第1章-液壓系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識(shí)

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(wù)工程專業(yè)規(guī)劃教材云南省普通高等學(xué)?！笆濉币?guī)劃教材編

著2024/9/19液壓系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識(shí)自汽車液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)動(dòng)變速器汽車液壓制動(dòng)系統(tǒng)汽車液壓懸架系統(tǒng)汽車液力自動(dòng)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(dòng)機(jī)共軌系統(tǒng)汽車起重機(jī)與自卸汽車液壓系統(tǒng)第1章液壓系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識(shí)

概述第一節(jié)液壓傳動(dòng)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(dòng)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(shí)現(xiàn)對(duì)某一機(jī)器或裝置的工作要求，將若干液壓元件連接或復(fù)合而成的總體，稱為液壓系統(tǒng)。液壓系統(tǒng)的作用是通過(guò)改變壓強(qiáng)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(dòng)系統(tǒng)液壓控制系統(tǒng)第一節(jié)概述液壓傳動(dòng)系統(tǒng)以傳遞動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)為主，以信息傳遞為輔，追求傳動(dòng)特性的完善，該系統(tǒng)一般為不帶反饋信號(hào)的開(kāi)環(huán)系統(tǒng)。液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的基本任務(wù)是驅(qū)動(dòng)、調(diào)速和換向，它的性能要求側(cè)重于靜態(tài)特性，只有特殊需要時(shí)才研究動(dòng)態(tài)特性，而且一般只討論外載力變化時(shí)對(duì)速度的影響，它的性能指標(biāo)一般是調(diào)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(dòng)力和運(yùn)動(dòng)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(jìn)行驅(qū)動(dòng)的基本要求外，更側(cè)重于動(dòng)態(tài)特性(如穩(wěn)定性、響應(yīng)性)和控制精度，它的性能指標(biāo)一般是自動(dòng)控制理論里所描述的靜態(tài)性能指標(biāo)和動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)。第一節(jié)概述圖1-1為磨床工作臺(tái)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)工作原理圖。液壓泵4在電動(dòng)機(jī)（圖中未畫(huà)出）的帶動(dòng)下旋轉(zhuǎn)，油液由油箱1經(jīng)過(guò)濾器2被吸入液壓泵4，由液壓泵4輸入的壓力油通過(guò)手動(dòng)換向閥11、節(jié)流閥13、換向閥15進(jìn)入液壓缸19的左腔，推動(dòng)活塞25和工作臺(tái)20向右移動(dòng)，液壓缸19右腔的油液經(jīng)換向閥15排回油箱。圖1.1（b）所示的狀態(tài)時(shí)，為另一個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)。圖1.1（c）所示的狀態(tài)時(shí)，這時(shí)工作臺(tái)停止運(yùn)動(dòng)，液壓系統(tǒng)處卸荷狀態(tài)。第二節(jié)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的原理與組成二、液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的組成從上述例子可以看出，液壓傳動(dòng)是以液體作為工作介質(zhì)來(lái)進(jìn)行工作的，一個(gè)完整的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)由以下幾部分組成：

