第十二章 典型液压传动系统实例 第十二章 典型液压传动系统实例 第一节 汽车起重机液压系统 第二节 汽车及保修机具液压系统 一、液压系统主要元件的作用 二、液压系统工作原理分析 第二节 汽车及保修机具液压系统 一、自卸车液压系统 二、 液压动力转向系统 三、汽车制动液压系统 四、QF02B 型液压双柱汽车举升机

第十二章 典型液压传动系统实例 为了使液压设备实现特定的运动循环或工作，将实现各种不同运动的执行元件及其液压回路拼集、汇合起来，用液压泵组集中供油，形成一个网络，就构成了设备的液压传动系统，简称为液压系统。 液压系统图是用图形符号（或半结构图）表示的液压元件在系统中的作用及其相互连接关系的工程语言。它表明了各执行元件所实现的运动循环及循环的控制方式等，从而表明了运动系统的工作原理，是设计中选用元件的主要依据，是液压设备在安装调试、使用维修中不可缺少的技术文件。 任何一个液压传动系统，不管其功能多么复杂，但仔细分析便可看出都是由若干个功能不同的基本回路组成的。分析和阅读较复杂的液压系统图，一般可参考下述步骤。 ⑴了解机械的功用及对液压系统的要求； ⑵初步分析液压系统图，并按执行元件数将其分解为若干个子系统； ⑶按执行元件的工作循环，写出每个执行元件每步动作的进、回油路线，分析系统工作原理； ⑷系统和元件综合分析。

第一节 汽车起重机液压系统 在汽车底盘上装设起重设备以完成吊装任务的汽车称为汽车式起重机。汽车起重机要求液压系统实现车身液压支承、调平、稳定、吊臂变幅伸缩，升降重物及回转等作业。 图12-1所示为QY-8型汽车起重机外形图。该起重机最大起重为8吨，该机除行走装置外，均采用液压传动。其特点是结构紧凑、操作方便、工作可靠。

图12-2所示为QY-8型起重机的液压系统原理图。起重机为全回转式，可分为平台上部和平台下部两部分。整个液压系统除油箱、泵、滤油器、前后支腿和稳定器外，其它液压元件都布置在平台上部。上部和下部的油路通过中心回转接头22连接。

一、液压系统主要元件的作用 如图12-2所示，动力元件1为ZBD-40型轴向柱塞泵。 执行元件是两对支腿液压缸8、9，一对稳定器液压缸5，吊臂液压缸14，一对变幅液压缸15，回转马达17，起升马达18，一对制动器液压缸19。 控制调节元件有方向阀和压力控制阀。

1．方向阀 包括Ⅰ组三联多路阀和Ⅱ组四联多路阀。Ⅰ组三联多路阀中的阀23控制油液分别供给Ⅰ、Ⅱ多路阀组，阀24、25控制支腿液压缸及稳定器液压缸；Ⅱ组四联多路阀控制吊臂变幅、伸缩液压缸和回转、起升马达；液压锁6、7用以锁紧前后支腿液压缸。

2．压力控制阀 安全阀13控制支承、稳定工作回路免于过载，其调定压力为16Mpa；安全阀11控制吊臂伸缩、变幅、回转、起升工作回路免于过载，调定压力为25～26Mpa。两安全阀分别装于两个多路阀组中。平衡阀12、16、20分别控制吊臂伸缩、变幅、起升马达工作平稳及单向锁紧。

二、液压系统工作原理分析 QY-8型汽车起重机液压系统的油路分为两部分。伸缩变幅机构、回转机构和起升机构的工作回路组成一个串联系统；前后支腿和稳定器机构的工作回路组成一个串并联系统。两部分油路不能同时工作。 根据汽车起重机的作业要求，液压系统完成下述工作循环：车身液压支承、调平和稳定，吊臂变幅伸缩，吊钩重物升降，回转。 （一）车身支承、调平和稳定 起重机在工作时，是用两对液压缸8、9将整车底盘支承起来。为了保证起重机稳定，要求放支腿时先放后支腿，收支腿时迟收后支腿，这样的收放顺序由司机控制；同时，安装了稳定器液压缸5使车体与悬挂在其上的后桥刚性连接，以确保用支腿将车体撑起时后轮胎能够离地。在支腿液压缸上装有液压锁，以防止起重机作业时活塞杆因滑阀泄漏而自动缩回。同时，液压锁直接安装在支腿液压缸上，以避免油管破裂时可能造成的重大事故。

