第1章-液压系统的基础知识

2024/9/19CHELIANGYEYAXITONG车辆液压系统陈文刚“十三五”普通高等教育汽车服务工程专业规划教材云南省普通高等学校“十二五”规划教材编

著2024/9/19液压系统的基础知识自汽车液压助力转向系统动变速器汽车液压制动系统汽车液压悬架系统汽车液力自动变速器第1章第2章第3章第4章第5章第6章第7章发动机共轨系统汽车起重机与自卸汽车液压系统第1章液压系统的基础知识

概述第一节液压传动系统的原理与组成第二节液压控制系统的原理与组成第三节液压控制阀与动力元件第四节车辆中的液压伺服控制系统第五节为了实现对某一机器或装置的工作要求，将若干液压元件连接或复合而成的总体，称为液压系统。液压系统的作用是通过改变压强增大作用力。按照工作特性不同，液压系统可分为:液压传动系统液压控制系统第一节概述液压传动系统以传递动力和运动为主，以信息传递为辅，追求传动特性的完善，该系统一般为不带反馈信号的开环系统。液压传动系统的基本任务是驱动、调速和换向，它的性能要求侧重于静态特性，只有特殊需要时才研究动态特性，而且一般只讨论外载力变化时对速度的影响，它的性能指标一般是调速范围、低速平稳性、速度刚度和效率等。液压控制系统以传递信息为主，以动力和运动传递为辅，追求控制特性的完善，该系统一般为带反馈的闭环系统。液压控制系统除了要满足以一定速度进行驱动的基本要求外，更侧重于动态特性(如稳定性、响应性)和控制精度，它的性能指标一般是自动控制理论里所描述的静态性能指标和动态性能指标。第一节概述图1-1为磨床工作台液压传动系统工作原理图。液压泵4在电动机（图中未画出）的带动下旋转，油液由油箱1经过滤器2被吸入液压泵4，由液压泵4输入的压力油通过手动换向阀11、节流阀13、换向阀15进入液压缸19的左腔，推动活塞25和工作台20向右移动，液压缸19右腔的油液经换向阀15排回油箱。图1.1（b）所示的状态时，为另一个方向的运动。图1.1（c）所示的状态时，这时工作台停止运动，液压系统处卸荷状态。第二节液压传动系统的原理与组成二、液压传动系统的组成从上述例子可以看出，液压传动是以液体作为工作介质来进行工作的，一个完整的液压传动系统由以下几部分组成：

