活动情景
汽车液压制动装置是通过液压传动实现汽车的强制减速或停车的装置，液压系统在制动过程中发挥了重要作用。通过对液压制动系统的拆装，进一步了解液压系统的组成与各部件的作用。
任务要求
（1）了解液压制动系统的基本组成。
（2）观察液压制动系统中起液压传动作用的元件。
（3）通过拆装液压制动总泵和制动分泵，了解其基本组成。
技能训练
进行液压制动系统的拆装。
1．所需器材
拆卸液压制动器所需器材和工具有汽车双柱举升器、液压制动汽车、制动液加注器、台虎钳、轮胎螺栓专用扳手、二用扳手、棉纱、平起子、轮毂轴承专用扳手、卡簧钳、油盘，如图4－9所示。
2．操作步骤
（1）将车辆停放在双柱举升器中间，举升器托架放在被举车辆的起顶部位，按下举升器按钮，车辆被缓缓升起，当车辆离开地面上升到稍高于正常工作位置的高度时，停止上升，并按住下降按钮，使举升器托架进入锁止状态，如图4－10所示。
图4－9 拆卸液压制动器所需工具
图4－10 实习车辆被举升到正常工作位置
注意
（1）举升器托架必须放置在车辆规定的起顶部位，且左右托架伸出的长度应尽量相等。
（2）举升器必须进入锁止状态，学员才能进入车辆底下进行实习，未进入锁止状态，学员严禁进入到车辆底下进行作业。
（3）在没有进行专门培训以前，车辆的举升作业应由教师进行操作，学员可以在旁边观摩，严禁学员擅自操作举升器。
（2）踩住制动踏板，另一个人拧松轮胎螺栓，如图4－11所示，为拆车轮制动器做准备。
图4－11 拧松轮胎螺栓
（3）打开发动机舱盖，用制动液加注器将系统中的制动液抽出，用开口扳手拧松制动总泵出油管接头，如图4－12所示，再用棉纱将流出的残留制动液擦干净，拧松液压制动系统储液室固定螺栓，如图4－13所示。
图4－12 拧松制动总泵出油管接头
图4－13 拆下储液室
图4－14 拆液压总泵固定螺母
（4）用扳手拧下液压总泵固定螺母，如图4－14所示。（5）将制动总泵固定在台虎钳上，分解制动总泵。
（6）用卡簧钳拆下总泵内卡簧，如图4－15所示，取出活塞及密封圈、弹簧、油阀等，如图4－16所示。
图4－15 用卡簧钳拆总泵内卡簧
图4－16 制动总泵分解图
（7）拆下车轮制动器制动鼓，如图4－17所示，拧松制动轮泵进油管接头，如图4－18所示。
图4－17 拆制动鼓
图4－18 拆制动轮泵进油管接头
（8）拆下制动轮泵固定螺栓，取下制动轮泵，如图4－19、图4－20所示。
图4－19 拆制动轮泵固定螺栓
图4－20 取下制动轮泵
（9）取下轮泵防尘套，取出轮泵推杆、活塞、碗形密封圈、弹簧，如图4－21所示。
图4－21 鼓式制动轮泵分解图
注意
（1）分解制动轮泵时，不要损坏防尘套和密封圈。
（2）制动系统零件的清洗，不能用汽油，只能用酒精或制动液进行清洗。
（3）制动总泵与制动轮泵只需拆卸其中一个就可以了，重点是了解其结构。
（10）拆卸完毕，清洁、归还工具和实习器材。
注意
（1）这里对液压制动系统的装配不作要求，感兴趣的同学可以在老师的指导下完成装配任务。（2）液压制动系统完成装配后，必须对液压制动系统进行空气的排除。
基本活动
（1）车轮制动器的种类。常见的车轮制动器有鼓式和盘式两种，如图4－22所示。
图4－22 车轮制动器的种类
（2）进行液压制动系统工作过程演示，了解液压制动系统的工作原理。
高级技术
1．液压动力元件
