液压传动技术的发展及应用

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1、液压传动技术的发展及应用摘要：对液压传动技术及其优缺点进行描述；将其发展现状、工业应用情况作了一个简要的总结归纳； 并根据其自身的特点对其发展趋势在液压现场总线技术、 自动化控制软件技术、 纯水液压传动、电液集成块等四方面做了合理的展望。一、 液压传动的定义及其地位液压传动是以流体(液压油液 )为工作介质进行能量传递和控制的一种传动形式。它们通 过各种元件组成不同功能的基本回路， 再由若干基本回路有机地组合成具有一定控制功能的传动系统。 液压传动，是机械设备中发展速度最快的技术之一，特别是近年来，随着机电一体化技 术的发展，与微电子、计算机技术相结合，液压传动进入了一个新的发展阶段。二、液压传

2、动的发展简史液压传动是根据 17 世纪帕斯卡提出的液体静压力传动原理而发展起来的一门新兴技 术，1795 年英国约瑟夫 布拉曼(Joseph Braman,1749-1814)，在伦敦用水作为工作介质，以水 压机的形式将其应用于工业上，诞生了世界上第一台水压机。1905 年将工作介质水改为油，又进一步得到改善。 第一次世界大战(1914-1918) 后液压传动广泛应用， 特别是 1920 年以后， 发展更为迅速。 1925 液压元件大约在 19 世纪末 20 世纪初的 20 年间，才开始进入正规的工业生产阶段。 年维克斯(F.Vikers)发明了压力平衡式叶片泵 ,为近代液压元件工业或液压传动

3、的逐步建立奠 定了基础。20 世纪初康斯坦丁尼斯克 (GConstantimsco)对能量波动传递所进行的理论及实 际研究;1910 年对液力传动( 液力联轴节、液力变矩器等)方面的贡献，使这两方面领域得到了发展。 第二次世界大战(1941-1945) 期间 ,在美国机床中有 30%应用了液压传动。应该指出，日 本液压传动的发展较欧美等国家晚了近 20 多年。在 1955 年前后 , 日本迅速发展液压传 动， 1956 年成立了“液压工业会”。近 2030 年间，日本液压传动发展之快，居世界领先地 位。 液压技术主要是由武器装备对高质量控制装置的需要而发展起来的。 随着控制理论的出 现和控制系

4、统的发展，液压技术与电子技术的结合日臻完善，电液控制系统具有高响应、高 精度、高功率-质量比和大功率的特点，从而广泛运用于武器和各工业部门及技术领域。三、液压传动的优缺点（一） 、液压传动的主要优点液压传动之所以能得到广泛的应用，是由于它与机械传动、电气传动相比具有以下的主要优点：（1）由于液压传动是油管连接，所以借助油管的连接可以方便灵活地布置传动机构，这是比机械传动优越的地方。例如，在井下抽取石油的泵可采用液压传动来驱动，以克服长驱动轴效率低的缺点。由于液压缸的推力很大，又加之极易布置，在挖掘机等重型工程机械上，已基本取代了老式的机械传动，不仅操作方便，而且外形美观大方。（2）液压传动装置

5、的重量轻、结构紧凑、惯性小。例如，相同功率液压马达的体积为电动机的 12%13%。液压泵和液压马达单位功率的重量指标，目前是发电机和电动机的十分之一，液压泵和液压马达可小至 0.0025N/W(牛/瓦),发电机和电动机则约为 0.03N/W。（3）可在大范围内实现无级调速。借助阀或变量泵、变量马达，可以实现无级调速，调速范围可达 12000，并可在液压装置运行的过程中进行调速。（4）传递运动均匀平稳，负载变化时速度较稳定。正因为此特点，金属切削机床中的磨床传动现在几乎都采用液压传动。（5）液压装置易于实现过载保护借助于设置溢流阀等，同时液压件能自行润滑，因此使用寿命长。（6）液压传动容易实现自

6、动化借助于各种控制阀，特别是采用液压控制和电气控制结合使用时，能很容易地实现复杂的自动工作循环，而且可以实现遥控。（7）液压元件已实现了标准化、系列化和通用化，便于设计、制造和推广使用。（二） 、液压传动的主要缺点（1）液压系统中的漏油等因素，影响运动的平稳性和正确性，使得液压传动不能保证严格的传动比。（2）液压传动对油温的变化比较敏感，温度变化时，液体粘性变化，引起运动特性的变化，使得工作的稳定性受到影响，所以它不宜在温度变化很大的环境条件下工作。（3）为了减少泄漏，以及为了满足某些性能上的要求，液压元件的配合件制造精度要求较高，加工工艺较复杂。（4）液压传动要求有单独的能源，不像电源那样使

