液压机液压传动与控制系统设计手册

据报道，中国工程院院士、浙江大学杨华勇教授在英国Bath/ASME Symposium on Fluid Power and Motion Control 2018国际流体传动会议上被英国机械工程师学会授予了2017年度的约瑟夫·布拉马奖章，成为首位获此殊荣的中国科学家。

约瑟夫·布拉马奖章创立于1968年，以纪念世界首台液压压力机的发明者约瑟夫·布拉马（Joseph Bramah，1748—1814），用于表彰在全球流体动力与机电领域有特殊贡献的科学家或工程师，是国际流体动力领域的至高荣誉。约瑟夫·布拉马奖章每年仅授予一人（1969年、1977年、1983年、2000年、2012年空缺）。

液压机是用液压传动的压力机的总称。对于一些标准规定的液压机，尽管有这样或那样的不同，但液压系统是标准规定的液压机组成部分。

以油泵直接传动双柱斜置式自由锻造液压机为例，其设备范围包括：液压机本体（包含上砧旋转与快换装置），液压传动与控制系统（包含泵站、操作阀及管道等），电气传动与控制系统（包含控制柜、操作台及管线等），润滑系统，专用工具，一副上、下平砧及砧座，随机附带必要的易损件。

因此有参考资料指出：“液压与电气系统的性能、配置和控制技术应是液压机产品最重要的核心技术。”

本手册的主要内容为液压机液压传动及控制系统，也包括一些电气传动与控制系统（即在GB/T 17446中定义的“控制系统”）及润滑系统。因关系到液压机用液压缸的设置与装配，本手册还涉及了一些液压机的本体、机械化设备及附属装置。

液压机的液压系统应符合GB/T 3766—2015《液压传动系统及其元件的通用规则和安全要求》和JB/T 3818—2014《液压机技术条件》的规定；对于有产品标准的还应符合如JB/T 1829—2014《锻压机械通用技术条件》、GB/T 37400.16—2019《重型机械通用技术条件第16部分：液压系统》等产品标准的规定。

笔者曾在《电液伺服阀/液压缸及其系统》一书中指出：“电液伺服阀控制系统设计是一项应用创新思维、采用创新方法以实现创新技术的活动，即以新颖独特的方式对已有信息进行加工、改造、重组和迁移，从而获得有效的创意，应用一种或多种科学思维、科学方法、科学工具以实现技术创新。”笔者认为，其同样适用于（数控）液压机液压系统及其控制。

还以电液伺服阀控制液压缸系统（数控液压机液压系统）为例，其设计需要全面、准确地把握设计（技术）要求、正确制定系统控制方案、按相关标准绘制液压原理图和元件及管路布置图，其中必须重点考虑控制的稳定性、精确性和快速性，而这些恰恰也是当前电液伺服阀控制液压缸系统设计的难点。

根据现实情况及实际需要选择和确定液压机的性能指标具有可行性，具体的液压机液压系统及其控制的性能还取决于该系统的设计水平和工艺水平。

近年来发布的一些与液压机相关的新标准，标志和推动了液压机技术进步，但理解、遵守这些标准却是个问题，甚至一些标准中还存在着值得商榷的地方。如笔者认为：以矿物油型液压油为工作介质的双柱式锻造液压机，在热态锻造时存在火灾隐患，应是一种本质不安全设计，笔者曾参与处理过这样设备的火灾事故。再如笔者认为：GB/T 37400.16—2019规定的要求并不全面、准确，并专门撰写了文章《对重型机械液压系统通用技术条件新标准的几点看法》，发表在“爱液压论坛”上。

在一些液压机产品标准中经常有这样的表述：“液压系统中所用元件应符合GB/T 7935—2005的规定。”但笔者认为，此标准过于笼统、陈旧，以设计、制造液压机用液压缸为例，其指导意义有限。