液压泵是液压系统的重要组成部分，它将原动机输入的机械能转换为液体压力能，是实现能量转换的动力元件。
1）概述
图4－23 单柱塞液压泵工作原理图
（1）液压泵的工作原理。单柱塞液压泵，如图4－23所示，柱塞安装在泵体内，柱塞在弹簧的作用下和偏心轮接触。当偏心轮转动时，柱塞做左右往复运动。当柱塞往右运动时，泵体左侧密封容积增大，形成局部真空，油箱中的油液在大气压作用下通过止回阀1进入泵体内，止回阀2在弹簧力作用下封闭出油口，防止系统中的油液回流，这时液压泵吸油。当柱塞向左运动时，泵体左侧密封容积减小，止回阀1在弹簧力作用下封闭吸油口，油液通过止回阀2进入系统，这时液压泵压油。若偏心轮不断旋转，液压泵就会不断地进行吸油和压油。
结论
液压泵通过密封容积的变化完成压油和吸油过程；泵的输油量与密封容积变化量和柱塞单位时间往复运动的次数成正比。
（2）液压泵的基本工作条件。
①应具备密封工作容积，且密封容积能交替变化；
②应有配流装置；
③吸油过程中，油箱必须和大气相通。
（3）液压泵的种类。
①按结构形式不同，液压泵可分为齿轮泵、叶片泵、柱塞泵、螺杆泵及转子泵等。
②按泵输出油液方向能否改变，液压泵可分为单向泵和双向泵。
④按额定压力高低，液压泵可分为低压泵（2．5MPa以下）、中压泵（2．5～8MPa）、中高压泵（8～16MPa）、高压泵（16～32MPa）、超高压泵（32MPa以上）。
（4）液压泵的图形符号。
液压泵的图形符号见表4－3。
表4－3 液压泵职能图形符号
2）齿轮泵
齿轮泵是液压传动系统中常用的液压泵之一，按其啮合形式不同可以分为外啮合齿轮泵和内啮合齿轮泵两种。其中以外啮合齿轮泵较为常用。
（1）齿轮泵的工作原理和结构。外啮合齿轮泵，如图4－24所示，在泵体内有一对外啮合齿轮，齿轮两端面被泵壳和盖板密封在一个空腔内，由泵体、盖板和齿轮各齿槽共同形成多个密封腔。轮齿啮合线将密封腔隔开而形成吸油和压油两个腔。当齿轮按图示方向旋转时，吸油腔内的轮齿不断脱开啮合，使其密封容积不断增大而形成一定真空，在大气压力作用下从贮油箱内吸进油液，随着齿轮的旋转，齿槽内的油液被带进压油腔，压油腔内的轮齿不断进入啮合，使其密封容积不断减小，油液被压出。随着齿轮不停地转动，齿轮泵就会不断地完成吸油和压油。
图4－24 外啮合齿轮泵
（2）齿轮泵的特点。齿轮泵具有结构简单、制造方便、工作可靠、自吸能力强、抗污染能力较强、便于维护等优点；缺点是噪声高、流量脉动较大、有困油现象、压力油泄漏大。
小贴士
困油现象：在啮合的两齿之间的液压油，由于被轮齿封闭而困住的油液无法排出的现象称为困油现象，如图4－25所示。困油现象随齿轮的转动而使被困油液的压力随困油容积由大到小（由a到b）、又由小到大（由b到c）的变化过程，使得被困油液的压力随之急剧上升和降低。困油现象所产生的高压对轴产生侧压力，容易使轴弯曲，轴承过早损坏，同时也消耗电机的功率。
图4－25 齿轮泵困油现象示意图
3）柱塞泵
柱塞泵是利用柱塞的往复运动使密封容积发生变化而完成吸油和压油过程的装置。根据柱塞的分布方向不同，柱塞泵可分为径向柱塞泵和轴向柱塞泵。
小贴士
径向柱塞泵径向尺寸大，结构复杂，自吸能力差，近年来己逐渐被轴向柱塞泵所代替，下面主要介绍轴向柱塞泵。
（1）轴向柱塞泵的工作原理。
轴向柱塞泵由多个柱塞在缸体内沿轴向排列并沿圆周均匀分布，柱塞的轴线平行于缸体旋转轴线。按其结构特点不同，轴向柱塞泵可分为斜盘式和斜轴式两类。