回油路： 1．后支腿放下回路 进油路：泵1→滤油器2→换向阀23左位→换向阀24→换 向阀25左位→ 后支腿放下后，阀24应回到中间位置，达到油路闭锁。

2．前支腿放下油路 进油路：泵1→精滤油器2→阀23左位→阀24左位→液压锁6＇、7＇→前支腿液压缸9大腔，前支腿放下。 回油路：液压缸9的小腔→液压锁6＇、7＇→阀24左腔→阀25→油箱。 前支腿放下到位后，阀24回到中间位置，达到油路闭锁的目的。 此时，前、后支腿液压缸活塞杆伸出，支腿支承车身。同时稳定器液压缸活塞伸出，推动挡块将车体与后桥刚性连接起来稳定车身。 地面不平整时分别单独操纵24、25，使前后支腿分别单独动作，可将车身调平。

（二）吊臂的变幅、伸缩、吊重的升降、回转 系统中第二组多路阀（23、26、27、28、29），用来控制伸缩臂液压缸、变幅液压缸、回转和起升液压马达的动作。当这些机构都不工作即当Ⅱ组多路阀中所有换向阀都在中位时，泵输出的油液经Ⅱ组多路阀后又流回油箱，使泵卸荷。由于采用串联系统，在轻载作业时，起升回转可进行复合动作。 1．吊臂变幅 进油路：泵1→精滤油器2→换向阀23右位→中心回转接头22→换向阀26中位→换向阀27左位→平衡阀16→变幅液压缸15大腔。 回油路：液压缸15小腔→换向阀27的左位→换向阀28、29中位→中心回转接头22→油箱。 此时，变幅液压缸活塞杆伸出，使吊臂的倾角增大，实现增幅，当到位后，换向阀27回中位，变幅缸闭锁。当换向阀27处于右位时活塞杆缩回，吊臂的倾角减小，实现减幅。

2．吊臂伸缩 吊臂伸进油路：泵1→精滤油器2→换向阀23右位→换向阀26左位→平衡阀12中单向阀→液压缸14下腔。 回油路：液压缸14下腔→换向阀26左位→换向阀27、28、29→中心回转接头22→油箱。此时吊臂伸出。当换向阀26置右位，吊臂缩回。 3．吊重回转 油路：泵1→精滤油器2→换向阀23右位→中心回转接头22→换向阀26中位→换向阀27中位→换向阀28左位→液压马达17→换向阀28左位→换向阀29中位→转换接头22→油箱。 此油路可实现液压马达一个方向的回转；当换向阀28置右位，回转换向；当换向阀置中位，回转马达闭锁。

4．吊重的升降 吊重升降回路执行元件为起升马达18与一对制动器液压缸19，由换向阀29控制。要求上闸迅速，松闸缓慢，由单向节流阀21实现。 吊重起升进油路：泵1→精滤器2→换向阀23右位→换向阀 26→换向阀27→换向阀28 吊重下降进油路：泵1→精滤器2→换向阀23右位→换向阀26→换向阀27→换向阀28→换向阀29置右位，液压马达18反转，重物下降。 回油路：液压马达18→阀29左位→中心回转接头22→油箱。

