液压基础知识

一 液压传动是以流体（液压油等）作为工作介质对能量进行传递和控制的一种传动方式。

一 液压系统传动原理 ：

液压传动的工作原理，可以用一个液压千斤顶的工作原理来说明。

图1-1液压千斤顶工作原理图

1—杠杆手柄2—小油缸3—小活塞4，7—单向阀5

—吸油管6，10—管道

8—大活塞9—大油缸11—截止阀12—油箱

图1-1是液压千斤顶的工作原理图。大油缸9和大活塞8组成举升液压缸。杠杆手柄1、小油缸2、小活塞3、单向阀4和7组成手动液压泵。如提起手柄使小活塞向上移动，小活塞下端油腔容积增大，形成局部真空，这时单向阀4打开，通过吸油管5从油箱12中吸油；用力压下手柄，小活塞下移，小活塞下腔压力升高，单向阀4关闭，单向阀7打开，下腔的油液经管道6输入举升油缸9的下腔，迫使大活塞8向上移动，顶起重物。再次提起手柄吸油时，单向阀7自动关闭，使油液不能倒流，从

而保证了重物不会自行下落。不断地往复扳动手柄，就能不断地把油液压入举升缸下腔，使重物逐渐地升起。如果打开截止阀11，举升缸下腔的油液通过管道10、截止阀11流回油箱，重物就向下移动。这就是液压千斤顶的工作原理。

通过对上面液压千斤顶工作过程的分析，可以初步了解到液压传动的基本工作原理。液压传动是利用有压力的油液作为传递动力的工作介质。压下杠杆时，小油缸2输出压力油，是将机械能转换成油液的压力能，压力油经过管道6及单向阀7，推动大活塞8举起重物，是将油液的压力能又转换成机械能。大活塞8举升的速度取决于单位时间内流入大油缸9中油容积的多少。由此可见，液压传动是一个不同能量的转换过程。

三 液压系统组成部分：

能源装置、执行元件、控制元件、辅助元件、传动介质

1. 液压能源装置（液压泵）

液压泵是一种将机械能转化为液压能的能量转换装置。 1）液压泵工作原理

图3—1 液压泵工作原理图

液压泵都是依靠密封容积变化的原理来进行工作的，故一般称为容积式液压泵，图

3-1所示的是一单柱塞液压泵的工作原理图，图中柱塞2装在缸体3中形成一个密封容积a ，柱塞在弹簧4的作用下始终压紧在偏心轮1上。原动机驱动偏心轮1旋转使柱塞2作往复运动，使密封容积a 的大小发生周期性的交替变化。当a 有小变大时就形成部分真空，使油箱中油液在大气压作用下，经吸油管顶开单向阀6进入油箱a 而实现吸油；反之，当a 由大变小时，a 腔中吸满的油液将顶开单向阀5流入系统而实现压油。这样液压泵就将原动机输入的机械能转换成液体的压力能，原动机驱动偏心轮不断旋转，液压泵就不断地吸油和压油

2) 液压泵的特点

单柱塞液压泵具有一切容积式液压泵的基本特点：

(1)具有若干个密封且又可以周期性变化空间。液压泵输出流量与此空间的容积变化量和单位时间内的变化次数成正比，与其他因素无关。这是容积式液压泵的一个重要特性。

(2)油箱内液体的绝对压力必须恒等于或大于大气压力。这是容积式液压泵能够吸入油液的外部条件。因此，为保证液压泵正常吸油，油箱必须与大气相通，或采用密闭的充压油箱。

(3)具有相应的配流机构，将吸油腔和排液腔隔开，保证液压泵有规律地、连续地吸、排液体。液压泵的结构原理不同，其配油机构也不相同。如图3-1中的单向阀5、6就是配油机构。

容积式液压泵中的油腔处于吸油时称为压油腔。吸油腔的压力决定于吸油高度和吸油管路的阻力吸油高度过高或吸油管路阻力太大，会使吸油腔真空度过高而影响液压泵的自吸能力，压油腔的压力则取决于外负载和排油管路的压力损失，从理论上讲排油压力与液压泵的流量无关。

