液壓傳動(dòng)技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用

1、液壓傳動(dòng)技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用摘要：對(duì)液壓傳動(dòng)技術(shù)及其優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行描述；將其發(fā)展現(xiàn)狀、工業(yè)應(yīng)用情況作了一個(gè)簡(jiǎn)要的總結(jié)歸納；并根據(jù)其自身的特點(diǎn)對(duì)其發(fā)展趨勢(shì)在液壓現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)、自動(dòng)化控制軟件技術(shù)、純水液壓傳動(dòng)、電液集成塊等四方面做了合理的展望。一、液壓傳動(dòng)的定義及其地位液壓傳動(dòng)是以流體(液壓油液)為工作介質(zhì)進(jìn)行能量傳遞和控制的一種傳動(dòng)形式。它們通過(guò)各種元件組成不同功能的基本回路，再由若干基本回路有機(jī)地組合成具有一定控制功能的傳動(dòng)系統(tǒng)。液壓傳動(dòng)，是機(jī)械設(shè)備中發(fā)展速度最快的技術(shù)之一，特別是近年來(lái)，隨著機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展，與微電子、計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合，液壓傳動(dòng)進(jìn)入了一個(gè)新的發(fā)展階段。二、液壓傳動(dòng)的發(fā)展簡(jiǎn)史液壓傳

2、動(dòng)是根據(jù)17世紀(jì)帕斯卡提出的液體靜壓力傳動(dòng)原理而發(fā)展起來(lái)的一門(mén)新興技術(shù)，1795年英國(guó)約瑟夫布拉曼(JosephBraman,1749-1814),在倫敦用水作為工作介質(zhì)，以水壓機(jī)的形式將其應(yīng)用于工業(yè)上，誕生了世界上第一臺(tái)水壓機(jī)。1905年將工作介質(zhì)水改為油，又進(jìn)一步得到改善。第一次世界大戰(zhàn)(1914-1918)后液壓傳動(dòng)廣泛應(yīng)用，特別是1920年以后，發(fā)展更為迅速。1925液壓元件大約在19世紀(jì)末20世紀(jì)初的20年間，才開(kāi)始進(jìn)入正規(guī)的工業(yè)生產(chǎn)階段。年維克斯(F.Vikers)發(fā)明了壓力平衡式葉片泵，為近代液壓元件工業(yè)或液壓傳動(dòng)的逐步建立奠定了基礎(chǔ)。20世紀(jì)初康斯坦丁尼斯克(GConstant

3、imsco)對(duì)能量波動(dòng)傳遞所進(jìn)行的理論及實(shí)際研究;1910年對(duì)液力傳動(dòng)(液力聯(lián)軸節(jié)、液力變矩器等)方面的貢獻(xiàn)，使這兩方面領(lǐng)域得到了發(fā)展。第二次世界大戰(zhàn)(1941-1945)期間，在美國(guó)機(jī)床中有30%應(yīng)用了液壓傳動(dòng)。應(yīng)該指出，日本液壓傳動(dòng)的發(fā)展較歐美等國(guó)家晚了近20多年。在1955年前后，日本迅速發(fā)展液壓傳動(dòng)，1956年成立了液壓工業(yè)會(huì)”。近2030年間，日本液壓傳動(dòng)發(fā)展之快，居世界領(lǐng)先地位。液壓技術(shù)主要是由武器裝備對(duì)高質(zhì)量控制裝置的需要而發(fā)展起來(lái)的。隨著控制理論的出現(xiàn)和控制系統(tǒng)的發(fā)展，液壓技術(shù)與電子技術(shù)的結(jié)合日臻完善，電液控制系統(tǒng)具有高響應(yīng)、高精度、高功率-質(zhì)量比和大功率的特點(diǎn)，從而廣泛運(yùn)用于

4、武器和各工業(yè)部門(mén)及技術(shù)領(lǐng)域。三、液壓傳動(dòng)的優(yōu)缺點(diǎn)(一)、液壓傳動(dòng)的主要優(yōu)點(diǎn)液壓傳動(dòng)之所以能得到廣泛的應(yīng)用，是由于它與機(jī)械傳動(dòng)、電氣傳動(dòng)相比具有以下的主要優(yōu)點(diǎn)：(1)由于液壓傳動(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(lái)驅(qū)動(dòng)，以克服長(zhǎng)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)

