現(xiàn)代液壓技術(shù)概論課件匯總完整版課件全套ppt最全教學(xué)教程整本書電子教案

1、液壓技術(shù)發(fā)展趨勢高壓化輕量化模塊化、集成化液壓新介質(zhì)液壓比例伺服化液壓新材料、新工藝節(jié)能化數(shù)字化1 高壓化液壓技術(shù)發(fā)展趨勢高壓化高壓化的意義液壓系統(tǒng)在相同的功率的情況下，提高工作壓力可以降低流量，使泵的排量較小，液壓管路管徑變小，減小零件的體積，從而達到輕量化、節(jié)省材料和空間的目的。采用高壓可以有效提高功率密度和降低成本。系統(tǒng)高壓化在飛機設(shè)計上的意義重大，飛機系統(tǒng)高壓化明顯減輕飛機的質(zhì)量。 高壓化表1 是以21MPa 作為基準壓力，提高系統(tǒng)工作壓力之后，液壓系統(tǒng)重量體積的變化情況。高壓化例如：美國海軍在F - 14 戰(zhàn)斗機上進行了壓力分別20.7MPa 和55.2MPa 兩種飛機液壓系統(tǒng)的對比

2、研究, 結(jié)果表明: 相對于壓力為20.7MPa 的飛機液壓系統(tǒng)來說, 壓力55.2MPa 的飛機液壓系統(tǒng)的質(zhì)量可減輕30% , 體積可縮小40%。 同時,也進一步證實將F - 15 、KC - 10 飛機液壓系統(tǒng)壓力從20.7MPa 提高到55.2MPa , 系統(tǒng)的質(zhì)量至少減輕25%30%。高壓化高壓化應(yīng)用領(lǐng)域 （1）飛機液壓系統(tǒng)將朝著質(zhì)量輕、體積小、高壓化、大功率、變壓力、多余度等方向發(fā)展。 自從飛機液壓系統(tǒng)出現(xiàn)20.7MPa 、27.6MPa壓力之后, 世界上飛機液壓系統(tǒng)最高壓力已保持了40 余年沒有改變, 圖1所示是世界各國主要機型液壓系統(tǒng)的工作壓力。但是世界各國特別是美國近20年來的大

3、量研究表明: 減輕飛機液壓系統(tǒng)質(zhì)量和縮小其體積的最有力的途徑是提高飛機液壓系統(tǒng)的工作壓力。高壓化高壓化（2）液壓挖掘機 現(xiàn)有的液壓挖掘機基本上都是開回路的，平均使用壓力在2835MPa之間。這是因為日本的液壓挖掘機可作多種用途，作業(yè)人員往往更重視挖掘機的操作性能。認為高壓化會引起操作性能的惡化，因此使用壓力一直停頓在目前的水平上。但是，今后如能與載荷傳感器或電子控制器等相融合，那即使壓力升高，也不會降低操作性能，也就是說液壓挖掘機的油壓可達到3542MPa級水平。高壓化（3）小型挖掘機 小型挖掘機采用柱塞泵是最近幾年的事，其使用壓力現(xiàn)已達到21一25MPa水平。這是因為很多小型挖掘機的齒輪泵被

4、換成了柱塞泵，橡膠管和液壓缸等外部設(shè)備的使用壓力水平也隨之提高了。另外還出現(xiàn)了采用載荷傳感器的小型挖掘機，和中型挖掘機一樣，它們的使用壓力還會逐步提高。雖目前尚不能肯定地說，但估計達到2835MPa的壓力水平已為期不遠了。.高壓化（4）壓力機 言及壓力機，僅討論一般壓力級水平就顯得毫無意義了。壓力機種類千差萬別，使用壓力也大不一樣。其中使用壓力較高的是，鍛壓機械和板金加工機械。鍛壓機械主要使用變量泵，板金加工機主要使用定量泵，目前的使用壓力水平為3238MPa。最近，由于出現(xiàn)了鍛壓機，對高壓化的要求漸增。此時如使用高可靠性的部件，其最高使用壓力可達42MPa。以大型壓力機為中心，估計今后的壓力

5、級水平大致在4oMPa左右。2 輕量化液壓技術(shù)發(fā)展趨勢螺紋插裝閥（1）達到零泄漏，改變液壓易環(huán)境污染降低效率的弊端。（2）集成體積最小，符合工程機械車輛液壓裝置的要求。（3）成本降低，批量大，具有與其他閥種的競爭優(yōu)勢。輕量化的體現(xiàn)鋁合金液壓閥塊鋁合金閥塊重量輕，是鋼的1/3重；加工方便，易切削；不生銹，防腐性好。常用于插裝閥,像液壓鎖,平衡閥, 馬達控制閥等。輕量化的體現(xiàn)3 模塊化、集成化 高度的組合化，集成化和模塊化 液壓系統(tǒng)由管式配置經(jīng)板式配置，箱式配置，集成塊式配置發(fā)展到疊加式配置，插裝式配置，使連接的通道越來越短。閥臺模塊蓄能器組液壓技術(shù)發(fā)展的特液壓泵站18軋機配管的模塊化設(shè)計側(cè)面模塊

6、 1側(cè)面模塊 2側(cè)面模塊 4側(cè)面模塊 3介質(zhì)模塊連接模塊 2油庫頂板出現(xiàn)了一些組合集成件，如液壓泵和壓力閥的集成設(shè)計、液壓閥與液壓缸的集成設(shè)計等系統(tǒng)的一體化設(shè)計實例（集成型液壓缸）電液集成化的應(yīng)用（電液集成元件）電液管電液轉(zhuǎn)換元件液管液壓放大元件4 液壓新介質(zhì)液壓技術(shù)發(fā)展趨勢 現(xiàn)代液壓技術(shù)是在古老的水壓傳動技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展和完善起來的，是根據(jù)17世紀帕斯卡提出的液體靜壓力傳動原理而發(fā)展起來的一門新興技術(shù)在l7世紀末及隨后的100多年里，液壓傳動的介質(zhì)一直是水。l9世紀后半葉, 出現(xiàn)了以純水為介質(zhì)的液壓機械和元件，主要用于船舶錨機和起重機上。但是，由于純水存在黏度低、潤滑性能差和易造成元件腐蝕、

