第1章-液壓系統(tǒng)的基礎知識

2024/9/19CHELIANGYEYAXITONG車輛液壓系統(tǒng)陳文剛“十三五”普通高等教育汽車服務工程專業(yè)規(guī)劃教材云南省普通高等學?！笆濉币?guī)劃教材編

著2024/9/19液壓系統(tǒng)的基礎知識自汽車液壓助力轉向系統(tǒng)動變速器汽車液壓制動系統(tǒng)汽車液壓懸架系統(tǒng)汽車液力自動變速器第1章第2章第3章第4章第5章第6章第7章發(fā)動機共軌系統(tǒng)汽車起重機與自卸汽車液壓系統(tǒng)第1章液壓系統(tǒng)的基礎知識

概述第一節(jié)液壓傳動系統(tǒng)的原理與組成第二節(jié)液壓控制系統(tǒng)的原理與組成第三節(jié)液壓控制閥與動力元件第四節(jié)車輛中的液壓伺服控制系統(tǒng)第五節(jié)為了實現(xiàn)對某一機器或裝置的工作要求，將若干液壓元件連接或復合而成的總體，稱為液壓系統(tǒng)。液壓系統(tǒng)的作用是通過改變壓強增大作用力。按照工作特性不同，液壓系統(tǒng)可分為:液壓傳動系統(tǒng)液壓控制系統(tǒng)第一節(jié)概述液壓傳動系統(tǒng)以傳遞動力和運動為主，以信息傳遞為輔，追求傳動特性的完善，該系統(tǒng)一般為不帶反饋信號的開環(huán)系統(tǒng)。液壓傳動系統(tǒng)的基本任務是驅動、調速和換向，它的性能要求側重于靜態(tài)特性，只有特殊需要時才研究動態(tài)特性，而且一般只討論外載力變化時對速度的影響，它的性能指標一般是調速范圍、低速平穩(wěn)性、速度剛度和效率等。液壓控制系統(tǒng)以傳遞信息為主，以動力和運動傳遞為輔，追求控制特性的完善，該系統(tǒng)一般為帶反饋的閉環(huán)系統(tǒng)。液壓控制系統(tǒng)除了要滿足以一定速度進行驅動的基本要求外，更側重于動態(tài)特性(如穩(wěn)定性、響應性)和控制精度，它的性能指標一般是自動控制理論里所描述的靜態(tài)性能指標和動態(tài)性能指標。第一節(jié)概述圖1-1為磨床工作臺液壓傳動系統(tǒng)工作原理圖。液壓泵4在電動機（圖中未畫出）的帶動下旋轉，油液由油箱1經過濾器2被吸入液壓泵4，由液壓泵4輸入的壓力油通過手動換向閥11、節(jié)流閥13、換向閥15進入液壓缸19的左腔，推動活塞25和工作臺20向右移動，液壓缸19右腔的油液經換向閥15排回油箱。圖1.1（b）所示的狀態(tài)時，為另一個方向的運動。圖1.1（c）所示的狀態(tài)時，這時工作臺停止運動，液壓系統(tǒng)處卸荷狀態(tài)。第二節(jié)液壓傳動系統(tǒng)的原理與組成二、液壓傳動系統(tǒng)的組成從上述例子可以看出，液壓傳動是以液體作為工作介質來進行工作的，一個完整的液壓傳動系統(tǒng)由以下幾部分組成：

