液压与气压传动

第1章液压传动基础知识本章索引1.1液压传动的工作原理及系统组成1.2液压传动的优缺点及应用1.3液压油1.4液体静力学基础1.5液体动力学基础1.6液体流动时的压力损失1.7液体流经小孔及缝隙流量1.1液压传动的工作原理及系统组成一台完整的机械设备由原动机、传动与控制装置、工作机构三大部分组成。在原动机和工作机构之间设置起着传递能量和控制作用的传动机构。传动机构有机械传动、电传动和流体传动等多种形式，如下图所示为流体传动。1.1.1液压传动的工作原理1.1.2液压传动的实例如左图所示为机床工作台液压系统结构原理。右图所示为该液压系统的图形符号。1.1.3液压传动系统的组成①动力元件：液压泵——将原动机输入的机械能转换为介质的压力能，向系统提供压力介质。②执行元件：液压缸——直线运动，输出力、位移；液压马达——回转运动，输出转矩、转速；是将介质的压力能转换成机械能的装置。③控制元件：压力、方向、流量控制的元件。④辅助元件：油箱、管路、压力表等。⑤工作介质：液压油。1.2液压传动的优缺点及应用1.2.1液压传动的基本特点1．液压传动的优点①单位功率的重量轻（比功率大）。②可在较大范围内实现无级调速，调速范围大。③工作平稳、反应快、冲击小。④容易获得很大的力和转矩，可以使传动结构简单。⑤操作控制方便，调节简单，易于实现自动化。⑥易于实现过载保护，安全性好。⑦液压元件已实现了标准化、系列化和通用化。2．液压传动的缺点①液压系统中存在着油液泄漏，油液的可压缩性、油管的变形等都会影响运动传递的准确性，故不宜用于对传动比要求精确的场合。②由于液压油对温度比较敏感，油温变化，容易引起工作性能的改变，故液压传动系统不宜用于温度变化范围较大的场合。此外，油液对污染较为敏感，故不宜用于环境差、粉尘多的场合。③由于工作过程中有较多的能量损失，如摩擦损失、泄漏损失等，故此，液压传动的效率不高，不宜用于远距离传动。④为减少泄漏，液压元件的制造精度高要求较高，其制造成本较大。液压系统的故障较难诊断排除。1.2.2液压传动的应用1.3液压油1.3.1液压油的物理性质1．液体的密度单位体积的液体质量称为密度，通常用ρ（单位kg/m3）表示：ρ=m/V

液压油的密度随压力的增加而加大，随温度的升高而减小，一般情况下，由压力和温度引起的这种变化都较小，可以忽略不计。一般液压油的密度为900（单位kg/m3）。2．液体的黏性液体在外力作用下流动或有流动趋势时，分子间的内聚力会阻碍分子间的相对运动而产生一种内摩擦力，这一特性称作液体的黏性。黏性使流动液体内部各液层间的速度不等，如下图所示。实验测定结果表明，液体流动时相邻液层间的内摩擦力F与液层间的接触面积A和液层间的相对运动速度du成正比，而与液层间的距离dy成反比，即如以τ表示液体的内摩擦切应力，即液层间单位面积上的内摩擦力，则有上式表达的是牛顿的液体内摩擦定律。在液体静止时，由于du/dy=0，液体内摩擦力F为零，因此，静止的液体不呈现黏性。（1）动力黏度u

由此可知动力黏度的物理意义是：液体在单位速度梯度下流动或有流动趋势时，相接触的液层间单位面积上产生的内摩擦力。动力黏度μ又称绝对黏度。动力黏度的法定计量单位为Pa·s（1Pa·s=1N·s/m2）。（2）运动黏度ν液体的运动黏度ν没有明确的物理意义。但它在工程实际中经常用到，因为它的单位只有长度和时间的量纲，类似于运动学的量，故称为运动黏度。运动黏度的法定计量单位为m2/s。（3）相对黏度相对黏度又称条件黏度，它是采用特定的黏度计在规定的条件下测量出来的黏度。根据测量条件不同，各国采用的相对黏度的单位也不同，我国采用的是恩氏黏度。工程中常采用先测出液体的相对黏度，再根据关系式换算出动力黏度或运动黏度。恩氏黏度和运动黏度的换算关系式为3．黏度与压力、温度的关系对液压油来说，压力增大时，其分子间距离减小，内摩擦力增大，黏度随之增大。但在一般液压系统使用的压力范围内，黏度增大的数值很小，可以忽略不计。液压油液的黏度对温度的变化十分敏感。温度升高，黏度显著下降，这种变化将直接影响液压油液的正常使用和液压系统的性能。液压油液的这种性质称为液压油液的黏温特性。不同种类的液压油有着不同的黏温特性。黏温特性好的液压油，黏度随温度的变化较小。黏温特性通常用黏度指数表示。液压油的黏度指数（Ⅵ）表明被测油的黏度随温度变化的程度与标准油的黏度变化程度比值的相对值。一般液压油的黏度指数要求在90以上，优异的在100以上。4．液体的可压缩性液体受压力作用而体积缩小的性质称为液体的可压缩性。可压缩性用体积压缩系数k表示，并定义为单位压力变化下的液体体积的相对变化量。液体的压缩系数k的倒数称为液体的体积弹性模量，用K表示。即体积弹性模量K表示液体产生单位体积相对变化量时所需要的压力增量。在使用中，可用K值来说明液体抵抗压缩能力的大小。一般矿物油型液压油的体积弹性模量为K=（1.4~2）×103MPa。它的抗压缩性是钢的100~150倍，故一般可认为油液是不可压缩的。5．其他性质液压油还有其他一些物理化学性质，如抗燃性、抗凝性、抗氧化性、抗泡沫性、抗乳化性、防锈性、润滑性、导热性、相容性（主要是指对密封材料不侵蚀、不溶胀的性质）以及纯净性等，都对液压系统工作性能有重要影响。对于不同品种的液压油，这些性质的指标也有所不同，具体可见油类产品手册。1.3.2对液压油的要求及选用1．对液压油的性能要求①适宜的黏度和良好的黏温特性；②润滑性能良好；③热稳定性和氧化稳定性良好；④防腐性、抗磨性和防锈性良好；⑤质量纯净，不含或含有极少量的杂质、水分和水溶性酸碱等；⑥抗乳化性良好（液压油乳化会降低其润滑性，使酸性增加、使用寿命缩短）；⑦在高温环境下具有较高的闪点，起防火作用；在低温环境下具有较低的凝点。2．液压油的选用（1）液压系统的工作压力（2）液压系统的环境温度（3）工作部件的运动速度1.3.3液压油的污染、控制1．液压油污染的原因①残留物污染：液压系统中各种元件的型砂、切屑、焊渣、磨料、灰尘等因使用前未冲洗干净而流入液压油液中。②侵入性污染：外界灰尘、砂粒等进入油箱或落在外露的活塞杆等处带入到系统中对液压油造成污染。③生成物污染：液压系统自身产生的污垢进入油液中，如金属零件和密封件、齿轮啮合的磨损颗粒及油液因油温升高氧化变质而生成的胶状物等对液压油造成的污染。2．油液污染的控制措施①防止或减少外界污染。②及时滤除系统产生的杂质。③定期检查、更换液压油。1.4液体静力学基础1.4.1液体静压力及其特性作用于液体上的力有质量力和表面力。质量力作用于液体的所有质点上，如重力和惯性力等。表面力作用于液体的表面上，它是一种外力。静止液体各质点间没有相对运动，故不存在内摩擦力，所以静止液体的表面力只有法向力。液体在单位面积上所受的内法线方向的力称为压力，用p表示。液体静压力具有下列两个特性：①液体的静压力垂直于其受压平面，且方向与该面的内法线方向一致；②静止液体内任意点处所受到的静压力在各个方向上都相等。1.4.2液体静力学基本方程如图所示，密度为ρ的液体在容器内处于静止状态。在垂直方向上列出液柱的静力平衡方程式ρdA=p0dA+ρghdA

