常用液压动力元件优化方案

活动情境

观察液压试验台上各种液压元件的结构和形态以及工作过程。

任务要求

1.掌握各液压元件的作用和特点。

2.掌握各液压元件的工作原理和基本结构。

3.用简化表示方法识记各液压元件。

任务引领

通过观察与操作回答以下问题：

液压试验台由哪些部分组成？各部分有哪些元件？各起什么作用？

5.2.1　液压泵与液压马达

1）概述

液压泵在液压系统中属于能量转换装置。液压泵是将电动机输出的机械能（电动机轴上的转矩TP和角速度ωP的乘积）转变为液压能（液压泵的输出压力pP和输出流量qP的乘积），为系统提供一定流量和压力的油液，是液压系统中的动力源。

液压泵的分类如图5.9所示。

图5.9　液压泵的分类

泵职能符号如图5.10所示。

图5.10　泵职能符号

马达职能符号如图5.11所示。

图5.11　马达职能符号

（1）液压泵的工作原理

如图5.12所示为简单柱塞式液压泵的工作原理图。柱塞2在弹簧3的作用下紧压在凸轮1上，凸轮1旋转，使柱塞在泵体中作往复运动。当柱塞向外伸出时，密封油腔4的容积由小变大，形成真空，油箱（必须和大气相通或密闭充压油箱）中的油液在大气压力的作用下，顶开单向阀5（这时，单向阀6关闭）进入油腔4，实现吸油。当柱塞向里顶入时，密封油腔4的容积由大变小，其中的油液受到挤压而产生压力，当能克服单向阀6中弹簧的作用力时，油液便会顶开单向阀6（这时，单向阀5封住吸油管）进入系统实现压油。凸轮连续旋转，柱塞就不断地进行吸油和压油。

图5.12　液压泵的工作原理

1—凸轮；2—柱塞；3—弹簧；4—密封油腔；5，6—单向阀

由上述可知，液压泵是靠密封油腔容积的变化来进行工作的，故称容积式泵。泵的输油量取决于密封工作油腔的数目以及容积变化的大小和频率。单向阀5，6是保证泵正常工作所必需的，称为配流装置。

（2）液压泵基本工作条件（必要条件）

①形成密封容积。

②密封容积变化。

③吸压油腔隔开（配流装置）。

（3）液压泵（马达）的工作压力和额定压力

液压泵和液压马达的工作压力是指泵（马达）实际工作时的压力。

对泵来说，工作压力是指它的输出油液压力；对马达来说，则是指它的输入压力。在实际工作中，泵的压力是由负载大小决定的。

液压泵（液压马达）的额定压力是指泵（马达）在正常工作条件下，按试验标准规定连续运转的最高压力。超过此值就是过载。

因为液压传动的用途不同，所以系统所需的压力也各不相同，为了便于组织液压元件的设计和生产，将压力分为若干等级，见表5.3。

表5.3　压力分级

（4）液压泵（马达）的排量和流量

液压泵（马达）的排量V是指在没有泄漏的情况下，液压泵（马达）轴转一转所排出的油液体积。排量用VP表示，常用单位为m3/r或mL/r。

液压泵（马达）的理论流量qt是指在没有泄漏的情况下，单位时间内输出的油液体积。它等于排量V和转速n的乘积，即

因此，液压泵的理论流量只与排量和转速有关，而与压力无关。工作压力为零时，实际测得的流量可近似作为其理论流量。

泵工作时，实际排出的流量q等于泵的理论流量qt减去泄漏流量q1，即

q=qt-q1

对马达，实际流量q与理论流量qt的关系为

q=qt+q1

式中　q1——容积流失，它与工作油液的黏度、泵的密封性及工作压力p等因素有关。

液压泵（马达）额定流量qn是指在正常工作条件下，按试验标准规定必须保证的最大流量，即在额定转速和额定压力下泵输出（或输入马达中）的实际流量。

（5）液压泵（马达）功率和效率

液压泵由原动机（电机等）驱动，输入量是转矩和转速（角速度），输出量是液体的压力和压强；液压马达则相反，输入量是液体的压力和压强，输出量是转矩和转速（角速度）。

如果不考虑液压泵（液压马达）在能量转换过程中的损失，则输出功率等于输入功率，也就是它们的理论功率为

其中，理论输入（输出）转矩为

工作压力为

理论流量为

式中　Pt——液压泵、马达的理论功率，W；

　　　Tt——液压泵、马达的理论转矩，N·m。

液压泵和液压马达在能量转换过程中是有损失的，因此，输出功率小于输入功率，两者的差值即为功率损失。输出功率和输入功率之比值，称为液压泵的效率η。功率损失可分为容积损失和机械损失ηm两部分。

机械损失是指因摩擦而造成的转矩损失。对液压泵来说，泵的驱动转矩总是大于其理论上需要的驱动转矩，机械损失ηV用机械效率ηm来表征，即

对于液压马达来说，由于摩擦损失，使液压马达实际输出转矩小于其理论转矩；它的机械效率为

式中　ηm——液压泵、马达的机械效率；

　　　ΔT——液压泵、马达的损失转矩，N·m；

　　　T——液压泵、马达的实际转矩，N·m。

容积损失是因泄漏、气穴和油液在高压下压缩等造成的流量损失。对于液压泵来说，输出压力增大时，泵实际输出的流量减小，泵的流量损失可用容积效率来表示，即

式中　ηV——液压泵、马达的容积效率；

　　　Δq——液压泵、马达的泄漏流量，m3/s；

　　　q——液压泵、马达的实际流量，m3/s。

液压泵的总效率是其输出功率和输入功率之比，即

主要液压泵的容积效率和总效率见表5.4。

表5.4　泵的容积效率和总效率

例5.1　已知某液压泵的转速为950r/min，排量为VP=168mL/r，在额定压力29.5MPa和同样转速下，测得的实际流量为150L/min，额定工况下的总效率为0.87，求：

（1）液压泵的理论流量qt；

（2）液压泵的容积效率ηV；

（3）液压泵的机械效率ηm；

（4）在额定工况下，驱动液压泵的电动机功率Pi；

（5）驱动泵的转矩T。

解

例5.2　已知液压马达的排量VM=250mL/r；入口压力为9.8MPa；出口压力为0.49 MPa；此时的总效率η=0.9；容积效率ηVM=0.92；当输入流量为22L/min时，试求：

（1）液压马达的输出转矩（N·m）；

（2）液压马达的输出功率（kW）；

（3）液压马达的转速（r/min）。

解　（1）液压马达的输出转矩

TM=1/2π·ΔpMVMηm=1/2π×(9.8-0.49)×250×0.9/0.92=362.4N·m

（2）液压马达的输出功率

PMO=ΔpMqMηM/60=(9.8-0.49)×22×0.9/60=3.07kW

（3）液压马达的转速

nM=qMηMV/VM=22×103×0.92/250=80.96r/min

2）齿轮泵

齿轮泵是一种常用的液压泵，如图5.13所示。其主要特点是结构简单，制造方便，价格低廉，体积小，质量小，自吸性能好，对油液污染不敏感，工作可靠；其主要缺点是流量和压力脉动大，噪声大，排量不可调。