7、其密封問題一直未能很好解決等缺點，以及電氣傳動技術(shù)的發(fā)展和競爭，曾一度導(dǎo)致液壓技術(shù)停滯不前。液壓介質(zhì)的新發(fā)展一、液壓介質(zhì)發(fā)展概況 在20世紀初期，隨著石油工業(yè)的興起和耐油合成橡膠的出現(xiàn)，促進了液壓傳動技術(shù)由初始的純水液壓傳動進人占本世紀大部分時間的現(xiàn)有油壓傳動，礦物型液壓油也以良好的綜合理化性能取代了水而成為最主要的工作介質(zhì)，液壓元件和系統(tǒng)的性能也因此得以大大提高，從而極大地推動了液壓傳動技術(shù)的進步。第二次世界大戰(zhàn)期間，尤其20世紀607O年代，液壓技術(shù)得到了快速發(fā)展并日臻完善，并進入到穩(wěn)定成熟的發(fā)展時期。 目前，液壓傳動技術(shù)的工作介質(zhì)在環(huán)保節(jié)能方面有兩個發(fā)展方向，一是發(fā)展全新的以水為工作介質(zhì)

8、的水液壓系統(tǒng)，二是發(fā)展生物可降解的環(huán)保液壓油。液壓介質(zhì)發(fā)展概況水液壓系統(tǒng)的發(fā)展水壓傳動技術(shù)與油壓傳動技術(shù)的發(fā)展歷程比較 水液壓技術(shù)其實是在第一次工業(yè)革命中興起的古老技術(shù)，是液壓傳動技術(shù)的初始階段，隨著世界各國對節(jié)能環(huán)保的呼聲越來越高，許多科學(xué)又把目光投向了水這一環(huán)保工作介質(zhì)。二、水液壓系統(tǒng)的發(fā)展水液壓系統(tǒng)的發(fā)展 純水液壓傳動是以純水(不含任何添加劑的天然水，包括海水和淡水)作為傳動介質(zhì)。純水的分類，見下表。水液壓系統(tǒng)的發(fā)展(1)純水價格低廉，且不用運輸 存儲，取材方便，資源豐富(2)無環(huán)境污染，環(huán)保性好(3)水的阻燃性和安全性高(4)純水壓縮系數(shù)小(5)系統(tǒng)效率高(6)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單(7)溫升小

9、水壓技術(shù)的優(yōu)勢與劣勢(1)元件及系統(tǒng)成本高(2)潤滑性差(3)易產(chǎn)生氣蝕(4)純水壓縮系數(shù)小(5)運行溫度范圍小(6)易腐蝕(7)元件性能差水液壓系統(tǒng)的發(fā)展水壓傳動技術(shù)的應(yīng)用 目前，應(yīng)用水基液的水壓傳動技術(shù)已經(jīng)是一門比較成熟的技術(shù)，廣泛應(yīng)用于采礦、冶金等業(yè)。應(yīng)用純水的液壓傳動技術(shù)也已經(jīng)取得了重大進展，美國、英國、日本、芬蘭、丹麥和德國等國家一直投入巨大的人力、物力和財力進行研究和開發(fā)，我國的不少高校也已經(jīng)開展了這項技術(shù)的研究工作。世界上已經(jīng)有幾家液壓公司專門制造用于純水的液壓元件和系統(tǒng)。水壓傳動技術(shù)的應(yīng)用純水液壓技術(shù)的應(yīng)用比重及趨勢環(huán)保型液壓油的發(fā)展 從節(jié)能和環(huán)保方面考慮，除了采用水作為工作介

10、質(zhì)以外，具有現(xiàn)實意義的是發(fā)展生物可降解環(huán)保型液壓油。 目前市場上出售的液壓油液有86%左右是石油型液壓油，10%左右是難燃型液壓油，只有4%左右是環(huán)保型液壓油?？梢?，目前環(huán)保型液壓油的應(yīng)用率非常低。但是隨著石油資源的逐漸枯竭，以及人類環(huán)保意識的逐漸增強，環(huán)保型液壓油液必然會得到越來越廣泛的應(yīng)用。 自1975年德國推出生物可降解二沖程舷外機油以來，歐洲各國、美國及日本等國對環(huán)保型潤滑油及液壓油的研究和應(yīng)用極為重視。近年來我國也開展了環(huán)保型潤滑油及液壓油的研究及生產(chǎn)。三、環(huán)保型液壓油的發(fā)展環(huán)保型液壓油的發(fā)展 生物可降解環(huán)保型液壓油是指既能滿足液壓系統(tǒng)的要求，其耗損產(chǎn)物又對環(huán)境不造成危害的液壓油。潤

11、滑油的可生物降解特性是其特性中最主要的指標?？缮锝到庑灾肝镔|(zhì)被活性有機體通過生物作用分解為簡單化合物如CO2和H2O的能力。 環(huán)保型液壓油的概念環(huán)保型液壓油的概念環(huán)保型液壓油的發(fā)展 液壓油液主要由基礎(chǔ)油和添加劑組成，基礎(chǔ)油的含量通常占液壓油液的80%以上，因此，它對液壓油的性能，例如生物降解性、揮發(fā)性、對添加劑的溶解性以及與其他液體的互溶性等起著決定性作用。此外液壓油液的基礎(chǔ)油還是決定液壓油的氧化穩(wěn)定性、低溫固化性、水解穩(wěn)定性等性質(zhì)的重要因素。液壓油液通常在基礎(chǔ)油內(nèi)添加抗磨劑、防腐劑、抗氧化劑、防銹劑、抗泡劑等添加劑，以提高液壓油液的性能。 環(huán)保型液壓油的組成環(huán)保型液壓油的組成環(huán)保型液壓油的

