第二章液压传动在工程机械上的应用

1、 第二章液压传动在工程机械上的应用2.1 液压传动基础1、液压油的压缩性液体在压力作用下引起的体积变化的性质叫做液体的压缩性。 由于液体的压缩性很小，液体压缩性的大小用体积压缩系数表示，即液体所受压力每增加一个单位压力时，其体积的相对变化量，即： 体积压缩系数： 液体体积弹性模量：一般液压油的压缩系数为：=(57)×10-10m2/N体积弹性模量为：K=(1.42)×109Pa液体的压缩性很小，一般情况下可以忽略不计。但在压力较高或对液压系统进行动态分析时必须考虑液体的压缩性。2、液压油的粘度在外力作用下油液流动时，由于液体分子间内聚力的作用而产生的阻碍其分子相对运动的内摩

2、擦力，称为液体的粘性。油液在静止时不显示粘性，运动时才显现粘性。粘性只能阻碍、延缓液体内的相对运动而不能消除这种运动。粘性的大小用粘度来表示，粘度是选择液压油的主要指标。液压油对温度的变化十分敏感。油温升高，液压油的粘度下降，油液变稀。当系统压力发生变化时，液压油粘度也发生变化。压力增加时，分子间距离缩小，分子间作用力加强，粘度增大。但系统压力在20MPa以下时，可忽略不计。在液压计算中常用到运动粘度。在国际单位制（SI）中，运动粘度以m2/s为单位。1厘斯(1cST)=1mm2/s。我国生产的润滑油和液压油采用其在40时运动粘度的厘斯数平均值作为其标号（例如20号机油在40时的平均运动粘度为

3、20厘斯）液压油是液压传动系统中作能量传递的工作介质，同时也具有润滑零部件和冷却传动系统的作用。正确选择和合理使用液压油，可以减少液压元件的磨损，提高液压系统的可靠性，延长机械的使用寿命，还可避免液压油的污染变质，节省液压油费用。目前大多数户外使用工程机械液压系统的特征是低速、大扭矩、高压和大流量，系统工作温度一般比环境温度高5060。因此对液压油的性能要求是：适当的粘度和较高的粘度指数；良好的润滑性能和抗磨性；良好的抗氧化安定性。抗泡沫性好、压缩性小，良好的抗乳化性和防锈性能；不使密封材料膨胀、老化变硬的性能等。在液压油的选择上，首先要考虑的是粘度问题。粘度必须适当。粘度过小，泄漏量增大，容

4、积效率下降；粘度过大,泵的吸油性能恶化，系统的压力损失增加，传动效率下降。一般可按设备或液压油泵所推荐的油液牌号来选用，如表1所示。 表1按照液压泵类型推荐用油粘度表mm2/s泵型系统工作温度5404080叶片泵<7MPa19292544>7MPa31423555齿轮泵19425898径向柱塞泵192938135轴向柱塞泵26424293工程机械所处的工作环境较恶劣，所受负荷较大，一般来说，宜选用抗磨性能好的液压油和低凝液压油。选择液压油的粘度还可根据液压系统的压力及工况来选择，如表2所示。一般压力过高时选用高粘度的液压油；压力低时选用低粘度的液压油；环境温度高，工作时间长时（如夏

5、天）采用高粘度液压油，使用温度低时（如冬天）采用低粘度液压油。对于较旧的液压系统，由于液压元件的相对运动部件之间的磨损，造成间隙增大以及橡胶等密封件的老化，使得系统内泄漏量增大，宜选用粘度较高的液压油。表2按照液压系统压力及工况推荐用油粘度表液压油牌号20-60#普通液压油20-40#抗磨液压油20-40#低凝液压油适用压力范围<8MPa>16MPa寒冷地区或工作条件恶劣（注：2.5MPa以下为低压系统，2.58MPa为中低压系统 816 MPa为中高压系统，1632 MPa为高压系统，大于32 MPa为超高压系统。先导阀控制油压一般为35 MPa）由于各种牌号的液压油中含有不同成

6、份的各种添加剂，因此工程机械换油或补油时，要使用同一牌号的液压油，在更换液压油时要注意以下几点：a、 使用指定牌号的液压油；b、 应在清洁的环境下作业，避免垃圾、灰尘和砂粒的混入；c、 洗净油箱和滤油器；d、 更换其它牌号的液压油时要注意清除油箱、液压元件和管道中的存油，并进行清洗干净。更换之后最初500小时内，应对油液取样进行化验分析。【例】一台日本20t加藤汽车起重机冷机起动后，主钩起升可起吊重物,重负荷工作1h后，主钩起升系统起升无力，基本无动作。按由简入繁的工作程序，在修理过程中，首先让吊机钩头悬挂重物起升，动作正常，但热机后，起升系统不起作用，经仔细调整系统溢流阀，仍不起作用，后经仔

7、细检查,发现该机液压系统使用的是N32液压油，考虑可能是液压油粘度过小,换用N68液压油后，吊机运转正常，这是一起典型的液压油使用不当的案例，N32与N68粘度对比列于表1。表1N32与N68粘度对比运动粘度mm2/sN32N680 不大于42014004028.835.261.274.8100 不小于5.07.83液压冲击液压冲击：在液压系统中，由于某种原因引起液体压力在某一瞬间急剧升高，形成很高的压力峰值。n 原因1) 管路内阀口迅速关闭或换向时,产生液压冲击。2) 运动部件在高速运动中突然被制动停止产生压力冲击(惯性冲击)。3) 液压系统中某些液压元件动作失灵产生的液压冲击。【例】装在汽