齿轮泵被广泛地应用于采矿设备、冶金设备、建筑机械、工程机械及农林机械等各个行业。

齿轮泵按照其啮合形式的不同，可分为外啮合和内啮合两种。其中，外啮合齿轮泵应用较广，而内啮合齿轮泵则多为辅助泵。

图5.13　齿轮泵

（1）齿轮泵的工作原理

如图5.14所示为外啮合齿轮泵的工作原理。一对啮合着的渐开线齿轮安装于泵体内部，齿轮的两端面靠端盖密封，齿轮将泵体内部分隔成左右两个密封的油腔。当齿轮按图示的箭头方向旋转时，轮齿从右侧退出啮合，使该腔容积增大，形成局部真空，油箱中的油液在大气压力的作用下经泵的吸油管进入右腔——吸油腔，填充齿间。随着齿轮的转动，每个齿轮的齿间把油液从右腔带到左腔，轮齿在左侧进入啮合，齿间被对方轮齿填塞，容积减小，齿间的油液被挤出，使左腔油压升高，油液从压油口输出，因此，左腔便是泵的排油腔。齿轮不断转动，泵的吸排油口便连续不断地吸油和排油。

图5.14　外啮合齿轮泵的工作原理

齿轮泵没有单独的配流装置，齿轮的啮合线起配流作用。

（2）外啮合齿轮泵的结构特点和优缺点

外啮合齿轮泵的泄漏、困油和径向液压力不平衡是影响齿轮泵性能指标和寿命的三大问题。各种不同齿轮泵的结构特点之所以不同，是因为都采用了不同结构措施来解决这三大问题。

①困油现象及消除措施。

为了使齿轮平稳地啮合运转，根据齿轮啮合原理，齿轮的重叠系数应大于1，即存在两对轮齿同时进入啮合的时候。因此，就有一部分油液困在两对轮齿所形成的封闭容腔之内，如图5.15所示。这个封闭容腔先随齿轮转动逐渐减小（见图5.16（a）、（b）），以后又逐渐增大（见图5.16（b）、（c））。减小时会使被困油液受挤压而产生高压，并从缝隙中流出，导致油液发热，同时也使轴承受到不平衡负载的作用；封闭容腔的增大会造成局部真空，使溶于油液中的气体分离出来，产生气穴，这就是齿轮泵的困油现象。其封闭容积的变化如图5.16所示。困油现象使齿轮泵产生强烈的噪声和气蚀，影响并缩短其工作的平稳性和寿命。

图5.15　困油现象

图5.16　困油区域变化图

消除困油现象的方法通常是在两端盖板上开一对矩形卸荷槽，如图5.17所示的虚线。开卸荷槽的原则是：当封闭容腔减小时，让卸荷槽与泵的压油腔相通，这样可使封闭容腔中的高压油排到压油腔中；当封闭容腔增大时，使卸荷槽与泵的吸油腔相通，使吸油腔的油及时补入封闭容腔中，从而避免产生真空，这样使困油现象得以消除。在开卸荷槽时，必须保证齿轮泵吸、压油腔任何时候不能通过卸荷槽直接相通，否则将使泵的容积效率降低很多。卸荷槽间距过大，则困油现象不能彻底消除。

图5.17　卸荷槽

②齿轮泵的径向液压力不平衡问题。

在齿轮泵中，因在压油腔和吸油腔之间存在压差，故液体压力的合力作用在齿轮和轴上是一种径向不平衡力，如图5.18所示。当泵的尺寸确定后，油液压力越高，径向不平衡力就越大。其结果是加速轴承的磨损，增大内部泄漏，甚至造成齿顶与壳体内表面的摩擦。减小径向不平衡力的方法如下：

a.缩小压油腔。

b.开压力平衡槽。

图5.18　径向不平衡力

③泄漏。

外啮合齿轮泵高压腔的压力油可通过齿轮两侧面和两端盖之间的轴向间隙、泵体内孔和齿顶圆之间的径向间隙以及齿轮啮合线处的间隙泄漏到低压腔中。

齿侧泄漏约占齿轮泵总泄漏量的5%。

径向泄漏占齿轮泵总泄漏量的20%~25%。

端面泄漏占齿轮泵总泄漏量的75%~80%。

泵压力越高，泄漏越大。

降低端面泄漏的措施如下：

a.浮动轴套补偿。其原理是将压力油引入轴套背面，使之紧贴齿轮端面，补偿磨损，减小间隙。

b.弹性侧板式补偿。其原理是将泵出口压力油引至侧板背面，靠侧板自身的变形来补偿端面间隙。

④特点。

外啮合齿轮泵的优点是结构简单，尺寸小，质量小，制造方便，价格低廉，工作可靠，自吸能力强（允许的吸油真空度大），对油液污染不敏感，维护容易。

它的缺点是一些部件承受径向不平衡力，磨损严重，泄漏大，工作压力的提高受到限制。此外，它的流量脉动大、压力脉动和噪声都较大。

3）叶片泵

如图5.19所示为叶片泵。叶片泵具有结构紧凑、流量均匀、噪声小、运转平稳等优点，因而被广泛用于中、低压液压系统中。但它也存在着结构复杂，吸油能力差，对油液污染较敏感等缺点。叶片泵按结构，可分为单作用式和双作用式两大类。单作用叶片泵多用于变量泵，双作用叶片泵均为定量泵。

当转子转一圈时，油泵每一工作容积吸、排油各一次，称为单作用叶片泵。

当转子转一圈时，油泵每一工作容积吸、排油各两次，称为双作用叶片泵。

图5.19　叶片泵

单作用叶片泵往往是做成变量泵结构。双作用叶片泵则只能做成定量泵结构。

（1）单作用叶片泵

如图5.20所示为单作用叶片泵工作原理图。单作用叶片泵是由配油盘1、轴2、转子3、定子4、叶片5及壳体6等零件组成。与双作用叶片泵明显不同之处是，定子的内表面是圆形的，转子与定子之间有一偏心量e，配油盘只开一个吸油窗口和一个压油窗口。当转子转动时，由于离心力作用，叶片顶部始终压在定子内圆表面上。这样，两相邻叶片间就形成了密封容腔。显然，当转子按图示方向旋转时，图中右侧的容腔是吸油腔，左侧的容腔是压油腔，它们容积的变化分别对应着吸油和压油过程。由于在转子每转一周的过程中，每个密封容腔完成吸油、压油各一次，因此为单作用式叶片泵。单作用式叶片泵的转子受不平衡液压力的作用，故称非卸荷式叶片泵。

其特点如下：

图5.20　单作用叶片泵结构图

1—配油盘；2—轴；3—转子；4—定子；5—叶片；6—壳体

①单作用叶片泵的转子上有单方向的液压不平衡作用力，轴承负载较大。

②通过变量机构改变定子和转子之间的偏心距e，就可改变泵的排量使其成为一种变量泵。

③为了使叶片在离心力作用下可靠地压紧在定子内圆表面上可采用特殊沟槽使压油一侧的叶片底部和压油腔相通，吸油腔一侧的叶片底部和吸油腔相通。

④单作用叶片泵定子、转子偏心安装，其容积变化不均匀，故其流量是有脉动的。

泵内叶片数越多，流量脉动率越小。

此外，奇数叶片泵的脉动率比偶数叶片泵的脉动率小，一般叶片取13~15片。

（2）双作用叶片泵

图5.21　双作用叶片泵结构图

如图5.21所示为双作用叶片泵的工作原理图。它的作用原理和单作用叶片泵相似，不同之处只在于定子内表面是由两段长半径圆弧、两段短半径圆弧和4段过渡曲线组成，且定子和转子是同心的，当转子逆时针方向旋转时，密封工作腔的容积在左上角和右下角处逐渐减小，为压油区；在左下角和右上角处逐渐增大，为吸油区。

