作者：刘伟,张湘衡
出版社：电子工业出版社
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汽车液压系统试读：
前言
自20世纪第一辆汽车问世以来，至今经历了一百多年的时间，汽车的结构已发生了很大的变化。汽车的传动系统、行驶系统、转向系统和车身悬挂系统采用了液压、气压和液力技术，极大地促进了汽车技术和汽车工业的高速发展，使得现代汽车成为机、电、液、电脑一体化的高新技术产物，汽车技术已成为现代科学技术和物质文明的发展标志。例如，电控液力自动变速器、电控悬架装置、液压式转向助力装置、液压和气压制动系统、自动倾卸车举升机构及发动机燃料供给、机械润滑系统等。现代汽车正向驾驶方便、运行平稳、乘用舒适、安全可靠、节能环保的方向发展。
汽车技术的发展给汽车维修行业提出了更高的要求、更新的学习内容、更全面的专业知识。汽车维修人员的工作，越来越难界定工种的范围，机电一体化的维修技术已是必需的要求，钣金修复人员拆卸和安装电器、机械传动和液压系统构件已在汽车修理行业普遍存在。所以增加液压传动基础知识，普及液压、气压和液力技术，对熟悉汽车结构的原理、构造、维护和维修具有重要的意义。
本书是一本适合汽车专业、汽车管理人员、技术人员和技术工人有关汽车液压、液力和气压传动系统技术方面的书籍。全书用极丰富的图片和照片并配以文字叙述，深入浅出地介绍各类汽车液压系统结构、原理和工作程序，便于读者学习理解，并结合汽车典型实例进行了实例分析。
编者根据目前汽车车身修理行业的状况和这方面人才的需求，有针对性地编写了本书；书中不仅分析介绍液压系统的特点、结构和液压元件，还结合汽车的应用，全面介绍汽车电控液力自动变速器、液压或气压式转向助力装置、汽车悬架系统等方面的知识，图片资源极其丰富。本书结合当前汽车在新技术应用方面的状况，技术内容与现代汽车技术紧密结合，对汽车修复理人员有很好的指导作用。
本书的编著人员为编著汽车技术书籍的专家和从事了多年汽车方面的教学工作的老师；本书的很多技术资料由汽车修理行业从事多年修理工作的技师提供；这本书正是这些优秀人才的集体智慧结晶的成果。本书不仅可以作为中、高职学校的教材，也可以用做行业汽车车身修理人员的培训教材，也是汽车车身修复人员提高、规范车身修理技能和编写修理工艺的教课书。
本书由汽车车身专家张湘衡和大庆职业学院刘伟任主编，由河南工业大学关炎芳任副主编。刘伟编写第1、2、3、4章，张湘衡编写了第5、7章，关炎芳编写了第6章和附录A，邬玲玲、黄健、李芬编写了附录B。
在编写过程中，由于时间、篇幅和条件的限制，书中还存在不足之处，欢迎使用本书的师生和广大读者批评指教，以便再版时修订。在此还要特别感谢南京宝马汽车修理厂、福特修理厂的各级管理人员和技师的大力支持和帮助。
编 者
2013年9月第1章 液压传动概述
自从20世纪第一辆汽车问世以来，至今经历了一百多年的时间，汽车的结构已发生了很大的变化。早期汽车的主要结构及其制造方法，除了增装发动机、传动系和转向系外，基本上沿用马车的结构形式，车身采用车架结构，在车架上安装各种总成。汽车依靠车架将各总成连接成一个整体。汽车经过一百多年的改进和发展，如图1-1至图1-4所示，已经发生了很大的变化。作为汽车修理人员也必须了解汽车发展的状况，必须有能力识别汽车的不同零部件在汽车结构中所起的作用，并对它们的修理或更换做出恰当的选择；必须知道在这些结构中，采用了什么技术以及工作原理。图1-1 1886第一辆汽车图1-2 1920福特公司的T型车图1-3 50年代的卡迪莱克图1-4 现代汽车
近几十年以来，传统的车架式车身构造在轿车、微型货车和小型载货车上，已被整体式车身取代。整体式车身在汽车设计上需要新的装配技术、新的工艺方法。在整体式车身设计中，重型冷轧钢已经被轻型、高强度合金钢所取代，这就需要新的工艺修理方法，采用合理的技术。在整体式车身汽车中某些机械系统，如悬架系统、转向系统和操纵系统对汽车车身提出了更高的要求。汽车的传动系统、行驶系统、转向系统和车身系统都采用液压、气压和液力技术，极大地促进了汽车技术和汽车工业的高速发展。现代汽车是机、电、液、气和电脑一体化的高新技术产品，成为了现代科学技术和物质文明的发展标志。汽车正向驾驶方便、运行平稳、乘用舒适、安全可靠、节能环保的方向发展。汽车的液压、气压传动和液力技术得到了广泛应用，如电控液力自动变速器、电控悬架装置、液压或气压式制动系统、液压转向助力装置、液压自动倾卸车举升机构及发动机燃料供给、机械润滑系统等。
汽车技术的发展给汽车维修行业提出了更高的要求、更新的学习内容、更全面的专业知识。汽车维修人员的工作，越来越难以界定工种的范围，机电一体化的维修技术已经是必需的要求，钣金修复人员拆卸和安装电器、机械传动和液压系统构件已在汽车修理行业普遍存在。所以汽车修理人员学习液压传动基础知识，熟悉液压、气压和液力传动技术，掌握汽车液压系统的原理、制造、使用、维护和维修具有重要的意义。1.1 液压传动系统的结构和工作原理
1.液压传动系统结构
汽车液压传动是利用密闭系统中的受压液体来传递运动和动力的一种形式。
如图1-5（a）所示，液压泵3由电动机（图中未画出）带动旋转，从油箱1中吸油。油液经过滤器2过滤后流往液压泵，经液压泵向系统输送。来自液压泵的压力油经节流阀5和换向阀6进入液压缸7的左腔，推动活塞连同工作台8向右移动，溢流阀4可控制系统的压力。这时，液压缸右腔的油通过换向阀经回油管道排回油箱。图1-5 液压系统组成及符号
如果将换向阀手柄扳到左边位置，使换向阀处于图1-5（b）所示的状态，则压力油经换向阀进入液压缸的右腔，推动活塞连同工作台向左移动。这时，液压缸左腔的油亦经换向阀和回油管道排回油箱。
工作台的移动速度是通过节流阀来调节的。当节流阀开口较大时，进入液压缸的流量较大，工作台的移动速度也较快；反之，当节流阀开口较小时，工作台移动速度则较慢。
