ГИДРАВЛИКА 
И ГИДРОПНЕВМОПРИВОД

ГИДРАВЛИчЕсКИЕ МАшИНы  
И ГИДРОПНЕВМОПРИВОД

А.В. Лепешкин
А.А. МихАйЛин
А.А. шейпАк

Допущено  
УМО вузов РФ по образованию в области  
транспортных машин и транспортно-технологических комплексов  
в качестве учебника для студентов, обучающихся  
по специальности «Автомобиле- и тракторостроение»

Москва 
ИНФРА-М 
2017

Учебник

6-е издание, переработанное и дополненное

УДК 62-82(075.8)
ББК 39.79я73
 
Л48

Лепешкин А.В.
Л48 
 
Гидравлика и гидропневмопривод. Гидравлические машины 
и гидропневмопривод : учебник / А.В. Лепешкин, А.А. Михайлин,  
А.А. Шейпак. — 6-е изд., перераб. и доп. — М. : ИНФРА-М, 2017. — 
446 с. — (Высшее образование: Бакалавриат). — www.dx.doi.org/ 
10.12737/21024.

ISBN 978-5-16-011954-0 (print)
ISBN 978-5-16-104546-6 (online)
Предлагаемая книга содержит необходимые сведения о гидравличе-
ских и пневма тических системах, гидро- и пневмоприводах, их видах, 
основах расчета и возможностях практического применения.
Учебник разработан в соответствии с требованиями Федерального 
государственного образовательного стандарта высшего образования по-
следнего поколения для машиностроительных направлений и специаль-
ностей.
Книга предназначена для студентов машиностроительных специаль-
ностей, обучающихся в вузах по программам подготовки бакалавров, 
магистров и дипломированных специалистов и изучающих дисцип-
лины «Гидравлические и пневматические системы», «Гидравлика и ги-
дропневмопривод» и другие, относящиеся к разряду общетехнических  
и являющиеся базовыми дисциплинами профессионального цикла.
Книга также может быть полезна аспирантам и инженерам, интересу-
ющимся вопросами разработки гидро- и пневмосистем.

УДК 62-82(075.8)
ББК 39.79я73

Р е ц е н з е н т ы:
Штеренлихт Д.В., профессор Московского государственного универ-
ситета природообустройства;
Беленков Ю.А., профессор Московского государственного техниче-
ского университета (МАМИ)

ISBN 978-5-16-011954-0 (print)
ISBN 978-5-16-104546-6 (online)

ФЗ 
№ 436-ФЗ
Издание не подлежит маркировке 
в соответствии с п. 1 ч. 4 ст. 11

© Лепешкин А.В., Михайлин А.А., 
Шейпак А.А., 2008
© Лепешкин А.В., Михайлин А.А., 
Шейпак А.А., 2017, с изменениями

ВВЕДЕНИЕ

В соответствии с Государственным образовательным стандартом 
для машиностроительных направлений и специальностей в обще-
профессиональной дисциплине «Гидравлика, гидромашины  
и гидропневмопривод» предусмотрены дидактические единицы  
по таким прикладным темам, как гидромашины, гидравлические 
и пневматические приводы. Эти темы являются предметом данного 
учебника.
Гидравлическими машинами называются устройства, выпол-
няющие механические движения для преобразования энергии, ма-
териалов и информации, использующие в качестве рабочего тела 
капельные жидкости. По устройству и принципу действия при оди-
наковом назначении к гидравлическим машинам близки газовые 
или пневматические машины, использующие в качестве рабочего 
тела газы.
Гидравлическим приводом (гидроприводом) называется совокуп-
ность устройств, в число которых входит один или несколько  
гидродвигателей, предназначенная для приведения в движение ме-
ханизмов и машин посредством рабочей жидкости под давлением.
Пневматическим приводом (пневмоприводом) называется сово-
купность устройств, в число которых входит один или несколько 
пневмодвигателей, предназначенная для приведения в движение 
механизмов и машин посредствам рабочего газа под давлением.
Гидравлические и пневматические машины являются древней-
шими представителями энергетических машин, которые обеспечи-
вают необходимые условия жизнедеятельности человеческого об-
щества и в настоящее время.
Первым устройством для переноса (подачи) воды было, по всей 
вероятности, кожаное или деревянное ведро, затем — корзина из 
прутьев, обмазанных глиной. В Древнем Египте или Месопотамии 
придумали колодезный журавль с противовесом. Люди, стоящие 
гуськом и передающие друг другу ведра, могли создать поток воды. 
Неизвестно имя гениального изобретателя, который догадался при-
крепить ведра к периферийной части деревянного колеса, которое 
могли вращать рабы или животные. Эта машина была выдающимся 
сооружением и применялась с глубокой древности почти до наших 
дней. Водоподъемные колеса могли подавать до 10 м3 воды в час на 
высоту 3–4 м. Следующим шагом было создание так называемой 
нории (исп. norria от арабск. наора — водокачка), которая представ-