p=p0+ρgh

1.4.3压力的表示方法及单位压力的表示方法有绝对压力和相对压力（表压力）。当液体中某点处的绝对压力p小于大气压力时，就会产生真空，并将绝对压力小于大气压力的数值称为该点的真空度。绝对压力、相对压力、真空度的关系是：绝对压力＝相对压力＋大气压力真空度＝大气压力－绝对压力1.4.4静止液体内压力的传递如下图所示密闭容器内的液体，当外力F变化引起外加压力p0发生变化时，只要液体仍保持原来的静止状态不变，则液体内任一点的压力将发生同样大小的变化。这就是说，在密闭容器内，施加于静止液体的压力可以等值地传递到液体各点。这就是帕斯卡原理，或称静压传递原理。在图中，活塞上的作用力F是外加负载，A为活塞横截面面积，根据帕斯卡原理，容器内液体的压力p与负载F之间总是保持着正比关系：

例题1-1

如下图所示为相互连通的两个液压缸，已知大缸内径D=100mm，小缸内径d=20mm，大活塞上放置物体的质量为5000kg。问在小活塞上所加的力F有多大才能使大活塞顶起重物？解：物体的重力为G=mg=5000kg×9.8m/s2=49000kg·m/s2=49000N根据帕斯卡原理，由外力产生的压力在两缸中相等，即故为了顶起重物应在小活塞上加力为1.4.5液体对固体壁面的作用力在液压传动中，略去液体自重产生的压力，液体中各点的静压力是均匀分布的，且垂直作用于受压表面。因此，当承受压力的表面为平面时，液体对该平面的总作用力F为当承受压力的表面为曲面时，由于压力总是垂直于承受压力的表面，所以作用在曲面上各点的力不平行但相等，如下图所示1.5液体动力学基础1.5.1基本概念1．理想液体和稳定流动理想液体是一种假想的无黏性、不可压缩的液体，而把实际上既有黏性又可压缩的液体称为实际液体。液体流动时，液体中任意点处的压力、流速和密度都不随时间而变化，称为稳定流动。反之，称为非稳定流动。2．通流截面、流量与平均流速液体在管道中流动时，通常将垂直于液体流动方向的截面称为通流截面，或称为过流截面。（1）流量单位时间内流过通流截面的液体的体积称为流量，用q表示，如下图所示（2）平均流速对于实际液体的流动，速度u的分布规律较复杂，如下图所示，故按式（1-15）计算流量是困难的。现假设通流截面上各点的流速均匀分布，液体以此平均流速ν流过通流截面的流量等于以实际流速流过的流量，即由此得出通流截面上的平均流速为3．流动液体的压力静止液体内任意点处的压力在各个方向都是相等的，但在流动液体内，由于惯性和黏性的影响，任意点处在各个方向上的压力并不相等。但因为数值相差甚微，所以流动液体内任意点处的压力在各个方向上的数值可以看作是相等的。1.5.2液体的流动状态1．层流和紊流雷诺实验结果表明，在层流时，液体质点互不干扰，其流动呈线性或层状，且平行于管道轴线；而在紊流时，液体质点的运动杂乱无章，除了平行于管道轴线的运动外，还存在着剧烈的横向运动。2．雷诺数通过雷诺实验还可以证明，液体在圆管中的流动状态不仅与管内平均流速υ有关，还与管径d及液体的黏度ν有关。而决定流动状态的，是这三个参数所组成的，称作雷诺数Re的无量纲数，即液流由层流转变为紊流时的雷诺数与由紊流转变为层流的雷诺数是不相同的。后者较前者数值小，故将后者作为判别液流状态的依据，称为临界雷诺数Rec。当Re＜Rec时，液流为层流；当Re＞Rec时，液流为紊流。对于非圆管道，液流的雷诺数可按下式计算。1.5.3流动液体的连续性方程液体流动的连续性方程是质量守恒定律在流体力学中的应用。如下图所示，理想液体在密封管道内作稳定流动时，由于液体不可压缩，即密度ρ为常数，则单位时间内流过任意截面1、截面2的质量应相等，ρA1υ1=ρA2υ2故有A1υ1=A2υ2

由于两通流截面是任意选取的，因此q1=q2

或q=Aυ=c（c为常数）

例题1-2如下图所示，已知流量q1=25L/min，小活塞杆直径d1=20mm，小活塞直径D1=75mm，大活塞直径杆直径d2=40mm，大活塞直径D2=125mm，假设没有泄漏流量，求大小活塞的运动速度υ1、υ2。解：根据液流连续性方程q=υA，求大小活塞的运动速度υ1和υ2分别为1.5.4伯努利方程1．理想液体的伯努利方程如下图所示，根据能量守恒定律，重力作用下的理想液体在通道内稳定流动时的伯努利方程为2．实际液体的伯努利方程实体液体流动有能量损失存在，设在两断面间流动的液体单位重力的能量损失为ΔPw，需要对动能部分进行修正，设因流速不均匀引起的动能修正系数为α。经理论推导和实验测定，对圆管来说，α=1~2，紊流时取α=1.1，层流时取α=2。因此，实际液体的伯努利方程为在液压传动系统中，油液流速引起的动能变化和高度引起的位能变化相对压力能来说可忽略不计，于是伯努利方程可简化为

