液压传动

牛毅

摘要：随着科学技术的发展，液压传动技术与装备的发展得到了高度重视，取得了相当大的进步。液压传动，这种技术是以利用液压油为传动介质，利用动力元件、执行元件、控制元件和辅助元件组成所需的基本回路，再由若干回路，组成能完成一定控制功能的传动系统，这样可以完成能量的传递与转换。液压传动较传统的机械传动相比，省时省力，符合现代社会的发展需求。

关键字：液压传动；液压油；液压缸；液压泵；辅助元件

中国液压工业从规模和数量方面已跻身大国行列；但同时必须看到，高端产品一直被国外公司所垄断，造成主机行业在重要基础部件方面受制于人，这成了中国液压工业领域的锥心之痛。什么是液压传动呢？对于初学者来说会有所疑惑，那我们来想一下，液压传动，四个字分开即“液压”和“传动”；与之相比，有传统的、最熟知的机械传动，还有电力传动及流体传动，那液压传动属于哪一类呢？液压传动即为流体传动，看以下分类：

液压相比于机械传动或者电气传动来讲，最大的优势就是它的能量密度大。它能用一个比较小的系统控制一个比较重型的设备。比如泵车、起重机这些大型工程设备都是液压驱动。其他的控制精度、响应速度、无极变速什么的，和电气系统比起来都是弱项。液压传动能够根据现实空间很容易地传递动力，而机械传递虽然简单，但受材料成本和现实空间的限制，在很多狭小的空间是无法完成这些任务的，其中包括拆装和维修保养工作。

液压技术从1795年英国的第一台水压机至今，已有200多年的历史，渗透到很多领域，不断在民用工业、在机床、工程机械、冶金机械、塑料机械、农林机械、汽车、船舶等行业得到大幅度的应用和发展，我国液压行业发展将进入一个新的阶段。国内液压件行业目前的处境我认为是“黎明前的黑暗”，现在处于其发展最关键的时期。液压件企业经过近几年的发展技术进步明显，成效显著，并逐步为部分主机制造商实现了配套，但是远没有广泛被国内主机制造商所接受。

液压传动介质液压油的物理性质可压缩性，用系数 ，β系数为正值，因为压力P与体积V的变化相反；它的粘性与压力和温度有关，压力越大，粘性越大；温度越高，粘性降低；只有运动的液体才具有粘性，那么，液体静力学就不存在粘性，即研究液体在外力作用下处于静止状态时的力学规律及其应用。静力学方程p=p0+ρgh，如下图1所示，静止液体压力分布规律图，由公式推理可得：静止液体内任一点的压力由两部分组成；静止液体内的压力随液体深度呈线性规律递增，PA

在生活中常见液压泵，那么液压泵是什么呢？即液压泵为动力元件，是一种能量转换装置，它可将原动机输入的机械能转换为工作液体的压力能，所以它是液压系统的重要组成部分。主要分有叶片泵、齿轮泵和柱塞泵。根据自己的使用要求，选择合适的液压泵；液压泵的工作压力是指液压泵在工作时建立起来的压力，以千斤顶为例，输出的油液进入液压系统，输入到工作油缸，油缸顶起重物时克服阻力：重物负载所造成的阻力，管道的摩擦阻力，两种阻力都属于负载，使系统的液压油压力逐渐升高并建立起压力，直至升高到能克服阻力，于是重物被顶起。所以液压泵工作压力取决于负载；由于液压泵内部油液的泄漏、压缩和吸油过程中油阻大以及粘度大等原因，在能量转换过程中存在大量损失，在使用时需要在最大限度内减少能量损失，提高使用效率。

那么液压缸及液压马达是执行元件，也是一种能量转换装置，可将液压能转换为机械能。液压缸主要用于实现直线的往复运动或摆动，输出力、速度或者角速度，液压缸结构简单、工作可靠，应用广泛；而液压马达主要用于实现连续回转运动，输出转矩或者转速。液压缸的类型较多，按其作用方式分类，可分为单作用式和双作用式两大类；单作用式液压缸在液压力作用下只能朝着—个方向运动，其反向运动需要依靠重力或弹簧等外力实现；双作用式液压缸依靠液压力可实现正、反两个方向的运动；液压缸按其结构形式的不同，可分为活塞式、柱塞式，摆动式、伸缩式等形式，其中以活塞式液压缸应用最多。