5、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(wú)級(jí)調(diào)速。借助閥或變量泵、變量馬達(dá)，可以實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)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(guò)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(guò)載保護(hù)一一借助于設(shè)置溢流閥等，同時(shí)液壓件能自行潤(rùn)滑，因此使用壽命長(zhǎng)。(6)液壓傳動(dòng)容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化一一借助于各種控制閥，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

6、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。(二)、液壓傳動(dòng)的主要缺點(diǎn)(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)液壓傳動(dòng)對(duì)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

7、步加以克服。液壓傳動(dòng)有著廣泛的發(fā)展前景。四、液壓傳動(dòng)的主要應(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)裝置。經(jīng)常還將不同的形式組合起來(lái)運(yùn)用一一四位一體。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(guò)四五十年的歷史。航空工業(yè)在1930年以后才開(kāi)始采用。特別是最近二三十年以來(lái)液壓技術(shù)在各種工業(yè)中的應(yīng)用越來(lái)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(tái)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；銃床、刨床、組合機(jī)床的工

8、作臺(tái)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(wú)級(jí)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。所有這些要求都是可以用液壓傳動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。(2)往復(fù)主體運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)裝置龍門(mén)刨床的工作臺(tái)、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、銃床、刨床上的仿形加工可以采用液壓伺服系統(tǒng)來(lái)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

9、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(jiǎn)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。五、液壓傳動(dòng)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)(一)減少能耗，充分利用能量(1)減少元件和系統(tǒng)的內(nèi)部壓力損失，以減少功率損失。采用集成化回路和鑄造流道，可減少管道損失，減少漏油損失。(2)減少節(jié)流損失，盡量減少采用節(jié)流系統(tǒng)來(lái)調(diào)節(jié)流量和壓力。(3)采用靜壓技術(shù)，新型密封材料，減少摩

10、擦損失。(4)改善液壓系統(tǒng)性能。(二)泄漏控制泄漏控制是提高液壓傳動(dòng)和電氣、機(jī)械傳動(dòng)競(jìng)爭(zhēng)能力的一個(gè)重要課題；主要包括兩個(gè)方面：防止液體泄漏到外部造成環(huán)境污染，防止外部環(huán)境對(duì)系統(tǒng)的侵害。發(fā)展無(wú)泄漏(leakfree)元件和系統(tǒng)：發(fā)展集成化和復(fù)合化的元件和系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)無(wú)管連接，研制新型密封和無(wú)泄漏管接頭，電機(jī)和泵的組合裝置(電機(jī)轉(zhuǎn)子中間裝有泵，減少泵軸封的漏油)。(三)污染控制(1)發(fā)展封閉式密封系統(tǒng)。防止灰塵、污物、空氣、化學(xué)物品侵入系統(tǒng)。建立有關(guān)保證元件清潔度的技術(shù)規(guī)范和研究經(jīng)濟(jì)有效的清洗方法。(2)改進(jìn)元件設(shè)計(jì)，使之具有更大的耐污染能力，允許元件和系統(tǒng)承受各種污染物的侵蝕。(3)發(fā)展耐污染能力

11、強(qiáng)的高效過(guò)濾材料和過(guò)濾器。(4)開(kāi)發(fā)油水分離凈化裝置，排濕裝置以及清除油液中氣泡的濾油器，以清除油中所含的氣體和水分。(5)發(fā)展新的污染檢測(cè)方法，對(duì)污染進(jìn)行在線測(cè)量。(四)主動(dòng)維護(hù)發(fā)現(xiàn)故障苗頭時(shí)，預(yù)先進(jìn)行維修，清除故障隱患，避免設(shè)備惡性事故的發(fā)生。液壓系統(tǒng)故障診斷現(xiàn)代化，加強(qiáng)專家系統(tǒng)的研究，開(kāi)發(fā)液壓系統(tǒng)故障診斷專家系統(tǒng)通用工具軟件。開(kāi)發(fā)液壓系統(tǒng)自補(bǔ)償系統(tǒng)，包括自調(diào)整、自潤(rùn)滑，自校正，在故障發(fā)生之前，進(jìn)行自補(bǔ)償，是液壓行業(yè)努力的方向。(五)機(jī)電一體化(1)電液伺服比例技術(shù)的應(yīng)用將不斷擴(kuò)大。壓力、流量、位置、溫度、速度、加速度等傳感器應(yīng)實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化。計(jì)算機(jī)接口也應(yīng)實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一和兼容。(2)液壓系統(tǒng)的流量

