液壓傳動機械養路目錄液力傳動04液壓傳動概述01液壓元件02液壓基本回路03液壓傳動是研究以壓力油為能源介質，來實現各種機械傳動和自動控制的學科。它是利用各種液壓元件組成所需要的各種控制回路，再由若干回路有機組合成能完成一定控制功能的傳動系統來進行能量的傳遞、轉換與控制。由于它具備結構簡單、體積小、重量輕、輸出功率小，易于實現自動化等特點，因而被廣泛用于工程機械、礦山機械、壓力機械、航空機械和機床等方面。一、液壓傳動的工作原理模塊一液壓傳動概述一、液壓傳動的工作原理圖2-1是人們常見液壓千斤頂的工作原理圖。由圖2-1（a）可知，工作時，向上提手柄1，小活塞3就被帶動上升，小缸體下腔容積增大，形成局部真空，于是油箱12中的油液在大氣壓力的作用下，推開單向閥4的鋼球，沿著吸油管道5進入小缸體下腔。用力壓下手柄1，小活塞3下移，小缸體下腔容積減小，油液受到外力擠壓產生壓力，單向閥4關閉，單向閥7打開，小缸體下腔的油液經管道6輸入大缸體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，使油液不會倒流，保證了重物不會自行下降。反復提壓手柄，就能不斷地將油夜壓入大缸體9的下腔，使大活塞8和重物不斷上升，從而達到起重的目。如果打開截止閥11，大缸體下腔的油液通過管道10流回油箱，大活塞在重物和自重作用下向下移動，回到原始位置。圖2-1（b）為液壓千斤頂的簡化模型。一、液壓傳動的工作原理二、液壓傳動系統的組成與圖形符號1.液壓傳動系統的組成通過對圖2-1液壓千斤頂工作原理圖的分析，可以得出一個完整的液壓傳動系統除液壓傳動工作介質外，各液壓元件按其功能可分為四個部分：動力部分、執行部分、控制部分、輔助部分。各部分的名稱、所包含的主要元件及其作用見表2-1。二、液壓傳動系統的組成與圖形符號二、液壓傳動系統的組成與圖形符號2.液壓傳動系統的圖形符號為了要了解各種機械的工作性能，表達液壓傳動系統的結構和工作原理，需要采用一些規定的元件圖形符號繪出液壓系統的原理圖。表達元件的圖形符號有兩種：半結構原理符號和圖形符號。半結構原理符號如圖2-1所示，它是將液壓元件的結構簡化后形成的符號，特點是直觀性強，容易理解，判斷故障比較方便，但圖形比較復雜，繪制很不方便。因此，在實際工作中常以各種圖形符號來表達元件的職能，將元件的圖形符號用通路連結起來組成基本回路圖和液壓系統圖。圖形符號簡單清楚，繪制方便，但要對液壓元件的結構比較熟悉。常見液壓元件的圖形符號見表2-2。二、液壓傳動系統的組成與圖形符號二、液壓傳動系統的組成與圖形符號二、液壓傳動系統的組成與圖形符號二、運動副及分類2．高副兩構件通過點或線接觸構成的運動副稱為高副。圖1-3（a）中凸輪1和從動桿2、圖1-3（b）中齒輪1和齒輪2的接觸，在接觸點A處構成高副。三、平面機構及其運動簡圖目錄液力傳動04液壓傳動概述01液壓元件02液壓基本回路03液壓系統是由液壓元件——液壓泵、液壓馬達和液壓缸、液壓控制閥和液壓輔助元件等組成，它們是組成液壓系統的最小單元。本節主要介紹這些元件的工作原理、基本結構、性能及其應用。