湖南工业职业技术学院教案 -...

湖南工业职业技术学院教案

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第一讲

☆课题第一章液压传动概述1．1 液压传动的工作原理、系统组成及图形符号1．2 液压传动的的特点第二章液压流体力学基础2．1 液压油

☆教学准备制作 CAI 课件、挂图、电子教案

☆目的与要求 1: 了解液压传动的优缺点及应用发展2: 掌握液压传动的特点、原理和组成

3: 了解液压油的种类、选用原则4: 掌握液压油的物理性质

☆难点与重点难点: 液压传动的原理、液压油的物理性质重点: 液压传动的原理、特点、组成和作用；

液压油的物理性质

☆授课方式多媒体授课

☆教学过程（检查复习，讲授新课，巩固复习，课堂小结，安排作业。）

检查复习：由前述课程引入新课


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讲授新课：第一章液压传动概述

一、液压传动的工作原理（以千斤顶为例）

液压千斤顶原理见图 1-1。当向下压杠杆 1 时，小活塞 3 使缸 2 内的液体经管道 6、阀 7 进入

大缸 9，并使活塞 8 上升，顶起重物 W。适当地选择大、小活塞面积和杠杆比，就可以人力升起很

重的负载 W。

图 1-1 液压千斤顶的工作原理

二、液压系统的组成从上面的例子可以看出，液压系统若能正常工作必须由以下五部分组成：

⒈动力装置即液压泵，它可将机械能转化成液压能，是一个能量转化装置。

⒉执行元件其作用是将液压能重新转化成机械能，克服负载，带动机器完成所需的运动。

包括液压缸和液压马达。

⒊控制调节元件如各种阀。其中有方向阀和压力阀两种。

⒋辅助元件如油箱、油管、滤油器等。

⒌工作介质它在液压传动及控制中起传递运动、动力及信号的作用。工作介质为液压油或其

它合成液体。

三、液压系统的图形符号

图 1-1 和图 1-2（a）所示是一种半结构式的工作原理图，虽然直观但绘制起来比较麻烦。图形


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符号脱离元件的具体结构，只表示元件的职能。使用这些符号可使液压系统简单明了，便于阅读、

分析、设计和绘制。图 1-2（b）是机床工作台液压传动系统的图形符号。按照规定，液压元件的图

形符号应以元件的禁止位置或零位来表示。若液压元件无法用图形符号表示时，仍允许采用半结构

原理图表示。

四、液压传动的优缺点

⒈优点：1）可以在运行过程中实现大范围的无机调速。

2）在同等输出功率下，液压传动装置的体积小、重量轻、运动惯量小、动态性能好。

3）采用液压传动可实现无间隙传动，运动平稳。

4）便于实现自动工作循环和自动过载保护。

5）由于一般采用油作为传动介质，因此液压元件有自我润滑作用，有较长的使用寿命。

6）液压元件都是标准化、系列化的产品，便于设计、制造和推广应用。

7）液压传动系统操作简单，调整控制方便，易于实现自动化。特别是与机、电、气联合使用，

能方便地实现复杂的自动工作循环。

2．缺点：1）损失大、效率低、发热大。

2）不能得到定比传动。

3）当采用油作为传动介质时还需要注意防火问题。

4）液压元件加工精度要求高，造价高。

5）液压系统的故障比较难查找，对操作人员的技术水平要求高。

（a）（b）图 1-2 机床工作台液压传动系统


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五、液压传动的应用和发展

1．应用：

火炮跟踪、飞机和导弹的动、炮塔稳定、海底石油探测平台固定、煤矿矿

井支承、矿山用的风钻、火车的刹车装置、液压装载、起重、挖掘、轧钢机组、

数控机床、多工位组合机床、全自动液压车床、液压机械手等。

2．发展概况：液压传动相对于机械传动来说，是一门发展较晚的技术。从 17 世纪中叶巴斯提出静压传递原

理、18 世纪末英国制成了液压龙门刨床，美国制成了液压转塔车床和磨床。由于缺乏成熟的液压元

件，一些通用机床到 20 世纪年代才用上了液压传动。

第二次世界大战期间，由于军事工业需要反应快、动作准确的自动控制系统，促进了液压技术

的发展。战后液压技术迅速转向民用。随着工业水平的不断提高，各种液压元件的研制不断完善并

实现了各类元件产品的标准化、系列化和通用化，从而使它在机械制造、工程机械、农业机械、汽

车制造等行业得到推广应用。20 世纪 60 年代以来，随着原子能、空间技术、计算机技术的发展，

液压技术得到了很大的发展，并渗透到各个工业领域中。液压技术开始向高压、高速、大功率、低

噪音、低能耗、经久耐用、高度集成化等方向发展。

从 20 世纪 70 年代开始，电子技术和计算机技术迅速发展并进入液压技术领域，在产品设计、

制造和测试方面采用了这些先进技术，取得了显著的效益。利用计算机辅助设计进行液压元件和液

压系统的设计计算、性能仿真、自动绘图以及数据的采集和处理，可提高液压产品的质量，优化其

性能，降低成本，并大大缩短其生产和交货周期。在设备控制方面，利用计算机控制液压系统，可

简化操作提高劳动生产率，提高自动化水平，并增加产品的可靠性。因此，近年来，液压行业对于

计算机技术的应用给予极大的关注，其中计算机辅助设计 CAD 的推广使用和数字控制液压元件的研

制开发尤其突出。另外，减小元件的体积和重量，提高元件的寿命研制新介质以及污染控制的研究，

也是当前液压传动及液压控制技术发展和研究的重要课题。

我国的液压工业开始与 20 世纪 50 年代，其产品最初只用于机床和锻压设备，后来又由于拖拉

机和工程机械。自 20 世纪 60 年代开始，从国外引进液压元件生产技术，同时自行设计液压产品。

我国生产的液压元件已形成系列，并在各种机械设备上得到了广泛的应用。目前，我国生产的液压

元件已形成系列，并在各种机械设备上得到了广泛的应用。目前我国已开发研制了中高压齿轮泵、

插装式锥阀、电液比例阀、叠加阀以及新系列中、高压阀等。尽管如此，我国的液压元件和液压产

品与国外先进的同类产品相比，在性能上，在种类、规格上仍存在着较大的差距。

为了迅速赶超世界先进水平，我国已瞄准世界发展主流的液压元件系列型谱，有计划地引进、


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消化、吸收国外最先进的液压技术和产品，并对我国正生产的液压产品进行整顿，合理调整产品结

构，大力开展产品国产化工作。可以预见，我国的液压技术在 21 世纪必将获得更快的发展。

发展趋势：

目前，流体传动技术正在向着高压、高速、高效率、大流量、大功率、微型化、低噪声、低能

耗、经久耐用、高度集成化方向发展，向着用计算机控制的机电一体化方向发展。

六、液压油

液压传动及液压控制系统所用液压油的种类很多，主要可分为石油型、合成型和乳化型三大类。

石油型液压油的粘度较高、润滑性能较好，但其抗燃性较差。在一些高温、易燃、易爆的工作场合，

为安全起见，其液压系统常使用合成型和乳化型液压油，这类液压油的抗燃性较好。

1．液压油的物理性质

1）液体的密度

密度ρ：单位体积液体的质量

ρ= m/v （kg/m 3）

式中 m ：液体的质量(kg)；

V ：液体的体积（m3）。

2）液体的粘性与粘度

（1）粘性的含义: 液体在流动时产生内摩擦力的特性。静止液体则不显示粘性。

（2）液体的粘度：液体粘性的大小可用粘度来衡量。粘度是液体的根本特性，也是选择液压

油的最重要指标。常用的粘度有三种不同单位：即动力粘度、运动粘度和相对粘度。

①动力粘度（绝对粘度）μ

液体在外力作用下流动时，其流动受到牵制，且在流动截面上各点的流速不同。各层液体间有

相互牵制作用，这种相互牵制的力称作液体内的摩擦力或粘性力。用“F”表示。

F=μA. du/dy 或τ=μ.du/dy

μ－液体动力粘度；

τ－单位面积上地摩擦力；

du/dy－速度梯度；

此式又称为牛顿内摩擦定律如图 2-1 所示。


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VV

p

1

图 2-1 液体粘性示意图

物理意义：当速度梯度为 1时接触液层间单位面积上的内摩擦力。

法定计量单位：帕·秒（Pa·s）

②运动粘度ν

定义：动力粘度μ与密度ρ之比

ν=μ/ρ

法定计量单位：m2/s

由于ν的单位中只有运动学要素，故称为运动粘度。液压油的粘度等级就是以其 40ºC 时运动

粘度的某一平均值来表示，如 L-HM32 液压油的粘度等级为 32，则 40ºC 时其运动粘度的平均值为

32mm2/s

③恩氏粘度

恩氏粘度：它表示 200mL 被测液体在 tºC 时，通过恩氏粘度计小孔（ф=2.8mm）流出所需的时间 t1，

与同体积 20ºC 的蒸馏水通过同样小孔流出所需时间 t2之比值。

工业上常用 20ºC、50ºC 和 100ºC 作为测定恩式粘度的标准温度，分别以

ºΕ20、ºΕ50、ºΕ100 表示

恩式粘度与运动粘度（mm2/s）的换算关系：

ν=（7.31 ºΕt -6.31/ ºΕt）×10-6

3）液体的可压缩性

可压缩性：液体受压力作用而发生体积变化的性质。可用体积压缩系数κ或体积弹性模量 K表

示

体积压缩系数κ：单位压力变化所引起的体积相对变化量，

（m2/N）


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式中 V：液体加压前的体积（m3）；

△V：加压后液体体积变化量（m3）；

△p：液体压力变化量（N/ m2）；

体积弹性模量 K （N/ m2）：液体体积压缩系数κ的倒数

计算时常取 K=7×108 N/ m2

4）其他性质

1）粘度与压力的关系: 当压力增加时，粘度有所增加；一般可忽略不计。当压力较高时（大

于 107Pa）或压力变化较大时，需要考虑这种影响。

2）粘温特性

定义：粘度随温度变化的特性。液体的粘度对温度很敏感，温度略升高，粘度显著降低。

2．对液压油的要求与选择

1）液压油的要求

（1）液压油的任务： ①工作介质—传递运动和动力。

②润滑剂—润滑运动部件。

（2）对液压油的要求： ①合适的粘度和良好的粘温特性；

②良好的润滑性；

图 2-5 是几种国产液压油的粘温特性曲线


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③纯净度好，杂质少；

④对系统所用金属及密封件材料有良好的相容性。

⑤对热、氧化水解都有良好稳定性，使用寿命长；

⑥抗泡沫性、抗乳化性和防锈性好，腐蚀性小；

⑦比热和传热系数大，体积膨胀系数小，闪点和燃点高，流动点和凝固

点低。（凝点—— 油液完全失去其流动性的最高温度）。

⑧对人体无害，对环境污染小，成本低，价格便宜。

总之：粘度是第一位的。

2）液压油的选择：（1）依据：

①根据工作压力的高低

②根据环境温度

③根据工作部件运动速度的高低。

（2）选择：

①液压油的类型：机械油、精密机床液压油、气轮机油变压器油等。

②牌号。

慢速、高压、高温：μ大（以降低△q）

通常

快速、低压、低温：μ小（以降低△p）

课堂小结：1.液压传动以液体作为传递运动和动力的工作介质，具有较多优点。

2．液压系统必须由以下无部分组成：动力装置、执行元件、控制调节元件、辅助元件、工作

介质。

3．液压油的物理性质包括密度、粘性、可压缩性和其它性质（润滑性、闪点、凝点等）。

4．液压油的选用原则：保证液压系统正常、高效和长时间运转的前提下恰当的选择类型和牌

号。

布置作业：


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1．巩固复习液压传动系统的工作原理、组成及优缺点

2．巩固液压油物理性质的学习。

湖南工业职业技术学院

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第二讲

☆ 课题 2.2 流体静力学

☆ 教学准备制作 CAI 课件、挂图、电子教案

☆ 目的与要求 1: 了解静压特性、方程、传递规律2: 掌握静力学基本方程、压力表达式和结论

☆ 难点与重点难点:静力学基本方程重点: 静压特性、方程、传递规律

☆ 授课方式多媒体授课

☆ 教学过程（检查复习，讲授新课，巩固复习，课堂小结，安排作业。）

检查复习:1: 液压油的种类、选用原则

2: 液压传动的特点、原理和组成


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讲授新课：

第二节流体静力学

一、液体的静压力及其特性

1．液体的静压力

定义：是指液体处于静止状态时,其单位面积上所受的法向作用力。若包含液体某点的微小面

积ΔA上所作用的法向力为ΔF，则该点的静压力 p定义为：

若法向力 F均匀地作用在面积 A上，则压力可表示为:

静压力的单位：Pa（帕）或 N/m2 1MPa=103KPa=106Pa2．液体静压力的性质

1）液体的静压力的方向总是沿着作用面的内法线方向。

2）静止液体中任何一点所受到各个方向的压力都相等。

二、液体静力学的基本方程

液体静力学基本方程:p=po+ρgh

图 2-1 静止液体内压力分布规律

图2-1反映了在重力作用下静止液体中的压力分布规律,p是静止液体中深度为h处的任意点上

的压力,p0 为液面上的压力，若液面为与大气接触的表面，则 p0等于大气压 P0 。

1）同一容器同一液体中的静压力随着深度 h的增加线性地增加。

2）同一液体中深度 h相同的各点压力都相等。

AF

pA

lim

0

AF

p


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3）在重力作用下静止液体中的等压面是深度（与液面的距离）相同的水平面。

3．压力的表示方法

压力的表示方法有绝对压力和相对压力两种:

1）相对压力（表压力）: 以大气压力为基准，测量所得的压力。是高于大气压的部分。

2）绝对压力:以绝对零压为基准测得的压力。

绝对压力=相对压力 + 大气压力

3）真空度: 如果液体中某点的绝对压力小于大气压力，则称该点出现真空。此时相对压力为

负值，常将这一负相对压力的绝对值称为该点的真空度

真空度=|负的相对压力|=|绝对压力 - 大气压力|

二、静压传递原理

1．帕斯卡原理:若在处于密封容器中静止液体的部分边界面上施加外力使其压力发生变化，只

要液体仍保持其原来的静止状态不变，则液体中任一点的压力均将发生同样大小的变化。

根据帕斯卡原理： p = F/A

2．液压传动是依据帕斯卡原理

实现力的传递、放大和方向变换的如图 2-2。

图 2-2 帕斯卡原理应用

3．液压系统的压力完全决定于外负载

液压系统压力形成

p = F/A F = 0 p = 0

F↑ p↑

F↓ p↓

结论：液压系统的工作压力取决于负载，且随着负载的变化而变化。


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4．液体对固体壁面的作用力

1）当承受压力的固体壁面为平面时:则作用在其上的总作用力等于压力与该壁面面积之积

2）如果承受压力的固体壁面是曲面时:曲面上总作用力在某一方向上的分力等于曲面在与该方

向垂直平面内的投影面积与静压力的乘积。

课堂小结：

1．液体静力学基本方程：p=po+ρgh

2．液压传动是依据帕斯卡原理。

3．液压系统的压力完全决定于外负载。

4．液体对固体壁面的作用力决定与固体壁面的形状。

布置作业：P21 习题 2.1。

2

4DpF


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第三讲

☆ 课题 2.3 流体动力学


☆ 教学目的 1. 了解流动液体特性、传递规律

2. 掌握动力学三大方程、流量和结论

☆ 难点与重点

难点: 流量与流速关系及结论

重点: 三大方程及结论、物理意义



检查复习:1: 静压特性、方程、传递规律

2: 掌握静力学基本方程、压力表达式和结论


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讲授新课：2.3 流体动力学

一、基本概念

1．理想液体与恒定流动

理想液体: 既不可压缩又无粘性的液体。

恒定流动: 液体流动时，若液体中任一点处的压力、流速和密度不随时间变化而变化。

2．流线、流束和通流截面

流线：表示某一瞬时液流中各处质点运动状态的一条条曲线。流线既不能相交，也不能转折，

是一条光滑曲线。

流束：如果通过某截面 A上所有各点作出流线，这些流线的集合构成流束。

通流截面：在流场中作一面。若该面与通过面上的每一条流线都垂直，则称该面为通流截面。

图 2—3 流线、流束与通流截面

3．流量与平均流速

1）流量：单位时间内流过某通流截面的流体体积。

法定单位: 米 3/秒(m3/s)

工程中常用升/分（L/min）

2）平均流速：假设通流截面的流速均匀分布，称为平均流速。

在液压传动系统中，液压缸的有效面积是一定的，根据上式可知，活塞的运动速度ν由进入液

压缸的流量 q决定。

AdAq Aq

AdAqA

Aq


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二、连续性方程（质量守恒定律在流动液体情况下的具体应用）

q=vA=常数

不可压缩流体作恒定流动时，通过流束（或管道）的任一通流截面的流量等；通过通流截面的

流速则与通流截面的面积成反比。

三、伯努利方程(能量方程):能量守恒定律在流动液体中的表达形式

1．理想液体的伯努利方程

图 2-4 理想液体的伯努利方程

理想液体恒定流动时，液体的任一通流截面上的总比能（单位重量液体的总能量）保持为定值。

总比能由压力能（）、位能（z）和动能（）组成，可以相互转化。

由于方程中的每一项均以长度为量纲，所以亦分别称为比压能、比位能和比动能。

静压力基本方程是伯努利方程的特例。

cg

zg

p

2

2

cg

zg

pg

zg

p

22

22

22

21

11

gp g2

2


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2．实际液体的伯努利方程

α:动能修正系数,为截面上单位时间内流过液体所具有的实际动能，与按截面上平均流速计算

的动能之比（层流时α=2，紊流时α=1）

：单位重量液体所消耗的能量

3．伯努利方程应用实例

伯努利方程应用实例（图 2-5）：

液压泵吸油口处的真空度是油箱，液面压力与吸油口处压力 p2之差。

液压泵吸油口处的真空度却不能太大，实践中一般要求液压泵的吸油口的高度 h 不超过 0.5

米。

图 2-5 泵从油管中吸油

四、动量方程

动量定理：作用在物体上的外力等于物体单位时间内动量的变化量。

即 ∑F = d（m v）/dt

考虑动量修正问题，则有：

∑F =ρq(β2ν2-β1ν1)

层流 β=1.33

β

紊流 β= 1

X 向动量方程：

∑Fx = ρq (β2v 2x-β1v1x)

whg

zg

pg

zg

p 2

22222

1111

21

21

wh


15

X 向稳态液动力：

F'x= -∑Fx = ρQ(β1v1x-β2v2x)

结论：作用在滑阀阀芯上的稳态液动力总是力图使阀口关闭。

课堂小结：

1．理想液体既不可压缩又无粘性而实际液体既可压缩又有粘性。

2．连续性方程：q=vA=常数

3．理想液体伯努利方程:

4．实际液体的伯努利方程：

5．动量方程：

∑F = d（mv）/dt

布置作业：P21 习题 2-2。

cg

zg

p

2

2

cg

zg

pg

zg

p

22

22

22

21

11

whg

zg

pg

zg

p 2

22222

1111

21

21


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第四讲

☆课题 2.4 管路中液体的压力损失

2.5 液体流经孔口及缝隙的流量-压力特性

2.6 液压冲击和气穴现象


☆目的与要求 1．了解损失的类型、原因2．掌握损失定义减小措施

☆难点与重点难点: 两种损失及减小措施重点: 两种损失及减小措施



检查复习：

1．流动液体特性、传递规律

2．掌握动力学三大方程、流量和结论


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讲授新课：2．4 管路中液体的压力损失2．5 液体流经孔口及缝隙的流量-压力特性2．6 液压系统的液压冲击与气穴现象

一、液体的流动状态

1．层流和紊流

层流：液体质点互不干扰，液体的流动呈线性或层状，且平行于管道轴线。把这种流动

状态称为层流。

图 2-6 层流图 2-7 紊流

紊流：液体流动时，液体质点的运动杂乱无章，除了平行于管道轴线的运动外，还存在

着剧烈的横向运动。把这种流动状态称为紊流。

2．雷诺数

液体在圆管中的流动状态决定于由管道中流体的平均流速υ、管道直径 d 和液体运动粘

度这三个参数所组成的无量纲数的大小:

流动液体的雷诺数低于临界雷诺数(由紊流转变为层流)时，流动状态为层流，反之液流

的状态为紊流。

雷诺数的物理意义:流动液体的惯性力与粘性力之比。

二、沿程压力损失

1．层流时管截面上的速度分布

vd

Re


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2．圆管层流的流量

式中 d:管道内径（m）；

l:管道长度（m）；

:流体的动力粘度（N·S/m2）；

=p 1-p 2:管道两端的压力差（N/m2）；

3．圆管沿程压力损失

油液在直管中流动的沿程压力损失可用达西公式表示：

ΔPy=λ(l/d)(ρv2/2)

