液压与气压传动

模块一：液压传动概述目

录134任务一：液压传动技术的发展2任务二：液压系统的组成及基本原理任务三：液压传动的特点及应用

任务一：液压传动技术的发展任务一：液压传动技术的发展DevelopmentofHydraulicTransmissionTechnology

液压传动技术的发展史理论奠基基于阿基米德杠杆原理与帕斯卡静压传递原理，为液压技术提供了坚实的物理理论基础。实践开端(1795年)布拉曼发明了第一台水压机，标志着液压技术从理论走向实际应用，开启了液压工业的先河。技术革新(1905年)工作介质由水改为矿物油，解决了腐蚀和润滑问题，使液压系统的性能和寿命得到大幅提升。快速发展(二战时期)二战期间广泛应用于军事装备，战后迅速普及至民用领域，并建立了标准化体系，推动了行业规模化发展。我国发展(20世纪50年代起)起步于20世纪50年代，现已形成完整的工业体系，但在高端核心技术和关键零部件方面仍需持续突破。未来展望向着高效节能、智能化、集成化方向发展，数字液压与电液伺服技术将成为未来的重要增长点。

液压传动技术的发展趋势节能环保、绿色化追求低能耗、低噪声、无泄漏，广泛采用环保材料和可降解液压油，减少对环境的影响。智能化、高端化深度融合传感器、物联网和AI技术，实现系统的智能监控、预测性维护与自适应控制。轻量化、小型化适应航空航天、机器人等对空间和重量要求苛刻的领域，通过新材料应用实现紧凑设计。集成一体化系统结构更紧凑，将泵、阀、缸等元件集成，显著提高系统的可靠性和响应速度。可靠性研究提升核心元件的可靠性是行业发展的关键，通过优化设计和材料工艺延长使用寿命。未来展望液压技术将持续突破，向着更高效、更智能、更环保的方向演进，引领工业自动化升级。

任务二：液压系统的组成及基本原理系统核心组成动力元件、执行元件、控制元件、辅助元件及工作介质的有机结合。帕斯卡原理应用基于液体的压力传递特性，实现能量的转换、传递与控制。

液压系统的工作原理核心原理：帕斯卡定律密闭液体中的压力可以等值传递。以液压千斤顶为例，通过小活塞加压，在大活塞上产生巨大的力来举起重物。能量转换过程1.能量转换液压泵将机械能转化为液压油的压力能，为系统提供动力源。2.压力传递压力通过密闭油液等值传递到执行元件，实现力的放大。3.做功输出液压缸将压力能转化为机械能，驱动负载完成举升等动作。1-压杆2-小液压缸3-单向阀4-单向阀5-大液压缸6-重物7-截止阀8-油箱9-液压油

压力与载荷、速度与流量的关系压力与载荷(P=F/S)工作压力P=负载F/有效面积S液压系统的工作压力由负载决定。原理说明：当负载（阻力）增加时，为了克服阻力，系统必须建立更高的压力。反之，负载越小，压力越低。速度与流量(v=Q/S)运动速度v=输入流量Q/有效面积S液压缸的运动速度由输入流量决定。原理说明：流量越大，进入液压缸的油液越多，活塞运动越快。这一关系与负载大小无关，仅取决于流量的供给。

液压功率液压功率为流量和压力的乘积。功率是指单位时间内传递或者转换的能量，即单位时间内做的功。在时间t内，大活塞的行程为v2t，则大液压缸活塞的输出功率为：

液压系统的组成动力元件。主要由液压泵组成。液压泵负责将原动机的机械能转换为液压能，为整个系统提供必要的压力与流量。执行元件。执行元件的功能在于将液压能转化为机械能，驱动负载进行直线或旋转运动。控制元件。控制元件在液压系统中负责调节液体的压力、流量和方向，以满足执行元件的特定需求。辅助元件辅助元件虽然不直接参与能量的转换，但对液压系统的正常运作至关重要。辅助元件包括油箱、过滤器、冷却器、加热器、压力表和油管等。工作介质。液压油是目前液压系统主要使用的工作介质，发挥着能量传递、润滑、冷却及密封等多重作用

图形符号任务三：液压传动的特点及应用技术特点分析功率密度大，结构紧凑，易于实现自动化控制运行平稳，可实现无级调速，冲击小元件标准化程度高，维护方便，易于系列化生产广泛应用领域工程机械：挖掘机、装载机、起重机等工业自动化：机床、注塑机、机器人生产线交通运输：飞机起落架、船舶舵机、重型车辆液压传动的优点功率密度大体积小、重量轻，在同等体积下能输出更大的力或扭矩，结构紧凑。可实现无级调速速度调节范围广，且调节过程平滑，能够根据工况精确控制速度。响应速度快动作灵敏，易于实现快速启动、制动和换向，动态性能优越。易于自动化便于与电控系统结合，实现复杂的自动控制和远程操作。自润滑性好工作介质同时起到润滑作用，减少了机械磨损，延长了使用寿命。过载保护能力强系统可通过安全阀自动防止过载，保护液压元件和设备安全。液压传动的不足存在泄漏问题液压油的泄漏不仅会造成工作介质的浪费，还可能导致环境污染。同时，泄漏会降低系统的容积效率，影响传动精度。对油液污染敏感油液中的微小杂质会加剧元件磨损，导致阀芯卡死，严重影响系统的稳定性和使用寿命，因此对过滤精度要求极高。系统效率受温度影响油温变化会显著改变油液粘度，过高或过低的温度都会导致润滑不良或泄漏增加，从而降低系统的整体效率。制造成本和维护成本较高液压元件对加工精度和密封性能要求极高，导致制造成本高昂。同时，复杂的维护保养也增加了长期的使用成本。液压传动的应用领域智能制造数控机床、自动化生产线工程机械挖掘机、起重机、装载机航空航天飞机起落架、舵面控制农业机械联合收割机、拖拉机汽车制造冲压设备、焊接机器人医疗设备手术台、康复器械谢

谢！

模块二：液压传动相关基础知识的认知目

录13任务一：液压传动工作介质的认知2任务二：液压传动中液体力学规律的认知任务三：液压传动中相关现象与特性的认知任务一：液压传动工作介质的认知工作介质：能量传递的核心媒介

1.传递与转换能量工作介质作为载体，通过压力和流量的协同作用，将原动机的机械能转化为液压能，再传递至执行元件实现动力输出

参数调控的关键意义流量决定执行元件运动速度，压力影响输出力大小，两者的精准调控是实现平稳动力输出的核心

实际应用案例液压起重机通过介质传递能量，实现重物的平稳升降；液压传动工作介质的作用任务一：液压传动工作介质的认知液压传动工作介质的作用2.润滑与抗磨效应

润滑膜的形成原理介质在运动部件间形成厚度约0.1-1μm的油膜，物理隔离金属表面，将干摩擦转为流体摩擦

抗磨添加剂的作用含硫/磷添加剂在金属表面形成化学反应膜，增强抗磨性能

润滑效果的检测指标常用摩擦系数、磨损量（如失重法）评估润滑性能任务一：液压传动工作介质的认知液压传动工作介质的作用3.防腐蚀与防锈保护

电化学腐蚀的成因系统内水分与金属零件形成原电池效应，发生氧化还原反应导致腐蚀，潮湿环境下腐蚀速率提升3倍

防腐蚀添加剂类型分为有机胺类（中和酸性物质）、金属钝化剂（形成钝化膜）两类

防锈效果的验证方法盐雾试验：240小时盐雾环境下零件无锈迹为合格，抗磨液压油通常通过该测试任务一：液压传动工作介质的认知液压传动工作介质的作用4.冷却与清洁功能

冷却功能的实现介质循环流经散热器，吸收系统热量，使油温控制在最佳范围

清洁功能的机制介质流动冲刷管道内壁，将微小颗粒带入过滤器，某系统清洁度达达标时故障率降低50%

关键指标控制系统清洁度用NAS等级表示，液压泵要求NAS7-9级；油温超60℃会加速油液老化，需安装温控阀任务一：液压传动工作介质的认知液压传动工作介质的作用4.冷却与清洁功能

