第一章液压传动与控制概述

1、液气压传动及控制Fluid Power with Applications刘 甦 第一章第一章 概述（概述（Introduction） 1.1 什么是流体传动？（什么是流体传动？（WHAT IS FLUID POWER?） 1.流体传动与控制流体传动与控制 它是一门利用有压力的流体为介质实现能量的转换、它是一门利用有压力的流体为介质实现能量的转换、控制和传动的技术。可以这么说流体传动与控制是运动控制和传动的技术。可以这么说流体传动与控制是运动机器（机器（movie industry）的动力。这是因为流体传动与）的动力。这是因为流体传动与控制可以实现现代工业所有机器的推、拉、调整或驱动。控制可以

2、实现现代工业所有机器的推、拉、调整或驱动。如：汽车的操纵和制动、卫星和宇宙飞船的发射、庄稼如：汽车的操纵和制动、卫星和宇宙飞船的发射、庄稼的收割、采煤、驱动机床、操纵飞机、食品加工、甚至的收割、采煤、驱动机床、操纵飞机、食品加工、甚至于钻牙等。事实上，于钻牙等。事实上， 在产品的加工或销售过程的某些在产品的加工或销售过程的某些环节离开了流体传动与控制几乎是不可能实现的。环节离开了流体传动与控制几乎是不可能实现的。 2.流体传动的介质流体传动的介质 鉴于流体既可以是液体也可以是气体，流体传动与鉴于流体既可以是液体也可以是气体，流体传动与控制包含液压传动和气压传动。液压系统使用像石油基控制包含液压

3、传动和气压传动。液压系统使用像石油基润滑油、水、合成油甚至金属溶液这样的液体。气压传润滑油、水、合成油甚至金属溶液这样的液体。气压传动以空气作为传动介质，因为空气非常丰富并且在完成动以空气作为传动介质，因为空气非常丰富并且在完成指定的工作后容易排入大气。指定的工作后容易排入大气。 3.流体系统的类型流体系统的类型 分为流体输送和流体传动与控制两个不同的类型。分为流体输送和流体传动与控制两个不同的类型。 流体输送系统：流体输送系统：其唯一目的是将流体从某个地方输其唯一目的是将流体从某个地方输送到另一地方以满足某些用途。送到另一地方以满足某些用途。 流体传动与控制系统：流体传动与控制系统：为完成工

4、作而专门设计的。为完成工作而专门设计的。这个工作是由直接承受压力流体的工作缸或流体（液压）这个工作是由直接承受压力流体的工作缸或流体（液压）马达来完成的，依次为希望的动作提供动力。所以，需马达来完成的，依次为希望的动作提供动力。所以，需要控制元件以确保工作平稳、准确、高效、安全地完成。要控制元件以确保工作平稳、准确、高效、安全地完成。 4.流体传动与控制的应用范围流体传动与控制的应用范围 功率：功率：操作员轻触按钮就能控制数百马力的功率并操作员轻触按钮就能控制数百马力的功率并通过管路将其传递到任何位置。通过管路将其传递到任何位置。 精密度：精密度：像在机床工业中的应用，能够重复达到几像在机床工

5、业中的应用，能够重复达到几百分之一毫米的公差。百分之一毫米的公差。 流体传动与控制不仅仅是动力的源泉，它同时对完流体传动与控制不仅仅是动力的源泉，它同时对完成所需的工作提供平稳、高效、安全和准确并可控、可成所需的工作提供平稳、高效、安全和准确并可控、可变的动力。变的动力。 1.2 流体传动的优点（流体传动的优点（ADVANTAGES OF FLUID POWER） 现在有三种基本的传动方式：电力、机械和流体传现在有三种基本的传动方式：电力、机械和流体传动。在大多数实际应用中，都是这三种方法进行组合以动。在大多数实际应用中，都是这三种方法进行组合以使整个系统的效率最高。掌握每一类型的特点对正确决

6、使整个系统的效率最高。掌握每一类型的特点对正确决定使用哪种方法是很重要的。例如：流体传动系统能够定使用哪种方法是很重要的。例如：流体传动系统能够比机械传动更经济地远程传输动力。但是，与电力系统比机械传动更经济地远程传输动力。但是，与电力系统相比流体传动系统传输距离受到限制。相比流体传动系统传输距离受到限制。 流体传动成功和广泛应用的奥秘是它的变化多端和流体传动成功和广泛应用的奥秘是它的变化多端和控制容易。流体传动不受通常的机械系统中机器的几何控制容易。流体传动不受通常的机械系统中机器的几何关系阻碍。并且，此外，同样的，功率能够几乎无限量关系阻碍。并且，此外，同样的，功率能够几乎无限量的传递因为

7、与电力系统相比流体传动系统不受材料自身的传递因为与电力系统相比流体传动系统不受材料自身的自然局限性的限制。例如：电磁铁的特性受到钢材的的自然局限性的限制。例如：电磁铁的特性受到钢材的磁性饱和的限制。另一方面，流体传动系统的功率仅受磁性饱和的限制。另一方面，流体传动系统的功率仅受材料强度大小的限制。材料强度大小的限制。 为了提高生产率工业生产越来越依赖工业自动化。为了提高生产率工业生产越来越依赖工业自动化。这包含了对生产操作，制造过程和材料输送的远程和直这包含了对生产操作，制造过程和材料输送的远程和直接控制。流体传动因以下四个突出优点在工业自动化中接控制。流体传动因以下四个突出优点在工业自动化中

