流体传动与控制基础综述

流体传动与控制基础综述

摘要：液压传动有许多突出的优点，因此它的应用非常广泛，如一般工业

用的塑料加工机械、压力机械、机床等；行走机械中的工程机械、建筑机械、农业机械、汽车等

关键词：液压元件基本回路控制阀

Abstract: there are many outstanding advantages, therefore its application is very extensive, such as general industrial use of plastic processing machinery, pressure machine, machine tool; walk in machinery engineering machinery, construction machinery, agricultural machinery, auto etc.

Keywords：Hydraulic component Fundamental circuit Concrl valve

一液压传动概述

1.1.液压传动是用液体作为工作介质来传递能量和进行控制的传动方式。液压传动和气压传动称为流体传动，是根据17世纪帕斯卡提出的液体静压力传动原理而发展起来的一门新兴技术，是工农业生产中广为应用的一门技术。如今，流体传动技术水平的高低已成为一个国家工业发展水平的重要标志。

1.2.液压传动的基本原理：液压系统利用液压泵将原动机的机械能转换为液体的压力能，通过液体压力能的变化来传递能量，经过各种控制阀和管路的传递，借助于液压执行元件(液压缸或马达)把液体压力能转换为机械能，从而驱动工作机构，实现直线往复运动和回转运动。其中的液体称为工作介质，一般为矿物油，它的作用和机械传动中的皮带、链条和齿轮等传动元件相类似。

1.3液压传动的应用：液压传动有许多突出的优点，因此它的应用非常广泛，

如一般工业用的塑料加工机械、压力机械、机床等；行走机械中的工程机械、建筑机械、农业机械、汽车等；钢铁工业用的冶金机械、提升装置、轧辊调整装置等；土木水利工程用的防洪闸门及堤坝装置、河床升降装置、桥梁操纵机构等；发电厂涡轮机调速装置、核发电厂等等；船舶用的甲板起重机械（绞车）、船头门、舱壁阀、船尾推进器等；特殊技术用的巨型天线控制装置、测量浮标、升降旋转舞台等；军事工业用的火炮操纵装置、船舶减摇装置、飞行器仿真、飞机起落架的收放装置和方向舵控制装置等。

二、液压元件

2.1一个完整的液压系统由五个部分组成，即动力元件、执行元件、控制元件、辅助元件和液压油。

2.1.1动力元件的作用是将原动机的机械能转换成液体的压力能，指液压系统中的油泵，它向整个液压系统提供动力。

2.1.2、执行元件（油缸、液压马达）它是将液体的液压能转换成机械能。其中，油缸做直线运动，马达做旋转运动。

2.1.3控制元件包括压力阀、流量阀和方向阀等。它们的作用是根据需要无级调节液动机的速度，并对液压系统中工作液体的压力、流量和流向进行调节控制。

2.1.4、辅助元件除上述三部分以外的其它元件，包括压力表、滤油器、蓄能装置、冷却器、管件{主要包括:各种管接头(扩口式、焊接式、卡套式,sae法兰）、高压球阀、快换接头、软管总成、测压接头、管夹等}及油箱等，它们同样十分重要。

2.1.5、工作介质是指各类液压传动中的液压油或乳化液，它经过油泵和液动机实现能量转换。

2.2液压动力元件

液压动力元件是液压系统的动力源，是心脏。它是一种能量转换装置，主要作用是将原动机（电动机或内燃机）输入的机械能转换为工作液体的压力能输出，为系统提供压力油，它是系统不可缺少的核心元件。液压泵就是典型的液压系统动力元件。

液压泵按其结构形式不同，可分为齿轮泵、叶片泵、柱塞泵等类型；

2.2.1齿轮泵：齿轮泵是液压系统中广泛采用的一种液压泵，它一般都是做成定量泵。齿轮泵按其结构不同，可分为外啮合齿轮泵和内啮合齿轮泵,而以外啮合齿轮泵应用最为广泛。

2.2.2叶片泵：叶片泵的结构较齿轮泵复杂，但因为叶片泵工作压力较高，流量脉动小，工作平稳且噪声较小，寿命较长，所以叶片泵被广泛地应用于机械制造中的专用机床、自动生产线等中低液压系统中；叶片泵的不足之处是结构比较复杂，吸油特性不太好，对油液的污染也比较敏感。