由于双作用叶片泵有两个吸油区和两个排油区，并且各自的中心夹角是对称的，故作用在转子上的油压作用力互相平衡。因此，这种油泵也称平衡式叶片泵。

吸油区和压油区之间有一段封油区将吸、压油区隔开。这种泵的转子每转一周，每个密封工作腔完成吸油和压油动作各两次，故称双作用叶片泵。

双作用叶片泵工作原理如下：密封容积的形成：定子、转子和相邻两叶片、配流盘围成。

吸压油口隔开：配油盘上封油区及叶片。

（3）外反馈限压式变量叶片泵

如图5.22所示为限压式变量叶片泵是单作用叶片泵。根据前面介绍的单作用叶片泵的工作原理，改变定子和转子之间的偏心距e，就能改变泵的输出流量，限压式变量叶片泵能借助输出压力的大小自动改变偏心距e的大小来改变输出流量。当压力低于某一可调节的限定压力时，泵的输出流量最大；压力高于限定压力时，随着压力增加，泵的输出流量线性地减少。限压式变量叶片泵的特性特别适用于既有快速运动，又有慢速运动（工作进给过程）要求的系统。限压式变量叶片泵在能量利用上是比较合理的，因此，可减少油液发热，可简化液压系统的设计。不足之处是这种泵的泄漏较大，造成执行机构的运动速度不够平稳。

图5.22　外反馈限压式变量叶片泵结构及原理图

4）柱塞泵

如图5.23所示，柱塞泵是依靠柱塞在缸体中往复运动，使密封工作容腔的容积发生变化来实现吸油、压油的。与齿轮泵和叶片泵相比它具有工作压力高、易于变量、流量范围大的特点。

图5.23　柱塞泵

当然，柱塞泵也存着在对油污染敏感和价格较昂贵等缺点。

上述特点表明，柱塞泵具有额定压力高、结构紧凑、效率高及流量调节方便等优点，故被广泛应用于高压、大流量和流量需要调节的场合，如液压机、工程机械和船舶中。

柱塞泵按柱塞的排列和运动方向不同，可分为径向柱塞泵和轴向柱塞泵两大类。

工作时缸体转动，斜盘、配油盘不动。

轴向柱塞泵工作原理是：工作时，缸体逆转，在其自下而上回转的半周内的柱塞，在机械装置的作用下逐渐向外伸出，使缸体孔内密封工作腔容积不断增大，产生真空，将油液从配油盘配油窗口a吸入；在自上而下的半周内的柱塞被斜盘推着逐渐向里缩入，使密封工作腔容积不断减小，将油液经配油盘配油窗口b压出，如图5.24所示。

图5.24　轴向柱塞泵结构简图

斜盘式轴向柱塞泵变量原理是：当斜盘与缸体中心线的夹角δ=0，则q=0；当δ大小变化，输出流量大小变化；当δ方向变化，输油方向变化。因此，斜盘式轴向柱塞泵可作双向变量泵。

柱塞泵的特点是：容积效率高，压力高（ηV=0.98，p=32MPa），柱塞和缸体均为圆柱表面，易加工，精度高，内泄小，结构紧凑，径向尺寸小，转动惯量小；易于实现变量；构造复杂，成本高；对油液污染敏感。因此，它应用于高压、高转速的场合。

图5.25　径向柱塞泵结构简图

径向柱塞泵轴线垂直于转子轴线。如图5.25所示，它由柱塞、定子、转子及配油轴等组成。转子上沿周向均匀分布径向柱塞孔，孔中装有柱塞。当电动机带动转子旋转时，每个柱塞分别在缸体内径向往复滑动。由于定子和转子间有偏心距e，因此，当转子按图示方向转动时，柱塞在上半周时逐渐向外伸出柱塞底部与柱塞孔之间的密封容积逐渐增大，形成局部真空，从而从配油轴的吸油口吸油；当柱塞在下半周时逐渐向柱塞孔内缩进，密封容积逐渐减小，压力增加，向配油轴的压油口压油。转子每转一周，各柱塞各吸、压油一次。改变转子与定子的偏心距e时，可改变泵的输油量，因此，径向柱塞泵是一种变量泵。若改变偏心方向，就可改变吸、排油方向成为双向变量泵。

液压泵的选用如下：

①一般在负载小、功率小的机械设备中，可用齿轮泵和双作用叶片泵。

②精度较高的机械设备（如磨床），可用螺杆泵和双作用叶片泵。

③负载较大并有快速和慢速行程的机械设备（如组合机床），可用限压式变量叶片泵。

④负载大、功率大的机械设备，可使用柱塞泵。

⑤机械设备的辅助装置，如送料、夹紧等要求不太高的地方，可使用价廉的齿轮泵。

选择液压泵的原则是：根据主机工况、功率大小和系统对工作性能的要求，首先确定液压泵的类型，然后按系统所要求的压力、流量大小确定其规格型号，还要考虑价格、维护方便与否等问题。常用液压泵的主要性能见表5.5。

表5.5　常用液压泵的性能比较

5）液压马达

液压马达是液压系统中的执行元件，是将液压泵供给的液压能（p，q）转换为机械能（n，T）的能量转换装置，是用来实现工作机构转动运动的能量转换装置。

从能量转换的观点来看，液压泵与液压马达是可逆工作的液压元件，向任何一种液压泵输入工作液体，都可使其变成液压马达工况；反之，当液压马达的主轴由外力矩驱动旋转时，也可变为液压泵工况。因为它们具有同样的基本结构要素——密闭而又可周期变化的容积和相应的配油机构。但是，由于液压马达和液压泵的工作条件不同，对它们的性能要求也不一样，因此，同类型的液压马达和液压泵之间仍存在许多差别。首先液压马达应能正反转，因而要求其内部结构对称；液压马达的转速范围需要足够大，特别对它的最低稳定转速有一定的要求。因此，它通常都采用滚动轴承或静压滑动轴承；其次液压马达由于在输入压力油条件下工作，因而不必具备自吸能力，但需要一定的初始密封性，才能提供必要的启动转矩。因存在着这些差别，故使液压马达和液压泵在结构上较相似，但不能可逆工作。

液压马达按其结构类型，可分为齿轮式、叶片式、柱塞式和其他形式。

按液压马达的额定转速，可分为高速和低速两大类。额定转速高于500r/min的属于高速液压马达，额定转速低于500r/min的属于低速液压马达。

高速液压马达的基本形式有齿轮式、螺杆式、叶片式及轴向柱塞式等。它们的主要特点是转速较高、转动惯量小，便于启动和制动，调节（调速及换向）灵敏度高。通常高速液压马达输出转矩不大（仅几十牛·米到几百牛·米），故称高速小转矩液压马达。

低速液压马达的基本形式是径向柱塞式，此外在轴向柱塞式、叶片式和齿轮式中也有低速的结构形式，低速液压马达的主要特点是排量大、体积大转速低（有时可达每分钟几转甚至零点几转），因此，可直接与工作机构连接，不需要减速装置，使传动机构大为简化，通常低速液压马达输出转矩较大（可达几千牛·米到几万牛·米），故称低速大转矩液压马达。

（1）轴向柱塞马达（见图5.26）

改变供油方向——马达反转，为双向马达。改变斜盘倾角——排量变，转速变。变量马达应用于高转速、较大扭矩的场合。

图5.26　轴向柱塞马达结构简图

（2）径向柱塞马达（见图5.27）

工作时，油液通过配油轴上的配油窗口分配到工作区段的柱塞底部油腔，压力油使柱塞组的滚轮顶紧导轨表面，在接触点上导轨对滚轮产生法向反作用力N，其方向垂直导轨表面并通过滚轮中心，该力可分解为两个分力，沿柱塞轴向的分力P和垂直于柱塞轴线的分力T，它通过横梁侧面传给缸体，对缸体产生力矩。进排油口互换，则马达反转。

