模块一 液压传动基础知识

任务一 液压传动系统的认识

学习内容

基础知识

1．液压传动系统的基本原理

2．液压传动系统的组成

3．液压传动系统的应用

基本技能

能正确区分液压传动系统的各组成部分

学习目的

1．了解液压传动系统的基本原理和液压传动系统的种类及组成

2．熟悉液压传动系统在工业生产中的应用

3．能正确区分液压传动系统的各组成部分

一、任务描述

图1-1（a）所示为工业生产中的压力机，它是由液压传动系统控制其主轴工作；图1-1（b）所示为建筑工地常见的推土机，它也是由液压传动系统控制其推土工作。在上述的工作中都是由液压传动系统来控制的，那么，什么是液压传动系统？液压传动系统是如何对机器进行控制的？

二、任务分析

在上述任务中，要了解什么是液压传动系统，液压传动系统是如何对机器工作进行控制的，就要了解液压传动系统的工作原理是什么？液压传动系统是由哪些部分组成的？下面我们先来认识一下液压传动系统。

三、任务完成

1．液压传动系统的工作原理

液压传动在工程机械中被广泛运用，各种液压传动系统的结构形式虽然各不相同，但是工作原理相似。图1-2所示为机床工作台往复运动的液压传动系统工作原理图，图1-2（a）所示为为结构原理图，图1-2（b）所示为用图形符号表示的原理图。我们来分析、说明其液压传动系统的工作原理。

由图1-2可知，液压泵3由电动机带动，从油箱1中吸油，然后将具有压力的油液输送到管路中，油液通过节流阀6和管道流至换向阀7。换向阀7有不同的工作位置，因此通路情况不同，工作台的工作情况也就不同。当换向阀阀芯处于图示位置时，通向液压缸的油路被堵死，液压缸不通压力油，所以工作台停止不动。当换向阀阀芯向右推，压力油流入液压缸8的右腔，与工作台10相连的活塞在液压缸的右腔压力油的推动下带动工作台向左移动；液压缸左腔的液压油通过换向阀7流回油箱。同理，如果将换向阀阀芯左推，压力油流入液压缸8的左腔，活塞带动工作台向右移动。因此，调整换向阀7的工作位置就能改变压力油的通路，使液压缸不断换向，以实现工作台的往复运动。

根据加工要求的不同，工作台的移动速度可以根据节流阀6来调节，也就是利用改变节流阀开口的大小来调节通过节流阀的流量，以控制工作台的运动速度。

工作台运动时，由于工作情况的不同，克服的阻力也不同，不同的阻力都是由液压泵输出油液的压力能来克服，系统的压力可以由溢流阀5来调整。当系统中的油压升高到高于溢流阀调定的压力时，溢流阀就会打开，油液流回油箱，这时油压不再升高，维持定值。

为了保持油液的清洁，设置了过滤器2，将油液中的杂质过滤掉，使系统能正常工作。

通过以上分析，可以知道液压传动的工作原理：以油液作为工作介质，通过密封的容积变化来传递运动，通过油液内部的压力来传递动力。

2．液压传动系统的组成

从以上例子可以看出，一个完整的液压传动系统主要由以下几个部分组成。

（1）动力装置

动力装置是将原动机的机械能转化成液压能的装置，它是液压系统的动力源。对液压系统来说是液压泵，其作用是为液压系统提供压力油。如图1-2所示的3—液压泵。

（2）执行元件

执行元件是指液压缸或电动机，是将压力能转换为机械能的装置。其作用是在工作介质的作用下输出力和速度（或转矩和转速），以驱动工作机构做功。如图1-2所示的8—液压缸。

（3）控制调节装置

控制调节装置包括各种阀类元件，如图1-2所示的5—溢流阀、6—节流阀、7—换向阀等。其作用是控制工作介质的流动方向、压力和流量，以保证执行元件和工作机构按要求工作。

（4）辅助装置

除以上装置外的其他元件都称为辅助装置，如图1-2所示的1—油箱、2—过滤器及系统中的蓄能器、冷却器、管件、管接头等，它们是一些对完成主运动起辅助作用的元件，在系统中也是必不可少的，对保证系统正常工作有很重要的作用。

（5）工作介质

工作介质指传动液体，液压系统中通常称为液压油。

3．液压传动系统的特点

液压传动系统相对机械传动和其他传动系统比较，有其显著的特点。

1）液压传动系统的优点

（1）由于液压传动系统的各组成部分是通过油管连接，所以借助油管的连接可以方便灵活地布置传动机构。这是比机械传动具有明显优势的地方。例如，在井下抽取石油的泵可采用液压传动来驱动，以克服长驱动轴效率低的缺点。由于液压缸的推力很大，又加之极易布置，在挖掘机等重型工程机械上，已基本取代了老式的机械传动，不仅操作方便，而且外形美观大方。