一、液壓泵和液壓馬達模塊一液壓元件一、液壓泵和液壓馬達液壓泵和液壓馬達都是液壓系統中的能量轉換元件，構造原理有相似之處，理論上液壓泵和液壓馬達可以通用。但實際上考慮到兩者使用要求不同和效果好壞等因素，大多分別做成專用結構。（一）液壓泵液壓泵是液壓系統的動力元件，它把原動機（電動機或內燃機）輸出的機械能轉換為工作液體的壓力能。它不斷輸出液壓油，使執行部分克服外部載荷而運動。一、液壓泵和液壓馬達1．齒輪泵齒輪泵是利用齒輪的輪齒進入嚙合和脫離開嚙合來完成吸油和壓油的。圖2-2所示為外嚙合齒輪泵的工作原理，它由裝在泵體內的一對齒輪所組成，齒輪兩端靠端蓋密封。泵體、端蓋和齒輪的各個齒槽間形成了許多密封的工作容積。泵體有兩個油口，一個是吸油口，一個是壓油口。齒輪泵在外力作用下，當主動齒輪按圖示方向旋轉時，右側吸油腔的輪齒逐漸分離，密封工作容積逐漸增大，形成局部真空，因此，油箱中的油液在外界大氣壓力的作用下，經吸油管進入吸油腔，將齒槽充滿。隨著齒輪的旋轉，油液被帶到左側壓油腔內，因左側輪齒逐漸進入嚙合，密封工作容積逐漸減少，油液就從壓油口壓出，經管道輸送到液壓系統中去。一、液壓泵和液壓馬達2．葉片泵葉片泵具有工作平穩、噪聲小、輸出流量均勻且大小可調、容積效率高等優點。但其結構復雜，吸油性不好，對油液的污染也比較敏感。葉片泵分為單作用葉片泵和雙作用葉片泵。（1）單作用葉片泵單作用葉片泵的工作原理如圖2-4所示。單作用葉片泵主要由轉子1、定子2、葉片3和端蓋等組成，泵的定子內表面是一個圓形，轉子的槽中裝有可滑動的葉片，定子中心與轉子中心之間有偏心距e。當轉子旋轉時，葉片在離心力的作用下向外伸出，緊靠在定子內表面上。這樣在定子內表面、轉子外表面、端蓋及葉片之間就可形成若干個密封容積，當轉子按圖示方向旋轉時，右側的密封工作容積逐漸增大，形成局部真空而吸油，這是吸油腔；左側的密封工作容積逐漸減小而壓油，這是壓油腔。在吸油腔和壓油腔之間，有一段封油區把吸油腔和壓油腔隔開。轉子每旋轉一周，每個工作容積完成一次吸油和壓油。一、液壓泵和液壓馬達3．柱塞泵柱塞泵是依靠柱塞在缸體內往復運動，使密封容積發生變化來實現吸油和壓油的。柱塞泵分為軸向柱塞泵和徑向柱塞泵。（1）軸向柱塞泵軸向柱塞泵的工作原理如圖2-6所示，它主要由缸體1、配油盤2、柱塞3、斜盤4等零件組成。斜盤4和配油盤2固定。柱塞的中心線平行于缸體的中心線，柱塞孔均勻分布在缸體上，柱塞與柱塞孔形成密封容積。在彈簧作用下，缸體和配油盤、柱塞與斜盤靠牢，在配油盤上開有兩個弧形油槽，分別與泵的吸油口和排油口相通。當缸體旋轉時，在斜盤作用下，柱塞在柱塞孔內作直線往復運動。柱塞伸出時，柱塞孔容積增大，形成局部真空，此時油液經配油盤的吸油口吸入；當柱塞被壓入柱塞孔中時，柱塞孔容積減小，油液壓力升高，油液經壓油口壓出。一、液壓泵和液壓馬達（二）液壓馬達液壓馬達的作用與液壓泵相反，它是利用壓力油驅動轉子向外輸出旋轉運動和轉矩。液壓馬達按結構也可分為齒輪式、葉片式和柱塞式等。下面介紹一種在養路機械中常見的內曲線徑向柱塞馬達。內曲線徑向柱塞馬達的結構如圖2-8所示，它主要由定子內曲線、轉子8、柱塞4、配油軸7、配油套2和滾輪1組成。