本文整理《液压传动基础与应用》入门课内容系统梳理液压气动图形符号为什么要用、怎么读液压传动从帕斯卡原理到水压机、油压机再到现代大型模锻压机的发展脉络液压传动在农业机械、航空航天、盾构机、FAST 天眼、仿生机器人等领域的典型应用以及液压油的四大作用、密度、可压缩性压缩率与体积弹性模量、粘性牛顿内摩擦定律、动力粘度、运动粘度与牌号和温度对粘度的影响。文中把课堂强调的易错点和考点单独标出文末附主动回忆题与答案要点适合课后复习、考前梳理和课程设计查阅。一、核心结论设计和分析液压系统时不画元件实物或半结构图而是使用国家标准规定的液压图形符号原因是简洁、规范、便于交流作用类似电路图中的电阻、电感、电容符号。图形符号多为象形符号或按结构原理设计不要死记硬背圆圈代表液压泵或液压马达三角形尖朝外表示泵向外输出能量尖朝内表示马达需要外部向它供油二者功能正好相反直线表示油管另有单向阀、换向阀、各类控制阀和过滤器、油箱等辅助元件符号。液压传动的理论基础是 17 世纪帕斯卡提出的静压传递原理约在 18 世纪末英国制成世界上第一台水压机早期以水为工作介质。水作为介质有两大致命缺点容易使金属零件生锈、润滑性差随着石油开采与提炼技术成熟液压油逐步取代水推动液压技术广泛应用。液压传动最突出的工程优势是低速大扭矩、功率密度大、缓冲性好、可靠性高例如农业机械上的柱塞式液压马达可不经过减速器在低至每分钟几转的转速下稳定输出大扭矩越过坑洼路面。典型应用覆盖第一、第二、第三产业联合收割机等农林机械、飞机起落架与飞控、火箭导弹舵控、盾构机刀盘与推进、航母弹射与水下机器人、FAST 射电望远镜镜面的伺服液压缸调姿、仿生足式机器人等。液压油有四大作用传递运动和动力、带走热量实现冷却、润滑运动部件、防止金属表面生锈油液在循环中还能把杂质带回油箱经过滤器净化。液压油受压体积会略微缩小其抵抗压缩变形的能力用体积弹性模量 K表示K 越大越不易压缩液压油的 K 很大在精度要求不高时可视为不可压缩流体。粘性是流体分子间内摩擦阻力的宏观表现由牛顿内摩擦定律描述液层间内摩擦力与接触面积、速度梯度成正比比例系数为动力粘度 μ运动粘度 ν μ/ρρ 为密度。液压油的牌号数字就是其运动粘度值粘度对温度非常敏感温度升高粘度减小变稀温度降低粘度增大变稠因此寒冷、低温工况应选用粘度较小牌号较低的液压油。二、知识结构液压传动基础图形符号为什么用符号图对比实物图、半结构图国家标准与电路符号类比象形 结构原理记忆法泵/马达圆圈 三角形朝向判能量流向阀类单向阀、换向阀、压力控制阀、流量控制阀辅助元件过滤器、油箱直线为油管发展简史17 世纪帕斯卡静压传递原理18 世纪末英国第一台水压机介质为水万吨级水压机与我国 1960 年代的自主研制液压油取代水防锈、润滑现代超大型模锻压机与飞机起落架成型典型应用注塑机与日用塑料制品农林机械低速大扭矩、免大减速比航空航天起落架、飞控、火箭导弹舵控盾构机液压马达驱动刀盘、液压缸推进航母弹射、水下机器人、FAST 伺服液压缸仿生/足式机器人与机电液一体化液压油四大作用传力、冷却、润滑、防锈密度不同类型油用于不同场合可压缩性压缩率 κ、体积弹性模量 K、近似不可压缩粘性牛顿平板实验、内摩擦定律、动力粘度 μ运动粘度 ν μ/ρ、液压油牌号温度对粘度的影响与选油原则三、详细笔记3.1 承上启下从气压传动到液压传动上一部分讲过气压传动其突出局限是空气可压缩、工作压力低。气动系统常见工作压力大致在0.20.7 MPa量级且需要处理排气等问题因此在要求大出力、高刚度的场合受到限制[数值以教材为准]。液压传动同样以流体为工作介质但采用几乎不可压缩的液压油能够建立很高的压力、输出很大的力因而在重载、高功率密度场合大量使用。学习液压传动首先要掌握两门语言一是液压图形符号看懂和绘制系统图二是液压油的基本性质理解系统为什么这样设计、怎样选油。3.2 为什么要使用图形符号在设计或分析液压系统时如果把每个元件的真实形状实物图或大致结构半结构图都画出来虽然直观但绘图费时、表达困难也难以做到标准化设计者会把大量时间花在画形状而不是分析原理上。同一个液压系统可以分别用实物图、半结构图和图形符号图表达其中图形符号图最简洁高效。图形符号采用统一的国家标准教材附录收录了液压与气动图形符号标准地位类似电工学里电阻、电感、电容、灯泡、电线的标准画法。各国液压符号画法大同小异我国标准在制定时也参考了国外标准因此即使将来阅读外资企业的外文技术资料也基本能够看懂。课堂要求至少记住常见、简单元件的图形符号因为无论是系统分析、回路设计、考试中的图形题还是课程设计都要以能读图、画图为基本技能。3.3 常用图形符号与象形/原理记忆法重点记忆原则不要死记硬背。随着学习深入会发现多数符号是象形的或者反映了元件的结构原理理解能量流向和动作原理后自然能记住。液压泵与液压马达二者都用圆圈表示三角形实心三角尖端朝外 → 液压泵泵由原动机带动把高压油向外输出、对外做功能量流向向外三角形尖端朝内 → 液压马达马达需要外部向它供给高压油才能转动能量流向向内泵和马达的工作性质、能量流向正好相反对照记忆最不容易混。控制阀符号单向阀、换向阀、压力控制阀、流量控制阀等各有规定符号换向阀几位几通、溢流阀等会在后续课程专门讲解。辅助元件符号过滤器、油箱等图中的直线表示油管油路。读图顺序建议先找能源元件泵、再看执行元件缸/马达、然后沿油路直线看控制阀和辅助元件理清油液从油箱→泵→阀→执行元件→回油的路径。考点提示给出一个圆圈带三角的符号判断是泵还是马达关键只看三角形尖端方向能量流向给出一段系统图要能指出油管、泵/马达、阀和油箱、过滤器。3.4 液压传动技术的发展简史理论奠基17 世纪帕斯卡提出静压传递原理帕斯卡原理奠定了液压流体传动的理论基础。但理论提出后并没有立刻转化为工程应用。第一台水压机经过约一两百年到18 世纪末英国制成世界上第一台水压机这在机械制造领域具有里程碑意义早期水压机尺寸较小约一两米到两三米高并以水作为工作介质相关样机在我国博物馆中有复制品。向大型化发展进入 19 世纪工业革命后加工对压力的要求越来越高出现了万吨级水压机。万吨级不仅是尺寸放大油缸的承压能力、框架和立柱的受力都呈非线性快速增长设计、材料和制造难度显著提高。