液壓傳動(dòng)發(fā)展概況

1、第一章 緒論第一節(jié) 液壓傳動(dòng)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(dòng)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(dòng)機(jī)及自動(dòng)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(dòng)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、高度集成化的方向發(fā)展。同時(shí)，新型液壓元件和液壓系統(tǒng)的

2、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(dòng)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?，F(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(dòng)方式一切機(jī)械都有其相應(yīng)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)借助于它達(dá)到對動(dòng)力的傳遞和控制的目的。 機(jī)械傳動(dòng)通過齒輪、齒條、蝸輪、蝸桿等機(jī)件直接把動(dòng)力傳送到執(zhí)行機(jī)構(gòu)的傳遞方式。 電氣傳動(dòng)利用電力設(shè)備，通過調(diào)節(jié)電參數(shù)來傳遞或控制動(dòng)力的傳動(dòng)方式 液壓傳動(dòng)利用液體靜壓力傳遞

3、動(dòng)力 液體傳動(dòng)液力傳動(dòng)利用液體靜流動(dòng)動(dòng)能傳遞動(dòng)力流體傳動(dòng) 氣壓傳動(dòng) 氣體傳動(dòng) 氣力傳動(dòng)   第二節(jié) 液壓傳動(dòng)的工作原理及其組成一、液壓傳動(dòng)的工作原理液壓傳動(dòng)的工作原理，可以用一個(gè)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(dòng)液壓泵。如提起手柄使小活塞向上移動(dòng)，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

4、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(dòng)，頂起重物。再次提起手柄吸油時(shí)，單向閥7自動(dòng)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(dòng)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(dòng)。這就是液壓千斤頂?shù)墓ぷ髟?。通過對上面液壓千斤頂工作過程的分析，可以初步了解到液壓傳動(dòng)的基本工作原理。液壓傳動(dòng)是利用有壓力的油液作為傳遞動(dòng)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

5、油經(jīng)過管道6及單向閥7，推動(dòng)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(dòng)是一個(gè)不同能量的轉(zhuǎn)換過程。二、液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的組成液壓千斤頂是一種簡單的液壓傳動(dòng)裝置。下面分析一種驅(qū)動(dòng)工作臺的液壓傳動(dòng)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

6、成。其工作原理如下：液壓泵由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)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(dòng)活塞使工作臺向右移動(dòng)。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、推動(dòng)活塞使工作臺向左移動(dòng)，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(dòng)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(dòng)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(dòng)速度減小。為了克

7、服移動(dòng)工作臺時(shí)所受到的各種阻力，液壓缸必須產(chǎn)生一個(gè)足夠大的推力，這個(gè)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(dòng)的一個(gè)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(gè)完整的、能夠正常工作的液壓系統(tǒng)，應(yīng)該由以下五個(gè)主要部分來組成：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(dòng)的液壓缸，有作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)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(dòng)方向進(jìn)行控制或調(diào)節(jié)的裝置

8、。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(dòng)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(GB7

9、8676)”。我國制訂的液壓系統(tǒng)圖圖形符號(GB78676)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(dòng)方向用箭頭表示，線段兩端都有箭頭的，表示流動(dòng)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(dòng)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(dòng)的優(yōu)缺點(diǎn)液壓傳動(dòng)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

10、于液壓傳動(dòng)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(dòng)機(jī)構(gòu)，這是比機(jī)械傳動(dòng)優(yōu)越的地方。例如，在井下抽取石油的泵可采用液壓傳動(dòng)來驅(qū)動(dòng)，以克服長驅(qū)動(dòng)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(dòng)，不僅操作方便，而且外形美觀大方。(2)液壓傳動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)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

11、達(dá)，可以實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速，調(diào)速范圍可達(dá)12000，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(dòng)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(dòng)現(xiàn)在幾乎都采用液壓傳動(dòng)。(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(dòng)容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)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(dòng)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(dòng)的缺點(diǎn)是：(1)液壓系統(tǒng)中的漏油等因素，影響運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性和正確性，使得液壓傳動(dòng)不能保證嚴(yán)格的傳動(dòng)比。(2

12、)液壓傳動(dòng)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(dòng)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)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(dòng)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?？傊簤簜鲃?dòng)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(dòng)有著廣泛的發(fā)展前景。第四節(jié) 液壓傳動(dòng)在機(jī)械中的應(yīng)用驅(qū)動(dòng)機(jī)械運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)以及各種傳動(dòng)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(dòng)的、液壓的傳動(dòng)

13、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(dòng)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(dòng)應(yīng)用于金屬切削機(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(dòng)常應(yīng)用在以下的一些裝置中：1.進(jìn)給運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)裝置磨床砂輪架和工作臺的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)大部分采用液壓傳動(dòng)；車床、六角車床、自動(dòng)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(dòng)也都采用液壓傳動(dòng)。這些部件有的要求快速移動(dòng)，有的要求慢速移動(dòng)。有的則既要求快速移動(dòng)，也要求慢速移動(dòng)。這些運(yùn)動(dòng)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

14、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。所有這些要求都是可以用液壓傳動(dòng)來實(shí)現(xiàn)的。2.往復(fù)主體運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)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(dòng)，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(dòng)。 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)0.010.02mm。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(dòng)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(dòng)后，有利于簡化機(jī)床結(jié)構(gòu)，提高機(jī)床自動(dòng)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(dòng)精度。液壓傳動(dòng)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(dòng)在各類機(jī)械行業(yè)中的應(yīng)用實(shí)例行業(yè)名稱應(yīng)用場所舉例工程機(jī)械挖掘機(jī)、裝載機(jī)、推土