轉子外側的五個柱塞在壓力油的作用下通過滾輪緊頂在定子的內曲線上，外側開有許多進出油孔的配油軸是固定不動的，轉子內側的配油套和轉子一同轉動，并通過配油套徑向孔與配油軸上的油孔相通。當滾輪轉過內曲線的高位點段時，柱塞缸孔中開始進入壓力油，使相應的柱塞頂在定子曲面上，在接觸處定子曲面給柱塞組一反作用力，可分解成徑向力和切向力，徑向力與柱塞底面的液壓力相平衡，而切向力則驅使轉子旋轉。當滾輪轉動到段時，柱塞通過配油套的徑向孔向配油軸回油。為了使轉子能連續運轉，內曲線徑向柱塞馬達在任何瞬間都必須保證有柱塞處在進油段工作。一、液壓泵和液壓馬達二、液壓缸液壓缸是液壓系統中的執行元件，它是一種把液體的壓力能轉變為直線往復運動機械能的裝置。它可以很方便地獲得直線往復運動和很大的輸出力，結構簡單、工作可靠，制造容易，因此應用廣泛。液壓缸按其結構形式可分為活塞缸、柱塞缸和擺動缸三類。活塞缸和柱塞缸實現往復運動，擺動缸則實現小于3600的往復擺動。1． 活塞缸（1）雙桿活塞缸雙桿活塞缸主要由缸體、活塞和兩根直徑相等的活塞桿組成，如圖2-9所示。在進入液壓缸的液體流量、壓力相同的情況下，活塞往返的運動速度和推力也都大小相等。因此，這種液壓缸常用于要求往復運動速度和負載都相同的場合。二、液壓缸2．柱塞缸圖2-11（a）所示為柱塞式液壓缸的結構原理圖。柱塞缸是單作用缸，它的進油口還兼作出油口。當壓力油進入缸體時，推動柱塞伸出，但反向退回時要靠自重或其他外力驅動。要實現雙向驅動，可使用兩個柱塞缸，如圖2-11（b）所示。三、液壓控制閥液壓控制閥是液壓系統的控制元件，用來控制和調節油液的流動方向、壓力的高低和流量的大小，以保證液壓傳動系統各部分獲得所要求的協調一致的動作。根據用途和工作特點的不同，控制閥主要分為方向控制閥、壓力控制閥和流量控制閥。（一）方向控制閥方向控制閥主要用來控制液壓系統中油液的流動方向的。它可分為單向閥和換向閥兩類。1．單向閥如圖2-12所示為普通單向閥結構原理圖。普通單向閥主要由閥體1、閥芯2和彈簧3組成。當壓力油從進油口流入時，作用在閥芯上的液壓力大于彈簧的作用力，彈簧被壓縮，使閥芯向右移動，打開閥口，并通過閥芯上的四個圓孔a及內孔b從出油口流出。當壓力油從出油口流入時，在油的壓力及彈簧作用下，閥芯緊壓在閥座上，閥口關閉，油液無法通過。三、液壓控制閥2．換向閥換向閥是利用閥芯相對閥體的相對移動，接通、關閉或變換油液流動的方向，從而改變液壓系統的工作狀態。換向閥的種類很多，可按閥芯的運動形式分為滑閥式和轉閥式，滑閥式應用最廣；按閥芯在閥體中的工作位置數目分為二位、三位和多位；按閥與系統連接的油路通道數目有二通、三通、四通和五通等；按閥的操縱方式分為手動、機動、電磁和液動等。換向閥的全稱通常包括三個以上內容，例如二位三通電磁換向閥。圖2-13所示為三位四通換向閥的結構原理圖。換向閥的閥芯處于中間位置時，各油路不通；當閥芯向左移動時，油口和接通、和接通；當滑閥移到右端，油口和接通、通過閥體環形孔與接通。各油口的連通關系不同，從而達到了換向的目的。三、液壓控制閥（二）壓力控制閥在液壓系統中，不同的部位和不同的元件要求的油液壓力并不相等，這就需要對系統的工作壓力進行控制和調節。用來控制液壓系統中油液壓力的控制元件，稱為壓力控制閥。常用的壓力控制閥有溢流閥、減壓閥和順序閥。

