《液压传动》教材

课题一 液压传动系统的应用领域一、液压传动系统的应用它是以液压油为工作介质，通过动力元件（液压泵），将原动机的机械能转变为液压油的压力能，再通过控制元件，然后借助执行元件（液压缸和液压马达）将压力能转换为机械能，驱动负载实现直线或回转运动。且通过对控制元件遥控操纵和对压力流量的调节，调定执行元件的力和速度。1、压力机 如图1-1（动画） 图112、注塑机 如图1-2（动画） 图123、外圆磨床：如图1-3（动画） 图13二、液压传动的概念和工作原理1、液压传动的概念液压传动是通过液体进行力和位移的传递和控制的一种传动方式。2、液压传动的工作原理图1所示为液压千斤顶的传动原理图。工作原理：小液压缸与单向阀一起完成从油箱中吸油及压油。将杠杆的机械能转换为油液的压力能输出，称为（手动）液压泵。大液压缸将油液的压力能转换为机械能输出，顶起重物，称为执行元件。在这里大、小液压缸组成了最简单的液压传动系统，实现了运动和动力的传递。负载BADF1PTDD1PBATDW5abPS图2 液压系统工作原理3、液压传动系统图和职能符号图1所示的液压系统中，各元件是用结构符号表示的，称为结构式原理图。它直观性强，容易理解，但图形复杂，绘制困难。为了简化液压系统图，目前国际上均用元件的职能符号来绘制液压系统图。这些符号只表示元件的职能及连接通路，而不表示其结构。图2即为用职能符号表示的一个液压系统图。三、液压传动系统的组成1、动力部分主要元件为液压泵。它将机械能转变成油液的压力能，为系统提供压力油。2、执行部分主要元件为液压缸和液压马达。它将液压能转变为机械能，输出直线往复运动或回转运动。3、控制部分主要元件为压力控制阀、流量控制阀和方向控制阀。控制和调节液压系统的压力、流量及液流方向，以改变执行元件输出的力（转矩）、速度（转速）以及运动方向。4、辅助部分包括油管、管接头、油箱、滤油器、蓄能器和压力表等。通过这些元件把系统联结起来，以实现各种工作循环。5、工作介质指液压油。起传递动力或信息、润滑、冷却和防锈的作用。四、液压传动的优缺点液压传动与机械传动、电气传动、气压传动相比，具有以下优点：1、在同等功率的情况下，液压传动装置的体积小，重量轻，结构紧凑。如液压马达的重量只有同等功率电机重量的10-20%。2、输出功率大，能产生很大的力。由于液压元件可以在较高的压力下工作（200-320bar），因此液压传动容易获得很大的力和转矩。3、能在大范围内实现无级调速。借助于阀或变量泵、变量马达等可以方便地进行无级调速。调速比可达2000，且可以获得较低的稳定速度。如液压马达的最低稳定转速可达1r/min；液压传动还可以在运行的过程中进行速度调整。4、液压传动惯性小，反应快，所以易于实现快速起动、制动和频繁地换向。在往复回转运动时换向达每分钟500次，往复直线运动时换向达每分钟1000次。5、布局方便灵活。可随机器的需要，借助于油管，方便灵活地布置各种元件而不受限制。用液压传动实现直线运动比用机械传动简单。6、控制调节简单、方便、省力，易于实现自动化。当液压控制和电气控制或气动控制结合使用时，能实现较复杂的顺序动作和远程控制。7、借助于安全阀，液压装置易于实现过载保护。8、有自润滑作用，所以只要正确使用和维护，液压元件使用寿命较长。液压传动的缺点是：1、液压传动不能保证严格的传动比，这是由液压油的可压缩性和泄漏等因素所造成的。2、液压传动在工作过程中常有较多的能量损失（摩擦损失、泄漏损失等），因此传动效率低，不适合远距离传动。3、液压传动对温度的变化比较敏感，它的工作稳定性容易受到温度变化的影响，因此不宜在温度变化很大的环境中工作。4、为了减少泄漏，液压元件的制造精度要求较高，因此其价格较高；且对油液的污染比较敏感。5、液压传动出现故障的原因比较复杂，而且查找困难。五、液压技术的发展趋势1、高压化、大流量化：例如超高压液压技术等。2、结构小型化、轻量化、功能复合化、集成化：如叠加式、插装式、多功能综合控制液压阀、微型液压元件以及集动力源、控制器和执行器于一体的多功能单元和电液集成元件的开发。3、延长元件寿命、提高元件及系统的可靠性：液压元件强化快速寿命试验方法、污染控制技术、元件及系统的故障诊断技术、系统可靠性预测技术的研究和应用；运用新材料（如涂层材料、陶瓷和塑料），改进摩擦副工作性能等。4、降低能耗、提高效率、实现节能：节能型液压元件的开发（如低功耗电磁阀等），系统设计中应用负载参数适应技术、二次调节技术、微机自适应控制技术等节能技术；研究和运用原动机与液压装置的最优联合调节方法，进一步改进密封技术与连接技术，减小泄漏损失和污染。5、降低液压振动和噪声：运用管道网络动态分析及液流数值计算技术，优化运动、流动和结构，应用隔振技术、消声技术，减小振动和噪声并提高元器件的综合性能。6、用电子技术强化液压技术，提高控制系统性能：具有数字接口的电液元件的开发；采用现代控制理论对系统动态进行补偿，液压伺服系统的非线性控制和智能控制，用于液压伺服控制的神经网络计算法及相应硬件的实现，机器人伺服系统的解耦与特性补偿等；元件、系统的设计、试验、制造等采用计算机技术，如CAD、CAT/CAD/CAM一体化。