1.2　液壓傳動的工作原理及系統構成

1.2.1　液壓傳動的工作原理

液壓與氣壓傳動的基本工作原理是相似的，現以圖1.1所示的液壓千斤頂來簡述液壓傳動的工作原理。如圖1.1所示，當向上抬起杠桿時，手動液壓泵的小活塞向上運動，小液壓缸l的下腔容積增大形成局部真空，排油單向閥2關閉，油箱4的油液在大氣壓作用下經吸油管頂開吸油單向閥3進入小液壓缸下腔。當向下壓杠桿時，小液壓缸下腔容積減小，油液受擠壓，壓力升高。關閉吸油單向閥3，頂開排油單向閥2，油液經排油管進入大液壓缸6的下腔。推動大活塞上移頂起重物。如此不斷上下扳動杠桿，則不斷有油液進入大液壓缸下腔，使重物逐漸舉升。如杠桿停止動作，大液壓缸下腔油液壓力將使排油單向閥2關閉，大活塞連同重物一起被自鎖，停止在舉升位置。如打開截止閥5，大液壓缸下腔通油箱，大活塞將在自重作用下向下移動，迅速回復到原始位置。

由液壓千斤頂的工作原理得知：

液壓缸1與單向閥2、3一起完成吸油與排油，將杠桿的機械能轉換為油液的壓力能輸出，稱為（手動）液壓泵。大液壓缸6將油液的壓力能轉換為機械能輸出，抬起重物，稱為（舉升）液壓缸。在這里大、小液壓缸組成了最簡單的液壓傳動系統，實現了力和運動的傳遞。

1.力的傳遞

設液壓缸活塞面積為A2，作用在活塞上的負載力為F2。該力在液壓缸中所產生的液體壓力為

p2=F2/A2　　（1.1）

根據帕斯卡原理，“在密閉容器內，施加于靜止液體上的壓力將以等值同時傳到液體各點”，液壓泵的排油壓力p1應等于液壓缸中的液體壓力p2，即

p1=p2=p　　（1.2）

為了克服負載力使液壓缸活塞運動，應使作用在液壓泵活塞上的作用力F1為

F1=p1A1=p2A1=pA1　　（1.3）

式中　A1——液壓泵活塞面積。

由式（1.1）、式（1.2）和式（1.3）可得

F1A2=F2A1　　（1.4）

在A1、A2一定時，負載力F2越大，系統中的壓力p也越高，所需的作用力F1也越大，即系統壓力與外負載密切相關。這是液壓與氣壓傳動工作原理的第—個特征：液壓與氣壓傳動中的工作壓力取決于外負載。

2.運動的傳遞

如果不考慮液體的可壓縮性、漏損和缸體、管路的變形，液壓泵排出的液體體積必然等于進入液壓缸的液體體積。我們把單位時間內從液壓泵中排出的液體體積或進入液壓缸的液體體積稱為流量。設液壓泵活塞位移為h1，液壓缸活塞位移為h2，運動時間為t，則有

h1A1=h2A1　　（1.5）

則　　q1=v1A1=v2A2=q2　　（1.7）

式中：v1、v2——液壓泵活塞和液壓缸活塞的平均運動速度；

q1、q2——液壓泵輸出的平均流量和液壓缸輸入的平均流量。

由上述可見，液壓與氣壓傳動是靠密閉工作容積變化相等的原則實現運動（速度和位移）傳遞的。調節進入液壓缸的流量q即可調節活塞的運動速度v。這是液壓與氣壓傳動工作原理的第二個持征：活塞的運動速度只取決于輸入流量的大小，而與外負載無關。

3.功率

由式（1.4）和式（1.7）可得

F1v1=F2v2　　（1.8）

式（1.8）左端為輸入功率，右端為輸出功率。這說明在不計損失的情況下輸入功率等于輸出功率。由式（1.7）和式（1.8）還可得出

P=pA1v1=pA2v2=pq　　（1.9）

由式（1.9）可知，液壓與氣壓傳動中的功率P可以用壓力p和流量q的乘積來表示，壓力和流量是流體傳動中最基本、最重要的參數，相當于機械傳動中的力F和速度v，它們的乘積即為功率。

由以上分析可知，液壓傳動和氣壓傳動是以流體的壓力能來傳遞動力的。

1.2.2　液壓傳動系統的組成

以圖1.2所示磨床工作臺液壓系統為例說明液壓系統的組成。它的工作原理如下：液壓泵4在電動機（圖中未畫出）的帶動下旋轉，油液由油箱1經過濾器2被吸入液壓泵，以液壓泵輸入的壓力油通過手動換向閥9，節流閥13、換向閥15進入液壓缸18的左腔，推動活塞17和工作臺19向右移動，液壓缸18右腔的油液經換向閥15排回油箱。如果將換向閥15轉換成如圖1.2（b）所示的狀態，則壓力油進入液壓缸18的右腔，推動活塞17和工作臺19向左移動，液壓缸18左腔的油液經換向閥15排回油箱。工作臺19的移動速度由節流閥13來調節。當節流閥開大時，進入液壓缸18的油液增多，工作臺的移動速度增大；當節流閥關小時，工作臺的移動速度減小。液壓泵4輸出的壓力油除了進入節流閥13以外，其余的由溢流閥7流回油箱。如果將手動換向閥9轉換成如圖1.2（c）所示的狀態，液壓泵輸出的油液經手動換向閥9流回油箱，這時工作臺停止運動，液壓系統處于卸荷狀態。

從上述例子可以看出，液壓傳動是以液體作為工作介質來進行工作的，一個完整的液壓傳動系統由以下幾部分組成：

（1）液壓泵（動力元件）——是將原動機所輸出的機械能轉換成液體壓力能的元件，其作用是向液壓系統提供壓力油，液壓泵是液壓系統的心臟。

（2）執行元件——把液體壓力能轉換成機械能以驅動工作機構的元件，執行元件包括液壓缸和液壓馬達。

（3）控制元件——包括壓力、方向、流量控制閥，是對系統中油液壓力、流量、方向進行控制和調節的元件。

（4）輔助元件——上述三個組成部分以外的其他元件，如管道、管接頭、油箱、濾油器等為輔助元件。

1.2.3　液壓傳動系統圖及圖形符號

圖1.2（a）所示的液壓系統中，各元件都是以結構符號表示的，稱為結構式原理圖。它直觀性強，容易理解，但圖形復雜，繪制困難。為了簡化液壓系統圖，目前各國均用元件的圖形符號來繪制液壓系統圖。這些符號只表示元件的職能及連接通路，而不表示其結構。目前我國的液壓系統圖采用GB/T 786.1—2009所規定的圖形符號繪制，如圖1.3所示。