液压传动系统

第六节　液压传动系统

液压传动装置是利用液体来传递能量的一种工作装置。

液压传动装置是一种能量转换的装置，它通过机械动力驱动液压泵转变为油液的压力能，该压力能经管路输送给液压换能器（油马达及工作油缸），油液的压力能又转变成机械能而驱动负载做所需的运动。

这种以油液压力作为媒介传递动力的装置，其压力油液的流动可借助于各种阀类加以控制，来任意地控制负载的运动方向，如图2－31所示。

一、液压传动系统的特点

（1）可借助油管向任意位置传递动力（信号）。皮带与齿轮等机械传动方法，在传输距离和方向上多半受到限制，而液压传动却不会受到任何限制。

图2－31　液压传动系统结构图

1—油箱；2—油泵；3—去全液压方向机油路；4—倾斜油缸；5—方向阀；6—限速阀；7—起升油缸；8—转向油缸；9—全液压方向机

（2）借助控制压力油液的流动，可以任意地控制负载的运动方向。

（3）借助于液压传动系统的溢流阀、安全阀等阀类，易于实现机械设备、车辆、工程机械等过载保护，有利于安全生产。

（4）由于采用了高压油泵和液压换能器（油马达及工作油缸），使小型大功率的传递成为可能。

（5）由于油液具有弹性而能吸收冲击，虽然负载有冲击，但它不致传及输入端。

（6）调节换向方便，传动平稳，并能实现无级变速。

二、液压传动的工作原理概述

液压传动是借助于处在密闭容器内的液体的压力来传递能量或动力。液体虽没有固定的几何形状，但有几乎不变的容积，因此，当它被容纳于密闭的容器中时，就可以将压力由一处传递到另一处。当高压液体在几何容器内被迫移动时，它就能传递机械能。这里必须指出的是：在研究液压传动技术时，事实上应该认为整个液压传动系统也是一个密闭容器，否则就不可能实现液压传动。

油泵不输出液体时，若不计算管道的阻力，则油泵输出的压力P_泵＝0，因为此时既无阻力负载，容积又不处于密闭状态（油流回油箱）。而图2－32所示的情况就不同，由于油泵不断供油，而油缸左腔的容积却无法继续增加，使密闭容器中的油液受到急剧的压缩，但是，由于液体是不可能压缩的，即体积不会改变，所以系统的压力随之增高。在没有安全装置的情况下，压力太大能引起油管爆破，油泵损坏，甚至驱动油泵的动力机构可能被损坏。由此可见，液压传动系统压力的高、低决定于外界负载，而油泵必须在额定的压力下工作。

图2－32　液压传动原理图

任何液压传动系统都是在这种通过密闭容器内的受压液体流动来传递机械能的基础上实现的。

三、液压传动系统的组成

液压传动系统的组成按一般车辆、机械的传动，可以归纳为四个主要部分组成。

（1）动力部分：即油泵，将机械能转换为液体的压力能。

（2）执行部分：包括油缸、油马达，将液体的压力能转换为机械能，驱动工作装置运动。

（3）控制部分：包括各种压力、方向、流量的控制阀。如用来控制和调节液压系统压力阀类（溢流阀、减压阀、安全阀等），控制流量的阀（节流阀、限速阀等），控制油流方向（换向阀）等，以满足液压系统各工作机构的动作和性能的要求。

（4）辅助部分：包括油箱、油管、滤油器、压力表及各种连接装置等，主要是将前三个部分连成一个系统，起连接、贮油、过滤、测量等作用。

四、液压传动系统的主要元件

（1）油泵：目前在车辆、工程机械、机床上常用的油泵有：叶片泵、齿轮泵、柱塞泵、螺杆泵等。油泵是液压传动系统中将原动力机械所输出的机械能（扭矩、转速）转换为液体的压力能的一种能量转换装置。在液压系统中，油泵作为动力源向系统提供所需的压力油。

（2）工作油缸：液压传动系统中的各种工作油缸是执行部分，是将液体的压力能转化为机械能的能量转换装置，用来驱动工作机构的运动（往复运动和旋转运动）。油缸可分为单作用式和双作用式两种。单作用式油缸一般为柱塞式，双作用式油缸必须是活塞式。