由于四联手动换向阀26、27、28、29组成串联油路，故可操纵伸缩液压缸14、变幅液压缸15、回转液压马达17、起升液压马达18同时动作。 吊重升降、吊臂变幅和伸缩机构都受到重力的作用。为防止重力载荷作用下自由下降，在以上回路中分别设置了平衡阀20、12、16，以保持吊重降低、吊臂倾角减小和吊臂平稳缩回。同时，平衡阀又能起到液压锁的作用，单向锁紧液压马达与液压缸，将重物与吊臂可靠地支持。 该机各机构的速度调节，主要通过改变发动机的转速，以改变液压泵的输出流量来实现的。另外，也可以利用换向阀进行节流调速。

第二节 汽车及保修机具液压系统 随着汽车技术的发展，人们对汽车性能的要求更高，这就对汽车的结构提出了越来越多的要求，许多传统的设计已不能满足要求。如高速或重载汽车转向问题，重载汽车的减振问题等等。随着液压技术的发展和逐渐应用到汽车领域，原来许多传统难以解决的问题，已得到较好的解决，正在使汽车的结构发生着变化，显示出液压技术在汽车应用领域的广阔前景。另外随着汽车维修技术的不断提高，维修机具已逐渐向液压、电子控制方向发展，因此对于汽车维修来说，液压技术已是不可缺少的一项内容。

一、自卸车液压系统 （一）概述 自卸车是一种高效率的运输工具。该车的卸料是靠液压缸驱动汽车的货箱倾翻，实现卸料的。汽车翻斗倾斜方式有后倾式与侧倾式两种。 图12-3e为QD351型自卸车液压系统原理图。该系统的动力性装置为齿轮泵1（额定工作压力为10MPa，最大工作压力为13Mpa）；由四位四通手动阀6来控制油路的变化，使油缸完成空位、举升、中停、下降等四个动作；系统压力由限压阀5调定。

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（二） QD351型自卸车液压系统 1．空位 当手动换向阀6处于最右位，换向阀中位职能为“H”型，这样油缸7处于浮动状态，车箱处于未举升的自由状态（一般为运输水平状态）。 2．举升 此时换向阀处于最左位置。 进油路：粗滤器2→油泵1→换向阀6最左位→液压缸7下腔 回油路：液压缸7上腔→换向阀6最左位→滤油器3→油箱。活塞缸逐节伸出。 3．中停 此时滑阀处于左二位，换向阀中位职能为“M”型，油泵处于卸荷状态；A、B均被载止，油缸两腔油液被封住，油缸被锁紧在任意位置。

4．下降 此时滑阀处于左三位。 进油路：滤油器2→泵1→换向阀6左三位→液压缸7上腔 回油路：液压缸7下腔→换向阀6左三位→粗滤器2→油箱 液压缸7下降。当车箱降至原位时将滑阀移至最右位。 由以上分析可知，该系统油路中包含有以下几个基本回路，即换向阀6控制的换向回路；滑阀右位和左二位控制的卸荷回路；限压阀5控制限压回路；两油缸组成的同步工作回路。

二、 液压动力转向系统 （一）概述 现代汽车向着高速、重载方向发展。对于汽车载重量和自重的增加，在汽车转向过程中的前轮转向阻力也随着前轴负荷而相应增加，会使驾驶员感到“转向沉重”。对于高速小车来说，转向灵敏也相应要求更高。为使驾驶员操纵轻便和灵活，在汽车转向系统中加装了液压助力器，这种液压助力器也是一种液压伺服装置。 前轴负荷在3～4吨以上的载重汽车、大型客车及高速轿车等大多加装了动力转向装置。

1．液压动力转向系统的构成 整个装置由油泵、动力缸、操纵阀等组成。驾驶员通过方向盘和转向传动副一方面控制加力装置的操纵阀，以使油泵供来的高压油流入动力缸中的活塞的两腔，在油压力的作用下活塞和动力缸产生相对运动，于是便帮助转向传动副带动转向传动机构，使转向轮产生向左或向右的偏转。 2．对动力转向的要求 （1）安全可靠，在行驶或原地转向时应有足够的助力作用。当转向泵失效时，应具备强行用手操纵汽车转向的可能。 （2）保证转向灵敏，滞后时间要短。 （3）随着车速和路面上的阻力应给驾驶员适当的手感并能成比例地反应到转向盘上。 （4）应能自动回正能力和直线行驶的稳定性。