课题二 方向控制元件及其应用方向控制元件的作用是控制油液的流动方向；主要应用于方向控制回路中，方向控制回路即是用来控制液压系统各油路中液流的接通、切断或变向，从而使各执行元件按需要相应地实现启动、停止或换向等一系列动作。方向控制元件中包括单向阀和换向阀。方向控制回路中包括一般方向控制回路和复杂方向控制回路等。一、 方向控制元件 换向阀换向阀的作用是用以控制执行元件的启动、停车以及运动方向。BTPA图2-1 换向阀外观工作原理：主要是利用阀芯在阀体中的相对运动来改变阀芯和阀体间的相对位置，使液流的通路接通、关闭或变换流动方向，从而使执行元件启动、停止或改变运动方向（图2-1 换向阀外观）。换向阀的油口标记写在阀的初始位置上：P压力油口（泵口） T油箱 A、B使用装置的接口换向阀的名称与职能符号示例如下：例如：三位四通手动换向阀从名称和职能符号能够了解以下几点：1、位数：指阀芯能够实现的工作位置数目，用粗实线的方框表示；2、通路数：指换向阀的主油路通路数（不含控制油路和泄油路），即对外接口数；3、阀门控制方式，包括手动、机动、电磁、液动、电液动和气动等；4、阀门复位方式，常用的是弹簧复位；5、阀门初始位置。常用的液压换向阀职能符号如下（图2-2）：一个阀门附带两个有效油口和两个通断位置，即称为两位两通(2/2)换向阀。一个阀门附带三个有效油口和两个通断位置，即称为两位三通(3/2)换向阀。一个阀门附带四个有效油口和两个通断位置，即称为两位四通(4/2)换向阀。一个阀门附带四个有效油口和三个通断位置，即称为三位四通(4/3)换向阀。PATPABTPABTPA图2-2 常用的液压换向阀职能符号换向阀的类型主要有座阀式、滑阀式和转阀式三种，而滑阀式应用最广。（一）滑阀式换向阀工作原理在阀体1中沿着纵向阀孔安排有环形沟槽4（多是浇注的，又叫沉割槽）。环形沟槽分别与阀体上的各油口（P、A、B、T）连接。在纵向阀孔中有一活动的圆柱形阀芯2，该阀芯可以在阀体孔内轴向滑动，形成不同的接通形式。阀芯的形状构成不同的控制功能，同规格的阀体一般都是一样的。图2-3 滑阀式换向阀工作原理1阀体2滑动阀芯3主油口4沉割槽5台肩如图2-3所示，阀芯有左、中、右三个工作位置，当阀芯2处于图示位置时，四个油口P、A、B、T都关闭，互不相通；当阀芯移向左端时，油口P与A相通，油口B与T相通；当阀芯移向右端时，油口P与B相通，油口A与T相通。圆柱形的阀芯有利于将阀芯上所受的轴向和径向力平衡，减少阀芯驱动力。（二）典型结构1、手动换向阀手动换向阀是依靠手动杠杆操纵驱动阀芯运动而实现换向的。按操纵阀芯换向后的定位方式有钢球定位式和弹簧自动复位式两种。1阀体 2阀芯 3球座 4护球圈5定位套 6弹簧 7后盖 8前盖 9螺套 10手柄 11防尘套 12钢球图2-4 三位四通手动换向阀(钢球定位式)钢球定位式如图2-4所示，其中位机能为O型。阀芯的三个位置依靠钢球12定位。定位套上开有3条定位槽，槽的间距即为阀芯的行程。当阀芯移动到位后，定位钢球12就卡在相应的定位槽中，此时即使松开手柄，阀芯仍能保持在工作位置上。弹簧复位式如图2-5所示。阀芯依靠复位弹簧的作用自动弹回到中位。与钢球定位式相比，弹簧复位式的阀芯移动距离可以由手柄调节，从而调节各油口的开口度。 1阀体 2阀芯3前盖 4手柄5弹簧 6后盖图2-5 三位四通手动换向阀(弹簧自动复位式)弹簧复位式手动换向阀适用于动作频繁、工作持续时间短的场合，操作较安全，常应用于工程机械中。2、机动换向阀机动换向阀因常用于控制机械设备的行程，故又称为行程阀。它借助主机运动部件上可以调整的凸轮或活动挡块的驱动力，自动周期地压下或（依靠弹簧）抬起装在滑阀阀芯端部的滚轮，从而改变阀芯在阀体中的相对位置，实现换向。机动换向阀一般只有二位阀，阀芯都是靠弹簧自动复位。它所控制的阀可以是二通、三通、四通、五通等。1阀体2阀芯3前盖4滚轮5弹簧6后盖图2-6 二位三通机动换向阀图2-6所示为二位三通机动换向阀。图示位置，由弹簧5作用，阀芯2处于上端位置，油口P、B相通，A口封闭；当滚轮4被压下时，阀芯移至下端，油口P、A相通，B口封闭。3、电磁换向阀（1）二位二通电磁换向阀图2-7二位二通电磁换向阀如图2-7所示。它有两个工作油口，即进油口P和出油口A。它有两个工作位置：电磁铁断电，复位弹簧9将阀芯2推向左边的初始位置和电磁铁通电，推杆8将阀芯2推到右边（压缩复位弹簧9）的换向位置。图示阀为常开型（H型）滑阀机能。另外还有常闭型（O型）。泄油口L将通过阀芯间隙泄漏到阀芯两端容腔中的油液排到油箱。推杆8上的O形圈和O形圈座7在弹簧4的作用下将阀体的泄油腔L与干式电磁铁隔开，以免油液进入电磁铁而出现外漏现象。（2）三位电磁换向阀（如图2-9）工作原理同上。图中磁体都装配有应急操纵装置7以便能自外部手动操纵控制活塞。这样，便于检验磁体的接通功能。图2-9 三位换向阀（4）液动换向阀大流量液压系统的换向通常采用液动换向阀，它是通过外部提供的压力油控制阀芯换向。它的类型可分为不带阻尼调节器和带阻尼调节器两种。不带阻尼调节器的液动换向阀图2-10是不带阻尼调节器的三位四通液动换向阀。