式中 λ－沿程阻力系数；

l－直管长度；

d –管道直径；

v－油液的平均流速；

ρ－油液密度。

公式说明了压力损失ΔP 与管道长度及流速 v 的平方成正比，而与管子的内径成反比。

至于油液的粘度，管壁粗糙度和流动状态等都包含在λ内。层流时沿程阻力系数的理论值

为：=64/Re

水的实际阻力系数和理论值很接近。液压油在金属管中流动时，常取：=75/Re 在橡皮

管中流动时，取 =80/Re

4.紊流时沿程阻力系数

图2-8 圆管中的层流

pl

drdrr

dlpp

udAqd

128

2)4

(4

)( 42

22

0

21

p


19

紊流流动时的能量损失比层流时要大，截面上速度分布也与层流时不同，除靠近管壁处

速度较低外，其余地方速度接近于最大值。

其阻力系数由试验求得。

当 2.3x103<Re<105 时，可用勃拉修斯公式求得：

=0.3164Re-0.25

三、局部压力损失

局部压力损失是液流流经管道截面突然变化的弯管、管接头以及控制阀阀口等局部障碍

处时的压力损失。计算式为：

ξ－局部阻力系数，由试验求得；

V－平均流速（一般指局部阻力区域下游的流速）。

液体流经各种阀类的压力损失主要为局部损失.当实际通过的流量不等于额定流量时，

可根据局部损失与 v2成正比的关系按下式计算。

ΔPζ =ΔPn（q/qn)2

四、管路系统总压力损失

液压系统中管路通常由若干段管道串联而成。其中每一段又串联一些诸如弯头、控制阀、

管接头等形成局部阻力的装置，因此管路系统总的压力损失等于所有直管中的沿程压力损失

ΔPλ及所有局部压力损失ΣΔPζ之和。即：

Δp=ΣΔpy+ΣΔpζ

=Σλ(l/d)(ρv2/2)+Σξρ(ρv2/2)

五、减小△p 的措施

1．尽量↓L，↓突变

2．↑加工质量，力求光滑，ν合适

3．↑A，↓v

其中 v的影响最大：1）过高 △p↑ ∵ △p∝v2

2）过低尺寸↑ 成本↑

∴ 一般有推荐流速可供参考，见有关手册。

一般在液压传动中，可将压力损失写成如下形式：

2

2 p


20

∑△p = p1 - p2

六、液体流经平行板缝隙的流量压力特性

1．通过小孔的流动

在液压与气压传动中常用通过改变阀口通流截面积或通过通流通道的长短来控制流量的

节流装置来实现流量控制。这种节流装置的通流截面一般为不同形式的小孔。

1）通过薄壁小孔(孔的通流长度 l与孔径 d之比 l/d≤0.5 )的流动

称为小孔流量系数。

通过薄壁小孔的流量与液体粘度无关，

因而流量受液体温度影响较小，但流量

与孔口前后压差的关系是非线性的。

图 2-6 流经薄壁小孔时液流变化示意图

2）通过细长小孔(小孔的长径比 l/d>4)的流动

是细长小孔的通流截面积。

液体流经细长小孔的流量将随液体温度的变化而变化。但细长小孔的流量与孔前后的压

差关系是线性的。

统一的经过小孔的流量公式

式中 A:孔的通流截面积，Δp:孔前后压差，

m:由孔结构形式决定的指数,0.5≤m≤1

k:由孔口形式有关的系数。

当孔为薄壁小孔时，m=0.5,

为细长小孔时 m=1，

pAc

pAccAq dc

2202

ccc cd

pAl

dlpd

q

32128

24

2

4dA

mpKAq

2

dcK

ld

K32

2


21

2．通过间隙的流动

1）配合间隙

2）泄漏:当流体流经这些间隙时就会发生从压力高处经过间隙流到系统中压力低处或直

接进入大气的现象(前者称为内泄漏，后者称为外泄漏) ，泄漏主要是由压力差与间隙造成的。

油液在间隙中的流动状态一般是层流。

六、液压系统的液压冲击与气穴现象

1．液压冲击:在液压系统中由于某种原因，液体压力在一瞬间会突然升高,产生很高的

压力峰值,这种现象称为液压冲击。

原因：1）迅速使油液换向或突然关闭油路，使液体受阻，动能转换为压力能，使压力升高。

2）运动部件突然制动或换向，使压力升高。

后果：∵ 液压冲击峰值压力>>工作压力

∴ 引起振动、噪声、导致某些元件如密封装置、管路等损坏；使某些元件（如压力

继电器、顺序阀等）产生误动作，影响系统正常工作。

措施：1）延长阀门关闭和运动部件制动换向的时间。

2）限制管道流速及运动部件速度 v管 < 5m/s ，v 缸 < 10m/min 。

3）加大管道直径，尽量缩短管路长度。

4）采用软管，以增加系统的弹性。

2．气穴(空穴): 在流动液体中，由于某点处的压力低于空气分离压而产生汽泡的现象。

原因：压力油流过节流口、阀口或管道狭缝时，速度升高，压力降低；液压泵吸油管道较小，

吸油高度过大，阻力增大，压力降低；液压泵转速过高，吸油不充分，压力降低（如

高空观缆）。

后果：1）液流不连续，流量、压力脉动。

2）系统发生强烈的振动和噪声。

3）发生气蚀。

措施：1）减小小孔和缝隙前后压力降，希望 p1/p2 < 3.5 。

2）增大直径、降低高度、限制流速。

3）管路要有良好密封性防止空气进入。

4）提高零件抗腐蚀能力，采用抗腐蚀能力强的金属材料，减小表面粗糙度。


22

5）整个管路尽可能平直，避免急转弯缝隙，合理配置。

课堂小结：

1．损失的类型、原因2．掌握损失定义减小措施

布置作业：

复习有关概念和公式。


23

第五讲

☆课题： 3.1 概述

3.2 齿轮泵

☆教学准备：制作 CAI 课件、挂图、电子教案

☆目的与要求：1．掌握液压泵与液压马达的作用，类型，主要性能参数；

2．掌握齿轮泵工作原理和结构与特点

☆ 难点与重点：

难点：齿轮泵工作原理和结构与特点

重点：齿轮泵工作原理和结构与特点

☆ 授课方式：

多媒体授课


检查复习：

1．两种损失的类型、原因

2．两种损失定义减小措施


24

讲授新课：

第 3章液压泵和液压马达

3.1 液压泵和液压马达概述

3.1.1 液压泵和液压马达的工作原理及分类

一、液压泵的工作原理

1.液压泵的工作原理

液压泵都是依靠密封容积变化的原理来进行工作的，故一般称为容积式液压泵，图 3-1 所

示的是一单柱塞液压泵的工作原理图，图中柱塞 2 装在缸体 3 中形成一个密封容积 a，柱塞

在弹簧 4 的作用下始终压紧在偏心轮 1 上。原动机驱动偏心轮 1 旋转使柱塞 2 作往复运动，

使密封容积 a 的大小发生周期性的交替变化。当 a 有小变大时就形成部分真空，使油箱中油

液在大气压作用下，经吸油管顶开单向阀 6进入油箱 a而实现吸油；反之，当 a由大变小时，

a 腔中吸满的油液将顶开单向阀 5 流入系统而实现压油。这样液压泵就将原动机输入的机械

能转换成液体的压力能，原动机驱动偏心轮不断旋转，液压泵就不断地吸油和压油。

图 3—1 液压泵工作原理图

2.液压泵的特点

单柱塞液压泵具有一切容积式液压泵的基本特点：

(1)具有若干个密封且又可以周期性变化空间。液压泵输出流量与此空间的容积变化量和

单位时间内的变化次数成正比，与其他因素无关。这是容积式液压泵的一个重要特性。

(2)油箱内液体的绝对压力必须恒等于或大于大气压力。这是容积式液压泵能够吸入油液

的外部条件。因此，为保证液压泵正常吸油，油箱必须与大气相通，或采用密闭的充压油箱。


25

(3)具有相应的配流机构，将吸油腔和排液腔隔开，保证液压泵有规律地、连续地吸、排

液体。液压泵的结构原理不同，其配油机构也不相同。如图 3-1 中的单向阀 5、6就是配油机

构。

二、液压泵和液压马达的分类

按输出流量能否调节分为定量泵（马达）和变量泵（马达）；

按结构形式可分为齿轮式、叶片式、柱塞式。

三、液压泵和液压马达的主要工作参数

1．工作压力和额定压力

1)工作压力。液压泵实际工作时的输出压力称为工作压力。工作压力的大小取决于外负

载的大小和排油管路上的压力损失,而与液压泵的流量无关。

2)额定压力。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)最高允许压力。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,称为液压泵的最高允许压力。

2．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的排出液体的体积叫液

压泵的排量。排量可调节的液压泵称为变量泵;排量为常数的液压泵则称为定量泵。

2)理论流量 qt。理论流量是指在不考虑液压泵的泄漏流量的情况下,在单位时间内所排出

的液体体积的平均值。显然,如果液压泵的排量为 V,其主轴转速为 n,则该液压泵的理论流量

qt为：

qt=Vn (3-1)

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,

它等于理论流量 qt减去泄漏流量Δq,即：

q=qt-Δq

4)额定流量 qn。液压泵在正常工作条件下,按试验标准规定(如在额定压力和额定转速下)

必须保证的流量。

3．功率和效率

1)液压泵的功率损失。液压泵的功率损失有容积损失和机械损失两部分:

(1) 容积损失。容积损失是指液压泵流量上的损失,液压泵的实际输出流量总是小于其理


26

论流量,其主要原因是由于液压泵内部高压腔的泄漏、油液的压缩以及在吸油过程中由于吸油

阻力太大、油液粘度大以及液压泵转速高等原因而导致油液不能全部充满密封工作腔。液压

泵的容积损失用容积效率来表示,它等于液压泵的实际输出流量 q与其理论流量 qi之比即：

v=q/qt=(qt-Δq)/qt=1-Δq/qt (3-3)

因此液压泵的实际输出流量 q为:

q=qt·v (3-4)

式中：V为液压泵的排量(m3/r)；n 为液压泵的转速(r/s)。

液压泵的容积效率随着液压泵工作压力的增大而减小,且随液压泵的结构类型不同而异,

但恒小于 1。

(2) 机械损失。机械损失是指液压泵在转矩上的损失。液压泵的实际输入转矩 T 总是大

于理论上所需要的转矩 Tt,其主要原因是由于液压泵体内相对运动部件之间因机械摩擦而引

起的摩擦转矩损失以及液体的粘性而引起的摩擦损失。液压泵的机械损失用机械效率表示,

它等于液压泵的理论转矩 Tt与实际输入转矩 T 之比,设转矩损失为ΔT,则液压泵的机械效率

为：

m =Tt/T=1/(1+ΔT/Tt) (3-5)

2)液压泵的功率。

(1) 输入功率 Pi。液压泵的输入功率是指作用在液压泵主轴上的机械功率,当输入转矩为

T，角速度为ω时,有：

Pi =Tω (3-6)

(2) 输出功率 Po。液压泵的输出功率是指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,即：

P0=Δpq (3-7)

式中：Δp为液压泵吸、压油口之间的压力差(N/m2);q 为液压泵的实际输出流量(m3/s);

P0为液压泵的输出功率(N·m/s 或 W)。

在实际的计算中,若油箱通大气,液压泵吸、压油的压力差往往用液压泵出口压力 p代入。

(3) 液压泵的总效率。液压泵的总效率是指液压泵的实际输出功率与其输入功率的比值,

即：

=P0/Pi=Δpq/Tω=Δpqtμv/(Ttω/m)= mv (3-8)

其中Δpqt／ω为理论输入转矩 Tt。


27

由式(3-8)可知，液压泵的总效率等于其容积效率与机械效率的乘积，所以液压泵的输入

功率也可写成：

i

pqP

(3-9)

3.2 齿轮泵

3.2.1 齿轮泵的工作原理

齿轮泵的工作原理如图 3-2 所示，它是分离三片式结构，三片是指泵盖 4，8 和泵体 7，

泵体 7 内装有一对齿数相同、宽度和泵体接近而又互相啮合的齿轮 6，这对齿轮与两端盖和

泵体形成一密封腔，并由齿轮的齿顶和啮合线把密封腔划分为两部分，即吸油腔和压油腔。

两齿轮分别用键固定在由滚针轴承支承的主动轴 12 和从动轴 15 上，主动轴由电动机带动旋

转。

图 3-2 外啮合型齿轮泵工作原理

3.2.2 齿轮泵的结构

一、CB-B 型齿轮泵的结构

CB—B 齿轮泵的结构如图 3-3 所示，当泵的主动齿轮按图示箭头方向旋转时，齿轮泵右

侧（吸油腔）齿轮脱开啮合，齿轮的轮齿退出齿间，使密封容积增大，形成局部真空，油箱

中的油液在外界大气压的作用下，经吸油管路、吸油腔进入齿间。随着齿轮的旋转，吸入齿


28

间的油液被带到另一侧，进入压油腔。这时轮齿进入啮合，使密封容积逐渐减小，齿轮间部

分的油液被挤出，形成了齿轮泵的压油过程。齿轮啮合时齿向接触线把吸油腔和压油腔分开，

起配油作用。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，由于密

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。

图 3-3 CB—B齿轮泵的结构

1-轴承外环 2-堵头 3-滚子 4-后泵盖 5-键 6-齿轮 7-泵体 8-前泵盖 9-螺钉 10-压环

11-密封环 12-主动轴 13-键 14-泻油孔 15-从动轴 16-泻油槽 17-定位销

二、外啮合齿轮泵在结构上存在的几个问题

1.困油现象

如图 3-4，封闭容积减小会使被困油液受挤而产生高压，并从缝隙中流出，导致油液发

热，轴承等机件也受到附加的不平衡负载作用。封闭容积增大又会造成局部真空，使溶于油

中的气体分离出来，产生气穴，引起噪声、振动和气蚀.


29

图 3-4 困油现象

消除困油的方法：通常是在两侧端盖上开卸荷槽，且偏向吸油腔

2．径向作用力不平衡

(1) 径向不平衡力的产生：液压力

(2) 液体分布规律：沿圆周从高压腔到低压腔，压力沿齿轮外圆逐齿降低。p↑，径向不

平衡力增大，齿轮和轴承受到很大的冲击载荷，产生振动和噪声。

(3) 改善措施：缩小压油口，以减小压力油作用面积。增大泵体内表面和齿顶间隙开压

力平衡槽，会使容积效率减小

3.泄漏:

