液压传动与控制
1.液压传动的工作原理
以液体作为工作介质，并以其压力能进行能量传递的方式，即为液压传动。
2.液压传动的特征
⑴力（或力矩）的传递是按照帕斯卡原理（静压传递定律）进行的
⑵速度或转速的传递按容积变化相等的原则进行。“液压传动”也称“容积式传动”。
3.液压传动装置的组成
⑴动力元件
即各种泵，其功能是把机械能转化成压力能。 ⑵执行元件
即液压缸（直线运动）和马达（旋转运动），其主要功能是把液体压力能转化成机械能。
⑶控制元件
即各种控制阀，其主要作用是通过对流体的压力、流量及流动方向的控制，来实现对执行元件的作用力、运动速度及运动方向等的控制；也用于实现过载保护、程序控制等。
⑷辅助元件
上述三个组成部分以外的其他元件，如管道、接头、油箱、过滤器等，它们对保证系统正常工作是必不可少的。
⑸工作介质
是用来传递能量的流体，即液压油。
4.液压油的物理性质
⑴密度
⑵可压缩性
表示液体在温度不变的情况下，压力增加后体积会缩小、密度会增大的特性。
⑶液体的膨胀性
液体在压力不变的情况下，温度升高后其体积会增大、密度会减小的特性。
⑷粘性
液体受外力作用而流动或有流动趋势时，液体内分子间的内聚力要阻止液体分子的相对运动，由此产生一种内摩擦力。液体内部产生摩擦力或切应力的性质，称为液体的粘性。
①动力粘度（绝对粘度） 根据牛顿摩擦定理（见流体力学）而导出的粘度称为动力粘度，通常以μ表示。
②运动粘度
同一温度下动力粘度μ与密度ρ的比值为运动粘度，用v表示。 ③相对粘度
（条件粘度）
粘压特性
在一般情况下压力对粘度的影响比较小，在工程中当压力低于5Mpa时，粘度值的变化很小，可以不考虑。
粘温特性
液压油粘度对温度的变化是十分敏感的，当温度升高时，其分子之间的内聚力减小，粘度就随之降低。
5.液压泵的主要性能参数
⑴压力
①工作压力P
液压泵实际工作时的输出压力称为工作压力。
②额定压力Ps 液压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称为液压泵的额定压力。
③峰值压力Pmax 在超过额定压力的条件下，根据试验标准规定，允许液压泵短暂运行的最高压力值，称为液压泵的峰值压力。
⑵排量和流量
①排量V 液压泵每转一周，由其密封容积几何尺寸变化计算而得出的排出液体的体积称为液压泵的排量。
②理论流量qt 在不考虑液压泵泄漏的情况下，在单位时间内所排出的液体体积的平均值称为理论流量。
③实际流量q 液压泵在某一具体工况下单位时间内所排出的液体体积称为实际流量。 ④额定流量qn 液压泵在正常工作条件下，按试验标准规定必须保证的流量，亦即在额定转速和额定压力下泵输出的流量称为额定流量。
⑶功率和效率
①液压泵的功率损失
容积损失
液压泵流量上的损失 机械损失
液压泵在转矩上的损失 ②液压泵的功率
输入功率Pi 作用在液压泵主轴上的机械功率
输出功率Po 液压泵在工作过程中的实际吸、压油口间的压差Δp和输出流量q的乘积
③液压泵的总效率
液压泵的实际输出功率与其输入功率的比值。
6.齿轮泵的工作原理
当齿轮泵的主动齿轮由电动机带动不断旋转时轮齿脱开啮合的一侧，由密封容积变大则不断从油箱中吸油，轮齿进入啮合的一侧，由于密封容积减小则不断地排油，这就是齿轮泵的工作原理。
7.齿轮泵的困油现像
当齿轮啮合后，啮合的两齿间的液压油由于齿的封闭无法排出而形成的现象。
