HA
区域内密封容积逐渐减小，称为压油腔，油液从压油窗口 c （与压油口 n相通）中排出。在
吸油腔与压油腔之间有一段封油区，即 AB、CD、EF、GH区域，把两腔隔开。这种叶片泵
的转子每转一圈，每个密封容积完成两次吸油和压油， 故称为双作用叶片泵。 该型号叶片泵
立体图如图1-9所示。
J
n
A
I
r
量叶片泵立体图 |] m
与转子间有偏心距
从与吸油口 1-8 YB1型双
图1-9 YBi型双作用
1.2.2.2单作用变量叶片泵
单作用叶片泵的工作原理如图 1-10所示。定子具有圆柱形内表面
e。当转子按照图示方向回转时，下半部叶片逐渐伸出，密封容积逐渐变大 m
相通的吸油窗口 a吸油，称为吸油腔。上班部叶片被定子内壁逐渐压进槽内， 密封容积逐渐
变小，称为压油腔，油液通过压油窗口 b从压油口 n中压出。这种叶片泵的转子每旋转一次,
每个密封容积完成一次吸油和压油，所以称为单作用液压泵。 若将转子和定子的偏心距 e做成可调节的，则变成变量叶片泵。其立体图如图 1-11所
示。
图1-10单作用叶片泵原理图
图1-11单作用叶片泵立体图
1.2.3柱塞式液压泵
柱塞泵是靠柱塞在缸体内部往复运动造成密封容积变化来实现吸油与压油的液压泵。 由
于柱塞与缸体内孔均为圆柱面，因此加工方便，配合精度高，密封性能好，结构紧凑，可以 在高压下工作。同时这种液压泵只要改变柱塞的工作行程就能够改变流量， 故很容易实现流
量调节及液流方向的改变。 柱塞泵按柱塞得排列和运动方向的不同， 可以分为轴向柱塞泵和
径向柱塞泵两大类。轴向柱塞泵是指柱塞轴线相互平行于缸体轴线的液压泵， 它又分为斜盘
式和斜轴式两种。
1.2.3.1斜盘式轴向柱塞泵
斜盘式轴向柱塞泵原理图如图 1-12所示。柱塞2装在缸体3中，沿轴向圆周均匀分布。
缸体中心具有花键轴孔，由内传动轴带动旋转。油液经过装在缸体右侧的配油盘 4 （图1-12
中假想配油盘4向右移开，以表达缸体右端面形状） 上的吸油窗口 a进入缸内，使柱塞一端 紧抵在一个与缸体及传动轴轴线成 丫倾角的斜盘1上，配油盘和斜盘都固定不动。 当缸体回
转时，在低压油和斜盘作用下，柱塞就在缸中作往复直线运动。当缸体按图示方向转动时， 在前半部分，柱塞从缸中伸出，这是低压油经配油盘窗口 a吸入缸体孔内；在后半部分，柱
塞被斜盘压进缸内，油液便经过压油窗口 b压出。缸体每旋转一次，每一个柱塞完成一次吸 油和压油，缸体连续旋转，就可以不断输出压力油。该泵的斜盘带有手动调节装置，通过该 装置调节斜盘的倾角 丫，就可以改变其流量。丫角越大，流量越大。因此该泵是一种变量泵。 该泵的立体图如图1-13所示。
图1-12斜盘式轴向柱塞泵原理图
图1-13斜盘式轴向柱塞泵立体图
123.2斜轴式轴向柱塞泵
斜轴式轴向柱塞泵的基本工作原理与斜盘式轴向柱塞泵相同， 但它是使缸体相对于传动
轴倾斜一定角度丫，如图1-14所示。当传动轴2带动起右端的圆盘旋转时，通过连杆机构