8、车底盘上的闭式液压系统，由汽车发动机提供动力，当发动机突然熄火时，运行中的闭式液压系统的主回油管路将会产生压力冲击，这种压力冲击可达其稳态值的若干倍。管路的某个接头处有一股小液流瞬间喷出。由于闭式液压系统的回油管路产生压力冲击是一个时间短暂的动态过程，用一般的溢流阀作安全阀很难起到安全保护作用，因此应采取措施使其主泵原动力不至于突然消失。n 危害1) 冲击的压力可能高达正常工作压力的34倍,会损坏系统中的元件、管道、仪表等设备。2) 冲击产生的冲击压力使某些液压元件（液压阀、压力继电器等）产生误动作（误发信号）,干扰液压系统的正常工作,影响液压系统的工作稳定性和可靠性。3) 引起振动和噪声,联

9、结件松动,造成漏油,压力阀调节压力改变,流量阀调节流量改变,影响系统的正常工作。n 措施对于阀口突然关闭产生的压力冲击,可采取下列措施：1) 增大管径以减小管道中液流速度，从而减少转变成压力能的动能。缩短管长,避免不必要的弯曲;或采用软管也行之有效2) 减慢换向阀的关闭速度,即增加换向时间。或在滑阀完全关闭前,减慢液体的流速。3) 选择动作灵敏、响应快的液压元件运动部件(如油缸)突然被制动、减速或停止时,产生液压冲击的预防措施。1) 加长执行元件制动的时间。2) 在油缸端部设置缓冲装置(如单向节流阀)控制油缸端部的排油速度,使油缸运动到缸端停止时,平稳无冲击。3) 在油缸的行程终点采用减速阀,

10、由于缓慢关闭油路而缓和了液压冲击。4) 可在油缸的入口及出口处设置反应快、灵敏度高的小型安全阀(直动型),其调整压力在中、低压系统中,为最高工作压力的105%115%,在高压系统中,为最高工作压力的125%,这样可以防止冲击压力不会超过上述调节值。5) 在油缸回油控制油路中,设置平衡阀和背压阀,以控制快速下降或水平运动的前冲冲击,并适当调高背压压力。6) 采用橡胶软管吸收液压冲击能量,在易产生液压冲击的管路位置,设置蓄能器吸收冲击压力。7) 采用带阻尼的液动换向阀,并调大阻尼,即关小两端的单向节流阀。8) 可适当降低润滑压力。9) 油缸缸体孔配合间隙(间隙密封时)过大,或者密封损坏,而工作压力

11、又调得很大时,易产生冲击。采取的办法是:更换活塞或活塞密封件,并适当降低工作压力,可排除冲击现象。【例】混凝土泵车出现活塞在吸入混凝土至行程末端时,总要撞击一下清洗室的制动器,严重时泵送1503混凝土就要更换活塞,否则将撞碎活塞减震垫,使活塞变形,甚至将液压缸密封压盘撞变形、油封被破坏而大量漏油,被迫停止工作。故障原因：开式系统的最大问题就是换向阀换向瞬间的压力冲击。设计流量越大，液压系统的控制及执行元件的各部位指数越大,相应加工难度、允许误差就越大。在工作中由于各种不利条件如外温环境、空气污染等的影响,造成正常和非正常的磨损,使液压控制系统的液动换向阀、主换向阀及其他控制元件的密封性能不断减

12、弱,导致系统的冲击力越来越大,尤其控制系统的油流压力越来越复杂猛烈。由于以上原因,造成液压系统中的各种液压阀都受到这种复杂而猛烈的液动压力的影响,使这些控制元件的工作动态响应提前;控制油压的剧烈变化使紊流现象相应增大,各控制元件产生不良的联动反应, 活塞撞击制动器只是其中一种现象。开式油路的回油压力冲击现象是由于换向阀切换方式。液动控制阀、主四通阀的切换过程都是高压油,冲击严重,必须设法改善其切换方式。故障排除过程：根据以上分析,活塞撞击“制动器”是由于开式系统采用阀换向、大流量、高压力导致液动阀中的油流在高速切换时产生的压力冲击造成了各控制元件的联动性故障。开始只注意到某个元件的故障改善、修

13、复或更换,如先导换向阀、逆转换向阀、辅助阀和主四通换向阀等,都一一进行过单一的修复或更换,然而均无明显改善。经过反复试验后，在先导换向阀与逆转阀组之间的阻尼孔前,再增设一个合适流量阻尼孔元件进行二次阻尼，活塞撞击制动器的现象消除,故障被彻底排除。【例】某型号的装载机变速器采用行星齿轮式动力换档变速器，换档操作系统为液压式，在使用中有时出现换档冲击故障，换档后装载机不能平缓起步，出现短暂的动力中断现象后猛然结合使整机出现液压冲击现象。解决办法：检查单向阀或节流阀有无堵塞，如有，用压缩空气或细铜丝疏通。根据实践经验，油路系统如果没有按规定时间清洗，油液杂质过多，容易导致节流孔的堵塞和阀芯卡死。这是

14、导致换档冲击的主要原因。4、空穴现象在常温和大气压下，液压油中一般溶解有56%（体积）的空气。如果某点的压力低于当时温度下的油（空）气分离压时，溶解在油液中的空气将迅速、大量地分离出来，形成气泡；如果某点的压力低于当时温度下的油液的饱和蒸汽压时，油液本身也将沸腾、汽化，产生大量气泡，从而使油液中产生气穴，使充满在管道或液压元件中的油液称为不连续状态，这种现象叫空穴现象。空穴现象往往发生在液压泵的吸油管道中和过流断面非常狭窄的地方；如果吸油管的直径小，吸油面过低或吸油管中其它阻力较大以至吸油管中真空度过大，或者液压泵转速过高而在泵的吸油腔中油液不能充满全部空间，都可能产生空穴现象。当油液通过节流

15、小孔、阀口缝隙等特别狭窄的地方时，由于流速很高致使油液的压力降得很低，这时也容易产生空穴现象。气泡随着液流带入高压区时将急剧溃灭，空气又溶解于油中，使局部区段形成真空。这时周围液体质点以高速来填补这一空间，质点相互碰撞而产生局部高压，温度急剧升高，引起局部液压冲击，造成强烈的噪声和油管的振动。同时，接触空穴区的管壁和液压元件表面因反复受到液压冲击和高温的作用，以及气泡中氧气的氧化作用，零件表面将产生腐蚀。这种由空穴现象引起的腐蚀称为气蚀。空穴分离出来的气泡有时并不溃灭，它们聚集在管道的最高处或流道狭窄处形成气塞，使油液不通畅甚至堵塞，使系统不能正常工作。液压泵发生空穴现象时，除产生噪声、振动外