该阀为O型中位机能，除了四个主油口P、T、A、B外；阀上还设有两个控制口K1和K2，控制换向阀换向。1阀体2阀芯3挡圈4、7弹簧5端盖6盖板图2-10 三位四通液动阀(不带阻尼调节器)带阻尼调节器的液动换向阀图2-11是带阻尼调节器的三位四通液动换向阀。该阀也为O型中位机能，主油口与控制油口与图2-10所示的换向阀相同。不同处有两点：一是在两个控制口K1和K2分别接有一个单向节流器，用于控制阀芯的换向速度（回油调速控制）；另一个是在阀芯左、右两端增设了调节螺钉2，用以调节阀芯行程以改变各主油口的开度大小，以便控制主油路的流量。1双单向节流器 2调节螺钉图2-11 带阻尼调节器的三位四通液动换向阀（三）三位换向阀的中位机能（如表2-1）三位阀常态位时各油口的连通方式称为中位机能。不同机能的阀，阀体通用，仅阀芯台肩结构、尺寸及内部通孔情况有区别。表2-1 三位换向阀的中位机能机能代号结构原理图中位机能符号机能特点和作用OABPTABPTABPTABPTABPTABPTABPT各油口全封闭，缸两腔封闭，系统不卸荷。液压缸充满油，从静止到启动平稳；制动时运动惯性引起液压冲击较大；换向位置精度高H各油口全部连通，系统卸荷。缸成浮动状态。液压缸两腔接油箱，从静止到启动有冲击；制动时油口互通，故制动较O型平稳；但换向位置变动大P压力油P与缸两腔连通，可形成差动回路，回油口封闭。从静止到启动较平稳；制动时缸两腔均通压力油，故制动平稳；换向位置变动比H型小，应用广Y油泵不卸荷，缸两腔通回油，缸成浮动状态。由于缸两腔接油箱，从静止到启动有冲击，制动性能介于O型与H型之间K油泵卸荷，液压缸一腔封闭一腔接回油。两个方向换向时性能不同M油泵卸荷，缸两腔封闭。从静止到启动较平稳；制动性能与O型相同；可用于油泵卸荷液压缸锁紧的液压回路中N各油口半开启接通，P口保持一定的压力；换向性能介于O型和H型之间图2-12 普通单向阀工作原理单向阀（一）普通单向阀1、工作原理如图2-12a，当A腔的压力油克服作用在阀芯上的B腔油压力以及弹簧力和摩擦阻力时，阀芯开启，压力油流向B腔，形成正向流动。图2-13 锥阀式直通单向阀1阀体 2阀芯 3弹簧4挡圈 5径向过流孔当B腔的压力油流入单向阀时，如图1-12b所示，阀反向关闭。2、典型结构常用的两种形式：直通式和直角式。（1）直通式单向阀这种单向阀的进口和出口在同一轴线上。故一般为管式连接。1阀体2阀座3阀芯4弹簧5顶盖6密封圈图2-15 直角式单向阀结构如图2-13，封闭元件为锥阀芯1，并通过弹簧2被压向阀体中的阀座3上。这种阀门的安装长度可任意选择。锥阀阀芯虽然加工要求较钢球式严格，但其导向性好、密封可靠，因此应用最广。(2)直角式单向阀图2-15为直角式单向阀（阀芯3为锥阀）的结构，阀的液流进、出流道成直角形式，故一般为板式连接（阀通过螺钉固定在辅助安装底板上）。直角式单向阀由于流道转弯，所以其产生的液阻大于直通式单向阀；但更换弹簧较容易。(3)应用安置在液压泵的出口处，防止系统中的液压冲击影响泵的工作，或当泵检修及多泵合流系统停泵时油液倒灌（图2-16）。图2-16 在泵出口图2-17 作背压阀图2-18 单向节流阀图2-19 作旁通阀图2-20 作隔断阀作背压阀，提高执行器的运动平稳性（图2-17）。与节流阀、顺序阀、减压阀等组合成单向节流阀、单向顺序阀和单向减压阀等（图2-18）。作为滤油器的旁通阀，为限定污染而产生3bar的开启压力（图2-19）。在油路之间起隔断作用，防止不必要的干扰（图2-20）。（二） 液控单向阀1、功能与作用液控单向阀的功能是允许油流在一个方向流动，反向流动必须通过控制才能实现。其主要作用如下：2、工作原理液控单向阀的工作原理如图2-21所示。与普通单向阀相比，液控单向阀增加了一个控制活塞4及控制口K。图2-21 液控单向阀的工作原理当控制口K没有通入控制压力油时，它的工作原理与普通单向阀完全相同，即油液从A腔流向B腔为正向流动。当控制口K中通入控制压力油时，使控制活塞顶开锥阀芯2，实现油液从B腔到A腔的流动，为液控单向阀的反向开启状态。液控单向阀的职能符号如图2-22所示。图2-22 液控单向阀职能符号3、典型结构按照控制活塞泄油方式的不同，液控单向阀分为内泄式和外泄式。按照结构特点又可分为简式和复式两类。1、普通液控单向阀图2-23所示为内泄式液控单向阀的结构示意图，其特点是控制活塞6的上腔与A腔直接相通，结构简单、制造较方便。但是，当A腔压力较高时，反向开启控制压力较大，而受结构限制，控制活塞直径不可能比阀芯2的直径大很多，故适用于A腔无压力或压力较小的场合。为了克服内泄式液控单向阀受A腔压力影响大的缺陷，出现了外泄式液控单向阀（图2-24）。与内泄式液控单向阀所不同的是：其控制活塞为两节同心配合式结构，从而使控制活塞上腔与A腔隔开，并增设了外泄口L（接油箱），减小了A腔压力在控制活塞上的作用面积及其对反向开启控制压力的影响，适用于A腔压力较高的场合。图206和207所示的液控单向阀的安装连接方式均为管式。图2-24 外泄式液控单向阀图2-23 内泄式液控单向阀1阀体 2阀芯 3弹簧4上盖 5阀座6控制活塞 7下盖2、有卸载阀心的液控单向阀此种阀的结构特点为带有，图2-25为有卸载阀芯液控单向阀（法兰式连接）。