液压传动基础知识
拟稿人：高俊坤 第一次修编人： 第二次修编人
一、液压传动原理及组成
1、原理
液压传动基本原理：液压系统利用液压泵将原动机的机械能转换成液体的压力能，通过液体压力能变换来传递能量，经过各种控制阀和管路的传递，借助于液压执行元件把液体压力能转换为机械能，从而驱动工作机构，实现直线往复运动和回转运动。
液压的两个基本特征是：压力取决于负载；速度取决于流量。 图1.1是一个能实现工作台往复运动的简单的液压系统工作原理图。
（a）
图1.1 液压传动系统工作原理图（结构形式）
1—油箱；2—滤油器；3—液压泵；4—节流阀；5—溢流阀；6—换向阀； 7—操纵手柄；8—液压缸；9—活塞；10—工作台。
电动机(图中未示出)带动液压泵3旋转，泵3从油箱1吸油，然后将具有压力能
的油液输入管路，油液通过节流阀4再经过换向阀6进入液压缸左腔(或右腔)，液压缸右腔(或左腔)的油液则经过换向阀后流回油箱（图1.1b或1.1c）。 由于设置了换向阀6，就能改变油液流动方向，并使液压缸换向，以实现工作台所需要的往复运动。 工作台运动速度的调节，可以通过改变节流阀4开口的大小，以调节通过节流阀的流量来达到。
工作台移动需克服的负载(如切削力、摩擦力等)不同时，所需要的工作压力也不同。因此，液压泵输出油液的压力应能通过溢流阀5来调整。另外，由于工作台速度需要调节，所以进入液压缸的流量也要改变。一般情况下，液压泵输出的压力油多于液压缸所需要的油液，因此，多余的油液应能及时排回油箱，这些功能由溢流阀5来完成。图中的2为网式滤油器，起滤清油液的作用。 图1.1所示的液压系统图，其中的元件基本都用结构（或半结构）的形式画出的示意图，故称为结构原理图，这种图形较直观，易于初学者接受，但图形复杂。为此，目前国内外都广泛采用元件的图形符号来绘制液压系统原理图。例如图1.2
图1.2 液压传动系统工作原理图（用图形符号）
图1.2液压图形符号脱离了元件的具体结构，只表示元件的功能，使系统图
简化，原理简单明了，便于阅读、分析、设计、和绘制。我们接触的液压原理图都是用图1.2此种形式表示的。 2、组成
一个完整的液压系统由五个部分组成。即：动力元件、执行元件、控制元件、辅助元件和工作介质。
（1）动力元件的作用是将原动机的机械能转换成液体的压力能。指液压系统中的油泵，它向整个液压系统提供动力，液压泵的结构形式一般有齿轮泵、叶片泵、柱塞泵。
（2）执行元件一般指液压缸或液压马达。它的作用是将液体的压力能转换为机械能，驱动负载作直线往反运动或回转运动。
（3）控制元件一般指各种液压阀。它在液压系统中控制和调节液压的压力、流量和方向。
（4）辅助元件包括油箱、滤油器、油管和管接头、密封圈、压力表、油位油温计、蓄能器、冷却器、加热器、等。 （5）通常工作介质一般就是液压油。 二、液压传动特点及应用
1、优点：与机械传动，电气传动相比，液压系统具有以下特点： (1) 液压传动的各种元件可以根据需要方便灵活的布置。 (2) 重量轻、体积小、运动惯性小、反应速度快。 (3) 操纵控制方便，可实现大范围的无极调速。 (4) 可自动实现过载保护，以免发生危险。
(5) 一般采用矿物油作为工作介质，相对运动面可自动润滑，使用寿命长。 (6) 很容易实现直线运动。
(7) 便于实现自动化和中等距离内的能量分配、传输和控制，借助于各种阀可实现机器运行自动化，与电气控制元件组成的电液符合系统，不但可以实现更高程度的自动化控制过程，而且还可以实现中等距离遥控。 2、缺点：当然液压 传动也存在着一些缺点：
(1)由于流动的阻力和泄漏较大，所以效率较低，如果处理不及时，泄漏可能导 致更大的事故。
(2)由于工作性能易受到温度变化的影响。因此不宜在很高或很低的温度条件下 工作。
