《液壓傳動》緒論

《液壓傳動》

王開松138055483806668788安徽理工大學(xué)第一節(jié)液壓傳動的概念和原理第二節(jié)液壓傳動的特點及應(yīng)用第三節(jié)液壓技術(shù)發(fā)展簡況及趨勢本章小結(jié)習(xí)題與思考題第一章緒論一部機器通常由原動機、傳動裝置和工作機構(gòu)三部分組成，另外，控制裝置和輔助裝置也是不可少的組成部分。原動機的作用是進(jìn)行能量的轉(zhuǎn)換，即將其他形式的能量轉(zhuǎn)換成機械能，是機器的動力源；工作機構(gòu)的作用是消耗能量對外做功；傳動裝置和控制裝置介于原動機和工作機構(gòu)之間，進(jìn)行動力傳遞，控制和分配。輔助裝置的作用是次要的，又是必不可少的。第一節(jié)液壓傳動的概念和原理

一、液壓傳動的概念

流體傳動可分為氣壓傳動和液體傳動。按工作原理不同，流體傳動又可分為液力傳動和液壓傳動.

前者是利用流體的動能傳遞動力的，后者是利用液體的靜壓力進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換和傳遞動力的，因而稱之為靜壓傳動。

液壓傳動是以密閉管路中的受壓液體為工作介質(zhì)的，進(jìn)行能量的轉(zhuǎn)換、傳遞、分配和控制的技術(shù)，稱之為液壓技術(shù)(Hydraulics)，又稱液壓傳動(FluidPower_Hydraulics)。在上述概念中，將液體換成氣體，便是氣壓傳動。兩者并在一起，簡稱液壓與氣動。

二、液壓傳動的工作原理

液壓傳動工作原理可用圖1.1液壓千斤頂工作原理來說明。

由液壓千斤頂工作原理可以看出，手搖泵的作用是將輸入的機械能變成液體的壓力能，利用密閉管路傳遞到提升缸，提升缸消耗液體壓力能而做功（舉起重物）。

液壓千斤頂?shù)慕M成液壓千斤頂?shù)墓ぷ鬟^程在這種能量轉(zhuǎn)換和傳遞過程中，遵循如下基本原理。1、Pascal原理帕斯卡(Pascal)靜壓傳遞原理即“施加于密封容器內(nèi)平衡液體中的某一點的壓力等值地傳遞到全部液體中”，在圖1－1的液壓千斤頂中，不計管路和閥口損失，動力缸和提升缸兩腔的液體壓力p相等。因此有

(1-1)或者

(1-2)式中——柱塞7.4的面積；F1、F2——柱塞7.4上的作用力

p——液壓的靜壓力(Pressure)2、液體連續(xù)性(Continuity)原理

如果不考慮液體的可壓縮性、泄漏和構(gòu)件的變形，則圖1－1中小柱塞7下列擠壓出的液體的體積等于推動大柱塞4上升的液體體積。即

(1-4)(1-5)式中——分別為小柱塞和大柱塞的運動速度；為小柱塞的位移；為大柱塞位移。Q——管路中或大小柱塞腔的流量指的是單位時間內(nèi)通過過流斷面的體積，即體積流量，簡稱流量。

上式表明，在流量一定的情況下，大柱塞的運動速度與面積成反比，在柱塞面積一定的條件下，與流量成正比。只要連續(xù)改變（手動）泵的流量，便可連續(xù)的改變提升缸活塞速度。

3．能量守恒定律(Conservationofenergy)在圖1-1的液壓千斤頂工作過程中，如果不計摩擦損失等因素小柱塞做功

(1-6)大柱塞做功

(1-7)由上可知：，即液壓傳動符合能量守恒定律。如果以功率形式表示而有

(1-8)三、液壓系統(tǒng)的組成部分及作用由若干液壓元件和管路組成以完成一定動作的整體稱液壓系統(tǒng)。如果液壓系統(tǒng)中含有伺服控制元件（如伺服閥和伺服變量泵）則稱液壓伺服（控制）系統(tǒng)(Hydrauliccontrol(servo)system)。如果不使用或明確說明使用了伺服控制元件，則稱液壓傳動系統(tǒng)。本書中的液壓系統(tǒng)，即液壓傳動系統(tǒng)(FluidPowerSystems)

液壓系統(tǒng)傳動能不一，形式各異，無論是簡單的液壓千斤頂，還是其他復(fù)雜的液壓系統(tǒng)，但其組成都包括如下部分（見圖1－2）：

（1）動力元件(PowerDevice)

動力元件又稱液壓泵(HydraulicsPump)，其作用是利用密封的容積變化，將原動機(如內(nèi)燃機，電機)的輸入機械能轉(zhuǎn)變?yōu)楣ぷ饕后w的壓力能（即液壓能），是液壓系統(tǒng)的能源(動力)裝置。（2）執(zhí)行元件(Actuator)