冷却功能的实现介质循环流经散热器，吸收系统热量，使油温控制在最佳范围

清洁功能的机制介质流动冲刷管道内壁，将微小颗粒带入过滤器，某系统清洁度达达标时故障率降低50%

关键指标控制系统清洁度用NAS等级表示，液压泵要求NAS7-9级；油温超60℃会加速油液老化，需安装温控阀任务一：液压传动工作介质的认知工作介质的分类可燃型介质（矿物油型）以石油馏分为基础，润滑性好（摩擦系数0.04）但闪点低（约150℃），适用于普通工业场景抗燃型介质乳化液型：水+矿物油+乳化剂，难燃但润滑性差、稳定性查；合成型：人工合成酯类，性能优良，使用寿命长，机械磨损小，且高温性能、抗氧化性能和热稳定性好，价格较高。新型环保介质纯水型、生物降解型液压油（如植物油基），用于环保要求高的场景任务一：液压传动工作介质的认知常见液压系统工作介质的分类及牌号类型名称代号特性和用途矿物油型通用液压油L-HL精制矿油加添加剂，可改善抗氧化和防锈性能，适用于室内一般设备的中低压系统抗磨型液压油L-HML-HL油加添加剂，改善抗磨性能，适用于工程机械、车辆液压系统低温液压油L-HVL-HM油加添加剂，可用于环境温度在-40°C~-20°C的高压系统高粘度指数液压油L-HRL-HL油加添加剂，改善粘温特性，V值达175以上，适用于对粘温特性有特殊要求的低压系统，如数控机床液压系统液压导轨油L-HGL-HM油加添加剂，改善粘温特性，适用于机床中液压和导轨合用的系统全损耗系统用油L-HH浅度精制矿油，抗氧化性、抗泡沫性较差，主要用于机械润滑，可作液压代用油，用于要求不高的低压系统汽轮机油L-TSA深度精制矿油加添加剂，改善抗氧化性、抗泡沫性能，为汽轮机类专用油，也可作液压代用油，用于一般液压系统乳化液型水包油乳化液L-HFA又称高水基液，特点是难燃、粘温特性好，有一定的防锈能力，润滑性差，易泄漏。适用于有抗燃要求、油液用量大且泄漏严重的系统油包水乳化液L-HFB既具有矿油型液压油的抗磨、防锈性能，又具有抗燃性，适用于有抗燃要求的中低压系统合成型水-乙二醇液L-HFC难燃，粘温特性和抗蚀性好，能在-30℃~-60℃温度下使用，适用于有抗燃要求的中低压系统磷酸脂液L-HFDR难燃，润滑抗磨性能和抗氧化性能良好，能在-54℃~-135℃温度下使用，适用于有抗燃要求的中低压系统

同种类的液压油常用通用规则的代号进行命名，命名规则常用类+品种+数字进行表示；以L-HV22为例，代号中的“L”表示其为石油产品分类中的：润滑剂和有关产品类，“HV”则代表液压系统用的低温抗磨型的工作介质，“22”则代表其牌号(40°C时的粘度)。任务一：液压传动工作介质的认知工作介质的选用原则

泵类型匹配原则齿轮泵对油液要求低（选HL/HM型）；叶片泵/柱塞泵精度高，需用HM型（抗磨性强）

环境因素影响寒冷地区（-20℃以下）选HR/HV型（低温流动性好）；高温场景（＞80℃）选合成型抗燃液

材料相容性要求与密封件（橡胶/塑料）、金属零件无化学反应，某合成液与丁腈橡胶相容性达95%以上任务一：液压传动工作介质的认知工作介质的性质：密度与可压缩性

密度的定义与影响20℃下矿物油密度约0.85g/cm³，密度变化会影响流量计算精度（误差≤±1%）

可压缩性的参数表示体积弹性模量K=ΔP/(ΔV/V)，矿物油K≈1.5GPa；混入1%空气时K降至0.15GPa，系统响应变慢

实际应用注意事项高压系统需严格控制空气混入，某液压机通过排气装置使空气含量≤0.5%，响应速度提升20%任务一：液压传动工作介质的认知常见液压系统工作介质的密度和体积弹性模量参数名称密度ρ20（kg/m3）体积弹性模量K（N·m2）矿物油型液压油850~900（1.4~2.0）×109水包油乳化液9971.95×109油包水乳化液9302.30×109水-乙二醇液10603.15×109磷酸脂液11502.62×109任务一：液压传动工作介质的认知工作介质的黏度特性液体在外力作用流动（或有流动趋势）时，分子间的内聚力要阻止分子间的相对运动而产生一种内摩擦力，这种现象叫做液体的黏性。液体只有在流动（或有流动趋势）时才会呈现出黏性，静止液体是不呈现黏性的。液体流动时相邻液层间的内摩擦力Ft与其接触面积A和液层间的速度梯度（即du/dy）成正比以单位面积上内摩擦力即切应力τ表示，可表示为：

任务一：液压传动工作介质的认知工作介质的黏度特性

黏度的核心指标动力黏度μ（Pa·s）：衡量内摩擦力；运动黏度ν=μ/ρ（cSt），20℃下矿物油ν约32-68cSt

温度对黏度的影响温度每升高10℃，黏度降低约30%；某HM46油40℃时ν=46cSt，60℃时降至22cSt

压力对黏度的修正压力每升高1MPa，黏度增加约0.3%；高压（＞10MPa）系统需考虑该修正，误差≤±5%任务一：液压传动工作介质的认知工作介质的维护保养与污染控制

污染预防措施加油前用10μm过滤器过滤；密封系统采用O型圈+防尘圈，某系统密封改进后污染率降低40%

油温控制方法安装油温传感器，超60℃启动冷却风扇；低温启动时预热至15℃以上，避免黏度过高损坏泵

换油周期确定矿物油换油周期为2000-3000小时；合成油可延长至5000小时，换油时需清洗油箱与过滤器任务一：液压传动工作介质的认知

污染的主要来源残留物：制造时的金属屑（≤50μm）；侵入物：环境尘埃（≤10μm）；生成物：磨损颗粒（≤20μm）

关键控制措施组装前用煤油清洗零件；安装空气滤清器（过滤精度5μm）；定期更换滤芯（每1000小时）

清洁度检测方法颗粒计数法（ISO4406标准）：某系统清洁度达18/15/12级时，元件寿命延长2倍任务一：液压传动工作介质的认知任务考核：某箱液压油在常压常温下体积为54×10-3m3，质量为48.5kg，当压力升高后，其体积减小为53.7×10-3m3，当其体积弹性模量为1.5GPa时，请计算该液压油的常温常压密度是多少？压力升高值是多少？任务二：液压传动中液体力学规律的认知液体静力学方程静压力是指静止液体单位面积上所受的法向力，用P表示。若法向力均匀地作用在面积A上液体在容器中呈静止状态，此时液体受到自身重力、液体上方表面外界的压力P0和容器侧壁对液体的压力。如果想要得到距离液面高度h的点A处的压力P，可以选取一个上底面为液面、下底面通过该点A的小液柱，且液柱上下底面的面积为ΔA。则根据受力分析可知，该小液柱在自身重力G、周围液体压力和顶部压力的作用下处于平衡状态，，则可以列式：任务二：液压传动中液体力学规律的认知液体静力学方程静压力基本方程P=P₀+ρgh：某点压力等于液面压力加液柱重力，水深1m处压力约为10kPa（ρ=1000kg/m³）等压面特性（1）静止液体内任一点的压力由两部分组成：一部分是液面上的压力P0，另一部分是该点以上液体重力所形成的压力。

（2）静止液体内的压力随液体深度呈线性规律递增。（3）同一液体中，离液面深度相等的各点压力相等。由压力相等的点组成的面称为等压面。在重力场中，静止液体中的等压面是一个水平面。实际应用案例液压千斤顶：小活塞面积1cm²，大活塞面积100cm²，施加100N力可顶起10000N重物（帕斯卡原理应用）任务二：液压传动中液体力学规律的认知压力表示方法传统上压力的表示表示方法分为两种，分别为绝对压力和相对压力。绝对压力指的是以绝对真空为基准时所表示的压力；相对压力指的是以大气压为基准时所表示的压力，也就是日常采用压力测量仪器所测出的压力，又称为表压力。如果某点处的压力小于当前的大气压力，那么绝对压力比大气压力小的那部分数值称为真空度，它们之间的关系可以为：绝对压力＝大气压力+表压力表压力＝绝对压力-大气压力真空度＝大气压力-绝对压力压力常用的单位是帕斯卡（Pa），1Pa=1N/m2，这一命名旨在纪念法国物理学家布莱兹·帕斯卡；工程上常使用Mpa来表示压力较大的数值，1Mpa=1×106Pa。任务二：液压传动中液体力学规律的认知帕斯卡原理及应用

