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推荐语：实用的液压技术入门书，可自学也可用于培训教学

作者：宁辰校编

出版社：化学工业出版社

出版时间：2020-05-01

书籍编号：30618033

ISBN：9787122363947

正文语种：中文

字数：188377

版次：

所属分类：科学新知-工业技术

内容提要

本书在液压基础知识部分，重点介绍了基本理论和基本概念；在液压元件部分，强调对各类元件的组成、类型和基本工作原理的理解和掌握；在基本回路和典型系统部分，则尽可能内容丰富、翔实，并结合生产实际，突出实用性。本书追求基础性、系统性、先进性和实用性的统一，贯彻通俗易懂、少而精、理论联系实际的原则。在全书结构上，内容完整、循序渐进。

本书特别适合液压传动的初学者学习使用，可供从事液压传动及控制技术的工程技术人员及其他相关从业人员参阅，也可作为高等职业教育、成人教育、技术培训的基础教材，同时可作为大、中专院校相关专业的教学参考书。

版权页

书名：液压传动入门与提高

作者：宁辰校主编

CIP号：第039713号

ISBN：978-7-122-36394-7

责任编辑：黄　滢

出版发行：化学工业出版社（北京市东城区青年湖南街13号 100011）

购书咨询：010-64518888

售后服务：010-64518899

网址：http://www.cip.com.cn

版权所有　违者必究

前言

液压传动是自动化和智能制造生产中的先进科学技术之一，在现代科学技术发展中占有非常重要的地位。液压传动广泛应用于机械制造、电子电气、石油化工、汽车、船舶、军工和各类自动化智能装备等行业中，是当代工程技术人员所应掌握的重要基础技术之一。

本书共9章，第1、2章是液压传动概述和液压传动基础知识；第3～6章介绍了构成液压系统的各类液压元件；第7章详细介绍了能够实现各种特定功能的液压基本回路；第8章分析了典型液压系统；第9章简要介绍了液压系统的设计方法和步骤。

本书在编写过程中，追求基础性、系统性、先进性和实用性的统一，充分贯彻通俗易懂、少而精、理论联系实际的原则，在较全面地阐述液压传动基本内容和基础知识的基础上，力求反映我国液压传动技术的新情况、新进展。在全书结构上，内容完整、循序渐进。在液压基础知识部分，重点介绍基本理论和基本概念；在液压元件部分，强调对各类元件的组成、类型和基本工作原理的理解和掌握；在基本回路和典型系统部分，则尽可能内容丰富、翔实，并结合生产实际，突出实用性。为了强化对元件在回路及系统中功用的理解，在元件部分引入了基本回路的内容。

本书适合液压传动的初学者学习使用，可供从事液压传动及控制技术的工程技术人员及其他相关从业人员参阅，也可作为高等职业教育、成人教育、技术培训的基础教材，同时可作为大、中专院校相关专业的教学参考书。

本书由宁辰校主编，张戌社参编。宁辰校编写第1～6章，张戌社编写第7～9章。周荣芳、齐习娟等参与了文献资料搜集、文稿录入和部分插图制作等工作。

由于笔者水平所限，书中疏漏之处在所难免，恳请广大读者批评指正。

编　者

第1章　液压传动概述

一部完整的机器一般由原动机、传动机构、控制系统和工作机组成。原动机包括电动机、内燃机等。工作机即完成该机器工作任务的直接工作部分，如磨床的工作台，车床的刀架、卡盘等。由于原动机的功率和转速变化范围有限，为了适应工作机的工作力和工作速度变化范围较宽，以及其他操纵性能的要求，在原动机和工作机之间设置了传动机构，其作用是把原动机输出功率经过变换后传递给工作机。可知，所谓传动就是通过机构或构件把动力从机器的一部分传到另一部分。

传动可分为机械传动、电气传动和流体传动三种形式。流体传动是以流体为工作介质进行能量转换、传递和控制的传动，它包括液压传动、液力传动和气压传动。

液压传动是利用液体的压力能传递动力和运动的传动方式。它以液体为工作介质，通过动力元件（液压泵）将原动机的机械能转换为液体的压力能，再通过控制调节元件（液压阀）控制液体的压力、流量等参数，并借助执行元件（液压缸或液压马达）将受控液体的压力能转换为机械能，进而驱动工作机实现直线或回转运动。