12、發(fā)展 目前，按基礎(chǔ)油的種類不同，環(huán)保型液壓油液主要可分為聚乙二醇、植物油、合成酯及碳氫化合物等。國際標準IS0 6743 - 4-1999(我國標準GB/T 7631. 2-2003)中對環(huán)保型液壓油液的分類見下表。 環(huán)保型液壓油的種類環(huán)保型液壓油的種類環(huán)保型液壓油的發(fā)展 環(huán)保型液壓油的種類 兩種不同基礎(chǔ)油的性能比較環(huán)保型液壓油的發(fā)展 環(huán)保型液壓油存在的問題 (1)低溫問題 許多植物油在低溫下膠凝或固化，這對液壓系統(tǒng)提出了嚴峻挑戰(zhàn)。(2)壓力額定值 有些高性能的生物可降解液壓油具有極好的承載能力和耐磨性能，在- 17.882時，其耐磨性比傳統(tǒng)的液壓油要好。目前，生物可降解液壓油的工作壓力一般不

13、超過34.5 MPa，例如當壓力超過34.5 MPa這一值時，使用菜籽油的液壓泵磨損極為嚴重，較大的承載工況可把甘油三酸酯分解為酸，從而破壞泵內(nèi)的有色金屬。 (3)壽命 若暴露在光照下，生物可降解液壓油會變黑，因為油中的光敏類脂類和脂肪材質(zhì)會由于吸收紫外線而改變顏色。 環(huán)保型液壓油存在的問題5 液壓比例伺服化液壓技術(shù)發(fā)展趨勢電液比例技術(shù)電液比例技術(shù)興起的原因： 液壓傳動和控制技術(shù)發(fā)展過程中，相繼出現(xiàn)了電液伺服和電液比例兩大重要技術(shù)。電液伺服控制首先用于航空和一些重要設(shè)備的自動控制，但由于電液伺服控制元件價格昂貴，對油質(zhì)要求嚴格，控制損失也大，因而難以更廣泛的工業(yè)應(yīng)用所接受。而傳統(tǒng)的液壓開關(guān)控制

14、又不能滿足一般工業(yè)的高質(zhì)量控制要求，這種情況下介于兩者之間的電業(yè)比例控制技術(shù)發(fā)展起來了，它的出現(xiàn)使很大一部分普通液壓控制改成了電液比例控制。目前，電液比例控制技術(shù)大量應(yīng)用于工業(yè)控制領(lǐng)域，其較強的抗油污能力和低廉的價格，具有很強的市場競爭力。對各種電液控制閥的性能比較見表液壓比例化數(shù)控機床是我國機械工業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵產(chǎn)品。在機床液壓系統(tǒng)中采用先進的比例控制技術(shù)代替普通液壓系統(tǒng)可使普通機床向數(shù)控機床的方向邁進提供有力的條件船舶控制工程實驗室在某型號收放式減搖鰭的隨動系統(tǒng)中用電液比例閥取代傳統(tǒng)的電液伺服閥,設(shè)計了減搖鰭電液比例控制系統(tǒng)，下圖為之前的伺服控制和改進后的比例控制電液比例技術(shù)電液比例技術(shù)的應(yīng)用

15、：1在冶金行業(yè)中的應(yīng)用冶金機械正在向大型化、連續(xù)化、高速化和自動化的方向發(fā)展。在電解極板加工機組中運用電液比例技術(shù)后，其傳動的可靠性、控制精度、穩(wěn)定性和生產(chǎn)效率都大幅提高，降低了生產(chǎn)成本；而運用電液比例控制系統(tǒng)設(shè)計的冶金冷卻回路,提高了系統(tǒng)元件的使用壽命，便于快速故障診斷和響應(yīng)。2在工程機械中的應(yīng)用利用電液比例閥代替布置在工程機械操控室的多路閥，提高了主機總體設(shè)計的柔性，改善了操作特性。在汽車起重機中的起升機構(gòu)、伸縮機構(gòu)和防止二次起升下滑機構(gòu)的控制系統(tǒng)中，都運用了電液比例換向閥，保證了起重機作業(yè)的可靠性。3在礦山機械中的應(yīng)用在帶式輸送機的自動張緊裝置中，布置電液比例方向閥來控制張緊油缸的動作，

16、或用比例溢流閥控制液壓馬達的輸出扭矩來實現(xiàn)張緊力的適時控制。電液比例技術(shù)的發(fā)展趨勢電液比例技術(shù)的發(fā)展趨勢(1) 提高控制性能, 適應(yīng)機電液一體化主機的發(fā)展。提高電液比例閥及遠控多路閥的性能, 使之適應(yīng)野外工作條件。并發(fā)展低成本比例閥, 其主要零件與標準閥通用。(2) 比例技術(shù)與二通和三通插裝技術(shù)相結(jié)合, 形成了比例插裝技術(shù), 特點是結(jié)構(gòu)簡單, 性能可靠, 流動阻力小, 通油能力大, 易于集成; 此外出現(xiàn)比例容積控制為中、大功率控制系統(tǒng)節(jié)能提供新手段。(3) 由于傳感器和電子器件的小型化, 出現(xiàn)了傳感器、測量放大器、控制放大器和閥復(fù)合一體化的元件, 極大地提高了比例閥( 電反饋) 的工作頻寬。其

17、主要表現(xiàn)有:高頻響、低功耗比例放大器及高頻響比例電磁鐵的研制。電液伺服系統(tǒng)的應(yīng)用電液伺服系統(tǒng)的應(yīng)用船舶與海洋作業(yè)系統(tǒng)船舶的舵機是保持或者改變船舶航向，保證安全運行的重要設(shè)備。由于電液伺服系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)性能上的優(yōu)勢，在船舶上普遍采用。圖為舵機的結(jié)構(gòu)形式，分別為雙缸往復(fù)式轉(zhuǎn)舵機構(gòu)、回轉(zhuǎn)式轉(zhuǎn)舵機構(gòu)。土木工程研究領(lǐng)域土木工程領(lǐng)域大量使用電液伺服系統(tǒng)。由于實驗對象規(guī)模越來越大、要求的準確性越來越高，對電液伺服系統(tǒng)的要求也越來越高。如美國和日本聯(lián)合研制的E-Defence系統(tǒng)，是電液伺服系統(tǒng)和基于電液伺服系統(tǒng)集成設(shè)計的典范。搖擺環(huán)境模擬系統(tǒng)如圖是模擬飛行器空間對接模擬系統(tǒng)，該系統(tǒng)為我國天宮一號和神州八號飛船的