①斜盘式柱塞泵，如图4－26所示，主要由配流盘、缸体、柱塞、斜盘等组成，斜盘与缸体轴线或斜轴与缸体轴线有交角γ。柱塞在根部弹簧或液压力等作用下，保持头部和斜盘紧密接触，当缸体转动时，柱塞在缸体内作往复运动，通过配流盘的配油窗口完成吸油和排油过程。当缸体按逆时针方向转动时，即转角γ在0～π范围内时，柱塞向外伸出，柱塞根部密封容积增大，通过配流盘右配油窗口进行吸油；当转角γ在π～2π范围内时，柱塞被斜盘逐步压入缸体，柱塞根部容积减小，通过左配油窗口压油。缸体每转一圈，每个柱塞各完成一次吸油和压油。如果改变斜盘倾角γ，就能改变柱塞行程长度h，从而改变泵的排量。
小贴士
改变斜盘倾角方向，就能改变吸油和压油的方向而成为双向变量泵。
图4－26 斜盘式轴向柱塞泵
②斜轴式柱塞泵，如图4－27所示，主要由配流盘、缸体、柱塞、连杆和传动轴等组成，带圆盘的传动轴与缸体轴线有一个倾角γ，连杆一端与传动轴铰接，另一端与轴向柱塞铰接。当传动轴转动时，一边带动缸体旋转，同时带动柱塞在缸体内作往复运动，并通过配流盘的配油窗口完成吸油和排油过程。
图4－27 斜轴式轴向柱塞泵
（2）轴向柱塞泵的特点。轴向柱塞泵具有结构紧凑、重量轻、容积效率高、工作压力高、流量调节方便等优点；但也具有结构复杂，制造成本高、抗污染能力较差、使用和维修要求高等缺点。
3）叶片泵
叶片泵有单作用式叶片泵和双作用式叶片泵两类。
（1）叶片泵的工作原理。
①单作用式叶片泵，如图4－28所示，主要由定子与转子偏心安装，有一个偏心距。叶片装在转子叶片槽中，并可在槽内滑动。当转子旋转时叶片在离心力和槽根部油压作用下，紧贴在定子内表面上，于是在相邻两叶片、定子、转子之间形成了许多密封工作腔，随着转子的转动，各工作腔容积发生变化。当转子按图示方向旋转时，右部的叶片逐渐伸出，每两个叶片间的密封空间逐渐增大形成局部真空，在大气压的作用下油液从吸油窗口被吸入，即为吸油过程；随着转子的旋转，叶片转达左半部，工作空间逐渐减小而排出液体，即排油过程。在吸油腔和压油腔之间有一段封油区，将两腔隔开。转子每旋转一周，各叶片间工作容积各完成一次吸油和排油过程，因此称之为单作用式叶片泵。单作用式叶片泵多为变量泵，只要改变定子和转子间偏心距的大小便可改变叶片泵的泵油量，实现变量。
②双作用式叶片泵，如图4－29所示，主要由中心重合的定子和转子组成，定子内表面又由两段较长的半径和两段较短的半径圆弧和四段过渡曲线组成。当转子按图示方向旋转时，叶片在离心力和根部压力的作用下紧贴定子内表面，在配油盘、定子、转子和两相邻叶片间形成密封腔。转子旋转，带动叶片由小半径向大半径处滑移，两叶片间的密封容积逐渐增大，形成局部真空而吸油；当叶片由大半径向小半径处滑移时，两叶片间的密封容积逐渐减小而压油。转子每转一周，叶片在槽内往复运动两次，完成吸油和排油过程，故称之为双作用式叶片泵。由于转子与定子保持同心，无法实现变量，所以是定量泵。
图4－28 单作用式叶片泵
图4－29 双作用式叶片泵
（2）叶片泵的特点。叶片泵具有结构紧凑、质量轻、运转平稳、噪声低、体积小、流量稳定，油压较高、使用寿命较长等优点，但也具有结构复杂、吸油性能较差、抗污染能力较差、加工精度要求较高等缺点。
2．液压执行元件