工作原理：主阀芯（锥阀）2下端开有一个轴向小孔和四个径向小孔，轴向小孔由一个小的卸载阀芯（锥阀）3封闭。当B腔的高压油液需反向流入A腔（一般为液压缸保压结束后的工况），控制压力油将控制活塞6向上顶起时，控制活塞首先将卸载阀芯向上顶起一较小的距离，使B腔的高压油瞬即通过主阀芯的径向小孔及轴向小孔与卸载阀芯下端之间的环形缝隙流出，B腔的油液压力随即降低，实现释压；然后，主阀芯被控制活塞顶开，使反向油流顺利通过。由于卸载阀芯的控制面积较小，仅需要用较小的力就可以顶开卸载阀芯，从而大大降低了反向开启所需的控制压力。其控制压力仅约为工作压力的5%；而不带卸载阀芯的液控单向阀的控制压力高达工作压力的40%50%。1阀体 2主阀芯3卸载阀芯 4弹簧5上盖 6控制活塞7下盖图2-25 带卸载阀芯的液控单向阀（法兰式连接）所以带卸载阀芯的液控单向阀特别适用于高压大流量液压系统使用。3、使用注意事项在液压系统中使用液控单向阀时，应确保其反向开启流动时具有足够的控制压力。根据液控单向阀在液压系统中的位置或反向出油腔后的液流阻力（背压）大小，合理选择液控单向阀的结构（简式还是复式）及泄油方式（内泄还是外泄），如果选用了外泄式液控单向阀，应注意将外泄口单独接至油箱。用两个液控单向阀或一个双止回阀实现液压缸锁紧的液压系统中，应注意选用Y型或H型中位机能的换向阀，以保证中位时，液控单向阀控制口的压力能立即释放，单向阀立即关闭，活塞停止。但选用H型中位机能应非常慎重，因为当液压泵大流量流经排油管时，若遇到排油管道细长或局部阻塞或其它原因而引起的局部摩擦阻力（如装有低压滤油器或管接头多等），可能使控制活塞所受的控制压力较高，致使液控单向阀无法关闭而使液压缸发生误动作。Y型中位机能就不会产生这种结构。工作时的流量应与阀的额定流量相匹配。安装时，不要搞混主油口、控制油口和泄油口，并认清主油口的正、反方向，以免影响液压系统的正常工作。齿轮泵一、 液压泵概述（一）作用泵在液压系统中的作用是：把机械能转换成油液的压力能，向系统提供压力油。液体自泵出口流入系统，经过控制元件直到用油装置。对液体来说，用油装置是一个阻力，例如有负载的冲程缸的活塞。与阻力相适应，在液体中产生压力并一再增高，直到足以克服这一阻力为止。液压系统中的压力并不预先由泵产生，而是后来开始构成的，取决于负载阻力，随负载变化而变化。（二）工作原理液压系统中使用的液压泵都是容积式的。其工作原理如图41：1凸轮 2柱塞3弹簧 4密封容积5缸体 6、7单向阀图41 液压泵工作原理凸轮1旋转时，柱塞2在凸轮1和弹簧3的作用下左右移动。当柱塞向右移动时，柱塞2和缸体5组成的密封容积变大，形成真空度，油箱中的油液在大气压的作用下经单向阀7和油管吸入；当凸轮推动柱塞向左运动时，密封容积变小，已吸入的油液受到挤压，经单向阀6排到液压系统中去。凸轮不断地运动，密封容积周期性变小和增大完成排油和吸油。由此可见，容积式泵的共同工作原理是：1、必定有一个或若干个周期性变化的密封容积。密封容积增大时，形成一定的真空度完成吸油；密封容积减小时，油液受到挤压排到系统中去。2、为了使密封容积增大时和吸油管相连，密封容积减小时和排油管相连，需要有相应的配油装置。如上例中的单向阀6和7就起这个作用。各种结构液压泵的配油装置是不同的。3、油箱必须和大气相通，这是液压泵正常工作的外部条件。（三）液压泵的压力分级低压中压中高压高压超高压2580160320bar图42 压力分级（四）液压泵的性能参数1、压力液压泵的工作压力：是指泵工作时输出油液的实际压力，其大小由工作负载决定。液压泵的额定压力：是泵在正常工作条件下按试验标准规定，连续运转的最高压力。它受泵本身的泄漏和结构强度所制约。2、排量和流量排量：是指泵轴每转一周由其密封容积几何尺寸变化计算而得的排出的液体体积，用V表示, 常用单位为cm3/r。排量的大小取决于泵密封工作腔的几何尺寸。理论流量（qt）：是指泵在单位时间内由密封容腔几何尺寸变化计算而得的排出的液体体积，它等于排量V和转速n的乘积，即：qt=Vn。实际流量（qV）：是指泵在某工作压力下实际排出的流量。由于泵存在内泄漏，所以泵的实际流量小于理论流量。在泵的正常工作条件下，试验标准规定必须保证的流量称为泵的额定流量。3、功率和效率功率： 功率是指单位时间内所做的功，用P表示。液压泵的输出功率等于泵的输出流量和工作压力的乘积，即：P=pq。效率：液压泵在能量转换和传递过程中，必然存在能量损失，如泵的泄漏造成的流量损失，机械运动副之间的摩擦引起的机械能损失等。图45 G型外啮合齿轮泵二、 齿轮泵齿轮泵主要结构形式有外啮合和内啮合两种。齿轮泵是定量泵，其职能符号为：图46 齿轮泵职能符号(一)外啮合齿轮泵1、工作原理泵体内有一对等模数、齿数的齿轮，当吸油口和压油口各用油管与油箱和系统接通后，由各齿间槽、泵体内孔以及前后端盖形成密封工作腔。图48 外啮合齿轮泵工作原理两齿轮的啮合线将吸油腔和压油腔分开（配流装置）。当齿轮按图48所示方向旋转时，左侧轮齿脱开啮合，密封容积增大，形成真空，在大气压力的作用下从油箱吸进油液，并被旋转的齿轮带到右侧。