容积式液压泵排油的理论流量取决于液压泵的有关几何尺寸和转速，而与排油压力无关。但排油压力会影响泵的内泄露和油液的压缩量，从而影响泵的实际输出流量，所以液压泵的实际输出流量随排油压力的升高而降低。

液压泵按其在单位时间内所能输出的油液的体积是否可调节而分为定量泵和变量泵两类；按结构形式可分为齿轮式、叶片式和柱塞式三大类。

在日常工作中，柱塞泵因为其压力高，结构紧凑，效率高，流量调节方便，故在需要高压、大流量、大功率的系统中和流量需要调节的场合得到广泛应用。下面我们着重讲解柱塞泵的工作原理特点

3）柱塞泵特点 柱塞泵是靠柱塞在缸体中作往复运动造成密封容积的变化来实现吸

油与压油的液压泵，与齿轮泵和叶片泵相比，这种泵有许多优点。首先，构成密封容积的零件为圆柱形的柱塞和缸孔，加工方便，可得到较高的配合精度，密封性能好，在高压工作仍有较高的容积效率；第二，只需改变柱塞的工作行程就能改变流量，易于实现变量；第三，柱塞泵中的主要零件均受压应力作用，材料强度性能可得到充分利用。由于柱塞泵压力高，结构紧凑，效率高，流量调节方便，故在需要高压、大流量、大功率的系统中和流量需要调节的场合，如龙门刨床、拉床、液压机、工程机械、矿山冶金机械、船舶上得到广泛的应用。柱塞泵按柱塞的排列和运动方向不同，可分为径向柱塞泵和轴向柱塞泵两大类。

3.1径向柱塞泵

1. 径向柱塞泵的工作原理

径向柱塞泵的工作原理如图3—2所示，柱塞1径向排列装在缸体2中，缸体由原动机带动连同柱塞1一起旋转，所以缸体2一般称为转子，柱塞1在离心力的（或在低压油）作用下抵紧定子4的内壁，当转子按图示方向回转时，由于定子和转子之间有偏心距e ，柱塞绕经上半周时向外伸出，柱塞底部的容积逐渐增大，形成部分真空，因此便经过衬套3（衬套3是压紧在转子内，并和转子一起回转）上的油孔从配油孔5和吸油口b 吸油；当柱塞转到下半周时，定子内壁将柱塞向里推，柱塞底部的容积逐渐减小，向配油轴的压油口c 压油，当转子回转一周时，每个柱塞底部的密封容积完成一次吸压油，转子连续运转，即完成压吸油工作。配油轴固定不动，油液从配油轴上半部的两个孔a 流入，从下半部两个油孔d 压出，为了进行配油，配油轴在和衬套3接触的一段加工出上下两个缺口，形成吸油口b 和压油口c ，留下的部分形成封油区。封油区的宽度应能封住衬套上的吸压油孔，以防吸油口和压油口相连通，但尺寸也不能大得太多，以免产生困油现象。

