簡論液壓傳動中的“力”

馬勇

摘 要：在現實生活中，人們會經常用到傳動，傳動主要有機械傳動、電氣傳動、液壓傳動、氣壓傳動等。而液壓傳動是應用最廣泛的一種傳動，它主要是通過“力”來完成工作的。當今，采用液壓傳動的應用程度已經成為衡量一個國家工業水平高低的重要標志之一。

關鍵詞：液壓傳動 負載 機械基礎 回轉運動

中圖分類號：THl37 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）06（b）-0104-02

現代工業中的傳動主要有機械傳動、電氣傳動、液壓傳動、氣壓傳動4種不同的傳動方式。機械傳動主要是利用機械方式傳遞動力和運動的傳動。電氣傳動是通過控制電動機來傳動的方式，用電動機把電能轉換成機械能，去帶動各種類型的生產機械、交通車輛以及生活中需要運動的物品。液壓傳動是用液體作為工作介質來傳遞能量和進行控制的傳動方式。氣壓傳動以壓縮氣體為工作介質，靠氣體的壓力傳遞動力或信息的流體傳動。

在現實生活中，人們經常會用到液壓傳動，相比于其他3種傳動，它更加常見，易于操作，成本低而作用明顯。比如在重型機械中大部分都是利用到了傳動中的液壓傳動。液壓傳動在工業上被廣泛采用和大幅度的發展是在20世紀中期以后，隨著全球原子能技術、空間技術、電子技術等方面的飛速發展，液壓技術也開始向更廣闊的領域滲透、發展，成為包括傳動、控制和檢測等在內的一門完整的自動化技術。如今，采用液壓傳動的應用程度已成為衡量一個國家工業水平高低的重要標志之一。

液壓傳動有許多突出的優點，因此它的應用非常廣泛，如一般工業用的塑料加工機械、壓力機械、機床等；行走機械中的工程機械、建筑機械、農業機械、汽車等；鋼鐵工業用的冶金機械、提升裝置、軋輥調整裝置等；土木水利工程用的防洪閘門及堤壩裝置、河床升降裝置、橋梁操縱機構等；發電廠渦輪機調速裝置、核發電廠等等；船舶用的甲板起重機械（絞車）、船頭門、艙壁閥、船尾推進器等；特殊技術用的巨型天線控制裝置、測量浮標、升降旋轉舞臺等；軍事工業用的火炮操縱裝置、船舶減搖裝置、飛行器仿真、飛機起落架的收放裝置和方向舵控制裝置等。

液壓傳動是根據17世紀帕斯卡提出的液體靜壓力傳動原理而發展起來的一門新興技術，是工農業生產中廣為應用的一門技術。它主要是通過液壓系統利用液壓泵將原動機的機械能轉換為液體的壓力能，通過液體壓力能的變化來傳遞能量，經過各種控制閥和管路的傳遞，借助于液壓執行元件（液壓缸或馬達）把液體壓力能轉換為機械能，從而驅動工作機構，實現直線往復運動和回轉運動。

在現代機床上主要采用液壓傳動是利用其無級變速方便，運動平穩，易于實現自動化控制，易于實現頻繁換向等優點；工程機械、壓力機械主要是利用液壓傳動結構簡單，輸出功率大的特點；航空工業主要是利用其體積小、質量輕，動態性能好，有良好的操縱控制性能的特點。

機械基礎這門課主要講述的是機械傳動和液壓傳動，機械傳動比較直觀，易懂。例如，齒輪傳動，力和運動從一根軸通過嚙合的齒輪傳到另一根軸上；而液壓傳動則是通過液體的壓力能來傳遞動力，通過密封容積的變化來傳遞運動，工作介質油液在封閉的管道內流動，摸不著、看不見，直觀性差，較難理解。而在液壓傳動中，力和運動的產生更是學生難以理解的，本身職業院校的學生文化基礎知識就比較欠缺，憑感覺認為運動就必須有力，只有力才會產生運動，殊不知，力只改變物體的運動狀態，有力未必就能產生運動，只有克服外界負載才會產生運動，假如當外界負載不存在時，要產生運動就不需要力。

液壓傳動又稱靜液傳動，這個“靜”指的是平衡，也就是工作介質油液處于平衡狀態，即靜止或勻速直線運動兩種狀態，這種狀態下外力是為零的。壓力取決于負載這一特性。對初學者來說，很難理解透負載和壓力的“主從”關系。事實上，從廣義上講，一切阻礙油液流動的阻力都是負載；有油液流動與管路摩擦及油液分子碰撞產生的摩擦負載和油液克服外界施加于系統阻礙液壓元件運動阻力的外負載。相對而言，外負載才是系統對外做功，外負載越大，要克服它，需要的油液產生的壓力就越大，當油液產生的壓力和外負載達到平衡，再克服摩擦負載，液壓元件就能運動，如果不考慮摩擦負載，那么油液產生的壓力只來源于外負載，如果壓力不足以克服外負載，那么油液即使有壓力，液壓元件也不能運動，也就是有力但沒有產生運動；如果液壓系統阻礙其運動的外負載為零，那么沒有油液壓力但流入密封容積的油液使容積發生變化而產生了運動，但此時油液壓力為零或接近于零。這就是負載為主，壓力為從的“主從”關系，即所謂的“皮之不存，毛將焉附”。

在理清負載和壓力的主從關系后，接下來談一下液壓系統中壓力產生時工作介質油液所處的狀態，油液內部受外界負載作用產生，此時，油液處于被擠壓狀態，即“前阻后推”的狀態，在密封的前后的作用下才會產生壓力，只有“前阻”，沒有“后推”，或者只有“后推”，沒有“前阻”，液壓系統中就不會有外負載作用于油液上，油液內部就不會產生壓力，沒有壓力，油液就沒有壓力能，就不能產生力和轉矩，對外就不會做功。而運動是密封容積的變化引起的，運動的速度取決于進入密封容積內油液流量的多少，與流入密封容器內的油液的壓力無關。

參考文獻

[1] 鞏冰，朱麗娟，游江.海洋潮流能發電系統的控制技術研究[J].電測與儀表，2010（8）：36-40.

[2] 張大海，李偉，林勇剛，等.基于AMESim的海流能發電裝置液壓傳動系統的建模與仿真[J].太陽能學報，2010（2）：222-227.

[3] 張大海，李偉，林勇剛，等.基于液壓傳動的海流能蓄能穩壓發電系統仿真[J].電力系統自動化，2009（7）：70-74.

[4] 楊華勇，歐陽小平，徐兵.液壓變壓器的發展現狀[J].機械工程學報，2003（5）：1-5.