16、，还会降低泵的吸油能力，增加泵的压力和流量的脉动，使泵的零件受到冲击载荷，降低工作寿命。防止措施：避免系统压力极端降低，管路密封良好，防止空气混入系统，切勿从吸油管道吸入空气；正确设计液压泵的结构参数（适当限制转速和吸油高度），特别注意使吸油管有足够的直径，对高压泵，采用低压泵补油（高压大流量泵吸油时容易产生真空）；在系统管道中尽量避免狭窄和急剧转弯处，减少吸油管路中的阻力；及时更换滤油网。改善零件的抗气蚀能力，采用抗腐蚀能力强的金属材料（或镀层）制造液压件，降低零件表面粗糙度，提高机械强度。油泵吸油口压力过低（真空度过大）会降低泵的工作效率，并且容易产生气蚀现象，使油液的流动性变差，元件表面

17、受到局部侵蚀疲劳甚至损坏，加大噪声和振动。因此，油泵的吸油口压力不能太低，一般柱塞泵的吸油口压力应不低于0.085MPa。而吸油口压力过高（即油箱内压力过高），会使液压泵和马达壳体内的泄油压力增大，会严重影响液压泵和液压马达的正常工作，甚至会将轴封击穿而无法工作。柱塞泵（马达）的壳体泄油压力一般不超过0.15MPa。所以，液压泵吸油口压力过高或过低都会影响液压系统的正常工作，甚至破坏液压元件。【例】WY20液压挖掘机斗杆油缸运动时，进出油缸两腔油液流量的差值（有杆腔与无杆腔活塞有效面积不同）较大，约为170l/min，导致油箱内液压油增多或减少，油面下降或上升，引起油箱内气压变化，从而引起吸油

18、口压力变化。只有进出油箱的气体流量达到该值时，才能保证油箱内压力不变。改进设备的气路系统，措施：1、增大气压管路通径，减少弯曲，增大供气量，更换通径较大的安全阀。但此法受气压管路的限制，费用较高。2、取消气路加压系统。在油箱上安装一个预压式空气滤清器（PAF1-0.02-0.45-10L），它可以保证在油箱内压力小于0.1MPa时，就打开单向阀进气，而油箱内压力大于0.12MPa时，打开其内部的排气阀，气体排出。通气量可达450L/min，远大于进出油缸两腔油液的流量差值。同时，缩短油泵吸油管，减少油管弯曲。这样就可以保证油泵的吸油口压力在0.10.12MPa的正常范围内。该方法简便易行，费用

19、较低，并取消了油箱的加压系统，从而降低了成本。2.2 液压元件2.2.1液压泵与液压马达1、液压泵液压泵是液压系统中的能源，它将电动机的机械能转换成液体的压力能。液压泵的基本性能参数是用来表征其工作能力和工作质量，包括允许工作压力、转速、排量和流量及工作效率等。1、压力pB液压泵输出的液体压力大小，是由负载决定的。额定压力pB ：指液压泵在正常工作条件下能够连续运转的最高压力。这是从液压泵的强度、寿命、效率等使用因素考虑而规定的正常工作的压力上限。最大压力pmax：液压泵在短时间内超载运行所允许的极限压力。它通常由液压系统的安全阀限定。安全阀的调定值不能超过液压泵的最大压力值。2、排量qB和流

20、量QB排量qB是液压泵的一个重要结构参数，它是指液压泵在转过单位角度过程中排出液体的理论体积，单位为ml/r（毫升/转）。液压泵的排量取决于泵的结构参数，与泵的输出压力、转速无关。排量可调节的泵称为变量泵，不可调节的泵称为定量泵。流量QB是指液压泵在单位时间内输出的液体体积，单位为l/min（升/分）。泵的理论流量：QBt= qB·B泵的实际流量： QB= QBt QBQB油泵的泄漏流量，只随油压变化3、转速B额定转速B ：液压泵在额定压力下能正常连续运转的最大角速度。单位为rad/s。为了液压泵具有一定的自吸能力，一般不希望液压泵超过额定转速运转。最高转速B ：工作角速度的上限值，

21、它受运动件磨损和寿命、气蚀条件的限制。如果液压泵的角速度超过最高角速度，就可能产生气蚀现象，使液压泵产生很大的振动和噪音，加速零件损坏，寿命显著降低。4、转矩MB与功率NB转矩是指液压泵的输入转矩，功率是指液压泵的额定输入（驱动）功率。5、效率容积效率Bv：液压泵实际流量QB与理论流量QBt的比值。机械效率Bm：液压泵的理论转矩MBt（或理论功率Nt）与实际输入转矩MBi(或理论功率 ) 的比值。即： Bm= MBt / MBi= Nt / N总效率B：液压泵实际输出功率PBo与输入功率PBi的比值。也等于容积效率与机械效率的乘积。 B= Bv· Bm 任何油泵的实际输入功率均可表示

22、为：p 油泵输出压力（N/m2)QB 油泵实际输出流量（升/min）B 油泵的总效率6、自吸能力自吸能力是指液压泵在额定角速度下，从低于液压泵的开式油箱中自行吸油的能力，用吸油高度或真空度来表示。由于受真空和气蚀条件的限制，液压泵所允许的吸油高度一般不超过0.5m。对于某些自吸能力较差的液压泵可采取高位油箱、压力油箱、补油泵等措施。二、液压马达液压马达正和油泵相反，它是将工作液体的压力能转换为旋转形式的机械能，属于液压系统的执行元件。它输入的能量形式为压力和流量，输出的能量形式是转矩和转速。液压马达的主要性能参数有排量qM、输出转矩MM、输出角速度M等。1、排量qM排量qM 是指液压马达在转过

