学习情境1　认识液压传动

任务1　机床工作台液压系统的认识

【任务目标】

1.掌握机床工作台液压系统的基本工作原理，了解液压传动的系统组成。

2.了解液压传动的发展与应用。

3.了解液压传动的特点。

【任务描述】

观察、使用液压千斤顶了解液压传动的工作原理，分析机床往复运动工作台往返运动的工作过程，了解液压传动系统的组成与特点。

【知识准备】

流体传动可分为液体传动和气体传动。液压传动和液力传动均是以液体作为工作介质来进行能量传递的传动方式。液压传动主要是利用液体的压力能来传递能量；而液力传动则主要是利用液体的动能来传递能量。

1.液压传动的工作原理

图1-1-1是液压千斤顶的工作原理图。大油缸9和大活塞8组成举升液压缸。杠杆手柄1、小油缸2、小活塞3、单向阀4和7组成手动液压泵。如提起手柄使小活塞向上移动，小活塞下端油腔容积增大，形成局部真空，这时单向阀4打开，通过吸油管5从油箱12中吸油；用力压下手柄，小活塞下移，小活塞下腔压力升高，单向阀4关闭，单向阀7打开，下腔的油液经管道6输入举升油缸9的下腔，迫使大活塞8向上移动，顶起重物。再次提起手柄吸油时，单向阀7自动关闭，使油液不能倒流，从而保证了重物不会自行下落。不断地往复扳动手柄，就能不断地把油液压入举升缸下腔，使重物逐渐地升起。如果打开截止阀11，举升缸下腔的油液通过管道10、截止阀11流回油箱，活塞在自重和外力作用下就向下移动。

通过对上面液压千斤顶工作过程的分析，可以初步了解到液压传动的基本工作原理。液压传动是利用有压力的油液作为传递动力的工作介质。压下杠杆时，小油缸2输出压力油，是将机械能转换成油液的压力能，压力油经过管道6及单向阀7，推动大活塞8举起重物，是将油液的压力能又转换成机械能。大活塞8举升的速度取决于单位时间内流入大油缸9中油容积的多少。由此可见，液压传动是一个不同能量的转换过程。

从分析液压千斤顶的工作过程，可知液压传动的基本工作原理。

①液压传动以液体为传递运动和动力的工作介质；

②液压传动必须依靠密闭的容积（或密闭系统）内工作容积的变化传递能量；

③液压传动是一种能量转换装置，经过两次能量转换过程，先将机械能转换成液体的压力能，然后将便于输送的液体的压力能又转换成机械能。

2.液压传动系统的组成

液压千斤顶是一种简单的液压传动装置。下面以图1-1-2所示机床往复运动工作台的液压传动系统为例，进一步了解液压传动系统应具备的基本性能和组成。

从机床工作台液压系统可以看出，一个完整的、能够正常工作的液压系统，应该由以下五个主要部分组成。

（1）工作介质　工作介质指传递能量和信号的流体。在液压系统中通常用液压油作工作介质，同时还可起润滑、冷却和防锈的作用。

（2）能源装置　能源装置是指供给液压系统压力油，把机械能转换成液压能的装置。最常见的形式是液压泵（如图1-1-2中的液压泵17）。

（3）执行装置　执行装置是指把液压能转换成机械能的装置。包括做直线运动的液压缸（如图1-1-2中的液压缸2）和做回转运动的液压马达、摆动缸。它们又称为液压系统的执行元件。

（4）控制调节装置　控制调节装置是对系统中的压力、流量或流动方向进行控制或调节的装置。包括各种阀类元件（如图1-1-2中的换向阀5、节流阀7、溢流阀13等）。

（5）辅助装置　除以上装置外的其他元器件都称为辅助装置，如油箱、油管、管接头、过滤器、蓄能器、压力计等，起连接、储油、过滤、储存压力能和测量油液压力等作用，它们对保证系统正常工作是必不可少的。

【任务实施】

1.场地及设备

（1）场地　液压实训室、实训基地。

（2）设备　液压组合实训台、液压千斤顶及机床工作台液压系统。

2.机床工作台液压系统工作过程

液压缸2固定在床身上，活塞连同活塞杆带动工作台1做往复运动。液压泵17由电动机驱动，从油箱19中吸油。油液经滤油器18被吸入液压泵输入系统。在图1-1-2（a）所示状态下，压力油经开停阀10、节流阀7、换向阀5进入液压缸左腔，推动活塞使工作台向右移动。液压缸右腔的油经换向阀和回油管6排回油箱。改变换向阀阀芯工作位置［如图1-1-2（b）所示状态］，则液压缸活塞反向向左移动。

工作台的移动速度是通过节流阀7来调节的。当节流阀开大时，进入液压缸的油量增多，工作台的移动速度增大；当节流阀关小时，进入液压缸的油量减小，工作台的移动速度减小。为克服移动工作台时所受到的各种阻力，液压泵输出油液的压力应能调整。根据不同工作情况，液压泵输出的油液压力由溢流阀13进行调整。一般由于电机转速一定，使液压泵单位时间内输出的油液体积也为定值，而输入液压缸的油液多少由节流阀7调节，因此液压泵输出的多余油液须经溢流阀13流回油箱19。

