（一）液压泵
液压泵是液压系统的动力元件，是靠发动机或电动机驱动，从液压油箱中吸入油液，形成压力油排出，送到执行元件的一种元件。液压泵按结构分为齿轮泵、柱塞泵、叶片泵和螺杆泵。
1. 液压泵的工作原理
如图8-1-3所示，柱塞2装在泵体3内，并可做左右移动，在弹簧4的作用下，柱塞2紧压在偏心轮1的外表面上。当电机带动偏心轮1旋转时，偏心轮推动柱塞2左右运动，使泵体3密封容积V的大小发生周期性的变化。当密封容积V由小变大时就形成局部真空，使油箱中的油液在大气压的作用下，经吸油管道顶开单向阀5进入油腔实现吸油。反之，当V由大变小时，油腔中油液压力增大，顶开单向阀6流入系统而实现压油。电机带动偏心轮1不断旋转，液压泵就不断地吸油和压油。
图8-1-3 液压泵工作原理
1—偏心轮；2—柱塞；3—泵体；4—弹簧；5，6—单向阀。
综上所述，液压泵是依靠密封容积的变化来实现吸油和压油的。其工作过程包括吸油过程和压油过程。要实现这样的工作过程，必须具备下列条件：
（1）必须能够形成密封容积。
（2）密封容积的大小能交替变化。
（3）要有控制元件。
（4）吸油过程中，油箱必须与大气相通。
控制元件的作用：在吸油时，密封容积与油箱相通，同时关闭供油管路；压油时，密封容积与供油管路相通，同时关闭与油箱的连接。图8-2-1中，单向阀5、6就是控制元件。
2. 常用液压泵的种类
液压泵的种类很多，常见的分类如下。（1）按流量是否可调节分。
变量泵：输出流量可以根据需要来调节的液压泵。定量泵：流量不能调节的液压泵。
（2）按泵结构分。
齿轮泵：体积较小，结构较简单，对油的清洁度要求不严，价格较便宜，但泵轴受不平衡力，磨损严重，泄漏较大。
叶片泵：分为双作用叶片泵和单作用叶片泵。这种泵流量均匀、运转平稳、噪声小、压力和容积效率比齿轮泵高、结构比齿轮泵复杂。
柱塞泵：容积效率高、泄漏小、可在高压下工作，大多用于大功率液压系统，但结构复杂，材料和加工精度要求高、价格贵、对油的清洁度要求高。
3. 液压泵图形符号
液压泵的图形符号见表8-1-1。
表8-1-1 液压泵图形符号
4. 常用液压泵介绍
（1）齿轮泵。
齿轮泵是由泵体和一对互相啮合的齿轮构成，齿轮外啮合则为外啮合齿轮泵，如图8-1-4所示，齿轮内啮合则为内啮合齿轮泵，如图8-1-5所示。齿轮的两端由端盖密封，这样由泵体、齿轮的各个齿槽和端盖形成了多个密封工作腔，同时轮齿的啮合线又将左右两腔隔开，形成了吸、压油腔。当齿轮按图8-1-4所示方向旋转时，左侧吸油腔内（A腔）的轮齿相继脱离啮合，密封工作腔容积不断增大，形成部分真空，在大气压力作用下经吸油管从油箱吸进油液，并被旋转的轮齿齿间槽带入左侧。左侧压油腔（B腔）由于轮齿不断进入啮合，使密封工作腔容积减小，油液受到挤压被输出送往系统。这就是齿轮泵的吸油和压油过程。齿轮泵由于密封容积变化范围不能改变，故流量不可调，是定量泵。
图8-1-4 外啮合齿轮泵（齿轮泵工作原理见AR）
图8-1-5 内啮合齿轮泵
齿轮泵的优点：结构简单，易于制造，价格便宜，工作可靠，维护方便。
齿轮泵的缺点：工作中存在流量脉动和压力脉动，并产生振动和噪声；容积效率（指泵的实际流量与理论流量的比值）较低；所受的径向液压力不平衡。
由于存在上述缺点，齿轮泵一般只能用于低压轻载系统，但工程实际中也有用于高压的齿轮泵。
（2）叶片泵。
叶片泵分为单作用叶片泵（图8-1-6）和双作用叶片泵（图8-1-7），单作用叶片泵在转子每转一周过程中，每个密封容腔容积吸油压油各一次，故称为单作用叶片泵。又因这种泵的转子受有不平衡的液压作用力，故又称不平衡式叶片泵。所谓双作用叶片泵是指转子每转一周完成两次吸压油过程。单作用叶片泵流量可变，可作定、变量泵用；双作用叶片泵流量不可变，只能作定量泵用，其结构由定子、转子、叶片和配流盘组成。
叶片泵的优点：结构紧凑，工作压力较高，流量脉动小，工作平稳，噪声小，寿命较长。
图8-1-6 单作用叶片泵