工作台移动时必须克服阻力，例如克服切削力和相对运动表面的摩擦力等。为适应克服不同大小阻力的需要，泵输出油液的压力应当能够调整；另外，当工作台低速移动时，节流阀开口较小，泵出口的多余压力油须排回油箱。这些功能是由溢流阀4实现的，调节溢流阀弹簧的预压力就能调整泵出口的油液压力，并让多余的油在相应压力下打开溢流阀，经回油管道流回油箱。在工程实际中，一般都用简单的图形符号来绘制，即系统原理图如图1-5（c）所示。国家标准GB 786.1—93规定了液压图形符号的绘制方法，图形符号见附录A。
从上述例子可以看出，液压传动系统由以下五个部分组成。（1）动力元件
动力元件即液压泵，它将原动机输入的机械能转换为液体介质的压力能，其作用是为液压系统提供压力油，它是系统的动力源。（2）执行元件
执行元件是指液压缸或液压马达，它是将液压能转换为机械能的装置，其作用是在压力油的推动下输出力和速度（或力矩和转速），以驱动工作部件。（3）控制元件
控制元件包括各种阀类，如溢流阀、节流阀、换向阀等。这类元件的作用是控制液压系统中油液的压力、流量和流动方向，以保证执行元件完成预期的工作。（4）辅助元件
辅助元件包括油箱、油管、过滤器以及各种指示器和控制仪表等。它们的作用是提供必要的条件使系统得以正常工作和便于监测控制。（5）工作介质
工作介质即传动液体，通常称为液压油。液压系统就是通过工作介质实现运动和动力传递的。
液压传动是利用液体作为工作介质来进行能量转换和控制某些动作的，在交通工具、建筑机械及其他机械上，特别是汽车上（如自动变速器、液力转向装置、刹车系统等）获得了广泛的应用，已成为汽车不可缺少的一部分。
2.液压传动的工作原理
如图1-6所示，为液压千斤顶的原理示意图，我们可以用它说明液压传动的工作原理。图中有大小两个液压缸6和3，内部分别装有活塞7和2，活塞和缸体之间保持良好的配合关系，不仅活塞能在缸内滑动，而且配合面之间又能实现可靠的密封。当用手向上提起杠杆1时，小活塞2就被带动上升，于是小缸3的下腔密封容积增大，腔内压力下降，形成部分真空，这时钢球5将所在的通路关闭，油箱10中的油液就在大气压的作用下推开钢球4沿吸油孔道进入小缸的下腔，完成一次吸油动作。接着，压下杠杆1，小活塞下移，小缸下腔的密封容积减少，腔内压力升高，这时钢球4自动关闭了油液流回油池的通路，小缸下腔的压力油就推开钢球5挤入大缸6的下腔，推动大活塞将重物8（G为重力）向上顶起一段距离。如此反复地提压杠杆1，就可以使重物不断升起，达到起重的目的。
若将放油阀9旋转90°，则在物体的自重作用下，大缸中的油液流回油箱，活塞下降到原位。图1-6 液压千斤顶的原理示意图
从此可以看出，液压千斤顶是一个简单的液压传动装置。分析液压千斤顶的工作过程，可知液压传动是依靠液体在密封容积变化中的压力能实现运动和动力传递的。液压传动装置本质上是一种能量转换装置，它先将机械能转换为便于输送的液压能，而后又将液压能转换为机械能做功。
3.静止液体内压力的传递图1-7 静止液体内压力传递
如图1-7所示，密闭容器的液体，当外力F作用在小活塞上，则液体内任一点的压力将发生同样大小的变化。这就是说，在密闭容器内，施加于静止液体的压力可以等值地传递到液体各点，这就是帕斯卡原理，或称静压传递原理。
图1-7中小活塞的作用力F是外加负载，A为活塞横截面面积，根据帕斯卡原理，容器内液体的压力P与负载F之间总是保持着正比关系。如A为小活塞面积，A为大活塞面积，12
那么，F/A=G/A，这样用一个很小的力F，就可以将重物G举起。12
可见，液体内的压力是由外界负载所形成的，即压力决定于负载，这是液压传递中的一个重要的概念。液压千斤顶举起重物的原理，体现了液压装置的力的放大作用。
4.液压油
液压传动是以液体（液压油）作为工作介质来进行能量传递的。
在分析和应用液压传动时，通常将液压油看成理想液体，一般把既无黏性又不可压缩的假想液体称为理想液体。（1）液压传动用油一般应满足的要求
① 黏度适当，黏温特性好。
② 润滑性能好，防锈能力强。
③ 质量好，杂质少。
④ 对金属和密封容积有良好的相容性。
⑤ 氧化稳定性好，长期工作不易变质。
⑥ 抗泡沫性和抗乳化性好。
⑦ 体积膨胀系数小，比热容大。
⑧ 燃点高，凝点低。
⑨ 对人体无害，成本低。（2）液压油的物理特性
1）液体的密度
液体单位体积的质量称为密度，常用r表示，液压油的密度随压力的增加而增大，随温度的升高而减小。一般情况下，由压力和温度引起的变化很小，可将其近似地视为常数。
2）液体的黏性
液体在外力作用下流动时，分子间的凝聚力要阻止分子相对运动而产生一种摩擦力，这种现象叫做液体的黏性。
流体黏性的大小用黏度来衡量。常用的黏度有动力黏度、运动黏度和相对黏度。
① 动力黏度（?）。液体在单位速度下流动时，液层间单位面积上产生的内摩擦力。
② 运动黏度（ν）。动力黏度（?）与液体密度（r）之比称为运动黏度。
工程上常用运动黏度（ν）作为液体黏度的标志。机械油的牌号就是用机械油在40℃时的运动黏度（ν）的平均值来表示的。例如10号机械油就是指在40℃时的运动黏度（ν）的平均值为610cSt（1cSt=10-m2/s）。
③ 相对黏度（?）。相对黏度是以液体的黏度与蒸馏水的黏度比较的相对值表示的黏度。因测量条件不同，各国采用的相对黏度也各不相同。我国、前苏联、德国等采用恩氏黏度（用oE表示），美国采用赛氏黏度SSU，英国采用雷氏黏度R。
液压油液黏度对温度的变化十分敏感，温度升高，黏度降低。这个变化率的大小直接影响液压油液的使用，其重要性不亚于黏度本身。
3）可压缩性
液体受压力作用而体积缩小的性质称为液体的可压缩性。可压缩性用体积压缩系数k表示，并定义为单位压力变化下的液体体积的相对变化量。
体积压缩系数k的单位为m2/N，常用液压油的系数k=（5～7）×1010-m2/N。
4）其他性质
液压油还有一些其他性质，如稳定性（热稳定性、氧化稳定性、水解稳定性、剪切稳定性等）、抗泡沫性、抗乳化性、防锈性、润滑性以及相容性（对所有接触金属、密封材料、涂料等相互不发生作用便是相容性好，否则便是不好）等，都对它的选择和使用有重要影响。（3）汽车用液压油的选用
汽车上的许多机构采用了液压传动，为了保证各自机构的工作正常，必须根据各自机构的特点选择不同类型液压油。
1）液力传动油