根据前文静压力方程，密闭容器内静止油液中任意一点的压力如有变化，其压力的变化值将传递给油液的各点，且其值不变。这称为静压传递原理，即帕斯卡原理。

如果活塞2上的负载F2为零时，在不考虑其他阻力的情况下，无论活塞1上的负载F1多大，也无法在密闭空间内形成压力，这表明液压系统中的压力是由外部负载所决定的。任务二：液压传动中液体力学规律的认知液体动力学的基本假设定常流动的定义流动参数（速度、压力）不随时间变化，如稳定运行的液压系统；非定常流动如启动阶段的流量波动理想液体的假设假设无黏性（μ=0）、不可压缩（K→∞），简化理论分析；实际液体有黏性（μ＞0）、可压缩在液体流动中，在流场中每一点上都与速度矢量相切的曲线组成了流体的流线，它描述了同一时刻不同流体质点的速度方向，流线是一条光滑的曲线，流量指的是在单位时间内流过某管路或液压缸某一截面的液体的体积称为流量。任务二：液压传动中液体力学规律的认知连续性方程（质量守恒定律）

在截面积分别为A1、A2的两端截面选取一微小流束，其在两端所占的微小截面面积分别为dA1和dA2，由于dA1和dA2面积无限接近于0，因此根据微积分思想，在这两个微小截面上各点速度可以认为相等，且两端速度分别为u1、u2,其物理意义是在同一时间内通过流场中任一封闭表面的体积流量等于零，也就是说，在同一时间内流入的体积流量与流出的体积流量相等。任务二：液压传动中液体力学规律的认知伯努利方程（质量守恒+能量守恒）一段截面积dA、长度为ds的微小流束体，其两端作用的压力为：其中p为以端面上的压力，∂p/∂s为流线方向也就是微小流束体内质点流动曲线方向上的压力梯度；如假设该段微小流束体的在定常流动下加速度为a，并且其流速u是流线段长度s的函数，则加速度a为：任务二：液压传动中液体力学规律的认知伯努利方程（质量守恒+能量守恒）而在定常流动时，压力p、液体高度z、流速u均为流线段长度s的函数积分后可以得到：如果在这一流线上取两点，并且等式两边各除以g，则为：任务二：液压传动中液体力学规律的认知伯努利方程（质量守恒+能量守恒）伯努利方程的物理含义即为：理想液体在定常流动时，任意截面上的比压能（p/ρg）、比位能（z）和比动能（u2/2g）之和是一个常数；三者之间可以互相转化，但总和不变，体现了能量守恒定律，而由于上述三种能量都具有长度单位，故又分别称为压力水头、位置水头和速度水头。修正后：上式中：v为流体的平均流速；a为动能修正系数，其与液体流动状态有关，流速分布越不均匀其值越大，层流时a=2，湍流时a≈1；hwg为单位质量的液体从截面1流动到截面2的能量损耗。任务二：液压传动中液体力学规律的认知流态

流态指的是液体流动时的流动状态。当流速不同时，管内的液体流动状态完全不同，呈现出两种不同的形式。

当流速较慢时，圆管内的液体呈现出规则的层状流动，流体层与层之间互不相混，质点轨迹为直线或平滑的随时间变化较慢的曲线，如图a所示，这种状态称为层流；

而当流速逐渐提高，原本较为规则的质点运动轨迹逐渐混乱，无规则的运动方式，质点轨迹杂乱无章而且迅速变化，流体、微团在向流向运动的同时，还作横向、垂向及局部逆向运动，与周围流体混掺，如图b所示，这种状态称为湍流。（a）

（b）任务二：液压传动中液体力学规律的认知雷诺数圆管内流动的液体流态与液体流速v、管径d和液体运动黏度有关，这三个物理量共同决定了液体流动的流态，用无量纲数：雷诺数Re来表示：当液体雷诺数低于临界雷诺数值时，认为该流体时层流状态，当雷诺数高于临界雷诺数值时，认为此时处于湍流状态。常见的管道类型的临界雷诺数常由试验测得任务二：液压传动中液体力学规律的认知雷诺数不同管道类型雷诺数值管道类型临界雷诺数光滑金属管道‌2000~2300橡胶软管1600~2000带环槽的同心环状缝隙700~800锥阀阀口‌20~100光滑同心环缝隙1100~1200当管道为非圆形截面时，雷诺数Re计算方法为：上式中R为管道截面的水力半径，为管道有效截面面积A和截面上与液体接触的内壁面的周长之比；比如内边长为L的正方形截面管道，其水力半径R=L2/4L=L/4。任务二：液压传动中液体力学规律的认知任务考核计算：如图2.7所示，一活塞与充满液体的容器组成了密闭空间，活塞受到了F=1000N的外部载荷，活塞的面积A=1.5×10-3m2，液体密度ρ=1000kg/m3，不考虑活塞自重和其他阻力，请计算在活塞下方深度0.5m处的压力为多少?思考讨论：活塞下方深度不同时，对其内部液体压力数值影响大不大？可以得到什么结论？这个结论与学习过的哪个原理近似？

图2.7

任务考核计算示意图任务三：液压传动中相关现象与特性的认知

层流沿程损失公式μ黏性、l长度、v流速、d管径；某管道层流时损失为0.5MPa（l=10m，d=0.02m）

湍流沿程损失公式λ阻力系数（与Re相关），湍流时λ≈0.02-0.05，损失比层流大2-3倍

影响因素分析管径增大1倍→损失降低16倍（层流）；流速增加1倍→损失增加4倍（湍流），设计时优先增大管径压力损失现象

液压系统中的压力损失是指由于各种因素导致液压油压力降低的现象。压力损失会影响液压系统的工作性能和效率，可能导致系统无法正常工作或产生故障。液压传动中的流体压力损失主要分为两种类型：沿程压力损失和局部压力损失，两种压力损失形式均表现为压力的降低。沿程压力损失常发生在流体在等直径直管中流动时，由于流体的粘度和管壁之间的粘性力以及流体内部的摩擦力引起的任务三：液压传动中相关现象与特性的认知压力损失现象

局部损失公式ζ局部阻力系数，弯头ζ≈0.2-0.5，阀门ζ≈1-10（全开时）

典型构件的ζ值90°弯头（R/d=3）ζ=0.2；截止阀（全开）ζ=6.4；三通（分流）ζ=1.5，阀门的阻力系数最大

控制措施减少弯头数量（用圆弧弯头替代直角弯头）；避免管道截面突变；选用低阻力阀门（如球阀ζ=0.5）沿程压力损失和局部压力损失常同时存在；即液压系统总压力损失为两中压力损失之和

局部压力损失是由于流体流经这些障碍时，流动方向和速度的突然改变，导致流体产生漩涡、质点间的碰撞和质点与固体壁面间的摩擦而产生的能量损失任务三：液压传动中相关现象与特性的认知孔口流动特性薄壁小孔的流动特性流量公式与参数Cₙ流量系数（≈0.6-0.65）、A孔口面积、Δp压力差；节流控制应用薄壁小孔流量与黏度无关（层流时），适用于节流阀（流量稳定）；某节流阀用薄壁小孔，流量波动≤±2%设计要点孔口边缘锐化（无倒角），确保l/d≤0.5；材料选用不锈钢，防止磨损导致流量变化

节流阀、溢流阀等节流装置导致液压系统管路截面突然收缩，这种液体在突然收缩处的流动称为节流。节流的产生会导致流体压力损失、温度升高，不利于液压系统的正常工作任务三：液压传动中相关现象与特性的认知孔口流动特性细长小孔指的是通流长度l与孔直径d之比l/d＞4的小孔。实验发现，通过细长小孔的液体通常为层流状态，对于圆形截面小孔，其流量计算方法为：

