簡論液壓傳動中的“力”

馬勇

摘 要：在現(xiàn)實生活中，人們會經(jīng)常用到傳動，傳動主要有機械傳動、電氣傳動、液壓傳動、氣壓傳動等。而液壓傳動是應(yīng)用最廣泛的一種傳動，它主要是通過“力”來完成工作的。當(dāng)今，采用液壓傳動的應(yīng)用程度已經(jīng)成為衡量一個國家工業(yè)水平高低的重要標(biāo)志之一。

關(guān)鍵詞：液壓傳動 負(fù)載 機械基礎(chǔ) 回轉(zhuǎn)運動

中圖分類號：THl37 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）06（b）-0104-02

現(xiàn)代工業(yè)中的傳動主要有機械傳動、電氣傳動、液壓傳動、氣壓傳動4種不同的傳動方式。機械傳動主要是利用機械方式傳遞動力和運動的傳動。電氣傳動是通過控制電動機來傳動的方式，用電動機把電能轉(zhuǎn)換成機械能，去帶動各種類型的生產(chǎn)機械、交通車輛以及生活中需要運動的物品。液壓傳動是用液體作為工作介質(zhì)來傳遞能量和進(jìn)行控制的傳動方式。氣壓傳動以壓縮氣體為工作介質(zhì)，靠氣體的壓力傳遞動力或信息的流體傳動。

在現(xiàn)實生活中，人們經(jīng)常會用到液壓傳動，相比于其他3種傳動，它更加常見，易于操作，成本低而作用明顯。比如在重型機械中大部分都是利用到了傳動中的液壓傳動。液壓傳動在工業(yè)上被廣泛采用和大幅度的發(fā)展是在20世紀(jì)中期以后，隨著全球原子能技術(shù)、空間技術(shù)、電子技術(shù)等方面的飛速發(fā)展，液壓技術(shù)也開始向更廣闊的領(lǐng)域滲透、發(fā)展，成為包括傳動、控制和檢測等在內(nèi)的一門完整的自動化技術(shù)。如今，采用液壓傳動的應(yīng)用程度已成為衡量一個國家工業(yè)水平高低的重要標(biāo)志之一。

液壓傳動有許多突出的優(yōu)點，因此它的應(yīng)用非常廣泛，如一般工業(yè)用的塑料加工機械、壓力機械、機床等；行走機械中的工程機械、建筑機械、農(nóng)業(yè)機械、汽車等；鋼鐵工業(yè)用的冶金機械、提升裝置、軋輥調(diào)整裝置等；土木水利工程用的防洪閘門及堤壩裝置、河床升降裝置、橋梁操縱機構(gòu)等；發(fā)電廠渦輪機調(diào)速裝置、核發(fā)電廠等等；船舶用的甲板起重機械（絞車）、船頭門、艙壁閥、船尾推進(jìn)器等；特殊技術(shù)用的巨型天線控制裝置、測量浮標(biāo)、升降旋轉(zhuǎn)舞臺等；軍事工業(yè)用的火炮操縱裝置、船舶減搖裝置、飛行器仿真、飛機起落架的收放裝置和方向舵控制裝置等。

液壓傳動是根據(jù)17世紀(jì)帕斯卡提出的液體靜壓力傳動原理而發(fā)展起來的一門新興技術(shù)，是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中廣為應(yīng)用的一門技術(shù)。它主要是通過液壓系統(tǒng)利用液壓泵將原動機的機械能轉(zhuǎn)換為液體的壓力能，通過液體壓力能的變化來傳遞能量，經(jīng)過各種控制閥和管路的傳遞，借助于液壓執(zhí)行元件（液壓缸或馬達(dá)）把液體壓力能轉(zhuǎn)換為機械能，從而驅(qū)動工作機構(gòu)，實現(xiàn)直線往復(fù)運動和回轉(zhuǎn)運動。

在現(xiàn)代機床上主要采用液壓傳動是利用其無級變速方便，運動平穩(wěn)，易于實現(xiàn)自動化控制，易于實現(xiàn)頻繁換向等優(yōu)點；工程機械、壓力機械主要是利用液壓傳動結(jié)構(gòu)簡單，輸出功率大的特點；航空工業(yè)主要是利用其體積小、質(zhì)量輕，動態(tài)性能好，有良好的操縱控制性能的特點。

