學習情境1　認識液壓傳動

任務1　機床工作臺液壓系統的認識

【任務目標】

1.掌握機床工作臺液壓系統的基本工作原理，了解液壓傳動的系統組成。

2.了解液壓傳動的發展與應用。

3.了解液壓傳動的特點。

【任務描述】

觀察、使用液壓千斤頂了解液壓傳動的工作原理，分析機床往復運動工作臺往返運動的工作過程，了解液壓傳動系統的組成與特點。

【知識準備】

流體傳動可分為液體傳動和氣體傳動。液壓傳動和液力傳動均是以液體作為工作介質來進行能量傳遞的傳動方式。液壓傳動主要是利用液體的壓力能來傳遞能量；而液力傳動則主要是利用液體的動能來傳遞能量。

1.液壓傳動的工作原理

圖1-1-1是液壓千斤頂的工作原理圖。大油缸9和大活塞8組成舉升液壓缸。杠桿手柄1、小油缸2、小活塞3、單向閥4和7組成手動液壓泵。如提起手柄使小活塞向上移動，小活塞下端油腔容積增大，形成局部真空，這時單向閥4打開，通過吸油管5從油箱12中吸油；用力壓下手柄，小活塞下移，小活塞下腔壓力升高，單向閥4關閉，單向閥7打開，下腔的油液經管道6輸入舉升油缸9的下腔，迫使大活塞8向上移動，頂起重物。再次提起手柄吸油時，單向閥7自動關閉，使油液不能倒流，從而保證了重物不會自行下落。不斷地往復扳動手柄，就能不斷地把油液壓入舉升缸下腔，使重物逐漸地升起。如果打開截止閥11，舉升缸下腔的油液通過管道10、截止閥11流回油箱，活塞在自重和外力作用下就向下移動。

通過對上面液壓千斤頂工作過程的分析，可以初步了解到液壓傳動的基本工作原理。液壓傳動是利用有壓力的油液作為傳遞動力的工作介質。壓下杠桿時，小油缸2輸出壓力油，是將機械能轉換成油液的壓力能，壓力油經過管道6及單向閥7，推動大活塞8舉起重物，是將油液的壓力能又轉換成機械能。大活塞8舉升的速度取決于單位時間內流入大油缸9中油容積的多少。由此可見，液壓傳動是一個不同能量的轉換過程。

從分析液壓千斤頂的工作過程，可知液壓傳動的基本工作原理。

①液壓傳動以液體為傳遞運動和動力的工作介質；

②液壓傳動必須依靠密閉的容積（或密閉系統）內工作容積的變化傳遞能量；

③液壓傳動是一種能量轉換裝置，經過兩次能量轉換過程，先將機械能轉換成液體的壓力能，然后將便于輸送的液體的壓力能又轉換成機械能。

2.液壓傳動系統的組成

液壓千斤頂是一種簡單的液壓傳動裝置。下面以圖1-1-2所示機床往復運動工作臺的液壓傳動系統為例，進一步了解液壓傳動系統應具備的基本性能和組成。

從機床工作臺液壓系統可以看出，一個完整的、能夠正常工作的液壓系統，應該由以下五個主要部分組成。

（1）工作介質　工作介質指傳遞能量和信號的流體。在液壓系統中通常用液壓油作工作介質，同時還可起潤滑、冷卻和防銹的作用。

（2）能源裝置　能源裝置是指供給液壓系統壓力油，把機械能轉換成液壓能的裝置。最常見的形式是液壓泵（如圖1-1-2中的液壓泵17）。

（3）執行裝置　執行裝置是指把液壓能轉換成機械能的裝置。包括做直線運動的液壓缸（如圖1-1-2中的液壓缸2）和做回轉運動的液壓馬達、擺動缸。它們又稱為液壓系統的執行元件。

（4）控制調節裝置　控制調節裝置是對系統中的壓力、流量或流動方向進行控制或調節的裝置。包括各種閥類元件（如圖1-1-2中的換向閥5、節流閥7、溢流閥13等）。

（5）輔助裝置　除以上裝置外的其他元器件都稱為輔助裝置，如油箱、油管、管接頭、過濾器、蓄能器、壓力計等，起連接、儲油、過濾、儲存壓力能和測量油液壓力等作用，它們對保證系統正常工作是必不可少的。

【任務實施】

1.場地及設備

（1）場地　液壓實訓室、實訓基地。

（2）設備　液壓組合實訓臺、液壓千斤頂及機床工作臺液壓系統。

2.機床工作臺液壓系統工作過程

液壓缸2固定在床身上，活塞連同活塞桿帶動工作臺1做往復運動。液壓泵17由電動機驅動，從油箱19中吸油。油液經濾油器18被吸入液壓泵輸入系統。在圖1-1-2（a）所示狀態下，壓力油經開停閥10、節流閥7、換向閥5進入液壓缸左腔，推動活塞使工作臺向右移動。液壓缸右腔的油經換向閥和回油管6排回油箱。改變換向閥閥芯工作位置［如圖1-1-2（b）所示狀態］，則液壓缸活塞反向向左移動。

工作臺的移動速度是通過節流閥7來調節的。當節流閥開大時，進入液壓缸的油量增多，工作臺的移動速度增大；當節流閥關小時，進入液壓缸的油量減小，工作臺的移動速度減小。為克服移動工作臺時所受到的各種阻力，液壓泵輸出油液的壓力應能調整。根據不同工作情況，液壓泵輸出的油液壓力由溢流閥13進行調整。一般由于電機轉速一定，使液壓泵單位時間內輸出的油液體積也為定值，而輸入液壓缸的油液多少由節流閥7調節，因此液壓泵輸出的多余油液須經溢流閥13流回油箱19。