18、空間對接的成功起到了非常關(guān)鍵的作用，在實驗條件下準確地模擬了“空間一吻”。該系統(tǒng)的最大運動范圍達3 m，頻率達12 Hz，位置精度達0.5 mm，重復(fù)精度達0.1mm，最低穩(wěn)定速度達0.01mm。無論哪一項均為世界水平。對于路上特種車輛來說，往往需要三姿態(tài)角的運動模擬，此系統(tǒng)采用了三個固定長度的二力桿支承運動運動平臺，具有如下特點：（1）通過結(jié)構(gòu)設(shè)計，將三個支桿的空間交點與負載的質(zhì)心重合，可實現(xiàn)負載繞質(zhì)心的轉(zhuǎn)動為無耦合運動（2） 支桿在零位完全平衡負載的重力，減小了電液伺服系統(tǒng)的負載，具有良好的節(jié)能效果。（3） 系統(tǒng)缺點是模擬的角運動幅度有限，只能達到15度。6 液壓新材料、新工藝液壓技術(shù)發(fā)展

19、趨勢液壓密封技術(shù) 一、密封材料 二、密封結(jié)構(gòu) 液壓密封技術(shù)一、密封材料 硅橡膠：耐熱、耐寒性好，壓縮永久變形小，但 機械強度低，只適用于靜密封。 聚四氟乙烯：機械強度較高，耐高壓、耐磨性好，自潤滑性好。 聚氨酯：具有非常好的機械特性，壓縮變形小，拉伸強度高，剪切強度、抗擠壓強度以及耐磨性都非常高。 新型聚醚聚氨酯：超低的摩擦系數(shù)、抗老化性、耐候性與耐水解性能、抗擠出性能與耐壓性能。 新型工程陶瓷材料：耐高溫、耐磨損、耐腐蝕等的特性來制作密封件，則能夠更好地發(fā)揮密封件的作用，提高液壓系統(tǒng)的性能。 液壓密封技術(shù)液壓油缸活塞與活塞桿的密封墊片陶瓷材料制作的密封件或墊片主要應(yīng)用在液壓或水壓泵和閥等元件

20、的軸密封處尤其是輸送高溫介質(zhì)的流體系統(tǒng)的軸密封處。液壓密封技術(shù)二、密封結(jié)構(gòu)（1）新型油封 （2）EVD智能密封 （3）SETCO AirShieldTM 密封 （4）新型無焊接管路密封技術(shù)新型無焊接管路密封技術(shù)（1）Walform擠壓式管路連接 Walform管路連接接頭結(jié)，主要由24錐面接頭體、壓緊螺母及“O”型密封圈等三個零件組成。管子與管接頭的連接是依靠管端的冷變形實現(xiàn)的。適合于船舶和鋼廠等液壓系統(tǒng)。新型無焊接管路密封技術(shù)Walform擠壓式管路連接新型無焊接管路密封技術(shù)（2）止推環(huán)法蘭管路連接 止推環(huán)法蘭管路連接技術(shù)由一對法蘭 (SAE法蘭或ISO法蘭 )、一對保持環(huán)、車槽管路、連接螺

21、釘、螺母及密封墊等組成。 主要用于液壓系統(tǒng)的中、高壓管路中 ，允許通過的流量大。新型無焊接管路密封技術(shù)止推環(huán)法蘭管路連接液壓技術(shù)中的新材料、新工藝 新材料、新工藝在液壓元件及系統(tǒng)中的應(yīng)用也是推動液壓技術(shù)發(fā)展的一個重要因素。近年來，隨著微納米技術(shù)、材料加工以及材料合成等技術(shù)和工藝的不斷進步，某些合成材料以及功能材料的性能得到了很大的提高，在液壓技術(shù)中的應(yīng)用也得到了不斷推廣，從而促進了液壓技術(shù)的發(fā)展和進步。液壓技術(shù)中的新材料、新工藝 目前在液壓領(lǐng)域有著廣闊應(yīng)用前景的合成材料以及功能材料主要有： 工程陶瓷材料； 壓電材料； 記憶合金。工程陶瓷材料特性（1）陶瓷材料密度小，約為鋼密度的一半，質(zhì)量輕；（

22、2）耐磨性好，常溫下，陶瓷的硬度和彈性均遠高于金屬，因此陶瓷元件磨損少，壽命長，工作性能也易于提高；（3）化學(xué)性能穩(wěn)定，不易被氧化，同時具有耐酸堿鹽和抗腐蝕等特性；（4）抗氣蝕性好，能夠抵御水壓元件中嚴重的氣蝕破壞和高速液流的沖蝕磨損；適宜于水壓元件中使用；（5）對環(huán)境無污染；（6）陶瓷元素主要為：氧、氦硅、碳等，易獲得，便于材料的加工與合成。工程陶瓷材料在液壓中的應(yīng)用 1）液壓缸活塞桿： Rexroth公司為水利機械和海上液壓設(shè)備生產(chǎn)了陶瓷鍍層液壓缸，在液壓缸活塞桿上采用了等離子噴涂和HVOF超音速火焰噴涂等熱噴涂方法，使液壓缸活塞桿具有很強的抗污染和抗磨損的能力。工程陶瓷材料在液壓中的應(yīng)用

