“流量决定运动，负载决定压力”，你真的懂了吗？
本文摘要（由AI生成）：
本文总结了液压系统中减压阀、恒压变量泵的工作原理，以及Amesim中压力源模型的使用注意事项。指出减压阀和恒压变量泵虽名为“减压”和“恒压”，但实际上是通过调节流量来实现“减压”或“恒压”，而非直接调节压力，且其工作效果受负载影响。同时，文章强调Amesim中的压力源模型并非实际液压系统中的压力源，使用时要谨慎。此外，文章还提到了液压系统底层逻辑的重要性，如“流量决定速度，负载决定压力”等，并建议分析问题时要立足根本、认清本质。
引言
〖控制负载运动，是液压技术赖以生存的基本任务；要控制负载运动，就要克服各种影响运动的阻力。〗
这是资深液压技术专家张海平博士在他的著作里表达的观点。进一步讲，液压系统通过主动提供特定流量来使执行器或负载产生特定运动，通过被动产生压力来对抗负载力或负载力矩。总结起来就是“流量决定运动，负载决定压力”。
『注：为方便表述，本文所说的“运动”特指液压执行器或负载的运动，“负载”特指负载力或负载力矩。』
流量和压力是液压驱动系统的特征参数，运动（通常指速度）和负载（力或力矩）是液压执行器和负载的特征参数。因此，“流量决定运动，负载决定压力”表述的是液压驱动和执行之间的因果关系。窃以为，这句话应当作为液压系统设计和分析的底层逻辑，值得每一位液压技术学习者深思！
花开两朵，各表一枝。我们先来说一下“流量决定运动”。
如图2所示，根据负载力作用方向与负载运动方向的关系，可将负载力分为两种情况：二者方向相反的负载力被称为正负载力，二者方向相同的负载力被称为负负载力。
对于正负载力的情况，需要驱动负载，油液流进油缸，占据活塞原来所处的空间，迫使活塞运动，“流量决定运动”即“油液占据活塞原来所处空间的速率，决定了负载的运动”；对于负负载力的情况，无需驱动负载，负载在负载力作用下就可以运动，油液需流出油缸，为活塞运动腾出运动空间，“流量决定运动”即“油液为活塞腾出运动空间的速率，决定了负载的运动”。
在实际的液压系统中，“流量决定运动”有更复杂的表现形式，但都可以归结为上述两种基本形式，即油液占据或腾出执行器运动空间的速率，决定了负载的运动。
说完了“流量决定运动”，再来说一说“负载决定压力”。
正所谓“皮之不存，毛将焉附”。系统要有压力，就必须存在压力的作用对象，即负载。系统压力是根据负载被动产生的：负载越大，系统压力就越大；负载越小，系统压力就越小。所以，系统压力产生的过程，实际上是“人不犯我，我不犯人，人若犯我，以牙还牙”的过程。
当然，也有例外。如果负载过大，超出了必要的限度，液压系统也得“认怂”，即油液从溢流阀（或安全阀）流回油箱，从而使系统压力保持在安全范围之内，否则就会造成系统损坏的后果，甚至发生安全事故，得不偿失。从这一点上看，我们的液压系统把“干得过就干，干不过就跑”的处世哲学演绎得淋漓尽致。
另外，需要强调的是，我们在分析系统具体部位的压力时，“负载决定压力”中的负载，不仅包括外负载，也应包括系统的内负载。举个例子，如图3所示，泵出口的压力P不仅受到外力F、活塞和负载的惯性力、摩擦力等的外负载影响，也受节流阀、管道等的液阻（即内负载）的影响。因此，在应用“负载决定压力”分析压力时，要具体问题具体分析，全面考虑。
“流量决定速度，负载决定压力”说起来很简单，但要深刻理解其含义并且活学活用并非易事。在设计或分析液压系统时，稍有不慎就会误入歧路。下面通过几个案例进一步阐明这一问题。
有个师弟在做液压系统的参数设计和仿真分析时，曾问过笔者一个问题，对话的内容大致如下：
师弟问：我根据负��的运动得到了负载的加速度，然后用牛顿第二定律计算了使负载运动所需的驱动力，应该如何设计液压系统，才能使它提供相应的驱动力呢？
笔者答：液压系统只能主动提供流量使负载运动，而不能主动提供压力。所以，应该根据负载的运动情况计算系统应该提供的流量，而不能计算系统提供的驱动力。师弟又问：为什么我这样计算不行呢？难道它不符合牛顿第二定律？笔者又答：液压系统的运动和受力当然符合牛顿第二定律。只不过我们设计的出发点不应该是系统提供驱动力，因为系统只能主动提供流量，压力是由负载被动产生的。