（l）液壓泵（動(dòng)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(dòng)系統(tǒng)的原理與組成三、液壓系統(tǒng)的圖形符號(hào)圖1-1（a）所示的液壓系統(tǒng)圖是一種半結(jié)構(gòu)式的工作原理圖。它直觀性強(qiáng)，容易理解，但難于繪制。在實(shí)際工作中，除少數(shù)特殊情況外，一般都采用國(guó)標(biāo)《液壓傳動(dòng)系統(tǒng)及元件圖形符號(hào)和回路圖第一部分：用于常規(guī)用途和數(shù)據(jù)處理的圖形符號(hào)》(GB/T786.1-2009/)所規(guī)定的液壓與氣動(dòng)圖形符號(hào)（參看附錄）來(lái)繪制，如圖1-2所示。第二節(jié)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的原理與組成液壓控制系統(tǒng)能夠根據(jù)機(jī)械裝備的需要，對(duì)位置、速度、加速度、力和壓力等物理量按一定的精度進(jìn)行自動(dòng)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(shù)字控制系統(tǒng)。液壓伺服系統(tǒng)也稱為液壓隨動(dòng)系統(tǒng)。在這個(gè)系統(tǒng)中，輸出量能自動(dòng)、快速、準(zhǔn)確地跟隨輸入量的變化而變化，與此同時(shí)，輸出功率被大幅度地放大。液壓伺服系統(tǒng)具有體積小、質(zhì)量小、反應(yīng)快、動(dòng)態(tài)性能好等優(yōu)點(diǎn)。因此，除了國(guó)防工業(yè)和機(jī)械制造業(yè)外，汽車工業(yè)上也逐漸廣泛地應(yīng)用了這項(xiàng)技術(shù)。下面以液壓伺服控制系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱液壓伺服系統(tǒng))為例，說(shuō)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(jìn)口節(jié)流閥式節(jié)流調(diào)速回路。在圖1-3所示的系統(tǒng)中，當(dāng)負(fù)載、油溫等參數(shù)的變化而引起輸出量(液壓缸速度)變化時(shí)，這個(gè)變化并不影響或改變輸入量(閥的開(kāi)口大小)，這種輸出量不影響輸入量的控制系統(tǒng)被稱為開(kāi)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(jìn)口節(jié)流閥式節(jié)流調(diào)速回路為了提高系統(tǒng)的控制精度，可以設(shè)想節(jié)流閥由操作者來(lái)調(diào)節(jié)。在調(diào)節(jié)過(guò)程中，操作者不斷地觀察液壓缸的測(cè)速裝置所測(cè)出的實(shí)際速度，并判斷實(shí)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(lái)調(diào)節(jié)節(jié)流閥的開(kāi)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(guò)操作者的眼、腦和手來(lái)影響輸入量(節(jié)流閥的開(kāi)口量)。這種反作用被稱為反饋。在實(shí)際系統(tǒng)中，為了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，必須以電氣設(shè)備、機(jī)械裝置來(lái)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(gè)閉合回路，這種帶有反饋裝置的自動(dòng)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(diào)節(jié)過(guò)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(dòng)控制系統(tǒng)。這一系統(tǒng)不僅使液壓缸速度能任意調(diào)節(jié)，而且在外界干擾很大(如負(fù)載突變)的工況下，仍能使系統(tǒng)的實(shí)際輸出速度與設(shè)定速度十分接近，即具有很高的控制精度和很快的響應(yīng)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(cè)速發(fā)電機(jī)４-給定電位計(jì)５-放大器６-電液伺服閥７-液壓缸液壓伺服系統(tǒng)的特點(diǎn):(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(hào)進(jìn)行比較，這就是反饋。在上例中，反饋(測(cè)速裝置輸出)電壓和給定(輸入信號(hào))電壓是異號(hào)的，即反饋信號(hào)不斷地抵消輸入信號(hào)，這是負(fù)反饋。自動(dòng)控制系統(tǒng)大多數(shù)是負(fù)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(kāi)口量，因此輸入和輸出之間必須有偏差信號(hào)。液壓缸運(yùn)動(dòng)的結(jié)果又力圖消除這個(gè)誤差。但在伺服系統(tǒng)工作的任何時(shí)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(hào)進(jìn)行工作的。(3)放大。執(zhí)行元件(液壓缸)輸出的力和功率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于輸入信號(hào)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(hào)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(gè)方框表示一個(gè)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(hào)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(zhuǎn)換元件、執(zhí)行元件、檢測(cè)反饋元件和控制對(duì)象組成的。實(shí)際上，無(wú)論多么復(fù)雜的液壓控制系統(tǒng)都是由這些基本元件構(gòu)成的。如圖1-7所示，

主要包括:(1)輸入(給定)元件(2)檢測(cè)反饋元件(3)比較元件(4)放大轉(zhuǎn)換元件(5)執(zhí)行元件(6)控制對(duì)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(jìn)行分類，每一種分類方式都代表一定的特點(diǎn)，具體類型見(jiàn)表1-1。分類方式類型按控制信號(hào)傳遞介質(zhì)分類機(jī)械液壓控制系統(tǒng)電氣液壓控制系統(tǒng)氣動(dòng)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(kāi)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(hào)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(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)直線運(yùn)動(dòng)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(diǎn)液壓控制系統(tǒng)具備液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的一系列優(yōu)點(diǎn)，除此之外，其本身在控制方面有以下優(yōu)點(diǎn)：可以在運(yùn)行過(guò)程中實(shí)現(xiàn)大范圍的無(wú)級(jí)調(diào)速；在同等輸出功率下，液壓裝置的體積小、質(zhì)量小、運(yùn)動(dòng)慣量小、動(dòng)態(tài)性能好；采用液壓傳動(dòng)可實(shí)現(xiàn)無(wú)間隙傳動(dòng)，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)工作循環(huán)和自動(dòng)過(guò)載保護(hù)；由于一般采用油作為傳動(dòng)介質(zhì)，因此液壓元件有自我潤(rùn)滑作用，有較長(zhǎng)的使用壽命；液壓元件都是標(biāo)準(zhǔn)化、系列化的產(chǎn)品，便于設(shè)計(jì)、制造和推廣應(yīng)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(diǎn)液壓控制系統(tǒng)以液體為工作介質(zhì)，因此帶來(lái)如下缺點(diǎn):液壓伺服元件加工精度高，因此價(jià)格較貴；對(duì)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(duì)操作人員的技術(shù)水平要求高，當(dāng)采用油作為介質(zhì)時(shí)還需要注意防火問(wèn)題。