例题1-3

液压泵装置如下图所示，油箱和大气相通。试分析吸油高度H对泵工作性能的影响。解：设以油箱液面为基准面，对此截面1-1和泵的进口处管道截面2-2之间列伯努利方程为式中p1=0，h1=0，υ1≈0，h2=H，代入后可写成当泵安装于液面之上时，H＞0，则有故p2＜0。此时，泵进口处的绝对压力小于大气压力，形成真空，油靠大气压力压入泵内。当泵安装于液面之下时，H＜0，而当情况下，p2＞0，泵进口处不形成真空，油自行灌入泵内。1.5.5动量方程如下图所示，在稳定流动的流管中取一流束。设流束流量为q，A1和A2截面的液流速度分别为υ1、υ2，经推导得知，由截面A1和A2及周围边界构成的液流控制体I所受到的外力为：若要计算外力在某一方向的分量，需要将该力向给定方向进行投影，列出该方向上的动量方程，然后再进行求解。由于液体对壁面作用力的大小与ΣF相同，但方向与ΣF相反，故可求得流动液体对固体壁面的作用力。1.6液体流动时的压力损失1.6.1压力损失1．沿程压力损失（1）层流时的沿程压力损失圆管层流的沿程压力损失Δpλ可用下式计算对于圆管层流，λ的理论值为64/Re。考虑到实际圆管截面可能有变形，以及靠近管壁处的液层可能被冷却等因素，在实际计算时，可对金属管取λ=75/Re，橡胶软管λ=80/Re。（2）紊流时的沿程压力损失紊流时计算沿程压力损失公式与层流时的相同，即但式中的沿程阻力系数λ除与雷诺数有关外，还与管壁的粗糙度有关，即λ=f（Re,Δ/d），这里Δ为管壁的绝对粗糙度，Δ/d称为相对粗糙度。紊流时圆管的沿程阻力系数λ值可以根据不同的Re和Δ/d值从表1-2中选择公式进行计算。管壁表面粗糙度Δ的值和管道的材料有关，计算时可参考下列数值：钢管0.04mm，铜管0.0015~0.01mm，铝管取0.0015~0.06mm，橡胶软管取0.03mm。2．局部压力损失由于液体在局部阻力区的流动状况很复杂，影响因素较多，从理论上计算局部压力损失非常困难。一般用实验来得出局部阻力系数，然后按下式计算液体流经各种阀的局部压力损失可由阀的产品技术规格中查得。查得的压力损失为在其公称流量qn下的压力损失Δpn。当实际通过阀的流量q不等于公称流量qn时，局部压力损失可按下式计算：1.6.2管路系统的总压力损失管路系统的总压力损失等于所有沿程压力损失和所有局部压力损失之和，即应用上式计算系统压力损失，要求两个相邻局部阻力区间的距离（直管长度）应大于10～20倍直管内径。从压力损失计算公式可知，减少流速、缩短管路长度、减少管路截面的突变，提高管壁加工质量，适当增加管道内径，合理选用阀类元件等都可以使压力损失减少。1.6.3液压冲击在液压系统工作过程中，管路中流动的液体往往会因执行部件换向或阀门关闭而突然停止运动。由于液流和运动部件的惯性，在系统内会产生很大的瞬时压力峰值，这种现象叫做液压冲击。液压冲击会引起振动和噪声，其压力峰值可超过工作压力的几倍，有时使某些液压元件，如压力继电器、顺序阀等产生误动作而影响系统正常工作，甚至可能使某些液压元件、密封装置和管路损坏。减少液压冲击的方法：①延长阀门关闭和运动部件换向制动的时间；②限制管道内液体的流速及运动部件的速度；③适当增大管径或采用橡胶软管，尽量缩短管道长度；④在系统中设置蓄能器和安全阀，在液压元件中设置缓冲装置。1.6.4空穴现象在液压系统中，泵的吸油口及吸油管路中的压力低于大气压力容易产生空穴现象。空穴现象产生的气泡，随着油液运动到高压区时，气泡在高压油作用下迅速破裂，并凝结成液体，使体积突然减小而形成真空，周围高压油高速流过来补充。这一过程会产生强烈的噪声和振动。在气泡凝结区域的管壁及其他液压元件表面，因长期受冲击压力和高温作用，以及从油液中游离出来的空气中的氧气的酸化作用，使零件表面受到腐蚀，这种因空穴现象而产生的零件腐蚀，称为气蚀。1.7液体流经小孔及缝隙流量1.7.1液体流经小孔的流量1．薄壁小孔流量薄壁小孔是指孔的长度l与其直径d之比l/d≤0.5，一般带有刃口边沿的孔。由于孔的长度很小，可不考虑其沿程损失。液体流经薄壁小孔的情形如下图所示。对于上图所示的通过薄壁小孔的液流，取截面Ⅰ和Ⅱ为计算截面，利用伯努利方程可得通过薄壁小孔的流量公式为液流收缩的程度取决于Re、孔口边缘形状、孔口离管道内壁的距离等因素。对于薄壁圆孔，当孔前通道直径D与小孔直径d之比D/d≥7时，流速的收缩作用不受孔前通道内壁的影响，称为完全收缩。反之，则称为不完全收缩。2．短孔和细长孔的流量压力特性短孔的流量压力特性仍可用式（1-32）计算，但其流量系数Cq不同，一般为Cq=0.82。短孔加工比薄壁小孔容易，故常作为固定的节流器使用。液体在细长孔中的流动—般为层流，可用下式来表达其流量压力特性，即3．小孔流动的通用流量公式1.7.2液体流经间隙的流量1．液体流经平行平板间隙的流量（1）液体流经固定平行平板间隙的流量在这种间隙中液体的流动属于压差流动，其流量计算公式为（2）液体流经相对运动平行平板间隙的流量（3）液体在平行平板间隙既有压差流动又有剪切流动的流量左图所示剪切流动和压差流动方向相同，其泄漏流量相加；右图所示剪切流动和压差流动方向相反，其泄漏流量相减，其流量计算公式为2．液体流经环状间隙的流量（1）液体流经同心环状间隙的流量如下图所示，由于液压元件内配合间隙较小，因此可以将环状间隙的流动近似看成平行平板间隙内的流动。只要将b=πd代入式（1-37），即可求得流量（2）流体流经偏心环状间隙的流量实际中形成环状间隙的两个圆柱表面很难完全同心，而常常带有一定的偏心量。下图所示表示一个偏心环状间隙的横截面，其泄漏量可用下式计算：当ε=0时，就相当于同心环状间隙。当偏心量达到最大值时，有e=δ，则ε=1，其流量为同心环状间隙的2.5倍（压差流动）。因此在液压元件中，为了减少流经间隙的泄漏，应保证较高的配合同轴度以减少环状间隙泄漏量。第2章液压泵与液压马达

本章索引2.1液压泵和液压马达的工作原理及参数2.2齿轮泵2.3叶片泵2.4柱塞泵2.5液压马达2.1液压泵和液压马达的工作原理及参数2.1.1液压泵和液压马达的工作原理1．液压泵的工作原理右图是单柱塞液压泵的工作原理图。液压泵要能吸油与压油，必须具备：①可变的密封容积；②吸油腔与压油腔隔开；③有与密封容积变化相协调的配流装置；④油箱与大气相通这四个条件。2．液压马达的工作原理液压系统中使用的液压马达是容积式马达，从原理上讲是把容积式泵逆用，即输入压力油，输出转矩和转速。但它们在结构细节上是有差异的。2.1.2液压泵和液压马达的压力和流量1．液压泵和液压马达的压力（1）工作压力p

工作压力是指液压泵实际工作时的输出压力，它的大小取决于工作负载，当负载增加时工作压力p升高，当负载减小时p降低。但液压泵的工作压力不能随着负载无限制的增加而升高，这会引起液压泵密封性能降低和零件损坏，通常在液压系统中设置安全阀来限制泵的最大压力，起过载保护作用。多个负载串联时，泵的工作压力是所有负载压力之和；多个负载并联时，泵的工作压力取决于并联负载中压力最低的负载；如果并联负载中有一支管道接油箱，则泵的工作压力将为零。泵的工作压力为零时称为卸荷。液压马达的工作压力是指它的输入压力。（2）额定压力额定压力是指液压泵和液压马达在正常工作条件下，按实验标准规定能连续运转的最高压力，超过该压力即为过载。其值反映了液压泵或液压马达的工作能力，额定压力高，其工作能力大，是液压泵和液压马达工作性能好坏的重要标志之一。（3）最大压力最大压力是指液压泵和液压马达在短时间内过载运行的极限压力，由液压系统中安全阀限定。安全阀的调定值不能超过液压泵或液压马达的最大压力。2．液压泵的排量和流量（1）排量V

液压泵的排量是指在不考虑漏泄的情况下，泵轴每转一周所排出油液的体积。其大小取决于液压泵的密封容积几何尺寸变化量的大小（与转速无关）。液压马达的排量是指马达轴每转一周，由其密封容积的几何尺寸变化计算而得的吞入的液体体积。排量的符号为V，单位为cm3/r。（2）流量q