流量公式与参数式中μ为流体的动力粘度，N·s/m2；A为小孔截面面积，m2；l为小孔的长度，m；d为小孔的内径，m。层流时适用，流量与黏度成反比；

应用场景适用于流量稳定要求高的场合（如计量泵）；某计量泵用细长小孔，流量精度达±0.5%

与薄壁小孔的区别细长小孔流量受黏度影响大（温度变化时流量波动），薄壁小孔不受黏度影响，设计时需根据需求选择任务三：液压传动中相关现象与特性的认知空穴现象

空穴产生的条件局部压力低于空气分离压（矿物油约2-3kPa），如泵吸油口压力过低（＜0.05MPa）时易产生

气蚀磨损的破坏气泡破裂产生冲击波（压力达数百MPa），导致金属表面出现麻点（坑深≤0.1mm），泵寿命缩短50%

预防措施增大吸油管直径（降低流速）；提高油箱液面高度（增加吸油压力）；选用低气含量油液（≤0.5%）在液压传动系统中，当某点的压力低于油液所在温度下的空气分离压时，溶解于液体中的空气就会分离出来，形成气泡。这些气泡混杂在油液中，使原来充满管道和液压元件中的油液成为不连续状态，这种现象即为空穴现象，又称为气穴现象。任务三：液压传动中相关现象与特性的认知液压冲击现象

液压冲击的类型液击：阀门突然关闭（时间＜0.01s）导致压力峰值（可达工作压力的2-3倍）；

压力峰值计算Δp=ρcv：ρ密度、c波速（≈1400m/s）、v流速；

控制措施延长阀门关闭时间（＞0.1s）；安装蓄能器（吸收冲击能量）；设置缓冲阀（限制压力峰值）液压冲击现象是指在液压系统中，由于某种原因引起液压油的压力在某一个点突然升高，且升高的数值比正常工作压力高出好几倍的现象。液压冲击现象通常发生在油路突然关闭或换向时，会导致系统中的压力急剧升高，并可能伴随噪音、震动和发热等问题。这种现象可能会对液压系统造成较大的损伤，如造成密封、管道或有关液压元件的损坏，缩减液压系统的使用寿命。任务三：液压传动中相关现象与特性的认知任务考核任务考核：请通过查询手册或网络资料后分组讨论并汇报：1.沿程压力损失和局部压力损失有什么区别？影响两种损失的参数分别是什么？2.沿程压力损失和局部压力损失是否有可能出现在相近的位置？如果是的话，该处的压力损失该如何计算？谢

谢！

模块三：液压系统动力元件的认知目

录13任务一：初识液压泵2任务二：齿轮泵的工作原理及结构特点的认知任务三：叶片泵的工作原理及结构特点的认知4任务四：柱塞泵的工作原理及结构特点的认知5任务五：液压泵的选用及故障诊断任务一：初识液压泵项目概述

动力元件的核心地位动力元件是液压系统的“心脏”，其性能直接决定系统的可靠性与稳定性，为系统提供动力源。

容积式液压泵的作用当前液压系统均采用容积式液压泵作为动力元件，其本质是将原动机的机械能转化为液压能的能量转化元件。

项目学习重点本项目重点介绍容积式液压泵的工作原理、结构特点、性能参数及型号选用，培养液压泵选型与故障诊断能力。任务一：初识液压泵

单柱塞液压泵工作原理单柱塞泵通过偏心轮驱动柱塞往复运动，使密封容积周期性变化。容积增大时吸油（单向阀6开启），容积减小时压油（单向阀4开启），实现机械能向液压能的转化。

容积式液压泵基本特点1.具备密封且容积可周期性变化的空间，输出流量与容积变化量和频率成正比；2.油箱压力需≥大气压，通常油箱通大气或采用加压油箱；3.配备配流机构（如单向阀），隔离吸压油腔，保证连续吸排油。任务一：初识液压泵液压泵的分类

01按结构形式分类主要分为齿轮泵（外啮合、内啮合）、叶片泵（单作用、双作用）、柱塞泵（径向、轴向），另有螺杆泵、转子泵等。

02按排量调节能力分类定量泵：排量固定，如外啮合齿轮泵、双作用叶片泵；变量泵：排量可调，如变量叶片泵、变量柱塞泵。

03其他分类方式按工作压力：低压（＜2.5MPa）、中压（2.5-8.0MPa）、高压（16.0-32.0MPa）、超高压（＞32MPa）；按供油方向：单向泵、双向泵（图形符号见图3.2）。任务一：初识液压泵表3.1常见液压泵分类液压泵定量泵齿轮泵外啮合齿轮泵内啮合齿轮泵楔块式渐开线内啮合齿轮泵直齿及其共轭齿廓内啮合齿轮泵摆线内啮合齿轮泵定量叶片泵定量径向柱塞泵轴向柱塞泵斜盘式轴向柱塞泵斜轴式柱塞泵螺杆泵变量泵限压式变量叶片泵变量径向柱塞泵变量轴向柱塞泵斜盘式轴向柱塞泵斜轴式柱塞泵按照液压泵供油方向是否可以改变可以将泵分为单向泵和双向泵，其表示符号见图。

a）单向定量液压泵；

b）单向变量液压泵；

c）双向定量液压泵；

d）双向变量液压泵任务一：初识液压泵液压泵主要性能参数计

排量与流量排量V：泵每转一周排出液体体积；理论流量qt=Vn（n为转速）；实际流量q=qt-q1（q1为泄漏损失）；额定流量qn：额定工况下的输出流量。

压力参数工作压力p：实际工作时压力，取决于外负载；额定压力pn：正常工作允许的最高压力；最高压力pmax：短暂运行的极限压力。

功率与效率输入功率Pi=Tiω（Ti为输入转矩，ω为角速度）；输出功率P=Δpq（Δp为压差，q为实际流量）；容积效率ηv=q/qt，机械效率ηm=Tt/Ti，总效率η=P/Pi。任务一：初识液压泵功率损失

液压泵在工作中产生的功率损失主要分为容积损失和机械损失。容积损失指的是液压泵在工作时流量上的损失，由于液压泵内部高低压腔之间的液压油的泄露、液压油的体积压缩及在吸油过程中由于粘度过大、阻力太大、主轴转速过快导致液压油无法全部充满泵体内密封容积，使得液压泵的实际输出流量总是小于其理论流量。，容积损失大小通过容积效率ηv来衡量，其等于液压泵的实际输出流量q与其理论流量qt之比，即：机械损失指的是液压泵内部个相对运动部件之间因机械摩擦引起的转矩损失以及因液体的粘性引起的摩擦损失，这导致液压泵正常工作时的实际输入转矩Ti需要大于泵理论上所需要的转矩Tt。机械损失的大小通过机械效率ηm来衡量，其等于液压泵的理论所需转矩Tt与实际输入转矩Ti之比，设机械损失导致转矩损失为T1，则机械效率表达式为：液压泵总效率为输出功率P和输入功率Pi的比值，即：任务一：初识液压泵任务考核

参数计算题已知液压泵输出压力5.5MPa，排量7ml/r，机械效率96%，容积效率0.9，转速1100r/min，求输出功率和驱动电动机功率。（提示：输出功率P=p×q，电动机功率Pi=P/η总）

小组讨论题1.除柱塞外，列举可改变密封空间容积的机械机构（如齿轮啮合、叶片伸缩等）；2.分析不同机构的配流方式是否与单柱塞泵（单向阀）相同，举例说明（如齿轮泵通过啮合线配流）。任务二：齿轮泵的工作原理及结构特点的认知外啮合齿轮泵工作原理基本组成与密封腔形成由一对互相啮合的齿轮、两端盖和泵体组成，齿轮与端盖、泵体间形成若干密封腔，齿顶和啮合线将密封腔分为吸油腔（右侧）和压油腔（左侧）。吸油过程齿轮按图示方向旋转，右侧轮齿脱离啮合，吸油腔容积增加形成局部真空，油箱中液压油在大气压作用下进入吸油腔。压油过程齿间充满液体随齿轮旋转被带到压油腔，左侧轮齿进入啮合使压油腔容积减小，液体被排出压油腔。配流方式齿轮啮合时啮合点处的齿面接触线将吸、压油腔分隔开，无需额外配流机构，起到自然配流作用。任务二：齿轮泵的工作原理及结构特点的认知

排量近似计算公式近似等于环形筒体积，z为齿数，m为模数，B为齿宽），工程中常用

修正计算。

理论流量计算理论流量实际流量

流量脉动率概念流量脉动率qmax和qmin表示瞬时最大和最小流量外啮合齿轮泵齿数越少脉动率越高，最高可达20%。外啮合齿轮泵参数计算任务二：齿轮泵的工作原理及结构特点的认知外啮合齿轮泵结构特点