ляла собой веревку или цепь с ковшами. Затем кто-то заметил, что 
вместо ковшей или ведер можно использовать диски или шары. 
Тогда поток воды можно сделать более равномерным при меньшем 
усилии. Так появился второй основной тип насоса — динами-
ческий. С помощью норий в Древнем Египте подавали воду из ко-
лодцев глубиною до 100 м. Античный мир подарил человечеству 
еще два типа насосов: архимедов винт и нагнетательный порш-
невой насос Ктесибия. Роторные насосы впервые описаны в книге 
Агостино Рамелли (1588). Создание центробежного насоса связано 
с именем знаменитого Дени Папена (1689). Конструкция лопастных 
насосов усовершенствовалась многими поколениями инженеров. 
Так, один из крупнейших гидромехаников Осборн Рейнольдс по-
лучил патент на многоступенчатый центробежный насос с лопаточ-
ными направляющими аппаратами.
Первое описание водяного колеса принадлежит Витрувию, архи-
тектору и инженеру Древнего мира, жившему во времена Юлия Це-
заря и императора Августа, однако, по всей вероятности, эта машина 
появилась на несколько столетий раньше. После X в. водяные колеса 
стали применяться очень широко, оставаясь универсальным двига-
телем вплоть до конца XVIII в. Термин «турбина» появился в 1826 г., 
когда французский профессор Бурден создал первый центробежный 
водяной двигатель. Его ученик Фурнейрон в 1827 г. разработал первую 
водяную турбину для промышленности. Дальнейшее развитие тур-
биностроения связано прежде всего с именами Жонваля, Френсиса, 
Пельтона, Каплана, В.С. Квятковского.
Впервые гидропривод появился в 1742 г. в Англии на чугуноли-
тейном заводе Дерби для привода шахтного углеподъемника. Для 
откачки воды из шахты использовались паровые машины Ньюко-
мена, которые могли совершать только возвратно-поступательное 
движение, а для углеподъемника было необходимо иметь враща-
тельное движение. Механики завода вспомнили о надежно рабо-
тающих водяных колесах и направили откачиваемую из шахты воду 
в напорный бак, из которого вода могла самотеком подводиться 
к 10 верхнебойным водяным колесам.
Лишь через несколько лет была запатентована машина Ньюко-
мена с кривошипно-шатунным механизмом, известным со времен 
Средневековья (Пикар, 1780).
Наибольший вклад в создание современных гидравлических 
и пневматических приводов принадлежит, безусловно, Джозефу 
Брама.

Брама был родоначальником мировой станкостроительной 
школы и одним из авторов принципа взаимозаменяемости в маши-
ностроении. Но потомкам он больше всего известен как изобре-
татель гидравлического пресса — машины, впервые воплотившей 
в себе принцип передачи энергии посредством жидкости, идею  
гидропривода, получившего впоследствии столь универсальное 
применение.
Здесь Брама намного опередил свой век. 130 лет никому не при-
ходило в голову использовать гидростатический парадокс Паскаля 
для генерации больших усилий, и полвека еще после смерти Брамы 
техническая гидравлика беспомощно топталась на месте.