23、行程控制陶瓷涂層活塞桿液壓缸工程陶瓷材料在液壓中的應(yīng)用陶瓷活塞桿（雙出桿）液壓缸工程陶瓷材料在液壓中的應(yīng)用 2）水壓柱塞泵陶瓷柱塞： 陶瓷材料由于具有抗磨、自潤滑、防銹等特點，因此可在水壓柱塞泵、水壓控制元件應(yīng)用。華中科技大學(xué)研制的陶瓷材料水壓柱塞泵，柱塞和缸筒內(nèi)壁表面采用了陶瓷鍍層，增加了柱塞和缸筒內(nèi)壁的抗磨、防銹能力，提高了柱塞泵柱塞摩擦副的可靠性。工程陶瓷材料在液壓中的應(yīng)用陶瓷柱塞工程陶瓷材料在液壓中的應(yīng)用高性能陶瓷柱塞泵壓電材料分類 壓電材料可分為三大類：（1）壓電晶體（單晶），包括壓電石英晶體和其他壓電單晶； （2）壓電陶瓷（多晶半導(dǎo)瓷）； （3）新型壓電材料，又可分為壓電半導(dǎo)體和有

24、機高分子壓電材料。壓電材料特性 壓電材料是一種具有壓電效應(yīng)、能夠?qū)C械能和電能互相轉(zhuǎn)化的功能材料。 壓電效應(yīng)有正壓電效應(yīng)和逆壓電效應(yīng)兩種。 某些介質(zhì)在受到機械壓力（即使像聲波震動那樣小的機械壓力）時，會產(chǎn)生壓縮或伸長等形狀變化，并引起介質(zhì)表面帶電，這種現(xiàn)象稱為正壓電效應(yīng)。 反之，施加激勵電場后，介質(zhì)會產(chǎn)生機械變形，這種現(xiàn)象稱為逆壓電效應(yīng)。壓電材料在液壓中的應(yīng)用 1）壓電微泵： 微泵作為微流控制系統(tǒng)的主要部件，由于能實現(xiàn)流量的精確輸送和控制，因此在藥物微量運輸、燃料微量噴射、化學(xué)分析與檢測、集成電路芯片的散熱與冷卻、生物芯片等方面有著重要應(yīng)用前景。其中采用壓電陶瓷驅(qū)動方式的微泵稱為壓電微泵。壓電

25、材料在液壓中的應(yīng)用 上圖為往復(fù)式止回閥壓電微泵。當給壓電陶瓷片施加不同頻率的周期性電壓信號時，由于壓電效應(yīng)，壓電片將會產(chǎn)生周期變化的變形。泵膜在壓電陶瓷片的帶動下開始震動，泵腔體積周期性增大或減小。泵腔體積增大時，給入口閥片通電，出口閥片斷電，入口打開。出口關(guān)閉，流體被吸入泵腔；加載反向電壓時，泵腔體積將減小，此時入口閥片斷電，出口閥片通電，入口關(guān)閉，出口打開，流體被輸出。有閥壓電微泵壓電材料在液壓中的應(yīng)用壓電微泵形狀記憶合金在液壓中的應(yīng)用 在液壓傳動應(yīng)用領(lǐng)域，利用形狀記憶合金的形狀記憶效應(yīng)，可以制作各種管接頭及控制元件，以提高液壓傳動系統(tǒng)的工作性能。例如制作管接頭，密封和動作部件等。形狀記憶

26、合金在液壓中的應(yīng)用形狀記憶合金液壓系統(tǒng)管接頭 將記憶合金做成內(nèi)徑比被連接管子外徑小的管接頭，把經(jīng)過形狀記憶處理后的管接頭置于低溫環(huán)境下，然后把錐形柱塞打入管接頭內(nèi)，使管接頭內(nèi)徑擴張，再把管接頭存放在液氮里。在低溫狀態(tài)時，去除錐形管，將被連接管子從兩端插入管接頭，然后使管接頭逐漸升溫到室溫，管接頭恢復(fù)擴孔前的尺寸，使被連接管子被緊緊卡住。 美國F14戰(zhàn)斗機的液壓系統(tǒng)上就使用了幾十萬個這樣的管接頭，使用結(jié)果表明，該管接頭連接無泄漏、無損壞，工作可靠。7 節(jié)能化液壓技術(shù)發(fā)展趨勢73定量泵系統(tǒng)的能量平衡1 液壓傳動系統(tǒng)產(chǎn)生能量損失的失主要方面機械摩擦和泄漏（內(nèi)泄漏和外泄漏）的能量損失傳輸管路的能量損失

27、（沿程損失和局部損失）控制閥的能量損失液體介質(zhì)壓縮能量損失壓力沖擊（管道擴張）振動的能量損失電氣控制器的能量損失系統(tǒng)輸入和輸出功率不匹配的能量損失2.1采用集成化回路和鑄造流道 采用集成化回路和鑄造流道,可減少元件和系統(tǒng)的內(nèi)部壓力損失，減少管道 損失,同時還可減少漏油損失。2 液壓系統(tǒng)主要節(jié)能技術(shù)容積調(diào)速2.3采用容積調(diào)速技術(shù) 容積調(diào)速原理是通過改變液壓泵（馬達）的流量 （排量）調(diào)節(jié)執(zhí)行元件運動速度或轉(zhuǎn)速。節(jié)流調(diào)速回路由于存在著節(jié)流損失和溢流損失，回路效率低，發(fā)熱量大，因此，只用于小功率調(diào)速系統(tǒng)。在大功率調(diào)速系統(tǒng)中，多采用回路效率高的容積式調(diào)速回路。容積調(diào)速回路有變量泵和定量執(zhí)行元件、定量泵和

28、變量液壓馬達以及變量泵和變量液壓馬達三種可能的組合。 變量泵-定量馬達定量泵-變量馬達變量泵-變量馬達液壓容積調(diào)速特點是: 可無級調(diào)速, 調(diào)速范圍大、效率高, 靜態(tài)特性好, 回路的剛度較高、動態(tài)特性穩(wěn)定。此外, 回路的適應(yīng)性強, 不受控制工作點改變的影響。容積調(diào)速圖示為一變量泵控馬達閉式液壓系統(tǒng)原理圖。變量泵3的排量可調(diào)，實現(xiàn)流量調(diào)節(jié)。補油泵1補償系統(tǒng)運行過程中的泄漏。安全閥4防止壓力過高造成事故。溢流閥6調(diào)定補油壓力。由于系統(tǒng)中沒有方向閥和節(jié)流閥，液壓泵輸出的壓力油全部送往液壓馬達(或液壓缸)，這不僅簡化了液壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，而且大大減少了閥口節(jié)流和管路沿程損失。1、補油泵 2、單向閥 3、變量