困油现象及解决措施两对齿轮同时啮合形成密闭困油区，容积变化导致压力冲击和气穴，通过端盖开设非对称卸载槽，容积减小时与压油腔相通排油，增大时与吸油腔相通补油。

泄露问题及补偿方法主要通过轴向间隙（占总泄漏70%~80%）、径向间隙（15%~20%）和啮合线间隙泄漏，中高压泵采用浮动轴套或弹性侧板实现端面轴向间隙自动补偿。

径向液压力不平衡及缓解方式压油腔压力高于吸油腔，齿轮外缘压力分布不均产生径向不平衡力，采用减小排油口直径（作用于1-2个齿间）或开设压力平衡槽缓解。任务二：齿轮泵的工作原理及结构特点的认知内啮合齿轮泵工作原理及特点

工作原理与外啮合齿轮泵类似，小齿轮主动旋转，退出啮合容积增大吸油，进入啮合容积减小压油，渐开线内啮合齿轮泵需装月牙形隔板分隔吸、压油腔。

优点结构紧凑、尺寸小、重量轻；运转平稳、流量脉动小、噪声小；齿轮转向相同，相对滑动速度小、磨损小、寿命长；高转速下容积效率高。

缺点齿形复杂，加工精度要求高，成本较高；对液压油污染敏感度相对较高；排量无法调节。任务二：齿轮泵的工作原理及结构特点的认知内啮合式齿轮泵优缺点分析

外啮合式齿轮泵内啮合式齿轮泵优点1.结构简单，尺寸小，重量轻，价格低廉，可靠性高；2.自吸能力强，对液压油污染不敏感，维护方便。1.结构紧凑，尺寸小，重量轻，齿轮磨损小，寿命长；2.瞬时流量脉动小，压力脉动和噪声较小；3.轮齿啮合度高，容积效率高，传动平稳，吸油条件较好。缺点1.径向力不平衡，部件磨损严重；2.泄露量大，工作压力受限制；3.瞬时流量脉动大，压力脉动和噪声较大；4.排量无法调节。1.齿形复杂，加工精度要求高，成本较高；2.对液压油污染敏感度相对较高；3.排量无法调节。任务考核：在指导教师的带领下，尝试拆解一台齿轮泵，记录拆解流程，通过观察齿轮泵零件结构指出齿轮泵高低压腔之间容易产生泄漏的位置。任务三：叶片泵的工作原理及结构特点的认知叶片泵概述叶片泵与齿轮泵的共性叶片泵与齿轮泵同属回转泵，均通过泵体内部回转体的旋转运动改变吸油腔和压油腔的容积，实现吸油和压油功能。叶片泵的优点相比齿轮泵，叶片泵具有工作压力高、流量脉动小、噪音低、工作平稳、寿命较长等优点，适用于中低压系统。叶片泵的缺点叶片泵结构较为复杂，维护性较差，吸油特性不好，对液压油污染较为敏感，常用于机床设备、自动化生产线等工作条件较好的场景。叶片泵的分类根据转子旋转一周吸、排油次数不同，叶片泵分为单作用叶片泵（转子转一周吸排油一次，常为变量泵）和双作用叶片泵（转子转一周吸排油两次，常为定量泵）。任务三：叶片泵的工作原理及结构特点的认知单作用叶片泵工作原理及参数计算

工作原理单作用叶片泵由转子、定子、叶片和端盖等组成，定子内表面为圆柱形，定子与转子存在偏心距e。转子旋转时，叶片在离心力作用下紧贴定子内壁，形成密封工作容积。吸油侧容积增大吸油，压油侧容积减小压油，封油区隔开吸压油腔。

排量计算公式排量

，其中z为叶片数，R为定子内圆半径，e为偏心距，B为定子宽度。

流量计算公式理论流量实际流量（ηv为容积效率）。

结构特点单作用叶片泵叶片数越多且为奇数时，其流量脉动越低降低；径向液压作用力不平衡，不适用于高压系统；叶片根部与油腔互通，叶片仅靠离心力紧贴定子内壁；通过调整偏心距e可改变排量和吸压油方向，叶片数多为13或15个（奇数）以降低流量脉动。任务三：叶片泵的工作原理及结构特点的认知双作用叶片泵工作原理及参数计算工作原理

双作用叶片泵转子与定子同心，定子内表面由两段大圆弧（半径R）、两段小圆弧（半径r）及四段过渡曲面组成。转子旋转时，相邻叶片形成的密封容腔在吸油区容积增大吸油，压油区容积减小压油，转子转一周完成两次吸压油，径向液压力平衡。排量计算公式

不考虑叶片厚度和倾角时，排量V=2πz(R²-r²)B/z=2π(R²-r²)B；流量计算公式

理论流量qt=Vn，实际流量q=qtηv（ηv为容积效率），叶片数常为12或16片（偶数，4的整数倍流量脉动最小）。结构特点

配油盘设有吸压油窗口和封油区，压油窗口侧开三角槽以减小脉动和噪声；定子内表面曲面需保证叶片运动平稳；叶片常前倾10°~14°以减小磨损；可通过降低叶片根部压力、减小承压面积等措施提高工作压力。任务三：叶片泵的工作原理及结构特点的认知限压式变量叶片泵工作原理及特性

工作原理限压式变量叶片泵为单作用叶片泵，通过改变定子与转子偏心距e调节排量。泵出油口压力作用于变量活塞，与调压弹簧力平衡：压力较低时弹簧力大于液压力，偏心距最大，流量最大；压力升高至液压力大于弹簧力时，定子移动使偏心距减小，流量降低。

压力-流量特性曲线曲线分AB段（压力低于限定压力pB，流量最大且恒定）和BC段（压力高于pB，流量随压力升高而减小）。C点处压力最大，此时偏心距趋近于零，实际流量因泄漏提前为零。

调节方式调节流量调节螺钉改变初始偏心距e0，使AB段上下平移；调节调压螺钉改变弹簧预压缩量，使BC段左右平移；更换不同刚度弹簧改变BC段斜率，刚度越小曲线越陡，最大压力越大。

应用特点可按负载压力自动调节流量，功率使用合理，适用于需快速与低速运动的系统；但径向力不平衡，不宜制成高压泵，结构复杂，效率低于双作用叶片泵。任务三：叶片泵的工作原理及结构特点的认知任务考核：叶片泵相关讨论叶片泵并联组成双联泵的可能性可以将两个叶片泵并联组成双联泵。通过共用一根传动轴或独立驱动，使两个泵的出油口汇合，实现流量叠加，满足系统对大流量的需求。双联泵的优势1.流量灵活调节：可单独使用其中一个泵或同时使用两个泵，适应不同工况流量需求；2.节能高效：轻载时使用小流量泵，重载时双泵合流，降低功率损耗；3.结构紧凑：相比两个独立泵，双联泵集成度高，节省安装空间。双联泵的应用场景适用于执行元件需快速空载运动（大流量）和慢速工作进给（小流量）的液压系统，如组合机床、注塑机、压力机等，可提高系统效率并简化回路设计。任务四：柱塞泵工作原理及结构特点的认知柱塞泵概述