Патент Джозефа Брамы № 2045 за 1795 г. явился коронным достиже-
нием его изобретательской жизни. «...Суть изобретения в новом спо-
собе применения воды и других жидкостей для привода различных 
машин и механических аппаратов либо с целью гигантского увеличения 
действующей силы, либо для передачи движения и сил от одного 
устройства к другому, когда известными способами этого не удается 
достигнуть. Невозможно перечислить бесконечное разнообразие 
важных применений этого принципа, однако приложенные фигуры 
и чертежи полностью объясняют его суть.

30 апреля 1795 г. Джозеф Брама».

Из описания следовало, что Брама фактически запатентовал не 
только гидропресс, но и все возможные виды гидро- и пневмопе-
редач. Сам пресс он скромно именовал «только двумя насосами, 
разных размеров, действующими друг на друга», например, с ци-
линдрами диаметром 1/4 и 12 дюймов. Такое соотношение позво-
ляло, приложив 1 т, получить усилие 2304 т.
Здесь же, в патенте, упоминалась первая в истории гидравличе-
ская система телеуправления: два одинаковых насоса, соединенных 
трубкой с водой. Приводя в движение поршень одного насоса, 
можно было заставить двигаться поршень второго, расположен-
ного, например, на колокольне и связанного с колоколами. Такое 
устройство в 1814 г. было установлено в доме Вальтера Скотта — 
фантастическом готическом сооружении, построенном для автора 
многих знаменитых исторических романов в его имении, и как бы 
позволяло дергать за колокольчики в самых удаленных комнатах.
Чтобы представить себе значение изобретения Брамы, учтите, 
что в те времена еще не было ни кривошипных, ни рычажных 
машин, были лишь винтовые прессы, работавшие на бумажных 
и текстильных фабриках. Мощность самых больших из них редко 
доходила до 50 т.

Чтобы доказать скептическим современникам, что его пресс 
действительно развивает большие усилия, Брама не останавли-
вается перед расходами. Специально для демонстрации он по-
строил в 1796 г. гидравлические весы (они и сейчас еще работают 
в Кенсингтонском музее науки и технике Лондона). Груз порядка 
300 кг подвешивался на рычаге с таким невыгодным соотношением 
плеч, что для его подъема это усилие нужно было увеличить еще 
в 20 раз. Тем не менее каждый желающий мог это легко сделать, 
несколько раз качнув ручку насоса.
Весы убедили маловерных. Посыпались заказы, и вскоре гид-
равлические прессы прочно заняли свое место в промышленности.
Хотя Брама изобретал самые разные устройства (в том числе со-
временный унитаз), любимым детищем на протяжении всей его 
жизни была гидравлика. Ею он занимался всегда с особой охотой 
и старался использовать всюду. В частности, он спроектировал 
и запатентовал сложную гидросистему для подачи разных сортов 
пива из бочек, стоявших в погребе. Хранить бочки наверху было 
нельзя: в жару пиво быстро скисало. Поэтому раньше в каждой 
пивной приходилось держать ватагу мальчишек, все время сно-
вавших по лестницам. Источником энергии для «пивопровода» был 
груз, давивший на жидкость,— первый прообраз современных  
гидроаккумуляторов. Брама усовершенствовал также аппаратуру 
для газирования воды непрерывным способом при «высоких» дав-
лениях (до 10 атм.)
Для улучшения комфортабельности транспортных средств по-
явился патент № 3270 на «конструкцию и способ изготовления 
улучшенных каретных колес с помощью гидропресса». Потом 
Брама предлагал маслонаполненные подшипники скольжения 
и даже мягкие кожаные шины.
Но самым существенным его изобретением в этой области была 
пневмогидравлическая подвеска очень прогрессивной конструкции 
(патент № 3616 за 1812 г.). Она представляла собой сосуд, наполо-
вину заполненный маслом, с проходящей по ее центру трубой. 
В трубе мог вертикально перемещаться, как у насоса, поршень, на 
стержень которого должен был опираться экипаж. Кроме того, 
внизу имелся обратный клапан — через него закачивалось масло 
для регулировки жесткости или восполнения утечек. При толчках 
поршень прыгал вверх или вниз, сжимая воздух, игравший роль 
идеальной воздушной пружины. По-видимому, конструкция оказа-
лась слишком сложной для современников Брамы. Его подвеска 
только сейчас, спустя полтора столетия, начала внедряться в авто-
мобилестроении.

