液壓傳動

牛毅

摘要：隨著科學技術的發(fā)展，液壓傳動技術與裝備的發(fā)展得到了高度重視，取得了相當大的進步。液壓傳動，這種技術是以利用液壓油為傳動介質，利用動力元件、執(zhí)行元件、控制元件和輔助元件組成所需的基本回路，再由若干回路，組成能完成一定控制功能的傳動系統(tǒng)，這樣可以完成能量的傳遞與轉換。液壓傳動較傳統(tǒng)的機械傳動相比，省時省力，符合現代社會的發(fā)展需求。

關鍵字：液壓傳動；液壓油；液壓缸；液壓泵；輔助元件

中國液壓工業(yè)從規(guī)模和數量方面已躋身大國行列；但同時必須看到，高端產品一直被國外公司所壟斷，造成主機行業(yè)在重要基礎部件方面受制于人，這成了中國液壓工業(yè)領域的錐心之痛。什么是液壓傳動呢？對于初學者來說會有所疑惑，那我們來想一下，液壓傳動，四個字分開即“液壓”和“傳動”；與之相比，有傳統(tǒng)的、最熟知的機械傳動，還有電力傳動及流體傳動，那液壓傳動屬于哪一類呢？液壓傳動即為流體傳動，看以下分類：

液壓相比于機械傳動或者電氣傳動來講，最大的優(yōu)勢就是它的能量密度大。它能用一個比較小的系統(tǒng)控制一個比較重型的設備。比如泵車、起重機這些大型工程設備都是液壓驅動。其他的控制精度、響應速度、無極變速什么的，和電氣系統(tǒng)比起來都是弱項。液壓傳動能夠根據現實空間很容易地傳遞動力，而機械傳遞雖然簡單，但受材料成本和現實空間的限制，在很多狹小的空間是無法完成這些任務的，其中包括拆裝和維修保養(yǎng)工作。

液壓技術從1795年英國的第一臺水壓機至今，已有200多年的歷史，滲透到很多領域，不斷在民用工業(yè)、在機床、工程機械、冶金機械、塑料機械、農林機械、汽車、船舶等行業(yè)得到大幅度的應用和發(fā)展，我國液壓行業(yè)發(fā)展將進入一個新的階段。國內液壓件行業(yè)目前的處境我認為是“黎明前的黑暗”，現在處于其發(fā)展最關鍵的時期。液壓件企業(yè)經過近幾年的發(fā)展技術進步明顯，成效顯著，并逐步為部分主機制造商實現了配套，但是遠沒有廣泛被國內主機制造商所接受。

液壓傳動介質液壓油的物理性質可壓縮性，用系數 ，β系數為正值，因為壓力P與體積V的變化相反；它的粘性與壓力和溫度有關，壓力越大，粘性越大；溫度越高，粘性降低；只有運動的液體才具有粘性，那么，液體靜力學就不存在粘性，即研究液體在外力作用下處于靜止狀態(tài)時的力學規(guī)律及其應用。靜力學方程p=p0+ρgh，如下圖1所示，靜止液體壓力分布規(guī)律圖，由公式推理可得：靜止液體內任一點的壓力由兩部分組成；靜止液體內的壓力隨液體深度呈線性規(guī)律遞增，PA

在生活中常見液壓泵，那么液壓泵是什么呢？即液壓泵為動力元件，是一種能量轉換裝置，它可將原動機輸入的機械能轉換為工作液體的壓力能，所以它是液壓系統(tǒng)的重要組成部分。主要分有葉片泵、齒輪泵和柱塞泵。根據自己的使用要求，選擇合適的液壓泵；液壓泵的工作壓力是指液壓泵在工作時建立起來的壓力，以千斤頂為例，輸出的油液進入液壓系統(tǒng)，輸入到工作油缸，油缸頂起重物時克服阻力：重物負載所造成的阻力，管道的摩擦阻力，兩種阻力都屬于負載，使系統(tǒng)的液壓油壓力逐漸升高并建立起壓力，直至升高到能克服阻力，于是重物被頂起。所以液壓泵工作壓力取決于負載；由于液壓泵內部油液的泄漏、壓縮和吸油過程中油阻大以及粘度大等原因，在能量轉換過程中存在大量損失，在使用時需要在最大限度內減少能量損失，提高使用效率。

那么液壓缸及液壓馬達是執(zhí)行元件，也是一種能量轉換裝置，可將液壓能轉換為機械能。液壓缸主要用于實現直線的往復運動或擺動，輸出力、速度或者角速度，液壓缸結構簡單、工作可靠，應用廣泛；而液壓馬達主要用于實現連續(xù)回轉運動，輸出轉矩或者轉速。液壓缸的類型較多，按其作用方式分類，可分為單作用式和雙作用式兩大類；單作用式液壓缸在液壓力作用下只能朝著—個方向運動，其反向運動需要依靠重力或彈簧等外力實現；雙作用式液壓缸依靠液壓力可實現正、反兩個方向的運動；液壓缸按其結構形式的不同，可分為活塞式、柱塞式，擺動式、伸縮式等形式，其中以活塞式液壓缸應用最多。

