适读人群 ：液压元件、移动机械和工业系统设计的工程师
- 随着数字技术、电动化技术和智能化技术的飞速发展，液压驱动已从传统的动力传递向信息与能量综合优化方向发展。尤其是原位测量技术、阀口独立控制技术和四象限协同节能控制技术等的日新月异，液压系统的精细建模和控制成为解决能量优化的关键，也是实现能量高效利用和智能管理的重要基石。
- 这里我向大家推荐一本书，该书是由Andrea Vacca和Germano Franzoni编写的《液压流体动力-基础、应用和设计》。本书从液压流体、液压元件、精确流量控制到电静液控制，为从事流体控制的从业者和学生提供了准确的建模、协同控制和高效架构，以实现液压系统的高效、精准控制和高性能。
- 首先，本书介绍了液压流体的基本原理，包括帕斯卡定律和伯努利方程等，使读者掌握最基础的流体特性。
- 其次，介绍了典型液压元件的工作原理，包括液压泵（液压马达）、液压阀、液压缸等，为后续建模控制奠定基础。
- 接下来，介绍的液压控制系统，包括计量控制、负载敏感控制和多机协同控制等，
- 其中进口节流和出口节流为阀口独立控制奠定了基础，
- 电静压传动为高效四象限节能工作奠定了基础。
- 看这本书，可以深刻感受到机械结构、流体力学、电子技术、控制系统和产品设计居然可以很好的融合在一起，共同呈现液压流体动力的魅力。
- 本书非常有特色的点有：
- 一是一以贯之用实例贯穿本书的核心知识点和主要内容，让读者哪怕是学第一章内容，就会用所学知识进行系统设计和应用；
- 二是补充了很多新知识和新技术，如将流体动力控制中可能的控制端口均进行了详细的建模和控制能力分析，极易与现在最热门的原位感知、智能端口控制和能量优化结合，提升电液动力与控制的效能，并为智能化控制提供极大的可能性。
- 本书内容全面，核心知识点经过了认真凝练，且附有工程实例，内容与习题融合很好，储能、能量回收、脉动抑制等典型应用，及进出口计量控制与负载敏感系统等，让读者可以从日常生活中的大量工程应用感受到本书内容实效和有用，是一本集基础理论、元件特性、系统控制和工程应用为一体的工具书，不仅基础理论扎实，而且非常契合数字液压和节能液压需求。
- 至今，无论是航空航天还是复杂工程机械，工程师仍然孜孜不倦在探索能量的高效利用和电子与信息为液压流体控制带来的性能新的增长点，这本《液压流体动力-基础、应用和设计》里的智慧仍然在推进技术创新，为其与智能化、网络化和协同控制带来新的交叉学科的应用价值。

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3
1.1历史回顾3
1.2流体动力符号及其演变6
1.3通用ISO符号9
习题14
第2章液压流体17
2.1理想液压流体与实际液压流体17
2.2液压流体的分类19
2.2.1矿物油（H）19
2.2.2抗燃液压油（HF）20
2.2.3合成液压油（HS）20
2.2.4环保液压流体20
2.2.5水液压20
2.2.6不同液压流体的比较21
2.3液压流体的物理性能22
2.4液压流体的可压缩性：体积模量22
2.5流体密度23
2.6流体黏度25
2.6.1黏度与温度的关系27
2.6.2黏度与压力的关系29
2.7夹带空气、气体溶解度与气穴效应29
2.7.1夹带空气29
2.7.2气体溶解度30
2.7.3液-气混合物的等效性质31
2.8液压流体污染物35
2.8.1关于液压过滤器考虑因数37
2.8.2过滤器的布局39
2.9液压油箱42
2.9.1油箱容积42
2.9.2油箱设计基础43
习题44
第3章基本方程45
3.1帕斯卡定律45
3.2流体静力学基本定律46
3.3体积流量47
3.4质量守恒48
3.5伯努利方程50
3.5.1广义伯努利方程51
3.5.2主要损失53
3.5.3次要损失54
3.6液阻54
3.7流体网络的稳态建模56
3.8动量方程58
习题64
第4章孔口基础68
4.1孔口方程68
4.2固定节流孔和可变节流孔71
4.3孔口的功率损失72
4.4孔口的串联和并联73
4.5液压系统中的孔口功能76
4.5.1压力管路和回油管路中的节流孔口76
4.5.2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83
5.1压力建立方程：液容83
5.2流体惯性方程：液感87
5.3流动网络建模：考虑动态因数91