汽车液力传动油又称自动变速器油，通用型液力传动油呈紫红色，有些呈淡黄色。它是汽车自动变速器和动力转向系统中的工作介质。它不仅起到传递力的作用，而且还起着对齿轮、轴承等摩擦副的润滑冷却作用。液力传动油除了具有齿轮润滑油的性能外，还应具有适宜的黏度，良好的黏温性和良好的热氧化稳定性，良好的抗泡沫性、抗磨性、密封适应性等使用性能。
国外液力传动油的分类按照ASTM（美国材料试验学会）和API（美国石油学会）的分类方法，将液力传动油分为PTF-1、PTF-2、PTF-3三类。
我国目前液力传动油尚无国家标准，现行标准为中国石化总公司的企业标准，该标准将液力传动油分为6号液力传动油和8号液力传动油两种。8号液力传动油具有良好的黏温性、抗磨性和较低的摩擦因数，其接近于PTF-1级油，适用于轿车、轻型卡车的自动变速器。6号液力传动油比8号液力传动油具有更好的抗磨性，但黏温性稍差，它接近于PTF-2级油，适宜于内燃机车和重型货车的多级变矩器和液力耦合器。
液力传动油的选用必须严格按车辆使用说明书的规定，选用适合品种的液力传动油。若无说明书的车辆，轿车、轻型卡车应选用8号液力传动油，而重型货车、工程机械的液力传动系统，则可选用6号液力传动油。
液力传动油使用中的注意事项：
① 注意保持油温正常，长时间重载低速行驶，将使油温上升，加速油的氧化变质，将形成沉积物和积炭，阻塞细小的通孔和油液循环管路，从而影响对零件的润滑和冷却作用。
② 经常检查油平面，不足时及时添加。如油面下降过快，可能是由于漏油引起的，应及时查明原因并排除。
③ 按车辆使用维护说明书的规定更换液力传动油和滤清器或清洗各滤清器芯子及外壳，并注意有无金属磨屑。每3～4月（约1000h）取样检查油的质量，确定是否需要换油。
④ 液力传动系统工作油的使用寿命一般在2000h以上，使用过程中应定期对油质进行取样分析，以判断油液是否变质，油质检测方法很多，有条件时可以采用检测仪器分析。在无油液检测仪器时，可采用比较法凭经验对油质进行检验，重点观测黏度变化、泡沫多少及乳化变质情况。观测黏度，可将被检油和标准油分别装入相同的小瓶内，摇晃一下，对比稀稠情况。检查机械杂质污染度，可以将油液装入小瓶后目测。油液含水量和酸质也可用小瓶目测，正常油颜色应清澈透明，若油的颜色混浊发白，说明含水分过多，已乳化变质，若颜色变成较深的棕色，则说明油液氧化比较严重，酸质增大。
⑤ 检查油面和换油时，注意油液的状况。在手指上蘸少许油液，用手指互相摩擦看是否有渣粒存在，并从油标尺上嗅闻油液气味，判断油液质量。工作油如发现有下列情况之一时，需要换油：
·含水量达到0.2%时；
·在50℃黏度比新油高6mm2/s时；
·总杂质量（标准状态下不溶解物）达到0.2%；
·酸质过高或油中含水时；
·泡沫过多而影响传动功率时。
⑥ 新机器或大修后机器的油易脏，需要初次运行50～100h和300～500h进行第一次和第二次换油。放出的油如变质不严重，可经过滤后再用。
2）汽车制动液
汽车制动液也称刹车油，它是一种用于汽车液压制动系统或离合器液压操纵机构中传递压力的工作介质。由于汽车制动系统的可靠性直接影响到汽车的行驶安全，因此要求制动液必须安全可靠、质量高、性能好，并且要在各种条件下四季通用。其性能要求还有：优良的高温抗气阻性，良好的低温流动性和黏温性，与橡胶良好的适应性，对金属低腐蚀性，良好的化学稳定性、抗泡沫性等。
制动液按其组成和特性不同，一般可分为醇型、矿物油型和合成型制动液三类。其中合成型制动液是目前最广泛应用的主要品种，它由基础液、润滑剂和添加剂组成。按其基础液不同，合成型制动液有醇醚制动液、酯制动液和硅油制动液三种。醇醚制动液基础液的主要成分为二乙醚类，其性能稳定、成本低，是目前用量最大的一种制动液。酯制动液因其沸点高，主要用于湿热环境。硅油制动液具有高性能，其成本较高，目前尚未普及应用，只在军车等车辆上使用。
我国按国家标准GB12981—2003《机动车辆制动液》将汽车用制动液分为HZY3、HZY4、HZY5三种产品。
汽车制动液一般根据使用环境条件和车辆速度性能来选用适合的制动液。环境条件主要是指气温、湿度和道路条件等。在湿热条件下应选用HZY3或HZY4制动液，高速车辆和常在市区行驶的车辆，制动液温度较高，应使用级别较高的制动液。
3）其他类型液压油
汽车液压系统使用的液压油如无特殊要求，可按国家标准规定的润滑油和有关产品（L类）中的H组（液压系统）分类来选取，汽车液压系统常用的液压油品种主要有LHL、L-HM、L-HV、L-HR液压油等。L-HL是一种精制矿物油，能改善防锈和抗氧化性，常用于低压系统和传动装置中，在0℃以上环境中使用；L-HM是抗磨型液压油，它适合于低、中、高压系统，适用的环境温度为-5～60℃；L-HV是低温抗磨型液压油，适用于环境温度变化大或工作条件恶劣的低、中、高压系统中，如野外作业的工程车辆、军车等；L-HR也是低温抗磨型液压油，性能与L-HV液压油相似，只是在黏温性能方面略有改善。1.2 汽车液压传动基础理论
1.液体静压力及其特性
静压力是指液体处于静止状态时，单位面积上所受的内法线方向的法向作用力。静压力在液压传动中简称压力，在物理学中则称为压强。我国法定压力单位为帕斯卡，简称帕（Pa），1Pa=1N/m2。工程实际中也采兆帕（MPa）和巴（bar），1bar=0.1MPa。
液压力有两个重要的性质：
① 液体静压力垂直于作用面，其方向和该面的内法向线方向一致，这是因为液体只能受压、不能受拉所致。
② 静止液体中任何一点受到各个方向的压力都相等。如果液体中某点受到的压力不同，那么液体就要运动，这就破坏了静止的条件。
2.压力的几种表示方法
压力有两种方法：一种是以绝对零压作为基准所表示的压力，称为绝对压力；另一种是以当地大气压力为基准所表示的压力，称为相对压力，也称表压力。绝对压力为大气压力与相对压力（表压力）之和。当液体的绝对压力小于大气压力时，相对压力为负值，此负值称为真空度，真空度就是大气压力和绝对压力之差。1.3 液体动力学基础
液压传动系统中液体是主要工作介质，来实现能量的传递，也就是利用液体的传动来实现各种控制阀工作，所以只有掌握液体动力学的基础知识，才能更好理解液压传动的工作原理。
1.基本概念（1）理想液体