液压缸又称为液压马达，是液压系统的重要组成部分。它将液体压力能转换为机械能，是实现能量转换的一种执行元件，一般用于实现直线往复运动或摆动。拆装过的液压制动器、自卸车的液压控制装置等均采用了各式液压缸。
1）液压缸的分类及图形符号
（1）按结构特点不同，液压缸可分为活塞式、柱塞式、摆动式和伸缩套筒式等多种。
（2）按油压作用形式不同，液压缸可分为单作用式和双作用式液压缸。
液压缸的图形符号见表4－4。
表4－4 部分液压缸职能图形符号表
续表
2）液压缸的密封
液压缸是依靠密封容积的变化进行工作的，液压缸及其他液压元件，凡是容易造成泄漏的部位，均应采取密封措施。液压缸密封性能的好坏，直接影响其工作性能和效率，因此要求密封元件具有良好的密封性能。
密封装置应具有密封性能随着工作压力升高而自动提高，摩擦阻力小，结构简单，拆装方便，寿命长等特点。液压缸的密封主要指活塞与缸体内孔、活塞杆与端盖之间的动密封以及端盖与缸体之间的静密封。
（1）间隙密封。间隙密封是相对运动零件间通过精密加工配合面，使配合面之间有极微小的间隙，约为0．01～0．05mm而实现密封的，如图4－30所示。柱塞上开有压力平衡槽，油液在槽内形成涡流，减缓泄漏速度，减小摩擦阻力。间隙密封结构简单、摩擦阻力小、能耐高温，是一种最简便而紧凑的密封方式，常应用在各种液压阀、液压泵和液压马达中。
图4－30 间隙密封
（2）密封圈密封。密封圈密封的常用形式主要有O形密封圈、Y形密封圈和V形密封圈组件等，如图4－31所示。其中Y形和V形密封圈又称为唇形密封圈。
图4－31 常见密封圈类型
O形密封圈是截面形状为圆形的密封元件，其结构简单，制造容易，密封可靠，摩擦力小，应用广泛。
唇形密封圈是利用唇边变形挤紧被密封表面从而消除间隙的密封元件。V形密封圈组件由压环、密封环和支承环3个密封元件组成，如图4－31所示。当压环压紧密封环时，支承环可使密封环产生变形而起密封作用。
注意
小贴士
V形、Y形密封圈在安装时要注意安装方向，其唇口边对着油压使用方向。
唇形密封圈除有V形、Y形外，还有U形、L形和J形等形状。
图4－32 间隙缓冲
图4－33 排气塞
3）液压缸的缓冲
当运动件的质量较大、运动速度较高、惯性力较大时，活塞具有很大的动量，活塞运动到行程终了时与缸盖或缸底发生机械碰撞，引起冲击、振动和噪声，甚至造成液压缸损坏，故必须采取缓冲装置。利用间隙缓冲的液压缸，如图4－32所示。活塞移近缸盖（底）时，活塞凸台逐渐进入缸盖凹槽，将凹槽内的油液经凸台与凹槽间的缝隙挤出，形成液压阻力，缝隙越小其阻力越大，从而实现缓冲。
4）液压缸排气装置
液压缸中进入空气会使运动部件产生低速爬行、振动、颤抖等现象，严重时影响系统的正常工作。对精密度较高的液压缸，可在液压缸的最高处设置排气装置，如图4－33所示。
小贴士
汽车液压制动轮缸处都设有排气螺栓，如图4－34所示。
3．液压控制元件
液压控制阀是液压系统的控制元件，用来控制和调节系统中油液的压力、流量和流动方向，以满足执行元件的启动、停止、运动方向、运动速度、动作顺序和克服负载力等要求。
1）控制阀
根据用途和工作特点的不同，控制阀主要分为以下3大类。
方向控制阀：止回阀、换向阀等。
压力控制阀：溢流阀、减压阀、顺序阀、平衡阀等。
流量控制阀：节流阀、调速阀等。
2）方向控制阀
控制油液流动方向的阀称为方向控制阀，简称方向阀。它分为止回阀和换向阀两类。
（1）止回阀。止回阀只允许油液按一个方向流动，不能反向流动。常见止回阀的结构原理和图形符号见表4－5。