1．溢流閥溢流閥的主要作用是調整和控制液壓系統的壓力或進行安全保護。用于過載保護的溢流閥又稱為安全閥。常用的溢流閥有直動式溢流閥和先導式溢流閥兩種。三、液壓控制閥直動式溢流閥的工作原理如圖2-14所示，閥芯2在調壓彈簧3的作用下壓在閥體上，彈簧的作用力大小可由調壓螺母4來調整，從而改變閥的調定壓力的大小。閥體上的進油口P和系統相連，回油口T和油箱相連。工作時，壓力油從進油口進入閥體作用在閥芯2的底面上。油壓正常時，油壓小于彈簧作用在閥芯上的調定壓力，油口P和T被閥芯隔斷不通。當系統的油壓升高，閥芯底部受到向上的油液壓力大于彈簧的作用力時，閥芯上移，使P和T兩油口相通，液壓泵輸出的多余油液從回油口流回油箱，油壓就不會繼續升高。當系統中的油壓降至低于調定壓力值時，閥芯下移，閥口關閉，油壓又重新升高，使液壓泵輸出至系統的油液壓始終穩定在調定值上。這就是溢流閥的調壓穩壓作用。三、液壓控制閥2．減壓閥減壓閥的作用是用來降低液壓系統中某一油路的油液壓力，以滿足執行機構的要求。一般減壓閥均為定壓式，減壓閥的閥孔縫隙隨出油口壓力變化而自行調節，從而能自動保證閥的出口壓力為定值。減壓閥在液壓設備的夾緊系統、潤滑系統和控制系統中應用較多。圖2-15所示為直動式減壓閥的結構原理圖。閥不工作時，閥芯在彈簧作用下處于最下端位置，閥的進油口、出油口是相通的。當出口壓力超過設定壓力時，作用在閥芯下端的壓力大于彈簧力，閥芯向上移動，閥體和閥芯的縫隙減小，阻力增大，使出口壓力降低。當出口壓力略小于調定值時，閥芯下移，閥體和閥芯的縫隙增大，阻力減小，使出口壓力回升到調定值，自動保持出口壓力為一恒定值。三、液壓控制閥3．順序閥順序閥是利用液壓系統中壓力的變化來控制各執行元件動作先后順序的液壓閥。常用于兩個或兩個以上液壓執行元件順序動作的回路。如圖2-16所示，油液從進油口進入閥內，經油孔K作用在閥芯下端。當進油口油液壓力較低時，閥芯在彈簧作用下處于最下端，進油口和出油口不相通。當油液壓力增大到預調的數值后，閥芯向上移動，閥口打開，油液經閥口從出油口流出，從而操縱另一執行元件。由于順序閥的進、出油口均為壓力油，所以它的泄油口L必須單獨外接油箱。三、液壓控制閥（三）流量控制閥流量控制閥是通過調節其閥口流量的大小，改變執行元件運動速度的液壓控制元件。最常用的是節流閥。圖2-17所示是節流閥的工作原理和圖形符號。這種節流閥閥芯下端的節流通道為軸向三角槽式。壓力油從進油口流入，經閥芯下端的三角形節流口，從出油口流出。旋轉閥芯上方的調節螺釘，可使閥芯作軸向移動，改變節流口的通流面積，使流量得以調節。四、液壓輔助元件和液壓油液壓輔助元件主要有油箱、管件、過濾器、蓄能器和密封裝置等。它們對保證液壓系統有效地傳遞運動和動力，提高液壓系統的工作性能起著重要的作用。1．油箱油箱是用于儲油、散熱和沉淀油中雜質的裝置。在液壓系統中，常利用機器設備機身內腔作為油箱，結構緊湊，漏油易于回收，但散熱條件不好。重要設備一般采用單獨油箱，與主機分開，減少了油箱發熱和液壓源振動對工作的影響。2．油管和管接頭在液壓系統中常用油管有銅管、鋼管、橡膠軟管等，均為無縫管，一般使用冷拔無縫鋼管。