（l）液壓泵（動力元件）（2）

執(zhí)行元件（3）

控制元件

（4）

輔助元件第二節(jié)液壓傳動系統(tǒng)的原理與組成三、液壓系統(tǒng)的圖形符號圖1-1（a）所示的液壓系統(tǒng)圖是一種半結構式的工作原理圖。它直觀性強，容易理解，但難于繪制。在實際工作中，除少數特殊情況外，一般都采用國標《液壓傳動系統(tǒng)及元件圖形符號和回路圖第一部分：用于常規(guī)用途和數據處理的圖形符號》(GB/T786.1-2009/)所規(guī)定的液壓與氣動圖形符號（參看附錄）來繪制，如圖1-2所示。第二節(jié)液壓傳動系統(tǒng)的原理與組成液壓控制系統(tǒng)能夠根據機械裝備的需要，對位置、速度、加速度、力和壓力等物理量按一定的精度進行自動控制。按照使用的控制元件不同，液壓控制系統(tǒng)可分為液壓伺服控制系統(tǒng)、液壓比例控制和液壓數字控制系統(tǒng)。液壓伺服系統(tǒng)也稱為液壓隨動系統(tǒng)。在這個系統(tǒng)中，輸出量能自動、快速、準確地跟隨輸入量的變化而變化，與此同時，輸出功率被大幅度地放大。液壓伺服系統(tǒng)具有體積小、質量小、反應快、動態(tài)性能好等優(yōu)點。因此，除了國防工業(yè)和機械制造業(yè)外，汽車工業(yè)上也逐漸廣泛地應用了這項技術。下面以液壓伺服控制系統(tǒng)(簡稱液壓伺服系統(tǒng))為例，說明液壓控制系統(tǒng)的原理和組成。第三節(jié)液壓控制系統(tǒng)的原理與組成圖1-3是一種進口節(jié)流閥式節(jié)流調速回路。在圖1-3所示的系統(tǒng)中，當負載、油溫等參數的變化而引起輸出量(液壓缸速度)變化時，這個變化并不影響或改變輸入量(閥的開口大小)，這種輸出量不影響輸入量的控制系統(tǒng)被稱為開環(huán)控制系統(tǒng)。第三節(jié)液壓控制系統(tǒng)的原理與組成圖1-3進口節(jié)流閥式節(jié)流調速回路為了提高系統(tǒng)的控制精度，可以設想節(jié)流閥由操作者來調節(jié)。在調節(jié)過程中，操作者不斷地觀察液壓缸的測速裝置所測出的實際速度，并判斷實際速度與所要求的速度之間的差別。然后，操作者按這一差別來調節(jié)節(jié)流閥的開口量，以減少這一差值(偏差)。由圖1-4可以看出，輸出量(液壓缸速度)通過操作者的眼、腦和手來影響輸入量(節(jié)流閥的開口量)。這種反作用被稱為反饋。在實際系統(tǒng)中，為了實現(xiàn)自動控制，必須以電氣設備、機械裝置來代替人，這就是反饋裝置。由于反饋的存在，控制作用形成了一個閉合回路，這種帶有反饋裝置的自動控制系統(tǒng)，被稱為閉環(huán)控制系統(tǒng)。第三節(jié)液壓控制系統(tǒng)的原理與組成圖1-4液壓缸速度調節(jié)過程示意圖圖1-5為采用電液伺服閥控制的液壓缸速度閉環(huán)自動控制系統(tǒng)。這一系統(tǒng)不僅使液壓缸速度能任意調節(jié)，而且在外界干擾很大(如負載突變)的工況下，仍能使系統(tǒng)的實際輸出速度與設定速度十分接近，即具有很高的控制精度和很快的響應性能。第三節(jié)液壓控制系統(tǒng)的原理與組成圖１-５閥控油缸閉環(huán)控制系統(tǒng)原理圖１-齒條２-齒輪３-測速發(fā)電機４-給定電位計５-放大器６-電液伺服閥７-液壓缸液壓伺服系統(tǒng)的特點:(1)反饋。把輸出量的一部分或全部按一定方式回送到輸入端，并和輸入信號進行比較，這就是反饋。在上例中，反饋(測速裝置輸出)電壓和給定(輸入信號)電壓是異號的，即反饋信號不斷地抵消輸入信號，這是負反饋。自動控制系統(tǒng)大多數是負反饋。(2)偏差。要使液壓缸輸出一定的力和速度，伺服閥必須有一定的開口量，因此輸入和輸出之間必須有偏差信號。液壓缸運動的結果又力圖消除這個誤差。但在伺服系統(tǒng)工作的任何時刻都不能完全消除這一偏差，伺服系統(tǒng)正是依靠這一偏差信號進行工作的。(3)放大。執(zhí)行元件(液壓缸)輸出的力和功率遠遠大于輸入信號的力和功率，其輸出的能量是液壓能源供給的。(4)跟蹤。液壓缸的輸出量完全跟蹤輸入信號的變化。第三節(jié)液壓控制系統(tǒng)的原理與組成二、液壓控制系統(tǒng)的組成圖1-6是上述速度伺服系統(tǒng)的職能框圖。