29、泵 4、安全閥 5、馬達 6、溢流閥容積調(diào)速2.2采用變頻調(diào)速 在液壓系統(tǒng)中采用變頻調(diào)速，可避免采用節(jié)流系統(tǒng)來調(diào)節(jié)流量和壓力，減少或消除系統(tǒng)的節(jié)流損失，盡量減少非安全需要的溢流量。 變頻調(diào)速液壓控制系統(tǒng)由變頻器，異步電動機M及定量泵組成；系統(tǒng)輸入異步電動機頻率指令f由控制器提供，輸出為定量泵流量Q 變頻調(diào)速變頻調(diào)速 變頻調(diào)速液壓電梯原理圖如下。和傳統(tǒng)閥控液壓調(diào)速相比，電梯能耗溫升大大減少，電梯運行的舒適性和運行精度得到了提高傳統(tǒng)閥控液壓電梯能耗與變頻調(diào)速液壓電梯的能耗比較(a) 閥控液壓電梯能耗示意圖(b) 變頻調(diào)速液壓電梯能耗示意圖2.4采用負荷傳感系統(tǒng)負荷傳感系統(tǒng)是一個具有壓差反饋，在流量

30、指令條件下實現(xiàn)泵對負荷壓力隨動控制的閉環(huán)系統(tǒng)，其中壓力補償控制是實現(xiàn)各動作流量分配和準確控制的保證負荷感應(yīng)是接收或感應(yīng)負荷壓力的一種方法，它將負荷反饋到控制系統(tǒng)，以控制負荷回路的流量不會因負荷的變化而受影響。沒有負荷感應(yīng)，流量就會隨負荷而變化負荷傳感系統(tǒng)中液壓泵只需提供與執(zhí)行元件負荷相匹配的壓力、流量或功率，液壓系統(tǒng)中不產(chǎn)生過剩壓力和過剩流量，或者相對于系統(tǒng)壓力和流量來說很小，因而系統(tǒng)具有顯著的節(jié)能效果 負荷傳感1、主泵 2、變量活塞 3、4、控制閥； 5、6、壓力補償閥；7、梭閥 負荷傳感控制原理圖 左圖為由變量活塞、控制閥與壓力補償閥、梭閥組合在一起的負荷感應(yīng)控制系統(tǒng)，該裝置使液壓泵的壓力

31、、流量與負載壓力、流量相適應(yīng)，系統(tǒng)不會產(chǎn)生過剩壓力和過剩流量，節(jié)能效果可達30一40。日本小松、日立、川崎、德國Rexroth，Linde，美國Eiton-Vickers，Parker都采用負荷傳感系統(tǒng)，可很大程度上節(jié)省功率。 負荷傳感2.5采用二次調(diào)節(jié)系統(tǒng)二次調(diào)節(jié)：是對液壓能與機械能互相轉(zhuǎn)換的液壓元件所進行的調(diào)節(jié)，通常以壓力耦聯(lián)系統(tǒng)為基礎(chǔ)，一次元件(泵)及二次元件(馬達)間采用定壓力耦合方式，依靠實時調(diào)節(jié)馬達排量來平衡負荷扭矩 二次調(diào)節(jié)二次調(diào)節(jié)靜液傳動的工作原理 與傳統(tǒng)的液壓控制系統(tǒng)不同，它是一種壓力耦合系統(tǒng)，對二次元件進行調(diào)節(jié)。其基本原理如圖所示，通過調(diào)節(jié)可逆式軸向柱塞元件(二次元件)的斜

32、盤傾角來適應(yīng)外負載的變化，類似于電力傳動系統(tǒng)在恒壓網(wǎng)絡(luò)中傳遞能量。1. 恒壓變量泵；2. 蓄能器；3. 二次元件；4. 控制油缸；5. 電液比例(伺服)閥二次調(diào)節(jié)系統(tǒng)原理圖 二次調(diào)節(jié)二次調(diào)節(jié)二次調(diào)節(jié)系統(tǒng)的應(yīng)用 主要體現(xiàn)在以下幾個方面： 回收液壓驅(qū)動卷揚機械的勢能：回收液壓驅(qū)動擺動機械的慣性能；群控作業(yè)機械和試驗裝置的綜合節(jié)能二次調(diào)節(jié)回路應(yīng)用舉例1）液壓混合動力車 混合動力技術(shù)是指在同一車輛中以兩種或兩種以上儲能器、能量源或能量轉(zhuǎn)換器作為動力源，通過整車控制系統(tǒng)使兩種動力裝置有機協(xié)調(diào)配合，實現(xiàn)最佳能量分配，達到低能耗、低污染和高度自動化的一種新型技術(shù) 二次調(diào)節(jié)液壓混合動力最初應(yīng)用對象主要是城市公

33、交車，近幾年，隨著節(jié)能環(huán)保的日益迫切，液壓混合動力的應(yīng)用范圍在不斷擴大。近10年間，美國環(huán)保署（EPA）聯(lián)合福特公司、Eaton公司、Parker-Hannifin公司、FEV、Michigan大學(xué)、Ricardo公司及Wisconsin大學(xué)等單位開發(fā)液壓混合動力技術(shù)研究。 二次調(diào)節(jié)左圖為2004年美國環(huán)保署（EPA）推出的全球第一輛液壓混合動力技術(shù)的運動型多用途車（SUV）。這種SUV在城市及高速公路混合工況下燃油經(jīng)濟性可以提高30%40%右圖為2006年UPS公司研發(fā)了基于二次調(diào)節(jié)靜液傳動技術(shù)的包裹運送車在密歇根州試的運行數(shù)據(jù)表明，該車節(jié)油率達到45%50%，可使CO2的排放降低30%。