23、单位角度工作腔几何容积的变化量，单位为ml/r（毫升/转）。排量可调节的液压马达称为变量马达，不可调节的液压马达称为定量马达。2、输出转矩MM液压马达输出转矩是其输出轴带动负载的实际输出转矩，单位为N·m。额定输出转矩是在额定工作压力下，液压马达输出轴的实际输出转矩。3、角速度M额定角速度是指液压马达在额定输出转矩下能连续运转的角速度。最低稳定角速度是指不出现爬行现象时液压马达的最低而稳定的角速度。4、输出功率PM液压马达输出功率反映了液压马达克服负载做功的能力，通常用额定输出功率来表示。5、效率M容积效率Mv：液压马达理论流量QM与实际输入流量QMi的比值。机械效率Mm：液压马达的

24、实际输出转矩MMo与理论转矩MM的比值。即： Mm= MMo / MM（注：理论功率、转矩：不考虑摩擦时的功率、转矩。）总效率M：液压马达实际输出功率PMo与输入功率PM的比值，也等于容积效率与机械效率的乘积。M= Mv ·Mm 液压马达的机械效率影响其启动性能，容积效率影响其制动性能。三、常用液压泵与液压马达的分类及特点常用液压泵和液压马达按其结构形式可分为齿轮式、叶片式和柱塞式三大类。按输入、输出的流量是否可调分为定量泵（液压马达）和变量泵（液压马达）。按输入、输出的液流方向是否可调分为单向泵（液压马达）和双向泵（液压马达）。 根据常用基础标准中的压力分级，通常将额定压力为02.

25、5MPa的液压泵叫低压泵， 2.58.0MPa的叫中压泵，8.016MPa的叫中高压泵，1632MPa的叫高压泵；超过32MPa的叫超高压泵。图2.2-1 液压泵与液压马达符号1、齿轮泵与齿轮马达齿轮泵结构简单，体积小，质量轻、成本低、工作可靠、自吸能力好、对油液污染不敏感、维修方便，非常适合用于工况恶劣的工程建设机械。由于齿轮泵结构简单，体积小，故常用在要求结构紧凑，重量轻的设备上。齿轮泵的振动和噪声较其它类型的泵大。在使用齿轮泵时，改变齿轮泵的转速就能改变泵的平均输出流量，但齿轮泵的转速是有限制的，太高了，油液在离心力的作用下，不能填满整个吸油腔，而且还会引起气穴现象，所以一般齿轮泵的最大

26、圆周速度已不超过56m/s为宜。转速过低时泵的平均理论流量相应减少而泄漏量无多大变化（泵的泄漏流量只随油压变化），容积效率下降很多，一般当转速小于200300r/min时，齿轮泵就不能正常工作了。目前齿轮泵的最高工作压力可达32MPa，角速度达700r/s。（注：齿轮泵压力范围：低压泵几兆帕，高压泵从十几到32MPa。）我国高压齿轮泵的结构类型较多，目前压力最高的是CB-Z2型， 其结构上的主要特点是采用双向补偿。即浮动侧板7起着轴向间隙补偿作用，径向密封块12起径向密封间隙跟踪补偿作用。该泵性能上的主要特点是：1)高压力。由于采用双向补偿形成了高压密封，其额定压力为25.5MPa、最高压力3

27、1.5MPa。2)高效率。其容积效率94，总效率85。特别是在高温工况下仍能保持较高的容积效率，提高了泵的实际使用价值。 3)寿命长。由于采用径向密封块跟踪补偿径向密封间隙，扩大了吸油区包角，缩小高压区。径向力比一般齿轮泵要减少28，大大提高了泵的寿命。内啮合摆线齿轮泵，一般称作摆线转子泵。与外啮合齿轮泵相比，具有结构紧凑、体积小、噪声低、自吸性能好，适用于高转速等优点。它的缺点是在高压低转速时容积效率较低。摆线转子泵的额定压力一般为2.5MPa、4.0MPa，这种泵广泛用于低压系统，作为补油泵和润滑泵使用，并应用于大、中型车辆和工程机械的液压转向系统。 齿轮马达与齿轮泵的基本结构相同，从可逆

28、性原则来说，除了在结构上采取了限制措施的泵以外，齿轮泵可以作为液压马达使用。由于齿轮马达要正反转工作，故其进出油口对称，孔径相同。齿轮马达是小扭矩高转速马达，能以300r/s的高速旋转。齿轮马达的瞬时流量随转角变化波动较大，作用在齿轮上的径向力造成较大的摩擦阻力，因此低速运转时效率低，稳定性差。在转速低于15r/s时容易出现爬行现象。另外，启动时的机械效率很低（<0.8），带负载启动很困难。内啮合摆线齿轮马达(摆线马达)结构紧凑、体积小、输出转矩大、低速稳定性好、转动惯量小，额定压力一般为1012MPa。是一种小型低速大转矩液压马达。汽车车辆、工程机械等液压系统有所应用。2、叶片泵与叶片

29、马达叶片泵运转平稳，噪声小，流量均匀性好，容积效率较高。但对吸油条件要求高，工作转速为60150r/s之间，对液压油的污染较敏感，结构较复杂。单作用叶片泵可作为变量泵使用，但工作压力过低。双作用叶片泵均为定量泵，工作压力可达1621MPa。工程机械上应用较多的是双作用叶片泵。单作用式叶片马达可以制成变量马达，但结构复杂，运动零件多，泄漏量大，容积效率低。工程机械上实际采用的通常是双作用定量叶片马达。3、柱塞泵与柱塞马达齿轮泵和叶片泵都存在密封面积大，泄漏较多，压力不高的弱点，而柱塞泵具有压力高，容积效率高的特点，最适用于高压大功率的液压系统。柱塞泵按柱塞的排列形式不同分为轴向柱塞泵和径向柱塞泵