2.2.3柱塞泵是依靠柱塞在缸体中作往复运动造成密封容积的变化来实现吸油与压油的液压泵，与齿轮泵和叶片泵相比，这种泵有许多优点。

1）构成密封容积的零件为圆柱形的柱塞和缸孔，加工方便，可得到较高的配合精度，密封性能好，在高压工作仍有较高的容积效率；

2）只需改变柱塞的工作行程就能改变流量，易于实现变量；

3）柱塞泵中的主要零件均受压应力作用，材料强度性能可得到充分利用。

由于柱塞泵压力高，结构紧凑，效率高，流量调节方便，故在需要高压、大流量、大功率的系统中和流量需要调节的场合，如龙门刨床、拉床、液压机、工程机械、矿山冶金机械、船舶上得到广泛的应用。

2.3液压执行元件液压执行元件有液压缸和液压马达

2.3.1液压马达液压马达是把液体的压力能转换为机械能的装置，从原理上讲，液压泵可以作液压马达用，液压马达也可作液压泵用。但事实上同类型的液压泵和液压马达虽然在结构上相似，但由于两者的工作情况不同，使得两者在结构上也有某些差异。

高速液压马达的基本型式是径向柱塞式，例如单作用曲轴连杆式、液压平衡式和多作用内曲线式等。此外在轴向柱塞式、叶片式和齿轮式中也有低速的结构型式。低速液压马达的主要特点是排量大、体积大、转速低(有时可达每分种几转甚至零点几转)，因此可直接与工作机构连接，不需要减速装置，使传动机构大为简化，通常低速液压马达输出转矩较大(可达几千牛顿·米到几万牛顿·米)，所以又称为低速大转矩液压马达

2.3.2液压缸又称为油缸，它是液压系统中的一种执行元件，其功能就是将液压能转变成直线往复式的机械运动，常见的液压缸有：

1）活塞两端都有一根直径相等的活塞杆伸出的液压缸称为双杆式活塞缸，它一般由缸体、缸盖、活塞、活塞杆和密封件等零件构成。

2）.柱塞缸如图4-8(a)所示为柱塞缸，它只能实现一个方向的液压传动，反向运动要靠外力。若需要实现双向运动，则必须成对使用。如图4-8(b)所示，这种液压缸中的柱塞和缸筒不接触，运动时由缸盖上的导向套来导向，因此缸筒的内壁不需精加工，它特别适用于行程较长的场合。

液压缸的结构基本上可以分为缸筒和缸盖、活塞和活塞杆、密封装置、缓冲装置和排气装置五个部分

2.4液压控制元件

液压阀是用来控制液压系统中油液的流动方向或调节其压力和流量的，因此它可分为方向阀、压力阀和流量阀三大类。一个形状相同的阀，可以因为作用机制的不同，而具有不同的功能。压力阀和流量阀利用通流截面的节流作用控制着系统的压力和流量，而方向阀则利用通流通道的更换控制着油液的流动方向。这就是说，尽管液压阀存在着各种各样不同的类型，它们之间还是保持着一些基本共同之点的。

2.4.1方向控制阀

1）液压系统中常见的单向阀有普通单向阀和液控单向阀两种。普通单向阀的作用，是使油液只能沿一个方向流动，不许它反向倒流。用液控单向阀油液就可在两个方向自由通流。

2）换向阀利用阀芯相对于阀体的相对运动，使油路接通、关断，或变换油流的方向，从而使液压执行元件启动、停止或变换运动方向。

2.4.3压力控制阀：在液压传动系统中,控制油液压力高低的液压阀称之为压力控制阀,简称压力阀。这类阀的共同点是利用作用在阀芯上的液压力和弹簧力相平衡的原理工作的。在具体的液压系统中，根据工作需要的不同，对压力控制的要求是各不相同的：有的需要限制液压系统的最高压力，如安全阀；有的需

要稳定液压系统中某处的压力值（或者压力差，压力比等），如溢流阀、减压阀等定压阀；还有的是利用液压力作为信号控制其动作，如顺序阀、压力继电器等

2.4.4流量控制阀：液压系统中执行元件运动速度的大小,由输入执行元件的油液流量的大小来确定。流量控制阀就是依靠改变阀口通流面积(节流口局部阻力)的大小或通流通道的长短来控制流量的液压阀类。常用的流量控制阀有普通节流阀、压力补偿和温度补偿调速阀、溢流节流阀和分流集流阀等。

1)普通节流阀：这种节流阀的节流通道呈轴向三角槽式。压力油从进油口P1流入孔道和阀芯1左端的三角槽进入孔道b，再从出油口P2流出。调节手柄3，可通过推杆2使阀芯作轴向移动，以改变节流口的通流截面积来调节流量。阀芯在弹簧的作用下始终贴紧在推杆上，这种节流阀的进出油口可互换。