液压传动的研究内容包括液压工作介质的基本物理性质及其力学特性，各种元件的基本结构、工作原理和性能，各种基本回路的构成和性能，以及液压系统的分析和设计等。

1.1　液压传动的工作原理与组成

1.1.1　液压传动的工作原理和特征

液压传动的工作原理，可以用一个液压千斤顶的例子来说明。

图1-1中，大液压缸9为举升液压缸，大活塞8可竖直运动。杠杆手柄1、小液压缸2和小活塞3、单向阀4和7组成手动液压泵。如提起手柄使小活塞3向上移动，则小活塞3下端油腔容积b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3下移，小液压缸2下腔b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输入举升大液压缸9的下腔a，迫使大活塞8向上移动，顶起重物。再次提起杠杆手柄1吸油时，单向阀7自动关闭，使油液不能倒流，从而保证了重物不会自行下落。不断地往复扳动手动液压泵杠杆手柄1，就能不断地把油液压入大液压缸9下腔a，使重物逐渐地升起。如果打开截止阀11，大液压缸9下腔a的油液通过管道10、截止阀11流回油箱，重物就向下移动。

图1-1　液压千斤顶的工作原理图

1—杠杆手柄；2—小液压缸；3—小活塞；4，7—单向阀；5—吸油管；6，10—管道；8—大活塞；9—大液压缸；11—截止阀；12—油箱；F，F₁，F₂—作用力；A₁，A₂—活塞截面积；a，b—油腔

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和工作特征。液压传动利用有压力的油液作为传递能量和动力的工作介质。压下杠杆时，小液压缸2输出压力油，把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（重力F₂），又将油液的压力能转换成机械能。由此可见，液压传动是一个不同能量的转换过程。其工作特征如下。

①力的传递是由液体的压力实现的，系统工作压力取决于负载。

以F₂表示作用在大活塞8上的作用力，A₂表示大活塞8的截面积，p₂表示力F₂在a腔中产生的液体压力；以F₁表示作用在小活塞3上的作用力，A₁表示小活塞3的截面积，p₁表示力F₁在b腔中产生的液体压力（液压泵的排油压力），则大活塞8与小活塞3的静力平衡方程分别为

　　（1-1）

如果不考虑管路的压力损失，则液压泵的排油压力（b腔中的液体压力）p₁和a腔中的液体压力相等，即

　　（1-2）

在液压缸活塞受力平衡的状态下，活塞静止或匀速运动，此时系统可以克服的负载为

　　（1-3）

即在系统结构参数（此处为活塞面积A₁和A₂）不变的情况下，系统的工作压力p取决于负载，而与流入的液体体积大小无关。这是液压传动的第一个工作特征。

②运动速度的传递靠容积变化相等原则实现，运动速度取决于流量。

如果不考虑液体的压缩性和泄漏损失等因素，则液压泵排出的液体体积等于进入举升液压缸的液体体积，即容积变化相等，可表示为

　　（1-4）

式中，x₁和x₂分别为液压泵活塞及举升液压缸活塞的位移。

式（1-4）两边分别除以运动时间t，可以得到

　　（1-5）

　　（1-6）

式中，v₁和v₂分别为液压泵活塞及举升液压缸活塞的平均运动速度，可以看出，活塞的运动速度与活塞的作用面积成反比；A为单位时间内液体流过截面积A的液体体积，称为流量q，即

　　（1-7）

如果知道进入液压缸的流量q，则活塞的运动速度为

　　（1-8）

由上可以得到液压传动的第二个工作特征：在系统结构参数一定的情况下，运动速度的传递是靠工作容积变化相等的原理实现的。活塞的运动速度取决于输入流量的大小，与外负载无关。调节进入液压缸的液体流量q，可以调节活塞的运动速度v。

③系统的动力传递遵守能量守恒定律，压力与流量的乘积等于功率。

如果忽略任何损失，则系统的输出功率P₂等于输入功率P₁，有

　　（1-9）

由式（1-1）和式（1-8），可以得到

　　（1-10）

从式（1-10）可以得到液压传动的第三个工作特征：液压传动以液体的压力能传递动力，并且遵循能量守恒定律，压力与流量的乘积等于功率。

由上可以得到以下结论。

①液压传动中的工作介质在受调节和控制的情况下工作，液体可以传递动力、速度和能量，即起“传动”作用，也可以传递控制信号来改变操纵对象的工作状态，即起到“控制”作用，两者很难分开。