我国的自主研制我国在 1961 年、1967 年分别自主设计、建造了相关大型锻造/模锻水压设备用于大型船用发动机曲轴等关键件锻造1967 年前后建成当时亚洲最大的万吨级设备之一[具体厂名、吨位与年份以校史/教材资料为准]。20 世纪中叶以后美国、苏联等相继建造更大吨位的模锻压机苏联在 1960 年代把模锻压机能力提高到数万吨级课堂口述约 7.5 万吨级用于航空大型整体锻件[吨位数据 ASR 记录含糊待核对]。现代超大型模锻压机整机可达几十米、相当于四五层楼高模具尺寸与成年人身高相近。典型应用之一是国产大飞机起落架的一体成型模锻——起落架在飞机降落时承受整机冲击载荷是直接关系飞行安全的核心关键件锻造成型后还需进一步精加工。3.5 工作介质为什么从水变成液压油早期水压机用水是因为当时石油开采与提炼技术尚不成熟只能就地取材用水。水作为液压介质有两个突出缺点容易使金属表面生锈零件长期接触水会锈蚀润滑性差。液压缸中活塞与缸筒内壁配合精度非常高、间隙很小相对运动需要良好润滑而水几乎没有润滑能力液压油本身具有润滑性可同时承担润滑作用。随着石油工业发展能够稳定获得液压油液压系统便由水介质改为油介质同时带动液压技术在更多领域推广。这一变化也正好对应液压油防锈、润滑的作用。3.6 液压传动的典型应用液压传动的应用横跨第一、第二、第三产业理解应用时要抓住它力大、低速稳、功率密度高、缓冲好、可靠性高的特点。3.6.1 日用与通用机械注塑机生活中大量塑料制品塑料桌椅、塑料件等都是注塑成型注塑机的合模、注射动作大量采用液压。各类压力加工、工程机械中也普遍使用液压传动。3.6.2 农业与林业机械低速大扭矩的典型应用对象拖拉机后挂的旋耕机/拖箱、联合收割机的行走与作业部件、山上运材的林业机械、喷药机械等。作业特点负载大、机器自身质量大田间、林地没有平整道路坑坑洼洼、行走阻力大不追求跑得快反而要求慢一点、稳一点一边行走一边作业。量化概念农机稳定作业时行走速度可能只有每分钟几十米到上百米车轮驱动轮转速可低至每分钟几转。与传统机械/内燃机传动对比内燃机低速稳定性差转速过低容易熄火类比汽车跑高速省油、市区走走停停油耗高低速工况不经济若用发动机经机械传动把几百、上千转的转速降到几转必须配置很大减速比的减速器结构复杂、笨重采用轮毂安装的柱塞式液压马达最低稳定转速可低至约3 r/min中间不需要大减速比减速器就能稳定旋转并输出很大扭矩遇到沟、坎等阻力突增的情况也更容易硬过去通过性好。这正是液压传动低速大扭矩、无需复杂减速器优势的集中体现。3.6.3 航空航天与国防飞机起落架降落时由起落架油缸承受并缓冲整机巨大的冲击载荷要求出力大、缓冲好、可靠性高。机翼、尾翼飞行控制系统各类舵面的驱动长期依靠液压因为液压在航空应用中技术成熟、可靠性高。火箭、导弹方向控制通过液压缸伸缩改变喷管或舵面的偏角从而控制飞行轨迹与方向。火箭飞行速度极快一旦控制不稳定就可能失稳出事对执行机构的可靠性要求极高。3.6.4 盾构机与重大工程装备地铁、隧道、高速公路建设大量使用盾构机。盾构机刀盘的旋转由液压马达驱动整机向前掘进由后部一排液压缸推进盾构机直径可达几十米与隧道截面相当作业中还要完成管片拼装、水泥壁衬砌等工序重载、大推力需求高度依赖液压。3.6.5 前沿装备与大国重器航母舰载机弹射、水下机器人/水下作业平台在风浪很大的海面上平台姿态稳定、弹射和作业动作都需要液压提供大功率驱动与控制。FAST 中国天眼射电望远镜特殊而典型的伺服液压应用反射面由数量庞大的一块块小镜面拼接成近似球面每一块镜面背后都装有伺服液压缸通过预先计算和控制算法精确控制每个缸的伸缩量从而改变对应镜面的姿态使整个反射面协同对准目标对位移精度要求极高课堂用微米级形容因为相邻镜面一旦控制不准就可能相互挤压、甚至把镜面挤碎其最基本的驱动与执行单元就是高精度伺服液压缸。3.6.6 仿生机器人与机电液一体化拓展以波士顿动力等公司的足式机器人为代表整机身高可达 2 m 左右、质量约 80 kg 量级腿部采用液压驱动能完成行走、跳跃甚至翻跟头落地冲击很大其腿部结构还利用金属 3D 打印把液压油道、泵阀等高度集成在肢体内部。液压驱动的突出优点是爆发力强、承载能力大、抗冲击缓冲好在需要大负载、高动态动作的腿足机器人上单纯电机驱动在功率密度上会受到限制这与农业机械重载的道理相通。国内宇树科技等企业也在四足/人形机器人赛道发力行业整体趋势是机械、电子、液压、传感、控制算法与新材料深度融合机电液一体化、软体机器人等。课堂还展示了气动/软体机械手硅胶手指、关节处布置形变传感器、多个关节协调控制以及医药、食品自动生产线中的滑台气缸等用以说明流体传动在服务业和新兴产业中的广泛存在。课程引用中国工程院院士路甬祥的观点作结流体液压气动传动与控制凭借流体自身特性和应用领域的多样性在未来仍将是十分重要的研究与应用领域[院士姓名依据公开资料为路甬祥ASR 记录为近似发音建议核对]。3.7 液压油的四大作用液压油在系统中循环流动不只是传递动力那么简单课堂归纳为四大作用传递运动和动力传递能量作为工作介质把泵输出的压力能传递到液压缸、液压马达等执行元件带走热量、实现冷却油液在系统中循环把元件和节流处产生的热量带回油箱散发润滑运动部件对活塞与缸筒、阀芯与阀体等高精度配合副进行润滑减少磨损、防止卡滞防止金属表面生锈防锈防腐用油膜隔绝水分和空气保护金属零件。此外油液流动还会把系统内部产生的磨粒、杂质带回油箱在油箱入口/回油路上设置过滤器类似空气滤清器的多层滤芯加以净化可理解为附带的清洁作用。3.8 液压油的密度与可压缩性3.8.1 密度液压油有很多种类如普通液压油、抗磨液压油、航空设备用液压油等其密度等性能指标存在差异分别适用于不同场合。实际选型时应查阅油品生产厂家的产品手册对照具体设计项目所需的性能指标选用而不是笼统地随便加一种油。3.8.2 可压缩性、压缩率与体积弹性模量固体、液体、气体受力都会产生变形只是程度不同气体压缩变形非常明显液体变形很小。在密闭容器中用活塞对液压油加压油液体积会发生很小的缩小。