关于机械液压传动系统的分析与研究
摘 要： 液压传动是用液体作为工作介质来传递能量和进行控制的传动方式。液压传动和气压传动称为流体传动，是根据17世纪帕斯卡提出的液体静压力传动原理而发展起来的一门新兴技术，是工农业生产中广为应用的一门技术。如今，流体传动技术水平的高低已成为一个国家工业发展水平的重要标志。对机械液压传动系统的原理、应用进行浅析与研究。
关键词： 液压传动；帕斯卡原理；执行元件；工程机械
液压传动控制是工业中经常用到的一种控制方式，它采用液压完成传递能量的过程。因为液压传动控制方式的灵活性和便捷性，液压控制在工业上受到广泛的重视。液压传动是研究以有压流体为能源介质，来实现各种机械和自动控制的学科。液压传动利用这种元件来组成所需要的各种控制回路，再由若干回路有机组合成为完成一定控制功能的传动系统来完成能量的传递、转换和控制。
1 液压传动的历史
在伦敦用水作为工作介质，以水压机的形式将其应用于工业上，诞生了世界上第一台水压机。1905年将工作介质水改为油，又进一步得到改善。第一次世界大战（1914-1918）后液压传动广泛应用，特别是1920年以后，发展更为迅速。液压元件大约在19世纪末20世纪初的20年间，才开始进入正规的工业生产阶段。1925年维克斯（F.Vikers）发明了压力平衡式叶片泵，为近代液压元件工业或液压传动的逐步建立奠定了基础。20世纪初康斯坦丁·尼斯克（G·Constantimsco）对能量波动传递所进行的理论及实际研究；1910年对液力传动（液力联轴节、液力变矩器等）方面的贡献，使这两方面领域得到了发展。
2 液压传动基本原理
从原理上来说，液压传动所基于的最基本的原理就是帕斯卡原理，就是说，液体各处的压强是一致的，这样，在平衡的系统中，比较小的活塞上面施加的压力比较小，而大的活塞上施加的压力也比较大，这样能够保持液体的静止。所以通过液体的传递，可以得到不同端上的不同的压力，这样就可以达到一个变换的目的。我们所常见到的液压千斤顶就是利用了这个原理来达到力的传递。
液压传动中所需要的元件主要有动力元件、执行元件、控制元件、辅助元件等。其中液压动力元件是为液压系统产生动力的部件，主要包括各种液压泵。液压泵依靠容积变化原理来工作，所以一般也称为容积液压泵。齿轮泵是最常见的一种液压泵，它通过两个啮合的齿轮的转动使得液体进行运动。其他的液压泵还有叶片泵、柱塞泵，在选择液压泵的时候主要需要注意的问题包括消耗的能量、效率、降低噪音。
液压执行元件是用来执行将液压泵提供的液压能转变成机械能的装置，主要包括液压缸和液压马达。液压马达是与液压泵做相反的工作的装置，也就是把液压的能量转换称为机械能，从而对外做功。
液压控制元件用来控制液体流动的方向、压力的高低以及对流量的大小进行预期的控制，以满足特定的工作要求。正是因为液压控制元器件的灵活性，使得液压控制系统能够完成不同的活动。液压控制元件按照用途可以分成压力控制阀、流量控制阀、方向控制阀。按照操作方式可以分成人力操纵阀、机械操纵法、电动操纵阀等。
除了上述的元件以外，液压控制系统还需要液压辅助元件。这些元件包括管路和管接头、油箱、过滤器、蓄能器和密封装置。通过以上的各个器件，我们就能够建设出一个液压回路。所谓液压回路就是通过各种液压器件构成的相应的控制回路。根据不同的控制目标，我们能够设计不同的回路，比如压力控制回路、速度控制回路、多缸工作控制回路等。
根据液压传动的结构及其特点，在液压系统的设计中，首先要进行系统分析，然后拟定系统的原理图，其中这个原理图是用液压机械符号来表示的。之后通过计算选择液压器件，进而再完成系统的设计和调试。这个过程中，原理图的绘制是最关键的。它决定了一个设计系统的优劣。
液压传动的应用性是很强的，比如装卸堆码机液压系统，它作为一种仓储机械，在现代化的仓库里利用它实现纺织品包、油桶、木桶等货物的装卸机械化工作。也可以应用在万能外圆磨床液压系统等生产实践中。这些系统的特点是功率比较大，生产的效率比较高，平稳性比较好。
液压作为一个广泛应用的技术，在未来更是有广阔的前景。随着计算机的深入发展，液压控制系统可以和智能控制的技术、计算机控制的技术等技术结合起来，这样就能够在更多的场合中发挥作用，也可以更加精巧的、更加灵活地完成预期的控制任务。
3 液压传动的优缺点
3.1 液压传动的优点
液压传动有许多突出的优点，因此它的应用非常广泛，如一般工业用的塑料加工机械、压力机械、机床等；行走机械中的工程机械、建筑机械、农业机械、汽车等；钢铁工业用的冶金机械、提升装置、轧辊调整装置等；土木水利工程用的防洪闸门及堤坝装置、河床升降装置、桥梁操纵机构等；发电厂涡轮机调速装置、核发电厂等国；船舶用的甲板起重机械（绞车）、船头门、舱壁阀、船尾推进器等；特殊技术用的巨型天线控制装置、测量浮标、升降旋转舞台等；军事工业用的火炮操纵装置、船舶减摇装置、飞行器仿真、飞机起落架的收放装置和方向舵控制装置等。