為了克服移動工作臺時所受到的各種阻力，液壓缸必須產生一個足夠大的推力，這個推力是由液壓缸中的油液壓力所產生的。要克服的阻力越大，缸中的油液壓力越高；反之壓力就越低。這種現象正說明了液壓傳動的一個基本原理——壓力決定于負載。

3.液壓傳動系統圖的圖形符號

圖1-1-2所示的液壓系統是一種半結構式的工作原理圖。它直觀性強、容易理解，當液壓系統發生故障時，根據原理圖檢查十分方便，但難于繪制。為了簡化液壓原理圖的繪制，國家標準（GB/T 786.1—1993）規定了“液壓氣動圖形符號”，這些符號只表示元件的職能，連接系統的通路，不表示元件的結構和參數，也不表示元件在機器中的實際安裝位置，并以元件的靜止狀態或零位狀態表示。一般液壓傳動系統圖均應按標準規定的圖形符號繪制，若某些元件無法用圖形符號表示，或需著重說明系統中某一重要元件的結構和動作原理時，允許采用結構原理圖表示。圖1-1-3即為用圖形符號繪制的圖1-1-2所示的機床工作臺液壓系統工作原理圖。

【知識拓展】

1.液壓傳動技術的應用和發展

液壓傳動從1795年英國制造出世界上第一臺水壓機誕生，至今已有200多年的歷史。19世紀末，德國制造出液壓龍門刨床，美國制成液壓六角車床和磨床，但因當時缺乏成熟的液壓元件以及受制造工藝水平的限制，液壓傳動技術的應用發展緩慢。二戰期間，一些兵器由于采用了反應快、動作準、功率大的液壓傳動裝置，大大提高了兵器的性能，同時推動了液壓技術的發展。戰后，液壓傳動技術迅速轉向民用，在機械制造、工程建筑、交通運輸、礦山冶金、航空航海、輕工、農林漁業等行業廣泛地應用。20世紀60年代后，隨著原子能技術、空間技術、計算機技術的發展，液壓技術的應用更加廣泛。

目前，液壓技術正在向高壓、高速、高效、大流量、大功率、微型化、低噪聲、經久耐用、高度集成化和模塊化、高可靠性及污染控制的方向發展。同時，隨著計算機輔助設計、計算機仿真和優化、微機控制等技術在液壓元件和液壓系統設計中的快速應用，又使液壓技術的發展向更廣闊的領域滲透，發展成為包括傳動、控制和檢測在內的一門完整的自動化技術。因此采用液壓傳動的程度已成為衡量一個國家工業技術水平的重要標志之一。

我國的液壓技術行業最初在20世紀50年代開始生產各種通用液壓元件，應用于機床和鍛壓設備上，后來又用于拖拉機和工程機械。自1964年從國外引進一些液壓元件生產技術以及進行自行設計以來，現已形成了系列，并在各種機械設備上得到了廣泛的使用。當前，我國經濟發展迅猛，液壓工業也和其他工業一樣，發展很快。我國已自行設計和生產出許多新型系列產品，如插裝式錐閥、電液比例閥、電液比例閥、電液伺服閥、電液脈沖馬達以及其他新型液壓元件等。但由于過去基礎薄弱，所生產的液壓液壓元件在品種與質量等方面和發達國家先進水平相比，還存在一定差距。可以預見，隨著我國液壓傳動在各個工業領域的應用，液壓技術將獲得進一步發展，也將會越來越廣泛。

2.液壓傳動的優缺點

液壓傳動與機械傳動、電氣傳動、氣壓傳動相比較主要有以下優點。

①相同功率的情況下，體積小、重量輕、結構緊湊、慣性小，可快速啟動和頻繁換向，能傳遞較大的力和轉矩。

②可在運行過程中方便地實現無級調速，且調速范圍大，可達100:1至2000:1。而其最低穩定轉速可低至每分鐘幾轉，可實現低速強力或低速大扭矩傳動。

③傳遞運動均勻平穩、方便可靠，負載變化時速度較穩定。

④控制調節方便、省力，易于實現自動化。與電氣控制或氣動控制配合使用，能實現各種復雜的自動工作循環，而且可以實現遠程控制或遙控。

⑤易于實現過載保護，同時液壓元件可自行潤滑，使用壽命較長。

⑥液壓元件實現了標準化、通用化、系列化，便于設計制造和推廣使用。

⑦液壓傳動系統元件之間用管路連接時，布置安裝方便靈活。

液壓傳動的主要缺點。

①液壓系統存在泄漏和液體的可壓縮性，影響運動的平穩性和準確性，使得液壓傳動不能保證嚴格的傳動比。

②對油溫變化較敏感，運動件的速度不易保持穩定，同時對油液的清潔程度要求高。所以它不宜在溫度變化很大的環境條件下工作。

③為減少泄漏，液壓元件制造精度要求較高，加工工藝較復雜，因而成本造價較高。

④系統發生故障時，不易檢查和排除。

⑤傳動過程中需經兩次能量轉換，能量損失較大，因而傳動效率較低，不宜于遠距離傳動。

總之，液壓傳動的優點是主要的，隨著設計制造和使用水平的不斷提高，有些缺點正在逐步加以克服。液壓傳動有著廣泛的發展前景。

【思考與練習】

1.什么是液壓傳動？簡述其工作原理。

2.液壓系統由哪幾部分組成？各組成部分的作用是什么？

3.液壓傳動有哪些優缺點？最突出的優點是什么？目前最難解決的缺點是什么？

4.根據圖1-1-3畫出液壓泵、液壓缸、溢流閥、節流閥、濾油器的圖形符號。