任务目标
课程导入
通过识别液压元件及其图形符号，掌握液压传动系统的工作过程及原理；通过识读各种液压基本回路，掌握液压传动系统的工作过程。
知识准备
液压系统的组成
液压传动系统由动力元件、执行元件、控制元件和辅助元件四大部分组成。
1.动力元件
动力元件是将输入的机械能转换为工作液体的压力能的能量转换装置，是系统的动力源。液压泵是液压系统的动力元件。
（1）液压泵的图形符号
液压泵大多为容积式泵。容积式泵的基本工作原理：利用泵的密封容积的变化，即容积由小变大时吸油、容积由大变小时压油，从而完成泵油工作。
液压泵的图形符号如表10-3-1所示。
表10-3-1 液压泵的图形符号
（2）液压泵的分类
1）按泵的结构形式分类，常用的液压泵可分为齿轮泵、叶片泵和柱塞泵等。
①齿轮泵
齿轮泵是一种常用的液压泵。它结构简单，体积小，制造方便，价格低廉，重量轻，自吸性能好，对油的污染不敏感；但流量和压力脉动大，噪声大，排量不可调，一般做成定量泵。齿轮泵按照啮合形式的不同，有外啮合和内啮合两种结构形式。其中外啮合齿的轮泵的应用较广。
如图10-3-1（a）所示为外啮合齿轮泵，泵体内相互啮合的一对齿轮、两端盖和泵体一同构成了密封工作容积，同时两齿轮轮齿的啮合接触线，又将密封工作容积分成A、B两个隔开的工作腔，形成了A腔（吸油腔，轮齿退出啮合）和B腔（排油腔，轮齿进入啮合）两部分。当齿轮按图10-3-1（b）所示方向旋转时，左侧A腔内的齿轮脱离啮合，容积不断增大，形成了局部真空，油液在大气压力的作用下被从油箱经吸油管吸入B腔，完成吸油过程；B腔工作容积逐渐减小，油液受到挤压经压油管排出进入系统，完成排油过程。
图10-3-1 外啮合齿轮泵及工作原理图
②叶片泵
叶片泵具有流量均匀、运转平稳、噪声低、体积小、重量轻等优点。它多用于对速度平稳性要求较高的中低压系统。按照工作原理，叶片泵可分为单作式和双作用式两类。
（a）单作用叶片泵
如图10-3-2所示为单作用叶片泵，主要由定子、转子、叶片等组成。
定子表面是一圆形，转子与定子间有一偏心距e，端盖上只开有一条吸油槽和一条压油槽。单作用叶片泵的转子回转时，由于离心力的作用，使叶片紧靠在定子内壁，这样在定子、转子、叶片和两侧配油盘间就形成若干个密封的工作区间，当转子按图示的方向回转时，叶片逐渐伸出，叶片间的工作空间逐渐增大，从吸油口吸油，这就是吸油腔。叶片被定子内壁逐渐压进槽内，工作空间逐渐减小，将油液从压油口压出，这就是压油腔。叶片泵转子每转一周，每个工作空间完成一次吸油和压油（如图10-3-3所示），称为单作用叶片泵。
图10-3-2 单作用叶片泵
图10-3-3 工作原理图
（b）双作用叶片泵
也是由定子1、转子2、叶片3和配油盘（图中未画出）等组成，如图10-3-4所示。
转子每转过一周，叶片在槽内往复运动两次，完成吸油和压油，故称为双作用式叶片泵，如图10-3-5所示。由于双作用叶片泵的两个吸油和两个压油口呈对称分布，作用在转子上的液压力平衡，因此这种叶片泵又称为平衡式叶片泵。双作用叶片泵排量不可调，是定量泵。
图10-3-4 双作用叶片泵的工作原理
图10-3-5 双作用叶片泵
③柱塞泵
柱塞泵是依靠柱塞在缸体柱塞孔内往复运动，使密封容积产生变化来实现吸油、压油的，如图10-3-6所示。柱塞泵在高压系统中应用很普遍。
图10-3-6 柱塞泵
如图10-3-7所示为斜盘式轴向柱塞泵的结构及工作原理图。它主要由转动轴、斜盘、柱塞、缸体和配油盘等组成。
斜盘、配油盘均与泵体相固定，柱塞在弹簧的作用下以球形端头与斜盘接触。在配油盘上开有两个沟槽，分别与泵的吸、压油窗连通，形成吸油腔和压油腔。在斜盘相对缸体的夹角为α时，原动机通过转动轴带动缸体旋转。柱塞就在柱塞孔内做轴向往复滑动。处于π～2π范围内的柱塞向外伸出，使其底部的密封容积增大，将油吸入；处于0～π范围内的柱塞向缸体内压入，使其底部的密封容积减小，把油压往系统中。
图10-3-7 轴向柱塞泵结构及工作原理
显然，泵的输油量决定于柱塞往复运动的行程长度，也就是决定于斜盘的倾角α。如果α角可以调整，就成了变量泵。α角越大，输油量也就越大。
2）按输出压力油的流量是否能调节分类，液压泵可分为定量泵（如图10-3-8所示）和变量泵（如图10-3-9所示）。
图10-3-8 定量泵
图10-3-9 变量泵
3）按输油的方向是否能改变分类，液压泵可分为单向泵（如图10-3-10所示）和双向泵（如图10-3-11 所示）。