理想液体是一种假想的无黏性、不可压缩的液体，而把实际上既有黏性又可压缩的液体称为实际液体。在实际液压传动的应用中，因液体的体积受压力的影响不大，即具有不可压缩性。（2）恒定流动
液体流动时，液体中任意点处的压力、流速和密度都不随时间而变化，称为恒定流动，反之称为非恒定流动。研究液压系统静态性能时，可以认为液体作恒定流动，但研究其动态性能时，则必须按非恒定流动来考虑。（3）通流截面
液体流过的正交的截面称为通流截面，该截面上每点处的流束都垂直于此面。（4）流量
单位时间内流过通流截面的液体的体积称为流量，用q表示，单位为m3/s，常用的单位为L/min。（5）平均流速
假设流体的实际流速是均匀分布的，称为平均流速，用v来表示。
2.基本方程（1）连续性方程
流动液体的连续性方程是从质量守恒定律演化出来的。即液体在密封管道内作恒定流动时，设液体不可压缩，则单位时间内流过每一通流截面的液体质量必然相等。如果管道内两个通流截面分别为A、A，液体的平均流速为v、v，液体的密度为r，则有1212
上式称为连续性方程，它说明了在同一管路中，无论通流面积怎样变化，只要液体是连续的，没有空隙，没有泄漏，液体通过任一截面积的流量是相等的，同时还说明了同一管路中通流面积大的地方液体流速小，通流面积小的地方则液体流速大。当通流面积一定时，通过液体的流量越大，其流速也越大。（2）伯努利方程
伯努利方程表明了流动液体的能量守恒定律。
① 理想液体的伯努利方程。理想液体没有黏性，它在管内作恒定流动时没有能量损失。根据能量守恒定律，同一管路在各个截面上液体的总能量都相等。即在管路中流动的理想液体具有压力能、位能和动能三种形式的能量，在任一截面上这三种能量可以互相转换，但其总和保持不变。
② 实际液体的伯努利方程。实际液体具有黏性，在管路流动时，为了克服黏性阻力需要消耗能量，因此，伯努利方程实际应用时有能量损失，流速不均匀也须修正。
伯努利方程是流体力学的重要方程，在液压传动中常与连续性方程一起应用来求解系统中的压力和速度问题。1.4 管路中液体压力损失
液体在管路中流动时产生的压力损失可以分为两种：一种是液体在等径直管中流动时因摩擦而产生的压力损失，称为沿程压力损失；另一种是由于管路的截面突然变化，液流方向改变，或其他形式的液流阻力（如控制阀阀口）而引起的压力损失，称为局部压力损失。每一种压力损失都与管路中液体的流动状态有关。
1.层流和紊流
层流和紊流是两种不同性质的流动状态。层流时，液体流速较低，质点受黏性制约，不能随意运动，黏性力起主导作用；紊流时，液体流速较高，黏性的制约作用减弱，惯性力起主导作用。
2.雷诺数
液体流动时究竟是层流还是紊流，须用雷诺数来判别。
实验证明，液体在圆管中的流动状态不仅与管内的平均流速v有关，还和管径d、液体运动黏度v有关。但是真正决定液流状态的，却是这三个参数所组成的一个无量纲的数，称为雷诺数Re。即Re=vd/v，这就是说，液流的雷诺数如相同，它的流动状态亦相同。液流由层流转变为紊流时的雷诺数和由紊流转变为层流的雷诺数是不相同的，后者数值小，所以一般都用后者作为判别液流状态的依据，称为临界雷诺数，记为Rec。
当Re＜Rec时，液流为层流，反之，液流为紊流。
3.管路系统总压力损失
管路系统中的总压力损失，主要是所有沿层压力损失和所有局部压力损失之和。
在液压系统中，管路一般都不长，而控制阀口及弯头、管接头处的局部阻力则较大，和局部损失相比，沿程损失所占比例较小，所以一般情况下，总压力损失以局部压力损失为主。
汽车液压系统中，常采用以下方法来减少管路中的压力损失。
① 提高液压系统中管路内壁的光洁度；
② 尽量缩短管路的使用长度；
③ 减少液压系统中管路截面的突变和弯曲。1.5 液体流经小孔及缝隙时的压力特性
在液压系统中，液流流经小孔或缝隙的现象普遍存在，前者是节流阀和液压阀工作原理的基础，后者是计算和分析液压元件和系统泄漏的依据。
1.小孔流量的压力特性
液体流经小孔的情况可分薄壁小孔、短孔和细长孔。
薄壁小孔是指孔的长度l与其直径d之比l/d≤0.5，短孔一般指长径比l/d＜4，细长孔为l/d＞4，其流经小孔的流量计算可在相关资料中查阅。
2.缝隙流量的压力特性
在液压传动系统中，流体流经同心和偏心环形缝隙是最常见的情况，如液压缸缸体与活塞之间的缝隙、阀套与阀芯之间的缝隙等。一般认为偏心愈大，泄漏量越大，完全偏心时的泄漏量为同心时的2.5倍，故在液压元件中柱塞式阀芯上都有平衡槽，使其在工作时靠液压力自动对中，以保持同心，减少泄漏。1.6 液压冲击及气穴现象
1.液压冲击
在液压系统工作过程中，管路中流动的液体往往会因执行元件换向阀或阀门关闭而突然停止运动。由于液流和运动元件的惯性，在系统内会产生很大的瞬时压力峰值，这种现象叫做液压冲击。液压冲击会引起振动和噪声。其压力峰值可超过工作压的几倍，有时使某些液压元件，如压力继电器、顺序阀等产生错误动作而影响系统正常工作，甚至可能使某些液压元件、密封装置和管路损坏。因此，应找出产生液压冲击的原因，并能估算出压力峰值，以便找出防止和减小液压冲击的措施。
防止液压冲击常用的措施有：设计缓冲装置，减慢液压系统中液流的换向速度，在易产生液压冲击的地方使用蓄能器、溢流阀、减压阀等液压元件进行吸振，以减轻液压冲击。
2.气穴现象
在液压传动中，液压油总是含有一定量的空气。空气可溶解在液油中，也以气泡的形式混合在液油中。对于矿物性液压油，常温时在一个大气压下约含有6%～12%的溶解空气。如果某一处的压力低于空气分离压力时，溶解在油中的空气就会从油中分离出来形成气泡，当压力降低至油液的饱和蒸汽压力以下时，油液就会沸腾而产生大量气泡。这些气泡混杂在油液中，使得原来充满导管和元件容腔中的油液成为不连续状态，这种现象称为气穴。
在液压系统中，泵的吸油口及吸油管路中的压力低于大气压力，容易产生气穴现象。油液流经节流口等狭小缝隙处，由于速度增加，压力下降至空气分离压力以下时，也会产生气穴现象。气穴现象产生的气泡，随着油液运动到高压区时，气泡在高压油的作用下迅速破裂，并凝结成液体，使体积突然减小而形成真空，周围高压油高速流过来补充。由于这一过程是在瞬间发生的，因而引起局部液压冲击，压力和温度都急剧上升，并产生强烈的噪声和振动。
