(完整版)液壓傳動發(fā)展概況.

1、第一章 緒論 第一節(jié) 液壓傳動發(fā)展概況 自 18 世紀(jì)末英國制成世界上第一臺水壓機(jī)算起，液壓傳動技術(shù)已有二三百年的歷史。 直到 20 世紀(jì) 30 年代它才較普遍地用于起重機(jī)、機(jī)床及工程機(jī)械。在第二次世界大戰(zhàn)期間， 由于戰(zhàn)爭需要， 出現(xiàn)了由響應(yīng)迅速、 精度高的液壓控制機(jī)構(gòu)所裝備的各種軍事武器。 第二次 世界大戰(zhàn)結(jié)束后， 戰(zhàn)后液壓技術(shù)迅速轉(zhuǎn)向民用工業(yè)， 液壓技術(shù)不斷應(yīng)用于各種自動機(jī)及自動 生產(chǎn)線。本世紀(jì) 60 年代以后，液壓技術(shù)隨著原子能、空間技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展而迅速 發(fā)展。因此，液壓傳動真正的發(fā)展也只是近三四十年的事。當(dāng)前液壓技術(shù)正向迅速、高壓、 大功率、高效、低噪聲、經(jīng)久耐用、高度集成化的

2、方向發(fā)展。同時(shí)，新型液壓元件和液壓系 統(tǒng)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì) (CAD)、計(jì)算機(jī)輔助測試 (CAT) 、計(jì)算機(jī)直接控制 (CDC)、機(jī)電一體化技 術(shù)、可靠性技術(shù)等方面也是當(dāng)前液壓傳動及控制技術(shù)發(fā)展和研究的方向。我國的液壓技術(shù)最初應(yīng)用于機(jī)床和鍛壓設(shè)備上， 后來又用于拖拉機(jī)和工程機(jī)械。 現(xiàn)在， 我國的液壓元件隨著從國外引進(jìn)一些液壓元件、 生產(chǎn)技術(shù)以及進(jìn)行自行設(shè)計(jì)， 現(xiàn)已形成了系 列，并在各種機(jī)械設(shè)備上得到了廣泛的使用。機(jī)械的傳動方式 一切機(jī)械都有其相應(yīng)的傳動機(jī)構(gòu)借助于它達(dá)到對動力的傳遞和控制的目的。機(jī)械傳動通過齒輪、 齒條、 蝸輪、 蝸桿等機(jī)件直接把動力傳送到執(zhí)行機(jī)構(gòu) 的傳遞方式。電氣傳動利用電力設(shè)備

3、，通過調(diào)節(jié)電參數(shù)來傳遞或控制動力的傳動方式 液壓傳動利用液體靜壓 力傳遞動力液體傳動 液力傳動利用液體靜流 動動能傳遞動力 流體傳動氣壓傳動氣體傳動氣力傳動第二節(jié) 液壓傳動的工作原理及其組成一、液壓傳動的工作原理液壓傳動的工作原理，可以用一個液壓千斤頂?shù)墓ぷ髟韥碚f明。圖 1-1 液壓千斤頂工作原理圖1杠桿手柄 2小油缸 3小活塞 4， 7單向閥 5吸油管 6， 10管道 8大活塞 9大油缸 11截止閥 12油箱圖 1-1 是液壓千斤頂?shù)墓ぷ髟韴D。 大油缸 9 和大活塞 8 組成舉升液壓缸。 杠桿手柄 1、 小油缸 2、小活塞 3、單向閥 4 和 7 組成手動液壓泵。如提起手柄使小活塞向上移

4、動，小活 塞下端油腔容積增大， 形成局部真空， 這時(shí)單向閥 4 打開， 通過吸油管 5 從油箱 12 中吸油； 用力壓下手柄，小活塞下移，小活塞下腔壓力升高，單向閥 4 關(guān)閉，單向閥 7 打開，下腔的 油液經(jīng)管道 6 輸入舉升油缸 9的下腔， 迫使大活塞 8 向上移動， 頂起重物。 再次提起手柄吸 油時(shí)，單向閥 7 自動關(guān)閉，使油液不能倒流，從而保證了重物不會自行下落。不斷地往復(fù)扳 動手柄，就能不斷地把油液壓入舉升缸下腔，使重物逐漸地升起。如果打開截止閥11，舉升缸下腔的油液通過管道 10、截止閥 11 流回油箱，重物就向下移動。這就是液壓千斤頂?shù)?工作原理。通過對上面液壓千斤頂工作過程的分析