5.2.2　液压缸

液压缸是液压系统中的执行元件，是将液压泵供给的液压能（p，q）转换为机械能（v，F）的能量转换装置，是用来实现工作机构直线往复运动或小于360°的摆动运动的能量转换装置。

图5.27　径向柱塞马达结构简图

液压缸按其结构形式，可分为活塞式、柱塞式、摆动式（也称摆动液压马达）及伸缩式，如图5.28所示。活塞缸和柱塞缸实现往复直线运动，输入为压力p和流量q，输出为推力F和速度v。输出推力或拉力和直线运动速度；摆动缸则能实现小于360°的往复摆动，输出角速度（转速）和转矩。

图5.28　液压缸

液压缸按不同的使用压力，可分为中低压缸（额定压力为2.5~6.3MPa）、中高压缸（额定压力为10~16MPa）和高压缸（额定压力为25~31.5MPa）。

1）液压缸的图形符号

在液压系统回路中，液压缸一般用图形符号表达。其图形符号见表5.6。

液压缸按油压作用形式，可分为单作用和双作用液压缸两类。单作用式液压缸只有一个外接油口输入压力油（见图5.28），液压作用力仅作单向驱动，而反行程只能在其他外力（自重、负载或弹簧力）的作用下完成，可节省动力。而双作用式液压缸是分别由液压缸两端外接油口输入压力油，如图5.29所示。

表5.6　常用液压缸图形符号

2）活塞式液压缸

在液压系统中，应用最普遍的是活塞式液压缸。

图5.29　活塞式液压缸

活塞式液压缸可分为双杆式和单杆式两种结构形式，如图5.29所示。油缸的基本参数是油缸往复运动的速度v和牵引力F。

（1）双杆活塞式液压缸

①双杆活塞式液压缸的结构机工作原理。

这种液压缸其活塞两端都有活塞杆。如图5.30所示为一驱动磨床工作台的实心双出杆活塞式液压缸结构图。它主要由压盖2、端盖3、缸体4、活塞5、密封圈6以及活塞杆1，7等组成。当压力油从油缸右腔进入，左腔回油时推动活塞向左移动；反之，活塞右移。

图5.30　双活塞杆液压缸结构图

1，7—活塞杆；2—压盖；3—端盖；4—缸体；5—活塞；6—密封圈

它有两种不同的安装形式。如图5.31（a）所示为缸体固定时的安装形式。活塞带动工作台的运动范围略大于缸有效长度l的3倍，一般用于小型设备的液压系统中。如图5.31（b）所示为活塞杆固定形式，缸体带动工作台的运动范围略大于缸有效长度l的2倍，一般应用于大型设备的液压系统中。

图5.31　双活塞杆液压缸安装形式

计算公式为

式中　A——活塞的有效面积，m2；

　　　D，d——活塞和活塞杆的直径，m；

　　　q——液压缸的流量，m3/s；

　　　v——液压缸的运动速度，m/s；

　　　F——液压缸的推力，N；

　　　p1，p2——缸的进、出口压力，Pa；

　　　ηV，ηm——液压缸的容积效率、机械效率。

这种液压缸常用于要求往返运动速度相同的场合。

②双杆活塞式液压缸的特点和应用。

a.特点。根据不同的要求，两端活塞杆直径可以相等，也可以不等。当两直径相等时，由于左右两腔有效面积相等，因此，当分别向左右腔输入压力和流量相同的油液时，液压缸左右两个方向的推力F和速度v相等。

b.应用。双杆活塞式液压缸常用于工作台往返运动速度相同、推力不大的场合。

（2）单杆活塞式液压缸

①单杆活塞式液压缸的结构和工作原理。

如图5.32所示为单杆活塞式液压缸。液压缸的结构基本上可分为缸体组件、活塞组件、密封装置、缓冲装置及排气装置等。活塞只有一端带活塞杆。活塞、活塞杆和导套上都装有密封圈，因而液压缸被分隔为两个互不相通的油腔。当活塞腔（无杆腔）通入高压油而活塞杆腔回油时，可实现工作行程。当从相反方向进油和排油时，则实现回程。因此，它是双作用液压缸。

图5.32　单杆活塞缸结构

1—头侧端盖；2—活塞密封圈；3—活塞头；4—活塞杆；5—缸体；6—拉杆；7—活塞杆密封圈；8—杆侧端盖；9—防尘圈；10—导向套；11—泄油口；12—固定密封圈；13—节流阀；14—单向阀

单杆活塞式液压缸工作原理如图5.33所示。由于左右两腔的有效面积A1和A2不相等，因此，当进油腔和回油腔的压力分别为p1和p2，输入左右两腔的流量皆为q时，左右两个方向的推力和速度是不相同的，活塞杆直径越小，活塞两个方向运动的速度差值也就越小。

当无杆腔进油时（见图5.33（a）），活塞带动工作台向右移动，推力F1=p1A1，速度v1=q/A1。

图5.33　单杆活塞式液压缸工作原理

当有杆腔进油时（见图5.33（b）），活塞带动工作台向左移动，推力F2=p2A2，速度v2=q/A2。

式中，A1π=D2/4，A2=π（D2-d2）/4。其中，D——活塞直径，d——活塞杆直径。

当液压缸的左右两腔同时通压力油（见图5.33（c）），就是差动连接，作差动连接的单杆液压缸称为差动液压缸。

由于无杆腔的有效面积大于有杆腔的有效面积，使作用于活塞两端的液压力与也不相等，产生推力差，在此推力差的作用下，使活塞向右移动。同时有杆腔中排出的流量q′的油液也进入无杆腔，这就加大了流入无杆腔的流量，即为（q+q′），从而加快了活塞移动的速度，实现工作台的快速运动。

此时

式中　d——活塞杆直径，m；

　　　q——泵的输出流量，m3/s。

②单杆活塞式液压缸的特点和应用。

a.特点。工作台往复运动速度不相等，这一特点常被用作机床的工作进给和快速退回；可作差动连接。差动连接液压缸的特点是：速度快、推力小，适用于快速进给系统。

b.应用。双作用单活塞杆液压缸常用于慢速工作进给和快速退回的场合。采用差动连接时，可实现快进（v3）、工进（v1）、快退（v2）的工作循环。因此，它在金属切削机床和其他液压系统中得到广泛应用。

3）液压缸的密封、缓冲和排气

（1）液压缸的密封

液压缸的密封主要是指活塞与缸体、活塞杆与端盖之间的动密封以及缸体与端盖之间的静密封。液压传动是依靠密封容积的变化传递运动的，密封性能的好坏将直接影响其工作性能和效率。因此，要求液压缸在一定的工作压力下具有良好的密封性能，且密封性能应随工作压力的升高而自动增强。此外，还要求密封元件结构简单、寿命长、摩擦力小等。

常用的密封方法有间隙密封和密封圈的密封。

①间隙密封。

如图5.34所示，它是依靠相对零件配合面之间的微小间隙来防止泄漏的，是一种最为简单的密封方法。它摩擦阻力小，密封性能差，加工精度要求高。因此，只适合尺寸小、压力低、速度较高的场合。间隙密封的间隙通常取0.02~0.05mm。