30、。径向柱塞泵密封性好，容积效率和工作压力都比较高。它具有耐振动、耐冲击、压力高，有一定的自吸能力，对油液过滤要求较低等特点。轴向柱塞泵能在高压（42MPa)和高速（400r/s)下可靠地工作，容积效率较高（0.98），结构上容易实现变量，因而在工程机械上得到了广泛的应用。通过改变流量以实现液压马达或液压缸的调速。是轴向柱塞泵的重要特点。这种调节可以是连续的，无级的，还可以在液压系统工作中不停机地进行。变量调节控制按信号来源可分为两类。一类是由外力或外部信号来进行调节。一类是由泵本身的流量、压力、功率等工作参数作信号，通过改变和控制泵的排量、压力和功率等实行反馈控制、自动调节。工程机械上使用后一

31、类控制方式较多。静力压桩机采用的是邵阳液压件厂生产的压力补偿轴向柱塞变量泵。液压泵变量机构从控制方式来看有手动变量机构，液控变量机构，伺服变量机构等。手动变量机构通过转动手轮，带动变量活塞作上下移动，带动斜盘，改变斜盘倾角的大小和方向，从而改变泵的排量和液流方向。手动变量机构结构简单，但往往因人的操作力不够而要在泵停转或卸载后方能进行调节。它适用于中小功率且不经常调节的变量泵。图2.2-2 手动伺服变量机构手动伺服变量机构是一个随动机构，由拉杆、伺服阀、变量活塞、变量壳体等主要零件组成。变量活塞内孔中装有伺服阀，伺服阀与手推拉杆连接。工作时，泵出口的压力油引入变量壳体的下腔室。当手推拉杆下移时

32、，带动伺服阀下移，打开油口e，由于变量活塞上部面积比下部大，故油压作用力推动变量活塞下移，并通过销子带动斜盘增大倾角，泵流量增大。当变量活塞的移动量等于拉杆的移动量时，油口重新被伺服滑阀封闭，变量活塞便停下来。若拉杆带动伺服滑阀向上移动，油口e仍被封闭，而卸压油口f打开，上腔室的压力油经f油口泄入泵内由泄漏口流回油箱。此时变量活塞在下腔室油压的作用下上升，斜盘倾角减小，泵流量减小。当变量活塞上升量等于拉杆提升量时，油口f重新被伺服滑阀封闭，变量活塞停止上升。可以看出，斜盘的倾角完全跟随伺服滑阀的位移而变化，故称为伺服变量。伺服变量的最大优点是操作力小，控制灵活，适用于高压工作且需改变流量的场合

33、。液控变量机构实际上是一个双作用液压缸，一般用电液伺服阀来控制活塞的运动，通过活塞的运动带动泵的斜盘并改变其倾角而实现变量。调节电液伺服阀的输入电流可以实现全变量行程范围内的流量变化。液控变量机构可实现双向变量，结构简单，容易实现遥控，但电液控制系统较复杂。常用变量泵有以下几种：恒功率变量泵：柱塞泵的压力和流量近似地按恒功率关系变化，负载变化引起泵的工况改变时不会影响原动机的工况，使原动机仍在高效率区运转，充分发挥原动机的功率，并且提高了低负载时液压执行机构的速度。图2.2-3 恒功率变量泵的控制原理和特性曲线与定量泵比较，恒功率泵配备较小的原动机便可得到同样的最大流量和最高压力（因为恒功率泵

34、中压力与流量的最大值不是同时出现的）。由于上述优点，恒功率泵被大量地应用在工程建设机械上。恒功率控制原理及功率特性曲线如图2.3-3所示。功率调节器中控制活塞右面有压力油作用，左面有弹簧作用。当泵出口压力低于弹簧装置预压紧力时，弹簧装置未被压缩，液压泵的摆角处于最大角度，泵的排量最大，当液压泵在泵的出口压力和弹簧装置的压紧力相平衡时的位置(称为调节起始位置)时，作用在功率调节器中控制活塞上的液压力称为起调压力。当泵出口压力大于起调压力时，调节器中弹簧压缩力与其行程有近似双曲线的变化关系，而在速度恒定时，液压泵出口压力与流量也呈近似双曲线的变化，因此，液压泵在调节范围内始终保持恒功率的工作特性。

35、由于液压泵的工作压力随外负载而变化，因而可使工作机构的速度随外负载的增大而减小，或随外负载的减小而增大，使发动机功率在液压泵调节范围内得到充分利用。变量泵的起调压力P0是由弹簧装置的刚度和液压系统的要求决定的。调节最大压力Pmax由液压系统决定，由安全溢流阀确定，此时泵的摆角最小。图2.2-4 恒功率变量泵变量原理图2,2-4所示为恒功率变量泵变量原理：变量机构中差动变量活塞2内装有伺服滑阀3，滑阀的上部通过T形槽和芯轴4相连，芯轴上的外弹簧6有一定的预紧力，内弹簧5呈自由状态。工作时泵出口的压力油经单向阀1进入变量活塞的下腔a，并经油道b进入环槽d，作用在滑阀的下端，产生一个使滑阀向上与油液

36、压力相平衡的压力。当泵的油压p小于起调压力p0时，伺服滑阀处于最低位置，环槽c打开，压力油进入活塞上腔e。由于活塞上腔作用面积大于下腔的面积，故油液压力使活塞处于最低位置，这时斜盘保持最大倾角，流量为最大。起调压力p0可通过调整外弹簧的预紧力来改变。反之，当泵的压力pp0时，d腔中作用在伺服滑阀的向上的油液压力将大于外弹簧的预紧力，滑阀上移封闭环槽c，打开环槽g，活塞上腔e的油液经f、g及滑阀中心孔进入泵壳的卸压回油。活塞在下腔的油压作用下向上运动，使斜盘倾角减小、流量减少。活塞跟随滑阀运动，直到滑阀停止运动。恒压变量泵：不论泵的流量如何变化，始终保持泵的输出压力为定值。恒压变量机构是一种定值

