液压传动发展

自18世纪末英国制成世界上第一台水压机起，液压传动技术已有二三百年的历史。然而，直到20世纪30年代它才真正地推广使用。

1650年帕斯卡提出静压传递原理，1850年英国将帕斯卡原理先后应用于液压起重机、压力机，1795年英国约瑟夫·布拉曼在伦敦用水作为工作介质，以水压机的形式将其应用于工业上，诞生了世界上第一台水压机；1905年工作介质由水改为油，使液压传动效果进一步得到改善。第二次世界大战期间，在一些兵器上用上了功率大、反应快、动作准的液压传动和控制装置，大大提高了兵器的性能，也大大促进了液压技术的发展。战后，液压技术迅速转向民用，并随着各种标准的不断制定和完善，各类元件的标准化、规格化、系列化，在机械制造、工程机械、农业机械、汽车制造等行业中推广开来。20世纪60年代后，原子能技术、空间技术、计算机技术、微电子技术等的发展再次将液压技术向前推进，使它在国民经济的各方面都得到了应用，已成为实现生产过程自动化、提高劳动生产率等必不可少的重要手段之一。

我国的液压工业开始于20世纪50年代，其产品最初只用于机床和锻压设备，后来才用到拖拉机和工程机械上。自从1964年从国外引进一些液压元件生产技术，并自行设计液压产品以来，我国的液压件已在各种机械设备上得到了广泛的使用。20世纪80年代起更加速了对先进液压产品和技术的有计划引进、消化、吸收和国产化工作，以确保我国的液压技术能在产品质量、经济效益、研究开发等各个方面全方位地赶上世界水平。

当前，液压技术在实现高压、高速、大功率、高效率、低噪声、经久耐用、高度集成化等各项要求方面都取得了重大的进展，在完善比例控制、伺服控制、数字控制等技术上也有许多新成就。此外，在液压元件和液压系统的计算机辅助设计、计算机仿真和优化以及微机控制等开发性工作方面，日益显示出显著的优势。

液压传动系统主要由5部分组成。

1．动力元件

动力元件是把原动机输入的机械能转换为油液压力能的能量转换装置。其作用是为液压系统提供压力油。动力元件为各种液压泵。

2．执行元件

执行元件是将油液的压力能转换为机械能的能量转换装置。其作用是在压力油的推动下输出力和速度（直线运动），或力矩和转速（回转运动）。这类元件包括各类液压缸和液压马达。

3．控制调节元件

控制调节元件是用来控制或调节液压系统中油液的压力、流量和方向，以保证执行元件完成预期工作的元件。这类元件主要包括各种溢流阀、节流阀以及换向阀等。这些元件的不同组合便形成了不同功能的液压传动系统。

4．辅助元件

辅助元件是指油箱、油管、油管接头、蓄能器、滤油器、压力表、流量表以及各种密封元件等。这些元件分别起散热贮油、输油、连接、蓄能、过滤、测量压力、测量流量和密封等作用，以保证系统正常工作，是液压系统不可缺少的组成部分。

5．工作介质

工作介质在液压传动及控制中起传递运动、动力及信号的作用。T作介质为液压油或其他合成液体。

液压传动优点

与机械传动比较，液压传动具有以下主要优点：

(1)由于一般采用油液作为传动介质，因此液压元件具有良好的润滑条件；工作液体可以用管路输送到任何位置，允许液压执行元件和液压泵保持一定距离；液压传动能方便地将原动机的旋转运动变为直线运动。这些特点十分适合各种工程机械、采矿设备的需要，其典型应用实例就是煤矿井下使用的单体液压支柱和液压支架。

(2)可以在运行过程中实现大范围的无级调速，其传动比可高达1:1 000，且调速性能不受功率大小的限制。

(3)易于实现载荷控制、速度控制和方向控制，可以进行集中控制、遥控和实现自动控制。

(4)液压传动可以实现无间隙传动，因此传动平稳，操作省力，反应快，并能高速启动和频繁换向。

(5)液压元件都是标准化、系列化和通用化产品，便于设计、制造和推广应用。

与电力传动相比，液压传动的主要优点有以下几点：

(1)质量小，体积小。这是由于电动机受到磁饱和的限制，其单位面积上的切向力与液压机械所能承受的液压相差数十倍。

(2)运动惯性小，响应速度快。液压马达的力矩惯量比(即驱动力矩与转动惯量之比)较电动机大得多，故其加速性能好。例如，加速一台中等功率的电动机通常需要一秒至几秒钟，而加速同样功率的液压马达只需要0.1 s左右。这种良好的动态特性，对液压控制系统更有其重要意义。

