直驱式液压传动

　　0前言

　　以液体作为传动介质的液压传动系统的执行件(液压缸或液压马达)，以改变流量Q对其进行变速。有两种变速方法，即节流变速(阀控)和变量泵变速(泵控)，如图1所示。

　　图1a，靠改变过流断面积A来改变流量Q。Cd为流量系数(常数)，节流口前后的压差p与Q呈抛物线(平方)关系。图1b，变量泵的每转排量q(mL/rev)是可以改变的。当驱动变量液压泵的电动机转速不变，靠改变泵的排量q即可改变输出流量Q(L/min)。

　　阀控变量响应快，控制精度高，节流损失大，温升高，适于小、中功率系统。泵控变量响应较慢、损失小、效率高，适于大流量和中、大功率系统。

　　在九十多年前，在早期的液压传动中，即出现静液驱动(Hydraustatic Transmission，简称HST)，具有闭式回路的泵控系统如图2所示。当时是把它用在巨型舰炮的俯仰角与方位角的控制装置上。 HST直到现在仍在发挥作用，在工程车辆(如挖掘机等)上大量使用。日本把它应用在水稻联合收割机的橡胶履带的驱动上。液压二次调节传动装置上，就用HST。二战期间及以后的飞机上的电源就由HST来控制，以保持400周/s的恒频电源。

　　HST的特点是没有大油箱，只用很小的油罐，系统简单，质量轻，占用空间小以及控制性能好，并节能。静液驱动的动力源一般为恒速交流电动机。

　　在飞机上的HST是由飞机发动机来驱动的。由交流电动机转速公式n=60f/P (转/min)可以知道，改变电网输入频率f(周/s)，就可以改变交流电动机转速n。式中P是电动机磁极对数。

　　交流电动机的变速问题困扰人们一百多年。由于电子及半导体技术中功率级电子半导体开关器件的出现，给人们带来了解决直流变为交流的现实可行性。从20世纪70年代初开始，逐渐地在交流电动机的变速技术领域中，解决了交流电动机的变频变速的技术大难题。经过40多年的发展，目前交流电动机的变速技术已趋成熟，在性能上和性价比上已能满足生产技术界的要求，用户也便于接受并已逐渐普及。

　　从技术思想的发展上可知，在成熟的静液驱动技术的基础上，又有了切实可用的变频电动机，所以在20世纪90年代中后期在国内外就出现把变频电动机应用在静液驱动的液压闭式回路上，如图3所示。其明显的结果就是把电动机控制的方便性和灵活性与液压有大出力(力或转矩)两个独特优点结合在一起，液压系统大为简化的同时，明显地实现节电的效果。

　　变频电动机在驱动液压定量泵的同时，它能实现变速、变向、变转矩和限转矩功能。所以，在液压系统的主回路中就可以不用流量阀(调速阀)、方向阀(换向阀)和压力阀(溢流阀)三大类耗能的控制元件。也就是说变频电动机在直接驱动液压泵的同时又能直接实现变速、变向、变转矩的功能，所以目前在国际上称变频电动机驱动的液压系统为直驱式液压系统。