在气泡凝结区域的管壁及其他液压元件表面，因长期受到冲击压力和高温作用，以及油液中游离出来的空气氧化的酸化作用，使零件受到腐蚀，这种因气穴现象而产生的零件腐蚀，称为气蚀。
为了防止气穴现象的产生，在设计液压元件和液压系统时，对于液压泵来说，要正确设计泵的结构参数和泵的吸油管路。对于元件和系统管路，应尽量避免油道狭窄处或急剧转弯，以防止产生低压区。另外，应合理选择液压元件的材料，增加零件的机械强度，提高零件表面质量等，以提高抗腐蚀能力。1.7 汽车液压传动系统的特点
利用液压传动可实现动力远程传递、电气控制信号转换、发动机燃料传输、机械系统润滑。与其他传动情况相比，在汽车上应用液压传动技术，整体系统结构紧凑、质量轻、元件组合性强；与电器结合，能够对汽车的运动状况进行控制，如液压式电子控制动力转向系统是在传动液压动力转向系统的基础上增设电子控制系统装置而构成的。该系统能根据汽车行驶条件的变化，对助力的大小实行控制，使汽车在停车状态时得到足够大的助力，提高转向系统的操纵性。当车速增加时助力逐渐减小，进入高速状态时，则无助力，使操纵有一定的“路感”，提高操纵稳定性。另外，液压系统一般工作压力不高，流量不大，节能效果更好。
目前随着我国民用汽车的大量发展和汽车高新技术在中、低档车中的大量使用，液压、气压和液力传动与控制技术在汽车上的应用将会越来越广泛。其发展趋势是：在控制方面，与微电子技术和计算机技术结合，成为控制系统执行单元，向着精密、复杂、耐用、灵敏、高可靠性方向发展。在传动方面，适合大、中型汽车传动要求，工作更加可靠、操纵更加方便、舒适，且性能稳定，无泄漏。在燃料、润滑传输方面，向着供给精确、稳定、可靠、无泄漏、无污染的方向发展。在元件加工制造方面，向着精度高、组合（多元件功能）性强、工作灵敏、安全可靠、寿命长方向发展。第2章 液压系统元件
液压系统中的元件，主要是将机械能转换成液体液压能的动力元件，把液体的液压能转换成机械能的执行元件，对系统中油液的压力、流量或流动方向进行控制或调节的控制元件，为保证系统能正常工作的辅助元件。2.1 液压动力元件
液压动力元件供给系统压力油，它把原动机输入的机械能转化为输出油液的压力能。
1.液压泵
在液压系统中，液压泵和液压马达都是能量转换装置。液压泵将机械能转换成油液的压力能，输入液压系统。而液压马达把油液的压力能转换成机械能，使工作部件克服负载而对外做功。因此，从工作原理上来讲，大部分液压泵和液压马达是可逆的。（1）工作原理
液压泵把驱动电动机的机械能转换成液压系统中油液的压力能，供系统使用。液压泵是靠密封工作腔的容积变化进行工作的，其输出流量的大小由密封工作容积变化大小来决定，所以这种泵称为容积泵。
容积泵的工作原理如图2-1所示，它由1—偏心轮、2—柱塞、3—泵体、4和5—单向阀组成。图2-1 容积泵的工作原理
图2-1所示为一单柱塞液压泵，其工作原理：当偏心轮1由原动机带动旋转时，柱塞2便在泵体3内往复移动，使密封腔的容积a发生变化。密封容积增大时造成真空，油箱中的油便在大气压力作用下通过单向阀4流入泵体内，实现吸油。此时，单向阀5关闭，防止系统油液回流。密封容积减小时，油受挤压，便经单向阀5压入系统，实现压油。此时，单向阀4关闭，避免油液流回油箱。若偏心轮不停地转动，泵就不断地吸油和压油。
由此可见，液压泵是靠密封容积的变化来实现吸油和压油的，其排油量的大小取决于密封腔的容积变化，故这种泵又称容积泵。
构成容积泵的两个必要条件：
① 有周期性的密封容积变化，密封容积由小变大时吸油，由大变小时压油。
② 有配流装置，它保证密封容积由小变大时只与吸油管连通；密封容积由大变小，只与压油管连通。上述单柱塞泵中的两个单向阀4和5就是配流装置的一种类型。（2）液压泵的性能
1）输出压力和额定压力
液压泵的输出压力是指其工作时的压力。额定压力是指液压泵在正常工作条件下，按试验标准规定，能连续运转的最高压力，输出压力超过额定压力称为过载。
2）排量和流量
液压泵的排量是指泵转一转时，密封容积的变化量。即在无泄漏的情况下，泵转一转所能排出的液体体积。
液压泵的理论流量是指泵在单位时间内理论上可排出的液体体积。在液压泵工作的过程中，单位时间内实际排出的液体量为实际流量。由于存在泄漏，泵的实际输出流量小于理论流量，实际流量和理论流量的比值称为容积效率。在一定范围内，泵的泄漏随泵的工作压力的增高而增大，所以泵的容积效率随着泵的工作压力升高而降低。
按照结构形式的不同，液压泵分为齿轮式、叶片式、柱塞式和螺杆式等类型；按照输出油液的流量可否调节，液压泵又有定量式和变量式之分。
2.齿轮泵
齿轮泵是一种常用的液压泵。它的主要优点是结构简单，制造方便，价格低廉，体积小，重量轻，自吸性能好，对油的污染不敏感，工作可靠，便于维护修理。又因齿轮是对称的旋转体，故允许转速较高。其缺点是流量脉动大，噪声大，排量不可调（定量泵）。（1）外啮合齿轮泵
外啮合齿轮泵的工作原理如下。
如图2-2所示，在泵体内有一对齿数相同的外啮合渐开线齿轮。齿轮的两端皆由端盖罩住（图中未显示出）。泵体、盖端和齿轮之间形成了密封容积腔，并由两个齿轮的齿面接触线将左右两腔隔开，形成了吸、压油腔。当齿轮按图示方向旋转时，左侧吸油腔内的轮齿相继脱开啮合，使密封容积增大，形成局部真空，油箱中的油在大气压力作用下进入油腔，并被旋转的齿轮带入右侧。右侧压油腔的齿数则不断进入啮合，使密封容积减小，油液被挤出，通过压油口排油。
外啮合齿轮泵在结构上存在以下几个问题。图2-2 外啮合齿轮泵及实物
1）困油现象
齿轮泵要平稳工作，齿轮啮合的重合度系数必须大于1，于是总有两对齿轮同时啮合，并有一部分油液被围困在两对轮齿所形成的封闭容积腔之间。这个封闭的容积腔随着齿轮的转动不断地发生变化。封闭容积腔由大变小时，被封闭的油液受挤压并从缝隙中挤出而产生很高的压力，油液发热，并使轴承受到额外负载。而封闭容积腔由小变大，又会造成局部真空，使溶解在油液中的气体分离出来，产生气穴现象，这些都将使泵产生强烈的振动和噪声。
2）径向不平衡力