(3)低速液压马达的低速稳定性要比电动机好得多。

(4)液压传动的应用，可以简化机器设备的电气系统。这对于具有爆炸危险的煤矿井下工作大有好处。

液压传动缺点

(1)在传动过程中，由于能量需要经过两次转换，存在压力损失、容积损失和机械摩擦损失，因此总效率通常仅为0.75～0.8。

(2)传动系统的工作性能和效率受温度的影响较大，一般的液压传动，在高温或低温环境下工作，存在一定困难。

(3)液体具有一定的可压缩性，配合表面也不可避免地有泄漏存在，因此液压传动无法保证严格的传动比。

(4)工作液体对污染很敏感，污染后的工作液体对液压元件的危害很大，因此液压系统的故障比较难查找，对操作、维修人员的技术水平有较高要求。

(5)液压元件的制造精度、表面粗糙度以及材料的材质和热处理要求都比较高，因而其成本较高。

总的说来，液压传动的优点是主要的。它的某些缺点随着生产技术的发展，正在逐步得到克服。如果进一步吸取其他传动方式的优点，采用电 液、气，液等联合传动，更能充分发挥其特点。

液压传动主要应用如下：

(1)一般工业用液压系统塑料加工机械（注塑机）、压力机械（锻压机）、重型机械（废钢压块机）、机床（全自动六角车床、平面磨床）等；

(2)行走机械用液压系统工程机械（挖掘机）、起重机械（汽车吊）、建筑机械（打桩机）、农业机械（联合收割机）、汽车（转向器、减振器）等；

(3)钢铁工业用液压系统 冶金机械（轧钢机）、提升装置（升降机）、轧辊调整装置等；

(4)土木工程用液压系统 防洪闸门及堤坝装置（浪潮防护挡板）、河床升降装置、桥梁操纵机构和矿山机械(凿岩机)等；

(5)发电厂用液压系统涡轮机（调速装置）等；

(6)特殊技术用液压系统 巨型天线控制装置、测量浮标、飞机起落架的收放装置及方向舵控制装置、升降旋转舞台等；

(7)船舶用液压系统 甲板起重机械（绞车）、船头门、舱壁阀、船尾推进器等；

(8)军事工业用液压系统火炮操纵装置、舰船减摇装置、飞行器仿真等。

第一章液压传动概述1

第一节液压传动的发展概况1

一、液压传动的历史1

二、液压传动的现状及展望1

第二节液压传动的工作原理及其组成部分1

一、液压传动的工作原理1

二、液压传动系统的组成3

第三节液压传动系统的优缺点4

一、液压传动的优点4

二、液压传动的缺点4

思考题与习题4

第二章液压传动基础知识5

第一节液压传动的工作介质5

一、液压油的特性5

二、液压油的物理性质6

三、对液压油的要求12

四、液压油种类的选择12

五、液压油的正确使用及维护14

第二节液体静力学基本规律14

一、液体静力学及其特性14

二、重力作用下静力学基本规律16

三、静压力对固体壁面的总作用力18

第三节液体动力学基本规律19

一、基本概念19

二、流量连续性方程21

三、伯努利方程22

四、动量方程27

第四节流体流动时的能量损失28

一、流态及雷诺判据28

二、圆管层流29

三、圆管紊流31

四、压力损失31

第五节流体流经孔口及缝隙的力学特性35

一、流体流经孔口的力学特性35

二、流体流经缝隙的力学特性37

第六节液压冲击及气穴现象43

一、液压冲击43

二、气穴现象及气蚀45

本章小结45

思考题47

习题47

第三章液压泵及液压马达49

第一节液压泵概述49

一、液压泵的工作原理与分类49

二、液压泵的主要性能参数50

第二节齿轮泵52

一、外啮合齿轮泵52

二、内啮合齿轮泵56

三、螺杆泵57

第三节叶片泵57

一、双作用定量叶片泵58

二、单作用叶片泵61

三、叶片泵的使用要点65

第四节柱塞泵65

一、径向柱塞泵65

二、轴向柱塞泵66

第五节液压马达69

一、液压马达的特点及分类69

二、液压马达的工作原理69

三、液压马达的性能参数71

第六节液压泵的性能比较及选用原则72

本章小结73

思考题73

习题73

第四章液压缸75

第一节液压缸的类型及特点75

一、活塞式液压缸75

二、柱塞式液压缸77

三、摆动液压缸77

四、其他液压缸78

第二节液压缸的典型结构及组成80

一、液压缸的典型结构举例80

二、液压缸的组成81

第三节液压缸的设计与计算84

一、液压缸主要参数的确定85

二、液压缸主要零部件的强度校核86

本章小结89

思考题89

习题89

第五章液压控制阀91

第一节液压控制阀概述91

一、液压控制阀的作用及分类91

二、液压控制阀的基本要求93

第二节方向控制阀93

一、单向阀93

二、换向阀94

第三节压力控制阀101