(1) 通过齿轮啮合处的间隙；

(2) 通过泵体内孔和齿顶圆间的径向间隙；

(3) 通过齿轮两端面和端盖间的端面间隙

结论：齿轮泵由于泄漏大和存在径向不平衡力，因而限制了压力的提高。为使齿轮泵能

在高压下工作，常采取的措施为：

减小径向不平衡力，

提高轴与轴承的刚度，同时对泄漏量最大的端面间隙采用自动补偿装置

课堂小节：本讲主要讲解了液压泵主要性能参数、分类；泵的原理、必要条件、排流量、

齿泵原理、困油等。

布置作业：看书。

30

第六讲

☆课题 3.3 叶片泵


☆目的与要求掌握叶片泵工作原理和结构与特点

☆难点与重点难点: 掌握叶片泵工作原理和结构与特点

重点: 掌握叶片泵工作原理和结构与特点

☆授课方式

多媒体授课


检查复习：

叶片泵工作原理和结构与特点

讲授新课：

31

3.3 叶片泵

3.3.1 单作用式叶片泵

一、单作用式叶片泵工作原理

1、单作用叶片泵的工作原理

单作用叶片泵的工作原理如图 3-5 所示，单作用叶片泵由转子 1、定子 2、叶片 3和端盖

等组成。定子具有圆柱形内表面，定子和转子间有偏心距。叶片装在转子槽中，并可在槽内

滑动，当转子回转时，由于离心力的作用，使叶片紧靠在定子内壁，这样在钉子、转子、叶

片和两侧配油盘间就形成若干个密封的工作空间，当转子按图示的方向回转时，在图的右部，

叶片逐渐伸出，叶片间的工作空间逐渐增大，从吸油口吸油，这是吸油腔。在图的左部，叶

片被定子内壁逐渐压进槽内，工作空间逐渐缩小，将油液从压油口压出，这是压油腔，在吸

油腔和压油腔之间，有一段封油区，把吸油腔和压油腔隔开，这种叶片泵在转子每转一周，

每个工作空间完成一次吸油和压油，因此称为单作用叶片泵。转子不停地旋转，泵就不断地

吸油和排油。

3-5 单作用叶片泵的工作原理

二、单作用叶片泵的流量计算

理论流量： qt = Vn = 2πB e D n

实际流量： q = qtηv = 2Πb e D nηv

三、外反馈限压式变量叶片泵工作原理

图 3-6 中表示限压式变量叶片泵的原理，右图为其特性曲线。泵的输出压力作用在定子

32

右侧的活塞 1上。当压力作用在活塞上的力不超过弹簧 2的预紧力时，泵的输出流量基本不

变。当泵的工作压力增加，作用于活塞上的力超过弹簧的预紧力时，定子向左移动，偏心量

减小，泵的输出流量减小。当泵压力到达某一数值时，偏心量接近零，泵没有流量输出。

图 3-6 限压式变量叶片泵的原理及特性曲线

3.3.2 双作用式叶片泵

一.双作用叶片泵的工作原理

双作用叶片泵的工作原理如图 3-7 所示,泵也是由定子 1、转子 2、叶片 3 和配油盘(图

中未画出)等组成。转子和定子中心重合,定子内表面近似为椭圆柱形,该椭圆形由两段长半径

R、两段短半径 r 和四段过渡曲线所组成。当转子转动时,叶片在离心力和(建压后)根部压力

油的作用下,在转子槽内作径向移动而压向定子内表,由叶片、定子的内表面、转子的外表面

和两侧配油盘间形成若干个密封空间,当转子按图示方向旋转时,处在小圆弧上的密封空间经

过渡曲线而运动到大圆弧的过程中,叶片外伸,密封空间的容积增大,要吸入油液;再从大圆弧

经过渡曲线运动到小圆弧的过程中,叶片被定子内壁逐渐压进槽内,密封空间容积变小,将油

液从压油口压出,因而,当转子每转一周,每个工作空间要完成两次吸油和压油,所以称之为双

作用叶片泵,这种叶片泵由于有两个吸油腔和两个压油腔,并且各自的中心夹角是对称的,所

以作用在转子上的油液压力相互平衡,因此双作用叶片泵又称为卸荷式叶片泵,为了要使径向

力完全平衡,密封空间数(即叶片数)应当是双数。

33

图 3-7 双作用叶片泵的工作原理

1—定子 2—转子 3—叶片

二、双作用叶片泵流量计算

双作用叶片泵的理论流量为：

Qt= 2B[π(R2-r2)-（R-r）SZ/COSθ]n

泵输出的实际流量为：

q = 2B[π(R2-r2)-（R-r）Z/COSθ]nηv

三、 YB1型叶片泵的结构

YB1 型叶片泵结构如图 3-8，它由前泵体 7 和后泵体 6、左右配油盘 1 和 5，定子 4，转

子 12 等组成。

34

图 3-8 YB1 型叶片泵

课堂小结：

本讲主要讲解了叶片泵的分类、结构；叶片泵的工作原理、计算和特性曲线。



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第七讲

☆ 课题 3.4 柱塞泵


☆ 目的与要求掌握柱塞泵工作原理和结构与特点

☆ 难点与重点难点: 柱塞泵工作原理和结构与特点

重点: 柱塞泵工作原理和结构与特点

☆ 授课方式

多媒体授课


检查复习：

1、叶片泵工作原理和结构与特点

讲授新课：


36

3.4 柱塞泵

柱塞泵是靠柱塞在缸体中作往复运动造成密封容积的变化来实现吸油与压油的液压泵，

与齿轮泵和叶片泵相比，这种泵有许多优点。首先，构成密封容积的零件为圆柱形的柱塞和

缸孔，加工方便，可得到较高的配合精度，密封性能好，在高压工作仍有较高的容积效率；

第二，只需改变柱塞的工作行程就能改变流量，易于实现变量；第三，柱塞泵中的主要零件

均受压应力作用，材料强度性能可得到充分利用。由于柱塞泵压力高，结构紧凑，效率高，

流量调节方便，故在需要高压、大流量、大功率的系统中和流量需要调节的场合，如龙门刨

床、拉床、液压机、工程机械、矿山冶金机械、船舶上得到广泛的应用。

3.4.1 轴向柱塞泵的工作原理

轴向柱塞泵是将多个柱塞配置在一个共同缸体的圆周上,并使柱塞中心线和缸体中心线

平行的一种泵。轴向柱塞泵有两种形式,直轴式(斜盘式)和斜轴式(摆缸式),如图 3-9 所示为

直轴式轴向柱塞泵的工作原理,这种泵主体由缸体 1、配油盘 2、柱塞 3 和斜盘 4 组成。柱塞

沿圆周均匀分布在缸体内。斜盘轴线与缸体轴线倾斜一角度,柱塞靠机械装置或在低压油作用

下压紧在斜盘上(图中为弹簧),配油盘 2 和斜盘 4 固定不转,当原动机通过传动轴使缸体转动

时,由于斜盘的作用,迫使柱塞在缸体内作往复运动,并通过配油盘的配油窗口进行吸油和压

油。如图 3-23 中所示回转方向,当缸体转角在π～2π范围内,柱塞向外伸出,柱塞底部缸孔的

密封工作容积增大,通过配油盘的吸油窗口吸油;在 0～π范围内,柱塞被斜盘推入缸体,使缸

孔容积减小,通过配油盘的压油窗口压油。缸体每转一周,每个柱塞各完成吸、压油一次,如改

变斜盘倾角 ,就能改变柱塞行程的长度,即改变液压泵的排量,改变斜盘倾角方向,就能改变

吸油和压油的方向,即成为双向变量泵。


37

图 3—9 轴向柱塞泵的工作原理

3.4.2 轴向柱塞泵的排量和流量计算

见图 3-9,柱塞的直径为 d,柱塞分布圆直径为 D,斜盘倾角为γ时,柱塞的行程为 s=Dtan

γ,所以当柱塞数为 z时,轴向柱塞泵的排量为：

V=πd2D（tanγ）z/4

设泵的转数为 n,容积效率为ηv则泵的实际输出流量为：

V=πd2D（tanγ）z nηv/4

实际上,由于柱塞在缸体孔中运动的速度不是恒速的,因而输出流量是有脉动的,当柱塞

数为奇数时,脉动较小,且柱塞数多脉动也较小,因而一般常用的柱塞泵的柱塞个数为 7、9 或

11。

理论流量：qt = Vn = D (tanγ)·zπd2 /4

实际流量：qt = qtηpv =D (tanγ)·zηvπd2/4

3.4.3 轴向柱塞泵的结构

一、典型结构。

图 3-10 所示为一种直轴式轴向柱塞泵的结构。柱塞的球状头部装在滑履 4内，以缸体作

为支撑的弹簧 9 通过钢球推压回程盘 3，回程盘和柱塞滑履一同转动。在排油过程中借助斜

盘 2 推动柱塞作轴向运动；在吸油时依靠回程盘、钢球和弹簧组成的回程装置将滑履紧紧压

在斜盘表面上滑动,弹簧 9 一般称之为回程弹簧,这样的泵具有自吸能力。在滑履与斜盘相接


38

触的部分有一油室,它通过柱塞中间的小孔与缸体中的工作腔相连,压力油进入油室后在滑履

与斜盘的接触面间形成了一层油膜,起着静压支承的作用,使滑履作用在斜盘上的力大大减小,

因而磨损也减小。传动轴 8 通过左边的花键带动缸体 6 旋转,由于滑履 4 贴紧在斜盘表面上,

柱塞在随缸体旋转的同时在缸体中作往复运动。缸体中柱塞底部的密封工作容积是通过配油

盘 7与泵的进出口相通的。随着传动轴的转动,液压泵就连续地吸油和排油。

二、变量机构。

若要改变轴向柱塞泵的输出流量,只要改变斜盘的倾角,即可改变轴向柱塞泵的排量和输

出流量,如图 3-10 所示,转动手轮 1,使丝杠 12 转动,带动变量活塞 11 作轴向移动(因导向键

的作用,变量活塞只能作轴向移动,不能转动)。通过轴销 10 使斜盘 2 绕变量机构壳体上的圆

弧导轨面的中心(即钢球中心)旋转。从而使斜盘倾角改变,达到变量的目的。当流量达到要求

时,可用锁紧螺母 13 锁紧。这种变量机构结构简单,但操纵不轻便,且不能在工作过程中变量。

图 3-10 直轴式向柱塞泵结构

1—转动手轮 2—斜盘 3—回程盘 4—滑履 5—柱塞 6—缸体 7—配油盘 8—传动轴

课堂小结：

本讲主要讲解了柱塞泵分类结构，泵性能比较及柱塞泵工作原理。

布置作业：自拟。


39

第八讲

☆ 课题 3.5 液压马达


☆ 目的与要求液压马达工作原理和结构与特点

☆ 难点与重点难点: 液压马达工作原理和结构与特点

重点: 液压马达工作原理和结构与特点

☆ 授课方式

多媒体授课


检查复习：柱塞泵工作原理和结构与特点

讲授新课：


40

3.5 液压泵常见故障及其排除方法

常见故障现象:

◆ 不排油或无压力

◆ 流量不足或压力不能升高

◆ 噪声严重

◆ 泄漏

◆ 过热

◆ 柱塞泵变量机构失灵

◆ 柱塞泵不转

具体故障产生原因及排除方法见表 3.5.1

3.6 液压马达

3.6.1 液压马达的工作原理

一、液压马达的作用

将液体的压力能转换为旋转形式的机械能而对负载作功

二、液压马达和液压泵的区别

作用上—相反

结构上—相似（略有差别）

原理上—互逆

三、液压马达分类

1.按照转速分: 高速 / 低速

2.按照排量能否调节: 定量 / 变量

3.按照输油方向能否改变: 单向 / 双向

4.按照输出转矩是否连续: 旋转式 / 摆动式

四、液压马达工作原理


41

当压力油通入马达后，柱塞受油压作用压紧倾斜盘, 斜盘则对柱塞产生一反作用力，

因倾角此力可分解为两个 :

轴向分力 Fx =πd2p/4

径向分力 Fy=γ=π/4·d2ptanγ

Fx 与液压力平衡，Fy 对缸体中心产生转矩，使缸体带动马达轴旋转。

图 3-11

3.6.2 液压马达主要参数

一、液压马达转矩和机械效率

T = Δp Vηm/2π

二、液压马达转速和容积效率

nt = q/v

n = qηv/V

∵ T∝V n∝1/V

∴ V↑ 、T↑、n↓

故马达又可分为: 高速小转矩马达 / 低速大转矩马达

3.6.3 液压马达常见故障及其排除方法

常见故障现象:

◆ 转速低输出转矩小

◆ 噪声过大

具体故障产生原因及排除方法见表 3.6.1


42

3.7 液压泵的选用

液压泵是液压系统提供一定流量和压力的油液动力元件,它是每个液压系统不可缺少的

核心元件,合理的选择液压泵对于降低液压系统的能耗、提高系统的效率、降低噪声、改善工

作性能和保证系统的可靠工作都十分重要。

选择液压泵的原则是:根据主机工况、功率大小和系统对工作性能的要求,首先确定液压

泵的类型,然后按系统所要求的压力、流量大小确定其规格型号。

表 3-1 列出了液压系统中常用液压泵的主要性能。

表 3-1 液压系统中常用液压泵的性能比较

性能外啮合轮

泵

双作用叶

片泵

限压式变

量叶片泵

径向柱塞

泵

轴向柱塞

泵

螺杆泵

输出压力低压中压中压高压高压低压

流量调节不能不能能能能不能

效率低较高较高高高较高

输出流量

脉动

很大很小一般一般一般最小

自吸特性好较差较差差差好

对油的污

染敏感性

不敏感较敏感较敏感很敏感很敏感不敏感

噪声大小较大大大最小

一般来说,由于各类液压泵各自突出的特点,其结构、功用和动转方式各不相同,因此应根

据不同的使用场合选择合适的液压泵。一般在机床液压系统中,往往选用双作用叶片泵和限压

式变量叶片泵;而在筑路机械、港口机械以及小型工程机械中往往选择抗污染能力较强的齿轮

泵;在负载大、功率大的场合往往选择柱塞泵。

课堂小结：

本讲主要讲解了液压马达分类结构，工作原理；泵性能比较及泵选用。


43

布置作业：

P37 习题 3.1 3.2 3.3 3.4


44

第九讲

☆ 课题： 4.1 液压缸的类型及特点4.2 液压缸的设计计算

☆ 教学准备：制作 CAI 课件、挂图、电子教案

☆ 目的与要求： 1．了解液压缸的类型及特点2．掌握液压缸参数设计计算方法

☆ 难点与重点：难点：液压缸的设计计算中各参数的确定方法重点：掌握单杆活塞液压缸简单连接式与差动连接式中运动速度与推力的区别及其应用

☆ 授课方式：多媒体授课


检查复习：1、齿轮泵、叶片泵、柱塞泵各用何种压力？为什么？

2、液压元件的功用、符号？


45

讲授新课：第四章液压缸

§4-1 液压缸的类型及特点一、定义

液压缸是将液压能转变为机械能的、做直线往复运动（或摆动运动）的液压执行元件。

它结构简单、工作可靠。用它来实现往复运动时，可免去减速装置，并且没有传动间隙，运

动平稳，因此在各种机械的液压系统中得到广泛应用。

二、分类

1）根据常用液压缸的结构形式，可将其分为活塞式、柱塞式、伸缩式和摆动式四类；

2）液压缸按其作用方式不同可分为单作用式和双作用式两种。单作用式液压缸中液压力

只能使活塞（或柱塞）单方向运动，反方向运动必须靠外力（如弹簧力或自重力等）实现；

双作用式液压缸可由液压力实现两个方向的运动。

三、活塞式液压缸

活塞式液压缸可分为单活塞杆式和双活塞杆式两种结构，其固定方式有缸体固定和活塞

杆固定两种。

（一）单活塞杆式液压缸

如下图 a)、b)、c)所示，其活塞的一侧有伸出杆，两腔的有效工作面积不相等。当向缸两

腔分别供油，且供油压力和流量相同时，活塞（或缸体）在两个方向的推力和运动速度不相

等。

1）无杆腔进压力油，有杆腔回油箱时，如图 4-1（a）所示

v1= q/A1 = 4q/πD2

F1= p 1A1 - p 2A2=πD2p1 /4

2) 有杆腔进压力油，无杆腔回油箱时，如图 b) 所示

v2= q/A2 = 4q/π(D2-d2)

F2= p 1A2- p 2A1=π(D2-d2) p 1/4

结论：单活塞杆液压缸简单连接比较

∵ A1 > A2

∴ v1 < v2 F1 > F2


46

故活塞杆伸出时，推力较大，速度较小；活塞杆缩回时，推力较小，速度较大。因而，

活塞杆伸出时，适用于重载慢速，活塞杆缩回时，适用于轻载快速。

3）差动连接

图 4-1

单活塞杆液压缸两腔同时通入压力油时，利用两端面积差进行工作的连接形式。如图 c)

所示。

∵ v3A1 = q + v3A2

∴ v3 = q/(A1-A2)=4 q/πd2

故要使 v2 = v3 ，D = √ 2 d

F3 = p1（A1-A2）= πd2p1/4

差动连接特点：在不增加流量的前提下，实现快速运动

单活塞杆液压缸应用：

单杆活塞液压缸不同连接，可实现如下工作循环：

（差动连接）（无杆腔进油）（有杆腔进油）

快进 → 工进 → 快退

v3、F3 v1、F1 v2、F2

（二）双活塞杆式液压缸

如下图所示，其活塞的两侧都有伸出杆。


47

图 4-2

1）特点：

两腔面积相等；压力相同时，推力相等；流量相同时，速度相等。即具有等推力等速度

特性。

2）推力、速度计算（设回油腔回油箱，p 2=0）：

v = q/A = 4 q/π(D2-d2)

F = (p1-p2)A=p1A = π(D2-d2) p1/4

3）工作过程：如上图 a) 所示，实心双活塞杆式液压缸——缸体固定式

进油腔回油腔运动方向占地范围应用场合

左右活塞右移

右左活塞左移

>三倍于 L ，占

地面积大中小型设备

如上图 b) 所示，空心双杆活塞式液压缸— — 杆固定式

进油腔回油腔运动方向占地范围应用场合

左右缸体左移

右左缸体右移

>两倍于 L，占

地面积小大中型设备

四、柱塞式液压缸


48

（一）结构：如下图所示，柱塞式液压缸由缸体 1、柱塞 2、导向套 3、钢丝卡圈 4 等

组成。

（二）柱塞式液压缸工作原理

图 4-3

1、柱塞缸只能单向运动，回程需靠外力（自重或弹簧力）

2、为了使工作台得到双向运动，柱塞缸常成对使用，如下图所示。

图 4-4

（三）柱塞式液压缸速度、推力计算

v = q/A = 4q/πd2

F =pA = πd2 p/4

（四）柱塞式液压缸特点：

１、它是一种单作用式液压缸，靠液压力只能实现一个方向的运动，柱塞回程要靠其它

外力或柱塞的自重；

２、柱塞只靠缸套支承而不与缸套接触，这样缸套极易加工，故适于做长行程液压缸；

３、工作时柱塞总受压，因而它必须有足够的刚度；

４、柱塞重量往往较大，水平放置时容易因自重而下垂，造成密封件和导向套单边磨损，

故其垂直使用更有利。


49

§4-2 液压缸的设计计算

液压缸的设计计算是在对整个液压系统进行工况分析，计算了最大负载力，先定了工作

压力的基础上进行的。因此，首先要根据使用要求确定结构类型，再按照负载情况，运动要

求决定液压缸的主要结构尺寸，最后进行结构设计。

一、液压缸工作压力的确定

根据液压缸的实际工况，计算出外负载大小，然后参考下表选取适当的工作压力。液压

缸负载与工作压力之间的关系如下表：

液压缸负载与工作压力之间的关系

二

、液压缸内径和活塞杆直径的确定

（一）液压缸内径 D ：根据最大总负载和选取的工作压力来确定。

以单杆缸为例：

无杆腔进油时 D=√4F1/π(p1-p2)-d2p2/p1-p2

有杆腔进油时 D=√4F2/π(p1-p2)+d2p1/p1-p2

若初步选取回油压力 p2=0，则上面两式简化为：

无杆腔进油时 D=√4F1/πP1

有杆腔进油时 D=√4F2/πp1+d2

（二）活塞杆直径 d

原则：活塞杆直径可根据工作压力或设备类型选取，液压缸的往复速度比有一定要求

时

d = D√λv-1/λv

计算所得活塞杆直径 d 亦应圆整为标准系列值。

负载 F/KN <5 5~10 5~10 5~10 5~10 >50

缸工作压力

P1/MPa<0.8~1 1.5~2 2.5~3 3~4 4~5 ≥5~7


50

三、缸筒壁厚δ

中低压系统，无需校核

1、确定原则

高压大直径时，必须校核δ

2、缸筒壁厚δ校核方法：

薄壁缸体（无缝钢管）：

当 D / δ≥10 时 δ≥pmaxD/2[б]

厚壁缸体（铸造缸体）：

当 D / δ<10 时 δ≥D/2[√[б]+ 0.4 py/[б] -1.3py-1]

四、液压缸其它部位尺寸的确定

1）、液压缸缸体长度 L

由液压缸最大行程、活塞宽度、活塞杆导向套长度、活塞杆密封长度和特殊要求的其

它长度确定, 为减小加工难度，一般液压缸缸体长度不应大于内径的 20— 30 倍。

2）、活塞杆长度由 L 确定，必要时需进行稳定性验算。

当液压缸承受轴向压缩载荷时：

若 l/d≤15 时，无须验算

验算 l/d≥15 时，可按材料力学有关公式进行稳定性验算

3）、导向长度 H≥L/20+D/2 （L 为液压缸最大行程）

4）、活塞宽度 B =（0、6— — 1、0）D；

A =(0.6— 10)D （D<80mm）

5）、导向套滑动面长度 A

A =(0.6— 1)d （D≥80mm）

课堂小结：

本讲主要介绍了液压缸的类型及特点，液压缸参数设计计算方法重点介绍了单杆活塞液

压缸简单连接式与差动连接式中运动速度与推力的区别及其应用。

布置作业：

P48 习题 4.1、4.2


51

第十讲

☆ 课题： 4.3 液压缸结构设计4.4 液压缸常见故障及其排除法

☆ 教学准备：制作 CAI 课件、挂图、电子教案

☆ 目的与要求： 1．了解液压缸结构形式及其缓冲装置与排气装置的作用2．掌握液压缸常见故障的排除方法

☆ 难点与重点：难点：掌握液压缸常见故障的排除方法重点：掌握液压缸结构形式及缓冲装置与排气装置的作用

☆ 授课方式：多媒体授课


检查复习：1、液压缸的类型有哪些？各有何特点？

2、活塞式液压缸差动连接时其工作台运动速度与推力有何特点？


52

讲授新课：

第四章液压缸

§4-3 液压缸结构设计一、液压缸的典型结构举例

下图为单活塞杆液压缸，由图 4-8 可知：液压缸由缸体组件、活塞组件、密封件、连接件、

缓冲装置、排气装置等组成。

图 4-8

二、缸体与端盖的连接

缸体与端盖的连接形式如下：

1、法兰连接：如图 4-9（a），这种连接结构简单，加工和装拆方便，应用广泛，中压液

压缸均采用此结构，需焊接法兰盘。

2、卡环连接：如图 4-9（b），该结构简单、紧凑、重量轻。

3、螺纹连接：内螺纹：图 4-9（d）所示重量轻，外径小，但端部复杂，

外螺纹：图 4-9（c）所示装卸需专用工具

4、拉杆连接：如图 4-9（e）所示，这种结构通用性好，缸体加工方便，装拆方便，但端

盖体积大，重量也大，拉杆受力后会拉伸变形，影响端部密封效果，只适于低压。

1-缸底 2-弹簧挡圈 3-套环 4-卡环 5-活塞 6- 型密封圈 7-支承环 8-挡圈 9- 形密封圈 10-缸筒11-管接头 12-导向套 13-缸盖 14-防尘圈 15-活塞杆 16-定位螺钉 17-耳环


53

5、焊接连接：如图 4-9（f）所示，其结构简单，尺寸小，但焊接后缸体有变形，且不易

加工，故使用较少。

图 4-9

三、活塞和活塞杆的连接

因工作压力、安装方式和工作条件的不同，活塞组件有多种结构形式。如下图所示：

1、整体式：图 4-10（a）所示，常用于小直径液压缸，结构简单，轴向尺寸紧凑，但损

坏后需整体更换；

2、焊接式：图 4-10（b）所示

图 4-10

3、锥销式：图 4-10（c）所示，常用于双杆缸，加工容易，装配简单，但承载能力小，


54

且需防止脱落；

4、螺纹式：图 4-10（d）所示，常用于单杆缸，结构简单，装拆方便，但需防止螺母松

动。

5、卡环式：图 4-10（e）所示，常用于高压大负载或振动比较大的场合，强度高，但结

构复杂，装拆方便。

四、液压缸的缓冲装置

1、设置缓冲装置的必要性

因为在质量较大、速度较高(v>12m/min）时，惯性力较大，活塞运动到终端时会撞击缸

盖，产生冲击和噪声，严重影响加工精度，甚至使液压缸损坏。所以常在大型、高速、或高

精度液压缸中设置缓冲装置或在系统中设置缓冲回路。

2、缓冲原理

利用节流方法在液压缸的回油腔产生阻力，减小速度，避免撞击。

3、液压缸的缓冲装置类型

液压缸中使用的缓冲装置，常见的有环状间隙式，图 4-11 a) 所示；节流口可调式图 b) 所

示)或外加缓冲回路等。

a） b）

图 4-11

五、液压缸的排气装置

1、排气的必要性

系统在安装或停止工作后常会渗入空气，致使液压缸产生爬行、振动和前冲，换向精度

降低等。所以必须设置排气装置。

2、排气方法

1）排气孔：油口设置在液压缸最高处

2）排气塞：为了排除聚集在液压缸内的空气，可在缸的两端最高部位各装一只排气塞。

环状间隙式缓冲装置

i

节流口可调式缓冲机构


55

排气塞结构如右图所示。

3）排气阀：使液压缸两腔经该阀与油箱相通

启动时，拧开排气阀使液压缸空载往复运动几次即可。

图 4-12

§4-4 液压缸常见故障及其排除法液压缸常见故障及其排除法如下表：

推力不足，速度不够或逐渐下渐

1 由于缸与活塞配合间隙过大或 O 形密封圈损坏，使高低压侧互通

2 工作段不均匀，造成局部几何形状有误差，使高低压腔密封不严，产生泄漏

3 缸端活塞杆密封压得矿产紧或活塞杆弯曲，使摩擦力或阻力增加

4 油温太高，粘度降低，泄漏增加，使缸速度减慢

5液压泵流量不足

1 更换活塞或密封圈，调整到合适的间隙

2 镗磨修复缸孔径，重配活塞

3 放松密封，校直活塞杆4 检查温升原因，采取散热措

施，如间隙过大，可单配活塞或增装密封环

5 检查泵或调节控制阀

外泄漏1 活塞杆表面损伤或密封圈损坏造成活

塞杆处密封不严2 管接头密封不严3 缸盖处密封不严

1 检查并修复活塞杆和密封圈2 检修密封圈及接触面3 检查并修整

故障现象产生原因排除方法

爬行

1 外界空气进入缸内

2 密封压得太紧3 活塞与活塞杆不同轴，活塞杆不直

4缸内壁拉毛，局部磨损或腐蚀

5安装位置有偏差6双活塞杆两端螺母拧得太紧

1 设置排气装置或开动系统强迫排气2 调整密封，但不得泄漏3 校正或更换，使同轴度小于0.04mm4 适当修理，严重者重新磨缸内孔，按要求重配活塞5 校正6 调整

