液压千斤顶液压传动系统分析

知识要求：

1．掌握液压传动工作原理；

2．了解液压元件工作原理和特点；

3．分析液压传动系统工作回路。

技能要求：

会分析液压传动系统工作回路。

如图2－77所示，通过对液压千斤顶实际工作情况的了解，简单说明液压千斤顶的工作原理，对照原理图认识并熟悉液压千斤顶各组成部分和液压元件，思考液压千斤顶如何实现其工作过程。

图2－77　液压千斤顶及其工作原理示意图
1—杠杆手柄；2—小缸体；3—小活塞；4，7—单向阀；5—吸油管；6，10—管道；8—大活塞；9—大缸体；11—放油阀；12—油箱

1．液压传动的工作原理

图2－77所示为液压千斤顶的工作原理图，液压千斤顶工作时，放油阀11关闭。当提起杠杆手柄1时，小活塞3上移，管道6密封容积增大，形成局部真空。于是油箱12中的油液在大气压力作用下推动单向阀4的钢球并沿着吸油管进入管道6，完成吸油工作过程。当压下杠杆手柄1时，小活塞3下移，管道6密封容积减小，油液受到外力挤压产生压力，单向阀4自动关闭，同时单向阀7的钢球受到一个向上的作用力，当该作用力大于管道10中油液对钢球的作用力时，钢球被推开，油液通过单向阀7流入管道10内，迫使它的密封容积变大，即完成压油工作过程，此时推动小活塞3上升并将重物顶起。再次提起杠杆时，管道10中油液迫使单向阀7自动关闭，使油液不能倒流入管道6中，保证了重物不致自动落下。

当反复提起和压下杠杆时，小活塞3不断交替进行吸油和压油过程，压力油不断地进入大液压缸，将重物不断顶起，从而达到起升重物的目的。

从液压千斤顶的工作过程可以看出：液压传动是以油液为工作介质，依靠密封容积的变化来传递运动，依靠油液内部的压力来传递动力。

1．压力和流量

在液压传动系统中压力的大小取决于负载，速度的大小取决于流量。

压力——油液的压力是由油液的自重及油液受到外力的作用所产生的。

流量——单位时间内流过管道某一截面的液体体积。

2．液压系统压力的建立

在液压传动系统中，通常所说的压力是指油液单位面积上承受的作用力，即压强。

帕斯卡原理，如图2－78所示。

图2－78　帕斯卡原理及其计算

1）静止油液中任意一点所受到的各个方向的压力都相等，这个压力称为静压力。

2）油液静压力的作用方向总是垂直指向承压表面。

3）密闭容器内静止油液中任意一点的压力如有变化，其压力的变化值将传递给油液的各点，且其值不变，这称为静压传递原理，即帕斯卡原理。

3．液体流动连续性原理

液流的连续性原理：理想液体在无分支管路中做稳定流动时，通过每一截面的流量相等，如图2－79所示。

图2－79　液流的连续性原理

式中：A1，A2——截面a和b的面积；

v1，v2——液体流过截面a和b时的平均流速。

所以，液体在无分支管路中做稳定流动时，流经管路不同截面的平均流速与其截面面积大小成反比。

4．液压传动系统中压力损失及其与流量的关系

1）由静压传递原理可知，密封的静止液体具有均匀传递压力的性质，即当一处受到压力作用时，其各处的压力均相等。

2）流动液体各质点之间以及液体与管壁之间的相互摩擦和碰撞会产生阻力，这种阻碍油液流动的力称为液阻。

3）液阻增大，将引起压力损失增大，或使流量减小。

1．动力元件

液压泵：将原动机输出的机械能转化为液压能的装置，其作用是向液压系统提供压力油。

液压泵按结构形式可分为齿轮泵、叶片泵和柱塞泵（图2－80）等。

图2－80　轴向柱塞泵
1—传动轴；2—壳体；3—斜盘；4—滑靴；5—柱塞；6—缸体；7—变量机构；8—配流盘

（1）液压缸

根据泵工作腔的容积可变与否，液压泵可分为变量泵和定量泵两种类型，如图2－81所示。

图2－81　液压泵的液压符号
（a）变量泵液压符号；（b）定量泵液压符号

齿轮泵和叶片泵一般为定量型，而柱塞泵既有定量型又有变量型。

2．执行元件

液压缸（如图2－82所示）是液压系统的执行元件，它能将液体的压力能转换成机械能，实现执行零件的直线往复运动。

图2－82　液压缸的实物与结构简图
（a）实物；（b）结构简图1—缸筒总成（油路接口件）；2—活塞；3—缸筒总成（缸筒）；4—导向套；5—活塞杆（杆头）；6—密封系统（活塞杆密封）；7—密封系统（导向套静密封）；8—活塞杆（杆体）；9—密封系统（活塞静密封）；10—密封系统（活塞密封）；11—缸筒总成（缸底）

F（力）＝p（压力）×A（作用面积）

v（速度）＝Q（流量）÷A（作用面积）

液压缸按照其作用方式不同可以分为单作用液压缸和双作用液压缸，如图2－83所示。

图2－83　液压缸的液压符号
（a）单作用液压缸液压符号；（b）双作用液压缸液压符号

（2）液压马达

液压马达（如图2－84所示）是以旋转运动的方式，将液压能转换为机械能的液压动力元件。

图2－84　液压马达的实物与原理图
（a）实物；（b）原理图

液压马达可分为定量马达和变量马达两种类型，如图2－85所示，其最重要的工作参数是输出扭矩和转速。

图2－85　液压马达的液压符号
（a）变量液压马达液压符号；（b）定量液压马达液压符号

3．控制元件

（1）方向控制阀

方向阀是控制液压系统中液流方向的阀，用来对系统中各个支路的液流进行通、断地切换，以适应工作要求。方向阀按其功能可分为单向阀、换向阀和逻辑阀等。

1）单向阀。

单向阀（如图2－86所示）指的是油液只能向一个方向流动，反向流动被截止的液压阀。

图2－86　单向阀
（a）单向阀外形；（b）单向阀液压符号

2）换向阀。

换向阀（如图2－87所示）是指可以将两个或两个以上的油口进行接通或断开的阀。

图2－87　电磁换向阀实物及其结构简图
（a）实物；（b）结构简图

（2）压力控制阀

压力控制阀是指用来控制液压系统中液流压力的阀，如溢流阀、减压阀、顺序阀和平衡阀等。(www.xing528.com)