右侧齿轮齿与齿进入啮合时，密封容积减小，油液从齿间被挤出输入系统而压油。密封容积增大吸油；密封容积减小压油。2、径向不平衡力齿轮泵工作时，压油腔的油压高于吸油腔的油压，因而导致齿轮所受的径向力是不平衡的。这个径向不平衡力把齿轮压向一侧，并作用到轴承上，使轴弯曲变形，轴承磨损加快，严重时齿轮齿顶圆擦壳。减小措施：缩小压油口直径，使高压油仅作用在一个齿到两个齿的范围内，这样压力油作用于齿轮上的面积减小了，因而径向力也减小了。还可以适当增大齿顶圆与泵体内孔的间隙（0.13-0.16mm）。3、困油现象为了保证齿轮泵运转平稳，吸、压油腔严格密封以及连续供油，必须使齿轮啮合的重叠系数1。同时进入啮合的轮齿就有两对以上，这样在两对轮齿之间就形成了一个闭死容积。当齿轮转动时，闭死容积发生变化，油液无法排出，这就是困油现象。图 a到b:闭死容积从大到小；图b到c：闭死容积从小到大图49 困油现象图50 卸荷槽危害：初期该闭死容积较大，然后逐渐减小，油液受到挤压，压力迅速上升，远远超出泵的输出压力，导致油液强行泄漏，使轴和轴承受到很大的冲击载荷，功率损失增加；同时，油液发热，引起振动和噪声，降低系统的工作平稳性和寿命。然后闭死容积逐渐增大，形成真空，产生气泡，造成气蚀，产生振动和噪声。解决：开卸荷槽。通常是开在两侧的盖板上，使闭死容积缩小时通过右边的卸荷槽与压油腔相通，闭死容积增大时通过左边的卸荷槽与吸油腔相通。两卸荷槽的间距必须保证在任何时候都不能使吸油腔和压油腔相互串通。4、齿轮泵的泄漏齿轮泵的泄漏途径为：齿轮端面与泵盖间的轴向间隙，齿轮齿顶圆与泵体内孔间的径向间隙以及两个齿轮的齿面啮合处等。因轴向间隙泄漏的途径短而面积大，故此处的泄漏量最大（占总泄漏量的70%-80%）。可见轴向间隙越大，泄漏量也越大，容积效率就越低。但轴向间隙过小，会造成齿轮端面与泵盖间的机械摩擦加大，从而降低机械效率。一般来讲轴向间隙为0.01-0.04mm。5、低压齿轮泵的结构一般采用分离三片式结构。A-A吸油口压油口dabAA12345678910111-短轴 2-滚针轴承 3-堵 4,8-前,后泵盖 5-螺钉 6-齿轮 7-泵体 9-密封圈 10-轴 11-定位销图51 低压齿轮泵c8、特点优点 结构简单，尺寸小，重量轻； 制造方便，价格低廉，工作可靠；维护容易。 自吸能力强（容许的吸油真空度大）； 对油液污染不敏感。缺点 径向不平衡力使磨损严重，泄漏增大，压力的提高受到限制； 密封间隙范围大，泄漏较大，容积效率较低； 流量脉动大，因而压力脉动和噪声都比较大。9、适用范围简单液压设备，低压系统。二、方向控制回路（一）方向控制回路在系统动力元件和执行元件之间加装换向阀，就可实现方向控制。图14 换向回路-活塞杆伸出YH1YH2图14-16所示为双作用液压缸的换向回路。回路采用三位四通中位截止式普通电磁换向阀来控制液压缸的换向。图15 换向回路-活塞杆返回YH1YH2电磁铁YH1得电时，油液压力推动活塞向右运动（图14）；图16 换向回路-原位YH1YH2电磁铁YH2得电时，油液压力推动活塞向左运动（图15）；电磁铁YH1、YH2都失电，即为中位，此时液压缸停止运动，液压泵输出的油液通过油路中的溢流阀流回油箱（图16）。（二） 锁紧回路图122 用液控单向阀的锁紧回路活塞双向锁紧YH1YH2液压锁紧可使液压缸停留在任意位置上，且停留后不会因外力作用而移动位置。1、采用液控单向阀的锁紧回路图120-122所示为使用液控单向阀（双止回阀，双向液压锁）的锁紧回路。当换向阀左位工作时，压力油经左边液控单向阀进入液压缸左腔，同时通过控制口打开右边液控单向阀，使液压缸右腔的回油可经右边液控单向阀及换向阀流回油箱，活塞向右运动（图120）。反之，活塞向左运动（图121）。图123 用单向阀的锁紧回路在需要停留的位置，只要使换向阀处于中位，因阀的中位为H型机能（Y型也可以），单向阀立即关闭，使活塞双向快速锁紧（图122）。回路的锁紧精度主要取决于液压缸的泄漏和油液的压缩性。这种回路被广泛用于工程机械、起重运输机械等有锁紧要求的场合。2、采用单向阀的锁紧回路图123是使用单向阀的锁紧回路，可以用来锁定负载，防止其下落。其中换向阀是零泄漏的。课题三 压力控制元件及其应用压力控制元件是控制和调节液压系统油液或压力利用压力作为信号控制其它元件的阀。包括溢流阀、减压阀、顺序阀和压力继电器。压力控制回路是利用压力控制阀来控制系统整体或某一部分的压力的路回，以满足液压执行元件对力或转矩要求的回路。这类回路包括调压、减压、增压、卸荷和平衡等多种回路。一、 压力控制元件（一）溢流阀1、作用与分类图3-1 溢流阀外观几乎任何一个液压系统都要用到溢流阀。溢流阀的主要作用是通过阀口的溢流，使被控系统或回路的压力维持恒定，实现调压、稳压或限压（防止过载）。溢流阀可以分为直动式和先导式两大类2、直接操作式溢流阀（直动式）（1）工作原理图3-2 直动式溢流阀工作原理锥形阀芯1由弹簧2以一定的预紧力压紧在支座3上。弹簧室通油箱是无负载的。系统压力作用在锥形阀芯上。压力乘面积得出克服弹簧弹性的力。随着压力的增加，这个力就增加。