將液壓能轉(zhuǎn)換稱機械能的裝置稱為執(zhí)行元件。這是與液壓泵作用相反的能量轉(zhuǎn)換裝置，是液壓缸(Hydrauliccylinders)和液壓馬達(dá)(Hydraulicmotor)的總稱。前者是將液壓能轉(zhuǎn)成往復(fù)直線運動的執(zhí)行元件，它輸出力和速度;后者是將液壓能轉(zhuǎn)換成連續(xù)旋轉(zhuǎn)運動的執(zhí)行元件，它輸出扭矩和轉(zhuǎn)速。擺動液壓馬達(dá)（習(xí)慣稱擺動液壓缸）不可連續(xù)回轉(zhuǎn)，只能往復(fù)擺動（擺動角小于360度）。（3）控制元件(ControlDevice)

液壓系統(tǒng)中控制液體壓力、流量和流動方向的元件，總稱為控制元件，通常稱為液壓控制閥或閥，簡稱液壓閥、控制閥或閥。

（4）輔助元件(AdditiveDevice)

輔助元件包括油箱、管道、管接頭、濾油器、蓄能器、加熱器、冷卻器等。它們雖然稱為輔助元件，但在液壓系統(tǒng)中是必不可少的。它們的功能是多方面的，各不相同。

（5）工作介質(zhì)(WorkingMedium)

液壓系統(tǒng)中工作介質(zhì)為液體，通常是液壓油，它是能量的載體，也是液壓傳動系統(tǒng)最本質(zhì)的一個組成部分。系統(tǒng)沒有工作介質(zhì)也就不成其為傳動系統(tǒng)，其重要性不言而喻。四液壓傳動系統(tǒng)的圖示方法1.裝配結(jié)構(gòu)圖：用于設(shè)計、制造場合2.結(jié)構(gòu)原理圖：用于原理性解釋3.職能符號圖：表述液壓元件功能的符號，不表示具體結(jié)構(gòu)及其參數(shù)和安裝位置。它是工程技術(shù)的語言。詳見P327的附錄2某壓系統(tǒng)的構(gòu)成元件如圖1－3所示

一．

液壓傳動的主要優(yōu)點1．可方便地實現(xiàn)大范圍內(nèi)的無極調(diào)速。調(diào)速范圍可達(dá)1000：1；調(diào)速功能不受功率大小的限制。這是機械傳動和電傳動都難以做到的。2．與電傳動相比，液壓傳動具有重量輕、體積小、慣性小、響應(yīng)快等突出優(yōu)點。統(tǒng)計表明，液壓馬達(dá)的力矩與轉(zhuǎn)動慣量比(驅(qū)動力矩與轉(zhuǎn)動慣量之比)約為電機的10倍，故加速性能好。液壓馬達(dá)的這種特點對伺服控制系統(tǒng)有重大意義，它可以提高系統(tǒng)的動態(tài)性能，使增益提高，頻帶變寬。3．液壓傳動均勻平穩(wěn)，負(fù)載變化時速度較穩(wěn)定；并且具有良好的低速穩(wěn)定性。液壓馬達(dá)最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速可小于1rpm。這是任何電機都難以做到的。第二節(jié)液壓傳動的特點及應(yīng)用

4．

借助于各種控制閥，可實現(xiàn)過載自動保護(hù)，也易于實現(xiàn)其他自動控制，或機器運行自動化。5．由于液壓元件時用管道連接的，故執(zhí)行元件與液壓泵相距較遠(yuǎn)；液壓元件并可根據(jù)設(shè)備要求與環(huán)境的可能靈活安裝，適應(yīng)性強。6．液壓系統(tǒng)通常以液壓油作為工作介質(zhì)，具有良好的潤滑條件，可延長元件使用壽命。7.液壓元件易于標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化，便于設(shè)計、制造和推廣應(yīng)用。二、液壓傳動的主要缺點

1．

效率較低。在液壓系統(tǒng)的動力傳遞過程中，能量經(jīng)過兩次變換，存在著機械能和液壓能損失，故效率較低，一般為75%～80%左右。2．

泄漏問題。液壓系統(tǒng)的泄漏是不可避免的，泄漏不僅使系統(tǒng)效率降低、影響傳動的平穩(wěn)性及正確性，而且污染環(huán)境、導(dǎo)致火災(zāi)事故。3．

對污染敏感。污染的工作介質(zhì)對液壓元件危害極大：磨損加劇，性能變壞，壽命縮短，甚至損壞。磨損又使污染加劇。據(jù)統(tǒng)計，液壓系統(tǒng)的70％以上的故障是多液壓油的污染引起的。保持工作介質(zhì)的清潔是極為重要的。4．

檢修困難。液壓系統(tǒng)一旦發(fā)生故障，判斷故障原因和部位都比較困難。因此要求操作和維修人員，應(yīng)有較高的技術(shù)水平，專業(yè)維修知識和判斷故障原因的能力。5．