12、、壓力、溫度、油的污染等數(shù)值將實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測(cè)量和診斷，由于計(jì)算機(jī)的價(jià)格降低，監(jiān)控系統(tǒng)，包括集中監(jiān)控和自動(dòng)調(diào)整系統(tǒng)將得到發(fā)展。(3)計(jì)算機(jī)仿真標(biāo)準(zhǔn)化，特別對(duì)高精度，“高級(jí)”系統(tǒng)更加有此要求。(4)電子直接控制液壓泵，采用通用的標(biāo)準(zhǔn)化調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，改變電子控制器的程序，即可實(shí)現(xiàn)泵的各種調(diào)節(jié)方式。(5)提高液壓元件性能，適應(yīng)機(jī)電一體化需求。發(fā)展內(nèi)藏式傳感器，和帶有計(jì)算機(jī)、有自我管理機(jī)能(故障診斷、故障排除)的智能化液壓元件。(六)計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用(1)充實(shí)現(xiàn)有的液壓CAD設(shè)計(jì)軟件，進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，要集中液壓專家的經(jīng)驗(yàn)和智慧，建立知識(shí)庫(kù)信息系統(tǒng)，它將構(gòu)成設(shè)計(jì)一制造一銷售一使用一設(shè)計(jì)的閉式循環(huán)。(2)將計(jì)算機(jī)的仿

13、真及實(shí)時(shí)控制結(jié)合起來(lái)，將模型放入“硬”件系統(tǒng)中，借此在建造實(shí)際樣機(jī)之前，便可在軟件里修改其特性參數(shù)，以達(dá)到最佳設(shè)計(jì)結(jié)果。(七)可靠性和性能穩(wěn)定性繼續(xù)提高(1)新材料、新工藝、新結(jié)構(gòu)的不斷引入諸如工程塑料、復(fù)合材料、精細(xì)陶瓷、低阻耐磨材料、高強(qiáng)度輕合金以及記憶合金等新一代材料將逐步進(jìn)入實(shí)用階段。普遍減少由于粘附擦傷、氣蝕而引起的損傷。(2)合理地進(jìn)行元器件選擇匹配，盡可能地對(duì)可以預(yù)見(jiàn)的諸因素進(jìn)行全面分析，最大限度地消除誘發(fā)故障的潛在因素。成為系統(tǒng)設(shè)計(jì)中必不可少的可靠性設(shè)計(jì)內(nèi)容。(3)強(qiáng)化、完善系統(tǒng)介質(zhì)的過(guò)濾技術(shù)。(八)增強(qiáng)對(duì)工作環(huán)境的適應(yīng)性(1)高度重視能耗控制技術(shù)(2)進(jìn)一步降低工作噪聲(3)改善代用介質(zhì)的性能及其適應(yīng)性研(4)發(fā)展橫向派生系列產(chǎn)品(九)高度集成化，提高元器件的功能密度(1)單功能元件的組合向多功能元件發(fā)展(2)集成器件子系統(tǒng)化(3)強(qiáng)化電子部分，開(kāi)發(fā)智能型一體化器件(十)發(fā)展輕小型器件和微型液壓技術(shù)鑒于航天、航空、潛艇、轎車、機(jī)器人、醫(yī)用器械等等特殊應(yīng)用部門(mén)對(duì)液壓技術(shù)的需求不斷增加，它們共同的特點(diǎn)是安裝空間狹小，需求低附加質(zhì)量、高功率密