1—排油口；2—转子；3—定子；4—叶片；5—吸油口。
图8-1-7 双作用叶片泵
1—定子；2—转子；3—叶片；4—配流盘；a—吸油槽；b—排油槽。
叶片泵的缺点：吸油能力差，对油液污染比较敏感，结构复杂，制造工艺要求比较高，成本高。
（3）柱塞泵。
柱塞泵分为轴向柱塞泵（图8-1-8）和径向柱塞泵（图8-1-9），其工作原理是依靠柱塞在缸体内往复运动，使密封工作容积变化来实现吸油和压油。
图8-1-8 轴向柱塞泵
1—配流盘；2—缸体；3—柱塞；4—斜盘。
图8-1-9 径向柱塞泵
柱塞泵的优点：参数高、效率高、寿命长、变量方便、单位功率的重量轻。
柱塞泵的缺点：结构较复杂，零件数较多；自吸性差；制造工艺要求较高，成本较高；油液对污染较敏感，要求较高的过滤精度，对使用和维护要求较高。
（二）液压执行元件
液压执行元件是利用流体能量做机械功的。将液压能转换为机械能以实现往复运动或回转运动的执行元件，分为液压缸和液压马达。液压执行元件的优点是单位重量和单位体积的功率很大，机械刚性好，动态响应快。因此它被广泛应用于精密控制系统、航空和航天等各部门。导弹舵机采用液压缸推动舵面，可以减轻导弹重量、提高舵系统的快速性和动态、静态刚度。它的缺点是制造工艺复杂、维护困难和效率低。
1. 液压缸
液压缸是液压系统中的执行元件，能将液压能转换为直线（或旋转）运动形式的机械能，输出运动速度和力，它结构简单，工作可靠。液压缸的种类很多，常常按其作用和结构形式来分类。
（1）单杆活塞缸。
单杆活塞缸结构如图8-1-10所示，其结构由缸筒、端盖、活塞、活塞杆等主要部分组成。缸筒11和前后端盖2、17用四个拉杆和螺栓1紧固连成一体。活塞9通过半环6、轴套5和轴用挡圈4构成的半环连接固定在活塞杆12上，这种连接方式工作可靠。为了保证形成的油腔具有可靠的密封和防止泄漏，在前后端盖和缸筒之间、缸筒和活塞之间、活塞和活塞杆之间及活塞杆与后端盖之间都分别设置了相应的密封圈3、7、8和15。为了防止活塞杆在运动时发生轴线偏斜，后端盖和活塞杆之间还装有导向套14，同时安装了防尘圈16，目的是防止脏物和灰尘进入液压缸内部。缓冲套10可以使活塞及活塞杆在右移行程终端处减速，以防止或减弱活塞对端盖的撞击。端盖上开设的油口布置在缸筒的最上方，以便回油时将油液中夹杂的少量空气带回油箱溢出。
（2）双杆活塞缸。
双活塞杆液压缸的结构基本上也由缸筒组件、活塞组件、密封装置、缓冲装置和排气装置等五大部分组成，如图8-1-11所示。
图8-1-10 单杆活塞缸结构
1—螺栓；2—前端盖；3，8—O形密封圈；4—轴用挡圈；5—轴套；6—半环；7，15—Y形密封圈；9—活塞；10—缓冲套；11—缸筒；12—活塞杆；13—进出油口；14—导向套；16—防尘圈；17—后端盖。
图8-1-11 双杆活塞缸结构
液压缸常见表示符号见表8-1-2。
表8-1-2 液压缸图形表示符号
2. 液压马达
液压马达是液压系统中的执行元件，它是将液压能转换为机械能的能量转换装置，它与液压缸的不同之处在于液压马达输出的是旋转运动，而液压缸输出的是直线运动或摆动。
液压马达的类型有齿轮式、叶片式和柱塞式三种。
（1）齿轮式液压马达。
齿轮式液压马达结构与齿轮式液压泵类似，主要用于高转速、小转矩的场合，也用作笨重物体旋转的传动装置。由于笨重物体的惯性起到飞轮的作用，可以补偿旋转的波动，因而齿轮式液压马达在起重设备中应用比较多。但是齿轮式液压马达输出转矩和转速的脉动较大，径向力不平衡，在低速及负荷变化时运转的稳定性较差。
（2）叶片式液压马达。
叶片式液压马达如图8-1-12所示，它是利用作用在转子叶片上的压力差工作的，其输出转矩与液压马达的排量及进、出油口压力差有关，转速由输入流量决定。叶片式液压马达的叶片一般径向放置，叶片底部应始终通有压力油。叶片式液压马达的最大的特点是体积小、惯性小，因此动作灵敏，适用于换向频率较高的场合。但是这种液压马达工作时泄漏量较大，机械特性较软，低速工作时不稳定，调速范围也不能很大。因此，叶片式液压马达主要适用于高转速、小转矩和动作要求灵敏的场合，也可以用于对惯性要求较小的各种随动系统中。