②与外负载相对应的液体参数为压力，与运动速度对应的液体参数为流量，压力和流量是液压传动中两个最基本的参数。

③如果忽略各种损失，则液体可传递的力与速度彼此无关，所以液压传动可实现与负载无关的各种运动，也可借助控制系统实现与负载相关的各种运动。

④液压传动遵循能量守恒定律，因而可以省力，但不能省功。

1.1.2　液压传动系统的组成

液压千斤顶是一种简单的液压传动装置。下面通过机床工作台液压传动系统来说明液压传动系统的组成。如图1-2所示，它由油箱19、过滤器18、液压泵17、溢流阀13、换向阀5和10、节流阀7、液压缸2以及连接这些元件的输油管道、接头组成。其工作原理如下：液压泵17由电动机驱动后，从油箱19经过滤器18吸取液压油。油液从泵出口进入管路，在图1-2（a）所示状态下，通过换向阀10、节流阀7和换向阀5进入液压缸2左腔，推动活塞3使工作台1向右移动。这时，液压缸右腔的油经换向阀5和回油管6排回油箱。

图1-2　机床工作台液压系统的工作原理图

1—工作台；2—液压缸；3—活塞；4，9—换向手柄；5，10—换向阀；6，8，11，12，16—管路；7—节流阀；13—溢流阀；14—钢球芯阀；15—弹簧；17—液压泵；18—过滤器；19—油箱

如果将换向阀5的换向手柄4转换成图1-2（b）所示状态，则压力管中的油将经过换向阀10、节流阀7和换向阀5进入液压缸2右腔、推动活塞3使工作台1向左移动，并使液压缸2左腔的油经换向阀5和回油管6排回油箱。当扳动换向阀10的换向手柄9，使其阀芯处于左端工作位置时，则油液流经换向阀10和回油管8直接排回油箱19，不再向液压缸供油，此时可扳动换向手柄4，使换向阀5的阀芯处于中间工作位置，则工作台1停止运动。

工作台1的移动速度是通过节流阀7来调节的。当节流阀开大时，进入液压缸的油量增多，工作台的移动速度增大；当节流阀7关小时，进入液压缸的油量减少，工作台的移动速度减小。为了克服移动工作台时所受到的各种阻力，液压缸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所产生的。要克服的阻力越大，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原理——液压缸的工作压力取决于负载。

液压泵17的最大工作压力由溢流阀13调定，当油液对溢流阀13中钢球阀芯14的作用力略大于弹簧15对钢球阀芯的作用力时，阀芯移动使阀口打开，油液经溢流阀流回油箱19，泵出口的压力不再升高。溢流阀的调定值由弹簧调定，应为液压缸的最大工作压力和油液流经各元件（阀和管路等）的压力损失之和，因此液压缸的工作压力不会超过溢流阀的调定压力值。另外，溢流阀还可对系统起到过载保护作用。

如果把图1-2中的液压缸2竖直安装使活塞升降运动，则可用于起重设备（活塞杆向上）或冲压、锻压设备（活塞杆向下）。如果把液压缸换为液压马达，则可输出回转运动。

由此可见，一个完整的、能够正常工作的液压系统，除了传递能量的工作介质外，一般还由四个主要部分来组成。

（1）能源元件

将原动机（电动机或内燃机）输出的机械能转换为液体的压力能，供给系统具有一定压力的油液。液压系统的能源元件是各种类型的液压泵。

（2）执行元件

把液体的压力能转换成机械能，以驱动工作机械的负载做功。形式有做直线运动的液压缸、做回转运动的液压马达和做摆动的摆动液压马达。

（3）控制调节元件

对系统中的液体压力、流量或流动方向进行控制或调节，从而控制执行元件输出的力（转矩）、速度（转速）和方向，以满足工作机构的动作要求，如各种压力、流量、方向控制阀。

（4）辅助元件

上述三部分之外的其他元件。例如油箱、过滤器、管件、热交换器、蓄能器、指示仪表等，它们对保证系统正常工作是必不可少的。

1.1.3　液压传动系统原理图和图形符号

图1-1和图1-2所示的液压传动系统是一种半结构式的工作原理图，直观性强、容易理解，当液压系统发生故障时，根据原理图检查十分方便，但图形比较复杂，绘制麻烦。因此，工程上普遍采用的是由元件的标准图形符号绘制的液压系统原理图。图形符号只表示液压元件的职能、连接系统的通路，不表示元件的具体结构和参数，也不表示

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