齿轮泵工作时，作用在齿轮外圆上的压力是不均匀的，在排油腔和吸油腔齿轮外圆上分别承受着系统工作压力和吸油压力。在齿轮顶圆与泵体内孔的径向间隙中，可以认为油液压力由高压腔压力逐级下降到吸油腔压力。这些液体压力综合作用的合力，相当于齿轮一个径向不平衡作用力，使齿轮和轴承受载。工作压力越大，径向不平衡力越大，严重时会造成齿顶与泵体接触，产生磨损。
通常采取缩小排油口、在泵体上开径向力平衡槽等办法来减小径向不平衡力，使高压油仅作用在一个到两个齿的范围内。
3）泄漏
外啮合齿轮泵高压腔（排油腔）的压力油向低压腔（吸油腔）泄漏有三条路径：一是通过齿轮啮合处的间隙，二是泵体内表面与齿轮间的径向间隙，三是通过齿轮两端面与两侧端盖间的端面轴向间隙。三条路径中，端面轴向间隙的泄漏量最大，约占总泄漏量的70%～80%。因此普通齿轮泵的容积效率低，输出压力也不容易提高。要提高齿轮泵的压力，首先的问题是要减小端面轴向间隙。（2）内啮合齿轮泵
内啮合齿轮泵的渐开线齿形如图2-3（a）所示。内啮合齿轮泵的摆线齿形如图2-3（b）所示。
渐开线齿形内啮合齿轮泵，由小齿轮、内齿轮、月牙形隔板等组成。当小齿轮带动内齿环绕各自的中心同方向旋转时，左半部齿退出啮合，形成真空，如图2-3所示，1为吸油腔，进行吸油。进入齿槽的油被带到压油腔，右半部齿进入啮合，容积减小，从压油口排油，2为压油腔。月牙板在内齿环和小齿轮之间，将吸、压油腔隔开。图2-3 内啮合齿轮泵及实物
内啮合齿轮泵结构紧凑，尺寸小，重量轻，由于齿轮转向相同，相对滑动小，磨损小，使用寿命长，流量脉动也比外啮合齿轮泵小，因而压力脉动噪声都较小。内啮合齿轮泵可以使用高转速（高转速下的离心力能使油液更好地充入密封工作腔内），可获得较大的容积效率。
摆线转子泵结构更简单，而且由于啮合的重叠系数大，传动平稳，吸油情况更为良好。内啮合齿轮泵的缺点是齿形复杂，加工精度要求高，需要专门的制造设备，造价较贵。汽车自动变速器上采用的液压泵大都是内啮合齿轮泵。
3.叶片泵
叶片泵按其在工作腔内每转一周时吸油、排油的次数，分为单作用式和双作用式两类。单作用式常作为变量泵使用，双作用式只能作为定量泵使用。
叶片泵具有结构紧凑、运动平稳、噪声小、输送油量均匀、寿命长等优点。广泛应用于汽车液压动力转向系统中，其工作压力一般为6～12MPa。（1）单作用叶片泵
如图2-4所示，由1—定子、2—转子、3—叶片等组成。单作用叶片泵的工作原理是单作用叶片泵的定子内表面是一个圆形，转子与定子间有一偏心量e，两端的配流盘上只开有一个吸油窗口和一个压油窗口。当转子旋转一周时，每个叶片在转子槽内往复滑动一次，每相邻两叶片间的密封腔容积发生一次增大和缩小的变化，容积增大时通过吸油窗口吸油，容积缩小时则通过压油窗口将油压出。由于这种泵在转子每转一转过程中，吸油压油各一次，故称为单作用叶片泵。又因这种泵的转子受有不平衡的径向液压力，又称非平衡式叶片泵。由于轴和轴承上的不平衡负荷较大，因而使这种泵工作压力的提高受到了限制。图2-4 单作用叶片泵及实物
单作用叶片泵的流量也是有脉动的，泵内叶片数越多，流量脉动率越小。此外，奇数叶片泵的脉动率比偶数叶片泵的脉动率小，所以单作用叶片泵的叶片数总取奇数，一般为13～15片。单作用叶片砂泵为了保证叶片顶部可靠地和定子内表面相接触，排油腔一侧叶片底部要通过特殊的沟槽和排油腔相通，吸油腔一侧的叶片底部要和吸油腔相通。另外，单作用叶片泵在工作时，转子受到不平衡的径向液压作用力，故轴承将承受较大的负载，其寿命较短，不宜用于高压系统，宜用于汽车液压转向系统等中、低压系统中。（2）双作用叶片泵
如图2-5所示，为双作用叶片泵，由1—定子、2—排油口、3—转子、4—叶片、5—吸油口等组成。它的工作原理和单作用叶片泵相似，不同之处只是定子内表面由两段长半径圆弧、两段短半径圆弧和四段过渡曲线八个部分组成，且定子和转子为同心的。在转子顺时针方向旋转的情况下，密封工作腔在左上角和右下角处逐渐增大，为吸油区，在左下角和右上角处逐渐减小，为排油区，吸油区和排油区之间有一段封油区把它们隔开。这种泵的转子每转一转，每个密封工作腔完成吸油和排油动作各两次，所以称为双作用叶片泵。泵的两个吸油区和两个排油区是径向对称的，作用在转子的径向液压力平衡，所以也称平衡式叶片泵，这类泵一般为定量泵。图2-5 双叶片泵及实物
双作用叶片泵瞬时流量是脉动的，当叶片数为4的倍数时最小，因此双作用叶片泵的叶片数一般取12或16片。
双作用叶片泵在结构上有如下特点：为保证叶片紧贴定子内表面，双作用叶片泵的叶片是靠离心力的作用紧贴定子内表面的。在排油区，叶片顶部受液压力的作用，使叶片不能可靠地紧贴定子内表面，因此将叶片底部通过特制油道与排油区相通。这样，在排油区，作用在叶片底部和顶部的液压力相互平衡，可保证叶片紧贴在定子内表面。但在吸油区，叶片在液压力和离心力的共同作用下紧贴定子内表面，使叶片产生较大的压力，加速了定子内表面的磨损。在高压叶片泵中，这一问题尤为突出，为解决这一问题常采用特殊叶片结构，让压力油进入叶片的顶部和底部的油压力基本平衡，减小对定子表面的压紧力。
双作用叶片泵的转子承受的径向液压力是平衡的，轴承所受的力较小，故寿命长，自吸能力好，对油液污染较敏感，适用于中、高压液压系统中。例如富康轿车液压动力转向系统中的转向泵都采用双作用叶片泵。
4.柱塞泵
柱塞泵是依靠柱塞在缸体内往复运动，使密封工作腔容积产生变化来实现吸油、压油的。由于柱塞与缸体内孔均为圆柱表面，因此加工方便，制造精密度高，密封性能好。同时，柱塞泵主要零件处于受压状态，使零件材料强度性能得到充分利用，故柱塞泵常做成高压泵。此外，只要改变柱塞的工作行程就能改变泵的排量，易于实现单向或双向变量。所以，柱塞泵具有压力高、结构紧凑、效率高及流量调节方便等优点。其缺点是结构较为复杂，对油液的污染敏感，有些零件对材料及加工工艺的要求较高，因而在各类容积式泵体中，柱塞泵的价格最高。柱塞泵常用于需要高压大流量和流量需要调节的液压系统，如龙门刨床、液压机、起重机械等设备的液压系统。
柱塞泵在自卸汽车、起重运输车辆各种综合功能的汽车中广泛应用。柱塞泵按柱塞排列方向的不同，分为轴向柱塞泵和径向柱塞泵。轴向柱塞泵又分为直轴式（斜盘式）和斜轴式两种，其中直轴式应用最广泛。
