1.1 初识液压系统

【知识目标】

（1）掌握液压传动系统的基本工作原理。

（2）知道液压传动系统的组成及每部分的作用。

（3）了解液压传动的特点。

【能力目标】

（1）了解液压传动的应用场合，能举出一些应用实例。

（2）能说出简单液压系统的工作过程、各组成部分的名称和作用。

1.1.1 液压千斤顶的工作原理

图1-1所示为液压千斤顶的工作原理图。大缸筒9和大活塞8组成举升缸。杠杆手柄1、小缸筒2、小活塞3、单向阀4和7组成手动液压泵。如提起手柄1使小活塞3向上移动，小活塞3下端油腔容积增大，压力下降，形成局部真空，这时单向阀4打开，单向阀7关闭，通过吸油管5从油箱12中吸油；用力压下手柄1，小活塞3下移，小活塞3下端油腔容积变小，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输入举升缸的下腔，迫使大活塞8向上移动，顶起重物。再次提起手柄1吸油时，单向阀7自动关闭，使油液不能倒流，从而保证重物不会自行下落。不断地往复扳动手柄1，就能不断地把油液压入举升缸的下腔，使重物逐渐地升起。如果打开截止阀11，举升缸下腔中的油液通过管道10、截止阀11流回油箱，重物就向下移动。大活塞8举升的速度取决于单位时间内流入大缸筒中油量的多少。这就是液压千斤顶的工作原理。

通过对液压千斤顶工作过程的分析，可以初步了解液压传动的基本工作原理：液压传动是利用压力油液作为介质传递运动和动力的一种传动方式。压下杠杆时，小缸筒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。由此可见，液压传动是不同能量间的转换过程。

1.1.2 简单机床液压系统的工作原理

图1-2（a）所示为一驱动机床工作台的液压传动系统的工作原理。它由油箱19、滤油器18、液压泵17、溢流阀13、换向阀5、调速阀7、开停阀10、液压缸2以及连接这些元件的油管、管接头等组成。

其工作原理如下：液压泵由电动机驱动后，从油箱中吸油。油液经滤油器进入液压泵，在图1-2（a）所示状态下，开停阀10扳到右位，由液压泵输出的油液通过开停阀10、调速阀7、换向阀5、液压缸2左油管进入液压缸2的左腔，推动活塞使工作台1向右移动。这时，液压缸2右腔的油经换向阀5和回油管6排回油箱。在图1-2（b）所示状态下，换向阀5换到左位，油液通过开停阀10、调速阀7、换向阀5、液压缸2右油管进入液压缸2右腔，推动活塞使工作台1向左移动。这时，液压缸2左腔的油还是经换向阀5和回油管6排回油箱。工作台1的移动速度是通过调速阀7来调节的。当调速阀7开大时，进入液压缸2的油量增多，工作台1的移动速度增大；当调速阀7关小时，进入液压缸2的油量减小，工作台1的移动速度减小。工作台1速度减小和停止时，液压泵17输出的多余液压油克服溢流阀13中弹簧15的阻力，顶起钢球14，经回油管16流回油箱。为了克服移动工作台1时受到的各种阻力，液压缸2必须产生一个足够大的推力，这个推力是由液压缸中的油液压力产生的。要克服的阻力越大，液压缸中的油液压力越高；反之，压力就越低。这种现象正说明了液压传动的一个基本性质—负载决定压力。

1.1.3 液压系统的组成

通过以上的例子，可以看出，液压系统一般由动力元件、执行元件、控制元件和一些辅助元件及工作介质5部分组成。

（1）动力元件。液压泵，它由电动机带动，向系统提供压力油，是将机械能转换成液体压力能的装置。

（2）执行元件。是把压力能转换为机械能以驱动工作机构的输出装置。液压系统最终目的是推动负载运动。一般执行元件可分为液压缸与液压马达两类。液压缸使负载做直线运动，液压马达使负载转动。

（3）控制元件。是液压系统中用于控制方向、压力、流量、工作性能的各种液压阀。在液压系统中，用压力阀来控制力量，用流量阀来控制速度，用方向阀来控制运动方向。

（4）辅助元件。除了以上几种元件外，还有用来储存液压油的油箱；为了增强液压系统的功能，尚需有去除油内杂质的过滤器、防止油温过高的冷却器，以及测量用的仪表、连接用的油管、密封用的密封件等液压元件，我们称这些元件为辅助元件。

（5）工作介质。传递能量和运动的流体，即液压油等。

1.1.4 液压系统的图形符号

图1-2所示为液压系统半结构原理图。它比较直观、容易理解，但图形较复杂，绘制困难。我国已经制定了一种用规定的图形符号来表示液压原理图中各元件和连接管路的国家标准，即《液压气动图形符号》（GB/T 786.1—1993）（参见附录A）。在此国标中，对于这些图形符号有以下几条基本规定。

（1）符号只表示元件的职能、连接系统的通路，不表示元件的具体结构和参数，也不表示元件在机器中的实际安装位置。

（2）元件符号内的油液流动方向用箭头表示，线段两端都有箭头的，表示流动方向可逆；但有时箭头只表示连通，不一定指流动方向。

（3）符号均以元件的静止位置或零位置表示。当系统的动作另有说明时，可作例外。

图1-3为图1-2所示的系统改用国标《液压气动图形符号》（GB/T 786.1—1993）绘制的工作原理图。通过对比图1-3和图1-2可以看到，使用这些图形符号可使液压系统图简单明了，且便于绘制。