（l）液压泵（动力元件）（2）

执行元件（3）

控制元件

（4）

辅助元件第二节液压传动系统的原理与组成三、液压系统的图形符号图1-1（a）所示的液压系统图是一种半结构式的工作原理图。它直观性强，容易理解，但难于绘制。在实际工作中，除少数特殊情况外，一般都采用国标《液压传动系统及元件图形符号和回路图第一部分：用于常规用途和数据处理的图形符号》(GB/T786.1-2009/)所规定的液压与气动图形符号（参看附录）来绘制，如图1-2所示。第二节液压传动系统的原理与组成液压控制系统能够根据机械装备的需要，对位置、速度、加速度、力和压力等物理量按一定的精度进行自动控制。按照使用的控制元件不同，液压控制系统可分为液压伺服控制系统、液压比例控制和液压数字控制系统。液压伺服系统也称为液压随动系统。在这个系统中，输出量能自动、快速、准确地跟随输入量的变化而变化，与此同时，输出功率被大幅度地放大。液压伺服系统具有体积小、质量小、反应快、动态性能好等优点。因此，除了国防工业和机械制造业外，汽车工业上也逐渐广泛地应用了这项技术。下面以液压伺服控制系统(简称液压伺服系统)为例，说明液压控制系统的原理和组成。第三节液压控制系统的原理与组成图1-3是一种进口节流阀式节流调速回路。在图1-3所示的系统中，当负载、油温等参数的变化而引起输出量(液压缸速度)变化时，这个变化并不影响或改变输入量(阀的开口大小)，这种输出量不影响输入量的控制系统被称为开环控制系统。第三节液压控制系统的原理与组成图1-3进口节流阀式节流调速回路为了提高系统的控制精度，可以设想节流阀由操作者来调节。在调节过程中，操作者不断地观察液压缸的测速装置所测出的实际速度，并判断实际速度与所要求的速度之间的差别。然后，操作者按这一差别来调节节流阀的开口量，以减少这一差值(偏差)。由图1-4可以看出，输出量(液压缸速度)通过操作者的眼、脑和手来影响输入量(节流阀的开口量)。这种反作用被称为反馈。在实际系统中，为了实现自动控制，必须以电气设备、机械装置来代替人，这就是反馈装置。由于反馈的存在，控制作用形成了一个闭合回路，这种带有反馈装置的自动控制系统，被称为闭环控制系统。第三节液压控制系统的原理与组成图1-4液压缸速度调节过程示意图图1-5为采用电液伺服阀控制的液压缸速度闭环自动控制系统。这一系统不仅使液压缸速度能任意调节，而且在外界干扰很大(如负载突变)的工况下，仍能使系统的实际输出速度与设定速度十分接近，即具有很高的控制精度和很快的响应性能。第三节液压控制系统的原理与组成图１-５阀控油缸闭环控制系统原理图１-齿条２-齿轮３-测速发电机４-给定电位计５-放大器６-电液伺服阀７-液压缸液压伺服系统的特点:(1)反馈。把输出量的一部分或全部按一定方式回送到输入端，并和输入信号进行比较，这就是反馈。在上例中，反馈(测速装置输出)电压和给定(输入信号)电压是异号的，即反馈信号不断地抵消输入信号，这是负反馈。自动控制系统大多数是负反馈。(2)偏差。要使液压缸输出一定的力和速度，伺服阀必须有一定的开口量，因此输入和输出之间必须有偏差信号。液压缸运动的结果又力图消除这个误差。但在伺服系统工作的任何时刻都不能完全消除这一偏差，伺服系统正是依靠这一偏差信号进行工作的。(3)放大。执行元件(液压缸)输出的力和功率远远大于输入信号的力和功率，其输出的能量是液压能源供给的。(4)跟踪。液压缸的输出量完全跟踪输入信号的变化。第三节液压控制系统的原理与组成二、液压控制系统的组成图1-6是上述速度伺服系统的职能框图。

图1-6中一个方框表示一个元件，框中的文字表明该元件的职能。带有箭头的线段表示元件之间的相互作用，即系统中信号的传递方向。第三节液压控制系统的原理与组成图1-6速度伺服系统职能框图速度伺服系统是由输入(给定)元件、比较元件、放大转换元件、执行元件、检测反馈元件和控制对象组成的。实际上，无论多么复杂的液压控制系统都是由这些基本元件构成的。如图1-7所示，

主要包括:(1)输入(给定)元件(2)检测反馈元件(3)比较元件(4)放大转换元件(5)执行元件(6)控制对象第三节液压控制系统的原理与组成图1-7液压伺服控制系统基本组成图框第三节液压控制系统的原理与组成三、液压控制系统的分类液压控制系统的类型繁多，可按不同方式进行分类，每一种分类方式都代表一定的特点，具体类型见表1-1。分类方式类型按控制信号传递介质分类机械液压控制系统电气液压控制系统气动液压控制系统按被控物理量分类位置控制系统速度控制系统加速度控制系统按液压控制元件分类阀控（节流控制）系统泵控（容积控制）系统按是否采用反馈分类开环控制系统闭环控制系统按工作特性分类力（或力矩）控制系统压力（或压差）制系统其他控制系统按控制变量信号形式分类连续量控制系统离散量控制系统按执行器分类回转运动系统直线运动系统表1-1液压控制系统的种类四、液压控制系统的优缺点液压控制系统具备液压传动系统的一系列优点，除此之外，其本身在控制方面有以下优点：可以在运行过程中实现大范围的无级调速；在同等输出功率下，液压装置的体积小、质量小、运动惯量小、动态性能好；采用液压传动可实现无间隙传动，运动平稳，便于实现自动工作循环和自动过载保护；由于一般采用油作为传动介质，因此液压元件有自我润滑作用，有较长的使用寿命；液压元件都是标准化、系列化的产品，便于设计、制造和推广应用。第三节液压控制系统的原理与组成四、液压控制系统的优缺点液压控制系统以液体为工作介质，因此带来如下缺点:液压伺服元件加工精度高，因此价格较贵；对油液污染比较敏感，因此可靠性受到影响；在小功率系统中，液压伺服控制不如电器控制灵活；液压系统的故障比较难查找，对操作人员的技术水平要求高，当采用油作为介质时还需要注意防火问题。