（3）起升油缸：货叉的起升由起升油缸来实现。叉车起升油缸的位置处于垂直或近似垂直状态，因此叉车的起升油缸采用单作用柱塞式液压油缸来实现货叉的升降。这种油缸当油泵向它输入高压油时，货叉举升，若油泵停止供油并通过换向阀将油缸进油口直接与油箱沟通时，在货叉架、货物、门架、柱塞等本身的自重作用下，货叉下降，油缸内的油液被压回油箱。

（4）液压马达（油马达）：如前所述，油泵是液压传动系统中将电动机（或其他动力装置）所输出的机械能（扭矩、转速）转换为液压能（压力、流量）的能量转换装置。油泵作为动力源，向液压系统提供所需的压力油。

油马达是将液压能转换为机械能的能量转换装置。它与前面所述的油缸统称为液动机。不同之处在于油马达输出的是扭矩和转速，而油缸输出的一般是力和速度。

油泵和油马达，从原理上讲，它们是可逆的。当发动机或电动机带动其转动时，即为油泵，输出液压能；反之，当向其通入压力时，即为油马达，输出机械能（扭矩和转速）。

（5）控制和调节装置：液压传动系统中控制和调节装置的作用是：控制液流方向、流量和压力等，以保证叉车、工程机械的工作装置在作业时需要的运动方向、运动速度和驱动力等主要的技术性能，并使之能平稳协调地工作。这些装置主要包括换向阀类、节流阀类、溢流阀类（安全阀类）以及几种不同阀的组合。

①换向阀（方向控制阀类）：换向阀在液压传动系统中称为方向控制阀类，用它控制液压系统中工作油液的流动方向。叉车、装载机等工程机械在作业中要经常改变货叉、门架、铲斗以及其他属具的运动方向，因此一般广泛采用滑阀式的换向阀来改变液体的流动方向，从而使这些工作装置根据作业需要而改变运动方向。

②溢流阀（压力控制阀类）：一个液压系统总是为了满足一定的动力和运动的要求。在油缸尺寸一定的条件下，油缸活塞推力的大小，就取决于进入工作油缸内油压力的大小，因此，必须根据系统需要的工作压力来调节油泵的供油压力。

溢流阀的作用就是为了防止液压系统中油压过高而损坏机件及系统其他液压元件而设置的一种安全保护装置。溢流阀根据液压系统的工作需要，设有两种用途：当起限压作用时作安全阀用；当起定压作用时作溢流阀用。

作安全阀用时，阀门常关，只有当系统压力超过安全阀调定压力时才打开阀门；作溢流阀用时，阀门常开，使系统某一部分的压力一直保持在溢流阀调定的压力范围内工作。

③节流阀（流量控制阀类）：节流阀在液压传动系统中用于调节流量，以控制执行元件的运动速度。节流阀种类较多，按其作用不同可分为可调节流阀、固定节流阀、单向节流阀等。

在叉车起升油缸的油路中，为控制货叉的下降速度，在起升油缸的进油口装置一只限速阀（单向节流阀），其作用是万一液压管路系统或进入起升油缸油管爆裂的情况下，使货叉下降速度得到控制，可以防止事故发生。

（6）辅助装置：液压传动系统中的辅助装置包括：油箱、油管、管接头、滤油器等，没有这些辅助装置就不可能组成一个液压传动系统。辅助装置起到了油液贮存、管路连接、油液滤清等作用，因此也是重要的组成部分，它的好坏会影响液压系统能否正常工作。

五、林德静压传动系统

整体式的林德静压传动系统由一个柱塞式变量泵和两定量马达组成，柱塞式变量泵和发动机连接输出流量和方向均可变化的高压油流到两个驱动轮相连的柱塞式马达，由这两个液压马达驱动车轮。该系统的所有部件和油路全封闭在整体式的铸缸中，工作时产生的高压油膜使得这个系统几乎没有机械磨损，异常坚固可靠。

林德静压传动系统的应用使得叉车的操作控制非常简单高效，无需换挡，无需人工踩油门，自动制动功能和精确的爬坡微动功能。同时该系统没有离合器、变速器、差速器，也没有制动产生的磨损，传动效率高达85%，维护成本也大大降低，如图2－33所示。

图2－33　林德静压传动装置