①理论流量qt：液压泵的理论流量是指在不考虑漏泄的情况下，单位时间内所排出油液的体积。液压马达的理论流量是单位时间内为达到额定转速，由其密封容积的几何尺寸变化计算而得到的吸入的液体体积。理论流量等于排量与其转速的乘积，与工作压力无关。②实际流量q：液压泵的实际流量是指泵在工作中实际排出的流量，由于泄漏，实际流量等于理论流量减去泄漏流量，即马达的实际流量是指马达工作时实际输入的流量，等于理论流量加上泄漏流量，即实际流量与工作压力有关。Δq随p的增加而增大，引起q随p增大而减小，它们的变化曲线如右图所示。

③额定（公称）流量qn：指泵或马达在额定压力和额定压力下的输出和输入流量。2.1.3液压泵的功率和效率1．液压泵的功率①输出功率P0

泵输出的是液压能，表现为输出油液的压力p和流量q。以图2-3所示的泵─缸系统为例，当忽略输送管路及液压缸的能量损失时，液压泵的输出功率等于液压缸的输入功率，又等于液压缸的输出功率，即②输入功率Pi

液压泵的输入功率为泵轴的驱动功率，其值为2．液压泵的效率①容积效率ηV：指液压泵的实际流量与理论流量的比值，即②机械效率ηm：指驱动泵所需的实际输入转矩Ti与理论转矩Tt的比值，即③总效率η

指液压泵的输出功率与输出功率的比值，即2.1.4液压马达的功率和效率①液压马达的容积效率ηV：指输入马达的实际流量q与理论流量qt的比值，即②液压马达的转速n：将qt=V·n带入上式，可得液压马达的转速为③液压马达的机械效率ηm：指液压马达实际输出转矩T与理论转矩Tt的比值，即④液压马达的转矩T：忽略能量损失时，设马达进出口的工作压差为Δp，则马达的理论功率为⑤液压马达的总效率η：指马达的输出功率P0与输入功率Pi的比值，即2.1.5液压泵和液压马达的图形符号2.2齿轮泵2.2.1渐开线齿轮传动的啮合过程2.2.2外啮合齿轮泵的工作原理2.2.3外啮合齿轮泵的排量和流量如右图所示，齿轮泵的排量V为齿轮泵的理论流量qt为齿轮泵的实际输出流量q为2.2.4齿轮泵的结构特性分析1．困油现象困油现象使齿轮泵产生强烈的噪声，并引起振动和气蚀，同时降低泵的容积效率，影响工作的平稳性和使用寿命。消除困油现象的方法，通常是在端盖上开卸荷槽，如下图的虚线方框所示。2．不平衡的径向力如右图所示，泵的左侧为吸油腔，油压力小，一般稍低于大气压力；右侧为压油腔，油压力大，通常为泵的工作压力。由于泵体内表面与齿顶外圆面间有径向间隙，故在此间隙中由压油腔到吸油腔的油压力是逐步分级降低的，这些力的合力，就是齿轮和轴承受到的不平衡的径向力。解决径向力不平衡问题的简单办法就是缩小压油口，使压油腔的压力油仅作用在一个齿到两个齿的范围内，也可以开设径向力平衡槽，如右图所示，该结构可使作用在轴承上的径向力大大减小。3．端面泄漏及端面间隙的自动补偿通常采用的自动补偿端面间隙装置有：浮动轴套式和弹性侧板式两种。齿轮泵的浮动轴套是浮动安装的（如右图所示），轴套外侧的空腔与泵的压油腔相通，当泵工作时，浮动轴套受油压的作用而压向齿轮端面，将齿轮两侧面压紧，从而补偿了端面间隙。齿轮泵压油腔的压力油可通过三条途经泄漏到吸油腔，一是通过齿轮啮合线处的间隙（齿侧间隙）；二是通过泵体定子内孔和齿顶间的径向间隙（齿顶间隙），三是通过齿轮两端面和侧板间的间隙（端面间隙）。2.2.5内啮合齿轮泵内啮合齿轮泵有渐开线齿形和摆线齿形两种，其结构如下图所示。2.3叶片泵2.3.1双作用叶片泵1．双作用叶片泵的工作原理2．YB1型双作用叶片泵的结构YB1型双作用叶片泵的结构特点：①左配流盘2结构如下图所示，两个凹口a为吸油槽，两个腰形孔b为压油槽。吸油槽为通孔结构，压油槽为盲孔结构。②右配流盘8结构如下图所示，两个凹口a为吸油槽，两个腰形孔b为压油槽。压油槽为通孔结构，以便和压油孔连通，吸油槽为盲孔结构。③为了减小叶片对转子槽侧面的压紧力和磨损，将叶片相对转子旋转方向向前倾斜一个角度θ，通常取θ=13°（如下图所示）。定子根部的小孔与左右配流盘上的环形槽c相通。3．YB1型双作用叶片泵吸油和压油通路4．双作用叶片泵的排量和流量叶片每伸缩一次，每相邻叶片间油液的排出量等于大圆半径圆弧段的容积与小圆半径圆弧段的容积之差。若叶片数为z，则双作用叶片泵每转排油量等于上述容积差的2z倍。若忽略叶片本身所占的体积，则双作用叶片泵的排量即为环形体容积的2倍，即泵实际输出流量为5．叶片泵提高工作压力的主要措施（1）双叶片结构（2）弹簧叶片式结构（3）母子叶片结构2.3.2单作用叶片泵1．单作用泵的工作原理2．单作用泵的排量和流量单作用泵的排量近似为泵的实际流量为上式表明，若改变定子和转子间的偏心距e的大小，便可改变泵的流量，形成变量叶片泵3．YBX限压式变量叶片泵（1）YBX限压式变量叶片泵的工作原理（2）限压式变量叶片泵的流量与压力特性图中AB段表示工作压力小于限定压力pB时，流量最大而且基本保持不变。B点为拐点，表示泵输出最大流量时可达到的最高工作压力，其大小可由限压弹簧1来调节。图中BC段表示工作压力超过限定压力加后，输出流量开始变化，即流量随压力升高而自动减小，直到C点。这时，输出流量为零，压力为截止压力pC。2.4柱塞泵2.4.1斜盘式轴向柱塞泵1．斜盘式轴向柱塞泵的工作原理2．斜盘式轴向柱塞泵的排量和流量若柱塞数目为z，柱塞直径为d，柱塞孔的分布圆直径为D，斜盘倾角为γ，当缸体转动一转时，泵的排量为泵输出的实际流量为3．斜盘式轴向柱塞泵的结构特点（1）滑履结构一般轴向柱塞泵都在柱塞头部装一滑履（如下图所示），柱塞头部和滑履用球面配合，外面加以铆合，使两者不会脱离，但相配合的球面间可以相对转动。滑履的端面和斜盘的平面接触，为了减少它们之间的滑动磨损，在柱塞和滑履的中心都加工有直径为1mm的小孔，缸中的压力油可经过小孔通到柱塞与滑履及滑履与斜盘的相对滑动表面之问，起到静压支承的作用。（2）中心弹簧结构中心弹簧11装在内套筒12和外套筒13中，在弹簧力的作用下，内套筒通过钢球14和回程盘15将滑履压向斜盘，使柱塞处于吸油位置时具有自吸能力；同时弹簧力又使外套筒13压在缸体的左端面上，与缸孔内的压力油作用力一起使缸体与配流盘接触良好、密封可靠，并在缸体和配流盘磨损后得到自动补偿，从而提高了泵的容积效率。（3）配流盘结构如下图所示。两个配油窗口a和c分别与前泵体中的吸油口和压油口相通。外圈的环形槽d为卸荷槽，与回油腔相通。两个通孔b起减小液压冲击、降低噪声的作用。其余四个小盲孔，起储存润滑油的作用。配流盘下面的缺口是定位槽，用来保证配流盘在泵体中的正确位置。（4）变量机构轴向柱塞泵的一个很大优点是容易做成变量泵。只要改变倾斜盘的倾角γ就能改变液压泵的排量。轴向柱塞泵的变量方式有多种，有手动变量、伺服变量、恒功率变量、恒压变量等。（5）通轴与非通轴结构斜盘式轴向柱塞泵有通轴与非通轴两种结构形式。近年来发展较快的是通轴型的轴向柱塞泵，如右图所示为其典型结构图。2.4.2径向柱塞泵径向柱塞泵的工作原理如下图所示。下图所示为径向柱塞泵的内部结构。径向柱塞泵的优点是流量大，工作压力较高，轴向尺寸小，工作可靠等。其缺点是径向尺寸大，自吸能力差，且配流轴受到径向不平衡液压力的作用，易于磨损，泄漏间隙不能补偿。2.5液压马达2.5.1叶片式液压马达2.5.2轴向柱塞式液压马达2.5.3径向柱塞式液压马达