图8-1-12 叶片式液压马达
（3）柱塞式液压马达。
图8-1-13所示为柱塞式液压马达结构原理，柱塞式液压马达根据柱塞的排列方式不同，可分为径向柱塞式液压马达和轴向柱塞式液压马达。柱塞泵和柱塞式液压马达的结构基本相同，工作原理是可逆的，一般的柱塞泵都可用作液压马达。柱塞式液压马达由于排量较小，输出转矩不大，所以是一种高速小转矩液压马达。
图8-1-13 柱塞式液压马达结构原理
1—斜盘；2—柱塞；3—缸体；4—配油盘。
（三）液压控制元件（液压控制阀）
液压控制阀是液压控制系统中用来控制液体压力、流量和方向的元件。其中，控制压力的称为压力控制阀，控制流量的称为流量控制阀，控制通、断和流向的称为方向控制阀。
液压控制阀（简称液压阀）在液压系统中的功用是通过控制调节液压系统中油液的流向、压力和流量，使执行器及其驱动的工作机构获得所需的运动方向、推力（转矩）及运动速度（转速）等。任何一个液压系统，不论其如何简单，都不能缺少液压阀。同一工作目的的液压机械设备，通过液压阀的不同组合使用，可以组成油路结构截然不同的多种液压系统方案。因此，液压阀是液压系统中品种与规格最多、应用最广泛、最活跃的部分（元件）。液压系统能否按照既定要求正常可靠地运行，在很大程度上取决于其中所采用的各种液压阀的性能优劣及参数匹配是否合理。
1. 压力控制阀
用来控制液压系统中的压力，或利用系统中的压力的变化来控制其他液压元件动作的元件称为压力控制阀。它是利用作用于阀芯上液压力与弹簧力相平衡的原理来完成工作的。
（1）溢流阀。
溢流阀能控制液压系统在达到调定压力时保持恒定状态，起溢流、稳压和限压保护作用。用于过载保护的溢流阀称为安全阀。当系统发生故障，压力升高到可能造成破坏的限定值时，阀口会打开而溢流，以保证系统的安全。溢流阀可分为直动式溢流阀（图8-1-14）和先导式溢流阀（图8-1-15）两种。
图8-1-14 直动式溢流阀
1—阀体；2—阀芯；3—弹簧；4—调压螺杆。
图8-1-15 先导式溢流阀
1—主阀弹簧；2—主阀芯；3—阻尼孔；4—先导阀；5－调压弹簧。
（2）减压阀。
减压阀能降低系统某一支路的油液压力，使同一系统有两个或多个不同压力。减压阀按它所控制的压力功能不同，又可分为定值减压阀（输出压力为恒定值）、定差减压阀（输入与输出压力差为定值）和定比减压阀（输入与输出压力间保持一定的比例）；按结构可分为直动型减压阀（图8-1-16）和先导型减压阀（图8-1-17）。（3）顺序阀。
图8-1-16 直动型减压阀
1—调压螺栓；2—调压弹簧；3—阀芯；4—阀体。
图8-1-17 先导型减压阀
顺序阀能利用液压系统中的压力变化来控制油路的通断，从而实现某些液压元件按一定的顺序动作，即能使一个执行元件（如液压缸、液压马达等）动作以后，再按顺序使其他执行元件动作。按控制油路连接方式可分为内控式和外控式顺序阀，按结构和工作原理可分为直动型顺序阀（图8-1-18）和先导型顺序阀（图8-1-19）。
图8-1-18 直动型顺序阀
图8-1-19 先导型顺序阀
2. 流量控制阀
流量控制阀利用调节阀芯和阀体间的节流口面积和它所产生的局部阻力对流量进行调节，从而控制执行元件的运动速度。
流量控制阀按用途分为以下5种。(www.xing528.com)
（1）节流阀（图8-1-20）。
节流阀在调定节流口面积后，能使载荷压力变化不大和运动均匀性要求不高的执行元件的运动速度基本上保持稳定。
（2）调速阀（图8-1-21）。
调速阀在载荷压力变化时能保持节流阀的进出口压差为定值。这样，在节流口面积调定以后，不论载荷压力如何变化，调速阀都能保持通过节流阀的流量不变，从而使执行元件的运动速度稳定。
图8-1-20 节流阀
图8-1-21 调速阀结构原理
1—减压阀阀芯；2—节流阀阀芯；3—溢流阀。
3. 方向控制阀