В годы увлечения гидравликой Брама запатентовал и построил 
первый строгальный станок с гидроприводом стола, сконструи-
ровал множество остроумных гидравлических устройств, в том 
числе такие известные, как телескопические гидроцилиндры. Се-
годня на этом принципе работают гидравлические домкраты, из-
вестные каждому автомобилисту.
Существенное усовершенствование грузопоршневой аккуму-
лятор получил после работ известного английского военного инже-
нера Армстронга, который на его базе создал разнообразнейшие 
гидравлические приводы. В первую очередь они стали применяться 
для привода корабельных механизмов: привод рулевого управления 
и поворот орудийных башен.
Конструкторы машин в конце XIX в. хорошо знали, что для пе-
редачи энергии на достаточно большие расстояния обычные 
жесткие механические передачи уступают электрическим, гидрав-
лическим, пневматическим устройствам. Кроме того, очевидно, 
что при использовании подобных устройств целесообразно исполь-
зовать замкнутую систему управления с обратной связью.
В 1900 г. итальянец Бонтемпи применил для копировально-фре-
зерного станка схему с гидромеханическим управлением, которая 
позволила уменьшить мощность управляющего сигнала по срав-
нению с выходной мощностью в тысячи раз. Копир и заготовка 
устанавливаются на одном столе и получают вращательное дви-
жение с одинаковой скоростью. Ролик движется по профилю ко-
пира, считывая с него информацию, необходимую для управления 
движением фрезы, однако движение ролика передается не поршню 
золотникового распределителя, который открывает доступ жид-
кости от насоса в ту или иную полость большого (силового) гидро-
цилиндра. При подаче жидкости под давлением в левую полость 
гидроцилиндра из правой полости она будет выходить, а весь стол 
вместе с роликом и фрезой будет двигаться влево. Одновременно со 
столом, несущим фрезу, начинает перемещаться цилиндр золот-
ника. Таким образом, начинает действовать цепь обратной связи, 
связывающая ведущую и ведомые части устройства в единую сле-
дящую систему с обратной связью. Устройства и механизмы для 
реализации слежения и усиления получили название сервомеха-
низмов от латинского корня «серво», означающего в переводе «раб» 
или «рабский».
В 20-е гг. ХХ в. гидравлический и пневматический приводы 
стали широко использоваться в металлорежущих станках.

Впервые гидравлический привод для управления самолетом на-
чали применять в конце 30-х гг. ХХ в. для уменьшения усилия лет-
чика и улучшения маневренности в целом. В начале 50-х гг. ХХ в. 
совершился переход на автоматическое управление летательным 
аппаратом: создание следящих гидроприводов с электрическим 
управлением.
В строительных и дорожных машинах гидропривод стал приме-
няться с 50-х гг. ХХ в.
Гидрофицированные горные машины стали интенсивно произ-
водиться после 1960 г.
Гидрофикация тракторных агрегатов во многом определилась 
успехом испытания в 1979 г. тракторов К-701 и Т-150 в Небраске 
(США), которые показали высокое тяговое усилие и экономич-
ность. Сейчас практически на всех тракторах применяются гидро-
приводы в навесных системах для подъема и опускания орудий.
В 1958 г. на ВДНХ был выставлен макет биоэлектрического ма-
нипулятора. Силовая часть — насос с двигателем, клапаны и соле-
ноиды были заимствованы из узлов для станков с программным 
управлением. Клапаны управляются биотоками, которые отводятся 
от предплечья оператора с помощью специального браслета. Слегка 
напрягая мышцы, оператор управляет потоками жидкости, которые 
приводят в движение искусственную кисть человеческой руки. На-
помним, что кисть руки является универсальнейшим механизмом, 
обладающим 27 степенями свободы.
Очевидно, следующим шагом может стать гидравлический или 
пневматический привод с системой управления, понимающей че-
ловеческую мысль.
Создание гидродинамических передач связано с именем немец-
кого инженера Г. Фёттингера (H. Föttinger), который в 1902 г. по-
местил в один корпус два подвижных лопастных колеса — насосное 
и турбинное — и неподвижный направляющий аппарат, которые 
находились в непосредственной близости друг от друга. Поток жид-
кости из одного колеса в другое поступает без трубопроводов, 
образуя круг циркуляции. При расположении направляющего ап-
парата на выходе из насоса за счет соответствующего профилиро-
вания можно изменять не только величину момента, передаваемого 
гидротрансформатором, но и направление вращения. В 1910 г. Фёт-
тингер исключил из схемы направляющий аппарат, предложив гид-
ромуфту, которая имеет коэффициент полезного действия до 98%. 
Как правило, гидромуфта применяется в сочетании с зубчатым ре-
дуктором.