如图2-6所示，为斜盘式柱塞泵，由1—斜盘、2—柱塞、3—缸体、4—配流盘等组成。图2-6 柱塞泵及实物
轴向柱塞泵按其结构特点又分为斜盘式和斜轴式两类。在此，我们主要分析斜盘式轴向柱塞泵。
斜盘式轴向柱塞泵的工作原理：轴向柱塞泵的柱塞都平行于缸体的中心线，并均匀分布在缸体的圆周上。斜盘式轴向柱塞泵的传动轴中心线与缸体中心线重合，故又称直轴式轴向柱塞泵。从图2-6中看出，斜盘与缸体间倾斜了一个g角。缸体由轴带动旋转，斜盘和配流盘固定不动，在底部弹簧的作用下，柱塞头部始终紧贴斜盘。当缸体按图示方向旋转时，由于斜盘和弹簧的共同作用，使柱塞产生往复运动，各柱塞与缸体间的密封腔容积便发生增大或缩小的变化，通过配流盘上的窗口a吸油，通过窗口b压油。
如果改变斜盘斜角g的大小，就能改变柱塞的行程长度，也就改变了泵的排量。如果改变斜盘斜角的方向，也就能改变吸、压油方向，这时就成为了双向变量轴向柱塞泵。
斜盘式轴向柱塞泵上可以安装各种各样的变量控制机构调整斜盘相对于缸体轴线的夹角，以达到调节流量的目的。按控制的目的不同可分为恒压控制、恒功率控制等多种。
5.螺杆泵
螺杆泵是利用螺杆转动沿轴向压送液压油而进行工作的。螺杆泵内的螺杆可以有两根，也可以有三根。在液压传动中，使用最广泛的是具有良好密封性能的三螺杆泵。如图2-7所示，为三螺杆泵的结构，由1—后盖、2—泵体、3—主动螺杆、4—从动螺杆、5—前盖等组成。图2-7 螺杆泵
在泵体内安装三根螺杆，中间的主动螺杆是右旋凸螺杆，两侧的从动螺杆是左旋凹螺杆。三根螺杆的外圆与泵体的对应弧面保持着良好的配合间隙，螺杆的啮合线把主动螺杆和从动螺杆的螺旋槽分割成多个相互隔离的密封工作腔。随着螺杆的旋转，密封工作腔可以一个接一个地在左端形成，不断从左向右移动。主动螺杆每转一周，每个密封工作腔便移动一个导程。最左面的一个密封工作腔容积逐渐增大，因而吸油；最右面的容积腔逐渐缩小，则将油压出。螺杆直径愈大，螺旋槽愈深，泵的排量就愈大；螺杆愈长，吸油口和压油口之间的密封层次愈多，泵的额定压力就愈高。
螺杆泵结构简单紧凑，体积小，重量轻，运转平稳，输油量均匀，噪声小，寿命长，自吸能力强，允许采用高转速，容积效率较高（可达0.95），对油液的污染不敏感。因此，螺杆泵在精密机床及设备中应用日趋广泛。螺杆泵的主要缺点是螺杆齿形复杂，加工较困难，不易保证精度。2.2 液压执行元件
1.液压马达
液压马达是执行元件，它将液体的压力能转换为机械能，输出转矩和转速。
从原理上讲，液压马达可以当做液压泵用，液压泵也可以当做液压马达用。事实上，同类型的泵和马达虽然在结构上相似，但由于两者的使用目的不一样，导致了它们在结构上的某些差异。例如，液压马达需要正、反转，所以在内部结构上应具有对称性，其进、出油口大小相等；而液压泵一般是单方向旋转，因而没有这一要求，为了改善吸油性能，其吸油口往往大于压油口，故只有少数液压泵能当做液压马达使用。
按照转速的不同，液压马达可分为高速和低速两大类。一般认为额定转速高于500r/min的属于高速液压马达，额定转速低于500r/min的属于低速液压马达。
按照排量可否调节，液压马达可分为定量液压马达和变量液压马达两大类。变量马达又可分为单向变量马达和双向变量马达。
与液压泵相似，从结构上分，常用的液压马达有柱塞式、叶片式和齿轮式等。从排量是否可以调节分为定量液压马达和变量液压马达。另外，还有一种液压马达只能在一定的角度范围内作摆动运动，其输出不是连续的转动，而是往复摆动，这种马达称为摆动液压马达。（1）齿轮式液压马达
齿轮式液压马达如图2-8所示，当压力油进入作用在齿面上时，在两个齿轮上就各有一个使它们产生转动的作用力。在上述作用力的作用下，两齿轮按图示方向旋转，并把油液通过回油腔排出，同时齿轮马达对外输出转矩和转速。图2-8 齿轮式液压马达
目前齿轮马达分为两类：一类是以齿轮泵为基础的齿轮马达，既可以作为液压泵使用又可作为齿轮马达使用；另一类是专门设计的齿轮马达，与齿轮泵相比，其结构特点是进、回油口对称，孔径相同，当正反转时性能相近，采用外泄漏油孔，把泄漏到轴承部分的油单独导回油箱，以免马达反转时回油腔变成高压腔，将轴端油封冲坏，自动补偿轴向间隙的浮动侧板，必须适应正反转都能工作的要求，困油卸荷槽必须对称开设。齿轮式液压马达启动力矩小，低速度稳定性差，适用于汽车液压系统中的回转运动机构。（2）双作用叶片式液压马达
双作用叶片式液压马达的工作原理如图2-9所示，将压力油通入马达的Ⅰ、Ⅲ窗口，并使Ⅱ、Ⅳ窗口回油。这样，叶片2、4、6、8的两侧液压力相等，叶片1、3、5、7的一侧接进油口，另一侧通回油口。液压马达的转子受到的合力矩使转子按顺时针方向转动。定子长短径差值越大，转子直径越大，输入油压越高时，液压马达的输出矩也就越大。当改变输油方向时，液压马达反转。图2-9 双作用叶片式液压马达
双作用叶片式液压马达的结构特点有：叶片底部装有扭力弹簧，以保证在马达启动时叶片能紧贴在定子内表面上，防止进、回油腔串通，形成密封工作腔。叶片径向放置，叶片顶端两侧均有倒角，进、出油口对称，以适应正反转要求。在泵中装有两个单向阀，以保证马达换向时，叶片底部始终受到压力油作用，使叶片与定子表面始终不脱离接触，采用外泄漏结构，泄漏油经泄油管引回油箱。（3）摆动式液压马达
摆动式液压马达有单叶片式和双叶片式两种，如图2-10所示，为摆动式液压马达，由1—定子块、2—叶片、3—缸体等组成。叶片与输出轴固定为一体，定子块把缸体的内腔分成两部分，当其中一腔进油时，压力油推动叶片进行摆动，叶片把另一腔内的油液推出，当叶片碰到定子块时，摆动停止。油液换向时，叶片再重新进行摆动运动，回到初始位置。油液不断地进行换向，摆动式液压马达连续地进行摆动运动。图2-10 摆动式液压马达
单叶片摆动式液压马达的摆角可达300°，而双叶片摆动式液压马达的摆角小于150°，但其排量和输出的转矩为单叶片的两倍，转速则是单叶片式的一半（输入流量相同时）。
2.液压缸