8、发挥着重要的作用。发挥着重要的作用。 1.控制简单和精确控制简单和精确 借助于简单的杆件和按钮的使用，流体传动系统的借助于简单的杆件和按钮的使用，流体传动系统的操作人员很容易进行开始、停止、加速和减速操作，并操作人员很容易进行开始、停止、加速和减速操作，并且对于提供的任何所需功率其位置精度都可达到十万分且对于提供的任何所需功率其位置精度都可达到十万分之一英寸。之一英寸。 2.力的放大力的放大 一个液压系统（不使用笨重的齿轮、皮带轮和操纵一个液压系统（不使用笨重的齿轮、皮带轮和操纵杆）能简单而有效地将力从几十分之一克放大到数百吨杆）能简单而有效地将力从几十分之一克放大到数百吨对外输出。对外输出。

9、 3.恒定的力和转矩恒定的力和转矩 只有流体传动系统能够提供不受速度变化影响的恒只有流体传动系统能够提供不受速度变化影响的恒定力或转矩。不论工作速度是每小时几英寸还是每分钟定力或转矩。不论工作速度是每小时几英寸还是每分钟几百英寸，每小时几转还是每分钟上千转，力或转矩都几百英寸，每小时几转还是每分钟上千转，力或转矩都能保持恒定。能保持恒定。 4.简便、安全、经济简便、安全、经济 流体传动系统与机械或电力系统相比仅使用少量的流体传动系统与机械或电力系统相比仅使用少量的运动部件。所以，操作和维修保养更加简便。其次，安运动部件。所以，操作和维修保养更加简便。其次，安全性高，体积小和可靠性好。全性高，体

10、积小和可靠性好。 流体传动系统另外的优点包括即时的反向运动，自流体传动系统另外的优点包括即时的反向运动，自动过载保护和无级调速。在任何已知的动力源中流体传动过载保护和无级调速。在任何已知的动力源中流体传动系统具有最高的功率重量比。动系统具有最高的功率重量比。 尽管液压传动有这些优点，它也不是所有动力传递尽管液压传动有这些优点，它也不是所有动力传递问题的灵丹妙药。液压系统总有一些缺点。液压油是肮问题的灵丹妙药。液压系统总有一些缺点。液压油是肮脏的，并且泄漏是不可能完全避免的。如果设计错误，脏的，并且泄漏是不可能完全避免的。如果设计错误，液压管道可能破裂，飞散的物体能够导致人身伤害。此液压管道可能

11、破裂，飞散的物体能够导致人身伤害。此外，如果液压油泄漏进高温设备中，很多液压油能够引外，如果液压油泄漏进高温设备中，很多液压油能够引起火灾。因此，为了确定最好的总体设计每一种使用状起火灾。因此，为了确定最好的总体设计每一种使用状况都必须被彻底地研究。况都必须被彻底地研究。 1.3 流体传动系统的组成（流体传动系统的组成（COMPONENTS OF A FLUID POWER SYSTEM） 事实上所有的液压回路基本上是相同的与其使用无事实上所有的液压回路基本上是相同的与其使用无关。液压回路中由关。液压回路中由6个基本元件组成个基本元件组成 油箱：油箱：盛装液体（通常是液压油）；盛装液体（通常是

12、液压油）； 泵：泵：为系统中液体加载；为系统中液体加载； 电机或其它动力源：电机或其它动力源：驱动泵；驱动泵； 控制阀：控制阀：控制液体流动方向、压力和流量；控制液体流动方向、压力和流量； 执行元件：执行元件：将液体能量转换为工作所需的力或力矩将液体能量转换为工作所需的力或力矩（实现直线运动的液压缸或实现旋转运动的液压马达）；（实现直线运动的液压缸或实现旋转运动的液压马达）； 管道：管道：使液体由一处流到另一处的管道。使液体由一处流到另一处的管道。 当然，液压系统的复杂程度和组成根据其用途的差当然，液压系统的复杂程度和组成根据其用途的差异而不同。液压系统组成中包括特殊元件也是可以的。异而不同。

13、液压系统组成中包括特殊元件也是可以的。 1.4 流体传动系统的类型（流体传动系统的类型（TYPES OF A FLUID POWER SYSTEM） 我们已经知道了包括液压和气压系统的两种流体传我们已经知道了包括液压和气压系统的两种流体传动。流体传动能进一步细分为两种类型：开环（开式）动。流体传动能进一步细分为两种类型：开环（开式）和闭环（闭式）系统。和闭环（闭式）系统。 闭环系统：闭环系统：有反馈的。系统输出端的状况自动地反有反馈的。系统输出端的状况自动地反馈到输入端或被称为反馈传感器的装置，该装置产生控馈到输入端或被称为反馈传感器的装置，该装置产生控制信号。如果控制信号和反馈信号不同，直到它对比了制信号。如果控制信号和反馈信号不同，直到它对比了需求后装置将得到正确的系统输出施加于系统。闭环系需求后装置将得到正确的系统输出施加于系统。闭环系统时常称为统时常称为“伺服系统伺服系统”，并且常常直接通执行元件的，并且常常直接通执行元件的阀称为阀称为“伺服阀伺服阀”。 开环系统：开环系统：没有反馈的。系统的输出因此完全依赖没