液壓傳動(dòng)

牛毅

摘要：隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，液壓傳動(dòng)技術(shù)與裝備的發(fā)展得到了高度重視，取得了相當(dāng)大的進(jìn)步。液壓傳動(dòng)，這種技術(shù)是以利用液壓油為傳動(dòng)介質(zhì)，利用動(dòng)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(dòng)系統(tǒng)，這樣可以完成能量的傳遞與轉(zhuǎn)換。液壓傳動(dòng)較傳統(tǒng)的機(jī)械傳動(dòng)相比，省時(shí)省力，符合現(xiàn)代社會(huì)的發(fā)展需求。

關(guān)鍵字：液壓傳動(dòng)；液壓油；液壓缸；液壓泵；輔助元件

中國(guó)液壓工業(yè)從規(guī)模和數(shù)量方面已躋身大國(guó)行列；但同時(shí)必須看到，高端產(chǎn)品一直被國(guó)外公司所壟斷，造成主機(jī)行業(yè)在重要基礎(chǔ)部件方面受制于人，這成了中國(guó)液壓工業(yè)領(lǐng)域的錐心之痛。什么是液壓傳動(dòng)呢？對(duì)于初學(xué)者來(lái)說(shuō)會(huì)有所疑惑，那我們來(lái)想一下，液壓傳動(dòng)，四個(gè)字分開(kāi)即“液壓”和“傳動(dòng)”；與之相比，有傳統(tǒng)的、最熟知的機(jī)械傳動(dòng)，還有電力傳動(dòng)及流體傳動(dòng)，那液壓傳動(dòng)屬于哪一類呢？液壓傳動(dòng)即為流體傳動(dòng)，看以下分類：

液壓相比于機(jī)械傳動(dòng)或者電氣傳動(dòng)來(lái)講，最大的優(yōu)勢(shì)就是它的能量密度大。它能用一個(gè)比較小的系統(tǒng)控制一個(gè)比較重型的設(shè)備。比如泵車、起重機(jī)這些大型工程設(shè)備都是液壓驅(qū)動(dòng)。其他的控制精度、響應(yīng)速度、無(wú)極變速什么的，和電氣系統(tǒng)比起來(lái)都是弱項(xiàng)。液壓傳動(dòng)能夠根據(jù)現(xiàn)實(shí)空間很容易地傳遞動(dòng)力，而機(jī)械傳遞雖然簡(jiǎn)單，但受材料成本和現(xiàn)實(shí)空間的限制，在很多狹小的空間是無(wú)法完成這些任務(wù)的，其中包括拆裝和維修保養(yǎng)工作。

液壓技術(shù)從1795年英國(guó)的第一臺(tái)水壓機(jī)至今，已有200多年的歷史，滲透到很多領(lǐng)域，不斷在民用工業(yè)、在機(jī)床、工程機(jī)械、冶金機(jī)械、塑料機(jī)械、農(nóng)林機(jī)械、汽車、船舶等行業(yè)得到大幅度的應(yīng)用和發(fā)展，我國(guó)液壓行業(yè)發(fā)展將進(jìn)入一個(gè)新的階段。國(guó)內(nèi)液壓件行業(yè)目前的處境我認(rèn)為是“黎明前的黑暗”，現(xiàn)在處于其發(fā)展最關(guān)鍵的時(shí)期。液壓件企業(yè)經(jīng)過(guò)近幾年的發(fā)展技術(shù)進(jìn)步明顯，成效顯著，并逐步為部分主機(jī)制造商實(shí)現(xiàn)了配套，但是遠(yuǎn)沒(méi)有廣泛被國(guó)內(nèi)主機(jī)制造商所接受。

液壓傳動(dòng)介質(zhì)液壓油的物理性質(zhì)可壓縮性，用系數(shù) ，β系數(shù)為正值，因?yàn)閴毫與體積V的變化相反；它的粘性與壓力和溫度有關(guān)，壓力越大，粘性越大；溫度越高，粘性降低；只有運(yùn)動(dòng)的液體才具有粘性，那么，液體靜力學(xué)就不存在粘性，即研究液體在外力作用下處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)的力學(xué)規(guī)律及其應(yīng)用。靜力學(xué)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(nèi)任一點(diǎn)的壓力由兩部分組成；靜止液體內(nèi)的壓力隨液體深度呈線性規(guī)律遞增，PA

在生活中常見(jiàn)液壓泵，那么液壓泵是什么呢？即液壓泵為動(dòng)力元件，是一種能量轉(zhuǎn)換裝置，它可將原動(dòng)機(jī)輸入的機(jī)械能轉(zhuǎn)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(jù)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(shí)建立起來(lái)的壓力，以千斤頂為例，輸出的油液進(jìn)入液壓系統(tǒng)，輸入到工作油缸，油缸頂起重物時(shí)克服阻力：重物負(fù)載所造成的阻力，管道的摩擦阻力，兩種阻力都屬于負(fù)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(fù)載；由于液壓泵內(nèi)部油液的泄漏、壓縮和吸油過(guò)程中油阻大以及粘度大等原因，在能量轉(zhuǎn)換過(guò)程中存在大量損失，在使用時(shí)需要在最大限度內(nèi)減少能量損失，提高使用效率。