各種閥為液壓控制元件；各類液壓閥形式功能各異，但在結構上有共性，所有閥由閥體、閥芯和驅動閥芯的元部件等組成；在工作原理上，所有閥的閥口大小、進出口的壓差以及通過閥的流量之間的關系都符合孔口流量公式，近視各種閥控制參數不同而已；在液壓控制閥簡稱液壓閥，液壓閥是用來控制液壓系統(tǒng)中油液的流動方向、壓力和流量的液壓元件。液壓控制閥的基本原理概括的說是利用某種作用力和彈簧力相平衡的原理工作的，這種作用力可以是油液壓力產生的液壓力或其他外力。液壓控制閥本身是消耗能量的控制元件。

液壓系統(tǒng)的輔助裝置主要包括蓄能器、過濾器、油箱、熱交換器、管件等，液壓輔助元件對系統(tǒng)的動態(tài)性能、工作穩(wěn)定性、工作壽命、噪聲和溫升等都有直接影響，必須予以重視。其中油箱一般根據系統(tǒng)要求自行設計，其他輔助裝置制成標準件。油箱按其液面是否與大氣相通可分為開式油箱和壓力式油箱兩種；開式油箱應用普遍，油箱內液面直接與大氣相通。油箱液面壓力為大氣壓；壓力式油箱完全封閉，由空壓機向氣罐充氣，再由充氣罐經濾清、干燥、減壓后進入油箱使液面壓力高于大氣壓，從而改善了泵的吸油性能、減少了氣蝕和噪聲。

由以上所述的傳動介質液壓油、動力元件液壓泵、執(zhí)行元件液壓缸、控制元件及輔助元件所構成的典型的液壓傳動系統(tǒng)，能完成最基本的能量傳遞功能，如下圖2所示磨床的液壓傳動系統(tǒng)圖所示，由其中的控制閥--換向閥控制工作臺左右移動。

工作臺向右直線運動：電動機帶動液壓泵3工作，從油箱l中吸入液壓油，經過過濾器2進入油管，走節(jié)流閥4進入換向閥6，當換向閥的手柄7向右推時，閥芯向右移，使油液進入液壓缸8的左腔，推動活塞9向右移動，同時帶動工作臺10向右直線運動。

工作臺向左直線運動：工作臺運動方向需要變化時，向左拉手柄7，換向閥6的閥芯相對于閥體位置改變，油液通道發(fā)生變化，于是液壓泵3從油箱1中吸入的液壓油，經進油路進入液壓缸8的右腔，推動活塞9向左移動，帶動工作臺10向左直線運動。

工作臺處于停止狀態(tài)：當換向閥6閥芯相對于閥體處于中位時，如圖2所示位置，這時由液壓泵3輸出的壓力油經溢流閥5，沿回油管直接流回油箱1。

1—油箱 2—過濾器 3—液壓泵 4—節(jié)流閥 5—溢流閥 6—換向閥 7—手柄 8—液壓缸 9—活塞 10—工作臺 P、A、B、T—各油口

由上圖液壓傳動系統(tǒng)圖可知，四大元件必不可少，否則就不能實現磨床的工作臺移動的功能；其中需要指出，圖中有油箱的圖標有三個，多數人會認為整個系統(tǒng)里存在三個油箱，而事實上只有一個油箱，只是為了畫圖方便，一目了然，在每個油路出口處接一個油箱回油；此圖中液壓泵的出口處連接有溢流閥，溢流閥是用來控制液壓系統(tǒng)壓力基本恒定，確切地說是在開啟工作時控制閥進口壓力恒定，實現定壓溢流或安全保護等作用。在液壓系統(tǒng)中可作溢流閥、安全閥、背壓閥、卸何閥和遠程調壓閥使用。常用的溢流閥有直動式和先導式兩種。那么此處的溢流閥起到保壓作用，在液壓泵供油量大的情況下，可以打開溢流閥泄壓，而不會因系統(tǒng)壓力升高而導致系統(tǒng)崩潰；在作此圖時，還要切記三位四通手動換向閥，各個油口不可連接錯位，圖中換向閥所處的位置為中位機能O型，四個油口封閉，雖然換向精度高，但有沖擊，缸被鎖緊，泵不卸荷，并聯缸可運動；與此相反的中位機能為H型，四個油口相通，換向平穩(wěn)，但沖擊量大，缸浮動，泵卸荷，其他缸不能與其并聯使用；所以，在實際應用時要根據情況選擇合適的中位機能，完成工作需要。

液壓傳動系統(tǒng)在實際生活中應用廣泛，航天航空工業(yè)、醫(yī)療機械、農業(yè)發(fā)展均離不開液壓傳動，我們最熟悉的有千斤頂、挖掘機、壓路機等，體積小，重量輕、慣性力小、動作靈敏，即只需要用較小的力就可以完成較大的工程，省時省力，符合現代社會的高速發(fā)展要求，那么，這就需要我們不斷的努力，使我國的液壓系統(tǒng)揚長避短，精益求精！

參考文獻

[1]袁廣.液壓與氣壓傳動技術.北京：北京大學出版社.1997.

[2]左健民.液壓與氣壓傳動.北京：機械工業(yè)出版社.2005.

[3]李壯云，液壓元件與系統(tǒng).機械工業(yè)出版社.1999.

[4]路甬祥.液壓氣動手冊.機械工業(yè)出版社.2004.

[5]張利平.液壓控制系統(tǒng)及設計.北京：化學工業(yè)出版社.2006.