對溫度敏感，液壓系統(tǒng)的性能和效率受溫度變化影響較大，一般不適于高溫或低溫環(huán)境工作。6．

液壓元件加工精度要求較高；一般情況下，液壓系統(tǒng)要有獨立的能源，因而產(chǎn)品成本較高。盡管液壓傳動有這些缺點，但優(yōu)點畢竟占主導(dǎo)地位，并且某些缺點已在不同程度上得到克服，這是也液壓傳動技術(shù)迅速發(fā)展和應(yīng)用日益廣泛的原因。三、液壓傳動的應(yīng)用

由于液壓傳動和控制技術(shù)具有獨特的優(yōu)點，從一般傳動到精度很高的控制系統(tǒng)，都得到了廣泛地應(yīng)用。在國防工業(yè)中，很多武器裝配都采用了液壓技術(shù)，如飛機操航裝置、起落架和發(fā)動機自動調(diào)速裝置，火炮隨動系統(tǒng)，雷達(dá)掃描系統(tǒng)，軍航炮塔瞄準(zhǔn)系統(tǒng)等。機床工業(yè)是應(yīng)用液壓技術(shù)最早的行業(yè)，目前機床傳動系統(tǒng)有85％都采用了液壓傳動等。在工程機械中，如挖掘機、輪船轉(zhuǎn)載機、汽車起重機普遍采用了液壓技術(shù)。在汽車工業(yè)中，液壓越野汽車、液壓自卸汽車、消防車等均采用了液壓技術(shù)。在冶金工業(yè)中，電爐自動控制系統(tǒng)，軋鋼機的控制系統(tǒng)，都采用了液壓技術(shù)。在船舶工業(yè)的液壓控泥船、水翼船中，液壓技術(shù)的應(yīng)用也很普遍。在輕紡化工和食品行業(yè)也采用了液壓技術(shù)。近幾年來，在太陽能跟蹤系統(tǒng)、海浪模擬裝置、船舶駕駛模擬系統(tǒng)、地震模擬裝置、宇航環(huán)境模擬系統(tǒng)，核電站防震系統(tǒng)等高技術(shù)領(lǐng)域，也采用了液壓技術(shù)?？傊?，一切工程領(lǐng)域，凡是有機械設(shè)備的場合，均可采用液壓技術(shù)。在大功率和自動控制的場合，尤其需要采用液壓技術(shù)，液壓技術(shù)的應(yīng)用有其光明前景。一、液壓技術(shù)發(fā)展簡述

液壓技術(shù)源于古老的水力學(xué)，它的發(fā)展與流體力學(xué)的研究成果、工程材料、液壓介質(zhì)等相關(guān)學(xué)科的發(fā)展緊密相聯(lián)系。液壓技術(shù)的迅速發(fā)展是在20世紀(jì)中葉前后。目前已成為比較成熟的基礎(chǔ)學(xué)科。

第三節(jié)液壓技術(shù)發(fā)展簡況及趨勢

二、液壓技術(shù)的發(fā)展趨勢

當(dāng)前液壓技術(shù)的發(fā)展主要集中在以下幾個方面：1．發(fā)展集成、交合、小型化和輕量化液壓元件。隨著液壓系統(tǒng)復(fù)雜化程度的提高，要求液壓元件具有高可靠性，減少配管，節(jié)省安裝空間、易維修等特點，必須發(fā)展上述類型的液壓元件。繼集成塊式、疊加閥式、插裝閥式之后，近幾年又出現(xiàn)了將控制元件附加在動力元件上的一體化復(fù)合液壓裝置。2．發(fā)展高性能的液壓控制元件。適應(yīng)機電一體化主機發(fā)展的需要。如開發(fā)低控功率閥門、研制適應(yīng)野外條件的電液比例閥、高響應(yīng)頻率的電液伺服閥、低成本比例閥及不需要A/D和D/A轉(zhuǎn)換、可直接與計算機接口的數(shù)字閥。3．以環(huán)境保護(hù)、安全和滿足可持續(xù)發(fā)展為目標(biāo)的綠色開發(fā)研究。如無污染的純水液壓技術(shù)及相關(guān)新材料，新工藝的開發(fā)和應(yīng)用研究，降低元件和系統(tǒng)的噪聲，減少泄漏和提高密封性能的應(yīng)用研究。4．提高元件和系統(tǒng)的可靠性。提高可靠性是一項系統(tǒng)工程，除科學(xué)設(shè)計，先進(jìn)的材料及完善的工藝外，還應(yīng)注意應(yīng)用和維護(hù)的可靠性，系統(tǒng)的狀況監(jiān)測，故障診斷，降低元件對污染的敏感性。加強污染控制與新型工程材料的應(yīng)用研究，對提高元件和系統(tǒng)的可靠性有重要意義。5．以提高效率、降低能耗為目標(biāo)的系統(tǒng)匹配設(shè)計理論、方法和計算機對液壓系統(tǒng)進(jìn)行自動適應(yīng)控制手段研究。6．技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化研究、設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)化、產(chǎn)品的規(guī)范化不但方便用戶，也是行業(yè)發(fā)展所必需的。技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化的水平是行業(yè)技