液压流体动力：基础、应用和回路设计

本书首先介绍了液压的基本原理和液压系统的基本物理组件，随后介绍了现代先进液压应用中控制液压功能的实用系统。本书以通俗易懂的表达方式和丰富的实例，为读者提供了液压回路设计如何影响其所在设备运行所需的基本工具和高级工具，并重点介绍了每种设计架构的能源性和控制特性，以及如何为具体应用选择最佳设计解决方案。本书特点：内容新、全面、系统、实用，概念、原理清晰，图文并茂，每部分都配有实例。　　本书可供液压元件、移动机械和工业系统设计的工程师参考使用，也可供机械、航空航天工程专业师生学习参考。

作者安德烈亚·瓦卡（Andrea Vacca)是普渡大学Maha流体动力研究中心的主任，由他来领导普渡大学Maha 流体动力研究中心。他在帕尔马大学获得硕士学位，在佛罗伦萨大学获得能源系统博士学位。他撰写了150多篇关于流体动力技术的论文，并因对流体动力研究的贡献而获得机械工程师协会颁发的2019年约瑟夫?布拉马奖章（Joseph Bramah Medal）。杰尔马诺·弗兰佐尼（Germano Franzoni）于2006年在意大利帕尔马大学获得机械工程博士学位。从那时起，他就在欧洲和美国的液压行业工作。他目前是派克汉尼汾公司（Parker Hannifin）北美地区移动系统工程团队成员。他擅长系统设计、业务开发和研发。他与建筑、采矿、卡车和军用市场的主要原始设备制造商紧密合作。他拥有两项专利，并有多项专利正在申请中。他是多篇科学论文的作者，并在各种流体动力会议和专题讨论会上发表过演讲。

目录译者序前言致谢第一部分液压基本原理第1章液压控制技术简介31.1历史回顾31.2流体动力符号及其演变61.3通用ISO符号9习题14第2章液压流体172.1理想液压流体与实际液压流体172.2液压流体的分类192.2.1矿物油（H）192.2.2抗燃液压油（HF）202.2.3合成液压油（HS）202.2.4环保液压流体202.2.5水液压202.2.6不同液压流体的比较212.3液压流体的物理性能222.4液压流体的可压缩性：体积模量222.5流体密度232.6流体黏度252.6.1黏度与温度的关系272.6.2黏度与压力的关系292.7夹带空气、气体溶解度与气穴效应292.7.1夹带空气292.7.2气体溶解度302.7.3液-气混合物的等效性质312.8液压流体污染物352.8.1关于液压过滤器考虑因数372.8.2过滤器的布局392.9液压油箱422.9.1油箱容积422.9.2油箱设计基础43习题44第3章基本方程453.1帕斯卡定律453.2流体静力学基本定律463.3体积流量473.4质量守恒483.5伯努利方程503.5.1广义伯努利方程513.5.2主要损失533.5.3次要损失543.6液阻543.7流体网络的稳态建模563.8动量方程58习题64第4章孔口基础684.1孔口方程684.2固定节流孔和可变节流孔714.3孔口的功率损失724.4孔口的串联和并联734.5液压系统中的孔口功能764.5.1压力管路和回油管路中的节流孔口764.5.2先导管路中的节流孔口78习题81第5章液压系统动态分析835.1压力建立方程：液容835.2流体惯性方程：液感875.3流动网络建模：考虑动态因数915.3.1集总参数方法的有效性955.3.2对管路阻抗模型的进一步思考955.4液压蓄能器的阻尼作用96习题98参考文献101第二部分液 压 元 件第6章液压泵和液压马达1056.1概述1056.2理想工况1066.3一般工作原理1076.4ISO符号1106.5理想公式1116.6实际工况1126.7液压泵和液压马达的能量损失1136.7.1流体可压缩性1136.7.2内泄漏和外泄漏1156.7.3摩擦1166.7.4其他功率损失1176.8容积效率和液压机械效率1196.9液压泵/液压马达的结构类型1276.9.1斜盘式轴向柱塞泵/马达1276.9.2斜轴式轴向柱塞泵/马达1306.9.3径向柱塞泵/马达1316.9.4齿轮泵/马达1326.9.5 