1.2 液压传动的工作原理及系统构成
1.2.1 液压传动的工作原理
液压与气压传动的基本工作原理是相似的，现以图1.1所示的液压千斤顶来简述液压传动的工作原理。如图1.1所示，当向上抬起杠杆时，手动液压泵的小活塞向上运动，小液压缸l的下腔容积增大形成局部真空，排油单向阀2关闭，油箱4的油液在大气压作用下经吸油管顶开吸油单向阀3进入小液压缸下腔。当向下压杠杆时，小液压缸下腔容积减小，油液受挤压，压力升高。关闭吸油单向阀3，顶开排油单向阀2，油液经排油管进入大液压缸6的下腔。推动大活塞上移顶起重物。如此不断上下扳动杠杆，则不断有油液进入大液压缸下腔，使重物逐渐举升。如杠杆停止动作，大液压缸下腔油液压力将使排油单向阀2关闭，大活塞连同重物一起被自锁，停止在举升位置。如打开截止阀5，大液压缸下腔通油箱，大活塞将在自重作用下向下移动，迅速回复到原始位置。
由液压千斤顶的工作原理得知：
液压缸1与单向阀2、3一起完成吸油与排油，将杠杆的机械能转换为油液的压力能输出，称为（手动）液压泵。大液压缸6将油液的压力能转换为机械能输出，抬起重物，称为（举升）液压缸。在这里大、小液压缸组成了最简单的液压传动系统，实现了力和运动的传递。
1.力的传递
设液压缸活塞面积为A2，作用在活塞上的负载力为F2。该力在液压缸中所产生的液体压力为
p2=F2/A2 （1.1）
根据帕斯卡原理，“在密闭容器内，施加于静止液体上的压力将以等值同时传到液体各点”，液压泵的排油压力p1应等于液压缸中的液体压力p2，即
p1=p2=p （1.2）
为了克服负载力使液压缸活塞运动，应使作用在液压泵活塞上的作用力F1为
F1=p1A1=p2A1=pA1 （1.3）
式中 A1——液压泵活塞面积。
由式（1.1）、式（1.2）和式（1.3）可得
F1A2=F2A1 （1.4）
图1.1 液压千斤顶工作原理图
1—小液压缸；2—排油单向阀；3—吸油单向阀；4—油箱；5—截止阀；6—大液压缸
在A1、A2一定时，负载力F2越大，系统中的压力p也越高，所需的作用力F1也越大，即系统压力与外负载密切相关。这是液压与气压传动工作原理的第—个特征：液压与气压传动中的工作压力取决于外负载。
2.运动的传递
如果不考虑液体的可压缩性、漏损和缸体、管路的变形，液压泵排出的液体体积必然等于进入液压缸的液体体积。我们把单位时间内从液压泵中排出的液体体积或进入液压缸的液体体积称为流量。设液压泵活塞位移为h1，液压缸活塞位移为h2，运动时间为t，则有
h1A1=h2A1 （1.5）
则 q1=v1A1=v2A2=q2 （1.7）
式中：v1、v2——液压泵活塞和液压缸活塞的平均运动速度；
q1、q2——液压泵输出的平均流量和液压缸输入的平均流量。
由上述可见，液压与气压传动是靠密闭工作容积变化相等的原则实现运动（速度和位移）传递的。调节进入液压缸的流量q即可调节活塞的运动速度v。这是液压与气压传动工作原理的第二个持征：活塞的运动速度只取决于输入流量的大小，而与外负载无关。
3.功率
由式（1.4）和式（1.7）可得
F1v1=F2v2 （1.8）
式（1.8）左端为输入功率，右端为输出功率。这说明在不计损失的情况下输入功率等于输出功率。由式（1.7）和式（1.8）还可得出
P=pA1v1=pA2v2=pq （1.9）
由式（1.9）可知，液压与气压传动中的功率P可以用压力p和流量q的乘积来表示，压力和流量是流体传动中最基本、最重要的参数，相当于机械传动中的力F和速度v，它们的乘积即为功率。
由以上分析可知，液压传动和气压传动是以流体的压力能来传递动力的。
1.2.2 液压传动系统的组成
以图1.2所示磨床工作台液压系统为例说明液压系统的组成。它的工作原理如下：液压泵4在电动机（图中未画出）的带动下旋转，油液由油箱1经过滤器2被吸入液压泵，以液压泵输入的压力油通过手动换向阀9，节流阀13、换向阀15进入液压缸18的左腔，推动活塞17和工作台19向右移动，液压缸18右腔的油液经换向阀15排回油箱。如果将换向阀15转换成如图1.2（b）所示的状态，则压力油进入液压缸18的右腔，推动活塞17和工作台19向左移动，液压缸18左腔的油液经换向阀15排回油箱。工作台19的移动速度由节流阀13来调节。当节流阀开大时，进入液压缸18的油液增多，工作台的移动速度增大；当节流阀关小时，工作台的移动速度减小。液压泵4输出的压力油除了进入节流阀13以外，其余的由溢流阀7流回油箱。如果将手动换向阀9转换成如图1.2（c）所示的状态，液压泵输出的油液经手动换向阀9流回油箱，这时工作台停止运动，液压系统处于卸荷状态。
图1.2 磨床工作台液压传动系统工作原理图
1—油箱；2—过滤器；3，12，14—回油管；4—液压泵；5—弹簧；6—钢球；7—溢流阀；8，10—压力油管；9—手动换向阀；11，16—换向手柄；13—节流阀；15—换向阀；17—活塞；18—液压缸；19—工作台
从上述例子可以看出，液压传动是以液体作为工作介质来进行工作的，一个完整的液压传动系统由以下几部分组成：
（1）液压泵（动力元件）——是将原动机所输出的机械能转换成液体压力能的元件，其作用是向液压系统提供压力油，液压泵是液压系统的心脏。
（2）执行元件——把液体压力能转换成机械能以驱动工作机构的元件，执行元件包括液压缸和液压马达。
（3）控制元件——包括压力、方向、流量控制阀，是对系统中油液压力、流量、方向进行控制和调节的元件。
（4）辅助元件——上述三个组成部分以外的其他元件，如管道、管接头、油箱、滤油器等为辅助元件。
1.2.3 液压传动系统图及图形符号
图1.2（a）所示的液压系统中，各元件都是以结构符号表示的，称为结构式原理图。它直观性强，容易理解，但图形复杂，绘制困难。为了简化液压系统图，目前各国均用元件的图形符号来绘制液压系统图。这些符号只表示元件的职能及连接通路，而不表示其结构。目前我国的液压系统图采用GB/T 786.1—2009所规定的图形符号绘制，如图1.3所示。
图1.3 用图形符号表示的磨床工作台液压系统图
1—油箱；2—过滤器；3—液压泵；4—溢流阀；5—手动换向阀；6—节流阀；7—换向阀；8—活塞；9—液压缸