（二）动力转向的液压系统 图12 -4为常见的汽车动力转向液压助力器的工作原理示意图，它主要由液压缸和控制滑阀两部分组成。油缸2的缸筒是可动的，与活塞1相连的活塞杆铰接在汽车机架上不动。液压缸缸体2与控制滑阀阀体做成一体，通过摆杆4与转向机构连接，阀体上的四条槽p、p0、p1、p2分别与油泵、油箱、油缸左右腔室连通。当阀芯3处于如图所示位置时，因液压缸左、右腔油液被封闭，阀体2与活塞1相对不动，汽车保持直线行驶。滑阀阀芯3的这一对应位置通常称为平衡位置。转向时转动方向盘，摆杆4推动阀芯3，如向左，则油缸左腔进油，右腔回油，缸体2与阀体一齐向左移动，通过转向机构使车轮偏转，直至阀体2赶上阀芯3，重新处于平衡位置为止。从而保持车轮偏转角度不变。不断地转动方向盘，轮子便能不断地跟着偏转，使车转向。

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为了使驾驶员在操纵转向盘时感到路面的好坏，在控制滑阀两端增加两个油腔，油腔分别和液压缸前后腔相通，这时，移动控制阀阀芯时所需的力和液压缸两腔的压力差（p1-p2）成正比，此时驾驶员转向盘时就会感觉到转向阻力的大小。

三、汽车制动液压系统 （一）汽车普通型制动液压系统 汽车制动系统的功能就是使行驶中的汽车按驾驶员意图减速或停止，其方法通常是靠压紧装在车体上的固定摩擦元件和装在车轮上的旋转摩擦元件，使它们之间产生摩擦力矩，从而使车轮和地面之间产生使车辆减速的制动力。摩擦元件之间的压紧力则来自驾驶员的制动踏板。因此，汽车制动系统一般由制动传动装置和制动执行元件两部分组成，前者将驾驶员加在踏板上的力或由制动踏板控制的其它动力源传递到车轮上，后者是装在车轮上制动器，它将传动装置传来的动力变为摩擦力矩。

现代汽车的制动传动装置有液压式、气压式和气-液综合式三种。液压式最为简单，它直接将驾驶员加在踏板上的力通过液体传递到车轮上的制动器，而不需要其他动力源。气压式则需要有发动机带动的空气压缩机等一整套辅助设备，比较复杂，因它有外来动力源，所以可以提供较大的制动力而不受驾驶员踏板力的限制，踏板只起控制作用。因此，原则上液压式制动装置适用于较小的汽车。对于较重型的汽车，顺需要的制动力大故多采用气压式。气-液综合式则基本上介于两者之间。除此以外，液压式还有下列优点：介质压力高，可达8～9MPa（气压式一般不超过1MPa），故结构紧凑；因液体不可压缩，故压力建立快，动作灵敏；不需要特别润滑装置。它也有一些缺点：散热效果差；对介质（制动液）的物理特性（如沸点、凝点、粘温特性等）要求较严。

图12-5是最简单的单回路液压制动系统。有的车轮制动器有一个轮缸，称为领从蹄式制动器（如图中后轮制动器），有的车轮制动器有两个轮缸，称为双领蹄式制动器（如图中前轮制动器）。当驾驶员踏下制动踏板时，主缸的活塞就将制动液体压到前、后制动器的轮缸中，推动轮中的活塞使制动蹄（固定磨擦元件）张开，压紧在制动蹄外面旋转着的车轮制动制动鼓（旋转磨擦元件，图上未画出）上，使制动蹄和制动鼓之间产生摩擦力矩。 这种简单的液压系统便能满足汽车制动的基本要求，目前仍在一些汽车上（如老国产跃进牌汽车）使用。但它的主要缺点是整个系统形成一个封闭回路，如果在管路的某处漏油，就会造成整个系统失效。因此，在现代汽车上多采用双回路的制动系统，即整个系统由两个独立的封闭回路（如前、后轮有各自独立的回路）组成，若一个回路发生故障或漏油，另一回路仍能继续发挥作用，这就大大提高了汽车制动的可靠性和行驶中的安全性。这种系统与单回路系统的主要区别在于主缸分为两部分（称为双腔主缸 ），各管一个回路，两回路互不相通。