34、二次調(diào)節(jié) 目前，對液壓混合動力技術(shù)的研究最具代表性的是德國的力士樂公司和美國的伊頓公司右圖所示為2009年力士樂公司推出了采用HRB系統(tǒng)的液壓混合動力垃圾車。試驗結(jié)果表明，HRB系統(tǒng)節(jié)能效果高達25%左圖為2010年力士樂公司又推出采用HFW系統(tǒng)的液壓混合動力挖掘機，力士樂已將液壓混合動力系統(tǒng)成功地應(yīng)用于垃圾處理車、叉車、和挖掘機等車輛上，并將其產(chǎn)業(yè)化伊頓液壓混合動力垃圾車Parker液電混合動力系統(tǒng) 二次調(diào)節(jié)二次調(diào)節(jié)公交車二次調(diào)節(jié)系統(tǒng)簡圖二次調(diào)節(jié)上圖所示為二次調(diào)節(jié)技術(shù)應(yīng)用于公交車，當車輛開始制動狀態(tài)時，通過控制器控制使二次元件的斜盤傾角發(fā)生變化，轉(zhuǎn)變?yōu)楸霉r，二次元件作為泵工況開始向系統(tǒng)輸入

35、能量，直到車輛完全停止，完成能量的回收。當車輛再次處于起步狀態(tài)時，制動時儲存在液壓蓄能器的能量釋放出來，與一次元件共同提供起步動能。二次調(diào)節(jié)公交車二次調(diào)節(jié)系統(tǒng)工作原理圖二次調(diào)節(jié)系統(tǒng)的控制原理如上圖所示，系統(tǒng)的控制器可以接受系統(tǒng)的反饋量，包括二次元件的轉(zhuǎn)速，二次元件輸出軸的轉(zhuǎn)矩信號，系統(tǒng)壓力和使用者的操作意圖等相關(guān)傳感器信號，綜合處理后對系統(tǒng)進行控制。能量的回收與利用主要是通過二次元件實現(xiàn)，當二次元件由馬達轉(zhuǎn)為泵工況時，換向閥動作，蓄能器儲存能量。2）二次調(diào)節(jié)液壓抽油機抽油機是有桿抽油系統(tǒng)中最主要的舉升設(shè)備，主要構(gòu)成包括底座、支架、驢頭、游梁、曲柄裝置、減速器、電動機和配電箱等，其中曲柄裝置的傳

36、遞結(jié)構(gòu)直接影響整機的運動性能。傳統(tǒng)采油設(shè)備機械結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積大、傳動環(huán)節(jié)多、能量損失大、效率較低及制造成本大。而采用全液壓系統(tǒng)代替減速機構(gòu)，引入二次調(diào)節(jié)，采用蓄能器對系統(tǒng)勢能進行回 收，可實現(xiàn)節(jié)約能源的目的 二次調(diào)節(jié)二次調(diào)節(jié)功率回收型液壓抽油機1油箱； 2濾油器；3原動機； 4液壓泵；5安全閥；6蓄能器;；7限速閥； 8變量泵/馬達； 9液壓泵/馬達；10動滑輪；11液壓缸；12定滑輪；13鋼絲繩二次調(diào)節(jié)二次調(diào)節(jié)液壓抽油機工作原理圖1電動機; 2,3液壓泵/馬達; 4,6溢流閥; 5液壓蓄能器;7單向閥; 8液壓缸; 9,10行程開關(guān); 11負載二次調(diào)節(jié)二次調(diào)節(jié)抽油機工作過程如下： 開機啟動時

37、，控制器發(fā)出指令調(diào)節(jié)二次元件2的斜盤傾角為零，使其輸出流量為零。使二次元件3工作于液壓泵工況，給蓄能器充壓在液壓缸上行過程中，電動機帶動同軸的二次元件2和3工作，二次元件3在輔助能源蓄能器作用下工作于液壓馬達工況，控制器調(diào)節(jié)二次元件2工作于液壓泵工況。此時二次元件2的驅(qū)動力來自于電動機和蓄能器驅(qū)動下的二次元件3，其運動速度可通過預(yù)調(diào)電位計調(diào)節(jié)二次元件的排量來實現(xiàn)。二次調(diào)節(jié)當液壓缸碰到行程開關(guān)9時，二次元件2過零點，由液壓泵工況轉(zhuǎn)換成液壓馬達工況。液壓缸在重力勢能作用下向下運動，使液壓缸中的油液向二次元件輸出，此時液壓缸相當于液壓泵。同時，二次元件3在控制器指令作用下，斜盤過零點，變成液壓泵工況

38、。其驅(qū)動力來自電動機和工作于液壓馬達工況的二次元件2。二次元件3輸出的液壓油進入儲能器儲存起來，在上沖程中釋放。二次調(diào)節(jié)儲存在蓄能器中的能量在下一個提升負載周期時釋放，帶動工作于液壓馬達工況的二次元件3，與電動機一起帶動二次元件2工作，為液壓缸提供所需能量，實現(xiàn)回收能量的再利用。3）東北大學(xué)二次調(diào)節(jié)實驗臺 二次調(diào)節(jié)常規(guī)常規(guī)游梁式抽油機結(jié)構(gòu)示意圖1底座 2變速箱 3電機 4剎車 5皮帶輪 6曲柄7平衡塊 8連桿 9游梁 10驢頭 11懸繩器 12支架新型采油結(jié)構(gòu)示意圖 創(chuàng)新型節(jié)能技術(shù)新型全液壓變沖程采油機液壓系統(tǒng)原理圖 創(chuàng)新型節(jié)能技術(shù)（1/2）全液壓變沖程抽油機工作過程系統(tǒng)電機啟動，主油泵1與蓄