例题2-1

已知液压泵的输出压力p=12.5MPa，泵的排量V＝15ml/r，泵的转速n＝1440°r/min，容积效率ηv=0.9，机械效率ηm=0.9，试求：（1）泵的输出功率P0；（2）驱动泵的电机功率Pi；解：（1）泵的输出功率（2）驱动泵的电机功率

例题2-2

某液压马达的排量为V=60ml/r，输入压力为p=8MPa，输出压力为1.5MPa，容积效率ηv=0.92，机械效率ηm=0.85，若输入流量为35L/min，试求：（1）液压马达的输出转速；（2）液压马达的输出转矩；解：（1）马达的输出转速为（2）马达的输出转矩为第3章液压缸

本章索引3.1液压缸的类型和特点3.2液压缸的结构3.1液压缸的类型和特点3.1.1活塞式液压缸1．双杆活塞缸右图所示为双杆活塞缸的原理图。活塞两侧均装有活塞杆。当两活塞杆直径相同，供油压力和流量不变时，活塞（或缸体）在两个方向的运动速度和推力也都相等，即下图所示为实心双杆液压缸的典型结构。缸体6固定在机体上，活塞杆7和工作台靠支架9和螺母10连接在一起。压力油通过油道a（或b）分别进入液压缸左右腔时，就推动活塞带动工作台往复运动，c孔为排气孔。2．单杆活塞缸（a）无杆腔进油（b）有杆腔进油下图所示为双作用单缸活塞缸工作原理图。无杆腔进油时（见图a所示），有杆腔回油。设活塞的运动速度为υ1，推力为F1，则有有杆腔进油时（见图b所示），无杆腔回油。设活塞的运动速度为υ2，推力为F2，则有液压缸往复运动时的速度比为单杆活塞液压缸可以是缸体固定、活塞运动；也可以是活塞固定，缸体运动，无论采用哪一种形式，液压缸往复运动范围均为有效行程的两倍，如左图所示。单杆活塞缸还有另外一种非常重要的工作方式，即两腔同时通入压力油，如右图所示，这种油路连接方式称为差动连接。差动连接时，活塞杆的伸出速度υ3为差动连接时，p1≈p2，活塞推力为F3，故若要使活塞往、返速度相等，即υ3=υ2，则与非差动连接无杆腔进油工况相比，在输入油液压力和流量相同的条件下，活塞杆伸出速度较大而推力较小。利用差动连接，可以在不加大油源流量的情况下得到较快的运动速度。这种连接方式被广泛应用于组合机床的液压动力滑台和其他机械设备的快速运动中。下图所示为单杆活塞缸的典型结构。3.1.2柱塞缸左图所示为柱塞缸的结构示意图，它为单作用液压缸，即靠液压力只能实现一个方向的运动，回程要靠自重（当液压缸垂直放置时）或弹簧等其他外力来实现。中图所示为柱塞缸图形符号。为了减轻重量，防止柱塞下垂（水平放置时），降低密封装置的单面摩擦，柱塞缸的柱塞通常做成空心的。为了得到双向运动，柱塞缸常成对使用，如右图所示。下图所示为柱塞缸的工作原理图，柱塞上的有效作用力为柱塞运动速度为柱塞缸最大的特点是柱塞不与缸体接触，运动时靠缸盖上的导向套来导向，因而对缸体内壁的精度要求很低，工艺性好，成本低，特别适用于行程较长的场合。3.1.3摆动缸摆动缸也称摆动液压马达，它有单叶片和双叶片两种结构形式，如下图所示。（a）单叶片时（b）双叶片式（c）图形符号3.1.4组合式液压缸1．伸缩缸伸缩缸也称多级缸，它由两级或多级活塞缸套装而成，前一级活塞缸的活塞是后一级活塞缸的缸体，如下图所示。2．齿条活塞缸齿条活塞缸又称无杆式液压缸，它由带有齿条杆的双活塞缸和齿轮组成，如下图所示。活塞的往复移动经齿轮齿条机构转换成齿轮轴的周期性往复转动。它多用于自动生产线、组合机床等的转位或分度机构中。3.2液压缸的结构3.2.1液压缸的密封在液压缸中，相对往复运动部件配合处的泄漏问题较为突出，如下图所示。泄漏分内泄漏和外泄漏，一般不允许外泄漏。因此，要求液压缸所选用的密封元件必须具有良好的密封性能，并且密封性能应随工作压力的提高而自动提高。1．间隙密封间隙密封如下图所示，它是利用运动部件间的配合间隙起密封作用的。通常在活塞外圆表面上开有若干个环形槽，使活塞四周都有压力油的作用，减小活塞的摩擦力，利于活塞对中。2．密封圈密封（1）O形密封圈O形密封圈是一种截面为圆形的耐油橡胶环，如图a所示。这种密封圈结构简单，密封性能良好，摩擦阻力较小，成本低，体积小，安装沟槽尺寸小，使用非常方便。但使用时需要合适的预压缩量δ1和δ2，如图b、c所示。O形密封圈常用于直线往复运动和回转运动的密封，下图表示其在液压缸密封中的应用。这种密封圈的缺点是，当压力较高或沟槽尺寸选择不妥时，密封圈容易被挤出，从而造成密封圈损坏。（2）Y形密封圈密封Y形密封圈如下图所示，它依靠略微张开的唇边贴于密封面而保持密封。在油压作用下，唇边作用在密封面上的压力随之增加，并在磨损后有一定的自动补偿能力，故Y形密封圈有较好的密封性能，且能保证较长的使用寿命。在装配Y形密封圈时，一定要使唇边对着有压力的油腔，才能起到密封作用。（3）V形密封圈V形密封圈用带夹织物的橡胶制成。它由支承环、密封环和压环三部分叠台组成，如下图所示。密封压力高时，可增加密封环的数量。安装时也应注意方向，即密封环的开口应面向压力油腔。3.2.2液压缸的缓冲1．环状间隙式缓冲装置左图所示为一种圆柱形环状间隙式缓冲装置。右图所示为圆锥形环隙式缓冲装置。2．可变节流槽式缓冲装置如下图所示，可变节流槽式缓冲装置在缓冲柱塞A上开有三角节流沟槽，节流面积随着缓冲行程的增大而逐渐减小，其缓冲压力变化较平缓。3．可调节流孔式缓冲装置如下图所示，对可调节流孔式缓冲装置，当缓冲柱塞A进入到缸盖内孔时，回油口被柱塞堵住，只能通过节流阀C回油，调节节流阀的开度，可以控制回油量，从而控制活塞的缓冲速度。当活塞反向运动时，压力油通过单向阀D进入液压缸，使活塞快速起动。3.2.3排气装置对于要求不高的液压缸，往往不设专门的排气装置，而是将油口布置在缸体两端的最高处，由流出的液压油将缸中的空气带走；对于速度稳定性要求较高的液压缸和大型液压缸，常在液压缸的最高处设置专门的排气装置，如排气塞、排气阀等。下图所示为排气塞，当松开排气塞螺钉时，带有气泡的油液就会排出，空气排完后拧紧螺钉，液压缸便可正常工作。