压缩率 κ表示单位压力增加时体积的相对变化量定义式可写为κ−1VdVdp\kappa-\frac{1}{V}\frac{\mathrm{d}V}{\mathrm{d}p}κ−V1dpdV由于压力增大时体积减小dV 与 dp 符号相反前面加负号使 κ 取正值。为了与材料力学中弹性模量越大越不容易变形的习惯一致工程上更多使用体积弹性模量 K体积模量K1κ−VdpdVK\frac{1}{\kappa}-V\frac{\mathrm{d}p}{\mathrm{d}V}Kκ1−VdVdpK 越大表示液体越不容易被压缩。液压油的体积弹性模量数值很大数量级约为 GPa课堂给出约 1.22.0 GPa 的量级说明它在通常压力下体积变化极小[具体数值以教材为准]。因此在精度要求不高的一般工程计算中可以把液压油连同金属构件一起视为不可压缩这是后续很多液压公式和分析的基本假设但在研究液压冲击、伺服控制等高精度、动态问题时油液的可压缩性不能忽略。3.9 粘性与牛顿内摩擦定律重点粘性的直观概念把一杯水和一杯油更极端是蜂蜜倒出流动快慢明显不同这就是粘性不同。粘性是流体分子之间存在摩擦阻力的宏观表现粘性越大内摩擦越大流动越慢、越稠。牛顿平板实验取两块平行平板板间充满液体下板固定上板在水平力作用下以匀速 u 向右运动附着在上板表面的液体随上板以速度 u 运动附着在下板表面的液体速度为 0实验发现两板间液体速度沿板间距近似线性直线下降可把液体看成一层层平行液层上一层被板带动再通过层间摩擦带动下一层越往下速度越慢层与层之间的摩擦阻力就是粘性的体现。牛顿内摩擦定律相邻液层间的内摩擦力 F 与液层接触面积 A、垂直于流动方向的速度梯度 du/dy 成正比FμAdudyF\mu A\frac{\mathrm{d}u}{\mathrm{d}y}FμAdydu单位面积上的内摩擦力即切应力 ττFAμdudy,μτdu/dy\tau\frac{F}{A}\mu\frac{\mathrm{d}u}{\mathrm{d}y},\qquad \mu\frac{\tau}{\mathrm{d}u/\mathrm{d}y}τAFμdydu,μdu/dyτ式中的比例系数 μ 称为动力粘度绝对粘度它是衡量流体粘性大小、表征流动时内部阻力大小的重要物理参数地位可类比固体摩擦中的摩擦系数但 μ 是有量纲的流体物性参数。3.10 运动粘度与液压油牌号工程上尤其在液压技术中更常用运动粘度 ν它等于动力粘度除以密度νμρ\nu\frac{\mu}{\rho}νρμ当密度 ρ 近似为常数时ν 与 μ 只是相差一个常数倍的换算关系ν 本身并不额外增加新的物理含义。运动粘度的国际单位是m²/s量纲只含长度和时间工程上常用 mm²/s即 cSt厘斯。液压油的牌号就是用运动粘度的数值来命名的例如牌号 40、牌号 50 的液压油其数字对应该油在规定温度下运动粘度的等级值我国标准规定采用运动粘度来标定液压油牌号。此外还有各国用不同仪器、方法测得的相对粘度如恩氏粘度等了解即可选型和考试中以运动粘度、牌号为主。3.11 温度对粘度的影响与液压油选用高频考点与密度、压缩率相比粘度不稳定明显受环境条件影响最典型的是温度温度升高 → 粘度减小油变稀温度降低 → 粘度增大油变稠。生活类比食用油在夏天明显变稀、容易流动在冬天则变稠、流动变慢。选用原则寒冷地区、低温工况如冷库、冬季户外设备应选用粘度较小牌号较低的液压油否则低温下油过于粘稠流动阻力大、泵吸油困难系统难以正常启动高温、重载工况则应选用粘度较大牌号较高的油以保证足够的油膜强度、润滑与密封避免油过稀导致泄漏增大、磨损加剧。选油时还要结合工作压力、运动速度、泵的类型以及厂家手册综合考虑本讲重点要求掌握温度—粘度—牌号之间的关系。四、例题、案例或实验4.1 看符号判读泵与马达题目两个圆形元件符号A 的三角形尖端朝外B 的三角形尖端朝内判断哪个是泵、哪个是马达并说明理由。分析三角形方向代表能量高压油流向。尖端朝外表示把高压油向外输出、对外做功是液压泵尖端朝内表示需要外部向它供给高压油才能转动是液压马达。故 A 为泵、B 为马达。4.2 为什么联合收割机适合用液压马达行走联合收割机作业时车速极低车轮转速可低至每分钟几转且田间坑洼、阻力大、载荷重。若用内燃机经机械传动把上千转降到几转必须配很大减速比的减速器结构复杂且内燃机低速易熄火、遇障碍通过性差。采用轮毂柱塞式液压马达可在约 3 r/min 下无需减速器稳定输出大扭矩阻力突增时也能凭借大扭矩越过障碍因此液压传动在低速、重载、越野作业的农林机械上特别合适。4.3 FAST 天眼为什么要用伺服液压缸逐块调镜面FAST 反射面由大量小镜面拼接整体刚性转动既不现实也无法精确对准天体。在每块镜面背后布置伺服液压缸用控制算法精确协调各缸伸缩量即可让海量镜面协同改变姿态实现高精度指向。该方案要求极高的位移控制精度相邻镜面不能干涉、挤压这体现了液压出力大且可实现高精度伺服控制的能力打破了液压只能粗笨出力的刻板印象。4.4 冷库用液压设备应如何选液压油冷库环境温度低液压油在低温下粘度升高、变得粘稠会造成泵吸油困难、管路阻力增大、启动和动作迟缓。因此应选用粘度较小牌号较低、低温流动性好的液压油必要时选专用低温液压油反之长期高温工况则应选粘度较大的油。答题关键句温度升高粘度减小、温度降低粘度增大低温工况选低粘度油。4.5 为什么工程计算中常把液压油当作不可压缩流体液压油具有体积弹性模量 K且 K 很大GPa 量级在普通工作压力下体积相对变化极小。所以在精度要求不高的稳态分析和常规计算中可忽略其压缩性按不可压缩流体处理使问题大大简化只有在液压冲击、脉动、高精度伺服动态分析中才需要考虑压缩性。