01柱塞泵的工作原理类型柱塞泵属于往复泵，通过柱塞在柱塞孔内往复运动改变密封工作容积，实现吸油和压油。

02柱塞泵的结构特点仅需圆柱形柱塞和缸体组成密封容积，加工精度要求较低，易于实现密封，在高压下容积效率高，适用于高压系统。

03柱塞泵的分类按柱塞排列和运动方向不同，分为径向柱塞泵和轴向柱塞泵两大类。任务四：柱塞泵工作原理及结构特点的认知径向柱塞泵工作原理及特点

径向柱塞泵结构组成主要由柱塞、转子、衬套、定子和配油轴组成，定子和转子间有偏心距e。

径向柱塞泵工作原理转子转动时，上半周工作容腔体积由小变大吸油，下半周体积由大变小压油，改变偏心距e可改变输出流量和吸压油方向。

径向柱塞泵的特点径向尺寸大，旋转惯性大，结构复杂；柱塞与定子点接触，接触应力高；配油轴受径向不平衡力作用易磨损，泄漏大，工作压力、容积效率和转速低于轴向柱塞泵。径向柱塞泵可做变量泵使用，有的径向柱塞泵的偏心距可从正值变到负值，改变偏心的方向，泵的吸油方向和压油方向也发生变化，成为双向径向柱塞变量泵；径向柱塞泵常用于车床、插床和刨床等低速、高压、大功率的液压传动的主运动中。斜盘式轴向柱塞泵工作原理斜盘和配油盘不动，传动轴带动缸体、柱塞转动，柱塞在斜盘作用下往复运动，完成吸油和压油，改变斜盘倾角α可实现变量。柱塞行程计算公式柱塞行程s=Dtanα，其中D为柱塞分布圆直径，α为斜盘倾角。排量及流量计算公式排量V=πd²ZDtanα/4（d为柱塞直径，Z为柱塞数）；实际流量q=VnηV（n为转速，ηV为容积效率）。轴向柱塞泵特点结构紧凑，径向尺寸小，容积效率高，惯性小，高压改造后最高工作压力可达70.0MPa，常用于重型工程机械、压力机等高压系统。任务四：柱塞泵工作原理及结构特点的认知轴向柱塞泵工作原理及参数计算轴向柱塞泵结构特点及变量机构轴向柱塞泵典型结构由柱塞、斜盘、缸体、配油盘、传动轴等组成，柱塞头部球状装在滑靴内，弹簧通过回程盘使滑靴紧贴斜盘，接触面形成压力油膜减少磨损。手动变量机构工作原理转动手轮使丝杠转动，带动变量活塞轴向移动，通过销轴使斜盘绕中心旋转改变倾角α，调整排量，螺母可锁紧手轮防止误操作，结构简单但操纵费力，不能连续工作中变量。任务考核：柱塞泵与其他泵的区别思考

输送固体与液体的泵的区别输送固体的泵需更大通道、更强耐磨部件及防堵塞设计，而输送液体的泵注重密封和容积效率。

叶片泵和齿轮泵能否制成固体泵叶片泵和齿轮泵结构精密，叶片或齿轮与泵体间隙小，固体颗粒易卡滞损坏，难以制成固体泵。任务五

液压泵的选用01液压泵型式选用根据液压系统工作环境、安装空间、负载大小、工作性能、维护保养成本、噪音、流量脉动及油液污染敏感度等因素综合选择。常见型式有齿轮泵、叶片泵、柱塞泵、螺杆泵，各自技术性能不同，适用领域各异，如齿轮泵用于普通机床等，叶片泵用于高精度机床等，柱塞泵用于大型工程机械等，螺杆泵用于精密机械等。02液压泵型号选择基于压力、流量、转速、效率等基本参数选择。为提高可靠性，固定设备液压系统正常工作压力选泵额定压力的70%~80%，车辆用选50%~60%，引入压力损失系数K压（1.3~1.5）计算泵额定工作压力：p泵=K压×p液。考虑系统泄露，用泄露系数K漏（1.1~1.3）计算泵额定流量：q泵=K漏×q液，同时使常用工作参数处于泵效率曲线高效区域，且最高压力与最高转速不同时使用。液压泵常见故障及排除方法

通用故障现象、原因及排除输出流量不足甚至为零：可能因吸油管路或过滤器堵塞、吸油口密封不严进空气等，排除方法有除去油污疏通管路、加强密封等；输出流量低或为零：可能电动机转向不对、油箱液面过低等，排除方法包括纠正转向、补油等；输出油压力低：可能溢流阀失灵、泵内零件磨损间隙过大等，排除方法有调整或更换溢流阀、修理更换零件等；温升过高：可能压力过高、油粘度过大等，排除方法包括调整压力阀、更换适宜粘度油液等；泄露油液：可能密封圈损伤、密封表面不良等，排除方法有更换密封圈、检查修理密封表面等。

不同型式泵特有故障齿轮泵：轴向间隙过小、内孔与断面垂直度超差会使运行噪声升高；叶片泵：叶片装反导致运行噪声过大、输出流量异常波动；柱塞泵：回程弹簧折断、斜盘倾角过小导致输出流量与压力过低。出现这些特有故障，找到安装错误、配合错误、损坏的零件进行修复或更换即可。任务考核：工况分析与解决方案评价

1.试分析以下几种工况下适合使用什么类型的液压泵？并阐明原因。1）负载较低的普通机床液压系统；2）高精度大负载数控机床液压系统；3）环境恶劣油液污染严重的露天小型矿山设备液压系统；4）负载大、压力高重型工程机械液压系统；2.某重型工程机械液压元件磨损异常，元件寿命远低于设计预期，经过工程师现场检查发现，是由于其工作环境恶劣油液易产生污染导致的；现提出了在液压泵吸油口加装过滤效率较高的精过滤器的解决方案。同学们请思考，此项解决方案能否完美解决该设备出现的问题？如果不能，试着分析此方案的利弊，并尝试提出更优的解决方案。谢

谢！模块四：液压系统控制元件目

录1345任务一：液压控制阀2任务二：压力控制阀任务三：方向控制阀任务四：流量控制阀任务五：其它控制阀在液压系统中，通过液压控制元件对压力、流量、液流方向的控制和调节，来实现预定的执行元件的启动、停止、运动方向、速度等规定动作和性能要求。这些液压控制元件统称为液压控制阀，简称液压阀。1什么是液压控制阀？模块导读：液压控制阀2液压控制阀的作用

对液流的流动方向、压力的高低以及流量的大小进行预期的控制，以满足负载的工作要求。基本结构：包括阀芯、阀体和驱动阀芯在阀体内作相对运动的驱动装置三大部分。

阀芯：主要形式有滑阀、锥阀和球阀。

驱动装置：手调机构，弹簧，电磁铁，液压力。

阀体：液压阀的主体结构，除了包含于阀芯配合的阀体孔或阀座孔外，还包含与外部管道连接的进出油口。

密封件：用于防止液压油的泄漏，确保系统的正常运行，保证液压控制阀的性能和系统的稳定性。4.1液压控制阀的基本结构原理和分类4.1.1液压控制阀的基本结构原理任务一：液压控制阀工作原理：利用阀芯在阀体内作相对运动来控制阀口的通断及阀口的大小，实现压力、流量和方向的控制。方向控制阀：用来控制液流的流动方向。如单向阀、换向阀等。

1.按功能分类

4.1.2液压控制阀的分类压力控制阀：用来控制系统的压力或用压力来实现控制。如溢流阀、减压阀、顺序阀、压力继电器等。流量控制阀：用来控制系统中油液的流量，以实现机构所要求的运动速度。如节流阀、调速阀等。任务一：液压控制阀（1）手动阀，依靠人力直接操作。

2.按操纵方式分类4.1.2液压控制阀的分类（4）液动阀，借助液压油的压力驱动阀芯移动。

（2）机动阀，利用机械装置来操纵阀芯运动。任务一：液压控制阀

（3）电动阀，由电磁铁等电动元件驱动，可实现远程控制和自动化控制。（5）电液动阀，结合了电动和液动的特点。（1）开关阀，调定后只能在调定状态下工作。3.按控制原理分类4.1.2液压控制阀的分类（4）数字阀，用数字信号直接控制阀的动作。