图5.34　间隙密封

②密封圈密封。

密封圈密封是液压系统中应用最广的一种密封方法。利用密封元件弹性变形挤紧零件配合面来消除间隙的密封形式，磨损可自动补偿。密封圈通常是用耐油橡胶、尼龙等制成，其截面通常做成O形、Y形、U形及V形等。其中，O形应用最普遍，如图5.35所示。

图5.35　密封圈密封

密封圈为标准件，选用时，其技术规格和使用条件可参阅有关手册。

（2）液压缸的缓冲

液压缸的缓冲结构是为了防止活塞到达行程终点时，由于惯性力作用与缸盖相撞，产生噪声、影响活塞运动的精度甚至损坏机件，因此，通常在液压缸两端设置缓冲装置。液压缸的缓冲都是利用油液的节流（即增大终点回油阻力）作用实现的。

常用的缓冲结构如图5.36所示。它是利用活塞上的凸台和缸盖上的凹槽构成，当活塞运动至接近端盖时，凸台进入凹槽，凹槽中的油液经凸台和凹槽之间的缝隙流出，增大回油阻力，产生制动作用，从而实现缓冲。

图5.36　液压缸的缓冲结构

1—活塞；2—端盖

图5.37　液压缸的排气塞

（3）液压缸的排气

液压缸中如果有残留空气，将引起活塞运动时的爬行和振动，产生噪声和发热，甚至使整个系统不能正常工作，因此，应在液压缸上增加排气装置。

如图5.37所示为排气塞结构。排气装置应安装在液压缸的最高处。工作之前，首先打开排气塞，让活塞空行程往返移动，直至将空气排干净为止，然后拧紧排气塞进行工作。为便于排除积留在液压缸内的空气，油液最好从液压缸最高点引入和引出。对运动平稳性要求较高的液压缸，可在两端装排气塞。

5.2.3　控制阀

在液压系统中，为使机构完成各种动作，就必须设置各种相应的控制元件——液压控制阀，用来控制或调节液压系统中液流的方向、压力和流量，以满足执行元件在输出的力（力矩）、运动速度及运动方向上的不同要求。

液压控制阀根据其在系统中的用途不同，可分为方向控制阀、压力控制阀和流量控制阀三大类。液压阀属于液压系统的控制元件。

控制阀的性能对液压系统的工作性能有很大影响，因此，液压控制阀应满足下列要求：动作灵敏、准确、可靠、工作平稳、冲击和振动小；油液流过时，压力损失小；密封性能好；结构紧凑，工艺性好，安装、调整、使用、维修方便，通用性好。

1）方向控制阀

方向控制阀简称方向阀，在液压系统中，用来控制油流方向、接通或断开油路，从而实现控制执行机构的启动、停止或方向改变。按其功能不同，可分为单向阀和换向阀两大类。

（1）单向阀

单向阀在系统中的作用是只允许液流朝一个方向流动，不能反向流动。常用的单向阀有普通单向阀和液控单向阀两种。

液压系统中对单向阀的主要性能要求如下：

a.正向开启压力小。国产阀的开启压力一般有两种：0.04MPa和0.4MPa。开启压力较高的一种常作背压阀，它有意提高正向流动时的阀前压力。

b.反向泄漏小。尤其是用在保压系统时要求高。

c.正向流动时压力损失小。液控单向阀在反向流通时压力损失也要小。

①普通单向阀。

如图5.38所示为普通单向阀的两种结构图和职能符号图。图5.38（a）为直角式单向阀，其阀芯为锥阀形式。它的工作原理是：当压力油从p1流入，液压力作用在阀芯上克服弹簧力推开阀芯，油液从阀体出口p2流出；当压力油反向流入，阀芯在液压力和弹簧力的作用下紧压在阀座上，切断油路，故单向阀又称止回阀或逆止阀。图5.38（b）为直通式单向阀，其阀芯为钢球形式，其工作原理相同，只是其密封性能不如前一种。图5.38（c）为普通单向阀的图形符号。

②液控单向阀。

如图5.39所示为液控单向阀的典型结构图和职能符号图。它与普通单向阀的区别是在一定的控制条件下可反向流通。其工作原理是：控制口K无压力油通入时，它的工作原理与普通单向阀相同，压力油只能从p1流向p2，反向不能流通；当控制口K有控制压力油时，活塞受液压力作用推动顶杆顶开阀芯，使油口p1与p2接通，油液可双向自由流通。注意控制口K通入的控制压力一般至少取主油路的30%~40%。

图5.38　单向阀

1—阀体；2—阀芯；3—弹簧

图5.39　液控单向阀

1—阀体；2—阀芯；3—弹簧；4—活塞

液控单向阀在系统中主要用途有对液压缸进行锁闭，作立式液压缸的支承阀，以及某些情况下起保压作用。

（2）换向阀

如图5.40所示为换向阀的典型结构。换向阀在系统中的作用是利用阀芯和阀体的相对运动来接通、关闭油路或变换油液通向执行元件的流动方向，从而实现液压执行元件及驱动机构启动、停止或改变运动方向。

液压系统对换向阀的主要性能要求如下：

a.油液流经换向阀时的压力损失小。

b.互不相通的油口之间的泄漏要小。

c.换向可靠，换向时平稳迅速。

换向阀的应用很广，种类也很多。按阀芯相对于阀体的运动方式不同，可分为滑阀（阀芯移动）和转阀（阀芯转动）。换向阀按阀体连通的主要油路数不同，可分为二通、三通和四通等；按阀芯在阀体内的工作位置数不同，换向阀可分为二位、三位和四位等；按操作方式不同，换向阀可分为手动、机动、电磁动、液动及电液动等。

图5.40　换向阀

①换向阀的工作原理。

如图5.41所示为滑阀式换向阀的换向原理图和相应的职能符号图。它变换油液的流动方向是利用阀芯相对阀体的轴向位移来实现的。

其中，P口通液压泵来的压力油，T口通油箱，A，B口通液压缸的两个工作腔。当阀芯受操作外力作用向左位移到最左端，如图5.41（a）所示的位置时，P口与B口相通，A口与T口相通，压力油通过P口、B口进入液压缸的右腔，缸左腔回油经A口、T口回油箱，液压缸活塞向左运动；反之，阀芯处最右端，如图5.41（b）所示的位置时，压力油经P口、A口进入液压缸左腔，右腔回油经B口、T口回油箱，液压缸活塞向右运动。换向阀变换左右位置，即使执行元件液压缸活塞变换了运动方向。

此阀有两个工作位置、4个通口，故称二位四通滑阀式换向阀。

图5.41　滑阀式换向阀工作原理

②换向阀的“位”与“通”。

位是指阀芯相对于阀体停留的工作位置数，用职能符号表示，即为实线方框。二位即2个方框，三位即3个方框。

通是指阀连接主油路的通口数。方格内的箭头“↑”“↓”表示两油口相通，但不表示流向，符号“┴”和“┬”表示此油口不相通。箭头、箭尾和不通符号与方框边的交点数表示油口的通路数；P表示压力油的进口，T表示与油箱相连的回油口，A和B表示接其他油路的工作油口；如图5.42所示分别为二位二通、二位三通、二位四通、三位四通及三位五通换向阀的职能符号。

图5.42　“位”与“通”

③换向阀的图形符号。

一个换向阀的完整图形符号，应表明工作位置数、油口数、在各工作位置上油口的连通关系及操作方式、复位方式和定位方式的符号。常用换向阀的图形符号见表5.7。常用控制方法图形符号见表5.8。