在液压传动系统及元件中，除油箱、配管以外，液压缸是工程技术人员最可能遇到的技术设计。尽管液压缸与其他液压元件或装置比较，其设计与制造相对简单、容易，但要真正设计、制造出一台好的液压缸却是很难的。

液压机应具有足够的强度和刚度，而不应如一些标准中表述的那样，只要求具有足够的刚度。对液压机用液压缸而言，其也应具有足够的强度、刚度和工作寿命。笔者对液压缸设计与制造做过一些工作，也参与了一些相关标准的起草修订工作。笔者曾提出的一些意见现在在业内还未完全达成共识，如笔者认为：应以“额定压力”而不是“公称压力”作为液压缸的基本参数来设计、制造液压缸，亦即将JB/T 10205—2010《液压缸》统一到JB/T 3818—2014《液压机技术条件》上来。在标准层面上确立以“额定压力”为液压缸的基本参数，尽管现在还有不同意见，但为了实现液压缸轻量化设计制造也势在必行。这些关于标准的研究都为本手册的编著提供了有力的支撑。

液压缸是为液压机配套的关键部件之一，其型式与参数、技术要求、检验方法、精度等必须与液压机技术条件相适应。而现在液压缸的设计与制造经常忽视对液压机整机的研究与把握，导致液压缸不能很好地满足整机的技术要求，常常成为整机中寿命最短的部件，这也是本手册想解决的问题之一。

现在冠以“数控”的液压机（械）也越来越多，但并不都符合“数控液压机是以数字量为主进行信息传递和控制的、具有人机界面、主要参数（至少含压力、位移参数）采用数字化控制的液压机。”这样的标准规定，如在GB/T 34376—2017规定的数控液压板料折弯机，关键的问题在于液压比例/伺服控制阀及其所控制的液压缸的控制信号是否是数字的。

液压机的电气设备及系统应符合GB/T 5226.1—2019《机械电气安全机械电气设备第1部分：通用技术条件》和/或GB/T 5226.1—2020《机械电气安全机械电气设备第34部分：机床技术条件》的规定；当采用可编程序控制器或微机控制时，应符合现行有关标准的规定。数控系统应满足液压机的功能要求，应具有点动、手动、半自动、自动操作，以及程序编辑、自动报警显示等功能。

或表述为，基础自动化和过程控制的可编程序控制器（PLC）和工业计算机（IPC）的配置应符合现行有关标准的规定；应实现对液压机工作过程的控制和管理，以及设备的实时运行信息显示、报警和故障诊断。

本手册按照标准、全面、准确、实用、新颖的原则编写，共分为六章，几乎包括了除机械压力机（类别字母代号为J）的所有类别的锻压机械液压系统，对现行相关标准进行了认真、全面的梳理，重视对标准的理解与遵守，以符合液压机技术条件为前提，并结合笔者的液压机设计、制造实践经验，能够切实解决液压机液压系统及其控制设计、制造中的一些重点、难点问题，且能对读者整体把握液压机的设计、制造技术提供帮助。

遵守现行标准，推动技术进步，提高液压机设计、制造、安装、使用与维护水平，是每位液压机液压系统及其控制设计、制造者的责任，笔者也想为此做一点工作。但因本人学识、水平有限，不足之处恳请专家、读者批评指正。

应鼓励各供方根据 “标准”的技术参数、技术要求和检验与验收规则，以及合同或协议的具体规定，发挥各自的技术优势，针对用户不同需求提出先进合理的液压与电气的配置和控制系统。

最后，笔者衷心感谢在手册编写过程中给予了支持和帮助的各位专家、教授，以及三十多年来就液压机设计与制造技术请教过的各位老师（傅），衷心感谢哈尔滨工业大学姜继海、燕山大学姜万录两位教授在本手册申请2022年化学工业出版社出版基金时给予的推荐。

