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第一章 第一章     液压传动概论
机器的组成：原动机、传动装置、工作机构。
根据传递能量的工作介质的不同，传动可分为：机械传动、电气传动、气体传动、液体传动。
第一节 液压传动的工作原理和组成
一、液体传动的基本概念
凡是利用液体（油、水）作为工作介质而来传递动力的，就叫做液体传动。液体传动有两种形式，即：
液压传动——（静液传动）基于工程流体力学的帕斯卡原理，利用液体压力能而做功的传动；
液力传动——（动液传动）基于工程流体力学的动量矩原理，利用液体动能而做功的传动（如离心泵、液力变矩器）。
注意：液体必须在密封容积中才能起传动的作用。
二、液压传动的工作原理和组成
举升机构的液压系统结构式原理图（图1-1）

1、工作原理

a)系统原理图 b)换向阀
1、2－单向阀 3－溢流阀 4－节流阀 5－换向阀 6－工作机构 7－液压缸 8－液压泵
9－过滤器 10－油箱
用职能符号表示的液压系统原理图（图1－2）

a)系统原理图
b)、
c)换向阀
1、2－单向阀 3－溢流阀 4－节流阀
5－换向阀 6－工作结构 7－液压缸
8－液压泵 9－过滤器 10－油箱

2、液压系统的组成和作用
l l         动力元件（液压泵）——系统的能源，它是把原动机（电动机、发动机）的机械能转换成液压能的“能量转换装置”；
l l         执行元件（液压缸、液压马达）——系统对外做功的装置，是把液压能转换成机械能的“能量转换装置”。前者实现往复运动，后者实现旋转运动；
l l         控制元件（换向阀、溢流阀、流量阀等）——是系统中的控制和调节装置。它能按设定的要求和工作循环，把液压能正确地提供给执行元件；
l l         辅助元件（油箱、滤油器、油管、压力表、蓄能器、截止阀等）——它将使系统工作更完善，是保证系统正常工作的不可缺少的元件；
l l         工作介质（液压油）——用以传递能量，同时还起到散热和润滑作用。
三、液压系统的优缺点
1、优点：
² ²        能获得很大的机械力或扭矩，快速响应灵敏。因为压力高，故可获得较大的机械力或扭矩，又因外形小、质量轻、惯性小，故快速响应灵敏。如缸：400－1000次／分，马达500次／分；
² ²        调速方便，且可无级调速（利用流量阀或变量泵、变量马达），传动比大（马达i＝1000：1），低速性能也好（如径向马达稳定低速可达1r/s）；
² ²        易于布置，组合灵活性大，利于标准化、系列化，配合计算机可实现随动和自动控制的自动化；
² ²        可以简便地与电控部分结合，组成电液结合成一体的传动和控制器件，实现各种自动控制。这种电液控制即具有液压传动输出功率适应范围大的特点，又具有电子控制方便灵活的特点；
² ²        自润滑，不需要专门的润滑系统。
2、缺点：
² ²        易泄露（内泄漏、外泄漏），故效率降低，液动机位移精度降低，锁精度降低，此外外泄漏使油浪费且污染环境；
² ²        对元件的加工质量要求高，对油液的过滤要求严格；
² ²        受环境影响较大，尤为温度的影响更甚；
² ²        由于能量转换次数多等原因造成系统的总效率低，目前一般效率为70－85％；
² ²        液压元件的制造和维护要求较高，价格也较贵。
四、在现代工业中的应用
起重机械——汽车吊、龙门吊、叉车
矿山机械——凿岩机、破碎机、提升机、采煤机
建筑机械——打桩机、平地机、装载机、推土机、摊铺机
农业机械——康拜因、拖拉机
林业机械——木材采运机、人造板机
纺织机械——整经机、浆纱机
石油机械——抽油机、石油钻机
建材机械——水泥回转窑、石料切割机、玻璃加工机
锻造机械——高压造型机、压铸机
机床机械——液压车床、磨床、液压机
冶金机械——电炉炉顶电极提升器
轻工机械——机械手、自卸汽车、高空作业架
船舶机械——起锚机
航空机械——飞机起落架
航天、宇航——宇宙飞船、航天飞机
兵器机械——坦克，火炮稳定器
智能机械——机器人
第二节 液压系统的工作介质
一、概述
作用：液压油是传递动力和信号的工作介质，同时也起到润滑、冷却、防锈的作用。其类型如下表：
工业液压油
石油基液压油
机械油——即全损耗系统用油
汽轮机油
普通液压油
专业液压油
抗磨液压油
低温液压油
液压——导轨油
高粘度指数液压油
其他专业液压油
难燃型液压油
乳化油
水包油乳化液
油包水乳化液
合成型液压油
水——乙二醇液
磷酸脂液
其他
下面主要介绍建设机械液压系统广泛采用的石油基液压油。
1、普通液压油（L——HL液压油）
采用精制矿物油做基础油，加入抗氧、抗腐、抗气泡、防锈等添加剂调合而成，是当前我国供需量最大的主品种，适用于一般液压系统。
注意：不适合0℃以下的工作环境。其牌号有HL—2、HL—46、HL—68。
型号：L——HL32
其中：L——代表润滑剂类型；
H——组别；
L——表示防锈、抗氧化型；
32——40℃时的运动粘度“厘斯数”。
2、抗磨液压油
也是采用精制矿物油做基础油＋抗氧剂＋抗磨剂＋抗泡沫添加剂＋防锈剂＋抗磨剂＋金属钝化剂＋破乳化剂调制而成。
从抗磨剂的组成来看，抗磨液压油分为两种：一种是以二烷基二硫代磷锌为主剂的含锌油；一种是不含金属盐（简称无灰型）的油。含锌抗磨液压油，对钢—钢磨擦副（如叶片泵）来说抗磨性特别突出，而对含有银和铜的部件有腐蚀作用。无灰抗磨液压油对含有银和铜的部件不会产生腐蚀且在水解安定性、破乳化及氧化安定性方面好于含锌抗磨液压油。
抗磨液压油适用于–15℃以上的高压、高速建设机械和车辆液压系统。其牌号有HM—32、HM—46、HM—68、HM－100、HM—150。其中M代表抗磨型。
3、低温液压油、高粘度指数液压油
特点是粘温特性好（粘温性——温度对粘度的影响，小则为好），润滑性好，以保证不发生低速爬行和低速不稳定现象。适用于低温地区的户外高压系统。
4、机械油（全损耗系统用油）
主要适用于低负荷机械部件的润滑。可做液压系统的代用油，适用于环境温度为0~40℃，工作压力低于7MPa的液压系统。
二、液压油的性质
1、密度
式中： ——液体的密度(kg/m3)；
——液体质量（kg）；
——液体体积（m3）。
l l         液压油的标准密度——一个大气压，20℃时的油密度，以表示；
l l         液压油的密度一般在700～900（kg/m3），建设机械常用液压油的密度为= 880kg/m3；；
l l         在实用中一般可以认为液压油的密度是固定值（温度、压力对的影响可忽略）。
2、压缩性，热胀性
压缩性：液压油受压，体积↓而密度↑。
热胀性：液压油受热，体积↑而密度↓。
一般来说，在实际液压系统中，可以忽略油液的压缩性和热胀性，但当压力较高或进行动态分析时就必须考虑液体的压缩性。
3、液压油的粘滞性、粘度
（1）粘滞性——液体在流动过程中，由于相互间发生相对运动而所表现出来的力的性质，叫做它的粘滞性，也叫粘性。它表现出的力是指质点之间的内摩擦力。
² ²        液体的粘滞性，只有在质点有相互运动时才能表现出来，静止时是不会有粘滞性的；
下面研究有关粘滞性的有关问题。
液体的剪切流动图