5.3.1集总参数方法的有效性95
5.3.2对管路阻抗模型的进一步思考95
5.4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105
6.1概述105
6.2理想工况106
6.3一般工作原理107
6.4ISO符号110
6.5理想公式111
6.6实际工况112
6.7液压泵和液压马达的能量损失113
6.7.1流体可压缩性113
6.7.2内泄漏和外泄漏115
6.7.3摩擦116
6.7.4其他功率损失117
6.8容积效率和液压机械效率119
6.9液压泵/液压马达的结构类型127
6.9.1斜盘式轴向柱塞泵/马达127
6.9.2斜轴式轴向柱塞泵/马达130
6.9.3径向柱塞泵/马达131
6.9.4齿轮泵/马达132
6.9.5 叶片泵/马达135
习题138
第7章液压缸140
7.1液压缸的分类140
7.2液压缸分析141
7.3理想液压缸与实际液压缸144
7.4多级液压缸148
7.4.1单作用多级液压缸148
7.4.2双作用多级液压缸148
习题152
第8章液压控制阀154
8.1弹簧基础154
8.2单向阀和梭阀155
8.2.1单向阀155
8.2.2液控单向阀156
8.2.3梭阀157
8.3压力控制阀157
8.3.1溢流阀157
8.3.2减压阀162
8.4流量控制阀165
8.4.1二通流量控制阀165
8.4.2带二通流量控制阀的定量泵回路167
8.4.3三通流量控制阀169
8.4.4带三通流量控制阀的定量泵回路171
8.5方向控制阀176
8.5.1进口节流和出口节流构型178
8.5.2中位180
8.6伺服阀184
8.6.1伺服阀的特性187
8.6.2伺服阀与比例阀对比195
习题200
第9章液压蓄能器205
9.1蓄能器的种类205
9.1.1重力式蓄能器205
9.1.2弹簧式蓄能器205
9.1.3充气式蓄能器206
9.1.4活塞式蓄能器206
9.1.5隔膜式蓄能器207
9.1.6囊式蓄能器207
9.2充气式蓄能器的应用208
9.3典型应用209
9.3.1储能209
9.3.2应急油源210
9.3.3能量回收210
9.3.4液压悬架210
9.3.5脉动抑制：减缓冲击211
9.4方程和规格211
9.4.1蓄能器作为储能装置211
9.4.2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223
10.1控制方法：速度控制、力控制和位置控制223
10.2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228
11.1液压源和控制概念228
11.2流量源——一次控制230
11.3流量源——节流控制231
11.4流量源——二次控制232
11.5压力源——一次控制233
11.6压力源——节流控制234
11.7压力源——二次控制235
11.8其他注意事项236
第12章单出杆液压缸的能量再生控制237
12.1能量再生的基本概念237
12.2实际应用240
12.2.1带外部能量再生阀的方向控制阀240
12.2.2带能量再生伸出位置的方向控制阀241
12.2.3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247
13.1进口节流和出口节流控制的基本原理247
13.1.1进口节流控制247
13.1.2出口节流控制251
13.1.3进口节流控制和出口节流控制的说明257
13.2实际节流控制元件269
13.2.1单阀芯比例DCV269
13.2.2独立节流控制元件271
13.3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282
14.1负载保持阀282
14.2平衡阀（CBV）286
14.2.1基本工作原理287
14.2.2平衡阀的结构288
14.2.3平衡阀的详细操作290
14.2.4先导比和压力设定的影响298
14.2.5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303
15.1旁通和开中心基本回路303
15.2旁通回路原理304
15.3开中心基本系统307
15.3.1工作原理308