五、术语、公式或关键表达术语 / 符号含义与要点备注图形符号国家标准规定的液压元件职能符号简洁、规范类似电路符号教材附录可查泵 / 马达符号圆圈 三角三角朝外泵输出能量朝内马达输入能量高频考点帕斯卡原理17 世纪帕斯卡提出静压传递原理液压传动理论基础发展史考点第一台水压机18 世纪末英国制成以水为介质防锈、润滑差液压油四大作用传递动力、冷却、润滑、防锈另有携带杂质经过滤净化的作用压缩率 κκ -(1/V)·dV/dp单位压力变化引起的体积相对变化κ 越小越难压缩体积弹性模量 KK 1/κ -V·dp/dV越大越不易压缩液压油约 GPa 量级常视为不可压缩牛顿内摩擦定律F μA(du/dy)τ μ(du/dy)粘性的定量表达动力粘度 μμ τ/(du/dy)衡量流体粘性大小也称绝对粘度运动粘度 νν μ/ρ单位 m²/s工程用 mm²/s液压油牌号即其数值温度—粘度关系T↑ → ν↓变稀T↓ → ν↑变稠低温选低牌号油低速大扭矩农机液压马达可在约 3 r/min 下免减速器稳定输出液压传动核心优势之一六、课堂任务与复习安排必做复习并记忆常见液压元件的图形符号泵、马达、单向阀、换向阀、压力/流量控制阀、过滤器、油箱、油管为后续回路分析与设计打基础。后续课程将进入流体力学相关内容会用到最基础的微积分概念课堂建议针对自己薄弱的数学知识点进行碎片化、查漏补缺式学习——需要哪一点就专门搞懂哪一点并可借助线上课程、网络和大模型但要注意甄别大模型可能给出的错误结论。能力目标能看懂常见图形符号并判断泵/马达和油流方向能复述液压油四大作用能写出压缩率、体积弹性模量、动力粘度、运动粘度的关系能解释温度对粘度的影响并据此选油。七、待核对与疑问问题原因建议核对方式气动系统常见工作压力 0.20.7 MPa 的具体范围课堂口述、ASR 记录为约数查教材气动传动章节常用压力等级常见 0.40.7 MPa液压油体积弹性模量的具体数值录音只给数值很大的量级约 1.22.0 GPa 为常见教材范围查教材液压油物理性质表以所用教材为准我国 1961、1967 年水压机的厂名、吨位与亚洲最大表述ASR 对厂名、吨位识别含糊核对中国重型机械发展史如江南造船厂/相关重机厂万吨水压机资料苏联 1964 年约 7.5 万吨级模锻压机、美国 1955 年设备录音中吨位数字识别不清查世界模锻压机发展资料院士姓名路甬祥ASR 仅记录近似发音按公开资料核对引言出处与原话液压油牌号数字对应的温度与单位课堂只说牌号即运动粘度数字查液压油国家标准ISO VG 以 40 ℃ 运动粘度 mm²/s 分级FAST 伺服液压缸微米级精度的具体指标课堂为形象化描述查 FAST 促动器液压促动器公开技术资料波士顿动力机器人身高、质量等参数课堂举例口述按具体机型公开参数核对不必记忆八、复习与主动回忆10–20 分钟复习清单用 2 分钟说明设计液压系统时为什么不画实物图而用图形符号。用 3 分钟在纸上画出泵和马达的符号标出三角形方向并说明谁向外、谁向内输送能量。用 2 分钟按时间顺序复述帕斯卡原理 → 第一台水压机 → 液压油取代水 → 大型模锻压机。用 2 分钟说出水作为介质的两个缺点以及液压油对应的优点。用 3 分钟复述液压油的四大作用。用 3 分钟写出压缩率 κ、体积弹性模量 K 的关系并说明为什么工程上常把液压油视为不可压缩。用 4 分钟口述牛顿平板实验和内摩擦定律写出 F、τ、μ、ν 的公式与单位。用 2 分钟说明牌号与运动粘度的关系以及低温工况为什么要选粘度较小的油。用 2 分钟各举一个液压传动在农业、航空航天、重大工程、天文观测中的应用并说明理由。主动回忆题同样是圆圈符号怎样一眼区分液压泵和液压马达根本依据是什么液压系统为什么要采用标准化的图形符号而不是画元件的半结构图或实物图简述液压传动从帕斯卡原理到现代大型模锻压机的发展脉络并说明工作介质由水改为液压油的原因。液压油有哪四大作用油液在系统中循环还能附带完成什么什么是压缩率和体积弹性模量K 的大小说明什么为什么一般计算可把液压油视为不可压缩简述牛顿平板实验写出牛顿内摩擦定律并说明动力粘度 μ 和运动粘度 ν 的关系与单位。液压油的牌号和运动粘度是什么关系我国一般用哪种粘度来标定牌号温度升高或降低时液压油粘度如何变化在冷库等低温环境工作的液压设备应如何选油为什么为什么联合收割机等农业机械特别适合采用液压传动请从转速、减速器和扭矩三方面分析。举两个液压不仅能出力、还能实现高精度或高可靠控制的工程实例。答案要点看圆圈内三角形尖端方向尖端朝外表示高压油向外输出、对外做功是泵尖端朝内表示需要外部供油才能转动是马达。根本依据是能量流向二者功能相反。实物/半结构图绘图费时、表达困难、不便于标准化和交流图形符号简洁统一、符合国家标准类似电路符号可把精力集中在原理分析与设计上也是考试和课程设计的通用语言。17 世纪帕斯卡提出静压传递原理奠定理论约一两百年后18 世纪末英国制成第一台水压机以水为介质工业革命后向万吨级大型化发展我国在 1960 年代自主研制大型水压机20 世纪中叶后出现数万吨级模锻压机并用于飞机起落架等整体锻件。水易使金属生锈且润滑性差随着石油工业发展由能防锈、自身可润滑的液压油取代。四大作用传递运动和动力、带走热量冷却、润滑运动部件、防止金属生锈。油液循环还能把磨粒杂质带回油箱经过滤器净化。压缩率 κ-(1/V)dV/dp 表示单位压力变化下体积的相对变化体积弹性模量 K1/κK 越大越难压缩。液压油 K 很大GPa 量级常压下体积变化极小故精度要求不高时可视为不可压缩研究液压冲击、高精度伺服等动态问题时才需考虑压缩性。两平行板间充满液体上板以匀速 u 运动、下板固定板间液体速度沿间隙线性下降说明相邻液层间存在内摩擦。定律FμA(du/dy)切应力 τμ(du/dy)μτ/(du/dy) 为动力粘度运动粘度 νμ/ρμ 单位 Pa·sν 单位 m²/s工程用 mm²/s。液压油牌号数字就是其运动粘度的等级数值规定温度下我国标准规定采用运动粘度来标定液压油牌号。温度升高粘度减小、温度降低粘度增大。冷库等低温环境油会变稠导致吸油困难、阻力大、启动迟缓故应选粘度较小牌号较低、低温流动性好的油高温工况则相反应选粘度较大的油以保证润滑密封。农机作业车速极低车轮转速可低至每分钟几转且载荷重、路面坑洼阻力大用内燃机机械传动需很大减速比的减速器、结构复杂且低速易熄火、通过性差轮毂柱塞液压马达可在约 3 r/min 下免减速器稳定输出大扭矩遇障碍也易越过故特别适合。可举FAST 天眼用大量伺服液压缸按算法精确伸缩、逐块调整镜面姿态精度极高飞机机翼尾翼飞控、火箭导弹靠液压缸/舵机高可靠地改变舵面和喷管方向。其他如盾构机液压马达驱动刀盘、液压缸推进亦可。