（2）比例阀，输出量能随输入的电信号连续按比例变化。任务一：液压控制阀

（3）伺服阀，对液压系统进行高精度、快速响应的控制。（1）板式阀，需要专用的连接板，将阀用螺钉装在连接板上。4.按控制原理分类4.1.2液压控制阀的分类

（4）螺纹插装阀，无单独的阀体，由阀芯、阀套等组成的插装元件插装在插装块体的预制孔中。

（2）管式阀，采用螺纹连接，直接串联在系统的管路上。任务一：液压控制阀（3）叠加阀，通过螺栓将阀体叠接在一起，既起控制阀的作用，又起通道体的作用。

（5）盖板阀，通常安装在液压系统的盖板上。1.规格通径参数：阀的规格通常用公称通径Dg(单位为mm)表示，它是阀规格大小的性能参数。液压阀的能通径一旦确定之后，所配套的管道规格也就选定了。需要说明的是，液压阀的通径仅表示该阀的通流能力和所配的管道尺寸规格，并不表示阀的实际进出口尺寸。2.压力参数：公称压力是液压阀承载能力大小的参数。液压阀的公称压力是指液压阀在额定工作状态下的名义压力，其单位为MPa。3.额定流量：液压控制阀在额定压力和规定条件下能通过的最大流量，反映其通流能力，与阀芯尺寸、阀口形状等有关。4.最小稳定流量：能使执行元件平稳运动的最小流量，若低于此值，执行元件可能出现爬行等不稳定现象。4.1.3液压控制阀的基本参数任务一：液压控制阀压力控制阀溢流阀：调节进口压力减压阀：调节出口压力顺序阀：压力控制油路通断压力继电器：压力与电信号转换手动调节（手调轮或螺钉）调压弹簧和液压力平衡电比例调节（比例电磁铁）电磁力和液压力平衡管式连接板式连接叠加式连接插装式连接安装方式作用调节方式任务二：压力控制阀控制液压系统压力的元件称为压力控制阀。原理是利用作用于阀芯上的液体压力和弹簧力相平衡的原理工作。1.规格通径参数：阀的规格通常用公称通径Dg(单位为mm)表示，它是阀规格大小的性能参数。液压阀的能通径一旦确定之后，所配套的管道规格也就选定了。需要说明的是，液压阀的通径仅表示该阀的通流能力和所配的管道尺寸规格，并不表示阀的实际进出口尺寸。2.压力参数：公称压力是液压阀承载能力大小的参数。液压阀的公称压力是指液压阀在额定工作状态下的名义压力，其单位为MPa。3.额定流量：液压控制阀在额定压力和规定条件下能通过的最大流量，反映其通流能力，与阀芯尺寸、阀口形状等有关。4.最小稳定流量：能使执行元件平稳运动的最小流量，若低于此值，执行元件可能出现爬行等不稳定现象。4.2.1溢流阀任务二：压力控制阀4.2.1溢流阀基本工作原理溢流阀是当系统压力超过设定值时，作用在阀芯上的液压力大于弹簧力，阀芯开启，使部分压力油溢回油箱，以保持系统压力稳定。在系统正常工作时，溢流阀处于不溢流状态，只有在系统压力等于其调定的限压值时阀口才开启溢流，对系统起过载保护作用，即承担安全阀的功能。分类任务二：压力控制阀按结构形式分直动式溢流阀

先导式溢流阀用于低压系统用于中、高压系统4.2.1溢流阀1．直动式溢流阀直动式溢流阀是依靠系统中的压力油直接作用在阀芯上与弹簧力相平衡，以控制阀的启闭。当进口压力升高:Fp>Fk，阀芯上移，油口P、T相通，溢流阀溢流，压力油便从出油口T流回油箱，从而保证进口压力基本恒定，系统压力不再升高。任务二：压力控制阀4.2.1溢流阀2．先导式溢流阀先导式溢流阀由先导阀和主阀两部分组成，先导阀调压、主阀溢流。先导阀实际上是一个小流量直动型溢流阀，阀芯为锥阀，其内的弹簧用来调定主阀的溢流压力。主阀用于控制主油路的溢流，芯上有一阻尼孔，且上腔作用面积略大于下腔作用面积，其弹簧只在阀口关闭时起复位作用。任务二：压力控制阀

先导式溢流阀恒定压力的性能优于直动式，所以被广泛应用于高压、大流量场合。先导阀前腔有一遥控口，起卸荷和远程控制作用，可以构成远程调压阀和电磁溢流阀。pT直动型与先导型溢流阀的比较溢流流量的大部分经主阀阀口流回油箱．主阀弹簧只在阀口关闭时起复位作用，弹簧力很小，有时又称其为弱弹簧。因先导阀流量很小，一般仅占主阀额定流量的1％，约l~5L／min．因此先导阀阀座直径很小，即使是高压阀，先导阀阀芯受力也不大，无需较大的调压弹簧。因此阀调节性能有很大改善。任务二：压力控制阀4.2.1溢流阀任务二：压力控制阀4.2.2溢流阀的应用及调压回路溢流阀和定量泵组合使用，起调压溢流作用。溢流阀和变量泵组合使用，起过载保护作用，称其为安全阀。将溢流阀安置在液压缸的回油路上，可以产生背压力。任务二：压力控制阀4.2.2溢流阀的应用及调压回路例题4-1如图所示两液压系统中溢流阀的调定压力分别为Pa=4MPa，Pb=3MPa，Pc=2MPa，当系统外负载为无穷大时，试求：液压泵出口压力分别为多少？以图a为例，请说明溢流量是如何分配的？图（b）所示系统，三个溢流阀串联，泵的出口压力取决于三阀的调定压力之和，即为：Pa+Pb+Pc=4MPa+3MPa+2MPa=9MPa解：图（a）所示系统泵的出口压力为2MPa。因为当Pp=2MPa时溢流阀C开启，一小股压力为2MPa的压力油从阀A远控口经和阀B远控口和阀C流回油箱的。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，从阀B和阀C流走的仅为很小一股液流，且qb>qc。作用：用来减低液压系统中某一回路的油液压力，使用一个油源能同时提供两个或几个不同压力的输出。当油液压力不稳定时，在回路中串入一减压阀可得到一个稳定的较低的压力。任务二：压力控制阀4.2.2减压阀原理：利用油液流经缝隙液阻产生压力损失的原理降低压力。

直动式分类:

定值减压阀：出口压力为定值

先导式定差减压阀：进出口压力差不变

定比减压阀：进出口压力成比例湖南工程学院——液压与气压传动常数

（1）定值减压阀（减压阀出口压力可基本上保持定值）1．减压阀结构及工作原理1)直动式减压阀减压阀的工作特性任务二：压力控制阀4.2.2减压阀4.2.2减压阀压力为p₁的压力油从进油口P1进入，经减压口降至p₂后从P2流出，部分油液进入主阀下腔，再经阻尼孔进入主阀上腔与先导阀前腔，作用于锥阀阀芯。当p₂低于调定压力时，先导阀关闭，主阀两端压力相等，阀口全开，不减压。当p₂高于调定压力，先导阀开启，油液经阻尼孔从泄油口流回油箱，主阀两端形成压差，推动阀芯上移，阀口关小，压降增大，使p₂稳定在调定值。进口压力p₁波动时，主阀会自动调整开度，维持出口压力基本恒定。即便出口油路停止供油，先导阀仍有泄油，阀口持续工作，出口压力依旧保持调定值。任务二：压力控制阀2)先导式减压阀1．减压阀结构及工作原理4.2.2减压阀减压阀用在液压系统中获得压力低于系统压力或使出口压力稳定的二次油路上，如夹紧回路、润滑回路和控制回路。必须说明，减压阀出口压力还与出口负载有关，若负载压力低于调定压力时，出口压力由负载决定，此时减压阀不起减压作用。任务二：压力控制阀2．减压阀的应用减压回路稳压回路工作缸夹紧缸

作用：以压力作为控制信号，在一定的控制压力作用下能自动接通或切断某一油路的压力。顺序阀相当于液压系统中的压力开关。

原理：顺序阀依靠系统中的压力变化来控制阀口的启闭，进而控制液压系统中各执行元件动作的先后顺序。

分类：顺序阀按控制方式可分为内控式和外控式两种。5.2.3顺序阀任务二：压力控制阀

压力油由A口进入直动式顺序阀，经通道作用于控制活塞下方，对阀芯产生向上推力，调压弹簧则对阀芯施加向下作用力。进口压力较低时，阀芯在弹簧作用下处于下端，A、B口不通。当压力达到弹簧调定值，阀芯所受向上推力大于弹簧力，阀芯上移，A、B口接通，压力油从B口流出，实现顺序动作。5.2.3顺序阀任务二：压力控制阀1．顺序阀结构及工作原理