15.3.2开中心阀设计310
15.3.3功率分析311
15.4先进的开中心控制架构313
15.4.1负流量控制313
15.4.2正流量控制318
15.4.3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322
16.1负载敏感控制的基本概念322
16.2定量泵的负载敏感系统323
16.2.1基本原理图323
16.2.2工作原理323
16.2.3功率分析324
16.2.4饱和工况325
16.3负载敏感阀326
16.4带变量泵的负载敏感系统332
16.4.1基本原理图332
16.4.2工作原理333
16.4.3功率分析334
16.4.4饱和工况335
16.5负载敏感泵342
16.6具有独立节流阀的负载敏感解决方案348
16.7电子负载敏感(E-LS)349
习题351
第17章恒压系统352
17.1带变量泵的恒压系统 352
17.1.1原理图和工作原理基础 352
17.1.2功率分析 354
17.2带卸荷器的恒压系统(CPU) 355
17.3带定量泵的恒压系统 356
17.4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365
18.1串联执行元件和并联执行元件365
18.1.1串联构型366
18.1.2并联构型368
18.2并联执行元件中负载干扰的消除371
18.2.1用补偿器消除负载干扰371
18.2.2用容积耦合方法消除负载干扰372
18.3分流器实现并联执行元件的同步373
18.3.1滑阀式分流器373
18.3.2滑阀式分流器/集流器374
18.3.3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385
19.1多执行元件恒压系统的基本概念385
19.1.1基本原理图385
19.1.2流量饱和386
19.1.3功率分析386
19.2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391
20.1并联开中心控制系统391
20.1.1工作原理391
20.1.2功率分析393
20.1.3流量饱和394
20.1.4关于开中心控制阀芯设计的思考394
20.1.5负载干扰下开中心系统396
20.2串并联和串联开中心控制系统402
20.2.1串并联构型402
20.2.2串联构型403
20.3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407
21.1无压力补偿负载敏感(LS)系统407
21.1.1基本回路407
21.1.2功率分析409
21.1.3阀的实现及其扩展应用于多执行元件409
21.2有压力补偿的负载敏感（LSPC）系统413
21.2.1阀前补偿技术的LSPC系统413
21.2.2阀后补偿技术的LSPC系统421
21.3LS系统中的流量饱和与流量共享428
21.3.1阀前补偿LSPC的流量饱和429
21.3.2阀后补偿LSPC的流量饱和431
21.4阀前补偿与阀后补偿比较432
21.4.1压力饱和432
21.4.2流量饱和432
21.4.3控制精度433
21.5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446
22.1液压助力转向446
22.2液压助力转向系统分类446
22.3液压机械助力转向447
22.4静液压助力转向系统451
22.4.1静液压转向装置说明452
22.4.2静液压转向装置的类型455
22.5优先阀456
22.5.1用于定排量流量源的优先阀456
22.5.2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467
23.1静液压传动系统和静液压执行元件467
23.1.1基础定义467
23.1.2静液压传动系统和静液压执行元件中使用的供给概念469
23.2静液压传动系统和静液压执行元件的一次元件469
23.2.1恒速原动机和变量泵469
23.2.2变速原动机和定量泵470
23.2.3变速原动机和变量泵470
23.3过中心变量泵470
23.4典型应用471
23.5分类汇总471