本文整理《液压传动基础与应用》入门课内容系统梳理液压气动图形符号为什么要用、怎么读液压传动从帕斯卡原理到水压机、油压机再到现代大型模锻压机的发展脉络液压传动在农业机械、航空航天、盾构机、FAST 天眼、仿生机器人等领域的典型应用以及液压油的四大作用、密度、可压缩性压缩率与体积弹性模量、粘性牛顿内摩擦定律、动力粘度、运动粘度与牌号和温度对粘度的影响。文中把课堂强调的易错点和考点单独标出文末附主动回忆题与答案要点适合课后复习、考前梳理和课程设计查阅。一、核心结论设计和分析液压系统时不画元件实物或半结构图而是使用国家标准规定的液压图形符号原因是简洁、规范、便于交流作用类似电路图中的电阻、电感、电容符号。图形符号多为象形符号或按结构原理设计不要死记硬背圆圈代表液压泵或液压马达三角形尖朝外表示泵向外输出能量尖朝内表示马达需要外部向它供油二者功能正好相反直线表示油管另有单向阀、换向阀、各类控制阀和过滤器、油箱等辅助元件符号。液压传动的理论基础是 17 世纪帕斯卡提出的静压传递原理约在 18 世纪末英国制成世界上第一台水压机早期以水为工作介质。水作为介质有两大致命缺点容易使金属零件生锈、润滑性差随着石油开采与提炼技术成熟液压油逐步取代水推动液压技术广泛应用。液压传动最突出的工程优势是低速大扭矩、功率密度大、缓冲性好、可靠性高例如农业机械上的柱塞式液压马达可不经过减速器在低至每分钟几转的转速下稳定输出大扭矩越过坑洼路面。典型应用覆盖第一、第二、第三产业联合收割机等农林机械、飞机起落架与飞控、火箭导弹舵控、盾构机刀盘与推进、航母弹射与水下机器人、FAST 射电望远镜镜面的伺服液压缸调姿、仿生足式机器人等。液压油有四大作用传递运动和动力、带走热量实现冷却、润滑运动部件、防止金属表面生锈油液在循环中还能把杂质带回油箱经过滤器净化。液压油受压体积会略微缩小其抵抗压缩变形的能力用体积弹性模量 K表示K 越大越不易压缩液压油的 K 很大在精度要求不高时可视为不可压缩流体。粘性是流体分子间内摩擦阻力的宏观表现由牛顿内摩擦定律描述液层间内摩擦力与接触面积、速度梯度成正比比例系数为动力粘度 μ运动粘度 ν μ/ρρ 为密度。液压油的牌号数字就是其运动粘度值粘度对温度非常敏感温度升高粘度减小变稀温度降低粘度增大变稠因此寒冷、低温工况应选用粘度较小牌号较低的液压油。二、知识结构液压传动基础图形符号为什么用符号图对比实物图、半结构图国家标准与电路符号类比象形 结构原理记忆法泵/马达圆圈 三角形朝向判能量流向阀类单向阀、换向阀、压力控制阀、流量控制阀辅助元件过滤器、油箱直线为油管发展简史17 世纪帕斯卡静压传递原理18 世纪末英国第一台水压机介质为水万吨级水压机与我国 1960 年代的自主研制液压油取代水防锈、润滑现代超大型模锻压机与飞机起落架成型典型应用注塑机与日用塑料制品农林机械低速大扭矩、免大减速比航空航天起落架、飞控、火箭导弹舵控盾构机液压马达驱动刀盘、液压缸推进航母弹射、水下机器人、FAST 伺服液压缸仿生/足式机器人与机电液一体化液压油四大作用传力、冷却、润滑、防锈密度不同类型油用于不同场合可压缩性压缩率 κ、体积弹性模量 K、近似不可压缩粘性牛顿平板实验、内摩擦定律、动力粘度 μ运动粘度 ν μ/ρ、液压油牌号温度对粘度的影响与选油原则三、详细笔记3.1 承上启下从气压传动到液压传动上一部分讲过气压传动其突出局限是空气可压缩、工作压力低。气动系统常见工作压力大致在0.20.7 MPa量级且需要处理排气等问题因此在要求大出力、高刚度的场合受到限制[数值以教材为准]。液压传动同样以流体为工作介质但采用几乎不可压缩的液压油能够建立很高的压力、输出很大的力因而在重载、高功率密度场合大量使用。学习液压传动首先要掌握两门语言一是液压图形符号看懂和绘制系统图二是液压油的基本性质理解系统为什么这样设计、怎样选油。3.2 为什么要使用图形符号在设计或分析液压系统时如果把每个元件的真实形状实物图或大致结构半结构图都画出来虽然直观但绘图费时、表达困难也难以做到标准化设计者会把大量时间花在画形状而不是分析原理上。同一个液压系统可以分别用实物图、半结构图和图形符号图表达其中图形符号图最简洁高效。图形符号采用统一的国家标准教材附录收录了液压与气动图形符号标准地位类似电工学里电阻、电感、电容、灯泡、电线的标准画法。各国液压符号画法大同小异我国标准在制定时也参考了国外标准因此即使将来阅读外资企业的外文技术资料也基本能够看懂。课堂要求至少记住常见、简单元件的图形符号因为无论是系统分析、回路设计、考试中的图形题还是课程设计都要以能读图、画图为基本技能。3.3 常用图形符号与象形/原理记忆法重点记忆原则不要死记硬背。随着学习深入会发现多数符号是象形的或者反映了元件的结构原理理解能量流向和动作原理后自然能记住。液压泵与液压马达二者都用圆圈表示三角形实心三角尖端朝外 → 液压泵泵由原动机带动把高压油向外输出、对外做功能量流向向外三角形尖端朝内 → 液压马达马达需要外部向它供给高压油才能转动能量流向向内泵和马达的工作性质、能量流向正好相反对照记忆最不容易混。控制阀符号单向阀、换向阀、压力控制阀、流量控制阀等各有规定符号换向阀几位几通、溢流阀等会在后续课程专门讲解。辅助元件符号过滤器、油箱等图中的直线表示油管油路。读图顺序建议先找能源元件泵、再看执行元件缸/马达、然后沿油路直线看控制阀和辅助元件理清油液从油箱→泵→阀→执行元件→回油的路径。考点提示给出一个圆圈带三角的符号判断是泵还是马达关键只看三角形尖端方向能量流向给出一段系统图要能指出油管、泵/马达、阀和油箱、过滤器。3.4 液压传动技术的发展简史理论奠基17 世纪帕斯卡提出静压传递原理帕斯卡原理奠定了液压流体传动的理论基础。但理论提出后并没有立刻转化为工程应用。第一台水压机经过约一两百年到18 世纪末英国制成世界上第一台水压机这在机械制造领域具有里程碑意义早期水压机尺寸较小约一两米到两三米高并以水作为工作介质相关样机在我国博物馆中有复制品。向大型化发展进入 19 世纪工业革命后加工对压力的要求越来越高出现了万吨级水压机。万吨级不仅是尺寸放大油缸的承压能力、框架和立柱的受力都呈非线性快速增长设计、材料和制造难度显著提高。