橡膠軟管分高壓和低壓兩種，能吸收沖擊、振動，管道可隨部件運動。銅管容易彎曲，安裝方便，但價格昂貴。管接頭是油管與油管、油管與液壓元件等之間的連接件。管接頭必須保持管路的密封性。四、液壓輔助元件和液壓油3．過濾器過濾器的作用是對油液進行過濾，清除油液中的灰塵、磨屑、油液氧化變質等雜物，防止油路堵塞和元件磨損，以確保系統正常工作。過濾器按濾芯的結構可分為網式、線隙燒結式和紙質式等。通常安裝在液壓泵的吸油口和出油路上、系統的回油路和分支油路上。4.蓄能器在液壓系統中，蓄能器是用來儲存和釋放液體壓力能的裝置。當系統需要時，能將原先貯存的能量釋放出來，并能吸收系統的壓力脈動及減小沖擊，保護液壓系統。5．液壓油液壓油的種類繁多，分類方法各異，習慣以用途進行分類，也有根據油品類型、化學組分或可燃性分類的。目錄液力傳動04液壓傳動概述01液壓元件02液壓基本回路03方向控制回路是指控制液壓系統油路的通斷或換向，實現執行元件的啟動、停止或換向。圖2-18所示為用閥控制方向回路。當手動換向閥不動作時，壓力油進入液壓缸的右腔推動活塞左移。當手動換向閥動作時，壓力油進入液壓缸左腔推動活塞右移。一、方向控制回路模塊三液壓基本回路二、速度控制回路在液壓系統中，各機構的運動速度要求各不相同，而液壓能源往往是共用的，采用速度控制回路可以解決這一問題。1．調速回路調速是為了滿足液壓執行元件對工作速度的要求。通常通過改變輸入液壓執行元件的流量來達到改變速度的目的。圖2-19所示為節流調速回路。調速閥裝在進油回路中，通過調速閥控制進入執行元件的流量來調速，多余的油液經過溢流閥流回油箱。三、壓力控制回路壓力控制回路是以控制回路壓力，使之完成特定功能的回路。常用的壓力控制回路有調壓、減壓、增壓和卸荷等回路。1．調壓回路調壓回路是指控制整個系統或系統中某一部分油液的壓力，使之保持穩定或限制其最高值。調壓回路一般使用溢流閥。如圖2-21（a）所示為單級調壓回路，當工作載荷高于正常值時，溢流閥打開，使油液經溢流閥流回油箱，保證系統壓力穩定。當系統中需要兩種以上不同的壓力時，可采用多級調壓回路。如圖2-21（b）所示，用三個溢流閥進行連接，操縱換向閥使系統有三種不同的壓力調定值。四、其他回路五、液壓傳動系統實例分析液壓傳動系統是根據機械設備的工作要求，選用適當的液壓基本回路組合而成。下面以XYD-2型小型液壓搗固機的液壓系統為例，進行液壓系統分析。XYD-2型小型液壓搗固機體積小、重量輕、效率高，它廣泛用于線路的搗固作業，其工作原理如圖2-27所示。它的搗固鎬掛在振動架上，振動架與升降缸1相連，升降缸的活塞桿則與機架相連。搗固鎬的夾實是通過夾實缸2來完成的。操縱多路閥的兩個換向閥的手柄就可以控制升降缸和夾實缸的動作過程。圖2-28為XYD-2型小型液壓搗固機的液壓系統圖。五、液壓傳動系統實例分析五、液壓傳動系統實例分析有關搗固機液壓系統的具體工作情況如下：1.搗固鎬接觸道床。搗固機上道后，將多路閥的上聯置于左位，液壓油經過單向閥5經上聯多路換向閥進入到升降液壓缸6的無桿腔，搗固鎬下插入道床。同時，升降液壓缸有桿腔的液壓油溜回油箱。