那么液壓缸及液壓馬達(dá)是執(zhí)行元件，也是一種能量轉(zhuǎn)換裝置，可將液壓能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能。液壓缸主要用于實(shí)現(xiàn)直線的往復(fù)運(yùn)動(dòng)或擺動(dòng)，輸出力、速度或者角速度，液壓缸結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠，應(yīng)用廣泛；而液壓馬達(dá)主要用于實(shí)現(xiàn)連續(xù)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，輸出轉(zhuǎn)矩或者轉(zhuǎn)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(gè)方向運(yùn)動(dòng)，其反向運(yùn)動(dòng)需要依靠重力或彈簧等外力實(shí)現(xiàn)；雙作用式液壓缸依靠液壓力可實(shí)現(xiàn)正、反兩個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)；液壓缸按其結(jié)構(gòu)形式的不同，可分為活塞式、柱塞式，擺動(dòng)式、伸縮式等形式，其中以活塞式液壓缸應(yīng)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(jié)構(gòu)上有共性，所有閥由閥體、閥芯和驅(qū)動(dòng)閥芯的元部件等組成；在工作原理上，所有閥的閥口大小、進(jìn)出口的壓差以及通過(guò)閥的流量之間的關(guān)系都符合孔口流量公式，近視各種閥控制參數(shù)不同而已；在液壓控制閥簡(jiǎn)稱液壓閥，液壓閥是用來(lái)控制液壓系統(tǒng)中油液的流動(dòng)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(shuō)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(chǎn)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(guò)濾器、油箱、熱交換器、管件等，液壓輔助元件對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)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(jù)系統(tǒng)要求自行設(shè)計(jì)，其他輔助裝置制成標(biāo)準(zhǔn)件。油箱按其液面是否與大氣相通可分為開(kāi)式油箱和壓力式油箱兩種；開(kāi)式油箱應(yīng)用普遍，油箱內(nèi)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(jī)向氣罐充氣，再由充氣罐經(jīng)濾清、干燥、減壓后進(jìn)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(dòng)介質(zhì)液壓油、動(dòng)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(gòu)成的典型的液壓傳動(dòng)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(dòng)系統(tǒng)圖所示，由其中的控制閥--換向閥控制工作臺(tái)左右移動(dòng)。

工作臺(tái)向右直線運(yùn)動(dòng)：電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)液壓泵3工作，從油箱l中吸入液壓油，經(jīng)過(guò)過(guò)濾器2進(jìn)入油管，走節(jié)流閥4進(jìn)入換向閥6，當(dāng)換向閥的手柄7向右推時(shí)，閥芯向右移，使油液進(jìn)入液壓缸8的左腔，推動(dòng)活塞9向右移動(dòng)，同時(shí)帶動(dòng)工作臺(tái)10向右直線運(yùn)動(dòng)。

工作臺(tái)向左直線運(yùn)動(dòng)：工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)方向需要變化時(shí)，向左拉手柄7，換向閥6的閥芯相對(duì)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(jīng)進(jìn)油路進(jìn)入液壓缸8的右腔，推動(dòng)活塞9向左移動(dòng)，帶動(dòng)工作臺(tái)10向左直線運(yùn)動(dòng)。

工作臺(tái)處于停止?fàn)顟B(tài)：當(dāng)換向閥6閥芯相對(duì)于閥體處于中位時(shí)，如圖2所示位置，這時(shí)由液壓泵3輸出的壓力油經(jīng)溢流閥5，沿回油管直接流回油箱1。

1—油箱 2—過(guò)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(tái) P、A、B、T—各油口

由上圖液壓傳動(dòng)系統(tǒng)圖可知，四大元件必不可少，否則就不能實(shí)現(xiàn)磨床的工作臺(tái)移動(dòng)的功能；其中需要指出，圖中有油箱的圖標(biāo)有三個(gè)，多數(shù)人會(huì)認(rèn)為整個(gè)系統(tǒng)里存在三個(gè)油箱，而事實(shí)上只有一個(gè)油箱，只是為了畫圖方便，一目了然，在每個(gè)油路出口處接一個(gè)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(lái)控制液壓系統(tǒng)壓力基本恒定，確切地說(shuō)是在開(kāi)啟工作時(shí)控制閥進(jìn)口壓力恒定，實(shí)現(xiàn)定壓溢流或安全保護(hù)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(yuǎn)程調(diào)壓閥使用。常用的溢流閥有直動(dòng)式和先導(dǎo)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(kāi)溢流閥泄壓，而不會(huì)因系統(tǒng)壓力升高而導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰；在作此圖時(shí)，還要切記三位四通手動(dòng)換向閥，各個(gè)油口不可連接錯(cuò)位，圖中換向閥所處的位置為中位機(jī)能O型，四個(gè)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(lián)缸可運(yùn)動(dòng)；與此相反的中位機(jī)能為H型，四個(gè)油口相通，換向平穩(wěn)，但沖擊量大，缸浮動(dòng)，泵卸荷，其他缸不能與其并聯(lián)使用；所以，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)要根據(jù)情況選擇合適的中位機(jī)能，完成工作需要。

液壓傳動(dòng)系統(tǒng)在實(shí)際生活中應(yīng)用廣泛，航天航空工業(yè)、醫(yī)療機(jī)械、農(nóng)業(yè)發(fā)展均離不開(kāi)液壓傳動(dòng)，我們最熟悉的有千斤頂、挖掘機(jī)、壓路機(jī)等，體積小，重量輕、慣性力小、動(dòng)作靈敏，即只需要用較小的力就可以完成較大的工程，省時(shí)省力，符合現(xiàn)代社會(huì)的高速發(fā)展要求，那么，這就需要我們不斷的努力，使我國(guó)的液壓系統(tǒng)揚(yáng)長(zhǎng)避短，精益求精！

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