随着科学技术的发展，液压伺服系统的缺点将不断得到克服。第三节液压控制系统的原理与组成一、液压控制阀的结构及分类典型的液压控制阀有圆柱滑阀、射流管阀、喷嘴挡板阀。有时还采用它们之间组成的两级阀。(一)圆柱滑阀圆柱滑阀具有优良的控制特性，故在液压伺服系统中应用广泛。圆柱滑阀按照进出滑阀的通道数分为二通阀、三通阀、四通阀等。按照阀芯台肩数目可分为双台肩阀、三台肩阀、四台肩阀。第四节液压控制阀与动力元件图1-8各种圆柱滑阀结构示意图根据滑阀控制边数(起控制作用的阀口数)的不同，有单边控制、双边控制和四边控制三种类型滑阀。

图1-9a)所示为单边滑阀的工作原理。

图1-9b)所示为双边滑阀的工作原理。

图1-9c)所示为四边滑阀的工作原理。第四节液压控制阀与动力元件图1-9各种圆柱滑阀结构示意图四边滑阀在初始平衡的状态下，其开口有三种形式，即负开口(xs<0)、零开口(xs＝0)和正开口(xs>0)。如图1-10所示，图1-11为三种开口形式滑阀的流量增益图，具有零开口的控制滑阀，其工作精度最高；负开口控制滑阀有较大的不灵敏区，较少采用；具有正开口的控制滑阀，工作精度较负开口高，但功率损耗大，稳定性也差。第四节液压控制阀与动力元件图1-10滑阀的三种开口形式2024/9/19(二)射流管阀图1-12所示为射流管阀的工作原理。射流管阀由射流管1和接收板2组成。射流管可绕O轴左右摆动一个不大的角度，接收板上有两个并列的接收孔a、b，它们分别与液压缸两腔相通。

射流管阀的优点是结构简单、动作灵敏、工作可靠。它的缺点是射流管运动部件惯性较大、工作性能较差；射流能量损耗大、效率较低；供油压力过高时易引起振动。这种控制只适用于低压小功率场合。第四节液压控制阀与动力元件(三)喷嘴挡板阀喷嘴挡板阀有单喷嘴和双喷嘴两种，两者的工作原理基本相同。图1-13所示为双喷嘴挡板阀的工作原理。它主要由挡板1、喷嘴2和3、固定节流小孔4和5等元件组成。挡板和两个喷嘴之间形成两个可变的节流缝隙δ１和δ２。第四节液压控制阀与动力元件图1-13喷嘴挡板阀的工作原理1-挡板；2,3-喷嘴；4,5-节流小孔第四节液压控制阀与动力元件二、液压动力元件的结构及分类

液压动力元件由液压放大元件和液压执行元件组成。液压放大元件可以是液压控制阀，也可以是伺服变量泵，液压执行元件是液压缸或液压马达。由它们可以组成四种基本形式的液压动力元件:阀控液压缸、阀控液压马达、泵控液压缸、泵控液压马达。前两种动力元件可以构成阀控(节流控制)系统，后两种动力元件可以构成泵控(容积控制)系统。第四节液压控制阀与动力元件（一）四通阀控制液压缸四通阀控对称液压缸是常见的一类液压动力元件，如图1-14所示。图1-14四通阀控制液压缸工作原理示意图第四节液压控制阀与动力元件

(二)四通阀控制液压马达

四通阀控液压马达也是一种常用的液压动力元件。

图1-15四通阀控制液压马达工作原理示意图

(三)三通阀控制液压缸图1-16为三通阀控制液压缸原理示意图。第四节液压控制阀与动力元件

(四)变转速泵控液压缸变转速泵控对称缸液压动力元件的液压系统回路见图1-17。

一、车辆液压控制系统的应用

近年来，随着液压、气压与液力传动技术的发展和在车辆上的应用越发广泛，因此加强针对汽车的液压、气压与液力传动技术的学习与研究，对于从事汽车理论学习和设计制造维修人员具有很重要的意义。液压伺服系统在车辆上的应用，主要有液压助力转向系统、电控防抱死制动装置、液力自动变速器、电控悬架装置、液力变矩器、液力耦合器、自卸车举升机构等。

1.液压动力转向系统

2.液力自动变速器

3.汽车防抱死液压系统4.