冲击

1 用间隙密封的活塞，与缸筒间隙过大，节流阀失去作用2 端头缓冲的单向阀失灵，不起作用

1 更换活塞，使间隙达到规定要求，检查节流阀2 修正、研配单向阀与阀座或更换


56

课堂小结：

本讲主要介绍液压缸结构设计中各组成部分的连接、密封、缓冲与排气及液压缸常见故

障的排除方法。



57

第十一讲

☆ 课题第五章液压控制阀

5．1 方向控制阀


☆ 目的与要求 1: 了解方向控制阀的功用、分类和结构2: 掌握换向阀的中位机能

☆ 难点与重点难点: 换向阀的位、通、中位机能的概念重点: 换向阀的位、通、中位机能的概念与换向阀符号的含义

☆ 授课方式

多媒体授课


检查复习：

1: 两种损失的类型、原因

2: 两种损失定义及减小措施


58

讲授新课：

第五章液压控制阀

5．1 方向控制阀

方向控制阀是控制液压系统中油液流动方向的，它分为单向阀和换向两类。

一、单向阀

1．普通单向阀: 仅允许油液按一个方向流动而反方向截止，故又称止回阀。

图 5-1 普通单向阀的结构（1-阀芯、2-阀体、3-弹簧）

开启压力:0.035-0.05MPa

背压阀: 0.2-0.6MPa

2．液控单向阀

结构：普通单向阀+液控装置见图 5-2

工作原理：当控制口 K 不通压力油时，压力油只能从通口 P1 流向通口 P2，不能反向流

动。当控制口 K 接通压力油时，活塞 1 右移通过顶杆 2 顶开阀心 3，使通口 P1 和 P2 接通，

油液可在两个方向自由流动。控制油口 K 处的压力不应低于主油路压力的 30%-50%功用：正

向流通，反向受控流通。


59

1-控制活塞 2-推杆 3-锥阀芯 4-弹簧

图 5-2 液控换向阀的结构

二、换向阀

1．工作原理:利用阀芯和阀体的相对运动,使油路接通、关断或变换油流的方向，从而实

现液压执行元件及其驱动机构的启动、停止或变换运动方向。

2．分类:

1）按操作方式分：手动换向阀、机动换向阀（亦称行程阀）、电磁换向阀、液

动换向阀和电液换向阀等。

2）按阀芯工作时在阀体中所处的位置和换向阀所控制的通路数不同分：二位二通换向阀、

二位三通换向阀、二位四通换向阀、三位四通换向阀等。

3）按阀的安装方式分：管式（亦称螺纹式）换向阀、板式换向阀和法兰式换向阀等。

4）按阀的结构形式分：滑阀式换向阀、转阀式换向阀和锥阀式换向阀等。

3．换向阀的图形符号

1）方格数即“位”数，三格即三位

2）箭头表示两油路连通，但不表示流向。“⊥”表示油路不通。在一个方格内，箭头或

“⊥”符号与方格的交点数为油路的通路数，即“通”数每个换向阀都有一个常态位（即阀

芯在未受到外力作用时的位置）。在液压系统图中，换向阀的符号与油路的连接一般应画在常

态位上。


60

换向阀 = 操纵方式 + 位和通路

图 5-3 换向阀的位和通路符号

图 5-4 换向阀操纵方式符号

4．多位换向阀的中位机能

中位机能的概念：多位阀处于不同位置时，其各油口连通情况不同，这种不同的连通方

式体现了换向阀的各种控制机能，称为滑阀机能。图 5-5 是三位四通阀中位机能。

功能：1）系统保压；2）系统卸荷；3）换向平稳性与精度；4）启动平稳性；5）液压缸

“浮动”和在任意位置上的停止。


61

图 5-5 三位四通阀中位机能。

机能代号结构原理图中位图形符号


62

5．几种常见的换向阀的结构

1）电液换向阀:由电磁滑阀和液动滑阀组合而成电磁阀是先导阀，液动阀是主阀，电

磁滑阀起先导作用，它可以改变控制液流的方向，从而改变液动滑阀阀芯的位置（Y 型中位

机能）。

图 5-7 电液换向阀的结构与符号

2）滑阀式换向阀的结构

下图是三槽二台肩换向阀的换向原理。当换向阀芯处于左位时图 a，P与 A通,B 与 T 通；

当阀芯处于右位时图 b，P与 B通，A与 T通。这种阀的长度较短，但回油压力直接作用于

阀芯两端，对密封装置有较高的要求。

图 5-8 滑阀式换向阀的结构

、对中弹簧阀芯


63

图 5-9 滑阀式换向阀的实体

六、多路换向阀

目前实际上应用的多路阀型式很多，可以分为以下几种：

1. 按阀体的外形，分为整体式和分片式。

整体式的结构紧凑、重量轻、压力损失也较小。缺点是不同机械的多路阀

难于通用；加工时只要有一个阀孔不合格既全体报废；整体式的阀体一般是铸

造的，工艺比单片复杂。

分片式的可以用很少几种单元阀体组合多种不同的多路阀以适应各种机械

的需要，因此增大了它的使用范围。这类阀的缺点是加大了体积和重量，各片

之间要有密封。

2.按各联换向阀均处于中立位置时的回油方式有图示两种：

图 a 中的压力油经各联换向阀中专门的通道回路，换向时阀杆将此油路截死。图 b 中的

压力油是通过卸荷阀 A卸荷的。

图 5-10

3. 按换向阀油路连接方式可分为：


64

1）并联：从进油口来的油可直接通到所有换向阀的进油腔，而各换向阀的

回油都可直接通到回油口。若采用这种连接方式，当各换向阀同时操作时，压

力油总是首先进入阻力较小的油缸中去，因而很难实现外负荷不相同的液压执

行件同时动作。

图 5-11 换向阀并联

2）串联：图 5-12 为串联连接。即前一片换向阀的回油口与后一片的进油口相同，如果后

一联不工作，通过其中立位置回油道通往总回油口。这类结构的

多路阀可以使几个工作机构同时工作，回油泵的油压等于所有正在工作的液动

机的压差之和。串联回路的多路阀的压力损失一般总要大一些。

图 5-12 换向阀串联

3）串并联：图 5-13 为串并联回路，每一换向阀的进油腔与前一联的中立位置回油道相连，

而个联的回油腔同时直接与总回油口连接，即各联阀的进油是串联的，回油是并联的。采用


65

这种连接方式，当有一联换向时，其后各联换向控制的液动机就不能动作，因而这种连接方

式也叫单动顺序油路。

课堂小结：本章主要介绍了方向控制阀的功用、分类和结构以及换向阀的中位机能

布置作业：P72/5.3、5.5

图5-13 换向阀的串并联油路


66

第十二讲

☆课题 5．2 压力控制阀


☆目的与要求1:了解压力阀功用、分类、组成、特点2:掌握压力阀的工作原理、性能

☆难点与重点难点: 压力阀的结构与工作原理重点: 压力阀的工作原理、性能



检查复习：1．换向阀的位、通、中位机能的概念

2．换向阀符号的含义


67

讲授新课：

5．2 压力控制阀

一、压力控制阀的作用、分类、结构和共同工作原理

1．作用：控制液压系统压力或利用压力作为信号来控制其它元件动作。

2．分类：溢流阀、减压阀、顺序阀、压力继电器。

3．结构：阀体、阀芯、弹簧、调节螺帽等

4．共同工作原理：利用作用于阀芯上的液压力与弹簧力相平衡的原理进行工作。

二、溢流阀

作用：稳压溢流、安全保护

溢流阀分类：直动式、先导式

1.直动式溢流阀

组成：阀体、阀芯（球阀式、滑阀式、锥阀式）、弹簧、调节螺钉。

图 5-1 直动式溢流阀的结构

工作原理：

当 pA < FT时，阀口关闭。

当 pA = FT时，阀口即将打开, 此时，pA = FT = KX0 ， p = pK = KX0 /A 开启压力

当 pA > FT时，阀口打开，p T, 稳压溢流或安全保护

调压原理：调节调压螺帽改变弹簧预压缩量，便可调节溢流阀调整压力。

特点：∵ FT直接与 pA 平衡

∴ 称直动式


68

又∵ p 高，q 大时，K 较大，不但手调困难，且 FT略有变化，p 变化较

大。

∴ 一般用于低压小流量场合。

2．先导式溢流阀

组成：1）先导阀：直动式锥阀和硬弹簧。

2）主阀：由带有导向圆锥面的锥阀（二级同心式）或滑阀或带有多节导向圆锥

面的锥阀(三级同心式) 和软弹簧组成。

工作原理：

当 pA < F 硬 T 时,导阀关闭，主阀也关闭。

当 pA > F 硬 T 时,导阀打开，主阀两端产生压差

当△p < F 软 T 时，主阀关闭。

当△p > F 软 T 时，主阀打开，稳压溢流或安全保护。

调压原理：调节调压螺帽，改变硬弹簧力，即改变压力。

特点：

∵ 溢流阀稳定工作时，主阀阀芯上部压力小于下部压力。

∴ 即使下部压力较大，因有上部压力存在，弹簧可做较软，流量变化引起阀芯位置

变化时，弹簧力的变化量较小，压力变化小。

又∵ 调压弹簧调好后，上部压力为常数。

∴ 压力随流量变化较小，克服了直动式阀缺点

还∵ 锥阀锥孔尺寸较小，调压弹簧不必很硬。

∴ 调压方便。

3．溢流阀的静态特性

元件或系统在稳定工作状态下的性能，其静态特性指标很多，主要指压力— 流量特性和

启闭特性。

1）压力— 流量特性

由 P— Q 曲线可知，阀的进口压力随着流量的增减而增减。

溢流阀的结构不同,其定压性能也不同.下图分别画出了调定压力压力相同的直动式和先

导式溢流阀的曲线,以便比较。由图可以看出先导式溢流阀的定压性能优于直动式溢流阀。


69

2）启闭特性：溢流阀从开启到闭合全过程 P— Q 特性。

由于存在摩擦阻力，溢流阀的开启压力和闭和压力不等。闭和压力小于开启压力，且开

启过程与闭和过程的压力— 流量曲线不重合。

5．溢流阀的应用

1）作溢流阀用

在采用定量泵节流调速中，调节节流阀的开口大小可调节进入执行元件的流量，而定量

泵多余的油液则从溢流阀溢回油箱。在工作过程中阀是常开的，液压泵的工作压力决定于溢

流阀的调整压力且基本保持恒定。见图 5-4。

图5-3 溢流阀启闭特性


70

图 5-4 作溢流阀用

2）作安全阀用

此时阀是常闭的。只有当系统压力超过溢流阀调整压力时，阀才打开，油液经阀流回油

箱，系统压力不再增高，因而可以防止系统过载，起安全作用。见图 5-5。

图 5-5 溢流阀在容积调整系统中起限压安全作用

3）作背压阀用

将溢流阀装在回油路上，调节溢流阀的调压弹簧即能调节背压力的大小。见图 5-6。

图5-6 溢流阀作背压阀用


71

三、减压阀

功用：降低系统某一支路的油液压力，使同一系统有两个或多个不同压力。

分类：1）直动式

2）先导式：①定差减压阀

②定值减压阀

减压原理:利用油液在某个地方的压力损失，使出口压力低于进口压力，并保持恒定，故

又称定值减压阀。

1.先导式减压阀

图 5-7 先导式减压阀的结构

结构：见图 5-7。

工作原理：1）p2 < pT 时，导阀关闭，主阀左位，f 最大，不减压

2）p2 > pT时，导阀打开，主阀两端产生压差

①当△P < F 软 T 时，同上

②当△P > F 软 T 时，主阀阀芯右移，f↓， p2↓

调压原理：调节调压弹簧，改变硬弹簧力，即可改变出口压力。

特点：在减压阀出口油液不再流动时，由于先导阀卸油仍未停止，减压口仍有油液流动，

阀就处于工作状态，出口压力也就保持调定压力不变。

四、顺序阀

1.功用：利用液压系统压力变化来控制油路的通断，从而实现多个液压元件按一定的顺


72

序动作。

2.分类：1）按结构形式分：①*直动式

②先导式

2）按泄漏方式：①内泄式

②外泄式

3）按泄漏方式：①内泄式

②外泄式

3.直动式顺序阀:

结构：见图 5-8

工作原理：1）pA < Ft，阀口关闭，A B

2）pA > Ft, 阀口打开，A B，下一个执行元件动作。

调节原理：调节调压螺钉，改变弹簧力，即可改变开启压力。

五、压力继电器

1.功用：根据系统压力变化，自动接通或断开电路，实现程序控制或安全保护。

2.组成：1）压力— 位移转换器：①*柱塞式

②弹簧管式

③膜片式

④波纹管式

2）微动开关

5-8 直动式顺序阀


73

图 5-9 薄膜式压力继电器的结构

3.性能：

1）调压范围即发出电信号的最低和最高工作压力的范围。调节调压螺帽，即调节工作压

力。

2）通断调节区间（返回区间）

开启压力-闭合压力=返回区间

4.工作原理：当 pk > pT 时，柱塞上升，发出信号。

当 pk < pT 时，柱塞下降，断开信号。

课堂小结：

1．压力控制阀控制液压系统压力或利用压力作为信号来控制其它元件动作。

2．压力控制阀包括：溢流阀、减压阀、顺序阀、压力继电器。

布置作业：P72 习题 5.1、5.2

10-弹簧 11-螺钉 12-支点 13-螺钉 14-微动开关 15-垫圈


74

第十三讲

☆课题 5．3 流量控制阀


☆目的与要求 1: 了解流量控制阀的功用、分类、组成、特点2: 掌握流量控制阀的工作原理、性能

☆难点与重点难点: 流量控制阀的结构与工作原理重点: 流量控制阀的工作原理、性能

☆授课方式

多媒体授课


检查复习：1．压力阀功用、分类、组成、特点。2．压力阀的工作原理、性能。


75

讲授新课：

5．3 流量控制阀

功用：通过改变阀口过流面积来调节输出流量，从而控制执行元件的运动速度。

分类：节流阀、调速阀、分流阀。

节流阀调速阀分流阀

图 5-14 流量控制阀

一．节流阀

1．结构：阀体、阀芯、弹簧、调节手轮等

2．工作原理：

调节手轮，阀芯移动，A 变化，Q 变化。

3．特点：

∵ 进口压力油通过弹簧腔径向小孔和阀体上的斜孔同时作用在阀芯的上下两端。

∴即使在高压下，调节阀口比较方便。


76

图 5-15 节流阀的结构

二、调速阀

图 5-16 调速阀的结构


77

调速阀

节流阀

1．组成：定差减压阀与节流阀串联而成。

2．减压阀阀芯受力平衡方程

∵ p2A = p3A + FT

∴ p2 - p3 = FT/A = kX0/A

∵ k 较小且不可调，工作时阀芯移动很小。

∴ FT≈c △p = p2-p3 = FT/A ≈ c

故当 A = c 时，Q= c，v = c

3．调速阀的工作原理

F↑,p3↑，减压阀阀芯右移，x↑，减压作用↓，p2↑，使△p = p2-p3，基本不变。

反之：F↓，p3↓减压阀阀心左移，x↓，减压作用↑，p2↓仍使△p = p2-p3 基本不

变。

∴ F 不管 ↑还是↓ 皆有△p = c，若 A = c，则 Q=c

4．调速阀的流量特性

图中表示节流阀和调速阀流量 Q 与阀进、出口压差

p 的关系。从图中可看出，节流阀的流量随压差的变化

比较大。而当压差大于一定数值后，通过调速阀的流量就

不随调速阀前后压差的改变而变化。在调速阀压差较小的

区域内，这一段流量特性就和节流阀相同。所以要使调速

阀正常工作，就必须保证有一最小压差。此压差一般调速图 5-17 调速阀和节流阀的流量

简化符号

符号

图 5 - 1 7 调速阀符号


78

阀中为 0.5MPa, 高压调速阀为 1MPa。

5.温度补偿调速阀

组成：在上述调速阀中节流阀的推杆部分加上一根温度补偿杆（一般用聚氯已烯塑料），

且将阀口变成薄刃形（轴向缝隙式）。

工作原理：利用温度补偿杆的热胀冷缩补偿流量。

k↑ q↑

T↑ < > 从而使 q 稳定

L↑ A↓ q↓

6．流量控制阀常见故障及其排除方法

课堂小结：

1.节流阀影响流量 q 变化因素：

1）负载变化的影响

2）温度变化的影响

3）节流口形状的影响

2．调速阀由定差减压阀与节流阀串联而成，定差减压阀能自动保持节流阀两端压差不变，

从而使通过节流阀的流量不受负载变化的影响；执行元件的运动速度则由节流阀开口大小来

调定。

布置作业：

P72 习题 5.1、5.4、


79

第十四讲

☆课题第六章辅助装置


☆目的与要求 1：了解辅助装置的功用、类型、结构2：掌握辅助装置的工作原理和特点

☆难点与重点难点: 辅助装置的结构和工作原理重点: 辅助装置的工作原理和特点



检查复习：1、流量控制阀作用、分类、组成

2．调速阀组成、原理、特性

讲授新课：


80

第六章辅助装置

辅助装置功用：对系统的动态性能、工作稳定性、工作寿命、噪声和温升有直接影响。

辅助装置分类：蓄能器、过滤器、油箱、热交换器、密封装置。

一、蓄能器

1．类型

1）重锤式蓄能器

重鏙式蓄能器

－重鏙－柱塞－液压油

图 6-1

原理：

见图 6-1 。它利用重锤的位置变化来储存和释放能量。重锤 1 作用于

油液，油液压力决定于弹簧的预紧力和活塞面积。这种蓄能器目前已很少采用，只有在个别

的低压系统中还能见到。

2）弹簧式蓄能器

弹簧式蓄能器的原理和结构如图 6-2 所示：


81

弹簧式蓄能器

－弹簧－活塞－液压油

图 6-2

3）充气式蓄能器

充气式蓄能器利用压缩气体储存能量。

① 气瓶式蓄能器：这是一种直接式接触式蓄能器。其结构如图 6-3。

－气体－液压瓶

气瓶式蓄能器

图 6-3

特点：

它是一个下半部盛油液，上半部充压缩气体的气瓶。这种蓄能器容量大，体积小，惯性

小，反应灵敏。但是气体容易混入油液中，使油液的可压缩性增加，并且耗气量大，必须经

常补气。

②活塞式蓄能器：这是一种隔离式蓄能器。其机构如图 6-4。

原理：


82

它利用活塞使气油液隔离，以减少气体渗入油液的可能性。其容量大，常用于中、高压

系统，但正逐渐被性能更完善的气囊式蓄能器所代替

活塞式蓄能器－气体－活塞－液压瓶－充气阀－壳体－气囊－菌形阀

气囊式蓄能器

图 6-4 图 6-5

③气囊式蓄能器

气囊式蓄能器也是一种隔离式蓄能器。其结构如图 6-5。外壳 2为两端成球形的圆柱体，

壳体内有一个用耐油橡胶制成的气囊 3。气囊出口上设充气阀 1，充气阀只在为气囊充气时

才打开，平时关闭。这种蓄能器中气体和液体完全隔离开，而且蓄能器的重量轻，惯性小，

反应灵敏，是当前最广泛应用的一种蓄能器。

2．功用

1）短期大量供油

2）系统保压

3）应急能源

4）缓和冲击压力

5）吸收脉动压力

上诉五项中，前三项属辅助能源，后二项属减少压力冲击，改善性能的辅助装置。

3．使用蓄能器时应注意一下几点：

1）气瓶式蓄能器需要垂直安装，气体在上部，油液处于下部，以避免气体随液体一起排


83

出。

2）装在管路上的蓄能器必须用支承架固定。

3）蓄能器与管路系统之间应安装截至阀，以便在系统长期停止工作以及充气和检修时，

将蓄能器与主油路切断。蓄能器与液压泵之间还应安装单向阀，以防止液压泵停转时蓄能器

内的压力油倒流。

4．充气式蓄能器的选用

1）液压泵流量的计算在一个工作循环内各阶段所需流量如图，液压泵的流量 Qp 为：

Qp=Qiti/T

Qi－第 i 阶段所需流量；

ti－第 i 阶段持续时间；

T－一个循环的总时间；

n－一个循环的总阶段数。

2）蓄能器工作容积 Vw 的计算

这里 Vw指的是蓄能器所能储存油液的最大容积。在工作循环中，当所需流量大于泵流量

时，蓄能器释放能量；而当所需流量小于泵的流量时，蓄能器储存能量。在各个工作阶段，

蓄能器释放的油量为：

Vi=(Qp-Qi) ti

ti为负值时，表示释放压力油；ti为正值时表示储存压力油。显然， Vw至少应等于 Vi中

的最大值。极限情况下：Vw =(1/2) | V’i |

3）气囊式蓄能器在使用前先充气，压缩气体使气囊占有了蓄能器的全部容积，此时气囊

中气体的体积为 V0，绝对压力为 P0；在工作状态下，压力油进入蓄能器，使气囊受压缩，此

时压力为 P2，体积为 V2；压力油释放后，气体压力降为 P1，体积膨胀为 V1。一般，P1>P0 。

由气体定律:

P0V0n=P1V1

n=P2V2n

从而有： Vw =V0P01/n[(1/P1)

1/n]