圖1-6中一個方框表示一個元件，框中的文字表明該元件的職能。帶有箭頭的線段表示元件之間的相互作用，即系統(tǒng)中信號的傳遞方向。第三節(jié)液壓控制系統(tǒng)的原理與組成圖1-6速度伺服系統(tǒng)職能框圖速度伺服系統(tǒng)是由輸入(給定)元件、比較元件、放大轉換元件、執(zhí)行元件、檢測反饋元件和控制對象組成的。實際上，無論多么復雜的液壓控制系統(tǒng)都是由這些基本元件構成的。如圖1-7所示，

主要包括:(1)輸入(給定)元件(2)檢測反饋元件(3)比較元件(4)放大轉換元件(5)執(zhí)行元件(6)控制對象第三節(jié)液壓控制系統(tǒng)的原理與組成圖1-7液壓伺服控制系統(tǒng)基本組成圖框第三節(jié)液壓控制系統(tǒng)的原理與組成三、液壓控制系統(tǒng)的分類液壓控制系統(tǒng)的類型繁多，可按不同方式進行分類，每一種分類方式都代表一定的特點，具體類型見表1-1。分類方式類型按控制信號傳遞介質分類機械液壓控制系統(tǒng)電氣液壓控制系統(tǒng)氣動液壓控制系統(tǒng)按被控物理量分類位置控制系統(tǒng)速度控制系統(tǒng)加速度控制系統(tǒng)按液壓控制元件分類閥控（節(jié)流控制）系統(tǒng)泵控（容積控制）系統(tǒng)按是否采用反饋分類開環(huán)控制系統(tǒng)閉環(huán)控制系統(tǒng)按工作特性分類力（或力矩）控制系統(tǒng)壓力（或壓差）制系統(tǒng)其他控制系統(tǒng)按控制變量信號形式分類連續(xù)量控制系統(tǒng)離散量控制系統(tǒng)按執(zhí)行器分類回轉運動系統(tǒng)直線運動系統(tǒng)表1-1液壓控制系統(tǒng)的種類四、液壓控制系統(tǒng)的優(yōu)缺點液壓控制系統(tǒng)具備液壓傳動系統(tǒng)的一系列優(yōu)點，除此之外，其本身在控制方面有以下優(yōu)點：可以在運行過程中實現(xiàn)大范圍的無級調速；在同等輸出功率下，液壓裝置的體積小、質量小、運動慣量小、動態(tài)性能好；采用液壓傳動可實現(xiàn)無間隙傳動，運動平穩(wěn)，便于實現(xiàn)自動工作循環(huán)和自動過載保護；由于一般采用油作為傳動介質，因此液壓元件有自我潤滑作用，有較長的使用壽命；液壓元件都是標準化、系列化的產品，便于設計、制造和推廣應用。第三節(jié)液壓控制系統(tǒng)的原理與組成四、液壓控制系統(tǒng)的優(yōu)缺點液壓控制系統(tǒng)以液體為工作介質，因此帶來如下缺點:液壓伺服元件加工精度高，因此價格較貴；對油液污染比較敏感，因此可靠性受到影響；在小功率系統(tǒng)中，液壓伺服控制不如電器控制靈活；液壓系統(tǒng)的故障比較難查找，對操作人員的技術水平要求高，當采用油作為介質時還需要注意防火問題。

隨著科學技術的發(fā)展，液壓伺服系統(tǒng)的缺點將不斷得到克服。第三節(jié)液壓控制系統(tǒng)的原理與組成一、液壓控制閥的結構及分類典型的液壓控制閥有圓柱滑閥、射流管閥、噴嘴擋板閥。有時還采用它們之間組成的兩級閥。(一)圓柱滑閥圓柱滑閥具有優(yōu)良的控制特性，故在液壓伺服系統(tǒng)中應用廣泛。圓柱滑閥按照進出滑閥的通道數分為二通閥、三通閥、四通閥等。按照閥芯臺肩數目可分為雙臺肩閥、三臺肩閥、四臺肩閥。第四節(jié)液壓控制閥與動力元件圖1-8各種圓柱滑閥結構示意圖根據滑閥控制邊數(起控制作用的閥口數)的不同，有單邊控制、雙邊控制和四邊控制三種類型滑閥。