目前，它们分别在实现高压、高速、大功率、高效率、低噪声、长寿命、高度集成化、小型化与轻量化、一体化和执行件柔性化等方面取得了很大的进展。同时，由于与微电子技术密切配合，能在尽可能小的空间内传递尽可能大的功率并加以准确的控制，从而更使得它们在各行各业中发挥出了巨大作用。
应该特别提及的是，近年来，世界科学技术不断迅速发展，各部门对液压传动提出了更高的要求。液压传动与电子技术配合在一起，广泛应用于智能机器人、海洋开发、宇宙航行、地震予测及各种电液伺服系统，使液压传动的应用提高到一个崭新的高度。
优点综上：
1）液压传动的各种元件、可根据需要方便、灵活地来布置；
2）重量轻、体积小、运动惯性小、反应速度快；
3）操纵控制方便，可实现大范围的无级调速（调速范围达2000：1）；
4）可自动实现过载保护；
5）一般采用矿物油为工作介质，相对运动面可自行润滑，使用寿命长；
6）很容易实现直线运动；
7）容易实现机器的自动化，当采用电液联合控制后，不仅可实现更高程度的自动控制过程，而且可以实现遥控。
3.2 液压传动的缺点
1）液压系统中的漏油等因素，影响运动的平稳性和正确性，使得液压传动不能保证严格的传动比。
2）液压传动对油温的变化比较敏感，温度变化时，液体粘性变化，引起运动特性的变化，使得工作的稳定性受到影响，所以它不宜在温度变化很大的环境条件下工作。
3）为了减少泄漏，以及为了满足某些性能上的要求，液压元件的配合件制造精度要求较高，加工工艺较复杂。
4）液压传动要求有单独的能源，不像电源那样使用方便。
5）液压系统发生故障不易检查和排除。
3.3 小结
总之，液压传动的优点是主要的，随着设计制造和使用水平的不断提高，有些缺点正在逐步加以克服。液压传动有着广泛的发展前景。
4 液压传动发展的动向
1）节约能源，发展低能耗元件，提高元件效率；
2）发展新型液压介质和相应元件，如发展高水基液压介质和元件 ， 新型石油基液压介质；
3）注意环境保护 ， 降低液压元件噪声；
4）重视液压油的污染控制；
5）进一步发展电气-液压控制，提高控制性能和操作性能；
6）重视发展密封技术，防止漏油；
7）其它方面，如元件微型化、复合化和系统集成化的趋势仍在继续发展，对液压系统元件的可靠性设计、逻辑设计，与电子技术高度结合，对故障的早期诊断、预测以及防止失效的早期警报等都越来越准确。
5 液压技术的应用及研究方向
主要的发展动向有：
1）正向着高压、高速、大功率、高效、低噪声、经久耐用、高度集成化的方向发展；
2）与计算机科学相结合，新型液压元件和液压系统的计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助测试（CAT）、计算机直接控制（CDC）、计算机实时控制技术、机电一体化技术、计算机仿真技术和优化技术；
3）与其他相关科学结合，如污染控制技术、可靠性技术等方面也是当前液压技术发展和研究的方向；
4）开辟新的应用领域：液压系统（HYDRAULIC SYSTEM）、液压传动（Hydraulic transmission）、执行元件（ACTUATOR）、液压缸（CYLINDER）、液压马达（MOTOR）、液压回路（CIRCUIT）、液压泵（PUMP）、阀（VALVE）、液压控制（Hydraulic control）、流量控制阀（FLOW VALVE）、泄漏损失（Spillage）、压力损失（Pressure loss）、液压伺服系统（Hydraulic servo）。
6 结束语
自2O世纪9O年代以来，工程机械进入了一个新的发展时期，新技术的广泛应用使得新结构和新产品不断涌现。随着微电子技术向工程机械的渗透，工程机械日益向智能化和机电一体化方向发展，对工程机械行走驱动装置提出的要求也越来越苛刻。近年来，液压技术迅速发展，液压元件日臻完善，使得液压传动在工程机械传动系统中的应用突飞猛进，液压传动所具有的优势也日渐凸现。可以相信，随着液压技术与微电子技术、计算机控制技术以及传感技术的紧密结合，液压传动技术必将在工程机械行走驱动系统的发展中发挥出越来越重要的作用。
参考文献：
[1]液压传动，机械工业出版社，2007.
[2]液压传动系统设计与使用，化学工业出版社，2010.
[3]普通高等教育机电类规划教材：液压传动系统（第3版），机械工业出版社，2011.
[4]机械设计手册：液压传动与控制，机械工业出版社，2007.