37、调节机构，不论泵的流量如何变化，始终保持输出压力为定值。其基本原理是将泵的输出压力与调定的压力值比较，根据两者的差值改变排量，以保持输出压力的恒定。斜轴泵的恒压变量机构的工作原理如图3.3-8所示，恒压变量机构取泵的出口压力信号pd对泵的流量进行调控，使输出压力保持调定值。泵的出口压力加被引入先导控制滑阀1的左端后，形成的液压推力pdAc与右端压力控制弹簧力Fs作比较。弹簧力Fs代表了恒压泵的调定压力p0，即p0Fs/Ac。 泵的工作压力pdp0时，控制滑阀1处于左端位置，开度x0，差动变量活塞下腔压力p0，活塞上腔油压pd将斜盘倾角推到最大位置，泵输出最大流量Qp，此时泵以定量泵方式工作。当

38、泵的工作压力增大到恒压变量泵调定值，即pd= p0时，控制滑阀在液压推力作用下将克服右端的弹簧力把阀口打开，形成开度为x的可变节流口，它和固定节流K构成串联阻力回路。开度x增大，压力p随之升高。开度x大到一定程度时，压力p便可推动差动活塞，并使斜盘倾角减小，泵的输出流量减小。为提高恒压精度，弹簧3刚度很小，而预压缩量很大，这样阀口开度x对弹簧力的影响很小。所以，当pd= p0时，阀口开度x在理论上是任意的，差动变量活塞的位置和斜盘倾角均是任意的。这表明，pd= p0时恒压变量泵在0Qp的任一流量下工作。恒压变量机构可用于节流调速系统。当节流阀开度减小时，流量相应减少，实现负载的调速。利用恒压变

39、量机构在泵的流量全部用于补偿系统泄漏，输出功率为零工况时可以实现泵的卸荷和超压安全保护。变量机构最重要的动态性能指标是稳定性。控制滑阀左端的阻尼孔K0对提高抗干扰能力，保证系统稳定性有重要作用。它在泵出口压力出现剧变或波动时，使控制滑阀左端压力的变化趋于平缓，使调节过程平稳、可靠。图3.3-8 恒压变量机构工作原理图2.2-5 A11VO75DR泵特性曲线图 2.2-4 A11VO75DR泵工作原理山河公司SWDB165A全液压潜孔钻车液压动力源(60KW)由柴油机带动1个恒压变量液压泵A11VO75DR泵，其工作的特点是：在泵的最大排量以内，为满足负载需要的工作压力稳定在调定压力，泵的排量是

40、可以无级变化的，以至可接近零排量，使钻具回转的最大速度可调，使用泵出口的节流阀调整泵的最大排量，使钻具转速控制在050 rpm。其中A11VO75DR泵的工作原理与压力流量特性曲线如图2.2-4、图2.2-5所示：从图中可以看出恒压变量的原理：泵出口的压力超过阀弹簧的设定值时，液控阀芯右移，高压油进入泵斜盘控制缸，推动斜盘角度减小，减少泵的排量，从而降低泵出口的压力，直至达到与阀设定的压力匹配；反之，当泵出口的压力小于阀弹簧的设定压力时，阀芯左移，斜盘在复位弹簧的作用下角度增大，相应地泵的排量增大，使泵出口的压力增高以期达到平衡。从工作原理图上可以看出，变量泵的输出流量在同一转速下能无级调节，

41、是靠改变液压泵内柱塞的行程取得，柱塞行程的改变又是由配油盘的角度控制的。A11VO75DR泵的技术参数为：额定工作压力35MPa，理论排量74ml/r，压力设定范围535MPa。A11VO75DR泵恒压的结构如图15-3所示：图2.2-6 A11VO75DR泵变量调节单元结构图泵出口的压力油作用在压力调节单元主阀芯(用P标记)的左端台阶面(用A标记)，通过外部调节螺钉(用C标记)压缩主弹簧作用在主阀芯P的右端面上，与主阀芯P左边的泵出口压力平衡； 压力调整主要是调节主阀芯P右端面上的外部调节螺钉C。当泵出口压力A增大到超过右边调节弹簧C的设定值时，调节单元的主阀芯P向右移，越过封油台阶，使压力

42、油与驱动配油盘偏转的柱塞缸沟通(用B标记)，压力油在柱塞缸上产生的力推动配油盘向左偏转，泵的输出流量减少，直至泵的出口压力A与调节压力C相匹配时，泵达到稳定的流量输出。在泵的外部调节螺钉C调定某一压力时，当泵的输出压力低于此值时，柱塞缸B与回油沟通(用T标记)，在弹簧力作用下，柱塞缸B拉动配油盘向大角度偏转，泵加大排量直至最大，以达到增大泵的输出压力与调定压力平衡的目的；当泵的输出压力高于此值时，压力油A作用于柱塞缸B，推动配油盘角度变小，泵减少排量直至最小，以达到减小泵的输出压力与调定压力平衡的目的。顺时针转动调节螺钉C，泵的输出压力上升，反之下降。恒流量变量泵：在一定范围内当泵的转速升高（

43、降低）时，泵的排量相应减小（增加），从而使泵的流量在一定范围内保持恒定。功率适应变量泵：在恒量变量泵的基础上，目前发展了性能更为完善的功率适应变量泵。可以方便地任意调节流量，对转速、泄漏引起的流量变化有自动补偿能力，保持流量的稳定。在较大范围内实现高效率的流量调节、流量定值控制、安全限压、卸荷及保压。图2.2-7 功率适应变量泵工作原理其工作原理如图2.2-7所示。泵出口处能连续调节的可调流量检测节流口采用比例控制阀，使该泵不仅可随意调节流量，且可消除转速、泄漏等干扰保持流量的稳定。该系统比恒流量变量泵多了一个压力控制阀(PC阀)，当外负载过大或在保压工况、PC阀的滑阀在油压的作用下克服弹簧力

