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1、液压传动与控制 The Technology of Hydraulic Transmission and Control,目录,返回,第一章 绪论(Introduction),1.1 液压传动基本概念 Q1: 液压传动技术？ 液压传动(Hydraulic Transmission )利用液体压力，实现机械动力传递的技术。 液压传动与控制利用液压元件组成的回路，并由若干个回路组成的液压系统来进行能量转换、传递的方法及设备。 Elements(元件)Circuits(回路)System(系统) Power Transmission,Q2：液压技术应用普遍？ 目前，全部汽车、飞机和船舶都装有液压传动
2、装置。大中型机床都采用液压传动技术进行传动。 例1：汽车液压助力转向系统(HPS),液压助力转向HPS 液压助力转向原理图 电动转向系统EHPS 图1. 汽车液压助力转向系统,例2：高性能数控加工中心(沈阳机床厂),左图：数控加工中心液压系统 右图：低速大扭矩液压马达直接驱动刀具加工,1.2 液压传动工作原理与液压系统,1.2.1 传动的概念 传动 (Power Transmission) 机械动力的传递与转换。传动是所有机械系统关键装置之一。 右图：德国宝马系列轿车 均为后轮驱动设计 发动机置于前轮上，后轮为 驱动轮的设计称“前置后驱”,机械系统传动方式分类：,1) 机械传动齿轮、蜗轮蜗杆、
3、皮带、链条、轴等； 2) 流体传动液压传动、液力传动 3) 电气传动电动机 + 联轴器,2. 流体传动液压传动、液力传动,液力传动(Fluid Transmission) 利用流体动能，实现能量转换和传递的方法称液力传动，如水轮机、液力变矩器(如图所示)等。 液压传动(Hydraulic Transmission)。 利用液体压力实现动力传递和转换的方法称“液压传动”。,液力传动实例三峡水力发电站,三峡电站建设过程,1.2.2. 液压传动工作原理及系统组成,完整的机械系统的组成：原动机、传动机和工作机。 液压传动是利用压力液体作为传递能量的载体实现传动。,图1-8 液压系统能量转换原理示意图,
4、动力元件,传 动 元 件,执行元件,控制元件,辅助元件,以液压千斤顶为例说明原理： 右图 手柄活塞和工作活塞有效面积：A1=100mm2，A2=200mm2。 手柄施加1000N作用力 工作活塞2000N作用力。 工作活塞上放置一质量G=2000N的重物 工作活塞能托举重物向上运动？ 结论：密封系统中的油液在压力作用下，可将力放大，也可以传递运动。,液压千斤顶工作过程：,手柄1带动活塞上提，泵缸2容积扩大形成真空，单向阀3关闭，油箱5中液体经油管6、单向阀4吸入泵缸2内； 手柄1带动活塞下压时，吸油单向阀4关闭，泵缸2中的液体推开阀3、经管9、10进入液压缸11，迫使活塞克服重物12重力G上升
5、做功； 当手柄1停止运动时，工作缸11活塞停止，工作缸11中的液体压力使阀3关闭，缸11的活塞自锁不动。 工作时截止阀8关闭，当需要液压缸11的活塞放下时，打开阀8，系统液体在重力G作用下经阀8排往油箱5。,液压传动装置组成：,(1)液压泵(原动机)：把机械能转换成液体压力能的元件。 例题中泵缸2+单向阀4+排油单向阀3组成“阀式配流液压泵”。 (2)工作机(液压缸)：把液体压力能转换成机械能的元件。 (3)控制元件(液压阀)：对液体压力、流量、方向进行控制，实现对工作机速度、方向和力的控制。 (4)辅助元件： 油箱、管道、接头、过滤器等。,图1-8 液压系统能量转换原理示意图,动力元件,传
6、动 元 件,执行元件,控制元件,辅助元件,在工业生产中，常需要超大力能进行产品加工压力加工 例3：大锻件成形设备万吨( )级锻造液压机，依赖液压技术。,左）重庆市西南铝业集团有限公司中国目前最大的30000吨级模锻液压机。 中）黑龙江齐齐哈尔市中国第一重型机械集团2006年底建造出15000吨自由锻造液压机。 右）3万吨模锻液压机结构示意图。,大型压力设备应用举例： 1）航空发动机涡轮盘成形3万吨(300MN)力设备加工； 2）飞机机身龙骨 3）机翼等； 右：C919大型客机2015年试飞，已经 收到订单超过400架,涡扇发动机 航空发动机涡轮盘,右图：中国大型客机C919铝锂合金机身直段部段
7、(江西洪都机器厂)， 机身龙骨必须由大型压力设备锻造。,左下图：欧洲空客A320机身直段部(法国图卢兹),右图：8万吨级锻造液压机模型 （西安阎良国家航空产业基地，2007） 下图：秦岭涡扇发动机 （西安航空发动机集团有限公司，2005）,为满足中国大型飞机C919的研制生产，2007年，在西安阎良开始建造了8万吨(800MN)航空模锻液压机。 2008年10月，江苏昆山，开始建造10万吨级(1 000MN)液压机，主要用于锻造飞机龙骨和舰船龙骨。,参考文献：,1何存兴，张铁华. 液压传动与气压传动. 华中科技大学出版社 2000 2许贤良，王传礼等. 液压传动. 国防工业出版社， 2011.