只要弹簧预紧力大于压力，阀芯就固定在支座上。如果压力超过弹力，阀芯移动开启了 P-T 的连接线路，多余的液体流回油箱。（2）典型结构滑阀式直动溢流阀图3-2所示为滑阀式直动溢流阀，阀体5左右两侧开有进油腔P和回油腔T，通过管接头与系统连接，所以属于管式阀。阀体中开有内泄孔道b，阀芯4下部开有相互连通的径向小孔c和轴向阻尼小孔d及锥孔a。受控压力大于油作用在阀芯下端面面积上产生的液压力与弹簧力相比较，当液压力大于弹簧预调力时滑阀开启，油液即从出油腔T溢流回油箱。1调压螺母 2调压弹簧 3上盖4阀芯 5阀体a锥孔 b内泄孔道 c径向小孔d轴向阻尼小孔图3-3 滑阀式直动溢流阀图3-4 直动式溢流阀职能符号滑阀式直动溢流阀通过改变调压弹簧的预调力，直接控制主阀进口压力，控制压力较高时，调节压力将比较困难，故适宜在中低压系统使用。国产广研所中低压系列的P型溢流阀（额定压力25bar，额定流量为10-63L/min）即为此种结构。锥阀式直动溢流阀1阀体 2阀座 3锥阀芯 4调压弹簧 5螺堵图3-5 锥阀式直动溢流阀图3-5为常见的锥阀式直动溢流阀，属于板式连接的小流量直动溢流阀。其阀芯3为锥阀。该阀可作为远程调压阀、安全阀或作为先导式溢流阀、先导式减压阀、先导式顺序阀的导阀使用。通过更换锥阀式直动溢流阀的调压弹簧4，可以改变被调节阀的调压范围。阀座2上的阻尼孔主要用于提高稳定性。锥阀式直动溢流阀的尺寸较小，调压弹簧可以选得较弱，便于压力调节，因此可用于较高压力的系统中。3、先导式溢流阀在高压大流量时应采用先导式溢流阀。先导式溢流阀中的导阀可以是滑阀、球阀和锥阀中的任何一种或它们的组合，但多采用锥阀结构。按照阀芯配合形式的不同，主阀有一节同心、二节同心和三节同心等结构形式，而二节同心和三节同心应用较多。（1）一节同心先导式溢流阀一节同心式溢流阀的结构如图3-6所示。其导阀芯8为锥阀，与图138所示的锥阀式直动溢流阀的结构、组成和各部分功用相似，但此阀为板式连接的阀。主阀芯2为滑阀，结构与图136所示的滑阀式直动溢流阀相似，滑阀的上、下部相同直径圆柱必须与阀体1的内孔同心（一节同心）。所不同的是主阀芯除了下部开有起动态液压阻尼作用的轴向小孔a外，还在上部开了轴向小孔b，小孔b的固定液阻与锥阀口的可变液阻用来组成先导液压半桥。1主阀体 2滑阀芯 3复位弹簧4调节螺母 5调节杆 6调压弹簧7螺母 8锥阀芯 9锥阀座 10阀盖a，b轴向小孔 c流道 d小孔图3-6 一节同心式先导溢流阀工作时，溢流阀进口的压力油除了通过阀芯上的径向孔与轴向孔a进入滑阀芯下端面A腔外，还经过轴向小孔b进入滑阀芯上端面的B腔，并经过锥阀座9上的小孔d作用在导阀的锥阀芯8上。当作用在锥阀上的液压力因溢流阀进油腔压力的增大而增大到高于调压弹簧6的预压力时，锥阀芯8开启，B腔的油液经小孔d、锥阀口和流道c流入阀的出油腔，然后回到油箱，因小孔b的前后压差，主阀芯2开启，实现定压溢流。遥控口K的作用和图3-7的遥控口相同。一节同心先导式溢流阀的先导锥阀尺寸较小，调压弹簧可以选得较弱，便于压力调节，所以可以用于较高压力的液压系统中。由于溢流阀的滑阀移动靠两端压力差实现，故又称之为平衡活塞式溢流阀。（2）二节同心先导式溢流阀二节同心式溢流阀的典型结构之一如图3-7所示。该阀为板式阀，其导阀为锥阀，主阀芯1为套装在主阀套10内孔的外流式锥阀，锥阀芯的圆柱面和锥面与主阀套10两级同心（二节同心）。小孔c为动态液压阻尼，仅在动态过程中起减振作用，对稳态特性不起作用。小孔a的固定液阻与导阀的锥阀口的可变液阻用来组成先导液压半桥。工作时，溢流阀进油腔P的压力油除了直接作用在主阀芯1的下端面外，还经过小孔a、流道b、小孔c进入主阀芯上端面的复位弹簧腔，并经锥阀座7的孔腔作用在导阀芯8上。当作用在阀芯8上的液压力因溢流阀进口压力的增大而增大到高于调压弹簧9的预压力时，锥阀8开启，复位弹簧腔的油液经过小孔c、锥阀口和流道d流入阀的出油腔T，然后回到油箱。因小孔a的前后压差的作用，主阀芯1开启，PT，实现定压溢流。遥控口K的作用同前。力士乐公司生产的DB型先导溢流阀（公称压力为315bar）即为这种结构。1主阀芯 2主阀体 3复位弹簧 4弹簧座及调节杆5螺堵 6阀盖 7锥阀座 8导阀(锥阀)芯9调节弹簧 10主阀套 a，c小孔 b，d流道图3-7 二节同心式先导溢流阀之一二节同心式溢流阀的结构工艺性好，加工装配精度容易保证，结构简单，通用性和互换性好。主阀为单向阀结构，过流面积大，流通能力强，启闭性能好。（3）三节同心式溢流阀图3-8所示为三节同心式溢流阀（管式连接）。其中空的主阀芯4上部小直径圆柱面、中部大直径圆柱（简称活塞）面和下部锥面三个直径，必须与阀盖6内孔、阀体1内孔和阀座3锥面保持同心（三节同心式）。活塞环形受压面积，上部略大于下部（面积比通常为1.04：1），以使导阀未开启时液压合力方向与弹簧力相同，使主阀关闭。主阀芯4中间的孔用来通过内泄先导油液。主阀的控制节流口是下部的内流式锥阀。主阀芯下端的尾蝶（凸缘）2可以通过射流作用，保证主阀液动力处于使阀口关闭方向。