(3)液压元件的控制精度要求较高，因而价格较贵。
(4)由于液体介质的泄露及可压缩性影响，不能得到严格的传动比 (5)液压传动出故障时不易找出原因，使用和维修要求有较高的技术水平 (6) 需要良好的维护保养，以防止生锈、腐蚀、污垢、油变质等等。所以必须保持清洁和使用适当的液压油。 2、应用
液压技术的应用领域非常广泛，包括机械制造、车辆工程、冶金采矿、农业机械以及游乐设备领域的应用。
我们园区有关液压的应用主要包括飞行影院动感平台的提升、灾难巨幕平台升降及洪水特技闸门打开；室外项目高空飞翔座椅升降、以及儿童馆青蛙跳项目座椅升降、还有影视跳楼机低速抱闸控制。这些都是由液压实现的。
三、 液压传动工作介质
在液压传动中，液压油液是传递动力和信号的工作介质。同时，它还起润滑、密封、冷却、防锈作用。液压系统能否可靠、有效地工作，在很大程度上取决于系统中所用的油液。因此，在掌握液压系统之前，必须对液压油液有一清晰的了解。
1、液压系统的工作介质应符合规定。基本要求如下：
（1）有适当的粘度和良好的粘温特性。粘度是选择工作介质的首要因素。液压油的粘性，对减少间隙的泄露、保证液压元件的密封性能都起着重要作用。粘度过高，各部件运动阻力增加，温升快，泵的自吸能力下降，同时，管道压力降和功率损失增大。反之，粘度过低会增加系统的泄露，并使液压油膜支撑能力下降，而导致摩擦副间产生摩擦。所以工作介质要有合适粘度范围，同时在温度、压力变化和剪切力作用下，油的粘度变化要小。所有工作介质的粘度都随温度的升高而降低。一般情况下，在高压或高温条件下工作时，为了获得较高的容积效率，不使油的粘度过低，应采用高牌号液压油；低温时或泵的吸入条件不好时应采用底牌号液压油。
（2） 氧化安定性要好。工作介质与空气接触，特别是在高温、高压下容易氧化、
变质。氧化后酸值增加会增强腐蚀性，氧化生成的粘稠状油泥会堵塞滤油器，妨碍部件的动作及降低系统效率。因此要求它具有良好的氧化安定性和热安定性。 （2）抗乳化性、抗泡沫性好。工作介质在工作中可能混入水或出现凝结水。混有水分子的工作介质在泵和其它元件的长期剧烈搅拌下，易形成乳化液，使工作介质水解变质或生成沉淀物，引起工作系统锈蚀和腐蚀，所以要求工作介质有良好的抗乳化性。
2、液压油液的污染及其控制。
液压系统中的污染物，是指包含在油液中的固体颗粒、水、空气、化学物质、微生物和污染能量等杂物。液压油液被污染后，将对系统及元件产生下述不良后果。
（1）固体颗粒加速元件磨损，堵塞缝隙及滤油器，使泵、阀性能下降，产生噪声。
（2）水的浸入加速油液氧化，并和添加剂起作用产生粘性胶质，使滤芯堵塞。 （3）空气的混入降低油液的体积模量，引起汽蚀，降低油液的润滑性。 （4）溶剂、表面活性化合物化学物质使金属腐蚀。 污染原因
液压油液遭受污染的原因很复杂，主要表现在以下几个方面：
（1）液压装置组装时残留的污染物，包括切屑、型砂、磨粒、焊渣、铁锈等。 （2）从周围环境混入的污染物，包括空气、尘埃、水滴等。
（3）在工作中产生的污染物，包括金属微粒、锈斑、涂料剥离片、密封材料剥离片、水份、气泡、液压油变质后的胶状生成物等。 污染度的等级
为了描述和评定液压油液污染的程度，以便对它进行控制，有必要规定出液压油液的污染度等级。目前普遍采用美国NAS1638油液污染度等级。
美国NAS1638污染度等级如下表1.3所示。以颗粒浓度为基础，按100mL油液中在给定的5个颗粒尺寸区间内的最大允许颗粒数划分为14个等级，最清洁的未00级，污染最高的为12级。
表1.3NAS1638污染度分级标准（100mL液压油液中颗粒数）
尺寸 污 染 等 级
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