液压缸能将油液的压力能转换为机械能，用于驱动工作机构作往复直线运动。液压缸结构简单，工作可靠，与杠杆、连杆、齿轮齿条、棘轮棘爪、凸轮等机构配合，能实现多种机械运动。液压缸有多种类型，按结构特点分为活塞式、柱塞式和组合式三大类，按作用方式可分为单作用式和双作用式两种。（1）柱塞式液压缸
如图2-11（a）所示，柱塞式液压缸由1—缸筒、2—柱塞、3—导向套、4—密封圈和5—压盖等零件组成。由于柱塞与导向套配合，以保证良好的导向，故可以不与缸筒接触，因而对缸筒内壁的精度要求很低，甚至可以不加工，工艺性好，成本低，特别适用于行程较长的场所。
柱塞端面是受压面，其面积大小决定了柱塞缸的输出速度和推力。柱塞工作时恒受压，为保证压杆的稳定，柱塞必须有足够的刚度，故一般柱塞较粗，重量较大，水平安装时易产生单边磨损，故柱塞缸适宜于垂直安装使用。柱塞泵水平安装使用时，为减轻重量，有时制成空心柱塞；为防止柱塞自重下垂，通常要设置柱塞支承套和托架。
柱塞式液压缸只能制成单作用缸。在大行程设备中，为了得到双向运动，柱塞缸常成对使用［图2-11（b）］。图2-11 柱塞式液压缸
柱塞式液压缸结构简单，制造容易，维修方便，常用于长行程机床，如龙门刨床、导轨磨床、大型拉床等。（2）活塞式液压缸
1）单活塞式液压缸
单活塞式液压缸只有一端有活塞杆。其结构如图2-12所示，这种缸由无缝钢管制成的缸筒与缸底焊接在一起，另一端缸盖与缸筒则用螺纹连接，以便拆装检修。两端进出油A和B都可以通压力油或回油，以实现双向运动，故称双作用缸。如只有一端通压力油，则为单作用缸。活塞和缸筒间采用密封圈进行密封，防止压力油泄漏。图2-12 单活塞式液压缸及图形符号
2）双活塞杆液压缸
双活塞杆液压缸两端都有活塞杆，其结构如图2-13所示，由1—活塞杆、2—压盖、3—缸盖、4—缸筒、5—活塞、6—密封圈等组成。缸筒和缸盖用法兰连接，活塞与活塞杆用柱销连接，活塞与缸筒内壁之间则采用间隙密封。图2-13 双活塞杆液压缸及图形符号（3）伸缩缸
伸缩缸由两个或多个活塞缸套装而成，前一级活塞缸的活塞是后一级活塞缸的缸筒，伸出时可获得很长的工作行程，缩回时可保持很小的结构尺寸，一般应用在工作行程较长的场合。如图2-14所示，为一种双作用式伸缩缸，通入压力油时各级活塞按有效面积大小依次动作，并在输入流量不变的情况下，输出推力逐级减小，速度逐级加大。图2-14 伸缩式液压缸2.3 液压控制元件
在液压系统中，为了保证执行机构能按设计要求安全可靠地工作，必须对液压系统中的油液在方向、流量和压力上进行控制，这些实施控制的元件称为液压控制阀。按其用途不同分为方向控制阀、流量控制阀和压力控制阀三大类。
一个液压系统，不论其复杂程度如何，总是由一些完成一定功能的基本液压回路组成的。
而液压回路主要是由各种液压控制阀组合而成的。由于选择的液压控制阀不同或组合方式不同，回路的性能也不尽相同。因此，熟悉各种液压控制阀的结构和性能对分析和设计液压系统至关重要。
1.方向控制阀
方向控制阀用以控制液压系统中油液流动的方向或液流的通与断，它分为单向阀和换向阀两类。（1）普通单向阀
普通单向阀通常简称单向阀，它是一种只允许油液正向流动，不允许倒流的阀，故又称逆止阀或止回阀。按进出油液流向的不同分为直通式［图2-15（a）］和直角式［图2-15（b）］两种结构，前者仅有螺纹连接型。当液流从进油口A流入，油液压力克服弹簧阻力和阀体1与阀芯2间的摩擦力，顶开带有锥端的阀芯（小规格直通式阀有用钢球做阀芯的），从出油口B流出。当液流反向从B流入时，油液压力使阀芯紧密地压在阀座上，故不能倒流。图2-15 单向阀的图形符号及实物
单向阀中的弹簧仅用于使阀芯在阀座上复位，刚度较小，故开启压力很小（0.04～0.1MPa）。更换硬弹簧，使其开启压力达到0.2～0.6MPa，便可当背压阀使用。（2）双向液压锁阀
汽车起重机的支腿锁紧机构需要执行元件长时间保压、锁紧，防止立式液压缸受自重作用下滑等。常采用双液控单向阀来实现起重机支撑，在系统停止供油时，支撑仍能保持锁紧，通常把这种结构称为双向液压锁，如图2-16所示。图2-16 双向液压锁的结构、图形符号及实物
双向液压锁由两个液压单向阀共用一个阀体1和控制活塞2，两个锥阀芯4分别置于控制活塞的两侧，锥阀芯4中装有卸荷阀芯3。当P腔通压力油时，一方面顶开左面的锥阀芯使P腔和P腔接通；另112一方面由于控制活塞右移，顶开右面的锥阀芯，使P腔和P接通。34同时P腔通压力油时也可使两个锥阀同时打开，即P、P任一腔通313压力油都可使P与P、P与P腔接通，而P、P腔都不通压力油时，123413P和P腔被两个液控单向阀封闭。24（3）换向阀
换向阀的工作原理如下。
换向滑的作用是改变阀芯在阀体内的相对工作位置，使阀体各油口连通或断开，从而控制执行元件的换向或启停。换向阀的工作原理如图2-17所示，在图示位置，液压缸两腔不通压力油，处于停机状态。若使换向阀的阀芯1左移，阀体2上的油口P和A连通，B和T连通。压力油经P、A进入液压缸左腔，活塞右移，右腔油液经B、T回油箱。反之，若使阀芯右移，则P和B连通，A和T连通，活塞便左移。图2-17 换向阀
1）转阀式换向阀
如图2-18所示，转阀由1—阀芯、2—阀体等组成。阀体上有四个通油口，进油口P接液压泵，回油口O接油箱，工作油口接执行元件。工作时，阀体不动，阀芯可以相对阀体转动，转到不同位置时，相应的油口接通或断开，使执行元件得到不同的运动。
转阀式换向阀密封性差，阀芯上的径向力不平衡，但其结构简单紧凑。一般在中低压系统中作为先导阀或小流量换向阀使用，如在自卸汽车车厢举升机构中作为操纵阀。图2-18 转阀式换向阀及实物
2）电磁换向阀
电磁换向阀是利用电磁铁吸力操纵阀芯换位的方向控制阀。如图2-19所示，为三位四通电磁换向阀的结构和符号。由1—阀体、2—弹簧、3—弹簧座、4—阀芯、5—线圈、6—衔铁、7—隔套、8—壳体、9—插头组件等组成。阀的两端各有一个电磁铁和一个对中弹簧，阀芯在常态时处于中位。当右端电磁铁通电吸合时，衔铁通过推杆将阀芯推至左端，换向阀在右位工作位置；反之，左端电磁铁通电吸合时，换向阀在左位工作位置。
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