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，液壓伺服系統(tǒng)的缺點(diǎn)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(jié)構(gòu)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(shí)還采用它們之間組成的兩級(jí)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(yīng)用廣泛。圓柱滑閥按照進(jìn)出滑閥的通道數(shù)分為二通閥、三通閥、四通閥等。按照閥芯臺(tái)肩數(shù)目可分為雙臺(tái)肩閥、三臺(tái)肩閥、四臺(tái)肩閥。第四節(jié)液壓控制閥與動(dòng)力元件圖1-8各種圓柱滑閥結(jié)構(gòu)示意圖根據(jù)滑閥控制邊數(shù)(起控制作用的閥口數(shù))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(dòng)力元件圖1-9各種圓柱滑閥結(jié)構(gòu)示意圖四邊滑閥在初始平衡的狀態(tài)下，其開(kāi)口有三種形式，即負(fù)開(kāi)口(xs<0)、零開(kāi)口(xs＝0)和正開(kāi)口(xs>0)。如圖1-10所示，圖1-11為三種開(kāi)口形式滑閥的流量增益圖，具有零開(kāi)口的控制滑閥，其工作精度最高；負(fù)開(kāi)口控制滑閥有較大的不靈敏區(qū)，較少采用；具有正開(kāi)口的控制滑閥，工作精度較負(fù)開(kāi)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(dòng)力元件圖1-10滑閥的三種開(kāi)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(dòng)一個(gè)不大的角度，接收板上有兩個(gè)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(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、動(dòng)作靈敏、工作可靠。它的缺點(diǎn)是射流管運(yùn)動(dòng)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(guò)高時(shí)易引起振動(dòng)。這種控制只適用于低壓小功率場(chǎng)合。第四節(jié)液壓控制閥與動(dòng)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(gè)噴嘴之間形成兩個(gè)可變的節(jié)流縫隙δ１和δ２。第四節(jié)液壓控制閥與動(dòng)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(dòng)力元件二、液壓動(dòng)力元件的結(jié)構(gòu)及分類

液壓動(dòng)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(dá)。由它們可以組成四種基本形式的液壓動(dòng)力元件:閥控液壓缸、閥控液壓馬達(dá)、泵控液壓缸、泵控液壓馬達(dá)。前兩種動(dòng)力元件可以構(gòu)成閥控(節(jié)流控制)系統(tǒng)，后兩種動(dòng)力元件可以構(gòu)成泵控(容積控制)系統(tǒng)。第四節(jié)液壓控制閥與動(dòng)力元件（一）四通閥控制液壓缸四通閥控對(duì)稱液壓缸是常見(jiàn)的一類液壓動(dòng)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(dòng)力元件

(二)四通閥控制液壓馬達(dá)

四通閥控液壓馬達(dá)也是一種常用的液壓動(dòng)力元件。

圖1-15四通閥控制液壓馬達(dá)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(dòng)力元件

(四)變轉(zhuǎn)速泵控液壓缸變轉(zhuǎn)速泵控對(duì)稱缸液壓動(dòng)力元件的液壓系統(tǒng)回路見(jiàn)圖1-17。

一、車輛液壓控制系統(tǒng)的應(yīng)用

近年來(lái)，隨著液壓、氣壓與液力傳動(dòng)技術(shù)的發(fā)展和在車輛上的應(yīng)用越發(fā)廣泛，因此加強(qiáng)針對(duì)汽車的液壓、氣壓與液力傳動(dòng)技術(shù)的學(xué)習(xí)與研究，對(duì)于從事汽車?yán)碚搶W(xué)習(xí)和設(shè)計(jì)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(yīng)用，主要有液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、電控防抱死制動(dòng)裝置、液力自動(dòng)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(jī)構(gòu)等。

1.液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

2.液力自動(dòng)變速器

3.汽車防抱死液壓系統(tǒng)4.