1）溢流阀，如图2－88所示。

图2－88　溢流阀
（a）直动式溢流阀；（b）先导式溢流阀；（c）电磁溢流阀；（d）液压符号

在定量泵系统中，当溢流阀的进口压力达到调定压力值时，多余的油液将流回油箱，维持液压系统的压力基本恒定。在变量泵系统中，溢流阀常作安全阀使用，以防止系统压力过载。

2）减压阀，如图2－89所示。

图2－89　减压阀
（a）先导式减压阀外形；（b）直动式减压阀外形；（c）液压符号

减压阀是指保持液压回路压力为调定值的液压阀。减压阀分为直动式和先导式两种，减压阀的阀芯在工作时始终处于运动状态。

3）顺序阀，如图2－90所示。

图2－90　顺序阀及其液压符号
（a）实物；（b）液压符号

顺序阀是一种用某个压力控制油路通与断的压力阀。

（3）流量控制阀

流量控制阀是指用来控制液压系统中液流流量的阀，主要有节流阀和调速阀。

1）节流阀，如图2－91所示。

图2－91　节流阀的外形、结构和符号
（a）实物；（b）结构图；（c）液压符号1—阀体；2—调节件；3—节流套；4—节流口；5—节流杆

节流阀是指通过改变节流截面或节流长度以控制流体流量的阀。

2）调速阀，如图2－92所示。

图2－92　调速阀的外形与液压符号图
（a）实物；（b）液压符号

调速阀是定差减压阀与节流阀的组合。

4．辅助元件

辅助元件是指组成液压系统的，除液压泵、液压阀、液压执行元件之外的各种元件的统称，如管接头（图2－93）、油管（图2－93）、滤油器、加热器、冷却器、密封件、滤清器、油标、油箱等。

图2－93　液压辅助元件
1—管接头；2—油管

1．液压基本回路

由一些液压元件组成的、用来完成特定功能的典型回路称为液压基本回路。

2．常见液压基本回路的分类

（1）方向控制回路

它在液压系统中的作用是控制执行元件的启动、停止及运动方向。

（2）压力控制回路

它的作用是利用压力控制阀来实现系统的压力控制，即实现稳压、减压、增压和多级调压等控制，以满足执行元件在力或转矩及各种动作方面对系统压力的要求。

（3）速度控制回路

它是液压系统的重要组成部分，用来控制执行元件的运动速度。

3．常见的几种液压基本回路

常见的几种液压基本回路见表2－8。

表2－8　常见的几种液压基本回路

气压传动是指将原动机输出的机械能转换为空气的压力能，利用管路、各种控制阀及辅助元件将压力能传送到执行元件，再转换成机械能，从而完成直线运动或回转运动，并对外做功。

1．气压传动系统的组成

（1）气源装置

获得压缩空气的设备，空气净化设备，如空压机、空气干燥机等。

（2）执行元件

将气体的压力能转换成机械能的装置，也是系统能量输出的装置，如气缸、气压马达等。

（3）控制元件

用以控制压缩空气的压力、流量、流动方向以及系统执行元件工作程序的元件，如压力阀、流量阀、方向阀和逻辑元件等。

（4）辅助元件

起辅助作用，如过滤器、油雾器、消声器、散热器、冷却器、放大器及管件等。

2．气压传动系统的优缺点

（1）优点

1）用空气作介质，取之不尽，来源广泛，用后直接排放，不污染环境，不需要回气管路（因此管路简单）。

2）空气黏度小，管路流动能量损耗小，适合集中供气远距离输送。

3）安全可靠，不需要注意防火防爆问题，能在高温、辐射、潮湿、灰尘等环境中工作。

4）气压传动反应迅速。

5）气压元件结构简单，易加工，使用寿命长，维护方便，管路不容易堵塞，介质不存在变质、更换等问题。

（2）缺点

1）空气可压缩性大，因此气动系统动作稳定性差，负载变化时对工作速度的影响大。

2）气动系统压力低。

3）气控信号传递速度慢于电子及光速，不适于高速复杂传递系统。

4）排气噪声大。

根据图2－94所示的汽车液压动力转向系统工作图，回答下面的问题。

图2－94　液压辅助元件

1）在液压系统中，当汽车直线行驶时，其进油路为：油箱→________→节流阀→________→油箱。

2）在液压系统中，当汽车左转行驶时，其进油路为：油箱→液压泵→________→换向阀左位→________的左腔，活塞向右移动；回油路为：________的右腔→________的左位→油箱。

3）在液压系统中，当汽车右转行驶时，其进油路为：油箱→液压泵→________→换向阀右位→________的右腔，活塞向左移动；回油路为：________的左腔→________的右位→油箱。

1．液压马达是______元件，输入的是液压油，输出的是______和________。

2．液压传动是以__________作为工作介质，依靠______来传递力和能量的传递方式。

3．在液压系统中，执行元件的工作压力取决于______，速度取决于______。

4．液压传动系统一般包括________、______、______、______和液压油五部分。