活塞上有一个固定节流孔a，它与锥阀座7上的固定节流孔c（作用同二节同心式溢流阀，既起动态阻尼作用，又影响稳态性能）及先导阀可变节流口的串联液阻构成液压半桥，调节主阀节流口压力，从而控制阀的进油腔压力。1主阀体 2尾蝶 3主阀座 4主阀芯 5复位弹簧6阀盖 7锥阀座 8锥阀芯 9调压弹簧10调节螺钉 11调节手轮 a、c阻尼孔 b、d流道图3-8 三节同心式溢流阀4、溢流阀的应用(1) 溢流调压 在定量泵与节流阀组成的调速回路中，溢流阀起溢流调压。(2)安全阀溢流阀与变量泵并联安全阀时，过载时起安全保护作用。其调定压力一般为最大工作压力的1.1倍以上。（3）使泵卸荷在溢流阀的控制油口上，串联一个二位二通电磁换向阀可控制泵卸荷。（4）远程调压在溢流阀的控制油口上，串联一个直动型溢流阀，其调定压力在主阀之下，此阀可用于远程调压。（5）多级调压（6）背压阀将溢流阀串联在回油路上，可以产生背压，用于承受负值载荷，使运动部件运动平稳。此时宜选用直动式低压溢流阀。5、溢流阀的选择与使用（1）应根据液压系统的工况特点和具体要求选择溢流阀的类型。一般来说，直动式溢流阀响应较快，宜作安全保护阀使用；而先导式溢流阀启闭特性较好，宜作调压和定压阀使用。（2）启闭特性是选用溢流阀时要考虑的重要因素。应尽量选用启闭特性较好的溢流阀，以提高执行部件的速度负载特性和回路效率。（3）溢流阀的动态特性是很重要的。在负载变化较大的情况下，直动式响应很快，冲击压力较低，先导式稳定性好。（4）正确使用溢流阀的连接方式，正确选用连接件（安装底板或管接头），并注意连接处的密封；阀的各个油口应正确接入系统，外部卸油口必须直接接回油箱。（5）溢流阀的调压范围可通过更换调压弹簧改变，但所用的弹簧的设定压力可能改变启闭特性。先导式溢流阀最低压力为5-10bar。（6）根据系统的工作压力和流量合理选定溢流阀的额定压力和通径规格。对于作远程调压阀的溢流阀，其通过流量一般为遥控口所在的溢流阀通过流量的0.51%。（7）调压时应注意以正确旋转方向调节调压机构，调压结束时应将锁紧螺母固定。（8）如果需要通过先导式溢流阀的遥控口对系统进行远程调压、卸荷或多级压力控制，则应将遥控口的螺堵拧下，接入控制油路；否则应将遥控口严密封堵。图3-9 减压阀外观（10）卸荷溢流阀的回油腔应直接接油箱，以减少背压。（二）减压阀1、作用减压阀是一种利用液流流过缝隙产生压降的原理，使出口压力（二次压力）低于进口压力（一次压力），并稳定出口压力的压力控制阀。和溢流阀类似，按照结构和原理的不同，减压阀也可以分为直动式减压阀和先导式减压阀两类。减压阀与溢流阀的区别是：1、常态时溢流阀是常闭的，而减压阀是常通的。2、溢流阀控制的是进口压力，而减压阀控制的是出口压力。图3-10 直动式减压阀工作原理3、减压阀串联在系统中，其出口油液通执行元件，因此泄漏油需单独引回油箱（外泄）；溢流阀的出口直接接回油箱，它是并联在系统中的，因此其泄漏油引至出口（内泄）。2、直动式减压阀它与直动式溢流阀的结构相似，差别是减压阀为出口压力控制，且阀口为常开式（图3-10）。出口处的二次压力油向下反馈在阀芯底部面积上产生一个向上的液压作用力，该力与调压弹簧的预调力相比较。当出口压力未达到阀的设定压力时，弹簧力大于阀芯底部的液压作用力，阀芯处于最下方，阀口全开。当出口压力达到阀的设定压力时，阀芯上移，开口量减小，实现减压，以维持出口压力恒定，不随入口压力的变化而变化。减压阀的泄油口需单独引回油箱。直动式减压阀的弹簧刚度较大，因而阀的出口压力随阀芯的位移、即随流经减压阀的流量变化而略有变化。3、先导式减压阀先导式减压阀常用于流量较大的液压系统。先导式减压阀由先导阀和主阀两部分组成，由先导阀调压，主阀减压。压力为p1的压力油从进油口流入，经节流口减压后压力降为p2并从出油口流出。出油口油液通过小孔流入阀芯底部，并通过阻尼孔9流入阀芯上腔，作用在调压锥阀3上。当出口压力小于调压锥阀的调定压力时，调压锥阀3关闭。由于阻尼孔中没有油液流动，所以主阀芯上、下两端的油压相等。这时主阀芯在主阀弹簧作用下处于最下端位置，减压口全部打开，减压阀不起减压作用。当出油口的压力超过调压弹簧的调定压力时，锥阀被打开，出油口的油液经阻尼孔到主阀芯上腔的先导阀阀口，再经泄油口流回油箱。因阻尼孔的降压作用，主阀上腔压力p3p2，主阀芯在上下两端压力差（p2p3）的作用下，克服上端弹簧力向上移动，主阀阀口减小起减压作用。当出口压力p2下降到调定值时，先导阀芯和主阀芯同时处于受力平衡，出口压力稳定不变等于调定压力。调节调压弹簧的预紧力即可调节阀的出口压力。1调压手轮2调节螺钉3锥阀4锥阀座5阀盖6阀体7主阀芯8端盖9阻尼孔10主阀弹簧11调压弹簧图3-11 先导式减压阀基本工作原理4、减压阀的应用与选择注意事项减压阀常用于降低系统某一支路的油液的压力，使该二次油路的压力稳定且低于系统的调定压力。如夹紧油路、润滑油路和控制油路。必须说明的是，减压阀出口压力还与出口的负载有关，若因负载建立的压力低于调定压力，则出口压力由负载决定，此时减压阀不起减压作用。在选用减压阀时，应考虑减压阀的启闭特性的变化趋势与溢流阀相反，即通过减压阀的流量加大时二次压力有所降低。必须注意减压阀调定压力与执行器工作压力的关系。