44、Fs推向左端时，压力Pd的控制油液不经开口x而按虚线管路进入差动变量活塞的下端，将斜盘倾角推到近于零的位置，仅保留补偿泄漏，维持压力的微小流量所需的间隙。实际上，它同时起到限压、安全保护、卸荷、保压等多种作用，并且基本上无功率消耗。如果在检测节流口可调的基础上，使PC阀的弹簧力Fs也可调节，不但得到泵连续变化的恒流量特性，还能获得连续变化的限压特性，在较大范围内实现高效率的流量调节、流量定值控制、安全限压、卸荷及保压。轴向柱塞马达：轴向柱塞马达是可逆的液压元件（除阀式配流外）。高速轴向柱塞马达的低速稳定性很好，还能变排量工作。但输出转矩较小，通常与减速器配套使用。径向柱塞马达输出转速低、驱动转

45、矩大，多称为低速大转矩马达。其排量大，输出转矩大，与高速马达相比，具有较好的低速稳定性和较高的启动机械效率；能直接带动重型负载，使传动机构布置灵活；加速和制动的时间短，调速性能好。在工程机械上得到了广泛的应用。其缺点是由于输出转矩大，制造比较困难。径向柱塞马达目前主要有三种结构形式：曲轴连杆式、静力平衡式和内曲线多作用式。曲轴连杆式马达生产最早，目前生产量最大，应用最广泛。额定压力一般为16MPa，最大压力22MPa。这种马达结构简单、工作可靠，转速适中，价格便宜。适用于工程机械的液压系统。但输出转矩脉动较大（在不同的），低速稳定性差。静力平衡式径向柱塞马达是从曲轴连杆式马达发展而来的。它的主

46、要特点是取消了连杆，并且在主要摩擦副间实现了液压静力平衡，改善了工作性能。其额定压力为1016MPa，最大压力达31.5MPa，具有优良的启动性能和较高的机械效率，运转平稳、噪声小、工作可靠。适用于各类机械的行走、牵引、驱动以及提升机构的液压系统。内曲线马达额定压力多为25MPa，最大压力为32MPa。它具有性能参数高、结构紧凑、工作可靠、噪声低、维护方便等特点。它可不经机械减速和增力机构而直接驱动低速重载的工作机构，广泛应用各类机械的液压系统中。（低速大转矩马达在结构上一柱塞式的居多。）增大液压马达的进出油口压力差和排量可提高液压马达的输出力矩，实际上液压马达的工作压力达到一定值后，如果进一

47、步加大进出口压力差，面临着材料强度、摩擦、泄漏等诸多难以解决的制约条件，因此通常用增大排量的办法。实际应用中多采用增大有效作用次数、增大柱塞排数的方法。另外，多排柱塞的液压马达通过油路切换可实现有级变量。2.3.4液压泵和液压马达的选用与使用一、液压泵与液压马达的选型1、液压泵选型， 工程机械上常用的液压泵和液压马达有齿轮式、叶片式、柱塞式。在实际工作中到底选择哪种液压泵、液压马达才合适，应根据具体情况来决定。 首先应综合考虑主机工况、功率大小、系统要求、元件技术性能及可靠性等因素。齿轮泵结构简单、体积小、价格便宜、工作可靠、维修方便，可以适应多尘、温度高和剧烈冲击的恶劣使用条件。工程机械环境

48、差，加上工作空间的限制，对低压和中高压泵多选用齿轮泵。随着齿轮泵性能的提高，高压系统已有选用齿轮泵的。对于双泵和多泵系统，可选用双联或三联齿轮泵，这样只需要一根传动轴，结构简单便于布置。齿轮泵的不足之处是寿命短、流量较小、不能变量。叶片泵的结构比较复杂，对油液污染敏感。目前在工程机械的液压系统中只有少数选用中高压叶片泵。在高压、大功率的情况下一般选用柱塞泵。斜盘式轴向柱塞泵在起重运输机械上应用较多。挖掘机液压系统多选用斜轴式轴向柱塞泵或径向柱塞泵。这两种泵抗冲击性能强、寿命较长，适合于挖掘机恶劣的工作环境。对于变量系统一般选用变量轴向柱塞泵。无论选择何种类型液压泵，都要使泵有一定的压力储备，即

49、泵的额定压力要比系统压力高一些。2、液压马达选型液压马达的选型，应根据工作压力、排量以及工作要求来选择结构形式和规格。在中小功率的场合，选用高速小转矩马达，常用齿轮式、叶片式和轴向柱塞式。齿轮式马达功率较小，转矩小，适于小功率传动。叶片式马达的功率比齿轮马达略大一些。轴向柱塞式马达的功率和转矩都比较大，可以无级变量以实现无级调速。高速小转矩马达体积小、重量轻，一般同减速装置配合使用。在大功率的场合选举用低速大转矩马达，常用的有曲轴连杆式、静力平衡式和内曲线多作用式。它们的工作转速低，输出转矩大，通常为几千到几万牛顿米。在这三种低速大转矩马达中，内曲线多作用式马达的工作压力高、输出转矩大，性能参

50、数高且外形尺寸小、使用可靠。近年来应用越来越广二、液压泵和液压马达的使用液压泵和液压马达安装时要满足如下要求： 1)泵和马达与其他机械装置连接时要对中。采用弹性联轴器时同轴度不大于0.1mm，采用轴套式联轴器时同轴度不大得于0.05mm。2)泵和马达轴端一般不得承受径向力(特殊泵和马达除外)，不得将皮带轮、齿轮等传动件直接安装在泵和马达的轴上。3)泵的吸油高度不得超过0.5m。对于需供液的斜盘式轴向柱塞泵，供液泵的流量应比泵流量大15左右。曲轴式径向柱塞泵的吸油口必须具有一定的压头，要求油箱的最低油面高于泵中心0.3mm。4)泵和马达的泄漏既要畅通，又要保证壳体内充满油，并且停车时也不流走。壳