第24章静液压传动系统473
24.1静液压传动系统的主要参数473
24.2理论布局476
24.2.1定量泵和定量马达（PFMF）477
24.2.2变量泵和定量马达（PVMF）477
24.2.3定量泵和变量马达（PFMV）478
24.2.4变量泵和变量马达（PVMV）479
24.2.5变量泵和双排量马达（PVM2）480
24.3开式回路静液压传动系统482
24.3.1带流量源的开式回路静液压传动系统的基本回路483
24.3.2带流量源的开式回路静液压传动系统的常见实现方式484
24.4闭式回路静液压传动系统491
24.4.1补油回路和过滤器492
24.4.2跨端口溢流阀494
24.4.3冲洗回路496
24.5闭式回路排量调节器500
24.5.1闭式回路泵的电液排量调节器500
24.5.2闭式回路泵的自动控制500
24.5.3马达电液排量调节器502
24.5.4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509
25.1车辆传动装置的基本结构509
25.2可变传动比系统的分类512
25.3功率分流变速器514
25.3.1行星齿轮系514
25.3.2液压机械功率分流变速器517
25.4混合动力变速器527
25.4.1串联混合动力527
25.4.2并联混合动力529
25.4.3混联混合动力（或功率分流混合动力）530
25.5推进用静液压传动装置的规格确定532
25.5.1步骤1：最大牵引力计算532
25.5.2步骤2：定量马达或变量马达的选择533
25.5.3步骤3：马达（二次元件）的规格确定534
25.5.4步骤4：确定泵的规格（一次元件）536
25.5.5步骤5：检查结果536
习题541
第26章静液压执行元件542
26.1开式回路静液压执行元件542
26.2闭式回路静液压执行元件543
26.2.1液压缸伸出543
26.2.2液压缸缩回546
26.3补油泵和蓄能器的详细介绍548
26.4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552
27.1基本实现552
27.2带测速泵的二次控制回路553
27.3带测速泵和内部力反馈的二次控制回路555
27.4带电子控制的二次控制回路556
27.5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560
A.1角功率法及其局限性560
A.2柴油发动机及其与液压泵的相互作用561
A.2.1柴油发动机调节562
A.2.2发动机失速564
A.2.3超越负载564
A.2.4燃油消耗565
A.3电动机565
A.3.1有刷直流电动机565
A.3.2感应电动机（或异步电动机）572
A.3.3同步电动机575
A.4液压泵的功率限制576
A.4.1使用定量泵转矩限制576
A.4.2使用变量泵转矩限制578
参考文献582

前言
　　撰写本书的想法最初源于2003年夏天。当时，作为意大利帕尔马大学的一名初级研究员，作者的任务是学习更多有关液压技术的知识，并为机械工程专业的新课程收集资料。
　　帕尔马所在的意大利北部艾米利亚-罗马涅大区，是很多优秀液压设备制造商的聚集地。为了更好地与周边的液压制造商合作，帕尔马大学工程系开始进行液压方面的教学和研究。
　　作者感觉要准备既满足大学生要求，同时也要满足大学实验室和周边液压公司研究的素材很有挑战性。
经历了数十个小时在网上和图书馆对流体动力资料的查阅后，作者很快意识到，目前文献中缺乏具有最新液压技术、结构良好的教科书。同时，通过采访液压工程师发现，掌握最多最新液压知识的是有多年实际工作经验的液压精英。这些最新的液压知识仅作为专有知识散落在某些公司里。
感谢意大利允许年轻学者自由学习，作者通过现有文献和联系意大利及国际著名学者开始研究。发现现有的每本书籍和讲授的每门相关课程仅仅关注液压领域知识的一些方面，因此作者开始尝试将不同方面的液压知识进行拼接，花了大量时间去研究和找专家讨论如何将这些分散的点联系在一起。
　　随着工作的不断拓展，作者对液压学科越来越热爱，通过深入研究和讨论，逐步意识到用“液压流体动力”来综合表达现有的液压技术更适合。同时，也意识到虽然这门学科常常被许多工程部门忽视，但它具有很大的影响力，是一门非常复杂的技术。它包含多个学科，如结构力学、流体力学、热传递、电气工程、控制系统和产品设计等。