機械基礎(chǔ)這門課主要講述的是機械傳動和液壓傳動，機械傳動比較直觀，易懂。例如，齒輪傳動，力和運動從一根軸通過嚙合的齒輪傳到另一根軸上；而液壓傳動則是通過液體的壓力能來傳遞動力，通過密封容積的變化來傳遞運動，工作介質(zhì)油液在封閉的管道內(nèi)流動，摸不著、看不見，直觀性差，較難理解。而在液壓傳動中，力和運動的產(chǎn)生更是學(xué)生難以理解的，本身職業(yè)院校的學(xué)生文化基礎(chǔ)知識就比較欠缺，憑感覺認(rèn)為運動就必須有力，只有力才會產(chǎn)生運動，殊不知，力只改變物體的運動狀態(tài)，有力未必就能產(chǎn)生運動，只有克服外界負(fù)載才會產(chǎn)生運動，假如當(dāng)外界負(fù)載不存在時，要產(chǎn)生運動就不需要力。

液壓傳動又稱靜液傳動，這個“靜”指的是平衡，也就是工作介質(zhì)油液處于平衡狀態(tài)，即靜止或勻速直線運動兩種狀態(tài)，這種狀態(tài)下外力是為零的。壓力取決于負(fù)載這一特性。對初學(xué)者來說，很難理解透負(fù)載和壓力的“主從”關(guān)系。事實上，從廣義上講，一切阻礙油液流動的阻力都是負(fù)載；有油液流動與管路摩擦及油液分子碰撞產(chǎn)生的摩擦負(fù)載和油液克服外界施加于系統(tǒng)阻礙液壓元件運動阻力的外負(fù)載。相對而言，外負(fù)載才是系統(tǒng)對外做功，外負(fù)載越大，要克服它，需要的油液產(chǎn)生的壓力就越大，當(dāng)油液產(chǎn)生的壓力和外負(fù)載達(dá)到平衡，再克服摩擦負(fù)載，液壓元件就能運動，如果不考慮摩擦負(fù)載，那么油液產(chǎn)生的壓力只來源于外負(fù)載，如果壓力不足以克服外負(fù)載，那么油液即使有壓力，液壓元件也不能運動，也就是有力但沒有產(chǎn)生運動；如果液壓系統(tǒng)阻礙其運動的外負(fù)載為零，那么沒有油液壓力但流入密封容積的油液使容積發(fā)生變化而產(chǎn)生了運動，但此時油液壓力為零或接近于零。這就是負(fù)載為主，壓力為從的“主從”關(guān)系，即所謂的“皮之不存，毛將焉附”。

在理清負(fù)載和壓力的主從關(guān)系后，接下來談一下液壓系統(tǒng)中壓力產(chǎn)生時工作介質(zhì)油液所處的狀態(tài)，油液內(nèi)部受外界負(fù)載作用產(chǎn)生，此時，油液處于被擠壓狀態(tài)，即“前阻后推”的狀態(tài)，在密封的前后的作用下才會產(chǎn)生壓力，只有“前阻”，沒有“后推”，或者只有“后推”，沒有“前阻”，液壓系統(tǒng)中就不會有外負(fù)載作用于油液上，油液內(nèi)部就不會產(chǎn)生壓力，沒有壓力，油液就沒有壓力能，就不能產(chǎn)生力和轉(zhuǎn)矩，對外就不會做功。而運動是密封容積的變化引起的，運動的速度取決于進(jìn)入密封容積內(nèi)油液流量的多少，與流入密封容器內(nèi)的油液的壓力無關(guān)。

參考文獻(xiàn)

[1] 鞏冰，朱麗娟，游江.海洋潮流能發(fā)電系統(tǒng)的控制技術(shù)研究[J].電測與儀表，2010（8）：36-40.

[2] 張大海，李偉，林勇剛，等.基于AMESim的海流能發(fā)電裝置液壓傳動系統(tǒng)的建模與仿真[J].太陽能學(xué)報，2010（2）：222-227.

[3] 張大海，李偉，林勇剛，等.基于液壓傳動的海流能蓄能穩(wěn)壓發(fā)電系統(tǒng)仿真[J].電力系統(tǒng)自動化，2009（7）：70-74.

[4] 楊華勇，歐陽小平，徐兵.液壓變壓器的發(fā)展現(xiàn)狀[J].機械工程學(xué)報，2003（5）：1-5.