图4－34 排气螺栓
表4－5 常见止回阀的结构原理和图形符号表
（2）换向阀。换向阀是通过改变阀芯和阀体间的相对位置，从而导通或切断油路，控制油流方向，改变液压系统工作状态的控制阀。常见换向阀的种类见表4－6。
表4－6 常见换向阀结构原理和图形符号
①换向阀按阀芯相对于阀体的运动方式分为转阀式和滑阀式两种。
②换向阀按操纵方式分为手动、机动、液动、电动、电液动等形式，见表4－7。
表4－7 换向阀操纵方式符号
③换向阀按工作位置和通路数不同，可分为二位二通，三位四通，三位五通等。
（3）换向阀图形符号。
①以方格表示换向阀的工作位置，二格即二位，三格即三位。方格内的箭头表示两油口相通，但不表示液流方向，符号“┬”和“⊥”表示换向阀油口通路数。
②三位换向阀的中路和二位换向阀靠近弹簧的一格为常态位置，即阀芯未受到控制力作用时所处的位置；靠近控制符号的一格为控制力作用下所处的位置。
③P表示进油口，O表示回油口，A和B表示连接控制元件的油口，L表示泄油口。
（4）滑阀机能。根据换向阀的阀芯所处的位置不同，其油口P、A、B、O有不同的连接方式，表现出不同的性能称为滑阀机能。现以三位四通换向阀为例，分析滑阀机能，见表4－8。
表4－8 三位四通换向阀的中位滑阀机能
图4－35 换向阀原理图
换向阀当阀芯与阀体处于如图4－35所示位置时，液压缸两腔被切断，处于停机状态。若对阀芯施加一个从右往左的力使其左移，阀体上的油口P和A连通，B和O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、O回油箱；反之，若对阀芯施加一个从左往右的力使其右移，则P和B连通，A和O连通，活塞左移。
3）压力控制阀
控制液压系统压力或利用压力作为信号来控制其他元件动作的阀类零件，称为压力控制阀。其特点是利用阀芯上的液压力和弹簧力之间的平衡度控制其他元件动作。按照用途不同，压力控制阀可分为溢流阀、减压阀、顺序阀、平衡阀和压力继电器等。
4）流量控制阀
流量控制阀通过改变阀口通流面积大小，调节通过阀口的流量，实现调节执行元件运动速度，常用的有节流阀、调速阀等。
4．液压辅助元件
1）油管及管接头
（1）油管。液压系统中常用的油管有钢管、紫铜管、尼龙管、塑料管、橡胶软管等。钢管主要用于经常拆装的与固定元件连接的场合，钢管又分无缝钢管和有缝钢钢管两种，无缝钢管承压能力较强，低压可用有缝钢管；紫铜管由于便于弯曲，主要用于装配比较困难的场合；尼龙管、塑料管常用于回油管和进油管，承受压力较低或不受压的场合。
（2）管接头。管接头是油管与油管、油管与液压元件间的连接件。常用管接头形式见表4－9。
表4－9 管接头连接形式及应用场合
续表
2）过滤器
过滤器的功用是过滤系统油液中的杂质，保证系统管路畅通、工作正常。过滤器可以安装在液压泵的进油管路上、压油管路上、回油管路上以及重要元件的前面。汽车上常用的过滤器见表4－10。
表4－10 常用过滤器类型及特点
续表
3）油箱
油箱的功用主要是：贮油，散发油液中的热量，释放混在油液中的气体，沉淀油液中的杂质等。油箱的容积主要根据系统散热要求确定，同时还必须考虑机械在停止工作时系统内油液在自重作用下能全部返回油箱。一般开式液压系统，其油箱有效容积应为液压泵每分钟流量的3～5倍；低压系统，其油箱有效容积应为液压泵每分钟流量的2～4倍；中、高压系统，其油箱有效容积应为液压泵每分钟流量的5～7倍。油箱的结构如图4－36所示。