2）调速阀和温度补偿调速阀：普通节流阀由于刚性差，在节流开口一定的条件下通过它的工作流量受工作负载（亦即其出口压力）变化的影响，不能保持执行元件运动速度的稳定，因此只适用于工作负载变化不大和速度稳定性要求不高的场合，由于工作负载的变化很难避免，为了改善调速系统的性能，通常是对节流阀进行补偿，即采取措施使节流阀前后压力差在负载变化时始终保持不变3）溢流节流阀(旁通型调速阀) 溢流节流阀也是一种压力补偿型节流阀

2.5液压辅助元件

2.5.1过滤器的类型及特点按滤芯的材料和结构形式，滤油器可分为网式、线隙式，纸质滤芯式、烧结式滤油器及磁性滤油器等。按滤油器安放的位置不同，还可以分为吸滤器，压滤器和回油过滤器，考虑到泵的自吸性能，吸油滤油器多为粗滤器。

2.5.2蓄能器

蓄能器的作用是将液压系统中的压力油储存起来，在需要时又重新放出。其主要作用表现在以下几个方面。 1）作辅助动力源在间歇工作或实现周期性动作循环的液压系统中，蓄能器可以把液压泵输出的多余压力油储存起来。当系统需要时，由蓄能器释放出来。这样可以减少液压泵的额定流量，从而减小电机功率消耗，降低液压系统温升。 2）系统保压或作紧急动力源对于执行元件长

时间不动作，而要保持恒定压力的系统，可用蓄能器来补偿泄漏，从而使压力恒定。对某些系统要求当泵发生故障或停电时，执行元件应继续完成必要的动作时，需要有适当容量的蓄能器作紧急动力源。 3）吸收系统脉动，缓和液压冲击；蓄能器能吸收系统压力突变时的冲击，如液压泵突然启动或停止，液压阀突然关闭或开启，液压缸突然运动或停止；也能吸收液压泵工作时的流量脉动所引起的压力脉动，相当于油路中的平滑滤波（在泵的出口处并联一个反应灵敏而惯性小的蓄能器）。

2.5.3 油箱

油箱的基本功能是：储存工作介质；散发系统工作中产生的热量；分离油液中混入的空气；沉淀污染物及杂质。按油面是否与大气相通，可分为开式油箱与闭式油箱。开式油箱广泛用于一般的液压系统；闭式油箱则用于水下和高空无稳定气压的场合

2.5.4

管件包括管道、管接头和法兰等，其作用是保证油路的连通，并便于拆卸、安装；根据工作压力、安装位置确定管件的连接结构；与泵、阀等连接的管件应由其接口尺寸决定管径。

2.5.5热交换器液压系统的工作温度一般希望保持在的范围之内，最高不超过，最低不低于，如果液压系统靠自然冷却仍不能使油温控制在上述范围内时，就须安装冷却器；反之，如环境温度太低，无法使液压泵启动或正常运转时，就须安装加热器。

三、液压基本回路

3.1液压基本回路是由相关液压元件组成，能实现某一特定功能的基本油路。基本回路按其在系统中的功用可分为：压力控制回路-控制整个系统或局部油路的工作压力；速度控制回路—控制和调节执行元件的速度；方向控制回路—控制执行元件运动方向的变换和锁停；同步和顺序回路—控制几个执行元件同时动作或先后次序的协调等。

3.1.1液压控制回路压力控制回路是利用压力控制阀来控制整个液压系统或局部油路的工作压力，以满足执行机构对力或力矩的要求，或者使工作机构平衡或顺序动作。，它包括调压、减压、增压、卸荷、保压或缓冲回路。

3.1.2速度控制回路是讨论液压系统的速度调节和变换的问题。有关速度调节回路的组成，工作特性分析和应用将有专门章节讲述。本节讲述速度变换的基本回路，也就是使执行元件从一种速度变换到另一种速度的回路，它们有增速、减速和二次速度转换回路

3.1.3方向控制回路方向控制回路是控制执行元件的运动方向，它是利用控制进入执行元件的液流的通、断或改变方向来实现的。高品质的换向回路要求换向迅速换向位置准确和平稳无冲击的。

3.1.4顺序动作回路顺序动作回路是实现多个执行元件按预定的次序动作的液压回路。按顺序动作控制方法可分为压力控制和行程控制两大类。

3.1.5同步控制回路同步控制回路是实现多个执行元件以相同的位移或相等的速度运动的液压回路。随着液压技术在工程领域中应用日益扩大，大型设备负载能力增加或因布局的关系，需要多个执行元件同时驱动一个工作部件，同步运动就显得更为突出。

四、参考文献：

1、《液压传动》.王积伟. 机械工业出版社

2《液压传动》.张红俊，熊光荣，苏明 .华中科技大学出版社

3、《流体传动与控制基础》.彭熙伟.机械工业出版社