5、， 可以初步了解到液壓傳動的基本工作原理。 液 壓傳動是利用有壓力的油液作為傳遞動力的工作介質(zhì)。壓下杠桿時(shí)，小油缸2 輸出壓力油，是將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成油液的壓力能，壓力油經(jīng)過管道6 及單向閥 7，推動大活塞 8 舉起重物，是將油液的壓力能又轉(zhuǎn)換成機(jī)械能。大活塞 8 舉升的速度取決于單位時(shí)間內(nèi)流入大油缸 9 中油容積的多少。由此可見，液壓傳動是一個不同能量的轉(zhuǎn)換過程。二、液壓傳動系統(tǒng)的組成液壓千斤頂是一種簡單的液壓傳動裝置。 下面分析一種驅(qū)動工作臺的液壓傳動系統(tǒng)。 如 圖 1-2 所示，它由油箱、濾油器、液壓泵、溢流閥、開停閥、節(jié)流閥、圖 1-2 機(jī)床工作臺液壓系統(tǒng)工作原理圖1工作臺 2 液壓缸 3

6、 活塞 4換向手柄 5 換向閥6， 8，16回油管 7節(jié)流閥 9開停手柄 10開停閥11壓力管 12壓力支管 13溢流閥 14鋼球 15彈簧17液壓泵 18濾油器 19油箱換向閥、液壓缸以及連接這些元件的油管、接頭組成。其工作原理如下：液壓泵由電動機(jī)驅(qū) 動后，從油箱中吸油。油液經(jīng)濾油器進(jìn)入液壓泵，油液在泵腔中從入口低壓到泵出口高壓， 在圖 1-2(a) 所示狀態(tài)下，通過開停閥、節(jié)流閥、換向閥進(jìn)入液壓缸左腔，推動活塞使工作 臺向右移動。這時(shí)，液壓缸右腔的油經(jīng)換向閥和回油管 6 排回油箱。如果將換向閥手柄轉(zhuǎn)換成圖 1-2(b) 所示狀態(tài)，則壓力管中的油將經(jīng)過開停閥、節(jié)流閥 和換向閥進(jìn)入液壓缸右腔、

7、 推動活塞使工作臺向左移動， 并使液壓缸左腔的油經(jīng)換向閥和回 油管 6 排回油箱。工作臺的移動速度是通過節(jié)流閥來調(diào)節(jié)的。當(dāng)節(jié)流閥開大時(shí)，進(jìn)入液壓缸的油量增多， 工作臺的移動速度增大； 當(dāng)節(jié)流閥關(guān)小時(shí)， 進(jìn)入液壓缸的油量減小， 工作臺的移動速度減小。 為了克服移動工作臺時(shí)所受到的各種阻力， 液壓缸必須產(chǎn)生一個足夠大的推力， 這個推力是 由液壓缸中的油液壓力所產(chǎn)生的。 要克服的阻力越大， 缸中的油液壓力越高； 反之壓力就越 低。這種現(xiàn)象正說明了液壓傳動的一個基本原理壓力決定于負(fù)載。 從機(jī)床工作臺液壓系 統(tǒng)的工作過程可以看出， 一個完整的、 能夠正常工作的液壓系統(tǒng)， 應(yīng)該由以下五個主要部分 來組成：

8、1. 能源裝置它是供給液壓系統(tǒng)壓力油， 把機(jī)械能轉(zhuǎn)換成液壓能的裝置。 最常見的形式是液壓 泵。2. 執(zhí)行裝置它是把液壓能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的裝置。 其形式有作直線運(yùn)動的液壓缸， 有作回轉(zhuǎn)運(yùn) 動的液壓馬達(dá)，它們又稱為液壓系統(tǒng)的執(zhí)行元件。3. 控制調(diào)節(jié)裝置它是對系統(tǒng)中的壓力、流量或流動方向進(jìn)行控制或調(diào)節(jié)的裝置。如溢流閥、 節(jié)流閥、換向閥、開停閥等。4. 輔助裝置上述三部分之外的其他裝置，例如油箱，濾油器，油管等。它們對保證系統(tǒng)正常 工作是必不可少的。5. 工作介質(zhì)傳遞能量的流體，即液壓油等。三、液壓傳動系統(tǒng)圖的圖形符號圖 1-3 機(jī)床工作臺液壓系統(tǒng)的圖形符號圖1工作臺 2液壓缸 3油塞 4換向閥5 節(jié)流