39、能器 共同作用，為單作用液壓缸 8供油，單作用液壓缸8上行運動，導(dǎo)向小車25帶動動滑輪24及兩對稱結(jié)構(gòu)的支撐輪23在液壓缸驅(qū)動下在導(dǎo)軌上運動，并借助懸繩22拉動抽油桿20進行上提運動，當液壓缸達到上行程控制開關(guān)9.2 所限定的行程位置后，觸發(fā)行程開關(guān)，控制電磁換向閥換向，完成抽油過程； 全液壓變沖程抽油機工作過程系統(tǒng)開始下行運動， 在下降過程中，主油泵1向蓄能器6充液，蓄能器6存儲泵間歇功率，并利用系統(tǒng)下降勢能驅(qū)動泵-馬達回路，使其向蓄能器6充液，回收系統(tǒng)勢能，轉(zhuǎn)化為液壓能存儲在蓄能器6中，為下次抽油動作積蓄能量，當蓄能器 6 達到最大工作壓力時，控制順序閥5動作，實現(xiàn)對主油泵1的卸荷，當單作

40、用液壓缸8運動至下行程控制開關(guān)9.1所限定的行程位置時，控制電磁換向閥7 換向，完成一次沖程。創(chuàng)新型節(jié)能技術(shù)（2/2）全液壓勢能回收型抽油機原理圖全液壓勢能回收型液壓系統(tǒng)原理圖1.在系統(tǒng)上行抽油過程中，主油泵與蓄能器共同作用，驅(qū)使液壓馬達轉(zhuǎn)動，帶動卷筒旋轉(zhuǎn)，拉動抽油桿上升。當抽油桿運行到上限行程位并觸發(fā)行程控制開關(guān)時，三位四通電磁換向閥進行換向動作。同時電磁離合制動器閉合，使卷筒與輔助油泵相結(jié)合，此時完成抽油過程。2.系統(tǒng)開始下行過程中，主油泵向蓄能器充液，蓄能器存儲泵間歇功率。同時抽油桿下降帶動卷筒反向轉(zhuǎn)動，卷筒驅(qū)動輔助油泵向蓄能器充液，回收系統(tǒng)勢能，轉(zhuǎn)化為液壓能存儲在蓄能器中，為下次抽油動

41、作積蓄能量。當蓄能器內(nèi)的壓力達到壓力繼電器調(diào)定壓力時，電磁離合制動器斷開，卷筒與輔助油泵分離，同時電磁離合制動器對卷筒進行制動。當抽油桿下降至下限行程位并觸發(fā)行程控制開關(guān)時，三位四通電磁換向閥再次進行換向，完成一次沖程。傳統(tǒng)抽油機與同樣工況下的新型抽油機參數(shù)對比 采用小型伺服閥控制變量液壓泵的變量機構(gòu)，實現(xiàn)動力元件與執(zhí)行元件的功率匹配伺服泵2.6伺服液壓泵（無閥化） 伺服液壓泵伺服泵的液壓控制原理圖 伺服液壓泵 變量泵的結(jié)構(gòu)分解圖 伺服液壓泵8 數(shù)字化液壓技術(shù)發(fā)展趨勢液壓數(shù)字化的發(fā)展1、液壓數(shù)字化的發(fā)展液壓技術(shù)從上世紀70年代中期起就開始和微電子工業(yè)接觸，并相互結(jié)合。在迄今40多年時間內(nèi)，結(jié)合

42、層次不斷提高，由簡單拼裝，分散混合到總體組合，出現(xiàn)了多種形式的獨立產(chǎn)品如數(shù)字液壓泵，數(shù)字閥，數(shù)字液壓缸等，其中的高級形式已發(fā)展到把編好程序的芯片和液壓控制元件，液壓執(zhí)行元件或能源裝置，檢測反饋裝置，數(shù)模轉(zhuǎn)換裝置，集成電路等匯成一體，這種匯集在一起的聯(lián)結(jié)體只要接收到微處理機或微型計算機送來的信息，就能實現(xiàn)預(yù)先規(guī)定的任務(wù)。 液壓數(shù)字控制系統(tǒng)2、液壓數(shù)字控制系統(tǒng)數(shù)字式控制是指控制信號的主要部分是以數(shù)字量的形式來進行的控制形式。隨著微型計算機的價格不斷下降，尤其是單片機、單板機的價格低廉，為液壓系統(tǒng)的數(shù)字控制提供了必要的條件。數(shù)字式控制系統(tǒng)按信號的處理方式來分，可分為數(shù)模混合式數(shù)字控制和脈沖調(diào)制式控制

43、，脈沖調(diào)制式又可分為脈寬調(diào)制(PMW)、脈幅調(diào)制(PAM)、脈頻調(diào)制(PFM)、脈碼調(diào)制(PCM)和脈數(shù)調(diào)制(PNM)等。按控制方式又可分為間接式數(shù)字控制和直接式數(shù)字控制。 液壓數(shù)字控制系統(tǒng)間接式數(shù)字控制需使用D/A和A/D轉(zhuǎn)換器，一般采用閉環(huán)控制方式，將液壓執(zhí)行機構(gòu)的位移、速度等信號反饋給計算機系統(tǒng)，計算機通過比較運算，把校正后的值輸出給系統(tǒng)，從而可以對執(zhí)行機構(gòu)達到很精確的控制。系統(tǒng)框圖如圖1所示，其中伺服閥、比例閥是模擬量控制，所以由計算機發(fā)出的數(shù)字信號需要經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換，然后經(jīng)過伺服放大器來控制伺服閥或比例閥，進而驅(qū)動液壓執(zhí)行機構(gòu)動作，帶動負載工作。該系統(tǒng)控制精度高、頻率響應(yīng)快，但成本高，因為伺服閥、A/D或D/A轉(zhuǎn)換器往往比較昂貴。圖1 間接式數(shù)字系統(tǒng)框圖液壓數(shù)字控制系統(tǒng)液壓數(shù)字控制系統(tǒng)直接式數(shù)字控制直接式數(shù)字控制無需使用D/A和A/D轉(zhuǎn)換器，一般采用開環(huán)控制，也可采用數(shù)字式傳感器構(gòu)成反饋回路，從而達到更高的控制精度。直接式數(shù)字控制具體又可分為