先导式减压阀的泄油量比其它控制阀多。始终有油液从先导阀流出来，可能多达1L/min以上，影响到泵容量的选择。二次压力的调节范围取决于所用弹簧和通过阀的流量。最低调节压力要保证一次压力与二次压力之差为3-10bar。（三）顺序阀顺序阀在液压系统中的主要作用是控制多执行器之间的顺序动作。通常顺序阀可视为液动二位二通换向阀，其启闭压力可用调压弹簧设定，当控制压力（阀的进口压力或液压系统某处的压力）达到或低于设定值时，阀可以自动启闭，实现进、出油口之间的通断。图3-12 压力顺序阀外观按照工作原理与结构不同，顺序阀可分为直动式和先导式两类；按照压力控制方式的不同，又有内控式和外控式之分。顺序阀与其它液压阀如单向阀组合可以构成单向顺序阀（平衡阀）等复合阀，用于平衡执行器及工作机构自重或使液压系统卸荷等。它与溢流阀的区别如下：1、溢流阀一般安装在泵的出口处，而顺序阀则串联安装在主油路中。2、溢流阀没有外泄油口，而顺序阀由外泄油口。3、顺序阀关闭时要有良好的密封性能，因此阀芯和阀体之间的封油长度（如图170中b）比溢流阀长。1、直动式顺序阀1端盖 2控制柱塞 3阀体4阀芯（滑阀） 5调压弹簧6阀盖 7调压螺钉图3-13直动式内控顺序阀（1）工作原理直动式内控顺序阀的工作原理如图3-13所示。阀体3上开有两个油口P1、P2，但P2不是接油箱，而是接二次油路（后动作的执行器油路），所以在阀盖6上的泄油口L必须单独接回油箱。系统工作时，顺序阀进口压力p1大于其调定压力时，顺序阀阀口打开；否则顺序阀阀口关闭。如果将端盖1转过900或1800，并打开外控口螺堵K，则上述内控式顺序阀就可变为外控式顺序阀。外控式顺序阀是用液压系统其它部位的压力控制其启闭，阀启闭与否和一次压力油的压力无关，仅取决于外部控制压力的大小。因弹簧力只需克服阀芯摩擦副的摩擦力使阀芯复位，所以外控油压可以较低。顺序阀的职能符号见图165。内控式外控式图3-14 直动式顺序阀职能符号直动式顺序阀具有结构简单、动作灵敏的优点，但是由于弹簧设计的限制，尽管采用小直径控制活塞结构，弹簧刚度仍然较大，故调压偏差大，限制了压力的提高，所以一般调压范围低于80bar。而压力较高时应采用先导式顺序阀。1调节螺钉 2调压弹簧3阀盖 4阀体 5阀芯6控制活塞 7底盖图3-15 直动式顺序阀（带控制活塞）1调节螺母 2阀盖3调压弹簧 4阀芯5阀体 6阻尼孔图3-16 直动式顺序阀（不带控制活塞）（2）典型结构图3-15为直动式顺序阀（内控外泄）的结构（管式连接），如果将底盖7旋转1800并拧开外控口K的螺堵即为外控外泄直动式顺序阀。图3-17 先导式顺序阀职能符号2、先导式顺序阀（1）工作原理与先导式溢流阀相似，先导式顺序阀也是由主阀和先导阀两部分组成。一般情况下，同样规格的先导式顺序阀与先导式溢流阀的先导阀通用，用来调节阀的顺序动作压力。先导式顺序阀的工作原理与先导式溢流阀的工作原理基本相同，只是顺序阀的出油腔接负载，而溢流阀的出油腔要接油箱（图170）。1阀体 2阻尼孔 3底盖图3-18 主阀为滑阀的先导式顺序阀与直动式顺序阀相比，先导式顺序阀由于主阀弹簧刚度小，故可省去直动式顺序阀中的控制活塞，主阀芯面积可以增大，所以启闭特性显著改善，提高了工作压力。职能符号见图3-17。（2）典型结构图3-18是主阀为滑阀的先导式顺序阀的结构图（板式连接），其导阀为锥阀。图示为内控外泄式。改变底盖3的安装方位并取下外控口K的螺堵，即变为外控内泄式。3、功能及应用顺序阀的基本功能是控制多个执行元件的顺序动作，也可用作背压阀、卸荷阀和平衡阀使用。顺序阀的性能与溢流阀基本相同，但对顺序阀还有其特殊的要求：为了使执行元件准确实现顺序动作，要求顺序阀的调压精度高，偏差小。为了顺序动作的准确性，要求阀关闭时内泄漏量小。顺序阀的主要作用有：控制多个元件的顺序动作。用于保压回路。防止因自重引起油缸活塞自由下落而作平衡阀用。用外控内泄式顺序阀作卸荷阀，使泵卸荷。此时，把外泄口堵死，使泄油口与出油口相通，只用于出口接油箱的场合。用内控顺序阀作背压阀。4、顺序阀的选用注意事项顺序阀的启闭特性如果太差，则流量较大时一次压力过高，回路效率降低。启闭特性带有滞环，开启压力低于闭合压力，负载流量变化时应予注意。开启压力过低的阀，在压力低于设定压力时发生泄漏，引起执行器误动作。通过阀的流量远小于额定流量时，产生振动或其它不稳定现象。此时要在回路上采取措施。（四）压力继电器PL1、柱塞式压力继电器（图3-19）在外壳1中装配有柱塞2、具有弹簧4的冲杆 3和微型开关6。P职能符号1 外壳2 柱塞3 冲杆4 弹簧5 调整螺旋6 微型开关7 机械挡销图3-19 HED1型柱塞式压力继电器弹力通过调整螺旋5进行调节。如果柱塞上所受到的液体压力超过弹簧的弹力，柱塞即移向弹簧。冲杆将传动微型开关器，使其触点闭合，发出一个电信号。机械挡销7作用：防止微型开关器在超压时受到损坏。2、压力继电器的调整与使用灵敏度（通断调节区间）：是指执行元件从一种状态（如动作）改变为另一种状态（如复位）时进油腔压力的变化范围（返回区间）。压力继电器的调整包括对压力继电器本身的调整和用在不同回路中的