式中 n－指数。

二、滤油器

1．滤油器的总类很多，主要类型有：

流量时间循环图

o t1

Q1

Qmax

Qp

Q

Q4Q3Q2

t4t2 t3 t

T


84

机械式滤油器线隙式滤油器；

片式滤油器；

纸芯式滤油器；

烧结式滤油器；

网式滤油器

磁性滤器

机械式滤油器主要靠过滤介质阻挡杂质；磁性滤油器则靠过滤介质的磁性吸出油液中的

铁末。

1）网式滤油器

图 6-6

结构如图 6-6。网式滤油器的优点是通油能力大压力损失小，容易清洗，但过滤精度不

高，主要用于泵吸油口。

2）线隙式滤油器

结构如图 6-7 所示。其滤芯采用绕在骨架上的铜丝来替代上图中的铜丝网。过滤精度决定

于铜丝间的间隙，故称为线隙式滤油器。它常用于液压系统的压力管及内燃机的燃油过滤系

统。

3）纸芯式滤油器

纸芯式滤油器是以处理过的滤纸做过滤材料。为了增加过滤面积，纸芯上的纸呈波纹状。

纸芯式滤油器性能可靠，是液压系统中广泛采用的一种滤油器。但纸芯强度较低，且堵塞后


85

无法清理，所以必须经常更换纸芯。滤油器纸芯外形。

4）烧结式滤油器

烧结式滤油器结构如图 6-9 所示，滤芯是用颗粒状青铜粉压制烧结而成，属于深度型滤油器。

烧结式滤芯

强度较高，耐高温，性

能稳定，抗腐蚀性能好，

过滤精度高，是一种常

用的精密滤芯。但其颗

粒容易脱落，堵塞不易清洗。

2．滤油器的选用

1）滤孔尺寸滤芯的滤孔尺寸可根据过滤精度或过滤比的要求来选取。

2）通过能力滤芯应有足够的通流面积。通过的流量愈高，则要求通流面积愈大。一般可

－滤纸－骨架

A－A

图6-8 纸芯式滤油器的纸芯

1－端盖 2－壳体 3－滤芯图6-9 烧结式滤油器

－发讯装置－端盖－壳体－骨架－铜丝

图6-7 线隙式滤油器


86

按要求通过的流量，由样本选用相应的规格的滤芯。

3）耐压包括滤芯的耐压以及壳体的耐压。这主要靠设计时的滤芯有足够的通流面积，使

滤芯上的压降足够小，以避免滤芯被破坏。当滤芯堵塞时，压降便增加，故要在滤油器上装

置安全阀或发讯装置报警。必须注意滤芯的耐压与滤油器的使用压力是两回事。当提高使用

压力时，只需考虑壳体（以及相应的密封装置）是否能承受，而与滤芯的耐压无关。

3．滤油器的安装位置

1）滤油器安装于液压泵吸油口。此位置可避免较大颗粒的杂质进入液压泵，但要求滤油

器有很大的通油能力和较小的压力损失。一般采用过滤精度较低的网式滤油器。

2）滤油器安装于液压泵压油口。此位置可用以保护除液压泵以外的其它液压元件。要求

滤油器能耐高压。

3）滤油器安装于回油管路。此位置使油液在流回油箱之前先经过过滤，使油箱中的油

液得到净化。此种滤油器壳体的耐压性能可较低。

4、滤油器安装在旁油路上。此位置可使管路中大的油液不断净化，使油液的污染程度得

到控制。

5、独立的过滤系统。这是将滤油器和泵组成一个独立于液压系统之外的过滤回路。它的

作用也是不断净化系统中的油液，与将滤油器安装在旁路上的情况相似。它需要增加设备

（泵），适用于大型机械的液压系统。

三、油箱

1.结构

油箱用以储存油液，以保证供给液压液压系统充分的工作油液，同时还具有散热，使渗

入油液中的污物沉淀等作用。油箱可分为开式油箱和闭式油箱两种。开式油箱中的油液的液

面与大气相通，而闭式油箱中油液的液面与大气隔绝。开式油箱又分为整体式和分离式。所

谓整体式是指利用主机的底座等作为油箱。而分离式油箱则与三机分离并与泵组成一个独立

的供油单元（泵站）。

2.进行油箱设计时，应注意以下几点：

1)应考虑清洗，换油方便。

2)油箱应有足够的容量。

3)吸油管及回油管应隔开，最好用一个或几个隔板隔开，以增加油液循环距离，使油液

有充分时间沉淀污物，排出气泡和冷却。


87

4)吸油管距离箱底距离 H 2D，距离壁大于 3D（D 为吸油管外径）。

5)油箱一般用 2.5~4mm 的钢板焊成，尺寸高大的油箱要加焊角铁和筋板，

以增加刚性。

6)要防止油液渗漏和污染。

7)油箱应便于安装、吊装和维修

四、热交换器

1、冷却器

液压系统中的功率损失几乎全部变成能量，使油液温度升高。要是散热面积不够，则需

要采用冷却器，使油液的平衡温度降低到合适的范围内。按冷却介质分，冷却器可分为风冷、

水冷、和氨冷等多种形式。一般液压系统中主要采用前两种。

水冷却器有蛇形管式、多管式和翅片式等。风冷式冷却器由风扇和许多带散热片的管子组

成。冷却器安装在回油管，避免受高压。

图 6-10 图为冷却器外形及安装位置

2. 加热器

液压系统中油液的加热一般用电加热器，加热方式见下图 6-11。由于直接和加热器接触

的油液温度可能很高，会加速油液老化，所以这种电加热器应慎用。

图 6-12

油箱 2－电加热器


88

五、其它辅件

1．管道

液压系统中使用的管道分为硬管和软管两类。硬管有无缝钢管、有缝钢管和铜管等；软

管则有橡胶管和尼龙管等。油管的内径 d按下式计算：

d=2.(Q/2)1/2

式中 Q－通过油管的流量；

V－管道中允许的流速。

压油管壁厚计算式如下：

pd/2()

P－油管工作压力；（）－油管材料许用压力。

根据计算所得油管的直径和壁厚，对照标准，选用相近的规格。

在配置液压系统管道时还应注意以下几点：

1）尽管缩短管路，避免过多的交叉迂回；

2）弯硬管时在使用弯管器，弯曲部分保持圆滑，防止皱折。

3）金属管随意接时要留有胀缩余地。

4）随意接软管时要防止软管受拉或受扭。

2．管接头

管接头是油管与油管、油管与液压元件的可拆装的连接件。它应该满足拆装方便，连接

牢固，密封可靠，外尺寸小，通油能大，压力损失小以及工艺性好等要求。管接头的种类很

多，按接管接头的通路数量和流向可分为直通、弯管、三通、和四通等；而按管接头和油管

的连接方式不同又可分为扩口式焊接式、卡套式等。

3．压力表

液压系统各工作点的压力可通过压力表观测，以便调整和控制。最常用的压力表是弹簧

弯管式压力表。压力表的精度等级以其误差占量程的百分数来表示。选用压力表时系统最高

压力约为量程的 3/4 比较合理。为防止压力冲击损坏压力表，常在通至压力表的通道上设置

阻尼器(见图 6-13)。


89

图 6-13

图为压力表实物：

4、压力表开关

压力油路与压力表之间往往装有一压力表开关。见下图。它实际上是一个小型截止阀，

用于切断与接通压力表和油路的通道。压力表开关有一点、三点、六点等。

油箱

被测压力接压力表

图6-14 压力表开关


90

课堂小结：

1．辅助装置对系统的动态性能、工作稳定性、工作寿命、噪声和温升有直接影响。

2．辅助装置分为蓄能器、过滤器、油箱、热交换器、油管等其它辅件。每一种辅件都有

不同的类型、结构和功用。

安排作业：

P87 习题 6.1、6.2


91

第十五讲

☆ 课题第七章基本回路

7.1 速度控制回路7.1.1 调速回路


☆ 目的与要求

1：了解速度控制回路的分类、组成、特点2：掌握速度控制回路的功用、工作原理

☆ 难点与重点

难点:节流阀节流调速原理、变——变调速回路重点:节流阀节流调速原理、变——变调速回路

☆ 授课方式

多媒体授课


检查复习：

1、液压元件的类型？

2、液压元件的功用、符号？


92

讲授新课：

第七章液压基本回路

7.1 速度控制回路

一、液压基本回路概述

1、定义

液压基本回路是能实现某种规定功能的液压元件的组合，是液压系统的组成

部分。

2、分类

按完成的功能不同，液压基本回路可分为以下几类。

1）方向控制回路（如换向回路、锁紧回路等）。

2）压力控制回路（如调速回路、保压回路、减压贿赂、增压回路、卸荷回

路、平衡回路等）。

3）速度控制回路（如调速回路、快速回路、速度转换回路等）。

4）多缸工作控制回路（如顺序动作回路、同步回路、互锁回路、多缸快慢

速互不干扰回路等

二、速度控制回路

1、功用

调节和变换执行元件的运动速度。

2、分类

调速、换速、增速回路等；其中调速回路是液压系统用来传递动力的，它

在基本回路中占重要的地位。

三、调速回路

1、调速原理

液压缸： v = q /A

液压马达：n = q /Vm

由上两式知：

∵改变 q 、 Vm、A，皆可改变 v或 n，一般 A是不可改变的。

∴液压缸：改变 q，即可改变 v。


93

液压马达：既可改变 q，又可改变 Vm。

2、调速方法

1）节流调速回路：用定量泵供油，采用流量控制阀调节执行元件的流量，

以实现速度调节。2）容积调速回路：改变变量泵的供油流量和改变变量马达的

排量，以实现速度调节。3）容积节流调速回路：采用变量泵和流量控制阀相配

合的调速方法，称联合调速。

3、对调速回路的要求 1）调速范围大。

2）速度稳定性好。

3）效率高。

四、节流调速回路

1、组成

如图 7-1 所示，见书图 7.1.1(a)。

由定量泵、流量阀、溢流阀、执行元件等组成。

2、节流调速回路工作原理

通过改变流量控制阀阀口的通流面积来控制流进或流出执行元件的流量，

以调节其运动速度。

图 7-1 节流阀进口节流调速回路

3、节流调速回路分类

1）按采用流量阀不同可分为：节流阀节流调速、调速阀节流调速。

v

FP1

qp

pp

q1

Δq

AT

p2=0

A1 A2

ΔP


94

2）按流量控制阀安装位置不同可分为：进口节流调速回路（见图 7-1，书

图 7.1.1）、回节流调速回路（见图 7-2,书图 7.1.2）、旁路节流调速回路（见图

7-3,书图 7.1.3）。

图 7-2 节流阀出口节流调速回路

4、节流阀进口节流调速回路

1）节流阀进口节流调速回路特征

图 7-3 节流阀旁路节流调速回路

将节流阀串联在进入液压缸的油路上，即串联在泵和缸之间，调节 A，即可

改变 q，从而改变速度，且必须和溢流阀联合使用。

2）节流阀进口节流调速回路油路

pp

vP2

A2A1

qp

P1

q1

F

AT

Δ

pp

qp

Δq

v

q1

q2

P1=pp

P2

A2A1

F

AT

q2q2

△p


95

p

节流阀液压缸

溢流阀油箱

3）节流阀进口节流调速回路工作特性分析

（1）速度负载特性

由图 7-1 所示，在回路中调速元件的调定值不变的情况下，负载变化所引起

速度变化的性能。式中：C——系数，视为常数；

AT——节流口通流截面积；

ΔP——节流口前后的压差；

——节流阀指数。

故液压缸的运动速度为

1 Tp

q A Fv C ( P )

A A A

若以为 v纵坐标，F为横坐标，AT 为参变量，由上述方程可绘制出负载特性

曲线，如图 7-4 所示，见书图 7.1.1(b)。

曲线越陡，说明负载变化对速度的影响越大，速度的刚性越差；曲线越平

稳，速度刚性越好。

图 7-4 节流阀进口节流调速的速度-负载特性曲线

结论：

1 T T p

Fq CA P CA ( P )

A


96

①当节流阀开口 AT 一定时，液压缸的速度随负载的增加而降低，其特性较

软；

②当节流阀开口 AT 一定时，负载较小的区段曲线比较平缓，速度刚性较好；

负载较大的区段曲线较陡，速度刚性越差。

③当负载一定时，节流阀开口较小缸的速度较低时，曲线较平缓，速度刚性

好；节流阀开口较大，缸的速度较高时，曲线较陡，速度刚性越差。

④节流阀开口不同的各特性曲线相交于负载轴上的一点。说明液压缸速度不

同时，其能承受的最大负载（它等于溢流阀的调定压力与液压缸有效工作面积的

乘积）相同。Fmax 由溢流阀调定。

max pF p A

（3）功率与效率

回路的功率损失：

p 1 p p 1 1

p 1

P P P P q P q

P q qq

该回路功率损失由两部分组成，即溢流损失和节流损失。

回路的效率：

进油节流调速回路适用于轻载、低速、负载变化不大和对速度稳定性要求不

高的小功率液压系统。

5、节流阀出口节流调速回路

它是将节流阀放置在回油路上，用它来控制从液压缸回油腔流出的流量，也

就控制进入液压缸的流量，达到调速的目的。

1）速度负载特性

出口节流调速回路与进油节流调速回路的速度负载特性和刚度基本相同。

如果液压缸是两腔有效面积相同的双出杆液压缸（A1=A2），则两种调速回路

1 1 1c

p p p

P p qP p q


97

的速度负载特性和刚度就完全一样。

2）最大承载能力、功率和效率

回油节流调速回路的最大承载能力、功率和效率与进油节流调速回路的情况

相同。

回油节流调速回路中由于节流阀的存在而使液压缸的回油腔具有一定背压，

不仅提高了液压缸的平稳性，并且使它能承受负方向的负载（负值负载，与液压

缸运动方向相同的负载力）

而进油节流调速回路则只有在液压缸的回油路上设置背压阀后，才可承受负

值负载。

在出口节流调速回路中，流经节流阀而发热的油液，直接流回油箱而得到冷

却。

在进口节流调速回路中流经节流阀而发热的油液，则直接进入液压缸中，使

液压缸泄漏增加，导致其速度稳定性降低。

对于单出杆液压缸而言，在出口节流调速回路中，当负载为零时，液压缸的

背压将会升得很高，这样会使密封件寿命降低，而导致泄漏增加效率降低。

出口节流调速回路，如长时间停车后，由于泄漏在液压缸回油腔会形成空隙，

重新启动时，由于瞬时负载为零而导致液压泵全部流量进入液压缸，进油腔而使

活塞前冲。

在进口节流调速回路中，只要在启动时关小节流阀就能避免前冲。

旁路节流调速回路

它是将节流阀放置在与执行元件并联的支路上，用它来调节支路流回油箱的

流量，已控制进入液压缸的流量来达到调速的目的。回路中溢流阀起安全作用，

泵的工作压力不是恒定的，它随负载发生变化。

1）速度负载特性

增大而显著减小，当节流阀开口面积不变的情况下，液压缸的速度因负载增

大而显著减小，其速度负载特性比进、回油节流调速更软。

2）最大承载能力

最大承载能力随着节流阀能流面积增大而减小。

低速时承载能力很差。

3）功率和效率


98

只有节流损失，没有溢流损失，比前两种调速回路功率损失小，效率较高。

旁路节流调速回路的速度负载特性较差，调速范围小，但效率较高，一般

用于高速重载、对速度稳定性要求不高和功率较大的液压系统。

如：牛头刨床主运动系统、输送机械液压系统、大型拉床液压系统、龙门刨

床液压系统等。

采用调速阀的节流调速回路

1）调速阀节流调速回路分类

按流量控制阀安装位置不同可分为：调速阀进口节流调速回路（见图 7-5）、

调速阀出回节流调速回路（见图 7-6）、调速阀旁路节流调速回路（见图 7-7）。

图 7-5 调速阀进口节流调速回路

图 7-6 调速阀出口节流调速回路


99

图 7-7 调速阀旁路节流调速回路

调速阀的节流调速回路特点

1）在负载变化较大，v稳定性要求较高的场合，则用调速阀替代节流阀，

当△P>△Pmin，qV 不随△P而变化，所以速度刚性明显优于节流阀调速。

2）虽解决了速度稳定性问题，但因既有△P溢，又有△P节，还有△P减，

所以，△P更大，一般用于 P较小，但 F变化较大而 v稳定性要求较高的场合。

六、容积调速回路特点

1.容积调速回路特点

∵节流调速回路效率低、发热大，只适用于小功率场合。 ∴而容积调速回

路，因无节流损失或溢流损失，故效率高，发热小，一般用于大功率场合。2、

容积调速回路分类

按油路循环方式分：开式、闭式。按所用执行元件不同分：泵—缸式；泵—

马达式（变—定、定—变、变—变）。

3、变量泵和定量马达容积调速回路（恒转矩）

1）组成


100

图 7-8 变量泵和定量马达容积调速回路

2）工作特性

①nM=qP/VM

∵VM=定值 ∴ 调节 qP 即可改变 nM ②若不计损失，在调速范围内，

∵T=pPVM/2π=C

∴称恒转矩容积调速。

4、定量泵—变量马达式容积调速回路（恒功率）

1）组成

图 7-9 定量泵和变量马达容积调速回路

2）工作特性


101

nM = qP/VM ∵qP=定值

∴调节 VM 即可改变 nM。

3）特点

∵nM 与 VM 成反比

TM 与 VM 成正比 ∴ VM↑，nM↓，TM↑；

VM↓，nM↑，TM↓，

以致带不动负载，使马达“自锁”。故这种回路很少单独使用。

5、变量泵——变量马达式容积调速回路

1）组成

图 7-10 变量泵——变量马达式容积调速回路

2）特点∵ nM 低时 TM大，nM 高时 TM 小。∴ 正好符合大部分机械要求。故

多用于机床主运动、纺织机械、矿山机械。

课堂小结：

本讲主要介绍了速度控制回路的分类、组成、特点和速度控制回路的功用、

工作原理。

布置作业：7-1、7-2


103

第十六讲

☆ 课题第七章基本回路

7.1 速度控制回路7.1.1 调速回路


☆ 目的与要求

1: 了解调速回路的分类、组成、特点

2: 掌握调速回路的功用、工作原理

☆ 难点与重点

难点: 调速回路的功用、工作原理重点: 调速回路的分类、组成、特点、功用

☆ 授课方式

多媒体授课


检查复习：

1、速度控制回路的分类、组成、特点？

2、节流调速回路的功用、工作原理？


104

7.1 速度控制回路

7.1.1 调速回路

容积节流调速回路

1、容积节流调速回路特点

1）qP自动与流量阀调节相吻合，无△P溢，η高。

2）进入执行元件的 q与 F变化无关，且自动补偿泄漏，速度稳定性好。

3）因回路有节流损失，所以η<η容

4）便于实现快进—工进—快退工作循环

2、应用

因为容积调速回路虽然效率高，发热小，但仍存在速度负载特性较软的问题

（主要由于泄漏所引起）。所以在低速、稳定性要求较高的场合（如机床进给系

统中），常采用容积节流调速回路。

限压式变量泵和调速阀的容积节流调速回路

限压式变量泵和调速阀的容积节流调速回路

1）限压式变量泵和调速阀调速回路工作原理

联合调速，v由调速阀调定，qP与 q

1自动适应。

qP> q

1，p

P↑，通过反馈，qp↓q

P= q1 q

P< q

1，p

P↓，e↑,q

P↑q

P= q

10、

5Mpa(中低压)，△pmin = pP- p

1= < 调速阀正常工作，△P最小

若△p过大，△p大易发热 1 Mpa（高压）

若△p过小，v稳定性不好

3）限压式变量泵和调速阀调速回路特点

∵本回路的 pP为一定值 ∴称定压式容积节流调速回路

原理图特性曲线


105

又∵若负载变化大时，节流损失大，低速工作时，泄漏量大，系统效率降低。

∴用于低速、轻载时间较长且变载的场合时，效率很低。故本回路多用于机床

进给系统中。图 7-12 差压式变量泵和节流阀的容积节流调速回

路

工进时，节流阀调节 q1，q

P与之适应。 q

P> q

1时，p

P↑，定子右移，

e↓，qP↓ q

P< q

1时，p

P↓，定子左移，e↑，q

P↑ 直至 q

P= q

1，

v=c。虽用了节流阀，但具有调速阀的性能，即 q1 不受负载变化影响 ∵定子受

力平衡方程

pPA1+p

P(A

2-A

1)=p

1A2+FS ∴ △p = p

P-p

1=F

S/A

2=c

又∵ pP 随负载变化而变化，p1也变化， ∴ 称变压式容积节流调速

回路，且△qP小η高。因采用了固定阻尼孔，可防止定子因移动过快而发生振动。

适用于负载变化大、速度较低的中小功率系统。

1、快速回路功用

使执行元件获得必要的高速，以提高效率，充分利用功率。

2、快速回路分类

液压缸差动连接快速回路、双泵供油快速回路、用蓄能器的快速回路、增速

缸快速回路等。

3、液压缸差动连接快速回路

1）组成

如图 7-13 所示，见书 7.1.14。


106

图 7-13 液压缸差动连接快速回路

2）工作原理

3）特点

实质↓A 以↑v ，简单易行，应用广泛，但因差动时部分 qV↑，管道及阀

均应大规格。

4、双泵供油快速回路

1）组成

如图 7-14 所示。书上图 7.1.15。

电磁铁动作顺序表

---原位停止

++-快退

+-+工进

--+快进

3YA2YA1YA电磁铁动作顺序


107

图 7-14 双泵供油快速回路

2）工作原理

增大进入执行元件流量的方法。

泵 1为低压大流量泵，泵 2为高压小流量泵；溢流阀 5应根据最大负载调定

压力，

卸荷阀 3的调定压力应比溢流阀 5低，但又高于快进时的工作压力

3）特点

回路简单合理，功率损耗小，系统效率高，在快慢速相差很大的系统中应用

广泛。

如将这种回路与用差动连接增速回路相组合，将能达到更好的增速效果。

5、增速缸快速回路

1）组成

如图 7-15 所示。

图 7-15 增速缸快速回路

2）特点

具有较高的效率和较平稳的快、慢速切换的优点

如将这种回路与用差动连接增速回路相组合，将能达到更好的增速效果。


108

三、速度换接回路

1、功用

完成系统中执行元件依次实现几种速度的换接。实质上是一种分级（或有级）

调速回路，但速度是根据需要事先调好，这是和调速回路的不同之处。

2、分类

快速与慢速的换接、两种慢速的换接。

3、快速与慢速的换接回路

1）速度换接方法

各种增速回路、电磁阀的换接回路、行程阀的换接回路

2）举例

行程阀的换接回路如图 7-16，见书上图 7.1.19。

图 7-16 行程阀的换接回路

利用行程阀来实现快速到慢速的切换，利用行程开关及电磁阀来实现执行元

件正反向运动的切换。

优点：通过改变挡块的斜度来调整切换过程的速度以达到要求的速度换接平

稳性；切换位置比较精确且可调。

缺点：行程阀的安装位置不能任意布置，管路连接比较复杂。容易造成泄漏

和振动。

4、两种工作速度的切换回路(两个调速阀并联)