作者也意识到讲授液压技术非常困难，如果缺乏体系良好的教学资料可能会造成对流体动力兴趣下降。事实上，各个大学更喜欢聚焦在其他诸如电子控制和电力驱动等技术，这些技术通常学科体系更完备，且有大量教学资源可用。
作者之所以在研究液压技术的旅程中始终充满激情，是由于有幸与液压教学界前辈Nicola Nervegna教授、Gian Luca Zarotti教授和Monika Ivantysynova教授的交流。另外，Renato Casappa先生作为意大利企业家，他像新时代的梅塞纳斯一样，持续推进一系列相关教学项目和学术研讨会，并对其提供资金支持。他们都认为，需要激发对流体动力的新兴趣，以重新将其纳入大学课程。作者很幸运有机会认识这些杰出的人物并联系他们一起去做这件有意义的事。在他们的支持下，所获得的教学素材水平很高且非常实用。但是，这些创作素材大多数不是英文的，其中有一些没有很好的结构体系，因此读者并不广泛。
　　这也正是我们要写这本书的重要动机，目标是补充目前教学素材的不足，以提供更适合培训液压流体动力工程师的教材。然而，所有的研究旅程终有终点，我们两位作者最终在意大利完成了液压流体动力领域的研究和书籍撰写工作。Vacca博士还在学术界工作，Franzoni博士决定进入工业界工作。然而，就像命运使然，经过若干年后，他们的人生轨迹在美国中西部又出现了交叉，这个地方与他们第一次相遇的意大利艾米利亚-罗马涅大区的平原有很多相似之处——炎热潮湿的夏季、谦虚勤劳和天赋异禀的人在一起。Vacca博士加入了一个非常重要且一直从事世界上最先进流体动力前沿研究的研究室——普渡大学Maha流体动力研究中心，而Franzoni博士加盟了全球液压和运动控制领导者派克汉尼汾公司（Parker Hannifin）。
　　这样，写一本教科书的老想法又回到两位作者的脑海。在2014年春季，两位作者正式决定重启这个项目。这时，两位作者拥有的液压基础知识更扎实、经验更丰富。当时，Vacca博士成了在流体动力领域有丰富教学经验且非常受人尊敬的学者，所在的机构常举办业内研讨会、国际会议，与大多数流体动力公司和原始设备制造商(OEMs)均有广泛合作。他一直与Monika Ivantysynova教授合作并担任她的助教，直到Monika Ivantysynova教授2018年去世。Franzoni博士很幸运具有现在的液压工业环境的工作经历并且从用户应用中学到很多经验。他还受到两位特别出色的工程师Jarmo Harsia 和Leslie Claar的指导。这两位工程师在流体动力应用方面做出了突出贡献，他们的工作也是这本教科书最有特色的部分。
创作这本书的过程可谓“知易行难”。作者耗费了5年多的时间定期往返于美国普渡的拉法耶特、印第安纳和芝加哥见面和讨论书稿，为此牺牲了陪伴家人和休闲娱乐的时光，同时也考验了伴侣的耐心。
　　这本书汇聚了研究流体动力的新方法。虽然有些部分也可以从其他书籍、幻灯片、课堂或培训资料中看到，但本书的组织逻辑、呈现的设计理念和实实在在的应用是完全原创和独特的。正是这些原因，作者有信心使本书成为大学生和研究生的优秀教科书。另外，它还可以作为工厂每个液压工程师的参考书。
致谢
致谢
　　作者非常感谢为这本书投入心血的学者，包括Nicola Nervegna教授、Gian Luca Zarotti教授、Jarmo Harsia和Leslie Claar两位工程师。最重要的是，作者坚信如果没有Monika Ivantysynova教授就没有这本书的面世。作者敬仰她在流体动力方面的热情、学识和在职业生涯中取得的突出业绩。也正是她，才有两位作者在美国重新建立联系。
　　还有两位合著者为这本书的部分章节提供过帮助，Gabriele Altare是内部团队成员，他在第4章的插图和第5~9章的写作上提供了巨大的支持，Lizhi Shang 在液压泵和马达的章节中起到了重要作用（见第6章）。
　　作者还要感谢以下人员对本书的审阅：Maha流体动力研究中心的2019班研究生Pradeep Gillella和Barun Acharya，及许多Parker Hannifin成员，他们认真审阅了各章节并提出了很多改进建议。
　　最后，作者还要感谢他们两位的夫人Jing和Sarah，感谢她们这么多年对作者频繁的旅程和多个周末不在家给予的大力支持和理解。