表_5.7　常用换向阀的图形符号

表5.8　常用控制方法图形符号

④三位换向阀的中位机能。

当换向阀处于常态时，阀的各油口连通方式称为滑阀机能。由于三位换向阀的常态是中间位置，因此，三位换向阀的滑阀机能又称中位机能。不同机能的三位阀，阀体通用，仅阀芯的台肩结构和尺寸及内部孔情况有差别。

利用中位P，A，B，T间通路的不同连接，可获得不同的中位机能，以适应不同的工作要求。表5.9为三位换向阀的常用中位机能以及它们的作用、特点。

表5.9　三位换向阀的中位机能

⑤几种常见换向阀。

换向阀的换向原理均相同，只是按阀芯所受操作外力的方式不同，可分为手动换向阀、机动换向阀、电磁换向阀、液动换向阀及电液动换向阀等。

A.手动换向阀。

如图5.43所示为手动换向阀的结构图和职能符号图。按其定位方式不同，又可分为钢球定位式和自动复位式两种。操作手柄即可使滑阀轴向移动实现换向。如图5.43（a）所示为钢球定位式手动换向阀，其阀芯定位靠右端的钢球，弹簧保证，可分别定在左、中、右3个位置。如图5.43（b）所示为自动复位式手动换向阀。其阀芯在松开手柄后靠右端弹簧回复到中间位置。

图5.43　手动换向阀

B.机动换向阀。

机动换向阀又称行程阀。如图5.44所示为二位三通机动换向阀的结构图和职能符号图。它是靠挡铁（图中未示出）接触滚轮1将阀芯压向右端，当挡铁脱离滚轮时阀芯在弹簧作用下回到原位来实现换向的。

图5.44　机动换向滑阀

1—滚轮；2—阀芯；3—弹簧

C.电磁换向阀。

电磁换向阀是利用电磁铁的推力来实现阀芯换位的换向阀。因其自动化程度高，操作轻便，易实现远距离自动控制，故应用非常广泛。

如图5.45所示为二位三通电磁换向阀的结构图和职能符号图。当电磁铁通电时，即推动推杆1将阀芯2顶向在端；又当电磁铁断电时，阀芯在弹簧3的作用下回到左端，从而实现油路的换向。

图5.45　二位三通电磁换向阀

1—推杆；2—阀芯；3—弹簧

如图5.46所示为三位四通电磁换向阀的结构图和职能符号图。当左右电磁铁均断电时，其阀芯3在两端弹簧2和4的作用下处于中位（图示位置）；当右电磁铁通电时，即推动推杆1将阀芯3顶向左端；当左电磁铁通电时，即推动推杆将阀芯3顶向右端，从而实现油路的换向。

由于电磁铁的推力有限，因此，电磁换向阀只适用于小流量系统，大流量场合可用液动换向阀和电液动换向阀。

D.液动换向阀。

液动换向阀是利用液压力推动阀芯来实现换向的。如图5.47所示为液动换向阀的结构图和职能符号图。当控制油口K1，K2均无控制压力油通入时，阀芯在两端弹簧作用下处于中位（图示位置）；当K1通入控制压力油、K2通回油时，阀芯在液压力作用下克服右端弹簧力移向右端；反之，当K2通控制压力油、K1通回油时，阀芯被推向左端，从而实现油路的换向。

图5.46　三位四通电磁换向阀

1—推杆；2，4—弹簧；3—阀芯

图5.47　液动换向阀

液动换向阀由于控制油路的液压力能产生很大的推力，故适用于大通径、大流量的场合。但控制油路需要设置一个开关或换向装置，使K1，K2交替接通控制压力油和回油，才能完成不断换向的动作要求。

E.电液动换向阀（电液换向阀）。

电液换向阀是由电磁换向阀和液动换向阀组成的复合阀，如图5.48所示。电磁换向阀为先导阀，它用以改变控制油路的方向；液动换向阀为主阀，它用以改变主油路的方向。这种阀的优点是可用于反应灵敏的小规格电磁换向阀方便地控制大流量的液动换向阀。

图5.48　电液换向阀的结构图和职能符号图

2）压力控制阀

压力控制阀是对液体压力进行控制或利用压力作信号来控制其他元件动作，以满足执行元件对推力、转矩、速度等要求。按功能不同，压力控制阀可分为溢流阀、减压阀、顺序阀及压力继电器等。

压力控制阀的共同特性是：结构上都由阀体、阀芯、弹簧和调节装置四大件组成；原理上都是利用作用于阀芯上的油液的液压力与弹簧力相平衡来进行工作的。

（1）溢流阀

溢流阀是通过阀口的溢流，使被控制系统或回路的压力维持恒定，实现调压、稳压和限压的功能。对溢流阀的主要性能要求是：调压范围大，调压偏差小，工作平稳，动作灵敏，过流能力大，压力损失小，以及噪声小等。

①溢流阀的工作原理。

溢流阀按结构可分为直动式溢流阀和先导式溢流阀。

A.直动式溢流阀。

如图5.49所示为直动式溢流阀的工作原理图和职能符号图。P为进油口，T为出油口，压力油自P口经阀芯中间的阻尼孔a作用在阀芯的底面上。设阀芯底部承压面积为A，进油压力为p，弹簧作用力为F簧。为分析简化起见，阀芯与阀体之间的摩擦力、阀芯自重忽略不计。

当进油压力小，作用于阀芯底部的作用力pA<F簧，阀芯在弹簧力的作用下处于最下端，将P口与T口隔开，阀口没有溢流量。

当进油压力上升至pA=F簧时，阀芯即将上升，阀口将开未开，此时的压力称为溢流阀的开启压力p0。

图5.49　直动式溢流阀的工作原理

当进油口压力继续升高至pA>F簧时，阀芯上升，阀口打开，油液由P口经T口溢回油箱，进油压力即不再上升。若进口压力p下降，阀芯下移，开口减小，压力又上升，阀芯最终平衡在某一位置上保持一定的开口和溢流量，使进油压力保持恒定。也就是说，用调节螺钉调节弹簧的预压缩量x0，即可获得不同的调定压力，此压力值基本保持恒定。若溢流阀的进口压力p为液压泵的出口压力，那么，溢流阀就起到了调定液压泵出口压力的作用。

由于这类溢流阀是利用阀芯上端弹簧直接与下端液压力相平衡来工作的，故称直动式溢流阀。

直动式溢流阀具有结构简单、灵敏度高和成本低的优点，但压力受溢流量变化的影响较大，调压偏差大，不适于在高压、大流量场合工作。因此，直动式溢流阀低压只用于低压系统，常用于调压精度不高的场合或作安全阀使用。

B.先导式溢流阀。

先导式溢流阀由先导阀和主阀组成。如图5.50所示为先导式溢流阀的工作原理图和职能符号图。P为进油口，T为回油口，压力油自P口经小孔进入主阀芯下腔Ⅰ，作用在主阀芯底面上，同时又经阻尼孔进入主阀芯上腔Ⅱ，作用在主阀芯上端面和先导阀阀芯上。先导阀相当于一个直动式溢流阀。

设进口压力为p，Ⅰ腔压力为pⅠ，Ⅱ腔压力为pⅡ，主阀芯承压面积为A，主阀弹簧也称平衡弹簧。为分析简化起见，阀芯与阀体之间的摩擦力、阀芯自重和液动力忽略不计。

当进口压力小，不足以克服调压弹簧的预紧力时，先导阀关闭，没有液流通过阻尼孔，主阀芯上下两端压力相等（pⅠ=pⅡ=p），在主阀平衡弹簧作用下主阀芯位于最下端，将P口与T口隔开，阀口没有溢流量。