1）组成

如图 7-17，见书上图 7.1.21。


109

图 7-17 两种工作速度的切换回路(两个调速阀并联)

2）特点

v1、v2 互不影响，但因 A、B 任意一个工作时，另一个减压阀阀口最大，一

旦换接易前冲。

较少用于工作过程中的速度换接。

5、两种工作速度的切换回路(两个调速阀并联)

1）组成

如图 7-18，见书上图 7.1.20。

2）特点

调速阀 4 的流量调定值必须调得比阀 3 小。速度换接平稳性较好，但能量损

失较大。


110

图 7-18 两种工作速度的切换回路(两个调速阀并联)

课堂小结：

1．容积节流调速回路的组成、类型、工作原理及特性。

2．快速回路的功用、类型、工作原理及特性。

3．速度换接回路的类型、组成、特点及应用。

安排作业：看书。


111

第十七讲

☆ 课题 7.2 方向控制回路

7.3 压力控制回路


☆ 目的与要求

1：了解方向、压力控制回路的组成、类型、特点2：掌握方向、压力控制回路的功用、工作原理和应用

☆ 难点与重点

难点: 调压回路、卸荷回路重点: 调压回路、卸荷回路

☆ 授课方式

多媒体授课


检查复习：

1．什么叫基本回路？

2 ．速度控制回路的功用和分类各是什么？


112

讲授新课：

7.2 方向控制回路

7.3 压力控制回路

一、方向控制回路

1、定义

液压系统中，通过控制液流通、断及改变流向，使执行元件启动、停止(包括

锁紧)及变换运动方向。

2、分类

换向回路（见图 7-19）、锁紧回路（见图 7-20）。

图 7-19 换向回路

图 7-20 锁紧回路

3、换向回路

1）功用

控制执行元件的启动、停止和换向。

2）组成

各种控制方式的换向阀或双向变量泵皆可组成。


113

3）分类

手动换向阀、机动换向阀、电磁换向阀、液动阀和电液换向阀、操纵箱。

4）性能特点

（1）手动换向阀换向回路性能特点

换向精度和平稳性不高，常用于换向不频繁且无需自动化的场合。如:一般

机床夹具、工程机械等

（2）机动换向阀换向回路性能特点

换向精度高，冲击较小，一般用于速度和惯性较大的系统中。

（3）电磁换向阀换向回路性能特点

使用方便，易于实现自，但换向时间短，冲击大，交流电磁铁尤甚，一般

用于小流量、平稳性要求不高处。

（4）液动阀和电液换向阀换向回路性能特点

流量超过 63L/min、对换向精度与平稳有一定要求的液压系统。

（5）液压操纵箱

换向有特殊要求处，如磨床液压系统。

4、锁紧回路

1）组成

如图 7-20 所示，见书上图 7.2.1。

2）作用

使液压缸能在任意位置停留，且停留后不会在外力作用下移动位置。

3）用液控单向阀的锁紧回路

它一般由泵、溢流阀、34D、液控单向阀、缸组成。

为使控制油压卸压，换向阀应采用 H 型机能，又因 IY 密封性好，所以锁紧

性能好。

液控单向阀的锁紧回路常用于汽车起重机支腿、飞机起落架锁紧、矿山采掘

机械液压支架锁紧。

4）采用换向阀 O、M 机能的锁紧回路

如图 7-21 所示。


114

图 7-21 换向阀锁紧回路

因为滑阀式换向阀泄漏不可避免，所以锁紧效果差。故只能用于锁紧时间短，

锁紧要求不高场合。

二、压力控制回路

1、功用

控制系统整体或系统某一部分的压力，满足执行元件对力或力矩所提出的要

求。

2、分类

调压、卸荷、释压、保压、增压、减压、平衡等多种回路。

3、调压回路

1）调压回路功用

对整个系统或某一局部的压力进行控制，使之既满足使用要求，又能↓△P，

↓发热。

2）调压回路分类

单级、双向（见图 7-22）、多级。

图 7-22 双向调压回路


115

3）单级调压回路

（1）组成

如图 7-23 所示，见书 7.3.1 所示。

由泵、溢流阀、节流阀、24D、液压缸等。

（2）单级调压回路工作原理

用节流阀调节速度时，溢流阀稳压溢流调节泵压。

（3）单级调压回路特点

回路简单，调节方便，若将溢流阀换为比例溢流阀，则可实现无级调压，还

可远距离控制，但无功损耗较大。

4）多级调压回路

图 7-23 单级调压回路

（1）组成

如图 7-24 所示，见书 7.3.2 所示。


116

图 7-24 多级调压回路

（2）多级调压回路工作原理

如图 7-24 所示，由阀 1 调压，压力较高。

YA+，由阀 2 或 3 调压，压力较低。

（3）多级调压回路特点

为获得多级压力，阀 2 或 3 的调定压力必须小于阀 1 的调定压力，否则，阀

1 将不起作用。

4、卸荷回路

1）卸荷回路目的

↓△P，↓发热、↓泵和电机负载，↑泵的寿命。

在液压泵驱动电动机不频繁启闭的情况下，使液压泵在功率损耗接近零的情

况下运转，以减少功率损耗，降低系统发热，延长泵和电动机的寿命。

2）分类

流量卸荷：变量泵

压力卸荷：使泵在接近零压力下运转换向阀卸荷回路；先导式溢流阀卸荷的

卸荷回路；双泵供油的卸荷回路；用二位二通阀的卸荷回路回路。

3）用换向阀卸荷的回路

（1）三位换向阀卸荷回路

如图 7-25 所示为三位换向阀的中位机能卸荷回路。


117

图 7-25 三位换向阀的中位机能卸荷回路

三位换向阀的中位机能卸荷原理：利用主阀处于中位时 M.、H.、K 型机能，

使 D→T，属零压式卸荷。

回路中必须设置单向阀：以使系统能保持 0.3MPa 左右的压力,供操纵控制油

路之用。

三位换向阀的中位机能卸荷特点：

因为泵卸荷时，溢流阀关闭，所以系统重新启动时，因溢流阀有不灵敏区，

会冲击。回路中如有背压阀，则可以保证最小控制压力，电液阀迅速换向。

三位换向阀的中位机能应用：只适用于低压小流量场合。

当流量较大时，可采用电液换向阀，如图 7-26 所示。图中采用内控内回油

的电液换向阀，为提供控制油压，在回油路上增加一个调整压力为 0.3~5MPa 的

背压阀。这可使卸荷压力相应增加。

（2）用二位二通阀卸荷的回路

如图 7-27 所示，图中专门增加了一个二位二通电磁阀使泵卸荷。二位二通

电磁阀流量必须与泵的流量相适应。

图7-26 用电液换向阀的卸荷回路


118

4）电磁溢流阀卸荷回路

如图 7-28 所示，先导式溢流阀的远程控制口可通过二位二通电磁换向阀与

油箱相通。

当二位二通阀电磁铁通电时，流阀远程控制口通油箱，这时溢流阀主阀全

部打开，泵排出油液全部回油箱，液压泵卸荷。这一回路中二位二通阀只

通过很少的流量，因此可以用小流量规格。在是产品中，可将小规格的电磁阀换

向阀和先导式溢流阀组合一起，这种组合阀称为电磁溢流阀。

特点：流量较大时采用先导式溢流阀卸荷，前已讲过，若采用电磁溢流阀，

管路连接更方便。

图 7-27 用二位二通阀卸荷的回路

图 7-28 电磁溢流阀卸荷回路

5、卸压回路

1）功用

使液压缸高压腔的压力能在换向前缓慢释放，以缓和冲击。

2）分类


119

节流阀卸压回路（见书上图 7.3.6）、溢流阀卸压回路(见书上图 7.3.7)。

3）节流阀卸压回路

如书上图 7.3.6 所示，工作行程结束后，M 型换向阀首先切换至中位，泵卸

荷、液压缸上腔经节流阀卸压。

4）溢流阀卸压回路

如书上图 7.3.6 所示，工作行程结束后，换向阀首先切换至中位使泵卸荷，

溢流阀使液压缸上腔卸压。

6、减压回路

1）功用

使某一支路获得低于泵压的稳定压力。

2）分类

单级减压— — 用一个减压阀即可。

多级减压— — 减压阀+远程调压阀即可。

无级减压— — 比例减压阀即可。

3）特点

0、5Mpa < P2 < P1 -0.5MPa ，以使回路可靠工作。

4）常用减压回路

如图 7-29 所示为常见的一种减压回路。

液压泵排出油液的最大压力由溢流阀根据主系统的需要来调节。当液压缸 A

需要得到比泵的供油压力低的压力时，可在油路中串联一减压阀，减压阀可保持

减压后压力恒定，但至少应比溢流阀调定压力低 0.5MPa。当执行元件的速度需

要调节时，节流元件应装在减压阀的出口。


120

图 7-29 减压回路

7、增压回路

1）功用

低压输入，高压输出，节约能耗。

2）单作用增压缸的增压回路

如图 7-30 所示。单作用增压缸增压回路增压原理如下：

增压缸受力平衡方程：

∵ P1A1 = P2A2 P1×π/4·D2 = P2×π/4·d2

∴ P2= P1×D2/ d2 = k P1

其中 k 为增压比。

故增压缸是利用减小面积的方法来增压的，

单作用增压缸的增压回路工作原理：如图 7-30 所示，增压缸输出高压油。

右位，增压缸左行为下次增压准备。单作用增压缸的增压回路特点：只能断续增

压。


121

图 7-30 单作用增压器增压回路

3）双作用增压缸的增压回路

双作用增压缸的增压回路如图 7-31 所示。

图 7-31 双作用增压缸的增压回路

双作用增压器增压回路工作原理：只要 24D 能自动换向，即可得到连续高

压。

8、保压回路

1）功用

泵卸荷，缸保压，以满足工作需要。

2）利用蓄能器保压的回路

利用蓄能器保压的回路的组成如图 7-32 所示。


122

图 7-32 利用蓄能器保压的回路

利用蓄能器保压的回路的工作原理：如图 7-32 所示，液压泵油液蓄能器压

力继电器发讯使 YA+工作部件停止后，P↑液压泵卸荷，蓄能器补充泄漏以保持

压力。

9、平衡回路

1）功用

防止立式缸或垂直部件因自重而下滑或下行超速。

2）采用单向顺序阀的平衡回路的工作原理

如图 7-33 所示，缸停止因顺序阀关闭而平衡。

图 7-33 采用单向顺序阀的平衡回路

左位，缸下行，因回路有单向顺序阀作阻力，不会产生超速。右位，缸上行，


123

油经单向阀进入缸下腔。

3）特点

∵单向顺序阀用于平衡自重，∴P 顺>P 自重。

又∵自重较大时，P 顺较高，∴△P 较大，一般用于自重不大的场合，为防

止泄漏而造成缸下移，可装一液控单向阀。为减小无功损耗，可将单向顺序阀换

为外控单向顺序阀。

∵外控单向顺序阀开启后，缸下行，缸上腔压力下降，顺序阀关闭，缸停

止，而后压力上升，顺序阀又打开。∴液压缸断续下行。

又∵顺序阀的泄漏，∴运动部件在悬浮过程中总要缓缓下降。

故可在其控制油路上装一节流阀，且一般用于停止时间不长的系统。

课堂小结：

1、方向、压力控制回路的组成、类型、特点

2、掌握方向、压力控制回路的功用、工作原理和应用安排作业：7-5


124

第十八讲

☆ 课题 7.4 多缸控制回路

7.4.1 顺序动作回路


☆ 目的与要求 1：了解多缸运动控制回路的分类、组成、特点

2：了解顺序动作回路的分类、组成、特点

3：掌握顺序动作回路工作原理和控制方式

☆ 难点与重点

难点: 顺序动作回路重点: 顺序动作回路

☆ 授课方式

多媒体授课


检查复习：

1．调压回路的功用、类型？

2 ．卸荷回路的目的、类型？


125

讲授新课：

7.4 多缸动作回路

一、多缸动作回路

1、多缸动作回路定义

液压系统中，两个或两个以上（多）缸按照各缸之间的运动关系要求进行控

制，完成预定功能的回路。

2、多缸动作回路分类

顺序动作回路（如图 7-34 所示）、同步动作回路（如图 7-35 所示）、互不干

扰回路。

（a）行程阀控制顺序动作回路 (b) 行程开关和电磁阀控制顺序动作回路

图 7-34 顺序动作回路

图 7-35 同步动作回路

二、顺序动作回路

1、定义

各执行元件严格按预定顺序运动的回路称为顺序运动回路。

如：组合机床回转工作台的抬起和转位、定位夹紧机构的定位和夹紧、

进给系统的先夹紧后进给等。


126

2、功用

使多缸液压系统中的各液压缸按规定的顺序动作。

3、分类

按照控制方式不同分：行程控制、压力控制两大类。

4、行程控制的顺序动作回路

1）定义

利用执行元件运动到一定位置（或行程）时，使下一个执行元件开始运动控

制方式。

(1) 用行程换向阀（机动换向阀）控制的顺序动作回路

如图 7-34a 所示。

工作原理：两缸皆在左位 24D 的 YA+： 1缸右行实现动作①，挡块压下行程

阀 4, 2 缸右

行实现动作②，24D 的 YA-： 1缸左行实现动作③，挡块松开行程阀 D, 2 缸左行

实现动作④。

特点：

因为采用行程阀实现顺序动作换接，所以换接平稳可靠，换接位置准确，

但行程阀必须安装在运动部件附近，改变运动顺序较难。

（2）用行程开关和电磁阀控制的顺序动作回路

如图 7-34b 所示。

工作原理：

1YA+，6缸右行完成顺序运动①，

6缸右行至触动行程开关 2ST,使 2YA+，5缸右行实现顺序动作②，

5缸右行至触动行程开关 4ST,使 1YA-，6缸左行实现顺序动作③，

6缸左行至触动行程开关 1ST,使 2YA-，5缸左行实现顺序动作④,

最后触动行程开关 3ST 使完成下一个动作循环。

特点：

因为采用电磁换向阀换接，所以容易实现自动控制，安装位置不受限制，改

变动作顺序比较灵活。

如果动作顺序改变为： ① ② 6 ③ 5 ④


127

思考：应如何改变？

5、压力控制的顺序动作回路

1）压力控制：利用系统工作过程中压力的变化使执行元件按顺序先后动作。

2）分类

按照采用压力阀的不同：顺序阀控制（如图 7-36 所示）、压力继电器控制

（如图 7-37 所示）。

3）用顺序阀控制的顺序动作回路

动作顺序： A ④ B ③

图 7-36 顺序阀控制的顺序动作回路图 7-37 压力继电器控制的顺序动作回路

工作原理：图示位置：液压缸停止运动。

左 YA+，A 缸右行完成顺序动作①，当系统压力升高到顺序阀 D 的调定压力

并大于 A缸前进的 Pmax 时发出信号，使 B缸右行完成顺序动作②

右 YA+，B 缸左行完成顺序动作③，当系统压力升高到顺序阀 C 的调定压力

并大于 B缸退回的 Pmax 时发出信号，使 A缸右行完成顺序动作④。

特点：因为为了保证严格的运动顺序，防止顺序阀乱发信号，所以 P 先动缸

max+（0.3-0.5）MPa<P 调<PY-（0.3-0.5）MPa。

4）用压力继电器控制的顺序动作回路

如图 7-37 所示。

动作顺序： A 1 B 2

工作原理： 1YA+，A缸右行完成动作 1，碰上挡铁后，系统压力升高，压力

继电器发讯，使 2YA+，B缸右行完成动作 2。

特点：因为回路中安装了节流阀和二位二通电磁，所以 B 缸运动速度可以

调节。又因为为了保证严格的动作顺序，防止压力继电器乱发信号，所以 P 先动


128

缸 max+（0.3-0.5）MPa<PYj<PY-（0.3-0.5）MPa

思考题：图示回路，列出电磁铁动作顺序表？

课堂小结：

1、多缸运动控制回路的分类、组成、特点。

2、顺序动作回路的分类、组成、特点。

3、顺序动作回路工作原理和控制方式。



129

第十九讲

☆课题 7.4 多缸控制回路

7.4.2 同步回路

7.4.3 多缸快慢速互不干扰回路


☆目的与要求

1：了解同步回路的分类、组成、特点2：了解多缸快慢速互不干扰回路的组成、特点3：掌握同步回路回路工作原理和控制方

☆难点与重点

难点: 同步回路重点: 同步回路

☆授课方式

多媒体授课


检查复习：

1．顺序动作回路的功用、类型？

2．顺序动作回路工作原理和控制方式？

3．卸荷回路的目的、类型？


130

讲授新课：

7.4.2 同步回路

7.4.3 多缸快慢速互不干扰回路

一、同步回路

1、功用

使两个或两个以上的执行元件能够按照相同位移或相同速度运动，也可以按

一定的速比运动。如：龙门刨床工作台的升降运动、升降乐池的运动等。

2、分类

用机械连接实现同步、用调速阀的同步回路、用分流阀的同步回路、用串联

液压缸的同步回路、用同步缸或同步液压马达的同步回路、用伺服系统的同步回

路

3、用调速阀的同步回路

1）组成

如图 7-38 所示。

图 7-38 用调速阀的同步回路

2）工作原理

如图 7-39 所示，在两个并联液压缸的进油路（或回油路）上分别串入一个

调速阀，仔细调整两个调速阀的开口大小，可使两个液压缸在一个方向上实现速

度同步。

显然这种回路不能保证位置同步，且调整比较麻烦。同步精度不高，一般在


131

5~10%左右。

4、采用分流集流阀的同步回路

1）组成

如图 7-39 所示。

图 7-39 采用分流集流阀的同步回路

2）工作原理

如图 7-39 所示是用分流阀的同步回路，其中 8为分流阀。当二位四通阀 9

通电时，压力油进入两个液压缸 1和 2。两缸活塞向右运动。当分流阀 8的阀芯

3处于某一平衡位置不动时，进入液压缸 1和 2流量的相等。缸 1和 2以相同速

度向右运动。如果缸 1 活塞上负载增加，平衡阀芯 3右移，a处节流口加大，b

处节流口减小，使压力 P1下降，P2上升，当达到某一衡位置，P1又重新和 P2相等，

阀芯 3不再移动。

3）特点

∵ 分流集流阀自动调节进入两缸流量，保证同步。

∴ 同步精度较高，但分流集流阀制造精度及造价均高。

5、用串联液压缸的同步回路

1）组成

如图 7-40 所示。


132

图 7-40 用串联液压缸的同步回路

2）工作原理

把有效工作面积相等的两个液压缸串联起来，便可使两缸的运动速度同步

（如图所示）。这种同步回路结构简单，不需要同步元件，速度同步精度可达

2~3%左右，能适应较大偏载，且回路的液压效率高。

但这种情况下泵的供油压力至少是两缸工作压力之和。另外，在实际使用中

两缸有将近工作面积和泄漏量的微小差别，在经过多次行程后将累积为显著的位

置上的差别。

3）特点

∵采用了补偿措施，∴两缸出现同步误差每次下行运动中都可消除故同步精

度较高，一般用于负载较小系统。

6、用同步缸或同步液压马达的同步回路

1）组成

用同步缸的同步回路如图 7-41 所示，同步液压马达的同步回路如图 7-42

所示。


133

图 7-41 用同步缸的同步回路

图 7-42 用同步液压马达的同步回路

2）工作原理

如图 7-41 所示是采用同步缸使两缸运动同步的回路。回路中同步缸 3为有

两个参数完全相同的液压缸，它们的缸体和活塞杆都联成一体。当 1DT 吸合时，

压力油源的来油进入 A、C腔，同步缸的 B、D 腔排出等量的油液，使缸 1和缸 2

步运动。同理，当 2DT 吸合时可得反向同步运动。

由于同步缸制造得较精确，这种回路同步精度比较高。

如图 7-42 所示是用同步液压马达使两个液压缸同步运动的回路。两个液压

马达 1和 2的排量相等，且其输出轴联接成一体。图中单向阀 7、8用于补油，

单向阀 5、6及溢流阀 9用于溢流。当 1DT 通电吸合时，两液压马达同步旋转，

其排油使缸３和４向右运动。当２DT 通电吸合，缸３、４的排油经两马达后回

油。使用同步马达的回路中元件多，成本较高且液压马达的泄漏量不如同步缸那


134

样便于控制，所以同步回路的精度（2～5％）低于同步缸的同步回路。

7、用伺服系统的同步回路

以上介绍的几种同步回路，大多数是控制流量，故只能保证速度同步。如果