51、体内的压力通常应保持在0.030.05MPa，泄油管一般需要单独接回油箱而不与回油管连接。 5)泵和马达对系统滤油精度有一定要求。齿轮泵过滤精度40m；柱塞泵过滤精度25m。在泵进油口处通常设置粗滤油器。 6)对于某些马达，主要是内曲线马达和双斜盘轴向柱塞马达在回油路要安装背压阀，以使马达回油口具有足够的背压而保证正常工作。背压的数值通常在0.51MPa(转速高，背压取大值)。7)为了防止大功率液压泵的振动和噪声沿管道传至系统而引起系统振动、噪声，在泵的进油口和出油口可各安装一段胶管。出油口胶管应垂直安装，长度一般不超过400800mm，进口胶管不允许因管内有真空而出现变扁现象。液压泵和液压马

52、达使用时要注意以下几点：1)工作压力、转速不能超过规定值。2)规定了旋转方向的泵，不得反向旋转；泵的进、出油口不得接反。3)泵和马达的工作介质通常为石油基液压油，粘度为(1738)×10-6m2s(2.55°E)，正常使用温度为2060。 4)避免泵带负荷起动及在有负荷情况下停车；低温起动后先轻负荷运转，待温度上升后再进入正常运转，注意不要将热油突然输入冷元件，以免发生配合面“咬伤”事故。2.3.5 液压阀一、基本知识液压阀在液压控制系统中属于液压控制模块，控制或调节系统中的压力、流量和方向，是液压系统非常重要的组成部分。液压阀性能的优劣，工作是否可靠，对整个液压系统将产生

53、直接的影响。各类液压阀作用不同，但结构原理具有以下共同点：a) 在结构上均由阀体、阀芯和操纵机构组成。b) 只要油液经过阀孔，均会产生压力下将和温度升高等现象。c) 通过阀孔的流量与通流面积及阀孔前后压力差有关。d) 液压阀动作的动力源，除手动外多采用机动、电动、液动、气动或电液联动。液压阀不做功，只是用来满足执行元件提出的压力、速度、换向、停止等要求，因此对液压阀的共同要求是：a) 动作灵敏、性能好、工作可靠，冲击振动及噪声小。b) 密封性能好，内泄漏量小，额定工作压力下应无外泄漏。c) 油液通过阀时液压损失小，效率高。d) 结构简单、紧凑，节能性好，通用性高。e) 制造、安装、调整、维修、

54、保养方便。成本低，使用寿命长。1、液压阀的分类按工作特性液压阀可分为压力控制阀、流量控制阀、方向控制阀。按结构形式液压阀可分为滑阀类，座（锥）阀类、喷嘴挡板类等。图2.2-8 管式连接和板式连接的单向阀管式连接类液压阀包括螺纹连接（多用于通径在32mm以下的小型阀）和法兰连接（多用于通径在32mm以上的中、大型阀）；板式连接是通过连接底板（阀块）通联成系统。元件与连接底板管口用密封圈密封。这种连接拆装方便。集成连接类主要有集成块类阀、叠加类阀及插装阀等。2、基本参数a) 公称通径；我国高压系列的液压阀的规格，新老系列均用“公称通径”（单位mm）表示。考虑到油液在管路中流动，并且为了配管方便，采

55、用管路公称通径的系列参数。中低压（6.3MPa)液压阀系列的规格，是根据通过液压阀的流量来表示。应当注意，管路的公称通径通常指管道的名义内径。液压阀的公称通径是指阀的进出口名义尺寸，而不是它的实际尺寸，更不能将其视为管道接头的规格尺寸。不同品种的液压阀，虽然公称通径一样，但它的进出油口的实际尺寸并不完全相同。公称通径是为了表征液压阀的规格大小，而它的进出油口的实际尺寸必须满足流量和其它设计参数的要求。b) 公称压力：液压阀在额定工作状态的名义压力。我国现在所采用的公称压力与国际标准化组织（ISO）颁布的标准一致。c) 公称流量：一般指液压阀在额定工作状态下通过的名义流量（单位L/min）。IS

56、O中没有制定液压阀的公称流量标准，我国的中低压液压阀的规格表示方法现在仍在沿用。3、梭阀一种三通式液控单向阀，称为梭阀或选择阀，它可以自动进行油路压力的选择。如图2.3-7所示。 a) 球式 b) 圆锥截头式 c) 梭阀的图形符号图2.2-10 梭阀2、多路换向阀多路换向由多个换向阀及单向阀、溢流阀、补油阀等组成，是工程建设机械中广泛应用的一种集成化结构的手动换向阀，该阀结构紧凑，易于布置，操纵简便。多路阀的结构型式分为组合式和整体式（分片式）两种。整体式结构紧凑、刚度大，但通用性差，铸造工艺要求高，如有一处缺陷则整体报废。组合式刚度较小，泄漏量较大，但使用灵活，通用性好。多路阀的油路连通方式

57、有并联式，串连式，串并联式。如图2.3-8所示。a) 并联式 b) 串联式 c) 串并联式图2.3-8 多路阀的油路形式并联式油路各单阀的进油路、回油路都并联，各单阀可同时操作也可单独操纵；但同时操作时总是载荷小的执行元件先动作，此时进入到各执行元件的油液仅是泵流量的一部分。液压泵出口压力等于几个执行元件中的最大负载压力。串联式油路各单阀的进油路串联，即前一个阀的回油为后一个阀的进油。该油路可实现两个或两个以上执行元件的同步动作。液压泵出口压力等于各执行元件压力的总和。串联形式常用在高压系统中。并联式多路阀压力损失较小，而串连式的较大。并联式和串连式可以操纵几个执行元件同时运动或单独运动。串并联油路各单阀的进油路串联，回油路并联，即每一个单阀的进油口与前一个单阀的中位回油路相通，而各个单阀的工作回油都通总回油口。这样，当一个单阀工作时