如右图所示，两平面内充满液体，上板运动，下板固定不动。由于液体与固体间的附着性及各层之间的吸附性，致使各液层速度呈线性分布。各层间的内摩擦力与下述因素有关。
a)与层间速度成正比，与层间距离成反比，即与成正比。这里，——速度梯度，即由下层向上层速度变化的快慢程度。
b)与两层液体的接触面积成正比。
c)与液体的品种有关，与压力无关。
用数学表达式为：内摩擦力　　　　
层间切应力
式中：——系数。
（2）粘度：液体的粘滞程度用粘度表示。粘度是选用液体的主要指标，是影响动力学的重要因素。有三种表示方法：
a)绝对粘度（又叫动力粘度）
，是由层间切应力公式导出来的，因为单位中有力的因次，故又叫动力粘度。其物理意义：面积各为1cm2，相距1cm的两层液体，以1cm/ s的速度相对运动，此时产生的内摩擦力，称为动力粘度。在SI单位制中，动力粘度单位为帕·秒（Pa·s）, 即：N·s/ m2。
如果动力粘度只与液体种类有关而与速度梯度无关，这种液体称为牛顿液体，否则称为非牛顿液体。一般来说，石油基液压油为牛顿液体。
b)运动粘度
单位（SI单位制）：m2/ s，在工程上常用mm2/ s（厘斯，cSt）或cm2/ s表示（斯，St表示，其换算关系为1m2/ s=104St=106 cSt 。
动力粘度和运动粘度是理论分析与推导中经常使用的粘度单位。因采用SI制及其倍数单位中的绝对单位制，故称为绝对粘度。
c)相对粘度
相对粘度又称条件粘度，是指在规定条件下可以直接测量的粘度。
中国、德国和俄罗斯用恩氏粘度，美国用赛氏粘度SUS，英国用雷氏粘度RS。
方法：一般采用20℃、50℃、100℃几种温度，分别记作、、。一般记作，如——在20℃时，某被测油的恩氏相对粘度为7。
工业上常用作为标准恩氏粘度。
恩式粘度计