师弟之所以会进入这样的误区，就是因为对液压驱动和执行中的因果关系缺乏深入思考，这也是很多液压初学者容易犯的错误。
案例二：从某种意义上讲，“减压”和“恒压”是伪概念
看到这里，可能有人要说了，液压传动中明明有减压阀、恒压变量泵等元器件以及各种减压、恒压回路，可以实现减压和恒压功能，你却说它们是伪概念，这是什么道理？
先别着急，为了说明这个问题，我们就以减压阀和恒压变量泵为例，先来简单分析一下它们的工作原理：
减压阀主要用于限制出口压力，其原理如图4所示。当出口压力低于弹簧设定的压力时，阀口完全打开；当出口压力超过设定压力时，就会推动阀芯，减小阀开口，增大液阻，减小流量，力图降低出口压力；如果阀口完全关闭后，出口压力因为某些原因仍然增大，减压阀将无法起到减压作用。
恒压变量泵主要用于保持泵出口压力恒定，其工作原理如图5所示。当泵出口压力低于泵预设定压力时，泵的排量保持最大，输出流量恒定（假定转速恒定且不考虑泄漏等因素）；当泵出口压力达到泵预设定压力时，排量会随出口压力而改变，从而改变输出流量，力图保持泵出口压力恒定；在泵排量达到最小后，如果因为某些原因出口压力继续升高，泵就无能为力了。
从上述工作原理不难看出，一方面，减压阀和恒压变量泵都只能在一定的负载范围内正常工作，负载超出范围它们就无法起到相应的作用。另一方面，减压阀和恒压变量泵直接调节的都是流量，并非压力，好在实际工程当中的绝大多数负载都是运动（位置或速度）的函数，都能通过调节流量实现“减压”或“恒压”，因此减压阀和恒压变量泵才得以正常工作。假如有这样一种负载，它只与时间有关而与运动无关，那么无论如何都无法减压或恒压。
所以你看，减压阀“减”或“不减”，恒压变量泵“恒”或“不恒”，它们自己说了不算，全得看负载的脸色，这也是“负载决定压力”在这个问题上的具体体现。
所以笔者才会说，从某种意义上讲，“减压”和“恒压”都是伪概念！
经常有人在做仿真分析时问，减压阀为啥不减压？恒压变量泵出口的压力为啥是变化的？就是因为缺乏对基本原理和具体系统的深入分析。
事实上，液压系统中有很多名词都是名不副实的，都具有一定欺骗性。所以，我们在做仿真分析时一定要从液压的基本原理上分析，望文生义那是外行的做法。
Amesim的液压库为我们提供了压力源模型，如图6所示。但笔者的观点是，压力源元件作为动力源建模时一定要慎用！可以从两个层面来说明这个问题：
『举个例子，曾有人建立如图7所示的仿真模型，试图通过压力源输入较大压力来仿真溢流阀的稳压作用，但这样建模显然是不对的。他只知道实际液压系统中的溢流阀具有稳压安全作用，却没有认识到液压驱动和执行间的因果关系、以及实际液压系统中的压力源和Amesim中的理想压力源模型之间的区别，才犯了“想当然”的错误。把理想压力源换成理想流量源，这个模型在逻辑上才讲得通。』
所以，Amesim中的压力源用作动力源建模时，一定要基于对系统的深入分析，要明白建模仿真的意图，总之要慎用！
有人曾提过这样的问题，系统在保压时，通过调节溢流阀的溢流压力，就可以实现不同的保压力，这不就相当于系统对外主动提供了压力吗？
上文曾提到过，“控制负载运动”是液压技术赖以生存的基本任务，也存在“干不过就跑”的例外，而保压正是属于这种例外。这就好比一个人推一堵墙，反正也推不倒，想使多大劲就使多大劲。因此，所谓的“保压时系统主动提供压力”，只不过是系统干不过外负载时的自娱自乐罢了。
总而言之，“流量决定速度，负载决定压力”是铁律，是液压系统的底层逻辑。在实际工程和建模仿真中，能够印证这一因果关系的案例还有很多，限于文章篇幅和笔者见识有限，这里不再一一列举。
另外，液压系统的底层逻辑除了本文所讲的内容外，还包括：油液总是自发地从高压处流向低压处；静止的油液符合帕斯卡定理，压力处处相等（不考虑重力的影响），流动的油液有压降；对于固定阻尼孔，流量和压差互为因果；等等。
这些道理说起来很简单，但有很多小伙伴往往能读懂很复杂的液压系统，并建立相应的仿真模型，可是在调试模型和分析仿真结果时，往往将这些最基本的原理抛诸脑后，从而陷入死胡同。因此，分析问题时一定要立足根本、认清本质、以不变应万变，才不会出错。