搗固鎬下插到合適位置時，將上聯多路換向閥推回中間位置，原動機帶動齒輪泵1將液壓油從油箱中抽出，經過濾器8送至多路換向閥，液壓油通過多路換向閥的卸荷通道回油箱，升降缸停止下插，齒輪泵卸荷。五、液壓傳動系統實例分析2.夾實搗固作業。將多路閥的下聯置于左位，液壓油經過單向閥5經下聯多路換向閥進入到夾實缸液壓7的無桿腔，推動活塞桿使搗固鎬將道碴扒入軌底軌木周圍進行夾實。將下聯置于右位，液壓油進入到夾實液壓缸7的有桿腔，使活塞桿拉動搗固鎬退出軌底部位。將下聯多路換向閥推回中間位置，石碴夾實作業完成，齒輪泵卸荷。若搗固鎬一次夾實不能達到要求，可反復操作下聯多路換向閥以達到夾實石碴的目的。五、液壓傳動系統實例分析3.松開鋼軌、機體上升，使搗固鎬脫離道床。夾實石碴后，將多路換向閥的上聯推向右位，液壓油進入到升降液壓缸6的有桿腔，搗固鎬脫離道床。再將上聯多路換向閥推回中間位置，齒輪泵卸荷，該軌枕位置搗固作業完成。上述作業完成后，將搗固機向前推移，繼續進行搗固作業。當原動機獲液壓系統發生故障而無法正常操作時，升降液壓缸不能使搗固鎬脫離道床升到鋼軌面以上，致使搗固機不能被橫向推離線路，造成列車運行阻礙。此時可反復壓下手動液壓泵2來代替齒輪泵供油。設有手動液壓泵則能防止事故發生，因此，手動液壓泵又稱安全泵。

目錄液力傳動04液壓傳動概述01液壓元件02液壓基本回路03液力傳動是以液體作為工作介質，利用液體動能的變化來傳遞能量的傳動形式。在液力傳動系統中，它們作為一個獨立的液力傳動部件，常與機械變速器相連，驅動工作裝置對外做功。一、液力傳動原理模塊四液力傳動一、液力傳動原理液力傳動實際上是離心泵與渦輪機的組合，如圖2-29所示。原動機帶動離心泵1的泵輪轉動，從油箱吸入液體并帶動液體轉動，最后將液體以一定的速度排入輸油管2，離心泵便把發動機的機械能變成了液體的動能。從泵排出的高速液體經輸油管沖到渦輪機3的葉片上，推動渦輪旋轉做功。這樣由離心泵所產生的液體動能就轉變為渦輪機做功的機械能。在整個工作過程中，油從油箱依次經吸油管、泵輪、輸油管、渦輪、回油管后又流回油箱，不停地循環，原動機的能量便不停的從泵輪傳遞到渦輪而輸出。由于離心泵、渦輪機、管路損失的能量大，故效率低，且結構龐大，所以只說明其工作原理。現在實際應用的液力傳動有兩類：液力耦合器與液力變矩器液力傳動。液力耦合器相當于機器上的離合器；而液力變矩器則相當于機器上的無級變速箱。二、液力傳動的工作特點1．液力傳動的優點（1）液力傳動可根據車輛的運行阻力或工作阻力的變化，在一定范圍內自動無級地改變傳動比和扭矩（即無級變速與變矩）。當外載荷增大（如爬坡）時，車輛能自動增大牽引力來克服增大的外載荷，從而避免發動機因超載而熄火；此時車輛的轉速是隨著外載荷的增大而自動減小。反之，當外載荷減小時，車輛又能自動減小牽引力，提高運行速度，自動適應工作需要。（2）車輛起步平穩，減少換檔次數。由于液力變矩器（耦合器）有自動變速與變矩的特性，可使車輛起步平穩，減少換檔次數，減輕司機的勞動強度，也便于實現換檔操作的自動化或半自動化。二、液力傳動的工作特點（3）緩和沖擊，提高使用壽命。由于液力變矩器（耦合器）是傳動系統中的一個柔性環節，能大大減少各部分零件所受的振動和沖擊，從而保證車輛在遇到工作阻力急劇變化的情況下，仍能正常平穩的工作，