一、溢流阀101

二、减压阀106

三、顺序阀108

四、压力继电器109

第四节流量控制阀109

一、流量控制原理及节流口形式110

二、普通节流阀111

三、调速阀和温度补偿调速阀112

四、溢流节流阀（旁通型调速阀）114

第五节电液比例控制阀114

一、比例电磁铁115

二、电液比例压力阀115

三、电液比例流量阀115

四、电液比例方向阀117

第六节电液数字阀117

一、电液数字阀的结构118

二、电液数字阀的使用118

第七节叠加阀及二通插装阀119

一、插装阀的结构和工作原理119

二、方向控制插装阀119

三、压力控制插装阀120

四、流量控制插装阀120

本章小结121

思考题122

习题122

第六章辅助装置124

第一节蓄能器124

一、功能和类型124

二、容量的计算125

三、使用安装127

第二节滤油器127

一、功能和分类127

二、滤油器的主要项目指标129

三、滤油器选用和安装130

第三节热交换器131

一、冷却器131

二、加热器131

第四节液压油箱132

一、功能和结构132

二、油箱的设计133

第五节管道和管接头134

一、管道的种类和选用134

二、管接头的种类和选用134

第六节密封装置135

一、密封件的作用和分类135

二、橡胶密封圈的作用和特点136

本章小结138

思考题138

习题138

第七章液压基本回路139

第一节压力控制回路139

一、调压回路139

二、减压回路140

三、增压回路141

四、卸荷回路141

五、保压回路143

六、平衡回路143

第二节速度控制回路145

一、调速回路145

二、快速运动回路153

三、速度换接回路155

第三节方向控制回路156

一、换向回路156

二、锁紧回路158

第四节多缸工作控制回路159

一、顺序动作回路159

二、同步动作回路161

三、多缸卸荷回路163

四、互不干涉回路163

本章小结164

思考题165

习题166

第八章典型液压系统169

第一节组合机床动力滑台液压系统169

一、概述169

二、组合机床动力滑台液压系统工作原理171

三、动力滑台液压系统的特点172

第二节外圆磨床液压系统173

一、概述173

二、M1432B万能外圆磨床液压系统工作原理173

三、M1432B万能外圆磨床液压系统的特点178

第三节挖掘机液压系统178

一、概述178

二、双泵双回路单斗液压挖掘机液压系统工作原理179

三、液压挖掘机液压系统的特点181

第四节汽车动力转向液压系统181

一、概述181

二、动力转向液压系统工作原理182

三、汽车动力转向液压系统的特点182

本章小结183

思考题183

习题184

第九章液压伺服系统185

第一节概述185

一、液压伺服系统的工作原理185

二、液压伺服系统的特点186

三、液压伺服系统的组成186

四、液压伺服系统的类型186

五、液压伺服系统的优缺点187

第二节液压伺服系统187

一、伺服阀187

二、典型液压伺服系统的分析192

本章小结194

思考题194

习题194

第十章液压传动系统的设计计算195

第一节概述195

第二节液压传动系统的设计195

一、液压系统的设计依据195

二、液压系统的工况分析196

三、液压系统主要参数的确定198

四、拟定液压系统草图200

五、计算和选择液压元件201

六、液压系统性能验算204

七、绘制正式工作图，编制技术文件204

第三节液压传动系统设计计算举例205

一、负载分析205

二、负载图和速度图绘制206

三、液压缸主要参数的确定206

四、液压系统图的拟定207

五、液压元件的选择208

六、液压系统的性能验算210

本章小结211

思考题211

习题211

第十一章液压系统的安装、使用和维护212

第一节液压系统的安装212

一、液压管路的安装212

二、液压元件的安装213

第二节液压系统的使用214

一、对液压系统的日常检查214

二、液压油的使用和维护214

三、液压系统的维修215

第三节液压系统的调整215

一、空载试车215

二、负载试车216

三、液压系统的调整216

第四节液压系统的故障和排除217

一、故障诊断的步骤及方法217

二、液压系统常见的故障诊断及排除方法218

本章小结220

思考题220

习题221

参考文献223 2100433B