如图所示，蒸馏水：,200cm3，用恩氏粘度计漏完时间为y；液压油：,200cm3，用恩氏粘度计漏完时间为x，，则有。
（3）压力、温度对于粘滞性的影响。
压力↑粘度↑，温度↑粘度↓，在压力不高时，可以忽略其对粘度的影响。
三、液压油的选用
注意：
1、一般来说，选用液压油时最先考虑的是它的粘度，因为液压油粘度对液压装置的性能影响最大；
2、液压油具有使用寿命，国产液压油的使用寿命一般都在一年以上；
3、在使用过程中，应防止水、其它油类、灰类和其它机械杂质进入油中；
4、换油时必须将油箱和液压系统的管路彻底清洗，新油要过滤后再注入油箱。

第三章 液压缸
液压缸是将液压能转变成机械能，作直线或摆动运动的执行元件。
第一节 液压缸的主要类型及特点
一、液压缸的工作原理
1、活塞式液压缸（未注明的一律缸筒固定）
（1）活塞向右行

（2）活塞向左行
（3）差动连接（一般）

比较（1）、（2）、（3），可知，。差动连接适用于快速、小负载的工况，如液压机床中的快速推进。
2、柱塞式液压缸
其优点在于：柱塞较粗，受力较好，而且柱塞在缸体内并不接触缸壁，两者非配合面，因此对缸体内壁的表面粗造度无特殊要求，由于柱塞缸是单作用的，需要借助工作机构的重力回位。
柱塞式液压缸结构原理图

3、伸缩套筒式液压缸
伸缩套筒式液压缸系多级液压缸，行程大而体积小，它有单作用柱塞式和双作用活塞式两种结构。由于各级套筒的有效面积不等，因此当压力油进入套筒缸的下腔时，各级套筒缸按直径大小，先大后小依次回缩。这种缸常用于自卸汽车和汽车式起重机的伸缩臂。
4、摆动式液压缸
有单叶片、双叶片两种类型。单叶片摆角小于，双叶片摆角小于。摆动缸结构比较简单，制造方便，但密封困难，一般只用于中低压系统。
单叶片摆动式液压缸
1—输出轴；2—叶片；3—缸体
4—固定叶片（与3 固定，不转动）

双叶片摆动式液压缸
1—输出轴；2—固定叶片；3—缸体
4—叶片

二、类型
按运动形式分
按作用方式分

a单作用活塞缸 b单作用柱塞缸 c双作用单杆活塞缸 d双作用双杆活塞缸
按结构形式分
第二节 液压缸的结构
单杆双作用活塞液压缸（图3—3）

一、结构（以单杆双作用式为例）
1—油嘴；2—缸底；3、7、17—档圈；4—卡键帽；5—卡键；6—小Y形密封圈；8—活塞；
9—支承环；10、14—O形密封圈；11—缸筒；12—活塞杆；13—导向套；15—缸盖；
16—Y形密封圈；18—液压缸排气孔；19—防尘套；20—耳环锁紧螺母；21—耳环；
22—耳环连接孔衬套
图中支承环9是尼龙或聚四氯乙烯耐磨材料，防止拉缸，不起密封作用。
二、缓冲装置
柱塞缓冲阀式缓冲装置

柱塞间隙式缓冲装置

单向阀作用：运动时增加油压作用面积

第四章 液压控制阀
液压控制阀是液压系统中的控制元件，用来控制和调节系统的方向、压力及流量，以满足各种液压传动机械（执行元件）的要求，这样的元件统称为液压控制阀。
一、液压控制阀的分类
按用途可分三类：
（1）压力控制阀：控制系统中液体的压力，如溢流阀、减压阀、顺序阀等；
（2）方向控制阀：用来控制液压系统的液体流动方向的阀，如单向阀、方向阀等；
（3）流量控制阀：用来控制液压系统的液体流量的阀，如节流阀、调速阀等。
按控制能源分：手动阀、电动阀、液动阀、机动阀、气动阀。
按控制精度分：
（1）普通阀：用于一般系统；
（2）电液比例阀：用于控制精度稍高的系统；
（3）电液伺服阀：用于控制精度较高的系统。
按照阀的联结方式分：
（1）管式联接：标准螺纹管接头；
（2）板式联接：法兰；
（3）集成联接：集成块。
二、对液压阀的基本要求
² ²        动作灵敏，使用可靠，工作平稳，冲击振动小；
² ²        密封性好，泄漏少；
² ²        油液流过时压力损失小；
² ²        结构简单、紧凑、体积小，安装、调整、维护、保养方便，成本低廉，通用性好，寿命长；
三、概括
1、在液压系统中，用来控制液体流动方向的阀，叫做方向控制阀。它主要分两种：单向阀和换向阀。

2、压力控制阀是用来控制和调节系统油压高低的阀。其分为：溢流阀、减压阀、顺序阀、压力继电器。其共同特点是利用油液作用力和弹簧力相平衡的原理进行工作。
3、在液压传动系统中，用来控制液动机的流量，从而实现其工作机构速度调节的元件，叫作流量控制阀，简称流量阀。
要求：调节方便且有足够的调节范围，有最小的稳定流，压力对流量的影响应小些，泄漏量小，调速方便
种类：节流阀、调速阀、溢流节流阀、分流集流阀以及这些阀与单向阀、行程阀等组合而成的流量阀。