8、3 3徐元昌流体传动与控制同济大学出版社 1998 4William W. Reeve. Technology of Fluid Power. Delmar Publishers 1999. 5陈奎生. HYDRAULIC and PNEUMATICS TRANSMISSION. 武汉理工大学出版社 2004 6机械工程学报 专业期刊 7液压技术 专业期刊,1.3 液压传动的特点,1.3.1. 传动与控制 传动是指在一定控制方式下，按照预定目标、量值和程序传递力和运动；传动侧重于如何正确、迅速地实现控制信息。 控制是根据系统工作需要，向传动机构发出动作信号。控制侧重于如何正确、迅速地实现信号的
9、处理和传递。,1.2.2. 液压传动的主要优点,(1)无级调速范围大； (2)重量轻、体积小、运动惯性小、反应速度快； (3)可实现无间隙运动，运动平稳，冲击小； (4)控制、调节和操作简单，易实现自动化； (5)容易实现过载保护； (6)容易实现系列化、标准化、通用化。 下左：数控液压转塔冲床 中:液压切边机 右：数控液压煤矿采掘机,1.2.3. 液压传动的主要缺点,(1)工作效率低； (2)工作性能受温度影响大； (3)液压元件制造精度高，价格贵； (4)运动精度较低。 左:液压支架 右上：铸轧机液压系统 右下：机床液压系统,14 液压传动与控制的应用,1.4.1. 在机械制造领域的应用
10、19世纪，德、美将液压技术应用于龙门刨床和车床的传动系统。 20世纪30年代，各类机床大规模采用液压传动系统。 二战后，因液压技术具有能够实现无级变速、自动化、频繁换向等特点，人们在机械制造领域大量应用了液压传动技术。 右图为全液压数控加工中心,1.4.2. 液压技术在工程机械领域的应用,液压传动技术在工程机械中应用非常普遍。目前，几乎所有各类工程机械，如挖掘机、装载机、推土机、起重机等均采用液压传动系统作为机械的动力系统。,1.4.3 液压技术在材料成形行业中的应用 锻造、冲压、挤压、塑料成型等领域中发展了数百种通用或专用液压设备。 图1-7 齿轮冷摆辗工艺原理及零件，摆辗设备为液压传动系统
11、,下图：2008年国家重大技术装备关键项目3.6万吨挤压机,上图：厚壁管的挤压成型,复杂截面铝型材及挤压机,液压传动系统重量轻、体积小、响应快、精度高，具有高加速能力等特点，大量应用于航空航天和交通运输领域。,飞机起落架控制及方向舵、升降舵等； 船舶舵机控制,在汽车工程中，自动换挡变速器、动力转向、制动系统等，均采用液压传动系统实现其功能。,1.5 液压传动技术的发展,1.5.1 历史回顾 液压技术源于水力学工程，直到20世纪才成熟。 公元前222年，古希腊人阿基米德(Archimedes)：浮力原理-阿基米德原理； 公元前100年，中国出现水轮。公元139年，张衡发明水运浑象仪，由漏水驱动，
12、能指示星辰出没时间。公元420年，中国杜预发明由水轮驱动的水转连磨。,1.5.2 液压技术进展,1643年，意大利E.托里拆利 1648年法国人帕斯卡（BPascal) 1738年瑞土人欧拉(LEuler)。同年，丹尼尔伯努利 1827年法国人纳维；1845年英国人斯托克斯 1883年英国人雷诺(OReynolds)发现层流和湍流 1795年英国人布拉默(JBramsh)世界第一台水压机。 19世纪末，英国人阿姆斯特朗。 1905年美国人詹尼(Janney) 。 1922年瑞士人汉斯.托马(HThoma)发明了径向柱塞泵。 1936年美国人威克斯(HVickers)发明先导控制阀。 1948年
13、美国人埃文斯，香农和维纳出版信息论与控制论 1950年摩根、布莱克本、李等研发电液伺服机构 1970年电液比例阀问世。,1.5.3 二十一世纪液压传动技术现状,(1)液压传动与微电子技术相结合，实现机电一体化集成，成为主要方向。 a)元器件结构：将传感器、控制放大器、执行器置于一体，构成集成化功能单元。 b) 由于电子元件小型化、集成化，可将电子驱动线路、信号处理、储存等单元内置于液压元件中。 c) 集成式传感器和两路通信接口的液压元件实现与所有其他液压元件及主计算机的通信。,右：浙江大学流体传动与控制国家重点实验室,(2)计算机的应用促进液压传动技术不断提高。 有限元分析应用受到重视，尤其在
14、低速流动和流体边界形状复杂的问题中，优越性显著。 (3)故障诊断技术的进步并向智能化发展。 液压系统故障诊断技术在结合液压系统特有的失效形式和故障机理，建立相应的知识库和规则库，利用信息处理技术，对提取的状态监测信号进行模式识别或分类；对系统故障进行诊断、机理分析、故障定位和故障预报等。 右图：高速液压数控砖塔冲床,1.4.3 未来展望 未来液压技术的发展趋势将集中在以下几个方面: (1)流体传动与控制设备更加注重其环保性能 (2)流体传动及控制系统变得更为集成化、模块化、智能化和网络化。 (3)新材料的发展及使用。,1.6 作业,1) 撰写一篇关于液压传动技术及应用的专业性科普文章（15002000字）。 2) 撰写一篇关于液压传动技术最新进展的专业论文（20003000字）。,