⑴控制多个执行元件的顺序动作。5.2.3顺序阀任务二：压力控制阀2.顺序阀的应用：(2)作为背压阀用，用内控式顺序阀接在液压缸回油路上，以使活塞的运动速度稳定。

（4）作平衡阀用，在平衡回路中连接一单向顺序阀，以保持垂直放置的液压缸不因自重而下落。5.2.3顺序阀任务二：压力控制阀2.顺序阀的应用：（3）作卸荷阀用，用外控式顺序阀使液压泵在工作需要时可以进行卸荷。任务二：压力控制阀4.2.4三类压力控制阀的比较任务二：压力控制阀4.2.5压力继电器压力继电器是一种将压力油的压力信号转换成电信号的电液控制元件，当压力油压力达到压力继电器的调定压力时，即发出电信号，使油路卸压、换向、执行元件实现顺序动作，起安全保护作用等。原理：如图所示为柱塞式压力继电器的结构和图形符号。当从压力继电器下端进油口通入的压力油达到调定压力值时，推动柱塞1上移，通过顶杆推动微动开关3闭合，发出电信号。当进油口压力降低到调定值以下时，弹簧使柱塞下移，压力继电器复位切断电信号。压力继电器发出信号时的压力称为开启压力，切断电信号时的压力称为闭合压力。方向控制阀主要用来通断油路或改变油液流动方向，从而控制液压执行元件的起动或停止，改变其运动方向。按用途可分为单向阀和换向阀两大类。任务三：方向控制阀4.3.1单向阀在液压系统中，单向阀只允许液流沿一个方向通过，反向流动则被截止。控制压力油的单向流动，或有条件的反向流动。常用的单向阀有普通单向阀和液控单向阀。1.普通单向阀，简称单向阀。作用：只许油液单向流动，反向不通，也称逆止阀或止回阀。分类：按进出油液流向的不同分为直通式和直角式两种结构。4.3.1单向阀任务三：方向控制阀工作原理：压力油从阀体进油口P1流入时，克服弹簧力将阀芯顶开，再从出油口P2流出。当液流反向流动时，阀芯压紧在阀体的阀座上，液流被截止。

主要性能：一是正向通流阻力要小，一般单向阀的开启压力在0.035～0.05MPa左右，当通过额定流量时的压力损失不超过0.1～0.3MPa。背压阀的开启压力为0.2～0.6MPa。二是反向截止密封性能要好。普通单向阀的应用普通单向阀常被安装在泵的出口，一方面防止压力冲击影响泵的正常工作，另一方面防止泵不工作时系统压力油倒流经泵回油箱；被用来分隔油路以防止高低压干扰；与其他的阀组成单向节流阀、单向减压阀、单向顺序阀等，使压力油一个方向流经单向阀，另一个方向流经节流阀等；安装在执行元件的回油路上，使回油具有一定背压，以提高执行元件的平衡性。4.3.1单向阀任务三：方向控制阀2.液控单向阀作用：通过外控液压力后即允许流体双向流动的单向阀。4.3.1单向阀任务三：方向控制阀工作原理：它由普通单向阀和液控装置两部分组成，其中液控装置就是一个微型的控制液压缸。当控制口K不通压力油时，其工作和普通单向阀一样，正向通过，反向截止。当控制油口通压力油时，控制活塞2便顶开阀芯3离开阀座，使油液在正反方向上均可流动。应用：1）两个液控单向阀组合在一起称为液压锁，用在锁紧回路中，实现执行元件的双向锁紧。

2）用在平衡回路中，对立式液压缸起支承作用。

3）用于保压回路中，起到短时保压作用。换向阀结构：主要由三部分组成4.3.3换向阀任务三：方向控制阀工作原理：

它是利用阀芯和阀体相对位置的改变来控制液流的方向或液流的通断。1.换向阀的分类：4.3.3换向阀任务三：方向控制阀2.换向阀的工作原理：4.3.3换向阀任务三：方向控制阀阀芯是具有若干个环槽的圆柱体，阀体内孔开有5个沉割槽，每个沉割槽都通过相应孔道与主油路连通。其中P为进油口，T为回油口，而A和B则通液压缸两腔。当阀芯图处于（b）位置时，油路断开，液压缸两腔均不通压力油，执行元件处于停止位置状态。当阀芯向右移动至（a）位置时，P与A、B与T相通，活塞向右运动。当阀芯向右移动至（c）位置时，P与B、A与T相通，活塞向左运动。滑阀式换向阀正是利用阀芯在阀体内做轴向滑动来实现换向作用的。3.换向阀图形符号的意义：4.3.3换向阀任务三：方向控制阀（1）“位”一指阀芯的工作位置数。通常所说的“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，“位”在符号图中用方框表示。（2）“通”是指一个位上与外管的连接数。在一个方格内，箭头“↑”或堵塞符号“⊥”与方格的相交点数为油口通路数。箭头“↑”表示两油口相通，并不表示实际流向；“⊥”表示该油口不通流。（3）一般阀与系统供油路连接的进油口用字母P表示；阀与系统回油路连通的回油口用T(有时用O)表示；而阀与执行元件连接的油口用A、B等表示。有时在图形符号上用L表示泄漏油口。（4）换向阀都有两个或两个以上的工作位置，其中一个为常态位，即阀芯未受到操纵力时所处的位置，图形符号中的中位是三位阀的常态位。常见滑阀的结构形式与图形符号任务三：方向控制阀4.换向阀的操纵方式：4.3.3换向阀任务三：方向控制阀为了全面地表明换向阀的特性，一般命名某一换向阀时，总把位、通、操纵方式等特征包含进去，如二位四通电磁换向阀等。一个完整的图形符号不仅要反映上述特征，还要反映阀的复位方式或定位方式。二位二通机动换向阀三位四通电液换向阀5.换向阀的中位机能：4.3.3换向阀任务三：方向控制阀对于三位四通和三位五通滑阀式换向阀，滑阀处于中间位置或原始位置时，阀中各油口的连通方式称为换向阀的中位机能。中位机能可以满足执行元件处于非运动状态时系统的不同要求。选择换向阀的中位机能时应注意以下几点：1)系统保压；2)系统卸荷；3)换向平稳性和换向精度；4)启动平稳性；5)液压缸在任意位置上的停止和“浮动”问题。任务三：方向控制阀4.3.3换向阀5.换向阀的中位机能：（1)手动换向阀：

手动换向阀是利用手动杠杆来改变阀芯位置实现换向的。

自动复位式：适用于动作频繁、工作持续时间短的场合,操作比较安全,常用于工程机械的液压传动系统中。

定位式手动换向阀可以固定在某个工作状态下工作。任务三：方向控制阀4.3.3换向阀6.几种常用换向阀的典型结构（2)机动换向阀：

机动换向阀又称为行程阀。它主要用来控制机械运动部件的行程，它是借助于安装在工作台上的挡铁或凸轮来迫使阀芯移动，从而控制油液的流动方向。机动换向阀通常是二位的，有二通、三通等。

任务三：方向控制阀4.3.3换向阀6.几种常用换向阀的典型结构

机动换向阀结构简单，动作可靠，换向位置准确，换向冲击小，常用于机床液压系统的速度换接回路中，或直接用于执行元件的换向回路中。（3)电磁换向阀：

电磁换向阀是利用电磁铁的通电吸合和断电释放而直接推动阀芯来实现换向。电磁换向阀按电磁铁使用的电源不同，可分为交流和直流两种基本类型；按衔铁工作腔是否有液体，可分为干式和湿式两种类型。任务三：方向控制阀4.3.3换向阀6.几种常用换向阀的典型结构上图所示为二位三通电磁换向阀的结构和图形符号。右位置是电磁阀的常态位置，此时P口与A口相通，B口断开；当电磁铁接到电气控制信号后得电吸合时，推杆把阀芯推向右端，P口与A口断开，与B口接通：当电气控制信号消失，电磁铁断电释放时，阀芯在弹簧力的作用下复位。二位电磁阀一般由单电磁铁控制。（3)电磁换向阀：右图所示为三位四通电磁换向阀的结构和图形符号。中间位置是电磁换向阀的常态位置，其中位机能是O型，此时P口、A口、B口、T口全部断开。当电气控制信号消后，电磁铁断电，阀芯会在对中弹簧的作用下复位。任务三：方向控制阀4.3.3换向阀6.几种常用换向阀的典型结构（4)液动换向阀：液动换向阀利用控制油路的压力油推动阀芯实现换向。液动换向阀结构简单、动作平稳可靠，通过一些简单的装置可使阀芯的移动速度得到调节。这种阀液压驱动力大，可用于压力高、流量大、阀芯移动行程长的液压系统中，但没有电磁换向阀控制方便。任务三：方向控制阀4.3.3换向阀6.几种常用换向阀的典型结构在图中，阀芯两端分别接通控制口K1和K2，当控制口K1、K2都不通压力油时，阀芯在对中弹簧的作用下处于中位（中位机能为Y型）。当控制液体从控制口K1进入时，推动阀芯右移，P口与A口通，B口与T口通：当控制液体从控制口K2进入时