1.1.5 液压传动的特点及应用

1.优点

（1）安装方便灵活。由于液压传动是油管连接，所以借助油管的连接可以方便灵活地布置传动机构，对于液压元件的布置也有较大的灵活性，这是比机械传动优越的地方。

（2）体积小，输出力大。在同等功率情况下，液压传动装置体积小、重量轻、结构紧凑。例如，同样功率的液压马达重量只有电动机的10%。液压系统一般使用的压力都有几兆帕到十几兆帕，甚至高达50MPa以上。

（3）过载的危险小。借助于设置溢流阀，当系统压力超过设定压力时，将溢流阀阀芯打开，液压油经溢流阀流回油箱，故系统压力无法超过设定压力。同时，由于各种元件的运动都在油液中，能够自润滑，元件使用寿命长。

（4）易于调整输出力。只要调整压力控制阀就可轻易调整液压装置输出力。速度调整也容易实现。借助于流量阀或变量泵、变量马达，可以实现无级调速，调速范围大，可达1:2000，并可在液压装置运行的过程中调速。

（5）工作性能好。液压装置工作平稳、反应快、冲击小，能够快速启动、停止、频繁换向。

（6）易于自动化控制。液压控制阀控制操作简单方便，特别是机、电、液配合使用时，很容易实现复杂的自动工作循环。

（7）液压元件已实现了标准化、系列化和通用化，便于设计、制造和推广使用。

2.缺点

（1）液压传动不能保证严格的传动比。这是由液压油的可压缩性和泄漏造成的。

（2）密封不良会造成液压油外泄。它除了会污染工作场所外，还有引起火灾的危险。

（3）液压系统对温度敏感。油温上升时，黏度降低；油温下降时，黏度升高。油的黏度发生变化时，流量也会跟着改变，造成速度不稳定。

（4）系统将电动机的机械能转换成液体的压力能，再把液体的压力能转换成机械能来做功，能量经两次转换损失较大，能源使用效率比传统机械的低很多。

（5）液压系统大量使用各式控制阀，为了防止内外泄漏损耗，对元件的加工精度要求较高。液压系统还含有大量的接头及管子，使得对安装维护的要求也相对较高。

（6）液压控制元件的运动、油液的流动基本都在密闭环境内进行，故系统出现故障时难以直观发现，故障诊断较困难，要求维修人员有较强的分析能力。

3.应用

液压传动有着广泛的发展前景。随着设计制造和使用水平的不断提高，液压传动的优点在不断发展，有些缺点正被逐步克服。

不论是液压传动还是气压传动，相对于机械传动来说，都是一门新兴的技术。若从17世纪中叶帕斯卡提出静压力传递原理、18世纪末英国制成第一台水压机开始算起，液压传动已有两三百年的历史，但直到第二次世界大战期间，这项技术才得到真正的发展。战后，随着现代科学技术的迅速发展和制造工艺水平的提高，各种液压元件的性能日益完善，液压技术迅速转向民用工业，在机床、工程机械、农业机械、运输机械、冶金机械等许多机械装置，特别是重型机械设备中得到非常广泛的应用，并渗透到工业的其他各个领域中，成为工业领域中一门非常重要的控制和传动技术。特别是在出现了高精度、响应速度快的伺服阀后，液压技术的应用更是飞速发展。在20世纪70年代末至80年代末，电子计算机的迅速发展，促使液压技术进入了数控液压伺服技术的时期。目前普遍认为，电子技术和液压技术相结合是液压系统实现自动控制的发展方向。

观察与实践

活动 液压的基本认识

1.实验目的

通过观察和操作液压挖掘机、液压起重机，体验和了解液压系统的工作情况，认识各类液压元件，知道其作用。

2.实验设备

液压试验台、实验用小型液压挖掘机、液压起重机。

3.实验前的准备工作

熟悉实验台、液压挖掘机、起重机各手柄、按钮的位置和功能。

4.实验过程

（1）观察挖掘机，完成下列问题。

① 挖掘机工作时要做哪些动作？

② 挖掘机有哪些元件，分别属于液压系统组成部分的哪一部分？

③ 元件之间如何连接？

（2）把切换开关打到手动控制部分，分别操纵4个手动换向阀操作挖掘机，完成下列问题。

① 4个手动换向阀1、2、3、4分别控制挖掘机的哪个动作？

② 以其中一个手动换向阀为例，向前和向后扳动操作手柄，液压缸的动作有什么不同？

（3）把切换开关打到自动控制部分，扳动操纵杆，完成下列问题。

操纵杆动作时，电磁换向阀的得电指示灯亮和液压缸的工作有什么关系？（以其中一个液压缸为例）

（4）操作液压起重机，重复步骤（1）～（3）。

（5）在液压实验台找出动力元件、执行元件、控制元件、辅助元件，根据元件上的铭牌列出元件清单（见表1-1）。

思考与练习

（1）什么是液压传动？液压传动有哪些特点？

（2）我们日常生活中见过哪些液压设备和液压装置？

（3）液压系统由哪几部分组成？每一部分起什么作用？