（2）液压传动装置的重量轻、结构紧凑、惯性小。例如，相同功率液压马达的体积为电动机的12%～13%。

（3）可在大范围内实现无级调速。借助阀或变量泵、变量马达，可以实现无级调速，调速范围可达1∶2000，并可在液压装置运行的过程中进行调速。

（4）传递运动均匀平稳，工作时速度在负载变化下较稳定。正因为此特点，在金属切削机床中，磨床工作台的往复运动现在几乎都采用液压传动。

（5）液压装置易于实现过载保护。借助于设置溢流阀等过载保护装置，可使液压传动系统实现过载保护。同时液压件能自行润滑，因此使用寿命长。

（6）液压传动容易实现自动化。借助于各种控制阀，特别是采用液压控制和电气控制结合使用时，能很容易地实现复杂的自动工作循环，而且可以实现遥控。

（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）液压传动的缺点

（1）液压系统中的漏油等因素，影响运动的平稳性和正确性，使得液压传动不能保证严格的传动比。

（2）液压传动对油温的变化比较敏感，温度变化时，液体黏性变化，引起运动特性的变化，使得工作的稳定性受到影响，所以它不宜在温度变化很大的环境条件下工作。

（3）为了减少泄漏，以及为了满足某些性能上的要求，液压元件的配合件制造精度要求较高，加工工艺较复杂。

（4）液压传动要求有单独的能源，不像电源那样使用方便。

（5）液压系统发生故障时检查和排除较为困难。

总之，液压传动的优点是主要的，随着设计制造和使用水平的不断提高，有些缺点正在逐步加以克服。液压传动有着广泛的发展前景。

四、知识拓展

液压传动的发展概述

自18世纪末英国制造世界上第一台水压机以来，液压传动技术已有二百多年的历史。直到20世纪30年代它才较普遍地用于起重机、机床及工程机械。在第二次世界大战期间，由于战争需要，出现了由响应迅速、精度高的液压控制机构所装备的各种军事武器。第二次世界大战结束后，液压技术迅速转向民用工业，不断应用于各种自动机及自动生产线。

20世纪60年代以后，液压技术随着原子能、空间技术、计算机技术的发展而迅速发展。当前液压技术正向迅速、高压、大功率、高效、低噪声、经久耐用、高度集成化的方向发展。同时，新型液压元件和液压系统的计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助测试（CAT）、计算机直接控制（CDC）、机电一体化技术、可靠性技术等方面也是当前液压传动及控制技术发展和研究的方向。

我国的液压技术最初应用于机床和锻压设备上，后来又用于拖拉机和工程机械。现在，我国的液压元件随着从国外引进一些液压元件、生产技术及进行自行设计，现已形成了系列，并在各种机械设备上得到了广泛的使用。

液压传动技术在机械中的应用

驱动机械运动的机构，以及各种传动和操纵装置有多种形式。根据所用的部件和零件，可分为机械的、电气的、气动的、液压的传动装置。经常还将不同的形式组合起来运用——四位一体。由于液压传动具有很多优点，使这种新技术发展很快。特别是最近二、三十年以来，液压技术在金属切削机床、工程机械和航空工业等领域的应用越来越广泛。

在机床上，液压传动常应用在以下的一些装置中：

（1）主运动和进给运动传动装置。如磨床砂轮架和工作台的进给运动；车床、六角车床、自动车床的刀架或转塔刀架；铣床、刨床、组合机床的工作台等的进给运动也都采用液压传动。这些部件有的要求快速移动，有的要求慢速移动。有的则既要求快速移动，也要求慢速移动。这些运动多半要求有较大的调速范围，要求在工作中无级调速；有的要求持续进给，有的要求间歇进给，有的要求在负载变化下速度恒定，有的要求有良好的换向性能等。所有这些要求都是通过液压传动来实现的。

（2）往复主运动传动装置。如龙门刨床的工作台、牛头刨床或插床的滑枕等，由于要求作高速往复直线运动，并且要求在换向时冲击小、换向时间短、能耗低，因此都可以采用液压传动。

（3）仿形装置。如车床、铣床、刨床上的仿形加工可以采用液压伺服系统来完成。其精度可达0.01～0.02mm。此外，磨床上的成形砂轮修正装置也可采用这种系统。

（4）辅助装置。如机床上的夹紧装置、齿轮箱变速操纵装置、丝杆螺母间隙消除装置、垂直移动部件平衡装置、分度装置、工件和刀具装卸装置、工件输送装置等，采用液压传动后，有利于简化机床结构，提高机床自动化程度。

（5）静压支撑装置。如重型机床、高速机床、高精度机床上的轴承、导轨、丝杠螺母机构等采用液体静压支撑后，可以提高工作平稳性和运动精度。

练习与思考

1．液压传动系统由哪几部分组成？各部分的作用是什么？

2．液压传动的主要优缺点有哪些？

3．图1-3所示为液压千斤顶的工作原理示意图。它只需施加很小的力F就能顶起很重的物品。试分析其工作原理及各部分的作用。