К основным достоинствам гидродинамических передач следует 
отнести возможность передачи больших мощностей при сравни-
тельно малых габаритах и отсутствие жестких связей, что обеспе-
чивает гибкость в передаче энергии. Удельная масса гидродинами-
ческой передачи составляет от 10 до 20% от массы электромехани-
ческих систем.
Преимущества гидродинамических передач способствовали их 
широкому применению в различных областях техники.
В 1928 г. фирмой «Лисхолм&Смит» в Швеции был создан 
первый гидротрансформатор для автобуса. С 1947 г. гидротран-
сформаторы в сочетании с механическими передачами стали уста-
навливать на серийных легковых автомобилях
В СССР первая гидромуфта была создана в 1929 г. профессором 
А.П. Кудрявцевым для судовых силовых установок, первый гидро-
трансформатор — в начале 30-х гг. ХХ в. в МВТУ им. Н.Э. Баумана.
В последние годы все большее распространение получают пнев-
матические и электропневматические системы. Так, по сведениям 
фирмы «ФЕСТО», более 60% инвестиций для автоматизации в про-
мышленно развитых странах приходится на электропневматиче-
ские системы, управляемые контроллерами.

Часть I 
ГИДраВлИЧЕскИЕ сИстЕмы

В современной практике нашли применение гидросистемы двух 
типов: гидросистемы, обеспечивающие подачу жидкости потре-
бителю, и гидравлические приводы.
Для гидросистем, обеспечивающих подачу жидкости потре-
бителю, характерно отсутствие в них устройств, преобразующих 
энергию жидкости в механическую работу. К таким гидросистемам 
относятся: системы отопления, холодного и горячего водоснаб-
жения жилых зданий; системы жидкостного охлаждения (система 
охлаждения двигателя внутреннего сгорания, система подачи СОЖ 
для металлорежущих станков и т.п.); системы пожаротушения; 
системы топливоподачи; системы смазки и др.
Эти гидросистемы в большинстве случаев относятся к классу ра-
зомкнутых гидросистем, в которых движение жидкости из неко-
торой емкости к потребителю обеспечивается, как правило, за счет 
работы насоса либо самотеком. В первом случае методы аналитиче-
ского расчета установившегося режима работы этих гидросистем, 
результатами которых являются параметры, обеспечивающие 
с энергетической точки зрения работоспособность соответ-
ствующей гидросистемы, базируются на уравнении

 
H
H
н
потр
=
, 
(1.1)

где Нн — напор насоса (полная механическая энергия, переданная 
насосом единице веса жидкости); Нпотр — потребный напор для 
данного трубопровода (необходимая избыточная удельная энергия 
давления жидкости в начальном сечении трубопровода, обеспечи-
вающая движение этой жидкости в нем с заданной величиной рас-
хода Q).
При решении этой же задачи графоаналитическим методом на 
графике следует искать рабочую точку, являющуюся точкой пере-
сечения напорной характеристики насоса с суммарной характерис-
тикой потребного напора трубопровода, подключенного к этому на-
сосу.
Гидравлическим приводом называется совокупность устройств, 
предназначенных для передачи механической энергии и (или) пре-
образования движения посредством рабочей жидкости.
Отличительной особенностью гидроприводов является присут-
ствие в их составе гидродвигателей — устройств, частично преобра-