例题3-1

如图3-23所示，两个结构尺寸相同的液压缸串联，其有效作用面积A1=100cm2，A2=63cm2，p1=1.5MPa，液压泵的流量q1=20L/min。若不计摩损失和泄漏，试求（1）两缸负载相同时，两缸的负载和速度各为多少？（2）缸1不受负载时，缸2能承受多少负载？（3）缸2不受负载时，缸1能承受多少负载？解：（1）当F1＝F2时，（2）当F1＝0时，（3）当F2＝0时，

例题3-2

某单杆液压缸的活塞直径D为100mm，活塞杆直径d为63mm，现用流量q=25L/min，压力为p=4MPa的液压泵供油驱动，试求（1）液压缸能推动的最大负载；（2）差动工作时，液压缸的速度。解：（1）以无杆腔进油，有杆腔回油时，液压缸产生的推力最大，此时能推动的负载为（2）差动工作时的速度为第4章液压控制阀

本章索引4.1液压控制阀概述4.2方向控制阀4.3压力控制阀4.4流量控制阀4.5其他液压控制阀4.1液压控制阀概述4.1.1液压控制阀的分类4.1.2对液压控制阀的基本要求①动作灵敏，使用可靠，工作时冲击和振动小。②阀口全开时，液体流过液压控制阀的压力损失小；阀口关闭时，密封性能好，内泄漏小，无外泄漏。③所控制的参量（压力或流量）稳定，受外部干扰时变化量小。④结构简单紧凑，通用性好，制造装配与维护方便。4.1.3液压控制阀的结构原理与共性①在结构上，所有液压控制阀都由阀芯、阀体及驱动阀芯相对阀体做运动的元器件组成，阀体上除了有与阀芯相配合的阀体孔或阀座孔外，还有外接油管的进出油口或泄油口。②在原理上，所有液压控制阀都是利用阀芯在阀体内的相对运动来控制阀口的通断及开度大小，限制或改变油液的流动和停止的。③只要有油液流过阀孔，都要产生压力降和温度升高等现象。通过阀孔的流量，与通流截面面积和阀前后压力差有关。④在功能上，阀不能对外做功，只是用来满足执行元件的压力、速度和换向等要求。⑤在参数上，各种液压控制阀有不同的参数，但其共性的参数有两个。一是规格参数；二是性能参数。4.2方向控制阀4.2.1单向阀1．普通单向阀（简称单向阀）（1）单向阀的结构及特点（2）单向阀的应用①用于液压泵的出口，防止油液倒流，用来防止由于系统压力的突然升高而损坏液压泵，又可防止系统中油液流失，避免空气进入系统。②用于隔开油路，防止油路互相干扰。③做背压阀用，使油路保持一定的压力，保证执行元件的运动平稳性。此时，需将单向阀中的弹簧更换成较大刚度的弹簧，使其阀的开启压力约为0.2~0.6MPa。④作旁通阀使用，单向阀通常与顺序阀、减压阀、节流阀和调速阀并联组成单向复合阀。如单向顺序阀、单向节流阀等。2．液控单向阀液控单向阀由单向阀和液控装置两部分组成，如下图所示。当K油口未通控制油时，液控单向阀具有良好的反向密封性能，常用于保压、锁紧和平衡回路，上图所示列出了液控单向阀的主要应用。下图为液压锁的应用。4.2.2换向阀1．液压系统对换向阀的主要要求①油液流经阀时的压力损失要小；②互不相通的油口间的泄漏要小；③换向要平稳，迅速且可靠。2．换向阀的分类①按换向阀阀芯运动方式可分为滑阀、锥阀和转阀。②按换向阀的安装方式可分为管式、板式和法兰式。③按换向阀的操纵方式可分为手动式、机动式、电磁式、液动式、电液动式。④按换向阀阀芯工作位置和进出口通路数可分为二位二通阀、二位三通阀、二位四通阀、三位四通阀和三位五通阀。