为了克服移动工作台时所受到的各种阻力，液压缸必须产生一个足够大的推力，这个推力是由液压缸中的油液压力所产生的。要克服的阻力越大，缸中的油液压力越高；反之压力就越低。这种现象正说明了液压传动的一个基本原理——压力决定于负载。

3.液压传动系统图的图形符号

图1-1-2所示的液压系统是一种半结构式的工作原理图。它直观性强、容易理解，当液压系统发生故障时，根据原理图检查十分方便，但难于绘制。为了简化液压原理图的绘制，国家标准（GB/T 786.1—1993）规定了“液压气动图形符号”，这些符号只表示元件的职能，连接系统的通路，不表示元件的结构和参数，也不表示元件在机器中的实际安装位置，并以元件的静止状态或零位状态表示。一般液压传动系统图均应按标准规定的图形符号绘制，若某些元件无法用图形符号表示，或需着重说明系统中某一重要元件的结构和动作原理时，允许采用结构原理图表示。图1-1-3即为用图形符号绘制的图1-1-2所示的机床工作台液压系统工作原理图。

【知识拓展】

1.液压传动技术的应用和发展

液压传动从1795年英国制造出世界上第一台水压机诞生，至今已有200多年的历史。19世纪末，德国制造出液压龙门刨床，美国制成液压六角车床和磨床，但因当时缺乏成熟的液压元件以及受制造工艺水平的限制，液压传动技术的应用发展缓慢。二战期间，一些兵器由于采用了反应快、动作准、功率大的液压传动装置，大大提高了兵器的性能，同时推动了液压技术的发展。战后，液压传动技术迅速转向民用，在机械制造、工程建筑、交通运输、矿山冶金、航空航海、轻工、农林渔业等行业广泛地应用。20世纪60年代后，随着原子能技术、空间技术、计算机技术的发展，液压技术的应用更加广泛。

目前，液压技术正在向高压、高速、高效、大流量、大功率、微型化、低噪声、经久耐用、高度集成化和模块化、高可靠性及污染控制的方向发展。同时，随着计算机辅助设计、计算机仿真和优化、微机控制等技术在液压元件和液压系统设计中的快速应用，又使液压技术的发展向更广阔的领域渗透，发展成为包括传动、控制和检测在内的一门完整的自动化技术。因此采用液压传动的程度已成为衡量一个国家工业技术水平的重要标志之一。

我国的液压技术行业最初在20世纪50年代开始生产各种通用液压元件，应用于机床和锻压设备上，后来又用于拖拉机和工程机械。自1964年从国外引进一些液压元件生产技术以及进行自行设计以来，现已形成了系列，并在各种机械设备上得到了广泛的使用。当前，我国经济发展迅猛，液压工业也和其他工业一样，发展很快。我国已自行设计和生产出许多新型系列产品，如插装式锥阀、电液比例阀、电液比例阀、电液伺服阀、电液脉冲马达以及其他新型液压元件等。但由于过去基础薄弱，所生产的液压液压元件在品种与质量等方面和发达国家先进水平相比，还存在一定差距。可以预见，随着我国液压传动在各个工业领域的应用，液压技术将获得进一步发展，也将会越来越广泛。

2.液压传动的优缺点

液压传动与机械传动、电气传动、气压传动相比较主要有以下优点。

①相同功率的情况下，体积小、重量轻、结构紧凑、惯性小，可快速启动和频繁换向，能传递较大的力和转矩。

②可在运行过程中方便地实现无级调速，且调速范围大，可达100:1至2000:1。而其最低稳定转速可低至每分钟几转，可实现低速强力或低速大扭矩传动。

③传递运动均匀平稳、方便可靠，负载变化时速度较稳定。

④控制调节方便、省力，易于实现自动化。与电气控制或气动控制配合使用，能实现各种复杂的自动工作循环，而且可以实现远程控制或遥控。

⑤易于实现过载保护，同时液压元件可自行润滑，使用寿命较长。

⑥液压元件实现了标准化、通用化、系列化，便于设计制造和推广使用。

⑦液压传动系统元件之间用管路连接时，布置安装方便灵活。

液压传动的主要缺点。

①液压系统存在泄漏和液体的可压缩性，影响运动的平稳性和准确性，使得液压传动不能保证严格的传动比。

②对油温变化较敏感，运动件的速度不易保持稳定，同时对油液的清洁程度要求高。所以它不宜在温度变化很大的环境条件下工作。

③为减少泄漏，液压元件制造精度要求较高，加工工艺较复杂，因而成本造价较高。

④系统发生故障时，不易检查和排除。

⑤传动过程中需经两次能量转换，能量损失较大，因而传动效率较低，不宜于远距离传动。

总之，液压传动的优点是主要的，随着设计制造和使用水平的不断提高，有些缺点正在逐步加以克服。液压传动有着广泛的发展前景。

【思考与练习】

1.什么是液压传动？简述其工作原理。

2.液压系统由哪几部分组成？各组成部分的作用是什么？

3.液压传动有哪些优缺点？最突出的优点是什么？目前最难解决的缺点是什么？

4.根据图1-1-3画出液压泵、液压缸、溢流阀、节流阀、滤油器的图形符号。