危害 当容积有大变小时，油液受到挤压，造成油液发热，产生振动噪声，功耗增大，轴与轴承受到一附加负荷。当容积由小变大时，封闭空间的压力降低，造成气穴或气蚀，并使容积效率下降。
措施 在齿轮泵啮合部位侧面的泵盖上铣出两个困油卸荷凹槽。
8.内泄漏
三条途径泄漏
①通过齿轮啮合处的间隙
②通过泵体内孔和齿顶圆的径向间隙 ③通过齿轮两侧面和侧盖板间的端面间隙
9.径向力不平衡
现象
齿轮泵是吸油，压油区对称的非平衡式液压油泵。从吸油腔到压油腔，压力沿齿轮旋转的方向逐齿递减，因此，齿轮和轴受到径向不平衡力的作用。
危害
径向不平衡力很大时能使轴弯曲，齿顶与壳体接触（扫膛现象），同时加速轴承的磨损，降低了轴承的寿命。
措施
①采用压缩压油口的办法，以减少液压力对齿顶部分的作用面积来减小径向不平衡力；②采用开油槽的办法。
10.高压齿轮泵的特点
⑴浮动轴套式
⑵浮动侧板式
⑶挠性侧板式
11.叶片泵
⑴单作用叶片泵 （多为变量泵）
在转子转一周的过程中，每个工作腔完成一次吸油和压油。
⑵双作用叶片泵 （均为定量泵）
在转子转一周的过程中，每个工作腔完成两次吸油和压油。
12.液压缸的分类
按结构形式的不同可分为活塞泵、柱塞泵、摆动式、伸缩式等。
⑴活塞式液压泵
①单活塞杆式
②双活塞杆式 ③无活塞杆式
差动连接 当单活塞杆液压缸无杆腔和有杆腔同时接通压力油时，称为“差动连接。”
差动连接时的推力比非差动连接时小，但速度比非差动连接时大。因此，差动连接是一种减小推力而获得高速的方法。
⑵柱塞式液压缸 ⑶伸缩式液压缸 ⑷摆动式液压缸 ⑸增压缸
⑹齿轮齿条式液压缸
13.液压缸组件的构造
一般来说，液压缸的结构主要包括缸体结构、活塞杆导向部分结构、活塞连接结构、密封装置、液压缸安装连接结构、缓冲装置及排气装置等。
14.液压阀的分类 ⑴按功能分类
①压力控制阀
用来控制液压系统中液流压力的液压控制元件。
②流量控制阀
用来控制液压系统中液流流量的液压控制元件。
③方向控制阀
用来控制液压系统中液流的流动方向的液压控制元件。 ⑵按控制方式分类
①定值或开关控制阀
②比例控制阀
③伺服控制阀 ⑶按连接方式分类
①管式 ②板式
③叠加阀
④二通插装阀
⑤螺纹插装阀
15.方向控制阀
⑴单向阀
单向阀类似电路中的二极管，在液压系统中单向阀只允许液流沿一个方向流过，反向流动则被截止，因此也称为止回阀。
作用
保压、锁紧和消除油路干扰
⑵换向阀
换向阀借助于阀芯与阀体之间的相对运动来改变连接在阀体上各管道的通断关系，使油路接通、断开或改变油液的流动方向，从而实现液压执行元件及其驱动机构的起动、停止或变换运动方向。
根据换向时的操纵方式不同，换向阀可分为电磁换向阀、手动换向阀、机动换向阀、液动换向阀、电液换向阀等。
16.压力控制阀
⑴溢流阀
溢流阀在液压系统中主要起定压或安全保护的作用。
直动式溢流阀
先导式溢流阀
⑵减压阀
直动式减压阀 先导式减压阀
⑶顺序阀
顺序阀在液压系统中的主要作用是控制执行机构的先后顺序动作，以实现系统的自动控制。
直动式顺序阀 先导式顺序阀
⑷压力继电器 压力继电器是一种将油液的压力信号转换成电信号的小型电液控制元件。
17.流量控制阀
⑴节流阀（最基本的控制阀）
⑵调速阀
⑶分流阀
18.过滤器的作用
液压传动系统中的液压油不可避免地含有各种杂质，杂质混入液压油后，随着液压油的循环作用，进入液压元件内部，严重妨碍液压系统的正常工作。清除混入液压油中的杂质的最有效办法，除利用油箱沉淀一部分大颗粒杂质外，主要是利用各种过滤器来滤除。 19.过滤器的分类
⑴表面型过滤器 （粗过滤）