3．换向阀的工作原理如下图所示为滑阀式换向阀的工作原理图，当阀芯处于图示位置时，油口P、A、B和T互不相通，液压缸的活塞处于停止状态。当阀芯向左移动一定距离时，由液压泵输出的压力油从阀的P口经A口输向液压缸的左腔，液压缸活塞向右运动，液压缸右腔的油液经B口流回油箱；反之，若阀芯向右移动一定距离时，油液反向，活塞向左运动。4．换向阀的结构特点（1）主体部分的结构形式（2）换向阀的“位”和“通”“位”和“通”是换向阀的重要概念。不同的“位”和“通”构成了不同类型的换向阀。所谓“二位阀”、“三位阀”是指换向阀的阀芯有两个或三个不同的工作位置。所谓“二通阀”、“三通阀”、“四通阀”是指换向阀的阀体上有两个、三个、四个各不相通且可与系统中不同油口相连通的油路接口，不同油口之间只能通过阀芯移位时阀口的开关来连通。（3）换向阀的职能符号含义常用的二位和三位换向阀的位和通路的符号如上图所示，下图为常用换向阀操纵方式符号。5．滑阀中位机能在分析和选择三位换向阀的中位机能时，通常考虑以下几点：①系统卸荷②系统保压③换向平稳性与精度④启动平稳性⑤液压缸“浮动”和在任意位置上的停止6．滑阀式换向阀的结构和选用（1）手动换向阀手动换向阀是用手动杠杆操纵的换向阀。下图所示为三位四通手动换向阀的结构图和图形符号，用手操纵杠杆即可使阀芯相对阀体移动，改变工作位置。（2）机动换向阀机动换向阀也叫行程换向阀，它是利用安装在液压设备运动部件上的撞块或凸轮推动阀芯移动来控制液流方向的。机动换向阀通常是二位的，有二通、三通、四通、五通几种。对于二位二通阀，又有常闭和常开两种形式，如下图所示。（3）电磁换向阀电磁换向阀依靠电磁铁通电吸合时产生的电磁力推动滑阀芯移动来变换液流方向或实现液流的通与断。下图所示为两位三通电磁换向阀的结构原理和图形符号。电磁换向阀的工作位置，一般为二位和三位，油口通道数多为二通、三通、四通、五通。二位阀有一个电磁铁，靠弹簧复位，三位阀有两个电磁阀；下图所示为三位四通电磁换向阀的结构原理和图形符号。电磁换向阀的电磁铁可借助于按钮开关、行程开关、限位开关、压力继电器、电接点压力表等所发出的电信号进行控制，无论位置远近，操纵均很方便，易于实现自动化，在换向阀中应用最为广泛。但由于受到电磁铁的尺寸和推力的限制，电磁换向阀允许通过的流量较小，其通径不大于10mm。电磁换向阀按使用电源的不同，有交流和直流两种；按衔铁工作腔是否有油，又可分成干式型和湿式型两种。（4）液控换向阀液控换向阀是利用控制油路的压力油来变换阀芯位置的方向控制阀，阀芯由其两端密封腔中油液的压差来移动的，如下图所示。（5）电液动换向阀7．转阀下图所示是三位四通转阀的工作原理图。8．多路换向阀①根据阀体结构形式，分整体式和分片式两种；②根据油路连通方式，分为并联、串联及串并联式油路，如下图所示；③根据控制方式，分为手动控制和手动先导控制两种；④根据定位和复位方式，分为弹簧对中式、钢球弹跳定位式⑤根据每个换向阀的工作位置和所控制的油路不同，分为三位四通、三位六通、四位六通等型式。4.3压力控制阀4.3.1溢流阀1．直动型溢流阀右图所示为直动型溢流阀的工作原理图。对直动型溢流阀，若忽略阀芯自重及摩擦力，则阀芯稳态下受力平衡方程为由上式可得由以上分析得知，溢流阀是利用弹簧力与进油口油液压力所产生的作用力相平衡来进行工作的。由于溢流阀正常工作时，阀口开度的变化量很小，因此，弹簧的附加压缩量Δx也较小，可以认为进油口压力值p基本保持不变，从而维持系统压力控制在调定值附近。2．先导型溢流阀若不计阀芯自重和摩擦力，这种阀在稳定工作时的受力平衡方程为先导型溢流阀有一个远程控制口K，它与主阀上腔连通（不用时堵住），若将K口与其他控制阀接通，就可以实现各种控制功能。3．溢流阀的性能（1）压力调节范围压力调节范围是指调压弹簧在规定的范围内调节时，系统压力能平稳地上升或下降，且压力无突跳及迟滞现象时的最大和最小调定压力。（2）启闭特性启闭特性是指溢流阀从开启到闭合过程中，被控压力与通过溢流阀的溢流量之间的关系。直动型和先导型溢流阀的启闭曲线如下图所示。由图中曲线可看出，先导型溢流阀的定压稳定性比直动型溢流阀好。（3）卸荷压力当溢流阀的远程控制口与油箱连通时，额定流量下进出口的压力差称为卸荷压力。卸荷压力越小，油液通过溢流阀开口处的损失越小，油液的发热量越小。4．溢流阀的应用①作溢流阀用；②作安全阀用；③作卸荷阀用；④作远程调压阀用，如下图所示。⑤作背压阀用。⑥多级调压回路，如下图所示。

例题4-1

下图所示两系统中溢流阀的调整压力分别为pA=4MPa，pB=3MPa，pC=2MPa，当系统外负载为无穷大时，液压泵的出口压力各为多少？图a所示系统中的溢流量是如何分配的？（a）（b）解：（1）图a所示系统泵的出口压力为2MPa。因为pP=2MPa时溢流阀开启，一股压力为2MPa的液流从阀A远控口经阀B远控口和阀C流回油箱。所以，阀A和阀B均被打开。但大量溢流从阀A主阀口流回油箱，而从阀B和阀C流走的仅为很小一股液流，且qB＞qC。（2）图b所示系统，当负载为无穷大时泵的出口压力为6MPa。因为该系统中阀B远控口接油箱，阀口全开，相当于一个通道，泵的工作压力由阀A和阀C决定，即pp=pA+pC=

4MPa+2MPa=6MPa。4.3.2减压阀1．减压阀的结构和工作原理如下图所示为一种先导型减压阀的结构图和图形符号，它是由先导阀和主阀组成的，先导阀用于调压，主阀用于主油路的减压。2．减压阀的应用①降低液压系统中某一回路的油路压力，使同一油源能同时提供两个及以上不同压力的输出。减压阀在各种液压设备中的控制回路、润滑油路、定位夹紧回路中应用较多。②稳定压力，当油压不稳定时，在回路中串一减压阀可得到稳定的、较低的压力。③与单向阀并联实现单向减压。单向减压阀在系统中的功用是液流正向流动时减压，反向流动时减小阻力。④远程减压。减压阀遥控口K接远程调压阀可以实现远程减压，但必须是远程控制减压后的压力在减压阀调定的范围之内。3．减压阀与溢流阀的区别①减压阀保持出口处压力基本不变，而溢流阀保持进口处压力基本不变。②减压阀的进、出油口均有压力，所以它的先导阀弹簧腔的泄油是单独外接油箱，而溢流阀则可以沿内部通道经回油口流回油箱。③不工作时，减压阀进、出油口互通，而溢流阀进、出油口不通。