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双腔主缸已分为串列式和并列式两种。 图12-6是一种串列式双腔主缸的结构示意图。主缸内的前后两个活塞1、2将主缸分隔成两个贮液腔9（即活塞周围的环形空间）和两个工作腔（内有回位弹簧）。在缸壁上有两个较大的旁通孔7和两个较小的补偿孔8。在主缸处于非工作状态时，大孔、小孔、贮液腔和工作腔与主缸制动液杯相通。使系统任何部分的渗漏损失的油液能够及时地从制动液杯得到补偿。 另一方面，由于温度升高或其它原因引起的多余制动液也可及时返回制动液杯。在正常制动时，推杆推动后活塞，后活塞前腔的工作液再推动前活塞，直到皮碗唇部盖住补偿孔8之后，两个工作腔均被封住，前、后轮两系统基本上在等压力下制动。驾驶员放松踏板时，前、后活塞都在各自回位弹簧的作用下复位，制动液从轮缸流回主缸，压力下降制动解除。

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如驾驶员迅速放开制动踏板，前、后活塞也随之迅速复位。但制动液由于本身粘性及管路阻力的影响，不能及时流回主缸，这就在两个工作腔内形成一定的负压，制动液杯中的制动液便从补偿孔8进入工作腔，以保证需连续制动时的需要。若后制动回路失效，活塞1向左移动直到和活塞2的左端面接触，前活塞工作腔12中压力上升，完成前轮制动。若前制动回路失效，则活塞2右移直到右端和缸体端盖接触，工作腔10中压力增高，完成后轮的制动。 气-液综合式制动系统是在液压系统上加上气体助力装置，以弥补液压系统只依靠驾驶员的踏板力而使制动力受到限制的缺点。

图12-7a 是带真空助力器的双回路制动系统，助力器内腔用膜片将其分隔为两室，一室接发动机进气管，另一室通大气，发动机运转时，进气管总有一定的负压，助力器的两室便产生压力差，给予踏板杆相连的膜片一侧上产生一个推力，与踏板力一起推动双腔主缸的活塞，从而是减小了驾驶员施加在踏板上的力。 图12-7b所示是带气压助力器的系统，驾驶员的踏板控制一个双连空气阀，该阀控制两条独立的空气路到双腔空气室。当踏下踏板时，压缩空气便进入空气室，并代替踏板推动双腔液压主缸的活塞。

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（二）汽车防滑制动装置 汽车防滑制动装置分后二轮控制方式与四轮控制方式。后二轮控制方式可预防急刹车时后轮抱死所引起的车辆偏向，保证车辆的稳定性。四轮控制方式除控制后二轮外还控制前二轮，在保证车辆的稳定性同时还可保证转向性。 图12-8是典型汽车四轮控制防滑制动装置示意图。 该防滑制动装置为前轮左右分别控制、后轮同时控制，带诊断和安全功能。其驱动源为动力转向泵，执行器为4个电磁阀，速度传感器在左、右前轮与后轮（传动系输出轴）共设3个，由8位微型计算机收集、处理、计算、控制制动装置的运行。

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正常运行时即装置不工作时，当踏下制动踏板，制动总泵油液压力升高，调节活塞移向左方，见图12-9 。因此，动力转向系统的油路被节流，调节活塞左腔的动力转向油液压力也同时升高。减压活塞和旁通活塞即使其右腔作用的制动总泵的油液压力升高，于是由于各活塞左腔作用的动力转向油液压力也升高，所以被压靠在右侧。因此，制动总泵的油液压力经Ⅰ→Ⅱ→Ⅲ→Ⅳ而分别作用于车辆各个制动分泵上。