图3—2 径向柱塞泵的工作原理

1—柱塞 2—缸体 3—衬套 4—定子 5—配油轴

2. 径向柱塞泵的排量和流量计算：当转子和定子之间的偏心距为e 时，柱塞在缸体孔中的行程为2e ，设柱塞个数为z ，直径为d 时，泵的排量为：

π

2

V=4d 2ez （3—27）

设泵的转数为n ，容积效率为ηV ，则泵的实际输出流量为：

ππ22

q=4d 2ezn ηV =2d ﹒ezn ηV （3—28） 3.2轴向柱塞泵

1. 轴向柱塞泵的工作原理 轴向柱塞泵是将多个柱塞配置在一个共同缸体的圆周上, 并

使柱塞中心线和缸体中心线平行的一种泵。轴向柱塞泵有两种形式, 直轴式(斜盘式) 和斜轴式(摆缸式), 如图3-3所示为直轴式轴向柱塞泵的工作原理, 这种泵主体由缸体1、配油盘2、柱塞3和斜盘4组成。柱塞沿圆周均匀分布在缸体内。斜盘轴线与缸体轴线倾斜一角度, 柱塞靠机械装置或在低压油作用下压紧在斜盘上(图中为弹簧), 配油盘2和斜盘4固定不转, 当原动机通过传动轴使缸体转动时, 由于斜盘的作用, 迫使柱塞在缸体内作往复运动, 并通过配油盘的配油窗口进行吸油和压油。如图3-3中所示回转方向, 当缸体转角在π～2π范围内, 柱塞向外伸出, 柱塞底部缸孔的密封工作容积增大, 通过配油盘的吸油窗口吸油; 在0～π范围内, 柱塞被斜盘推入缸体, 使缸孔容积减小, 通过配油盘的压油窗口压油。缸体每转一周, 每个柱塞各完成吸、压油一次, 如改变斜盘倾角 , 就能改变柱塞行程的长度, 即改变液压泵的排量, 改变斜盘倾角方向, 就能改变吸油和压油的方向, 即成为双向变量泵。

图3—3轴向柱塞泵的工作原理

1—缸体2—配油盘3—柱塞4—斜盘5—传动轴6—弹簧

配油盘上吸油窗口和压油窗口之间的密封区宽度l 应稍大于柱塞缸体底部通油孔宽度l1。但不能相差太大, 否则会发生困油现象。一般在两配油窗口的两端部开有小三角槽, 以减小冲击和噪声。

斜轴式轴向柱塞泵的缸体轴线相对传动轴轴线成一倾角, 传动轴端部用万向铰链、连杆与缸体中的每个柱塞相联结, 当传动轴转动时, 通过万向铰链、连杆使柱塞和缸体一起转动, 并迫使柱塞在缸体中作往复运动, 借助配油盘进行吸油和压油。这类泵的优点是变量范围大, 泵的强度较高, 但和上述直轴式相比, 其结构较复杂, 外形尺寸和重量均较大 轴向柱塞泵的优点是:结构紧凑、径向尺寸小, 惯性小, 容积效率高, 目前最高压力可达40.0MPa, 甚至更高, 一般用于工程机械、压力机等高压系统中, 但其轴向尺寸较大, 轴向作用力也较大, 结构比较复杂。

表3-1 液压系统中常用液压泵的性能比较

据不同的使用场合选择合适的液压泵。一般在机床液压系统中, 往往选用双作用叶片泵和限压式变量叶片泵; 而在筑路机械、港口机械以及小型工程机械中往往选择抗污染能力较强的齿轮泵; 在负载大、功率大的场合往往选择柱塞泵。

在日常工作中，我们在使用液压泵时应注意一下几点：

1. 液压油应注意清洁，在补油过程中尽量使用加油泵车，在没有加油泵车的情况下应使用清洁的容具。

2. 在使用过程中应注意油箱油位，防止油位不足造成液压泵损坏。

3. 在使用过程中注意工作介质即液压油的温度，温度过高时，应检查液压系统，确认哪一环节出现问题。

4. 液压泵在打开维修后，使用前应向泵内加注清洁的液压油，确保液压泵壳体内充满液压油。5. 液压泵的吸油口一般选在油箱的底端，应确保油位在吸油口以上。 6. 时常检查液压泵的各油口是否有泄漏情况，如有泄漏应及时处理。

7. 液压泵的回油口油路应保持通畅，防止在工作中造成壳体压力过高，损坏油泵内部油封。

二、液压执行元件（液压油缸，液压马达原理与基本结构）

3.3 液压缸是实现直线往复运动的执行元件。

液压缸一般由：（1. 缸筒和缸盖；2. 活塞和活塞杆；3. 密封装置；4. 缓冲装置；5.

排气装置；）以上5部分组成。

3.4 液压马达是实现连续旋转或摆动的执行元件。液压马达结构与 液压泵结构基本相

同，按结构分为齿轮式、叶片式、柱塞式等几种。液压马达原理与液压泵工作原理相反，在此不作赘述。

三、液压控制元件（各先导阀，溢流阀，分集流阀，电磁比例换向阀） 四、液压辅助元件（蓄能器，散热器，过滤器等）

五、液压基本回路（风电吊机的几大基本回路，主吊与变幅回路具代表性） 液压元件符号