例题4-2

如下图所示，溢流阀调定压力py=5MPa，减压阀的调定压力pj=3.5MPa，活塞前进时，负荷F=1000N，活塞面积A=20×10-4m2，减压阀全开时的压力损失及管路损失忽略不计，试求：（1）活塞在运动时和到达尽头时，A、B两点的压力。（2）当负荷F=8000N时，A、B两点压力是多少？解：（1）活塞运动时，作用在活塞上的工作压力为：因作用在活塞上的工作压力相当于减压阀的出口压力，且小于减压阀的调定压力，故减压阀不起减压作用，减压阀口全开，此时A、B两点的压力是（2）活塞到达行程终点时，作用在活塞上的工作压力PL增加且大于减压阀的调定压力，减压阀起减压作用，此时A、B两点的压力是（3）当负载F=8000N时，活塞所承受的压力为因为减压阀的调定压力Pj＜PL，减压阀阀口关闭，减压阀出口压力最大值是3.5MPa，无法推动活塞，所以，A、B两点的压力分别为4.3.3顺序阀1．顺序阀的结构和工作原理如下图为先导式顺序阀的结构图及图形符号，其结构与先导型中压溢流阀相似，所不同的是先导式顺序阀有专门的泄油口，将先导阀溢出的油液输出阀外。先导式顺序阀阀芯的启闭原理与先导式溢流阀相似。2．顺序阀的应用①用作顺序阀。可实现多个执行元件的顺序动作，如左图所示为某机床上的一个定位与夹紧回路，其动作顺序是先定位后夹紧，工件加工完后，两缸同时缩回。②用作平衡回路。如右图所示为采用单向顺序阀的平衡回路③用作卸荷阀。如左图所示的双泵供油快速运动回路中，顺序阀作卸荷阀用。④用作背压阀。如右图所示，在回路上接入顺序阀，用来产生一定的背压，提高执行元件的运动平稳性。4.3.4压力继电器1．压力继电器的结构和工作原理压力继电器按其结构特点可分为柱塞式、弹簧管式、膜片式和波纹式等四种形式，但结构原理基本相同。右图所示为柱塞式压力继电器的结构和图形符号。2．压力继电器的应用①用于安全保护；②用于控制执行装置的动作顺序；③用于控制换向阀，使执行元件换向；④用于液压泵的启闭或卸荷。下图为一蓄能器保压回路。4.4流量控制阀4.4.1节流阀的流量特性及节流口形式1．节流阀的流量特性节流阀的节流口通常有三种基本形式：薄壁小孔、短孔和细长小孔。无论采用何种形式，通过阀口的流量q及其前后压力差的关系均可用式1-34来计算。三种节流口的流量特性曲线见右图所示。2．常用节流阀口形式3．对流量控制阀的基本要求①较大的流量调节范围，并具有稳定的最小流量；②温度和压力变化对流量变化的影响小；③调节方便，泄漏量小。4.4.2节流阀的结构原理4.4.3调速阀4.4.4溢流节流阀（旁通型调速阀）4.4.5分流集流阀4.5其他液压控制阀4.5.1叠加式液压阀叠加阀既具有板式液压阀的功能，其阀体本身又同时具有通道体的作用，从而能用其上、下安装面呈叠加式无管连接。选择同一通经系列的叠加阀，叠加在一起，用螺栓紧固，即可组成所需的液压系统，如下图所示。下图所示为控制两个执行元件（液压缸和液压马达）的叠加阀及其液压回路图示例。4.5.2插装式锥阀插装式锥阀,是以插装单元为主阀，配以适当的盖板和不同的先导控制阀组合而成的具有一定控制功能的组件。其外观如右图所示。1．插装式锥阀的结构和工作原理在上图中，设油口A、B、C的油液压力及有效工作面积分别为pa、pb、pc和Aa、Ab、Ac，其面积关系为：Ac=Aa+Ab弹簧的作用力为Fs，若不考虑锥阀的质量、液动力和摩擦力等的影响，在pa、pb、pc均为某一稳定值时，锥阀口通断情况如下：①当Fs+pCAC＞paAa+pbAb时，锥阀闭合，A、B油路不通；②当Fs+pCAC＞paAa+pbAb时，锥阀打开，A、B油路导通；③当控制油口C接油箱且pC为零时，阀芯下部的液压力克服上部的弹簧力将锥阀芯打开，其液流方向视A、B的压力大小而定。若pa＞pb，液流从A流向B；若pa＜pb，液流从B流向A。④当控制油口C接压力油，且pC≥pa，pC≥pb锥阀关闭，A、B油路不通，此时，锥阀相当于逻辑元件“非”门作用，所以插装式锥阀又称为逻辑阀。2．插装式锥阀作方向控制阀（1）用作单向阀和液控单向阀如图4-40所示将控制口C腔与A或B油口连通，即成单向阀，连接方法不同其导通方式也不同。如左图所示，当A与C连通，且pa＞pb时，锥阀关闭，A与B不通；当pa＜pb时，锥阀开启，油液由B流向A；当B与C连通，且pa＜pb时，锥阀关闭，A与B不通；当pa＞pb时，锥阀开启，油液由A流向B。在控制盖板上接一个二位三通液动阀来变换C腔的压力，即可成为液控单向阀，如右图所示。（2）用作二位二通阀用小规格二位三通电磁换向阀来转换控制腔C的通油状态，即成为能通过高压大流量的二位二通换向阀。如左图所示，当电磁换向阀工作在左位（图示状态）时，油液不能从B流向A；当电磁阀通电工作在右位时，C与油箱连通，A、B油口连通。若电磁铁断电时，两个方向都要起切断作用，则需在控制油路中加一个梭阀（相当于两个单向阀），如右图所示。这样，当电磁铁断电时，不管油口A或B哪个压力高，锥阀都能可靠闭合。（3）用作三通阀两个插装式锥阀和一个电磁先导阀可组成一个三通阀。如下图所示，在图示状态时，左面锥阀打开，右面的锥阀闭合，即A通T，P堵塞，当电磁铁通电时，P通A，T堵塞。（4）用作四通阀用小型二位四通电磁换向阀控制四个插装阀的启闭，可实现高压大流量主油路的换向，即可构成二位四通换向阀，如下图所示。3．插装式锥阀用作流量控制阀若在插装式方向控制阀的控制盖板上增加一锥形阀行程调节装置，调节锥形阀开口的大小，就形成一个可调节流阀。当控制腔C通入压力油时，节流阀关闭，注意其锥形阀的形式和前述方向控制插装阀之锥形阀是相同的。此种插装阀具有方向和流量控制的功能，如下图所示。4．插装阀用作压力控制阀对插装式锥阀的控制腔C的油液进行压力控制，即可构成各种压力控制阀，以控制高压大流量液压系统的工作压力，其结构原理如下图所示。4.5.3电液比例控制阀1．电液比例压力阀电液比例压力阀按用途不同，有比例溢流阀、比例减压阀和比例顺序阀之分。下图所示为直控式比例溢流阀的工作原理和图形符号。2．电液比例流量阀用比例电磁铁取代节流阀或调速阀的手动调速装置，便成为电液比例节流阀或电液比例调速阀。它能用电气信号控制油液流量，使其与压力和温度的变化无关。右图所示为内含流量-力反馈的比例流量阀。3．电液比例方向阀用电液比例电磁铁取代电磁换向阀中的普通电磁铁，便构成直动式比例方向阀。其阀芯的行程可以连续地或按比例地改变，因而利用电液比例换向阀不仅能改变执行元件的运动方向，还能通过控制换向阀的阀芯位置来调节阀口的开度。所以，它是兼有方向控制和流量控制两种功能的复合控制阀。下图所示为一种位移—电反馈直接控制式电液比例方向节流阀。4.5.4电液数字阀用数字信息直接控制的阀，称电液数字阀。数字阀可直接与计算机连接，不需要数－模转换。与伺服阀、比例阀相比，这种阀结构简单，工艺性好，价廉，抗污染能力强，重复性好，工作稳定可靠，功率小。下图所示为步进电机直接驱动的数字流量阀的接头示意图。第5章液压辅助装置本章索引5.1油管和管接头5.2过滤器5.3油箱和热交换器5.4蓄能器5.5压力表与压力表开关5.1油管和管接头5.1.1油管1．油管种类及适用场合2．油管安装注意事项①管道在安装前要进行清洗。一般先用20％硫酸和盐酸进行酸洗。然后用10％的苏打水中和，再用温水洗净，做2倍于工作压力的预压试验，确认合格后才能安装。②管路应尽量短，横平竖直，转弯少,并保证油管有必要的胀缩余地。为避免管路折皱，减少压力损失，硬管装配时的弯曲半径应大于其直径的3倍。管路悬伸较长时，要适当设置管夹。③管路应尽量平行布置减少交叉，平行管间距要大于10mm，以防干扰、振动，便于安装管接头。④软管直线安装时要有一定的长度余量，以适应软管因温度、压力变化或振动引起的胀缩，及受拉和振动的需要，避免软管和管接头间受到拉伸。⑤软管装配时或系统工作时均不允许出现扭曲现象。弯曲半径要大于软管外径的9倍，弯曲处到管接头的距离至少等于外径的6倍。3．油管的规格尺寸油管的内径是根据管内允许流速和所通过的流量来确定的，即推荐允许流速为：吸油管路取0.5~1.5m/s，流量大时取大值；高压油管取2.5~5m/s，压力高、流量大、管路短时取大值；回油管路取1.5~2.5m/s。计算出油管内径后，应按标准管径尺寸相近的油管进行圆整。油管的壁厚可按下式计算：5.1.2管