①网式过滤器 ②线隙式过滤器
⑵深度型过滤器 （精过滤） ①纸质过滤器 ②烧结式过滤器
⑶吸附型过滤器
20.过滤器在液压系统中的安装位置
（过滤器只能单向使用）
⑴安装在液压泵的吸油管路上
保护液压泵免遭较大颗粒的杂质的直接伤害
⑵安装在压油管路上
保护液压泵以外的其他液压元件
⑶安装在回油路上
保证流回油箱的油液是清洁的
⑷安装在辅助泵的输油路上
保证杂质不会进入主油路的各液压元件中
⑸安装在支流管路上
滤除混入油液中的杂质
⑹单独过滤
滤除油液中的全部杂质
21.油箱的作用
油箱的作用主要是储存油液，此外还起着散热、分离油液中的气体及沉淀污染物等作用。
22.蓄能器的工作原理与功用
蓄能器是液压系统中的一种能量储存装置。其主要作用如下：
⑴作辅助动力源
⑵补偿泄漏和保持恒压用
⑶作紧急动力源
⑷消除脉动与降低噪声
⑸吸收液压冲击
23.蓄能器的使用和安装
⑴充气式蓄能器应使用惰性气体（一般为氮气），允许工作压力视蓄能器结构形式而定。
⑵不同的蓄能器各有其适用的工作范围。
⑶囊式蓄能器原则上应垂直安装（油口向下），只有在空间位置受限制时才允许倾斜或水平安装。
⑷装在管路上的蓄能器必须用支板或支架固定。
⑸蓄能器与管路系统之间应安装截止阀，供充气、检修时使用。蓄能器与液压泵之间应安装单向阀，以防止液压泵停车时蓄能器内储存的压力油液倒流。
24.密封装置
密封装置的作用是用来防止压力工作介质的泄漏和阻止外界灰尘、污垢和异物的侵入，是解决液压系统泄漏问题的最关键、最有效的手段。液压系统如果密封不良，可能会出现不允许的内、外泄漏。
25.基本液压回路 ⑴压力控制回路
①调压回路
使液压系统整体或一部分的压力保持恒定或不超过某个数值。 ②减压回路
使系统中的某一部分油路具有较低的稳定压力。
③增压回路
通过增压缸来实现提高液压系统中的某一支路的工作压力。 ④卸荷回路
⑤保压回路
在执行元件停止运动，而油液需要保持一定的压力时，需要用到保压回路。 ⑥平衡回路
为防止立式液压缸和垂直运动的工作部件因自重而自行下滑，或在下行运动中由于自重而造成失控、失速的不稳定运动，常采用平衡回路。
⑦卸压回路
对容量大的液压缸和高压系统，应在保压与换向之间采取卸压措施。 ⑵速度控制回路
①节流调速回路（效率低） 工作原理是通过改变回路中流量控制阀通流面积的大小来控制进去执行元件的流量，以调节其运动速度。
②容积调速回路
容积调速回路是通过改变泵或马达的排量来实现调速的。
主要优点 没有节流损失和溢流损失，因而效率高，油液温升小，适用于高速、大功率调速系统。
缺点
变量泵和变量马达的结构较复杂，成本较高。
③增速回路
使液压执行元件获得所需要的高速，缩短机械的空程运动时间，从而提高系统的工作效率。
④速度换接回路
使液压执行机构在一个工作循环中从一种运动速度换到另一种运动速度。
⑶方向控制回路
①换向回路
②锁紧回路
通过切断执行元件的进油、出油通道来使它停在规定的位置上。
③缓冲回路
防止执行元件起动、停止时的冲击。
④回转回路
提高工作效率和整机机动性。 ⑷多执行元件控制回路
①顺序动作回路
实现多个执行元件按预定的次序动作的液压回路。
②同步动作回路
实现多个元件以相同的位移或相等的速度运动的液压回路。
③互不干扰回路
防止液压系统中的几个液压执行元件因速度快慢的不同而在动作上互相干扰的液压回路。 ⑸液压马达控制回路
①液压马达串、并联回路
适应行走机械的不同工况。
②液压马达制动回路
使液压马达迅速停转。