9、閥 6開停閥 7 溢流閥 8 液壓泵 9濾油器 10油箱圖 1-2 所示的液壓系統(tǒng)是一種半結(jié)構(gòu)式的工作原理圖它有直觀性強(qiáng)、容易理解的優(yōu)點(diǎn)， 當(dāng)液壓系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，根據(jù)原理圖檢查十分方便，但圖形比較復(fù)雜，繪制比較麻煩。我國 已經(jīng)制定了一種用規(guī)定的圖形符號來表示液壓原理圖中的各元件和連接管路的國家標(biāo)準(zhǔn)， 即 “液壓系統(tǒng)圖圖形符號 (GB78676) ”。我國制訂的液壓系統(tǒng)圖圖形符號 (GB786 76) 中，對 于這些圖形符號有以下幾條基本規(guī)定。(1) 符號只表示元件的職能，連接系統(tǒng)的通路，不表示元件的具體結(jié)構(gòu)和參數(shù)，也不表示元 件在機(jī)器中的實(shí)際安裝位置。(2) 元件符號內(nèi)的油液流動方向用箭頭表示

10、，線段兩端都有箭頭的，表示流動方向可逆。(3) 符號均以元件的靜止位置或中間零位置表示，當(dāng)系統(tǒng)的動作另有說明時(shí)，可作例外。 圖 1-3 所示為圖 1-2(a) 系統(tǒng)用國標(biāo) GB78676 液壓系統(tǒng)圖圖形符號繪制的工作原理圖。 使用這些圖形符號可使液壓系統(tǒng)圖簡單明了，且便于繪圖。第三節(jié) 液壓傳動的優(yōu)缺點(diǎn)液壓傳動之所以能得到廣泛的應(yīng)用，是由于它具有以下的主要 優(yōu)點(diǎn) ：(1) 由于液壓傳動是油管連接，所以借助油管的連接可以方便靈活地布置傳動機(jī)構(gòu)，這 是比機(jī)械傳動優(yōu)越的地方。 例如， 在井下抽取石油的泵可采用液壓傳動來驅(qū)動， 以克服長驅(qū) 動軸效率低的缺點(diǎn)。 由于液壓缸的推力很大， 又加之極易布置， 在

11、挖掘機(jī)等重型工程機(jī)械上， 已基本取代了老式的機(jī)械傳動，不僅操作方便，而且外形美觀大方。(2) 液壓傳動裝置的重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊、慣性小。例如，相同功率液壓馬達(dá)的體積為電 動機(jī)的 12% 13%。液壓泵和液壓馬達(dá)單位功率的重量指標(biāo)，目前是發(fā)電機(jī)和電動機(jī)的十分 之一，液壓泵和液壓馬達(dá)可小至 0.0025N/W( 牛 /瓦), 發(fā)電機(jī)和電動機(jī)則約為 0.03N/W。(3) 可在大范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速。借助閥或變量泵、變量馬達(dá)，可以實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速，調(diào) 速范圍可達(dá) 1 2000，并可在液壓裝置運(yùn)行的過程中進(jìn)行調(diào)速。(4) 傳遞運(yùn)動均勻平穩(wěn)，負(fù)載變化時(shí)速度較穩(wěn)定。正因?yàn)榇颂攸c(diǎn)，金屬切削機(jī)床中的磨 床傳動現(xiàn)在幾乎

12、都采用液壓傳動。(5) 液壓裝置易于實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)借助于設(shè)置溢流閥等，同時(shí)液壓件能自行潤滑，因 此使用壽命長。(6) 液壓傳動容易實(shí)現(xiàn)自動化借助于各種控制閥，特別是采用液壓控制和電氣控制 結(jié)合使用時(shí)，能很容易地實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的自動工作循環(huán)，而且可以實(shí)現(xiàn)遙控。(7) 液壓元件已實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化，便于設(shè)計(jì)、制造和推廣使用。液壓傳動的 缺點(diǎn) 是：(1) 液壓系統(tǒng)中的漏油等因素，影響運(yùn)動的平穩(wěn)性和正確性，使得液壓傳動不能保證嚴(yán) 格的傳動比。(2) 液壓傳動對油溫的變化比較敏感，溫度變化時(shí)，液體粘性變化，引起運(yùn)動特性的變 化，使得工作的穩(wěn)定性受到影響，所以它不宜在溫度變化很大的環(huán)境條件下工作。(3)