方向控制阀按用途分为单向阀和换向阀。
（1）单向阀。
单向阀只允许流体在管道中单向接通，反向即切断。如图8-1-22所示，当压力油从进油口P1流入，从出油口P2流出。反向时，因油口P2一侧的压力油将阀芯紧压在阀体上，使阀口关闭，液压油不能流动到P1一侧。
（2）换向阀。
换向阀可以改变不同管路间的通、断关系，根据阀芯在阀体中的工作位置数分两位、三位等，根据所控制的通道数分两通、三通、四通、五通等，如二位二通、三位三通，三位五通等，根据阀芯驱动方式分手动、机动、电磁、液动等。
图8-1-22 单向阀结构原理
1—控制活塞；2—顶杆；3—阀芯；4—阀体；5—弹簧。
一个换向阀的完整符号应具有工作位置数、通口数和在各工作位置上阀口的连通关系、控制方法以及复位、定位方法等。如图8-1-23所示为三位四通电磁换向阀。
图8-1-23 三位四通电磁换向阀
其中，“位”是指阀与阀的切换工作位置数，用方格表示。
其中，“通”指阀的通路口数，即箭头“↑”或封闭符号“⊥”与方格的交点数。三位阀的中格、两位阀画有弹簧的一格为阀的常态位。常态位应绘出外部连接油口（格外短竖线）的方格。工作位置数和通路数表示如图8-1-24所示。
图8-1-24 阀的工作位置数和通路数
（四）液压基本回路
液压基本回路是指由某些液压元件和附件所构成的能完成某种特定功能的回路。液压基本回路根据其功能的不同可以分为方向控制回路、压力控制回路、速度控制回路和顺序动作控制回路四大类。
1. 方向控制回路
在液压系统中，控制执行元件的启动、停止（包括锁紧）及换向的回路。方向控制回路主要有换向回路和锁紧回路两种。
（1）换向回路。
换向回路用来控制执行元件的运动方向。如图8-1-25所示，当换向阀接通左位时，液压泵的油液通往液压缸的无杆腔，使活塞向右运动；当换向阀接通右位时，液压泵的油液通往液压缸的有杆腔，使活塞向左运动。图8-1-26所示为三位四通手动换向回路。
图8-1-25 二位四通电磁换向阀的换向回路
图8-1-26 三位四通手动换向阀的换向回路
（2）锁紧回路。
锁紧回路能使执行元件能在任意位置上停留以及停止工作时防止因受外力作用而发生移动。如图8-1-27所示，当换向阀处于中位时，液压缸的进出口都将被封闭，此时可以将液压缸锁紧。图8-1-28所示为采用液控单向阀的锁紧回路。
图8-1-27 三位四通电磁换向阀的锁紧回路
图8-1-28 采用液控单向阀的锁紧回路
2. 压力控制回路
在液压系统中，利用压力控制阀来调节系统或系统某一部分的压力的回路称为压力控制回路。压力控制回路可以实现调压、减压、增压、卸荷等功能。因此压力控制回路主要有调压回路、减压回路、增压回路和卸荷回路四种。
（1）调压回路。
调压回路能使液压系统整体或某一部分的压力保持恒定或不超过某个数值，调压功能主要由溢流阀完成，如图8-1-29所示。
图8-1-29 采用溢流阀的调压回路
（2）减压回路。
减压回路能使系统中的某一部分油路具有较低的稳定压力，减压功能主要由减压阀完成，如图8-1-30所示。
（3）增压回路。
增压回路能使系统中局部油路或个别执行元件的压力得到比主系统压力高得多的压力，如图8-1-31所示。
图8-1-30 采用减压阀的减压回路
图8-1-31 采用增压液压缸的增压回路
（4）卸荷回路。
卸荷回路能使液压泵驱动电动机不频繁启闭，让液压泵在接近零压的情况下运转，以减少功率损失和系统发热，延长泵和电动机的使用寿命，如图8-1-32和8-1-33所示。
3. 速度控制回路
速度控制回路是控制执行元件运动速度的回路，一般采用改变进入执行元件的流量来实现，速度控制回路主要分为调速回路和速度换接回路两类。
图8-1-32 二位二通换向阀卸荷回路
图8-1-33 三位四通换向阀构成的卸荷回路
（1）调速回路。
调速回路用于调节工作行程速度，常见的调速回路有进油节流调速回路、回油节流调速回路和变量泵的容积调速回路。
① 进油节流调速回路。