4）蓄能器
蓄能器是液压系统中能量储存装量，能在短期内向系统大量供油，保持系统压力恒定，并能吸收压力脉动和液压冲击。气囊式蓄能器，如图4－37所示。蓄能器制作前先在气囊中充入氮气达到一定压力，然后关闭气阀。提升阀既能使油液进入蓄能器内，又能防止油液全部排出时气囊膨胀出容器之外。蓄能时，通过油泵将多余压力油充入油口，压缩气囊；需要释放时可打开油口，向系统供给一定流量的压力油，完成所需的工作。
图4－36 油箱结构
图4－37 气囊式蓄能器
5．液压基本回路
液压基本回路是指由液压元件组成，用来完成特定功能的典型回路。常用基本回路按其功能不同可分为方向控制回路，见表4－11；压力控制回路，见表4－12；速度控制回路，见表4－13。
表4－11 方向控制回路
表4－12 压力控制回路
续表
续表
表4－13 速度控制回路
续表
图4－38 液压制动系统
拓展训练
通过对液压传动系统的拆卸实习，了解了液压传动系统的组成，并在此基础上，进一步了解了液力传动知识。通过拆卸液力变矩器，了解液力变矩器的构造和动力传递。
1．液力传动的特点
1）优点
（1）使汽车具有良好的自动适应性能，保证发动机经常处于额定工况下工作。
（2）能吸收并减少来自发动机和机械传动系统的振动，提高了齿轮变速器的使用寿命。
（3）可提高汽车的通过性能，特别是在泥泞地带、沙地、雪地等非硬质路面的通过性。
（4）简化汽车驾驶操纵的劳动强度，起步平稳、加速均匀迅速，提高了汽车的舒适性。
2）缺点
（1）液力传动系统的效率较机械传动低些，经济性比机械传动差些。
（2）液力传动及其必要的附加设备的体积和质量比机械传动的略大一些，且结构复杂、成本高、维修困难。
2．液力变矩器的组成
变矩器主要由3个元件组成：与发动机飞轮连接的泵轮、与变速器输入轴连接的涡轮和单向转动的导轮。每个轮上装有弯曲的叶片，如图4－39、图4－40所示。
3．液力变矩器的作用
液力变矩器通过液力传动改变输出轴的转矩和转速，起到离合器和变速器的作用。
图4－39 液力变矩器外形
图4－40 液力变矩器实物解剖
小贴士
液力传动与液压传动都是以液体为工作介质的传动方式，但是两个完全不同的概念。液力传动是利用工作液体的动能变化实现动力传递，即将液体的动能转变为机械能。液力传动在汽车上的典型应用就是自动变速器中的液力变矩器。
任务归纳
（1）通过拆装液压制动系统，了解液压制动系统的基本概念。
（2）通过拆装液压制动系统各零部件，了解液压传动系统的基本组成和各元件间的相互关系。
（3）观察液压制动系统的工作过程演示，了解液压制动系统基本回路的组成及特点。
（4）了解液力传动在汽车上的典型应用——液力变矩器，了解液力变矩器的组成和作用，以及明确液力传动与液压传动之间的共同点和不同处。
思考练习
（1）液压制动系统的基本组成和制动回路的组成是什么？
（2）什么是液压传动和液力传动？液压传动和液力传动有什么共同点和区别？
（3）液压传动系统的基本组成件有哪些？液压泵和液压马达有什么区别？
（4）液压传动系统的基本回路有哪几种？各由哪些主要零件组成？
表4－14 任务测评表
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