叶片泵/马达135习题138第7章液压缸1407.1液压缸的分类1407.2液压缸分析1417.3理想液压缸与实际液压缸1447.4多级液压缸1487.4.1单作用多级液压缸1487.4.2双作用多级液压缸148习题152第8章液压控制阀1548.1弹簧基础1548.2单向阀和梭阀1558.2.1单向阀1558.2.2液控单向阀1568.2.3梭阀1578.3压力控制阀1578.3.1溢流阀1578.3.2减压阀1628.4流量控制阀1658.4.1二通流量控制阀1658.4.2带二通流量控制阀的定量泵回路1678.4.3三通流量控制阀1698.4.4带三通流量控制阀的定量泵回路1718.5方向控制阀1768.5.1进口节流和出口节流构型1788.5.2中位1808.6伺服阀1848.6.1伺服阀的特性1878.6.2伺服阀与比例阀对比195习题200第9章液压蓄能器2059.1蓄能器的种类2059.1.1重力式蓄能器2059.1.2弹簧式蓄能器2059.1.3充气式蓄能器2069.1.4活塞式蓄能器2069.1.5隔膜式蓄能器2079.1.6囊式蓄能器2079.2充气式蓄能器的应用2089.3典型应用2099.3.1储能2099.3.2应急油源2109.3.3能量回收2109.3.4液压悬架2109.3.5脉动抑制：减缓冲击2119.4方程和规格2119.4.1蓄能器作为储能装置2119.4.2蓄能器作为阻尼装置213习题217参考文献219第三部分执行元件控制概念第10章执行元件控制基础22310.1控制方法：速度控制、力控制和位置控制22310.2阻性负载和超越负载224习题226第11章单执行元件控制的一般概念22811.1液压源和控制概念22811.2流量源——一次控制23011.3流量源——节流控制23111.4流量源——二次控制23211.5压力源——一次控制23311.6压力源——节流控制23411.7压力源——二次控制23511.8其他注意事项236第12章单出杆液压缸的能量再生控制23712.1能量再生的基本概念23712.2实际应用24012.2.1带外部能量再生阀的方向控制阀24012.2.2带能量再生伸出位置的方向控制阀24112.2.3自动选择能量再生模式的方案241习题243参考文献244第四部分单执行元件节流控制第13章节流控制基础24713.1进口节流和出口节流控制的基本原理24713.1.1进口节流控制24713.1.2出口节流控制25113.1.3进口节流控制和出口节流控制的说明25713.2实际节流控制元件26913.2.1单阀芯比例DCV26913.2.2独立节流控制元件27113.3空载出口节流防气穴阀的应用276习题278第14章负载保持阀和平衡阀28214.1负载保持阀28214.2平衡阀（CBV）28614.2.1基本工作原理28714.2.2平衡阀的结构28814.2.3平衡阀的详细操作29014.2.4先导比和压力设定的影响29814.2.5弹簧腔带有排气口的平衡阀299习题300第15章旁通系统和开中心系统30315.1旁通和开中心基本回路30315.2旁通回路原理30415.3开中心基本系统30715.3.1工作原理30815.3.2开中心阀设计31015.3.3功率分析31115.4先进的开中心控制架构31315.4.1负流量控制31315.4.2正流量控制31815.4.3先进的开中心架构的功率分析319习题320第16章负载敏感系统32216.1负载敏感控制的基本概念32216.2定量泵的负载敏感系统32316.2.1基本原理图32316.2.2工作原理32316.2.3功率分析32416.2.4饱和工况32516.3负载敏感阀32616.4带变量泵的负载敏感系统33216.4.1基本原理图33216.4.2工作原理33316.4.3功率分析33416.4.4饱和工况33516.5负载敏感泵34216.6具有独立节流阀的负载敏感解决方案34816.7电子负载敏感(E-LS)349习题351第17章恒压系统35217.1带变量泵的恒压系统 35217.1.1原理图和工作原理基础 35217.1.2功率分析 35417.2带卸荷器的恒压系统(CPU) 35517.3带定量泵的恒压系统 35617.4在液压制动回路中的应用 358习题 359参考文献361第五部分多执行元件的节流控制第18章多执行元件系统的基础知识36518.1串联执行元件和并联执行元件36518.1.1串联构型36618.1.2并联构型36818.2并联执行元件中负载干扰的消除37118.2.1用补偿器消除负载干扰37118.2.2用容积耦合方法消除负载干扰37218.3分流器实现并联执行元件的同步37318.3.1滑阀式分流器37318.3.2滑阀式分流器/集流器37418.3.3体积式分流器/集流器377习题381第19章多执行元件的恒压系统38519.1多执行元件恒压系统的基本概念38519.1.1基本原理图38519.1.2流量饱和38619.1.3功率分析38619.2多执行元件恒压系统的完整原理图387习题389第20章多执行元件的开中心控制系统39120.1并联开中心控制系统39120.1.1工作原理39120.1.2功率分析39320.1.3流量饱和39420.1.4关于开中心控制阀芯设计的