圖1-9a)所示為單邊滑閥的工作原理。

圖1-9b)所示為雙邊滑閥的工作原理。

圖1-9c)所示為四邊滑閥的工作原理。第四節(jié)液壓控制閥與動力元件圖1-9各種圓柱滑閥結構示意圖四邊滑閥在初始平衡的狀態(tài)下，其開口有三種形式，即負開口(xs<0)、零開口(xs＝0)和正開口(xs>0)。如圖1-10所示，圖1-11為三種開口形式滑閥的流量增益圖，具有零開口的控制滑閥，其工作精度最高；負開口控制滑閥有較大的不靈敏區(qū)，較少采用；具有正開口的控制滑閥，工作精度較負開口高，但功率損耗大，穩(wěn)定性也差。第四節(jié)液壓控制閥與動力元件圖1-10滑閥的三種開口形式2024/9/19(二)射流管閥圖1-12所示為射流管閥的工作原理。射流管閥由射流管1和接收板2組成。射流管可繞O軸左右擺動一個不大的角度，接收板上有兩個并列的接收孔a、b，它們分別與液壓缸兩腔相通。

射流管閥的優(yōu)點是結構簡單、動作靈敏、工作可靠。它的缺點是射流管運動部件慣性較大、工作性能較差；射流能量損耗大、效率較低；供油壓力過高時易引起振動。這種控制只適用于低壓小功率場合。第四節(jié)液壓控制閥與動力元件(三)噴嘴擋板閥噴嘴擋板閥有單噴嘴和雙噴嘴兩種，兩者的工作原理基本相同。圖1-13所示為雙噴嘴擋板閥的工作原理。它主要由擋板1、噴嘴2和3、固定節(jié)流小孔4和5等元件組成。擋板和兩個噴嘴之間形成兩個可變的節(jié)流縫隙δ１和δ２。第四節(jié)液壓控制閥與動力元件圖1-13噴嘴擋板閥的工作原理1-擋板；2,3-噴嘴；4,5-節(jié)流小孔第四節(jié)液壓控制閥與動力元件二、液壓動力元件的結構及分類

液壓動力元件由液壓放大元件和液壓執(zhí)行元件組成。液壓放大元件可以是液壓控制閥，也可以是伺服變量泵，液壓執(zhí)行元件是液壓缸或液壓馬達。由它們可以組成四種基本形式的液壓動力元件:閥控液壓缸、閥控液壓馬達、泵控液壓缸、泵控液壓馬達。前兩種動力元件可以構成閥控(節(jié)流控制)系統(tǒng)，后兩種動力元件可以構成泵控(容積控制)系統(tǒng)。第四節(jié)液壓控制閥與動力元件（一）四通閥控制液壓缸四通閥控對稱液壓缸是常見的一類液壓動力元件，如圖1-14所示。圖1-14四通閥控制液壓缸工作原理示意圖第四節(jié)液壓控制閥與動力元件

(二)四通閥控制液壓馬達

四通閥控液壓馬達也是一種常用的液壓動力元件。

圖1-15四通閥控制液壓馬達工作原理示意圖

(三)三通閥控制液壓缸圖1-16為三通閥控制液壓缸原理示意圖。第四節(jié)液壓控制閥與動力元件

(四)變轉速泵控液壓缸變轉速泵控對稱缸液壓動力元件的液壓系統(tǒng)回路見圖1-17。

一、車輛液壓控制系統(tǒng)的應用

近年來，隨著液壓、氣壓與液力傳動技術的發(fā)展和在車輛上的應用越發(fā)廣泛，因此加強針對汽車的液壓、氣壓與液力傳動技術的學習與研究，對于從事汽車理論學習和設計制造維修人員具有很重要的意義。液壓伺服系統(tǒng)在車輛上的應用，主要有液壓助力轉向系統(tǒng)、電控防抱死制動裝置、液力自動變速器、電控懸架裝置、液力變矩器、液力耦合器、自卸車舉升機構等。

1.液壓動力轉向系統(tǒng)

2.液力自動變速器

3.汽車防抱死液壓系統(tǒng)4.