图10-3-10 单向泵
图10-3-11 双向泵
（3）液压泵的比较与选择
液压泵优缺点、工作压力的比较及应用场合的选择如表10-3-2所示。
表10-3-2 液压泵的比较及应用场合的选择
2.执行元件
执行元件是将油液的压力能转换成为机械能，用以驱动工作机构，做往复直线运动或往复摆动的一种能量转换装置。液压系统的执行元件有液压缸和液压马达。
液压缸有多种形式：按结构特点可分为活塞式、柱塞式和组合式三大类；按作用方式又可分为单作用式和双作用式两种。
（1）单活塞杆液压缸
只有一端有活塞杆，又可分为单作用式和双作用式两种。
①单活塞杆单作用式液压缸
如图10-3-12所示是单活塞杆单作用式液压缸的实物图（a）和图形符号（b）。活塞在压力油推动下，只能做单向运动，活塞返回要靠弹簧的回复弹力或其他外力。
维修汽车用的举升器、自卸汽车的顶升装置中的液压缸大多属于这种类型。
图10-3-12 单活塞杆单作用式液压缸实物及其图形符号
②单活塞杆双作用式液压缸
如图10-3-13所示是单活塞杆双作用式液压缸的实物图（a）和图形符号（b）、（c）。活塞两端有效工作面积相差一个活塞杆截面的面积。当无杆腔进油时，因为有效面积大，所以活塞速度小，推力大［图（b）］；当有杆腔进油时，由于有效面积小，所以活塞速度大、推力小［图（c）］。这一性质运用于机床上，可实现机床的较大负载时慢速工作进给，而空载时快速退回。
图10-3-13 单活塞杆双作用式液压缸
（2）双活塞杆液压缸
如图10-3-14所示是双活塞杆双作用式液压缸的实物图（a）和图形符号（b）。这种液压缸的特点是：被活塞分隔开的两腔中都有活塞杆伸出，而且两个活塞杆直径相等，因此活塞两端的有效工作面积相同。当流入两腔中的液压油液流量、压力一定时，活塞或缸体往返两个方向的运动速度和推力相等，活塞带动工作台的移动范围大。
图10-3-14 双活塞杆双作用式液压缸
3.控制元件(www.xing528.com)
控制元件是用来控制或者调节液压系统中的液流方向、压力和流量，从而控制执行元件的运动方向、速度、动作顺序和输出力或力矩，以满足工作机构的动作和性能要求。液压控制阀是液压传动系统的控制元件。
液压控制阀按作用和工作特点不同，又分为方向控制阀、压力控制阀、流量控制阀。
（1）方向控制阀
控制液体流动方向的阀称为方向控制阀，简称方向阀。方向阀包括单向阀和换向阀等。
①单向阀
单向阀只允许液体流向一个方向流动，不允许反向流动。常用的单向阀有普通单向阀和液控单向阀。
如图10-3-15所示是普通单向阀的实物图（a）和图形符号（b）。当压力油从P1端流入时，顶开阀芯，经P2端流出；当油液反向流动时，在压力油和弹簧作用下，阀芯压紧在阀体上，截断通道，使油液不能通过。
图10-3-15 普通单向阀的实物图和图形符号
图10-3-16是液控单向阀的实物图（a）和图形符号（b）。当控制油口K未通控制压力油时，油液只能从P1端流入，经P2端流出，不能反向流动。当控制油口K接通控制压力油时，在K口压力油的作用下，阀芯移动，阀口打开，油液可在两个方向自由流通。
图10-3-16 液控单向阀的实物图和图形符号
②换向阀
作用是利用阀芯和阀体间相对位置的变化来控制油液流动的方向，接通和关闭油路，从而改变液压系统的工作状态，如图10-3-17所示。该换向阀有两个工作位置，即阀芯移到阀体的左右两端时的位置；四个通路口即压力油口P、回油口T和通往执行元件的油口A、B。
图10-3-17 换向阀的结构和工作原理图
工作过程如下：
如图10-3-17（b）所示，当阀芯处于左位时，阀体上的油口P与B相通，压力油自P经阀腔至B进入液压缸左腔，活塞向右移动；同时A与T相通，回油经A、T流回油箱。图10-3-17（c）中，阀芯处于右位时，油口P与A相通，压力油由自P经阀腔至A进入液压缸右腔，活塞向左移动；同时B与T相通，回油经B、T流回油箱。
换向阀阀芯的结构形式有滑阀式、转阀式和锥阀式 。一般的液压系统中以滑阀式应用最多，如图10-3-18所示。
图10-3-18 滑阀式电磁换向阀
换向阀的图形符号：
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10-3-9所示。