思考39420.1.5负载干扰下开中心系统39620.2串并联和串联开中心控制系统40220.2.1串并联构型40220.2.2串联构型40320.3多执行元件的高级开中心控制回路:以挖掘机为例404习题406第21章多执行元件负载敏感系统40721.1无压力补偿负载敏感(LS)系统40721.1.1基本回路40721.1.2功率分析40921.1.3阀的实现及其扩展应用于多执行元件40921.2有压力补偿的负载敏感（LSPC）系统41321.2.1阀前补偿技术的LSPC系统41321.2.2阀后补偿技术的LSPC系统42121.3LS系统中的流量饱和与流量共享42821.3.1阀前补偿LSPC的流量饱和42921.3.2阀后补偿LSPC的流量饱和43121.4阀前补偿与阀后补偿比较43221.4.1压力饱和43221.4.2流量饱和43221.4.3控制精度43321.5负载敏感的独立节流系统435习题437第22章具有优先功能的助力转向和液压系统44622.1液压助力转向44622.2液压助力转向系统分类44622.3液压机械助力转向44722.4静液压助力转向系统45122.4.1静液压转向装置说明45222.4.2静液压转向装置的类型45522.5优先阀45622.5.1用于定排量流量源的优先阀45622.5.2负载敏感回路优先阀460习题462参考文献463第六部分静液压传动系统和静液压执行元件第23章基本定义和分类46723.1静液压传动系统和静液压执行元件46723.1.1基础定义46723.1.2静液压传动系统和静液压执行元件中使用的供给概念46923.2静液压传动系统和静液压执行元件的一次元件46923.2.1恒速原动机和变量泵46923.2.2变速原动机和定量泵47023.2.3变速原动机和变量泵47023.3过中心变量泵47023.4典型应用47123.5分类汇总471第24章静液压传动系统47324.1静液压传动系统的主要参数47324.2理论布局47624.2.1定量泵和定量马达（PFMF）47724.2.2变量泵和定量马达（PVMF）47724.2.3定量泵和变量马达（PFMV）47824.2.4变量泵和变量马达（PVMV）47924.2.5变量泵和双排量马达（PVM2）48024.3开式回路静液压传动系统48224.3.1带流量源的开式回路静液压传动系统的基本回路48324.3.2带流量源的开式回路静液压传动系统的常见实现方式48424.4闭式回路静液压传动系统49124.4.1补油回路和过滤器49224.4.2跨端口溢流阀49424.4.3冲洗回路49624.5闭式回路排量调节器50024.5.1闭式回路泵的电液排量调节器50024.5.2闭式回路泵的自动控制50024.5.3马达电液排量调节器50224.5.4马达自动压力调节器503习题505第25章用于车辆推进的静液压传动装置50925.1车辆传动装置的基本结构50925.2可变传动比系统的分类51225.3功率分流变速器51425.3.1行星齿轮系51425.3.2液压机械功率分流变速器51725.4混合动力变速器52725.4.1串联混合动力52725.4.2并联混合动力52925.4.3混联混合动力（或功率分流混合动力）53025.5推进用静液压传动装置的规格确定53225.5.1步骤1：最大牵引力计算53225.5.2步骤2：定量马达或变量马达的选择53325.5.3步骤3：马达（二次元件）的规格确定53425.5.4步骤4：确定泵的规格（一次元件）53625.5.5步骤5：检查结果536习题541第26章静液压执行元件54226.1开式回路静液压执行元件54226.2闭式回路静液压执行元件54326.2.1液压缸伸出54326.2.2液压缸缩回54626.3补油泵和蓄能器的详细介绍54826.4静液压执行元件的结束语551第27章二次控制（二次调节）静液压传动系统55227.1基本实现55227.2带测速泵的二次控制回路55327.3带测速泵和内部力反馈的二次控制回路55527.4带电子控制的二次控制回路55627.5多执行元件557习题558参考文献559附录560附录A原动机及其与液压回路的相互作用560A.1角功率法及其局限性560A.2柴油发动机及其与液压泵的相互作用561A.2.1柴油发动机调节562A.2.2发动机失速564A.2.3超越负载564A.2.4燃油消耗565A.3电动机565A.3.1有刷直流电动机565A.3.2感应电动机（或异步电动机）572A.3.3同步电动机575A.4液压泵的功率限制576A.4.1使用定量泵转矩限制576A.4.2使用变量泵转矩限制578参考文献582