要求位置同步精度较高时，可采用伺服系统。伺服系统中既可以有位置反馈，又

可以有速度反馈，故既能保证位置同步，又可保证速度同步。

二、多缸快慢速互不干扰回路

1、功用

在多缸系统中，防止其压力、速度互相干扰。

如：组合机床液压系统中，若用同一个液压泵供油，当某缸快速运动时，

因其负载压力小，它缸就不能工作进给。

2、组成

如书图 7.4.5 所示。

3、工作原理

如书图 7.4.5 所示，各缸原位停止。

3YA、4YA+，两缸差动快进，大泵供油小泵保压。A缸先完成快进，行程开关

使 1YA+、2YA-，A缸工进，B缸快进，互不干扰，若两缸均工进，全由小泵供油。

1YA+、2YA+ 、3YA+、4YA+，两缸皆大泵供油，快退 1YA-、2YA-、3YA-、4YA-，

各缸停止运动锁于所在位置。

课堂小结：

1、同步回路的分类、组成、特点

2、多缸快慢速互不干扰回路的组成、特点

3、同步回路回路工作原理和控制方式



135

第二十讲

☆ 课题第八章典型液压系统

8．1 组合机床动力滑台液压系统


☆ 目的与要求 1: 了解组合机床液压系统的组成、特点

2: 掌握其工作原理及阅读液压系统图的方法

☆ 难点与重点

难点: 组合机床液压系统的工作原理重点: 其工作原理及阅读液压系统图的方法

☆ 授课方式

多媒体授课


检查复习：

1：同步回路的分类、组成、特点。

2：多缸快慢速互不干扰回路的组成、特点。

3：同步回路回路工作原理和控制方示，缸停止因顺序阀关闭而平衡。


136

讲授新课：

第八章典型液压系统

8．1 组合机床动力滑台液压系统

一、概述

1．液压系统定义：

由若干液压元件组成（包括：能源装置、控制元件、执行元件等）与管路组

合起来，并能完成一定动作的整体。（元件的综合、回路的组合）或能完成一定

动作的各个液压基本回路的组合。

2．液压系统分析目的：

进一步理解元件和回路的功用和原理，增强对各种元件和基本回路综合应用

的理性认识，了解和掌握分析液压系统的方法、工作原理。

3．液压系统表示方法

1）标准元件用图形符号表示

2）专用元件或不易用图形符号表示清楚的结构，一般用半结构式或结构式

符号表示。

4．液压系统阅读方法

1）若有说明书，则按说明书逐一看，较易。

2）若无说明书，只有一张图，就须依靠我们所具有的液压知识（元件、回

路）的符号、功用、工作原理、特点等逐一分析，搞清液压系统工作原理。

5．液压系统阅读步骤：

1）了解主机的功用、对液压系统的要求，以及液压系统应实现的运动和工

作循环。

如：*组合机床— — 以速度控制为主

磨床 — — 以方向控制为主

液压机 — — 以压力控制为主

注塑机 — — 综合控制

2）分析各元件的功用与原理，弄清它们之间的相互连接关系（若有几个执

行元


137

件，应先分为子系统逐一分析）。一般：“先看两头，后看中间”。

3）分析各工况工作原理及油流路线一般 “先看图示位置，后看其它位置”

“先

看主油路，后看辅助油路”。

4）找出液压基本回路，归纳液压系统特点。

二、组合机床动力滑台液压系统

1．组合机床：一种高η专用机床，由具有一定功能的通用部件和一部分专

用部件组成，加工范围广，自动化程度高。

2．动力滑台：组合机床中用来实现进给运动的一种通用部件。

3．动力滑台分类：①机械

②液压— — v 换接平稳，v 进稳定，P 利用合理，η高，

发热少的特点。

4．加工工序：钻、扩、铰、铣、镗、刮端面、倒角、攻丝。

三、YT4543 型动力滑台液压系统

1．进给速度范围： v=6、6— — 660mm/min

2．最大进给力： Fmax=4、5×104N

3．实现运动：

快进→ 工进 → 死挡停→ 快退→ 原停

快进→一工进→二工进→死挡停→快退→原停

快进→工进→ 快进→ 工进¨¨快退→ 原停

4．液压系统的组成：

1）液压泵— — 限压式变量叶片泵

①低压大 qv 1-2Mpa 2-5s 16-50l/min

②中压小 qv 3-5Mpa 0.5-2 分 o.o5-3l/min

2）液压缸：杆固定，缸体运动的差动液压缸。

3）方向阀：


138

①单向阀 3— 保护泵，防止空气进入系

6— 实现快退回油

8— 实现快慢速高低压油路隔开

②换向阀 35DY— — 实现缸换向和差连快进

22C — — 实现快慢速换接

22D — — 实现二次进给换接

4）压力阀：

PS — — 实现进退变换

XY — — 实现快慢速变换

溢流阀— — 作背压阀用，使工进速度较平稳。

5）流量阀— — 调速阀

10— — 一工进调速

9— — 二工进调速

6）其它：

滤油器— — 滤去油中杂质，保证油液清洁。

油箱 — — 储存油液，逸出空气，沉淀杂质，散发热量。

油管 — — 传送工作液体。

管接头— — 连接油管与油管或元件的连接件。

四、YT4543 型动力滑台液压系统的工作原理（以二次工进为例进行分析）

1． YT4543 型动力滑台液压系统的工作原理

1）YT4543 型动力滑台液压系统图(图 8.1)


139

图 8.1

2）液压系统的基本回路：

①限压式变量叶片泵和调速阀组成的容积节流调速回路

②差动连接增速回路

③单向行程调速阀的快慢快换速回路

④串联调速阀的二次进给回路

⑤电液换向阀的换向回路

2． YT4543 型动力滑台液压系统的特点

1）∵ 采用 YBP— — 又∵ 容积节流调速

∴ 无△P 溢，η高。 ∴ 速度稳定性及刚性好

还∵ 回油路上有背压阀

∴ 滑台运动平稳，且能承受一定的超越负载

2）∵ 采用行程阀、调速阀换速

∴ 动作可靠，换接平稳，位置准确

3）∵ 采用串联调速阀的二次进给回路，且调速阀装在进油路上


140

∴ 启动和换速冲击小，刀具和工件不会碰撞，且利于 YJ 发讯。

4）∵ 采用差动增速

∴ 能量利用经济合理

又∵ 采用死挡铁停留

∴ 不仅提高了位置精度，还适用于镗阶梯孔、忽（孔、端面）、使用

范围增大。

课堂小结：

1．分析各元件的功用与原理时，一般：“先看两头，后看中间”。

2．分析各工况工作原理及油流路线一般 “先看图示位置，后看其它位置”

“先看主油路，后看辅助油路”。

布置作业：巩固复习本堂课的内容。


136

第二十一讲

☆ 课题第八章典型液压系统

8．2 BG2000 型路面冷洗刨机液压系统


☆ 目的与要求 1: 了解 BG2000 型路面冷洗刨机液压系统的组成、特点

2: 掌握其工作原理及阅读液压系统图的方法

☆ 难点与重点难点: BG2000 型路面冷洗刨机液压系统的工作原理

重点: 其工作原理及阅读液压系统图的方法

☆ 授课方式

多媒体授课


检查复习：

1．组合机床液压系统的组成、特点

2．其工作原理及阅读液压系统图的方法


137

讲授新课：

8．2 BG2000 型路面冷洗刨机液压系统

一、液压系统组成和工作原理

按照铣刨机的作业特性，液压传动系统主要由行走驱动液压系统、皮带输送

驱动液压系统、辅助液压系统（控制所有油缸）、顶棚顶升液压系统、散热器冷

却风扇驱动液压系统和洒水系统驱动液压系统组成。均为相互独立的液压系统。

整套液压系统由一个组合过滤器和两个回油过滤器进行过滤。过滤精度为 10μ

m。系统最大回油流量为 265L/min。行走驱动液压系统，皮带输送驱动液压系统，

辅助液压系统设有吸油滤清器，辅助液压系统的油还经过压力油过滤器进行额外

过滤。液压系统的驱动泵均由发动机通过分动箱获得动力。

二、液压泵的布置：

液压系统的驱动泵均由发动机通过分动箱获得动力。行走液压泵，皮带输送

泵为电比例变量泵；辅助液压泵为恒压变量泵；冷却风扇驱动和洒水系统驱动液

压泵为双联齿轮泵。

行走液压泵、辅助液压泵、皮带输送泵、双联齿轮泵

三、行走液压系统组成和工作原理

行走驱动系统为闭式液压回路，主要由电比例变量柱塞泵、二位四通电磁阀、

自动变量马达、同步分流阀组成。通过 EP 电比例控制液压泵的排量。经同步分

流阀分别驱动四个两点变量马达，使机器获得一定的行走速度。一分四的同步分

流阀有两个工作位置。由一个二位四通电磁阀转换。一个位置是并联歧口、不同


138

步，应用于机器在弯道上行驶。另一个位置是同步分流，可确保铣刨机在工作状

态时四履带同步运行，避免极限状态时，当一个行走履带完全打滑时出现马达失

速损坏。如图 3.8-1：

两点变量马达可使铣刨机获得两档速度，即工作速度和行驶速度。两档速度

的转换是由一组叠加阀控制，阀通油时马达低速大排量（28 ml/r），对应工作速

度。阀断油时马达高速小排量（10 ml/r），对应行驶速度。减压阀提供压力为

70bar 的控制油。如图 3.8-2：

铣刨机的驻车制动是由一组叠加阀控制的，二位电磁换向阀控制油路的通

断，通油时行走，断油时制动。减压阀提供压力为 25bar 的压力油。如图 3.8-2：

空气滤清器组合滤清器回油滤清器分流阀

离合器操纵物料输送系统行走系统行走变量

系统压力表压力表压力表马达

行走控制手柄（在驾驶室操纵台上）

-----左右联动


139

左行走控制手柄右行走控制手柄

行走系统原理图 3.8-1

三、辅助液压系统组成

1．四立柱液压控制系统

2．转向液压系统

3．尾门液压操纵系统

4．集料液压控制系统


140

5．卸料液压控制系统

6．边板升降液压控制系统

7．皮带张紧油缸和离合器液压控制系统

8．皮带机折叠液压控制系统

9．高压水泵驱动液压系统

10．铣刨鼓偏转换刀时，接触皮带轮液压控制系统

1．立柱控制系统组成和工作原理：

前立柱控制系统：

两前立柱油缸采用两独立比例电磁阀操纵，油缸进出口串有平衡阀，避免带负载

下降时，机构在负载的作用下产生超速下降，限制负载下降的速度，实现下降的

微动和平衡，也起液压锁的作用。有杆腔（下降）节流口 1mm、无杆腔（上升）

节流口 1.5mm 用于控制上升和下降速度。如图 3.8-4:

后立柱控制系统：

两后立柱油缸并联，从而实现机器的“三点支撑”。后立柱油缸为单作用油缸，

靠“后桥”自重下降，采用一只电磁换向阀操纵，有杆腔油路中串联一个单向节

流阀，控制上升速度。并联一个压力为 4.5bar 的减压阀用于某履带“踏空”时

的补油。如图 3.8-2:

立柱液压控制系统：两前立柱由双作用油缸--电比例换向阀控制

后立柱由两单作用油缸并联 --液控单向阀--电磁换向阀控制

成对平衡阀电磁换向阀单向阀单向节流阀

电比例换向阀

液控单向阀减压阀


141

2．辅助液压系统原理图 3.8-2

辅助液压系统原理图 3.8-4

由两个并联的液压转向器控制两个并联的前转向油缸，由缓冲补油阀溢流缓


142

冲转向器骤然换向产生的液压冲击，同时给另一边补油、以免低压油路中造成某

种程度的真空。如图 3.8-3

由一个电磁阀控制两只并联后转向油缸。通过对这组元件的操纵可实现机器

的前“桥”转向；后“桥”转向；前后“桥”同时转向，可实现机器的原地转向

和蟹行。如图 3.8-4

原理图 3.8-3

成对单向阀

电磁换向阀

单向节流阀


143

3.尾门控制系统：由一组叠加阀控制，三位电磁换向阀控制两只并联油缸的

升或降。有杆腔串有二个（双向）单向节流阀，用于调整尾门的翻转速度。二位

电磁换向阀控制油路的通或断（三位电磁阀动作时，也可单独控制通断），有成

对溢流阀保护刮板翻转过程中的冲击。

这组阀的作用是开启尾门以便更换刀具。在油缸的无杆腔串有一背压阀，压力为

5bar。用于在铣刨机工作状态时，将镶有硬质合金的尾门以一定的压力压紧在铣

刨后的路面上，从而保证集料干净，同时对铣刨后的路面起一定的“刮平”作用。

如图：

4.集料皮带机升、降控制系统：

集料皮带机（短）的升降由一组叠加阀（含三位电磁换向阀、二位电磁换向

阀和成对溢流阀）控制两个并联油缸的动作来实现；

三位电磁换向阀控制皮带机和级配梁的升、降；二位电磁换向阀控制油路的通、

断；溢流阀用于系统的过载保护。

成对溢流阀

电磁换向阀成对单向

节流阀提升油 5bar 背压阀


144

5.卸料皮带机摆动系统：

由摆动油缸-- 平衡阀--电磁换向阀控制卸料皮带机的左右摆动由一个电磁

换向阀操纵两并联油缸。油缸进出口串有双向液压锁，使皮带机可停留在任何位

置，以免皮带机重心偏移，油缸长期受力内泄而发生位置变动。

摆动油缸的操纵油路增加一个手动换向阀，用于当铣刨机拖车运输时，使油缸进

出油口相通，实现拖头与拖板之间自由转向。如图

卸料皮带机升降系统：

提升油缸-- 平衡阀--电磁换向阀卸料皮带的升降由一个电磁换向阀操纵油

缸的伸缩；有杆腔中间串联一个平衡阀，避免带负载下降时，机构在负载的作用

下产生超速下降。并限制负载下降的速度，实现下降的微动和平衡。如图 3.8-4:

提升油缸三位电磁阀

成对溢流阀

二位电磁阀

提升油缸三位电磁阀

成对溢流阀

二位电磁阀


145

6.边板升降系统：

由提升油缸--成对二位电磁阀—三位电磁阀—减压阀控制边板升降油缸由

一组叠加阀控制，有三位电磁换向阀分别控制两只油缸的上升或下降，减压阀提

供 100bar 的压力油，成对电磁提升阀独立控制两个边板油缸油路的通或断。一

次只能升一边。靠边板自重下降。有杆腔串有一减压阀，压力约为 5bar，用于

与边板的平衡并使软轴始终处于张紧状态。如图 3.8-7

7.铣刨鼓驱动皮带张紧、液压离合器控制系统：

皮带张紧油缸和液压离合器的操作由二位电磁换向阀控制，减压阀控制张紧

油缸的压力为 46bar。油路中配有蓄能器吸收传动皮带产生的跳动冲击，起缓冲

作用。

皮带张紧具备自动张紧功能。如图 3.8-2

提升

油缸

减压阀100bar

三位电磁换向阀

成对电磁提升阀

减压阀5bar

平衡阀电磁换向阀


146

8.皮带机折叠控制系统：

皮带折叠油缸由两个叠加阀控制四个并联油缸。其中有两个上折叠油缸和两

个下折叠油缸。三位电磁阀控制油缸的伸缩，成对单向阀锁止。皮带锁止油缸由

两个叠加阀控制。二位电磁阀控制油缸的伸缩，减压阀提供 20bar 的压力油。二

位电磁阀与三位电磁阀有一时序逻辑关系。即皮带机折叠时，二位电磁阀得电 5

秒钟后三位电磁阀得电，也就是锁止油缸先动作打开锁止销后，折叠油缸开始动

作进行折叠。如图 3.8-6

皮带机折叠控制系统原理图 3.8-6

减压阀二位电磁阀皮带张紧油缸

成对单向

二位电磁

减压阀

三位电磁阀


147

皮带机折叠控制系统组成：减压阀—二位电磁阀--锁止油缸三位电磁阀—成

对单向阀—卸料折叠油缸。

9.高压水泵驱动液压系统：

由三位电磁换向阀控制高压水泵驱动马达的开或关，马达流量 45L/min，压

锁止油缸下折叠油缸上折叠油缸卸料提升缸


148

力 190bar。水流量 30L/min，水压力 130bar。如图 3.8-8:

10.铣刨鼓偏转电液控制系统：

顶升油缸由叠加阀控制，二位换向阀控制油缸的伸或缩，减压阀提供 20bar

的压力油。偏转马达由叠加阀控制，三位换向阀控制马达的正反转，每次偏转

15 度，减压阀提供 40bar 的压力油。马达排量为 25ml/r。如图 3.8-9:

高压水泵驱动、铣刨鼓偏转控制系统原理图 3.8-8；图 3.8-9

三位电磁换向阀水泵驱动马达

顶升油缸

二位电磁阀

减压阀

偏转驱动马达

偏转驱动皮带

三位电磁阀


149

低压水泵驱动液压系统：

由双联齿轮泵、齿轮马达（排量 5ml/r）电磁溢流阀构成开式系统。为冷

却铣刨刀具和降尘提供动力源。如图 3.8-10：

冷却器风扇驱动液压系统：

由双联齿轮泵和斜轴马达构成开式系统。马达转速 1350rpm。系统最大流量

265L。冷却系统主要冷却发动机水箱、中冷器和液压油。如图 3.8-10：

电磁溢流阀


150

冷却器风扇和低压水泵驱动液压系统原理图 3.8-10

皮带机驱动液压系统：

驱动液压系统为闭式液压回路，由一个电比例柱塞变量泵和两个串联的摆线

马达构成。控制系统给液压泵的 EP 比例电磁铁一个输入信号，控制其斜盘摆角

即排量，改变集卸、卸料皮带的速度和方向。如图所示 3.8-3：

双联齿轮斜轴马达

摆线马达


151

皮带机驱动液压系统原理图 3.8-3

顶棚升降液压系统：

该系统由手动泵、组合球阀、平衡阀、顶升油缸组成。手动泵提供顶棚升

降的动力源。油缸无杆腔中间串联一个平衡阀，避免带负载下降时，顶棚产生超

速下降。并限制负载下降的速度，实现平稳下降。如图 3.8-11。


152

课堂小结：

1．液压传动系统主要由行走驱动液压系统、皮带输送驱动液压系统、

辅助液压系统（控制所有油缸）、顶棚顶升液压系统、散热器冷却风

扇驱动液压系统和洒水系统驱动液压系统组成。

2．均为相互独立的液压系统。

组合球阀手动油泵


153

布置作业：复习巩固所学内容。


154

第二十二讲

☆ 课题第九章气压传动概述第十章气压元件

9.1 气压传动系统的工作原理及组成

9.2 气压传动的特点

10.1 执行元件 10.4 气源装置及辅件

☆ 教学准备制作 CAI 课件、电子教案、挂图

☆ 目的与要求 1：了解气压传动系统的组成、基本原理。2：掌握执行元件及辅件的基本结构和原理。3：掌握气缸基本尺寸的设计原则。

☆ 难点与重点难点: 辅件的工作原理重点: 气压系统的组成、普通汽缸的结构和设计


☆ 教学过程（讲授新课，巩固复习，课堂小结，安排作业。）

检查复习：

1：BG2000 型路面冷洗刨机液压系统的组成、特点

2: BG2000 型路面冷洗刨机液压系统的工作原理及阅读液压系统图的方法

第九章气压传动系统的工作原理及组成

9.1 气压传动系统的工作原理及组成

一、气压传动系统的工作原理

气压系统的工作原理是利用空气压缩机将电动机或其它原动机输出的机械


155

能转变为空气的压力能，然后在控制元件的控制和辅助元件的配合下，通过执行

元件把空气的压力能转变为机械能，从而完成直线或回转运动并对外作功。

二、气压传动系统的组成

典型的气压传动系统，如下图所示。一般由以下四部分组成：

1．发生装置它将原动机输出的机械能转变为空气的压力能。其主要设备

是空气压缩机。

2．控制元件是用来控制压缩空气的压力、流量和流动发向，以保证执行

元件具有一定的输出力和速度并按设计的程序正常工作。如压力阀、流量阀、方

向阀和逻辑阀等。

3．控制元件是将空气的压力能转变成为机械能的能量转换装置。如气缸

和气马达。


156

4．辅助元件是用于辅助保证空气系统正常工作的一些装置。如过滤器、

干燥器、空气过滤器、消声器和油雾器等。

气动系统常用的执行元件为气缸和气马达。

气缸用于实现直线往复运动；气马达用于实现连续回转运动。

执行元件按其作用和功能分为压力控制阀、方向控制阀、流量控制阀。

气源装置是用来产生具有足够压力和流量的压缩空气并将其净化、处理及存储

的一套装置。

10.1 执行元件

气动系统常用的执行元件为气缸和气马达。气缸用于实现直线往复运动，输

出力和直线位移。气马达用语实现连续回转运动，输出力矩和角位移.