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紧急制动时，计算机根据三个传感器分别测出右前轮、左前轮及后轮的车轮速度。 如果车轮速度大大落后开车速，计算机就根据该落后的程度以四种模式向执行器上的电磁铁发出信号，及时、准确地控制各个车轮分泵的油液压力，防止车轮抱死。 当主电磁阀通电时，减压活塞的左腔与调节活塞的油路被切断，同时与动力转向油箱的油路接通大气。因此，由于减压活塞右腔的制动油液压力是高压，减压活塞移向左方，关闭切断阀A，切断制动总泵与车轮制动分泵的油路。如“减压”信号继续存在，则减压活塞进一步移向左方，把左腔的动力转向油液经节流孔B、节流孔C排向动力转向油箱，因此车轮制动分泵与切断阀A间的容积增加，车轮制动分泵的油液压力相应地缓慢下降，这就是缓减压模式。

当主电磁阀通电时如果令副电磁阀通电，则在这前减压活塞左腔的动力转向油液经节流孔B和节流孔C排向动力转向油箱的情况变成仅经节流孔C快速排出。因此，车轮制动分泵油液压力的减压速度提高，这就是急减压模式。 如果继续减压，使车轮的转速恢复到车速，传感器检测出这一情况，经计算机判断后发出“增压”信号，并给出“增压”指令。

控制方式的选择是由三个车速传感器信号算出车轮速度（右前轮、左前轮及后轮平均的速度），据此求出近似车速。作为判定抱死前兆的基准，可设定与近似车速相差很小△v值为基准速度vs。三个车轮的速度中有一个低于基准速度就开始控制，针对抱死的车轮向执行器发出缓和信号。开始控制后，不仅根据基准速度的缓和输出，还由车轮加速度值选择四种输出模式，对各轮进行独立地控制。根据△v值和车轮加速度的输出模式选择基准，由微型计算机判断车轮速度的变化，进行自动切换。 该装置具有诊断及安全功能，当系统发生异常时，制动危险警告灯闪动数次来表示异常项目是什么，切断主继电器，停止向执行器的电磁铁通电，恢复正常制动功能。

四、QF02B 型液压双柱汽车举升机 （一）概述 QF02B型液压双柱汽车举升机适应于举升轻型汽车（举升重量3吨）进行汽车的冲洗维修及装配等工作的机具。该机具装在立柱上的两活动架由单活塞杆液压缸通过链条驱动，因此能保证其同步运行。 图12-10为QF02B型汽车举升机液压系统原理图。该系统的动力性元件3为齿轮泵，由1.5KW的三相异步电动机驱动，最高工作压力由溢流阀5调定，换向阀7用于控制执行性元件单活塞液压缸9中的活塞杆上升、下降及停止，活动架的下降速度由单向节流阀控制。

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（二） QF02型汽车举升机液压系统(图12-10) 1．活动机架上升 换向阀7置左位，启动电机4，泵3输出压力油，通过单向阀6，单向节流阀8中单向阀，进入液压缸9下腔，缸9上腔回油。实现活塞杆上移，活动架上升。 2．活动机架停止 换向阀7置左位，停止电机4。液压缸下腔由单向阀6及换向阀7中单向阀封闭液压缸下腔回油；同时使举升机制动器处于锁紧状态。举升机就会在任意位置停止。 3．活动架下降 制动器松开，换向阀7置右位，这时在活动架（及负载）重力作用下，液压缸下腔油液通过单向节流阀8中节流口进入换向阀7右位，然后回油箱。活动架下降。 由以上分析可知，该系统油路中包含有以下几个基本回路，即换向阀7控制的换向回路；单向节流阀8组成的节流调速回路；由溢流阀5组成的单级调压回路。

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