当进口压力上升至克服调压弹簧预紧力而打开先导阀时，压力油可通过阻尼孔经先导阀流回油箱。此时，由于液流通过阻尼孔产生的压力降，使主阀芯上下两腔的压力不等（pⅠ>pⅡ），当（pⅠ-pⅡ）这个压差作用在主阀芯上的力大于平衡弹簧的预紧力，主阀芯上移，P口与T口接通，开始溢流。平衡后，溢流口保持一定的开度和溢流量。又因通过先导阀的流量不大，绝大部分溢流量是通过主阀口溢回油箱的，且通过先导阀的流量变化不大，即先导阀开口的变化较小，这使先导阀的开启压力p′0基本不变，因p′0=pⅡ，即pⅡ基本恒定。

图5.50　先导式溢流阀的工作原理和职能符号

调节调压弹簧的预紧力，即可获得不同的进口压力。调压弹簧须直接与进口压力作用于先导阀上的力相平衡，则弹簧刚度大；而平衡弹簧只用于主阀芯的复位则弹簧刚度小。

先导式溢流阀在工作时，由于是先导阀调压，主阀溢流，溢流口变化时，平衡弹簧预紧力变化小，因此，进油口压力受溢流量变化的影响不大，故先导式溢流阀广泛应用于高压，大流量和调压精度要求较高的场合。但因先导式溢流阀是二级阀，故其灵敏度和响应速度比直动式溢流阀低一些。

先导式溢流阀有一外控口K，与主阀上腔相通，如通过管路与其他阀相通，可实现远程调压等功能，具体参见溢流阀的应用。

②溢流阀的应用。

溢流阀在系统中的主要用途如下：

A.溢流阀。

液压系统用定量泵和节流阀进行调速时，溢流阀可使系统的压力恒定，且节流阀调节的多余压力油可从溢流阀溢回油箱，如图5.51（a）所示。

B.安全阀。

液压系统用变量泵进行调速时，泵的压力随负载变化，则需防止过载，即设置安全阀，如图5.51（b）所示。在系统正常工作时，此阀处常闭状态；过载时，打开阀口溢流，使压力不再升高。

C.卸荷阀。

用先导溢流阀和电磁阀组合成电磁溢流阀，控制系统卸荷，如图5.51（c）所示。

D.远程调压或多级调压。

将先导式溢流阀的外控口K接上直动溢流阀。此时，直动溢流阀作远程调压阀用，其调定压力应低于先导式溢流阀的调定压力。用先导溢流阀与远程调压阀及电磁换向阀组合起多级调压或远程调压作用，如图5.51（d）所示。

E.背压阀。

直动溢流阀装在执行元件回油路上起背压作用，使执行元件运动速度平稳造成回油阻力，改善执行元件的运动平稳性。背压大小可根据需要调节溢流阀的调定压力来获得，如图5.51（e）所示。

图5.51　溢流阀的应用

（2）减压阀

①减压阀的功用和分类。

减压阀是一种利用液流流过缝隙产生压降的原理，使阀的出口油压低于进口油压的压力控制阀，用于要求某一支路压力低于主油路压力的场合。减压阀有直动式和先导式两种，一般采用先导式。

②减压阀的工作原理。

如图5.52所示为先导式减压阀的工作原理图和职能符号图。与先导式溢流阀相同，先导式减压阀也是由先导阀和主阀两部分组成的。设进油口为P1，出油口为P2，由先导阀调压，主阀减压。出口压力油p2经阀芯小孔a，b通到阀芯底部，又经阻尼孔c通向先导阀。当p2作用于先导阀口的液压力小于调压弹簧的预紧力时，先导阀关闭，阻尼孔c无液流通过，主阀芯上下压力相等，即p2=p3=p1，阀芯在主弹簧的作用下处于最下端，开口Y为最大，此时减压阀不起减压作用。当p2高于减压阀的调定压力时，先导阀开启，阻尼孔c使得主阀上下端油液压力不等，p2>p3，当此压差作用于阀芯底部的力克服主弹簧的预紧力时，主阀芯上移，开口H减小，使p2下降，最终平衡到某一位置上保持一定开口，即出口压力为恒定值。

图5.52　先导式减压阀

先导式减压阀的工作原理与先导式溢流阀的工作原理有相似之处，均为先导阀调压，主阀口工作（溢流或减压）。不同的是，减压阀是控制出口压力恒定，而溢流阀是控制进口压力恒定；减压阀主阀芯在结构上中间多一个凸肩（即三节杆），在正常情况下，减压阀阀口开得很大（常开），而溢流阀阀口则关闭（常闭）。

与先导式溢流阀相同，先导式减压阀也有一外控口K，可实现远程调压。因减压阀出口接下游执行元件，故设置一单独泄油口，而溢流阀出口接油箱，则不需单独设置泄油口（内泄）。

③减压阀的应用（见图5.53）。

减压阀一般用于减压回路，有时也用于系统的稳压，常用于控制、夹紧和润滑回路。

（3）顺序阀

①顺序阀的功用和分类。

顺序阀是用来控制液压系统中两个或两个以上工作机构的先后顺序。它是利用系统中的压力变化来控制油路通断的。

根据控制压力来源的不同，可分为内控和外控；根据泄油方式的不同，可分为内泄式和外泄式；按其结构不同，可分为直动式和先导式。应用较广的是直动式。通过改变控制方式、泄油方式和出口的接法，顺序阀还可构成多种功能，作背压阀、卸荷阀、平衡阀及溢流阀用。

②直动式顺序阀的工作原理。

如图5.54所示为直动式顺序阀的结构原理和职能符号图。其结构与直动式溢流阀相似，工作原理与直动式溢流阀相同。

图5.53　减压阀的应用

1—液压泵；2—减压阀；3—单向阀；4—二位四通换向阀；5—液压缸；6—先导溢流阀；7—减压阀；8—溢流阀

图5.54　直动式顺序阀

内控式顺序阀：进口压力油从p1经通道a作用于控制活塞底部。当此液压力小于作用于阀芯上部的调压弹簧预紧力时，阀芯处于最下端，进出油口不通；当作用于控制活塞底部的液压力大于调压弹簧预紧力时，阀芯上移，进出油口接通，压力油进入下游执行元件，使其进行工作。调节调压弹簧的预压缩量即可调节顺序阀的开启压力。因是进口压力控制阀芯的启闭，故称内控式顺序阀。

外控顺序阀又称液控顺序阀，将如图5.53所示内控顺序阀的下盖旋90°或180°安装，使通道a堵塞，外控口K与进油腔隔离，并除去外控口螺堵，即可变成外控顺序阀。控制活塞动作的油源来自外控口K接通的控制油路，而与进口压力无关，故称外控顺序阀。

通过改变阀上下盖与阀体的相对位置，可分别组成内控外泄、外控外泄、外控内泄及内控内泄4种形式的直通顺序阀。

③顺序阀的应用。

顺序阀在液压系统中的主要应用如下：

a.控制多个执行元件的顺序动作，如图5.55（a）所示。

b.与单向阀组成平衡阀，保持垂直放置的液压缸不因自重而下落，如图5.55（a）所示。

c.用外控顺序阀使双泵系统的大流量泵卸荷。

d.用内控顺序阀作背压阀用，接在液压缸回油路上，增大背压，以使活塞的运动速度稳定，如图5.55（b）所示。

图5.55　顺序阀的应用

图5.56　压力继电器

1—柱塞；2—调节螺帽；3—微动开关

（4）压力继电器

压力继电器是使压力达到预定值时发出电信的液-电信号转换元件。当其进口压力达到弹簧调定值时，能自动接通或断开电路，使电磁铁、电动机等电气元件通电运转或断电停止工作，以实现对液压系统工作程序的控制、安全保护或动作的联动等。其结构和符号如图5.56所示。