我国的自主研制我国在 1961 年、1967 年分别自主设计、建造了相关大型锻造/模锻水压设备用于大型船用发动机曲轴等关键件锻造1967 年前后建成当时亚洲最大的万吨级设备之一[具体厂名、吨位与年份以校史/教材资料为准]。20 世纪中叶以后美国、苏联等相继建造更大吨位的模锻压机苏联在 1960 年代把模锻压机能力提高到数万吨级课堂口述约 7.5 万吨级用于航空大型整体锻件[吨位数据 ASR 记录含糊待核对]。现代超大型模锻压机整机可达几十米、相当于四五层楼高模具尺寸与成年人身高相近。典型应用之一是国产大飞机起落架的一体成型模锻——起落架在飞机降落时承受整机冲击载荷是直接关系飞行安全的核心关键件锻造成型后还需进一步精加工。3.5 工作介质为什么从水变成液压油早期水压机用水是因为当时石油开采与提炼技术尚不成熟只能就地取材用水。水作为液压介质有两个突出缺点容易使金属表面生锈零件长期接触水会锈蚀润滑性差。液压缸中活塞与缸筒内壁配合精度非常高、间隙很小相对运动需要良好润滑而水几乎没有润滑能力液压油本身具有润滑性可同时承担润滑作用。随着石油工业发展能够稳定获得液压油液压系统便由水介质改为油介质同时带动液压技术在更多领域推广。这一变化也正好对应液压油防锈、润滑的作用。3.6 液压传动的典型应用液压传动的应用横跨第一、第二、第三产业理解应用时要抓住它力大、低速稳、功率密度高、缓冲好、可靠性高的特点。3.6.1 日用与通用机械注塑机生活中大量塑料制品塑料桌椅、塑料件等都是注塑成型注塑机的合模、注射动作大量采用液压。各类压力加工、工程机械中也普遍使用液压传动。3.6.2 农业与林业机械低速大扭矩的典型应用对象拖拉机后挂的旋耕机/拖箱、联合收割机的行走与作业部件、山上运材的林业机械、喷药机械等。作业特点负载大、机器自身质量大田间、林地没有平整道路坑坑洼洼、行走阻力大不追求跑得快反而要求慢一点、稳一点一边行走一边作业。量化概念农机稳定作业时行走速度可能只有每分钟几十米到上百米车轮驱动轮转速可低至每分钟几转。与传统机械/内燃机传动对比内燃机低速稳定性差转速过低容易熄火类比汽车跑高速省油、市区走走停停油耗高低速工况不经济若用发动机经机械传动把几百、上千转的转速降到几转必须配置很大减速比的减速器结构复杂、笨重采用轮毂安装的柱塞式液压马达最低稳定转速可低至约3 r/min中间不需要大减速比减速器就能稳定旋转并输出很大扭矩遇到沟、坎等阻力突增的情况也更容易硬过去通过性好。这正是液压传动低速大扭矩、无需复杂减速器优势的集中体现。3.6.3 航空航天与国防飞机起落架降落时由起落架油缸承受并缓冲整机巨大的冲击载荷要求出力大、缓冲好、可靠性高。机翼、尾翼飞行控制系统各类舵面的驱动长期依靠液压因为液压在航空应用中技术成熟、可靠性高。火箭、导弹方向控制通过液压缸伸缩改变喷管或舵面的偏角从而控制飞行轨迹与方向。火箭飞行速度极快一旦控制不稳定就可能失稳出事对执行机构的可靠性要求极高。3.6.4 盾构机与重大工程装备地铁、隧道、高速公路建设大量使用盾构机。盾构机刀盘的旋转由液压马达驱动整机向前掘进由后部一排液压缸推进盾构机直径可达几十米与隧道截面相当作业中还要完成管片拼装、水泥壁衬砌等工序重载、大推力需求高度依赖液压。3.6.5 前沿装备与大国重器航母舰载机弹射、水下机器人/水下作业平台在风浪很大的海面上平台姿态稳定、弹射和作业动作都需要液压提供大功率驱动与控制。FAST 中国天眼射电望远镜特殊而典型的伺服液压应用反射面由数量庞大的一块块小镜面拼接成近似球面每一块镜面背后都装有伺服液压缸通过预先计算和控制算法精确控制每个缸的伸缩量从而改变对应镜面的姿态使整个反射面协同对准目标对位移精度要求极高课堂用微米级形容因为相邻镜面一旦控制不准就可能相互挤压、甚至把镜面挤碎其最基本的驱动与执行单元就是高精度伺服液压缸。3.6.6 仿生机器人与机电液一体化拓展以波士顿动力等公司的足式机器人为代表整机身高可达 2 m 左右、质量约 80 kg 量级腿部采用液压驱动能完成行走、跳跃甚至翻跟头落地冲击很大其腿部结构还利用金属 3D 打印把液压油道、泵阀等高度集成在肢体内部。液压驱动的突出优点是爆发力强、承载能力大、抗冲击缓冲好在需要大负载、高动态动作的腿足机器人上单纯电机驱动在功率密度上会受到限制这与农业机械重载的道理相通。国内宇树科技等企业也在四足/人形机器人赛道发力行业整体趋势是机械、电子、液压、传感、控制算法与新材料深度融合机电液一体化、软体机器人等。课堂还展示了气动/软体机械手硅胶手指、关节处布置形变传感器、多个关节协调控制以及医药、食品自动生产线中的滑台气缸等用以说明流体传动在服务业和新兴产业中的广泛存在。课程引用中国工程院院士路甬祥的观点作结流体液压气动传动与控制凭借流体自身特性和应用领域的多样性在未来仍将是十分重要的研究与应用领域[院士姓名依据公开资料为路甬祥ASR 记录为近似发音建议核对]。3.7 液压油的四大作用液压油在系统中循环流动不只是传递动力那么简单课堂归纳为四大作用传递运动和动力传递能量作为工作介质把泵输出的压力能传递到液压缸、液压马达等执行元件带走热量、实现冷却油液在系统中循环把元件和节流处产生的热量带回油箱散发润滑运动部件对活塞与缸筒、阀芯与阀体等高精度配合副进行润滑减少磨损、防止卡滞防止金属表面生锈防锈防腐用油膜隔绝水分和空气保护金属零件。此外油液流动还会把系统内部产生的磨粒、杂质带回油箱在油箱入口/回油路上设置过滤器类似空气滤清器的多层滤芯加以净化可理解为附带的清洁作用。3.8 液压油的密度与可压缩性3.8.1 密度液压油有很多种类如普通液压油、抗磨液压油、航空设备用液压油等其密度等性能指标存在差异分别适用于不同场合。实际选型时应查阅油品生产厂家的产品手册对照具体设计项目所需的性能指标选用而不是笼统地随便加一种油。3.8.2 可压缩性、压缩率与体积弹性模量固体、液体、气体受力都会产生变形只是程度不同气体压缩变形非常明显液体变形很小。在密闭容器中用活塞对液压油加压油液体积会发生很小的缩小。压缩率 κ表示单位压力增加时体积的相对变化量定义式可写为κ−1VdVdp\kappa-\frac{1}{V}\frac{\mathrm{d}V}{\mathrm{d}p}κ−V1dpdV由于压力增大时体积减小dV 与 dp 符号相反前面加负号使 κ 取正值。