各种阀为液压控制元件；各类液压阀形式功能各异，但在结构上有共性，所有阀由阀体、阀芯和驱动阀芯的元部件等组成；在工作原理上，所有阀的阀口大小、进出口的压差以及通过阀的流量之间的关系都符合孔口流量公式，近视各种阀控制参数不同而已；在液压控制阀简称液压阀，液压阀是用来控制液压系统中油液的流动方向、压力和流量的液压元件。液压控制阀的基本原理概括的说是利用某种作用力和弹簧力相平衡的原理工作的，这种作用力可以是油液压力产生的液压力或其他外力。液压控制阀本身是消耗能量的控制元件。

液压系统的辅助装置主要包括蓄能器、过滤器、油箱、热交换器、管件等，液压辅助元件对系统的动态性能、工作稳定性、工作寿命、噪声和温升等都有直接影响，必须予以重视。其中油箱一般根据系统要求自行设计，其他辅助装置制成标准件。油箱按其液面是否与大气相通可分为开式油箱和压力式油箱两种；开式油箱应用普遍，油箱内液面直接与大气相通。油箱液面压力为大气压；压力式油箱完全封闭，由空压机向气罐充气，再由充气罐经滤清、干燥、减压后进入油箱使液面压力高于大气压，从而改善了泵的吸油性能、减少了气蚀和噪声。

由以上所述的传动介质液压油、动力元件液压泵、执行元件液压缸、控制元件及辅助元件所构成的典型的液压传动系统，能完成最基本的能量传递功能，如下图2所示磨床的液压传动系统图所示，由其中的控制阀--换向阀控制工作台左右移动。

工作台向右直线运动：电动机带动液压泵3工作，从油箱l中吸入液压油，经过过滤器2进入油管，走节流阀4进入换向阀6，当换向阀的手柄7向右推时，阀芯向右移，使油液进入液压缸8的左腔，推动活塞9向右移动，同时带动工作台10向右直线运动。

工作台向左直线运动：工作台运动方向需要变化时，向左拉手柄7，换向阀6的阀芯相对于阀体位置改变，油液通道发生变化，于是液压泵3从油箱1中吸入的液压油，经进油路进入液压缸8的右腔，推动活塞9向左移动，带动工作台10向左直线运动。

工作台处于停止状态：当换向阀6阀芯相对于阀体处于中位时，如图2所示位置，这时由液压泵3输出的压力油经溢流阀5，沿回油管直接流回油箱1。

1—油箱 2—过滤器 3—液压泵 4—节流阀 5—溢流阀 6—换向阀 7—手柄 8—液压缸 9—活塞 10—工作台 P、A、B、T—各油口

由上图液压传动系统图可知，四大元件必不可少，否则就不能实现磨床的工作台移动的功能；其中需要指出，图中有油箱的图标有三个，多数人会认为整个系统里存在三个油箱，而事实上只有一个油箱，只是为了画图方便，一目了然，在每个油路出口处接一个油箱回油；此图中液压泵的出口处连接有溢流阀，溢流阀是用来控制液压系统压力基本恒定，确切地说是在开启工作时控制阀进口压力恒定，实现定压溢流或安全保护等作用。在液压系统中可作溢流阀、安全阀、背压阀、卸何阀和远程调压阀使用。常用的溢流阀有直动式和先导式两种。那么此处的溢流阀起到保压作用，在液压泵供油量大的情况下，可以打开溢流阀泄压，而不会因系统压力升高而导致系统崩溃；在作此图时，还要切记三位四通手动换向阀，各个油口不可连接错位，图中换向阀所处的位置为中位机能O型，四个油口封闭，虽然换向精度高，但有冲击，缸被锁紧，泵不卸荷，并联缸可运动；与此相反的中位机能为H型，四个油口相通，换向平稳，但冲击量大，缸浮动，泵卸荷，其他缸不能与其并联使用；所以，在实际应用时要根据情况选择合适的中位机能，完成工作需要。

液压传动系统在实际生活中应用广泛，航天航空工业、醫疗机械、农业发展均离不开液压传动，我们最熟悉的有千斤顶、挖掘机、压路机等，体积小，重量轻、惯性力小、动作灵敏，即只需要用较小的力就可以完成较大的工程，省时省力，符合现代社会的高速发展要求，那么，这就需要我们不断的努力，使我国的液压系统扬长避短，精益求精！

参考文献

[1]袁广.液压与气压传动技术.北京：北京大学出版社.1997.

[2]左健民.液压与气压传动.北京：机械工业出版社.2005.

[3]李壮云，液压元件与系统.机械工业出版社.1999.

[4]路甬祥.液压气动手册.机械工业出版社.2004.

[5]张利平.液压控制系统及设计.北京：化学工业出版社.2006.