13、 為了減少泄漏，以及為了滿足某些性能上的要求，液壓元件的配合件制造精度要求 較高，加工工藝較復(fù)雜。(4) 液壓傳動要求有單獨(dú)的能源，不像電源那樣使用方便。(5) 液壓系統(tǒng)發(fā)生故障不易檢查和排除。總之， 液壓傳動的優(yōu)點(diǎn)是主要的， 隨著設(shè)計(jì)制造和使用水平的不斷提高， 有些缺點(diǎn)正在 逐步加以克服。液壓傳動有著廣泛的發(fā)展前景。第四節(jié) 液壓傳動在機(jī)械中的應(yīng)用 驅(qū)動機(jī)械運(yùn)動的機(jī)構(gòu)以及各種傳動和操縱裝置有多種形式。 根據(jù)所用的部件和零件， 可 分為機(jī)械的、電氣的、氣動的、液壓的傳動裝置。經(jīng)常還將不同的形式組合起來運(yùn)用四 位一體。 由于液壓傳動具有很多優(yōu)點(diǎn)， 使這種新技術(shù)發(fā)展得很快。 液壓傳動應(yīng)用于金屬切削

14、機(jī)床也不過四五十年的歷史。航空工業(yè)在 1930 年以后才開始采用。特別是最近二三十年以 來液壓技術(shù)在各種工業(yè)中的應(yīng)用越來越廣泛。在機(jī)床上，液壓傳動常應(yīng)用在以下的一些裝置中：1. 進(jìn)給運(yùn)動傳動裝置磨床砂輪架和工作臺的進(jìn)給運(yùn)動大部分采用液壓傳動； 車床、 六角 車床、自動車床的刀架或轉(zhuǎn)塔刀架；銑床、刨床、組合機(jī)床的工作臺等的進(jìn)給運(yùn)動也都采用 液壓傳動。這些部件有的要求快速移動，有的要求慢速移動。有的則既要求快速移動，也要 求慢速移動。 這些運(yùn)動多半要求有較大的調(diào)速范圍， 要求在工作中無級調(diào)速； 有的要求持續(xù) 進(jìn)給， 有的要求間歇進(jìn)給； 有的要求在負(fù)載變化下速度恒定， 有的要求有良好的換向性能等等。

15、所有這些要求都是可以用液壓傳動來實(shí)現(xiàn)的。2. 往復(fù)主體運(yùn)動傳動裝置龍門刨床的工作臺、 牛頭刨床或插床的滑枕， 由于要求作高速 往復(fù)直線運(yùn)動，并且要求換向沖擊小、換向時(shí)間短、能耗低，因此都可以采用液壓傳動。3. 仿形裝置車床、 銑床、 刨床上的仿形加工可以采用液壓伺服系統(tǒng)來完成。其精度可達(dá) 0.01 0.02mm。此外，磨床上的成形砂輪修正裝置亦可采用這種系統(tǒng)。4. 輔助裝置機(jī)床上的夾緊裝置、 齒輪箱變速操縱裝置、 絲桿螺母間隙消除裝置、 垂直移 動部件平衡裝置、分度裝置、工件和刀具裝卸裝置、工件輸送裝置等，采用液壓傳動后，有 利于簡化機(jī)床結(jié)構(gòu)，提高機(jī)床自動化程度。5. 靜壓支承重型機(jī)床、高速機(jī)床、高精度機(jī)床上的軸承、導(dǎo)軌、絲杠螺母機(jī)構(gòu)等處采用 液體靜壓支承后，可以提高工作平穩(wěn)性和運(yùn)動精度。 液壓傳動在其他機(jī)械工業(yè)部門的應(yīng)用情況見表 1-1 所示。表 1-1 液壓傳動在各類機(jī)械行業(yè)中的應(yīng)用實(shí)例行業(yè)名稱應(yīng)