为了与材料力学中弹性模量越大越不容易变形的习惯一致工程上更多使用体积弹性模量 K体积模量K1κ−VdpdVK\frac{1}{\kappa}-V\frac{\mathrm{d}p}{\mathrm{d}V}Kκ1−VdVdpK 越大表示液体越不容易被压缩。液压油的体积弹性模量数值很大数量级约为 GPa课堂给出约 1.22.0 GPa 的量级说明它在通常压力下体积变化极小[具体数值以教材为准]。因此在精度要求不高的一般工程计算中可以把液压油连同金属构件一起视为不可压缩这是后续很多液压公式和分析的基本假设但在研究液压冲击、伺服控制等高精度、动态问题时油液的可压缩性不能忽略。3.9 粘性与牛顿内摩擦定律重点粘性的直观概念把一杯水和一杯油更极端是蜂蜜倒出流动快慢明显不同这就是粘性不同。粘性是流体分子之间存在摩擦阻力的宏观表现粘性越大内摩擦越大流动越慢、越稠。牛顿平板实验取两块平行平板板间充满液体下板固定上板在水平力作用下以匀速 u 向右运动附着在上板表面的液体随上板以速度 u 运动附着在下板表面的液体速度为 0实验发现两板间液体速度沿板间距近似线性直线下降可把液体看成一层层平行液层上一层被板带动再通过层间摩擦带动下一层越往下速度越慢层与层之间的摩擦阻力就是粘性的体现。牛顿内摩擦定律相邻液层间的内摩擦力 F 与液层接触面积 A、垂直于流动方向的速度梯度 du/dy 成正比FμAdudyF\mu A\frac{\mathrm{d}u}{\mathrm{d}y}FμAdydu单位面积上的内摩擦力即切应力 ττFAμdudy,μτdu/dy\tau\frac{F}{A}\mu\frac{\mathrm{d}u}{\mathrm{d}y},\qquad \mu\frac{\tau}{\mathrm{d}u/\mathrm{d}y}τAFμdydu,μdu/dyτ式中的比例系数 μ 称为动力粘度绝对粘度它是衡量流体粘性大小、表征流动时内部阻力大小的重要物理参数地位可类比固体摩擦中的摩擦系数但 μ 是有量纲的流体物性参数。3.10 运动粘度与液压油牌号工程上尤其在液压技术中更常用运动粘度 ν它等于动力粘度除以密度νμρ\nu\frac{\mu}{\rho}νρμ当密度 ρ 近似为常数时ν 与 μ 只是相差一个常数倍的换算关系ν 本身并不额外增加新的物理含义。运动粘度的国际单位是m²/s量纲只含长度和时间工程上常用 mm²/s即 cSt厘斯。液压油的牌号就是用运动粘度的数值来命名的例如牌号 40、牌号 50 的液压油其数字对应该油在规定温度下运动粘度的等级值我国标准规定采用运动粘度来标定液压油牌号。此外还有各国用不同仪器、方法测得的相对粘度如恩氏粘度等了解即可选型和考试中以运动粘度、牌号为主。3.11 温度对粘度的影响与液压油选用高频考点与密度、压缩率相比粘度不稳定明显受环境条件影响最典型的是温度温度升高 → 粘度减小油变稀温度降低 → 粘度增大油变稠。生活类比食用油在夏天明显变稀、容易流动在冬天则变稠、流动变慢。选用原则寒冷地区、低温工况如冷库、冬季户外设备应选用粘度较小牌号较低的液压油否则低温下油过于粘稠流动阻力大、泵吸油困难系统难以正常启动高温、重载工况则应选用粘度较大牌号较高的油以保证足够的油膜强度、润滑与密封避免油过稀导致泄漏增大、磨损加剧。选油时还要结合工作压力、运动速度、泵的类型以及厂家手册综合考虑本讲重点要求掌握温度—粘度—牌号之间的关系。四、例题、案例或实验4.1 看符号判读泵与马达题目两个圆形元件符号A 的三角形尖端朝外B 的三角形尖端朝内判断哪个是泵、哪个是马达并说明理由。分析三角形方向代表能量高压油流向。尖端朝外表示把高压油向外输出、对外做功是液压泵尖端朝内表示需要外部向它供给高压油才能转动是液压马达。故 A 为泵、B 为马达。4.2 为什么联合收割机适合用液压马达行走联合收割机作业时车速极低车轮转速可低至每分钟几转且田间坑洼、阻力大、载荷重。若用内燃机经机械传动把上千转降到几转必须配很大减速比的减速器结构复杂且内燃机低速易熄火、遇障碍通过性差。采用轮毂柱塞式液压马达可在约 3 r/min 下无需减速器稳定输出大扭矩阻力突增时也能凭借大扭矩越过障碍因此液压传动在低速、重载、越野作业的农林机械上特别合适。4.3 FAST 天眼为什么要用伺服液压缸逐块调镜面FAST 反射面由大量小镜面拼接整体刚性转动既不现实也无法精确对准天体。在每块镜面背后布置伺服液压缸用控制算法精确协调各缸伸缩量即可让海量镜面协同改变姿态实现高精度指向。该方案要求极高的位移控制精度相邻镜面不能干涉、挤压这体现了液压出力大且可实现高精度伺服控制的能力打破了液压只能粗笨出力的刻板印象。4.4 冷库用液压设备应如何选液压油冷库环境温度低液压油在低温下粘度升高、变得粘稠会造成泵吸油困难、管路阻力增大、启动和动作迟缓。因此应选用粘度较小牌号较低、低温流动性好的液压油必要时选专用低温液压油反之长期高温工况则应选粘度较大的油。答题关键句温度升高粘度减小、温度降低粘度增大低温工况选低粘度油。4.5 为什么工程计算中常把液压油当作不可压缩流体液压油具有体积弹性模量 K且 K 很大GPa 量级在普通工作压力下体积相对变化极小。所以在精度要求不高的稳态分析和常规计算中可忽略其压缩性按不可压缩流体处理使问题大大简化只有在液压冲击、脉动、高精度伺服动态分析中才需要考虑压缩性。五、术语、公式或关键表达术语 / 符号含义与要点备注图形符号国家标准规定的液压元件职能符号简洁、规范类似电路符号教材附录可查泵 / 马达符号圆圈 三角三角朝外泵输出能量朝内马达输入能量高频考点帕斯卡原理17 世纪帕斯卡提出静压传递原理液压传动理论基础发展史考点第一台水压机18 世纪末英国制成以水为介质防锈、润滑差液压油四大作用传递动力、冷却、润滑、防锈另有携带杂质经过滤净化的作用压缩率 κκ -(1/V)·dV/dp单位压力变化引起的体积相对变化κ 越小越难压缩体积弹性模量 KK 1/κ -V·dp/dV越大越不易压缩液压油约 GPa 量级常视为不可压缩牛顿内摩擦定律F μA(du/dy)τ μ(du/dy)粘性的定量表达动力粘度 μμ τ/(du/dy)衡量流体粘性大小也称绝对粘度运动粘度 νν μ/ρ单位 m²/s工程用 mm²/s液压油牌号即其数值温度—粘度关系T↑ → ν↓变稀T↓ → ν↑变稠低温选低牌号油低速大扭矩农机液压马达可在约 3 r/min 下免减速器稳定输出液压传动核心优势之一六、课堂任务与复习安排必做复习并记忆常见液压元件的图形符号泵、马达、单向阀、换向阀、压力/流量控制阀、过滤器、油箱、油管为后续回路分析与设计打基础。