一、气缸的分类及工作原理

1. 气缸的分类

气缸主要由缸筒、活塞杆、前后端盖及密封件等组成，如图所示为普通气

缸结构。


157

气缸的种类很多，分类的方法也不同，一般可按压缩空气作用在活塞端面

上的方向、结构特征和安装形式来分类.

2. 气缸的工作原理

以上图所示双作用气缸为例。所谓双作用是指活塞的往复运动均由压缩空

气来推动。在单伸出活塞杆的动力缸中，因活塞右边面积比较大，当空气压力作

用在右边时，提供一慢速的和作用力大的工作行程；返回行程时，由于活塞左边

的面积较小，所以速度较快而作用力变小。此类气缸的使用最为广泛，一般应用

于包装机械、食品机械、加工机械等设备上.

10.4.1 气源装置


158

气源装置是用来产生具有足够压力和流量的压缩空气并将其净化、处理及储

存的一套装置。图下所示为常见的气源装置。其主要由以下元件组成.

气源装置的组成示意图

1—空气压缩机；2—后冷却器；3—除油器；4—储气罐;

5—干燥器；6—过滤器；7—储气罐；8—输气管道

一、空气压缩机

空气压缩机是将机械能转变为气体压力能的装置，是启动系统的动力源。一

般有活塞式，膜片式、螺杆式等几种类型，其中气压系统最常使用的机型为活塞

式压缩机。在选择空气压缩机时，其额定压力应等于或略高于所需的工作压力，

其流量应等于系统设备最大耗气量并考虑管路泄露等因素.

二、后冷却器

后冷却器安装在压缩机出口管道上，将压缩机排出的压缩气体温度由 140—

170℃降至 40—50℃，使其中水汽、油雾汽凝结成水滴和油滴，以便经除油器析

出.

后冷却器一般采用水冷换热装置，其结构形式有：列管式、散热片式，管套

式、蛇管式和板式等。其中，蛇管式冷却器最为常用.

三、除油器

除油器的作用是分离压缩空气中凝聚的水分和油分等杂质。使压缩空气得到

初步净化，其结构形式有：环形回转式、撞击折回式、离心旋转式和水浴式等.

四、干燥器


159

干燥器的作用是为了满足精密启动装置用气，把初步净化的压缩空气进一步

净化以吸收和排除其中的水分、油分、及杂质，使湿空气变成干空气。干燥器的

形式有潮解式、加热式、冷冻式等.

五、气过滤器

空气过滤器的作用是滤除压缩空气的水分、油滴及杂质，以达到气动系统所

要求的净化程度。它属于二次过滤器，大多与减压阀、油雾器一起构成气动三联

件，安装在气动系统的入口处.如下图所示为空气过滤器结构图。压缩空气从输

入口进入后，沿旋风叶子强烈旋转，夹在空气中的水滴、油滴和杂质在离心力的

作用下分离出来，沉积在存水杯底，而气体经过中间滤心时，又将其中微粒杂质

和雾状水分滤下，沿挡水板流入杯底。洁净空气经出口输出空气过滤器主要根据

系统所需要的流量，过滤精度和容许压力等参数来选取，通常垂直安装在气动设

备入口处，进出气孔不得装反，使用中注意定期放水，清洗或更换滤芯.

六、储器罐

储器罐主要用来调节气流，减少输出气流的压力脉动，使输出气流具有流量

图15-7一次过滤器图15-8分水滤气器


160

连续性和气压稳定性.

当已知空气压缩机排气 q时，储器罐容积可参考下述经验公式

q < 6m³/min Vc = 0.2qm³

q = 6—30m³/min Vc = 0.15qm³

q > 30m³/min Vc = 0.1qm³

10.4.2 气动辅件

一、油雾器

油雾器是气压系统中一种特殊的注油装置，其作用是把润滑油物化后，经压

缩空气携带进入系统中各润滑部位，满足润滑的需要.如下图是油雾器的结构图。

当压缩空气从输入口进入后，绝大部分从主气道流出，一小部分通过小孔 A进入

阀座 8腔中，此时特殊单向阀在压缩空气和弹簧作用下处在中间位置，如图所示，

所以气体又进入储油杯 4上腔 C，使油液手压后经吸油管 7将单向阀 6顶起。因

钢球上方有一个边长小于钢球直径的方孔，所以钢球不能封死上管道，而使油源

源不断的进入视油器 5内，再滴入喷嘴 1腔内，被主气道中的气流从小孔 B中引

射出来。进入气流中的油滴被高速气流击碎雾化后经输出口输出。视油器上的节

流阀 9可调节油量，使滴油量可在 0—200 滴/分范围内变化。当旋松油塞 10 后，

储油杯上腔 C与大气相通，此时特殊单向阀 2背压降低，输入气体使特殊单向阀

2 关闭，从而切断了气体与上腔 C 的通道，气体不能进入上腔 C；单向阀 6 也由

于 C腔压力降低处于关闭状态，气体也不会从吸油管进入 C腔。因此可以在不停

气源的情况下从油塞口给油雾器加油.


161

油雾器

油雾器在安装使用中常与空气过滤器和减压阀一起构成气动三联件，尽量靠

近换向阀垂直安装，进出气口不要装反，油雾器供油量一般以 10m³自由空气用

1ml 油为标准，使用中，可根据实际情况调整.

二、消声器

消声器的作用是排除压缩气体高速通过气动元件排到大气时产生的刺耳噪

声污染.

三、转换器

转换器是将电、液、气信号相互转换的辅件，用来控制气动系统工作.

课堂小结：

1、气压传动系统的组成及原理。

2、汽缸及辅件的结构和应用.

布置作业：9-1 9-3


162

第二十三讲

☆ 课题第十章气动元件

10.2 控制元件

10.3 逻辑元件

☆ 教学准备制作 CAI 课件、电子教案、挂图

☆ 目的与要求 1：掌握压力控制元件的结构、原理及应用。2：掌握流量控制元件、方向控制元件的结构和应用。3：了解逻辑元件的特点和应用。

☆ 难点与重点难点: 调压阀的工作原理重点: 控制元件的应用。

☆ 授课方式多媒体教学

☆ 教学过程（讲授新课，巩固复习，课堂小结，安排作业。）

检查复习：

1：气压系统的组成？

2：气缸的类型和作用？

10.2 控制元件

控制元件按其作用和功能分为压力控制阀、流量控制阀和方向控制阀三类。

11.2.1 压力控制阀

压力控制阀主要有减压阀、溢流阀和顺序阀三类。


163

一、减压阀

减压阀的作用是降低由空气压缩机来的压力，以适于每台气动设备的需要，并使这一部

分压力保持稳定。按调节压力方式不同，减压阀有直动型和先导型两种。

1．直动型减压阀

下图所示为 QTY 型直动型减压阀的结构简图。工作原理是阀处于工作状态时，压缩空气

从 P 口流入，经阀口后再从阀出口流出。当顺时针旋转调压手柄，压缩弹簧，推动膜片下凹，

再通过阀杆带动阀芯下移，打开开进气阀口，压缩空气通过阀口的节流作用，使输出压力低

于输入压力，以实现减压的作用。于此同时，有一部分气流经阻尼孔进入膜片室，在膜片下

部产生一向上的推力。当推力与弹簧的作用相互平衡后，阀口开度稳定在某一值上，减压阀

就输出一定压力的气体。阀口开度越小，节流作用越强，压力下降也越多。若输入压力瞬时

升高，经阀口以后的输出压力随之升高，使膜片气室内的压力也升高，破坏了原有的平衡，

使膜片上移，有部分气流经溢流孔，排气口排出。在膜片上移的同时，阀芯在弹簧的作用下

也随之上移，减小进气阀口 11 开度，节流作用加大，输出压力下降，直至达到膜片两端作用

力重新平衡为止，输出压力基本上又回到原数值上。相反，输入压力下降时，进气节流阀口

开度增大，节流作用减小，输出压力上升，使输出压力基本回到原数值上。

调压手柄


164

2. 先导型减压阀

它由先导阀和主阀两部分组成。当气流从走端流入阀体后，一部分经阀口流向输出口，另一

部分经固定节流孔进入中气室，经喷嘴、挡板、孔道反馈年至下气室，再经阀杆中心孔及排

气孔排至大气把手柄旋到一定位置，使喷嘴挡板的距离在工作范围内，减压阀就进入工作状

态。中气室的压力随喷嘴与挡板间距离的减小而增大，于是推动阀芯打开进气阀口，即有气

流流到出口，同时经孔道发馈到上气室，与调压弹簧相平衡。

若输入压力瞬时升高，输出压力也相应升高，通过孔口的气流使下气室的压力也升高，破坏

了膜片原由的平衡，使阀杆上升，节流阀口减小，节流作用增强，输出压力下降，使膜片两

端作用力重新平衡，输出压力恢复到原来的调定值。

当输出压力瞬时下降时，经喷嘴挡板的放大也会引起中气室的压力较明显升高，而使阀芯下

移，阀口开大，输出压力升高，并稳定到原数值上。

减压阀选择时应根据气源压力确定阀的额定输入压力，气源的最低压力应高于减压阀最高输


165

出压力 0.1Mpa 以上。减压阀一般安装在空气过滤之后，油雾器之前。

3. 减压阀的应用

二、溢流阀

溢流阀的作用是当系统压力超过调定值时，便自动排气，使系统的压力下降，以保证系统安

全，故也称其为安全阀。按控制方式分，溢流阀有直动型和先导形两种。

1. 直动型溢流阀

如下图所示，将阀口与系统相连接，口通大气压力升高，一旦大于溢流阀调定压力时，

气体推开阀芯，经阀口排至大气，使系统压力稳定在调定值，保证系统安全。当系统压力低

于调定值时，在弹簧的作用下阀口关闭。开启压力的大小与调整弹簧的预压缩量有关。


166

2. 先导型溢流阀

溢流阀的先导阀为减压阀，由它减压后的空气从上部进入阀内，以代替直动型的弹簧控制溢

流阀。先导型溢流阀适用于管道通径较大及远距离控制的场合溢流阀选用时其最高工作压力

应略高于所需控制压力。

3. 溢流阀的应用

下图所示回路中，气缸行程长，运动速度快，如单靠减压阀的溢流孔排气作用，难以保持气


167

缸的右腔压力恒定。为此，在回路中装有溢流阀，并使减压阀的调定压力低于溢流阀的设定

压力，缸的右腔在行程中由减压阀供给减压后的压力空气，左腔经换向阀排气。由溢流阀配

合减压法控制缸内压力并保持恒定。

21

3

2 1

321

3

三、顺序阀

顺序阀的作用是依靠气路中压力的大小来控制机构按顺序动作。顺序阀常与

单向阀并联结合成一体，称为单向顺序阀

1. 单向顺序阀

当压缩空气由 P 口进入后，作用在活塞上的力小于弹簧上的力时，阀处于关闭状态。而

当作用于活塞上的力大于弹簧力时，活塞被顶起，压缩空气流出，然后进入其它控制元件或

执行元件，此时单向阀关闭。当切换气源时，压力迅速下降，顺序阀关闭，在气体压力差作

用下，打开单向阀，压缩空气向外排出。

2.顺序阀的应用

可用顺序阀控制两个气缸顺序动作。压缩空气先进入气缸 1，待建立一定压力后，打开顺序

阀，压缩空气才开始进入气缸 2 使其动作。切断气源，气缸 2 返回的气体经单向阀和排气孔

排空。

11．2．2 流量控制阀

流量控制阀主要有节流阀，单向节流阀和排气节流阀等。


168

一、节流阀

节流阀的作用是通过改变阀的通流面积来调节流量。

上图为节流阀结构图。气体由输入口进入阀内，经阀座与阀芯间的节流通道从输出口流

出，通过调节螺杆使阀芯上下移动，改变节流口通流面积，实现流量的调节。

二、单向节流阀

单向节流阀是由单向阀和节流阀并联组合而成的组合式控制阀。上图为单向节流阀的工

作原理图，当气流由右至左正向流动时，单向阀在弹簧和气压作用下关闭，气流经节流阀节

流后流出，而当反向流动时，单向阀打开，不节流。

三、带消声器的节流阀

带消声器的节流阀是安装在元件的排气口处，用来控制执行元件排入大气中气体的流量

并降低排气噪声的一种控制阀。

11．2．3 方向控制阀

方向控制阀主要有单向型和换向型两种，阀芯结构主要有截止式和滑阀式

一、单向型控制阀

单向型控制阀中包括单向阀，或门型梭阀和快速排气阀。其中单向阀与液压单向阀类似，

这里不在重复。


169

1.或门型梭阀

或门型梭阀相当于两个单向阀的组合。

上图为或门型梭阀结构图，它有两个输入口，一个输出口，阀芯在两个方向上起单向阀

的作用。当 1口进气时，阀芯将另一入口切断，1口与 2口相通，2 口有输出。当另一入口进

气时，阀芯将 1 口切断，口与入 2 口相通，2 口也有输出。如两口都有进气时，阀芯移向低

压侧，使高压侧进气口与 2 口相通。如两侧压力相等，则先加入压力一侧与 2 口相通，后加

入一侧关闭。

2.与门型梭阀（双压阀）与门型梭阀又称双压阀，它也相当于两个单向阀的组合。

上图为与门型梭阀结构图。它有两个输入口和一个输出口，只有当两个输入口同时输入

时， 2口才有输出，否则，无输出，而当两个输入口压力不相等时，则关闭高压侧，低压

侧与 2口相通。


170

2.快速排气阀

快速排气阀的作用是使气动元件或装置快速排气。上图为快速排气阀结构图。当 1口进气时，

膜片被压下封住排气口，气流经膜片四周小孔流出。当气流反向流动时，气体迅速排掉。

二、换向型控制阀

换向型控制阀是用来改变压缩空气的流动方向，从而改变执行元件的运动方向。根据其控制

方式分为气压控制、电磁控制、机械控制、手动控制、时间控制阀

换向型方向控制阀的结构和工作原理与液压阀中相对应的方向控制阀基本相似，切换位置和

接口数也分几位几通，职能符号也基本相同，受篇幅所限，这里从略。

三、逻辑元件

气动逻辑元件是一种以压缩空气为工作介质，通过元件内部可动部件的动作，改变气流流

动的方向，从而实现一定逻辑功能的流体控制元件。气动逻辑元件种类很多，按工作压力分

为高压、低压、微压三种。按结构形式分类，主要包括截止式、膜片式、滑阀式和球阀式等

几种类型。

逻辑元件的特点

1．元件孔径较大，抗污染能力较强，对气源的净化程度要求较低。

元件在完成切动作后，能切断气源和排气孔之间的通道，即具有关断能力，无功耗气量较低。


171

负载能力强，可带多个同类型元件。

2．在组成系统时，元件间的连接方便，调试简单。

3．适应能力较强，可在各种恶劣环境下工作。

4．响应时间一般在 10ms 以内。

课堂小结：

1、气压控制元件的分类、原理及应用。

2、逻辑元件的特点。

布置作业：10-1 10-3


172

第二十四讲

☆课题第十一章气动基本回路

12.1 方向控制回路 12.2 压力控制回路

12.3 速度控制回路 12.4 其他回路


☆目的与要求1：了解基本回路的组成、类型、特点2：掌握各种基本回路的功用、工作原理和应用

☆难点与重点难点: 换向回路、调压回路重点: 换向回路



检查复习：1．气压元件的类型？

2．气压元件的功用、符号？


173

讲授新课：

第十二章气动基本回路

气动系统无论多么复杂，均由一些具有不同功能的基本回路组成。基本回路按其控制目

的、控制功能分为方向控制回路、压力控制回路和速度控制回路等几类。熟悉掌握这些基本

回路是合理设计气动系统的必要基础。

一、方向控制回路

1、单作用气缸换向回路

如图 12-1 所示，见书图 12.1.1 为常断型二位三通电磁阀和三位五通电磁阀控制回路。

在图（a）回路中，当电磁铁得电时，气压使活塞伸出工作，二电磁铁失电时，活塞杆在

弹簧作用下缩回。

在图（b）回路中，电磁铁失电后能自动复位，故能使气缸停留形成中任意位置。

(a) (b)

图 12-1 单作用气缸换向回路

二、双作用气缸换向回路

如图 12-2 所示，见书 12.1.2 为双气控二位五通阀和双七控中位封闭式三位五通阀的控

制回路。

在图（a）回路中通过对换向阀左右两侧分别输入控制信号，使气缸活塞杆伸出和缩回。

次回路不许左右两侧同时加等压控制信号。

在图（b）回路中，除控制双作用缸换向外，还可在行程中的任意位置停止运动。


174

（a） (b)

图 12-2 双作用气缸换向回路

二、压力控制回路

1、调压回路

如图 12-3(a)所示，见书图 12.2.1（a）为常用的一种调压回路，是利用减压阀来实现对

气动系统气源的压力控制。

如图 12-3(b)所示，见书图 12.2.1（b）为可提供两种压力的调压回路。气缸有杆腔压力

由调压阀 1 调定，无杆腔压力由调压阀 2 调定。在实际工作中，通常活塞杆伸出和退回时的

负载不同，采用此回路有利于能量消耗。

2、增压回路

如图 12-4 所示，见书图 12.2.2。

（a） (b)

图 12-3 调压回路


175

压缩空气经电磁阀 1进入缸 2或 3的大伙塞端，推动活塞杆把串联在一起的小活塞的液

压油压入工作缸 5，使活塞在高压下运动。其增压比为：

n=D²/D1

图 12-4 增压回路

节流阀 4用于调节活塞运动速度。

三、速度控制回路

1、节流调速回路

如图 12-5 所示，见书图 12.3.1 为采用单向节流阀实现排气节流的速度控制回路。调节节

流阀的开度实现气缸背压的控制，完成气缸双向运动速度的调节。

图 12-5 单作用气缸速度控制回路

2、缓冲回路

如图 12-6 所示，见书图 12.3.2，当活塞向右运动时，缸右腔气体经机控换向阀和三位五

通换向阀推出，当运动到末端时，活塞压下机控换向阀，右腔气体经节流阀和三位五通阀排

出，实现缓冲活塞运动速度，调整机控换向阀的安装位置，可改变缓冲的开始时刻。


176

图 12-6 缓冲回路

3、气/液调速回路

如图 12-7，见书图 12.3.3 所示为采用气/液转换器的调速回路。当电磁阀处于下位接通

时，气压作用在气缸无杆腔活塞上，有杆腔内的液压油经机控换向阀进入气/液转换器，从而

使活塞杆快速伸出。当活塞杆压下机控换向阀时，有杆腔油液只能通过节流阀到气/液转换器，

从而使活塞杆伸出速度减慢，而当电磁阀处于上位时，活塞杆快速返回。此回路可实现快进、

工进、快退工况。

图 12-7 气/液调速回路

四、其它回路

1、同步动作回路

如图 12-7 所示，见书图 12.4.1 为简单的同步回路，它采用刚性连接部件连接两缸活塞杆，

迫使 A、B两缸同步。


177

图 12-7 简单的同步回路

2、气液缸的串联同步回路

如图 12-8 所示，见书图 12.4.2 为气液缸的串联同步回路，此回路缸 1下腔与缸 2上腔相

连，内部注满液压油，只要保证缸 1 为下腔的有效面积和缸 2 上腔的有效面积相等，就可实

现同步。回路中 3接放气装置，用于放掉混入油中的气体。

图 12-8 气/液转换同步回路

二、安全保护回路

1.互锁回路

如图 12-9 所示，见书图 12.4.3，主控阀（二位四通阀）的换向受三通阀控制，只有三个

机控阀都接通时主控阀才能换向，气缸才能动作。2.过载保护回路

2、过载保护回路

如图 12-10 所示，见书图 12.4.4。当活塞右行遇到障碍或其他原因使气缸过载时，左腔

压力升高，当超过预定值时，打开顺序阀 3，使换向阀 4换向，阀 1、2同时复位，气缸返回，

保护设备安全。


178

图 12-9 互锁回路

图 12-10 过载保护回路

3、往复动作回路

见书图 12.4.5 所示为常用的单往复动作回路。按下阀 1、阀 3换向，活塞右行。当撞块

碰通行程开关 2时，阀 3复位，活塞自动返回，完成一次往复动作。

课堂小结：1、方向控制回路、压力控制回路、速度控制回路的组成、类型、特点。

2、方向控制回路、压力控制回路、速度控制回路的功用、工作原理和应用

布置作业：12-2

湖南工业职业技术学院教案 -...

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