编著者

本手册是笔者从业三十多年液压传动及控制技术尤其是液压机设计与制造技术和经验的总结。全书共分为六章，按照标准、全面、准确、实用、新颖的原则编写，主要内容包括：液压机概论，液压机液压系统及控制设计、制造基础，液压机型式与基本参数、技术条件、精度，液压机液压系统及其控制设计，液压机液压系统及元件制造，液压机液压系统的使用与维护等。本手册也是一部液压机液压系统及其控制技术的专著，对现行相关标准进行了认真、全面的梳理，重视对标准的理解与遵守，以符合液压机技术条件为前提，并结合笔者的液压机设计与制造实践经验，能够切实解决液压机液压系统及其控制设计与制造中的一些重点、难点问题，且能对读者整体把握液压机的设计与制造技术提供帮助。本手册可供从事液压机和液压机液压传动及控制系统、电气传动与控制系统及润滑系统设计与制造的专业人员，高等院校相关专业教师、学生等参考和使用；对从事其他液压机械或机、电、液一体化装备和液压传动系统及元件设计、制造、安装、使用和维护等工作的工程技术人员也具有一定参考价值。

唐颖达1984年在沈阳工业大学流体传动及控制专业本科毕业后留校工作，1988年调转到辽宁东港工作。后于2013年～2016年在安徽马鞍山某液压公司任总工程师；2016年～2018在中国航天科工集团沈阳某流体控制系统有限公司任副总工程师；2018年至今在苏州美福瑞新材料科技有限公司任总工程师。现为全国液压气动标准化技术委员会顾问委员会委员。主持设计制造过二十余台各类液压机和/或二百多台套液压系统及液压泵站，如超硬材料（金刚石）压制液压机、模膛挤压液压机、纤维增强复合材料液压机、管材充液成形液压机、胶合板热压机、平板硫化机、金属（废金属）打包液压机、非金属打包液压机、金属屑压块液压机等。主持设计制造过七台液压试验台，包括电液伺服阀、伺服液压缸试验台。主持设计制造过上百种各类液压元件，其中汽车制动系统用感载比例阀为国内首先研制成功并制定了企标；加工制造的HMB系列高压断路器弹簧液压操作机构现已挂网安全运行8年多，是除主机厂之外唯一为高压开关厂配套成功的；主持设计制造过几千台各类液压缸，包括金属成型液压机、模膛挤压液压机、液压板料折弯机、液压剪板机、塑料制品成型液压机、汽车内饰件成型液压机、金刚石液压机、管材充液成型液压机、材料及零部件试验机等液压机（械）、设备用（伺服）液压缸。唐颖达编著的《液压缸密封技术及其应用》由机械工业出版社2016年6月出版；唐颖达著的《液压缸设计与制造》由化学工业出版社2016年11月出版；唐颖达、刘尧编著的《液压回路分析与设计》由化学工业出版社2017年5月出版；唐颖达、刘尧编著的《电液伺服阀/液压缸及其系统》由化学工业出版社2018年10月出版；唐颖达编著的《液压缸手册》由机械工业出版社2020年9月出版。参与修订了GB/T 786.1—2021《流体传动系统及元件 图形符号和回路图 第1部分：图形符号》、GB/T 15242.3—2021《液压缸活塞和活塞杆动密封装置尺寸系列 第3部分：同轴密封件沟槽尺寸系列和公差》、GB/T 15242.4—2021《液压缸活塞和活塞杆动密封装置尺寸系列 第4部分：支承环安装沟槽尺寸系列和公差》等国家标准；还牵头制定了T/CSTE 0121—2022《质量分级及“领跑者”评价要求 液压缸》团标。

本书的编著过程不仅仅是简单地将液压机液压传动与控制系统设计的有关内容——基础理论、技术要求、设计制造、使用维护平铺直叙地呈现给读者，更重要的是作者在著书过程中的心路历程，他站在实用与适用的角度，进行对比分析，将自己的经验毫无保留地记录在书中，这也正是本书的与众不同。真心希望每一位读者都可以在其中找到自己所需的内容，也相信会是这样的。