后续课程将进入流体力学相关内容会用到最基础的微积分概念课堂建议针对自己薄弱的数学知识点进行碎片化、查漏补缺式学习——需要哪一点就专门搞懂哪一点并可借助线上课程、网络和大模型但要注意甄别大模型可能给出的错误结论。能力目标能看懂常见图形符号并判断泵/马达和油流方向能复述液压油四大作用能写出压缩率、体积弹性模量、动力粘度、运动粘度的关系能解释温度对粘度的影响并据此选油。七、待核对与疑问问题原因建议核对方式气动系统常见工作压力 0.20.7 MPa 的具体范围课堂口述、ASR 记录为约数查教材气动传动章节常用压力等级常见 0.40.7 MPa液压油体积弹性模量的具体数值录音只给数值很大的量级约 1.22.0 GPa 为常见教材范围查教材液压油物理性质表以所用教材为准我国 1961、1967 年水压机的厂名、吨位与亚洲最大表述ASR 对厂名、吨位识别含糊核对中国重型机械发展史如江南造船厂/相关重机厂万吨水压机资料苏联 1964 年约 7.5 万吨级模锻压机、美国 1955 年设备录音中吨位数字识别不清查世界模锻压机发展资料院士姓名路甬祥ASR 仅记录近似发音按公开资料核对引言出处与原话液压油牌号数字对应的温度与单位课堂只说牌号即运动粘度数字查液压油国家标准ISO VG 以 40 ℃ 运动粘度 mm²/s 分级FAST 伺服液压缸微米级精度的具体指标课堂为形象化描述查 FAST 促动器液压促动器公开技术资料波士顿动力机器人身高、质量等参数课堂举例口述按具体机型公开参数核对不必记忆八、复习与主动回忆10–20 分钟复习清单用 2 分钟说明设计液压系统时为什么不画实物图而用图形符号。用 3 分钟在纸上画出泵和马达的符号标出三角形方向并说明谁向外、谁向内输送能量。用 2 分钟按时间顺序复述帕斯卡原理 → 第一台水压机 → 液压油取代水 → 大型模锻压机。用 2 分钟说出水作为介质的两个缺点以及液压油对应的优点。用 3 分钟复述液压油的四大作用。用 3 分钟写出压缩率 κ、体积弹性模量 K 的关系并说明为什么工程上常把液压油视为不可压缩。用 4 分钟口述牛顿平板实验和内摩擦定律写出 F、τ、μ、ν 的公式与单位。用 2 分钟说明牌号与运动粘度的关系以及低温工况为什么要选粘度较小的油。用 2 分钟各举一个液压传动在农业、航空航天、重大工程、天文观测中的应用并说明理由。主动回忆题同样是圆圈符号怎样一眼区分液压泵和液压马达根本依据是什么液压系统为什么要采用标准化的图形符号而不是画元件的半结构图或实物图简述液压传动从帕斯卡原理到现代大型模锻压机的发展脉络并说明工作介质由水改为液压油的原因。液压油有哪四大作用油液在系统中循环还能附带完成什么什么是压缩率和体积弹性模量K 的大小说明什么为什么一般计算可把液压油视为不可压缩简述牛顿平板实验写出牛顿内摩擦定律并说明动力粘度 μ 和运动粘度 ν 的关系与单位。液压油的牌号和运动粘度是什么关系我国一般用哪种粘度来标定牌号温度升高或降低时液压油粘度如何变化在冷库等低温环境工作的液压设备应如何选油为什么为什么联合收割机等农业机械特别适合采用液压传动请从转速、减速器和扭矩三方面分析。举两个液压不仅能出力、还能实现高精度或高可靠控制的工程实例。答案要点看圆圈内三角形尖端方向尖端朝外表示高压油向外输出、对外做功是泵尖端朝内表示需要外部供油才能转动是马达。根本依据是能量流向二者功能相反。实物/半结构图绘图费时、表达困难、不便于标准化和交流图形符号简洁统一、符合国家标准类似电路符号可把精力集中在原理分析与设计上也是考试和课程设计的通用语言。17 世纪帕斯卡提出静压传递原理奠定理论约一两百年后18 世纪末英国制成第一台水压机以水为介质工业革命后向万吨级大型化发展我国在 1960 年代自主研制大型水压机20 世纪中叶后出现数万吨级模锻压机并用于飞机起落架等整体锻件。水易使金属生锈且润滑性差随着石油工业发展由能防锈、自身可润滑的液压油取代。四大作用传递运动和动力、带走热量冷却、润滑运动部件、防止金属生锈。油液循环还能把磨粒杂质带回油箱经过滤器净化。压缩率 κ-(1/V)dV/dp 表示单位压力变化下体积的相对变化体积弹性模量 K1/κK 越大越难压缩。液压油 K 很大GPa 量级常压下体积变化极小故精度要求不高时可视为不可压缩研究液压冲击、高精度伺服等动态问题时才需考虑压缩性。两平行板间充满液体上板以匀速 u 运动、下板固定板间液体速度沿间隙线性下降说明相邻液层间存在内摩擦。定律FμA(du/dy)切应力 τμ(du/dy)μτ/(du/dy) 为动力粘度运动粘度 νμ/ρμ 单位 Pa·sν 单位 m²/s工程用 mm²/s。液压油牌号数字就是其运动粘度的等级数值规定温度下我国标准规定采用运动粘度来标定液压油牌号。温度升高粘度减小、温度降低粘度增大。冷库等低温环境油会变稠导致吸油困难、阻力大、启动迟缓故应选粘度较小牌号较低、低温流动性好的油高温工况则相反应选粘度较大的油以保证润滑密封。农机作业车速极低车轮转速可低至每分钟几转且载荷重、路面坑洼阻力大用内燃机机械传动需很大减速比的减速器、结构复杂且低速易熄火、通过性差轮毂柱塞液压马达可在约 3 r/min 下免减速器稳定输出大扭矩遇障碍也易越过故特别适合。可举FAST 天眼用大量伺服液压缸按算法精确伸缩、逐块调整镜面姿态精度极高飞机机翼尾翼飞控、火箭导弹靠液压缸/舵机高可靠地改变舵面和喷管方向。其他如盾构机液压马达驱动刀盘、液压缸推进亦可。
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