如图10-3-19（a）所示为手动式三位四通阀，如图10-3-19（b）所示为电磁阀式三位四通阀。P为供油口，R、T为回油口，A、B为通向执行元件的输出口。当阀芯处于中位［图10-3-19（a）下图］时，全部油口切断，执行元件不动；当阀芯处于左位［图10-3-19（a）上图］时，阀体上的油口P与B相通，A与R相通，压力油经P、B进入液压缸左腔，活塞向右移动；阀芯处于右位时，油口P与A相通，B与R相通，压力油经P、A进入液压缸右腔，活塞向左移动。
图10-3-9 三位四通换向阀的实物、结构及图形符号
按阀芯在阀体的工作位置数和换向阀所控制的油口通路数分，换向阀有二位二通、二位三通、二位四通、二位五通、三位四通、三位五通等类型，如表10-3-3所示。
表10-3-3 滑阀式换向阀的结构原理、图形符号及工作过程
续表
说明：
①方框表示阀的工作位置，换向阀有几个工作位置就相应有几个方框（位数）。
②靠近弹簧的方框为二位阀的常态位置，三位滑阀中间方框为常态位置。
③在一个方框内，箭头或“⊥”符号与方框的相交点数为油口的通路数，即“通”数。
④箭头表示两油路连通，但不表示流向，“⊥”表示该油口不通流。
⑤一般阀的进油口用P表示，回油口用T或O表示，阀与执行元件相连的油口用A、B等表示，L为泄油口。
三位四通阀换向阀：主要由阀的工作位置和它所控制的通路数所决定。多位阀的阀芯处于不同位置时体现出的各种控制机能称为机能。滑阀机能中最为重要的是三位阀（尤其是三位四通阀），其中位机能如表10-3-4所示。
表10-3-4 三位四通换向阀的滑阀机能
续表
常见换向阀的图形符号及工作特点，如表10-3-5所示。
表10-3-5 常见换向阀的图形符号及工作特点
续表
（2）压力控制阀
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的动作，简称压力阀。常用的压力阀有溢流阀、减压阀、顺序阀、压力继电器等，其图形符号及工作特点如表10-3-6所示。
表10-3-6 压力控制阀的图形符号及工作特点
续表
（3）流量控制阀
流量控制阀是以改变阀口（截流口）的通流面积来调节阀口的流量，从而改变由节流阀所控制的执行元件的运动速度。常见的流量控制阀有节流阀、调速阀等，其图形符号及工作特点如表10-3-7所示。
表10-3-7 流量控制阀的图形符号及其工作特点
4.辅助元件
（1）油箱
油箱的作用是储存系统所需的足够油液，散发油液中的热量，分离油箱中的气体及沉淀物。如图10-3-20所示为油箱（a）及图形符号（b）。
图10-3-20 油箱及图形符号
（2）滤油器
滤油器的作用是过滤油液中的杂质，使液压系统的液压油保持一定的清洁度，阻止杂质进入系统和精密的液压元件内，以免划伤、磨损和堵塞小孔和间隙，影响系统正常工作或造成故障。如图10-3-21所示为滤油器外形（a）及图形符号（b）。
（3）油管和管接头
常用的油管有钢管、铜管、橡胶软管、尼龙管和塑料管等。固定元件间的油管常用钢管和铜管，有相对运动的元件之间一般采用软管连接。管接头用于油管与油管、油管与液压元件间的连接。如图10-3-22所示为油管及管接头、油箱及图形符号。
图10-3-21 滤油器外形及图形符号
图10-3-22 油管及管接头
知识拓展
汽车防抱死制动系统（ABS系统）
制动防抱死系统（Antilock Brake System）简称ABS。作用就是在汽车制动时，自动控制制动器制动力的大小，使车轮不被抱死，处于边滚边滑（滑移率在20%左右）的状态，以保证车轮与地面的附着力在最大值。ABS系统主要由传感器、电子控制装置和执行器三个部分组成，具体结构如图10-3-23所示。在ABS中，能够独立进行制动压力调节的制动管路称为控制通道。ABS系统按控制通道分为四通道式、三通道式、二通道式和一通道式四类。
图10-3-23 ABS结构示意图
ABS系统的控制效果主要取决于系统所采用的控制通道的数量和控制方法。踩下制动踏板，当汽车开始制动时，制动系统压力油油压升高（升压），车轮速度开始下降。当车速降至某一车轮趋于抱死的数值时，ECU向相应的电磁阀发出“保压”信号，接着输出“减压”信号，则车轮制动液压缸内的液压力下降。从而使ABS 系统实现升压、压力保持和压力降低的循环调节，达到防抱死的目的。如图10-3-24所示是ABS 系统的液压控制回路。
图10-3-24 ABS液压回路
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