图8-1-34所示的进油节流调速回路中，将节流阀串联在液压泵与液压缸之间。泵输出的油液一部分经节流阀进入液压缸的工作腔，泵多余的油液经溢流阀流回油箱。由于溢流阀有溢流作用，泵的出口压力pB保持恒定。调节节流阀通流截面积，即可改变通过节流阀的流量，从而调节液压缸的运动速度。
图8-1-34 进油节流调速回路
② 回油节流调速回路。
如图8-1-35所示的回油节流调速回路，将节流阀串接在液压缸与油箱之间，调节节流阀流通面积，可以改变从液压缸流回油箱的流量，从而调节液压缸运动速度。
③ 变量泵的容积调速回路。
图8-1-36所示的变量泵容积调速回路，依靠改变液压泵的流量来调节液压缸速度的回路。液压泵输出的压力油全部进入液压缸，推动活塞运动。改变液压泵输出油量的大小，从而调节液压缸运动速度。溢流阀起安全保护作用，该阀平时不打开，在系统过载时才打开，从而限定系统的最高压力。
图8-1-35 回油节流调速回路
图8-1-36 变量泵的容积调速回路
（2）速度换接回路。
速度换接回路是使不同速度相互转换的回路。常见的速度换接回路有液压缸差动连接速度换接回路、短接流量阀速度换接回路、串联调速阀速度换接回路以及并联调速阀速度换接回路。
① 液压缸差动连接速度换接回路。
它是利用液压缸差动连接获得快速运动的回路。如图8-1-37所示，液压缸差动连接，当相同流量进入液压缸时，其速度提高。图中用一个二位三通电磁换向阀来控制快慢速度的转换。
② 短接流量阀速度换接回路。
它是采用短接流量阀获得快慢速运动的回路。图8-1-38所示为二位二通电磁换向阀左位工作，回路回油节流，液压缸慢速向左运动。当二位二通电磁换向阀右位工作时（电磁铁通电），流量阀（调速阀）被短接，回油直接流回油箱，速度由慢速转换为快速。图中的二位四通电磁换向阀用于实现液压缸运动方向的转换。
图8-1-37 液压缸差动连接速度换接回路
图8-1-38 短接流量阀速度换接回路
③ 串联调速阀速度换接回路。
它是采用串联调速阀获得速度换接的回路。图8-1-39所示为二位二通电磁换向阀左位工作，液压泵输出的压力油经调速阀A后，通过二位二通电磁换向阀进入液压缸，液压缸工作速度由调速阀A调节；当二位二通电磁换向阀右位工作时（电磁铁通电），液压泵输出的压力油通过调速阀A，须再经调速阀B后进入液压缸，液压缸工作速度由调速阀B调节。
④ 并联调速阀速度换接回路。
它是采用并联调速阀获得速度换接的回路。如图8-1-40所示，两工作进给速度分别由左右两个调速阀调节，速度转换由二位三通电磁换向阀控制。
图8-1-39 串联调速阀速度换接回路
图8-1-40 并联调速阀速度换接回路
4. 顺序动作控制回路
顺序动作控制回路能实现系统中执行元件动作先后次序。
如图8-1-41所示，当电磁铁通电时，换向阀左位接入系统，泵的输油进入夹紧缸无杆腔，活塞右移实现夹紧动作；夹紧结束后，系统压力升高，使顺序阀A打开，泵的油液进入钻孔缸的无杆腔，活塞右移实现加工；加工完毕，电磁铁断电，换向阀右位接入系统，泵的输油进入加工缸有杆腔，活塞左移实现快退动作；快退结束后，系统压力升高，使顺序阀B打开，泵的油液进入夹紧缸的有杆腔，活塞左移松开工件。为保证顺序动作的可靠性，顺序阀的调定压力应大于先动作缸的最高工作压力0.8～1 MPa。
图8-1-41 采用两个单向顺序阀顺序动作控制回路
【思考】
液压传动和机械传动各有什么优劣势？通过比较能给我们什么人生启示？
【实践操作】
利用一个二位四通换向阀设计一个双作用液压缸的简单液压换向回路，绘制出换向回路图。
【任务测评】
1. 液压传动的工作原理是什么？一个完整的液压系统由哪几部分组成？
2. 液压传动的优缺点是什么？
3. 液压泵可分为哪些种类？
4. 液压缸的种类有哪些？
5. 液压阀的作用是什么？有哪些种类？
6. 液压基本回路根据其功能的不同可以分为哪几类？
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