3）流量控制阀

流量控制阀简称流量阀，它通过改变节流口通流面积或通流通道的长度来改变局部阻力的大小，从而实现对流量的控制，进而改变执行机构的运动速度。流量控制阀是节流调速系统中的基本调节元件。

节流口的形式有多种多样。如图5.57所示为几种常用节流口的形式。调节阀芯轴向移动即可调节通口的流量。

针阀式节流口，针阀作轴向移动，调节环形通道大小以调节流量；偏心式节流口，在阀芯上开了一个截面为三角形的偏心槽，转动阀芯时，就可调节通道的大小以调节流量；轴向三角槽式节流口，可改变三角沟通道截面的大小；周向缝隙式，油可通过狭缝流入阀芯内孔，再经左边的孔流出，旋转阀芯就可改变缝隙的通流面积的大小；轴向缝隙式节流口，在套筒上开有轴向缝隙，轴向移动阀芯就可改变缝隙通流面积的大小，以调节流量。

常用流量阀有节流阀、调速阀和同步阀等。

图5.57　常用节流口形式

（1）节流阀

①普通节流阀。

如图5.58所示为普通节流阀的结构原理图和职能符号图。其节流口形式为三角槽式。通过调节手轮1可调节阀芯轴向位移，以改变节流口通流截面的大小，获得不同的流量。

②单向节流阀。

如图5.59所示为单向节流阀的结构原理图和职能符号图。当油液从P1口流向P2口时，该阀起节流阀作用；当油液从P2口流向P1口时，该阀起单向阀作用。

图5.58　普通节流阀

1—调节手轮；2—螺盖；3—阀芯；4—阀体

图5.59　单向节流阀

1—调节手轮；2—调节螺钉；3—螺盖；4—阀芯

节流阀用于定量泵系统时，一般都与溢流阀配合使用，可组成3种调速回路：进油路节流调速回路、回油路节流调速回路和旁油路节流调速回路。

（2）调速阀

调速阀与节流阀的不同之处是带有压力补偿装置。由定差减压阀1（进出口压力差为定值）与节流阀2串联组成。由于定差减压阀的自动调节作用，可使节流阀前后压差保持恒定，从而在开口一定时使阀的流量基本不变，因此，调速阀具有调速和稳速的功能。常用于执行元件负载变化较大、运动速度稳定性要求较高的液压系统。其缺点为结构较复杂，压力损失较大。

如图5.60（a）所示为调速阀的工作原理图，图5.60（b）、（c）为职能符号和简化职能符号图。

图5.60　调速阀的工作原理图

1—定差减压阀；2—节流阀

4）辅助元件

液压辅助元件有滤油器、蓄能器、管件、密封件、油箱及热交换器等，除油箱需要自行设计外，其余皆为标准件。

①蓄能器：储存多余的油液，并在需要时释放给系统。

②过滤器：清除油液中各种杂质，以免其划伤、磨损甚至卡死相对运动的零件。

③油箱：储存油液、散发热量、沉淀杂质、逸出空气。

④热交换器：液压系统工作时的油液温度应保持为30~50℃，最高不超过65℃，最低不能低于15℃。液压系统温度过高时，要装冷却器；温度过低时，要装加热器。

自测题

一、填空题

1.当油液压力达到预定值时，发出电信号的液-电信号转换元件是__________。

2.液压泵将_____________转换成____________，为系统提供_____________；液压马达将__________转换成__________，输出__________和__________。

3.在实际工作中，泵的q实q理，马达的q实q理，是由__________引起的，缩小q实和q理二者之差的主要措施为_________________________________________。

4.齿轮泵困油现象的产生原因是_________________，会造成_________________。解决的办法是___________________________________________________。

5.溢流阀在液压系统中起调压溢流作用。当溢流阀进口压力低于调整压力时，阀口是__________的，溢流量为__________；当溢流阀进口压力等于调整压力时，溢流阀阀口是__________，溢流阀开始__________。

6.活塞缸按其结构不同，可分为__________和__________两种。其固定方式有__________固定和___________固定两种。

7.液压控制阀按其用途，可分为__________、__________和__________三大类，它们分别调节、控制液压系统中液流的__________、__________和__________。

8.外啮合齿轮泵的__________、__________和__________是影响齿轮泵性能和寿命的三大问题。

9.液压泵的总效率等于__________和__________的乘积。

10.双作用式叶片泵的转子每转一转，吸油、压油各__________次，单作用式叶片泵的转子每转一转，吸油、压油各__________次。双作用式叶片泵是__________，单作用式叶片泵__________。

二、判断题

1.先导式溢流阀主阀弹簧刚度比先导阀弹簧刚度小。（　）

2.齿轮泵都是定量泵。（　）

3.液压缸差动连接时，能比其他连接方式产生更大的推力。（　）

4.作用于活塞上的推力越大，活塞运动速度越快。（　）

5.O形中位机能的换向阀可实现中位卸荷。（　）

6.背压阀的作用是使液压缸的回油腔具有一定的压力，保证运动部件工作平稳。（　）

7.当液控顺序阀的出油口与油箱连接时，称为卸荷阀。（　）

8.液压泵吸油口相通的油箱是完全封闭的。（　）

9.高压大流量液压系统常采用电液换向阀实现主油路换向。（　）

三、综合题

1.低压齿轮泵泄漏的途径有哪几条？中高压齿轮泵常采用什么措施来提高工作压力？

2.现有两个压力阀，由于铭牌脱落，分不清哪个是溢流阀，哪个是减压阀，又不希望把阀拆开，如何根据其特点作出正确判断？

3.先导式溢流阀原理如图5.61所示，回答下列问题：

图5.61　先导式溢流阀原理

（1）先导式溢流阀原理由哪两部分组成？

（2）何处为调压部分？

（3）阻尼孔的作用是什么？

（4）主阀弹簧为什么可较软？

4.容积式液压泵的共同工作原理是什么？

5.画出直动式溢流阀的图形符号，并说明溢流阀有哪几种用法。

6.液压缸为什么要设置缓冲装置？试说明缓冲装置的工作原理。

7.如图5.62所示，已知液压泵的输出压力pp=10MPa，泵的排量VP=10mL/r，泵的转速nP=1450r/min，容积效率ηPV=0.9，机械效率ηPm=0.9；液压马达的排量VM=10mL/r，容积效率ηMV=0.92，机械效率ηMm=0.9，泵出口和马达进油管路的压力损失为0.5MPa，其他损失不计。试求：

图5.62　液压泵

（1）泵的输出功率；

（2）驱动泵的电机功率；

（3）马达的输出转矩；

（4）马达的输出转速。

8.如图5.63所示为3种形式的液压缸。活塞和活塞杆直径分别为D，d，如进入液压缸的流量为q，压力为P。若不计压力损失和泄漏，试分别计算各缸产生的推力、运动速度大小和运动方向。

图5.63　3种形式的液压缸

9.如图5.64所示两个结构和尺寸均相同的液压缸相互串联，无杆腔面积A1=100cm2，有杆腔面积A2=80cm2，液压缸1输入压力P1=0.9Mpa，输入流量q1=12L/min，不计力损失和泄漏，试计算两缸负载相同时（F1=F2），负载和运动速度各为多少？

图5.64　液压缸相互串联

10.分别写出图5.65中3种三位四通换向阀的中位机能类型。

图5.65　3种三位四通换向阀的中位机能类型