7、用方便。（5）液压系统发生故障不易检查和排除。总之，液压传动的优点是主要的，随着设计制造和使用水平的不断提高，有些缺点正在逐步加以克服。液压传动有着广泛的发展前景。四、液压传动的主要应用驱动机械运动的机构以及各种传动和操纵装置有多种形式。根据所用的部件和零件，可分为机械的、电气的、气动的、液压的传动装置。经常还将不同的形式组合起来运用四位一体。由于液压传动具有很多优点，使这种新技术发展得很快。液压传动应用于金属切削机床也不过四五十年的历史。航空工业在 1930 年以后才开始采用。特别是最近二三十年以来液压技术在各种工业中的应用越来越广泛。在机床上，液压传动常应用在以下的一些装置中：（1）进给运

8、动传动装置磨床砂轮架和工作台的进给运动大部分采用液压传动；车床、六角车床、自动车床的刀架或转塔刀架；铣床、刨床、组合机床的工作台等的进给运动也都采用液压传动。这些部件有的要求快速移动，有的要求慢速移动。有的则既要求快速移动，也要求慢速移动。这些运动多半要求有较大的调速范围，要求在工作中无级调速；有的要求持续进给，有的要求间歇进给；有的要求在负载变化下速度恒定，有的要求有良好的换向性能等等。所有这些要求都是可以用液压传动来实现的。（2）往复主体运动传动装置龙门刨床的工作台、牛头刨床或插床的滑枕，由于要求作高速往复直线运动，并且要求换向冲击小、换向时间短、能耗低，因此都可以采用液压传动。（3）仿形

9、装置车床、铣床、刨床上的仿形加工可以采用液压伺服系统来完成。 其精度可达 0.010.02mm。此外，磨床上的成形砂轮修正装置亦可采用这种系统。（4）辅助装置机床上的夹紧装置、齿轮箱变速操纵装置、丝杆螺母间隙消除装置、垂直移动部件平衡装置、分度装置、工件和刀具装卸装置、工件输送装置等，采用液压传动后，有利于简化机床结构，提高机床自动化程度。（5）静压支承重型机床、高速机床、高精度机床上的轴承、导轨、丝杠螺母机构等处采用液体静压支承后，可以提高工作平稳性和运动精度。五、液压传动技术的发展趋势（一）减少能耗，充分利用能量（1）减少元件和系统的内部压力损失，以减少功率损失。采用集成化回路和铸造流道，

10、可减少管道损失，减少漏油损失。（2）减少节流损失，尽量减少采用节流系统来调节流量和压力。（3）采用静压技术，新型密封材料，减少摩擦损失。（4）改善液压系统性能。（二）泄漏控制泄漏控制是提高液压传动和电气、机械传动竞争能力的一个重要课题；主要包括两个方面：防止液体泄漏到外部造成环境污染，防止外部环境对系统的侵害。发展无泄漏(1eakfree)元件和系统：发展集成化和复合化的元件和系统，实现无管连接，研制新型密封和无泄漏管接头，电机和泵的组合装置(电机转子中间装有泵，减少泵轴封的漏油)。（三）污染控制（1）发展封闭式密封系统。防止灰尘、污物、空气、化学物品侵入系统。建立有关保证元件清洁度的技术规范

11、和研究经济有效的清洗方法。（2）改进元件设计，使之具有更大的耐污染能力，允许元件和系统承受各种污染物的侵蚀。（3）发展耐污染能力强的高效过滤材料和过滤器。（4）开发油水分离净化装置，排湿装置以及清除油液中气泡的滤油器，以清除油中所含的气体和水分。（5）发展新的污染检测方法，对污染进行在线测量。（四）主动维护发现故障苗头时，预先进行维修，清除故障隐患，避免设备恶性事故的发生。液压系统故障诊断现代化，加强专家系统的研究，开发液压系统故障诊断专家系统通用工具软件。开发液压系统自补偿系统，包括自调整、自润滑，自校正，在故障发生之前，进行自补偿，是液压行业努力的方向。（五）机电一体化（1）电液伺服比例技

12、术的应用将不断扩大。压力、流量、位置、温度、速度、加速度等传感器应实现标准化。计算机接口也应实现统一和兼容。（2）液压系统的流量、压力、温度、油的污染等数值将实现自动测量和诊断，由于计算机的价格降低，监控系统，包括集中监控和自动调整系统将得到发展。（3）计算机仿真标准化，特别对高精度， “高级”系统更加有此要求。（4）电子直接控制液压泵，采用通用的标准化调节机构，改变电子控制器的程序，即可实现泵的各种调节方式。（5）提高液压元件性能，适应机电一体化需求。发展内藏式传感器，和带有计算机、有自我管理机能(故障诊断、故障排除 )的智能化液压元件。（六）计算机技术的应用（1）充实现有的液压 CAD 设

13、计软件，进行二次开发，要集中液压专家的经验和智慧，建立知识库信息系统，它将构成设计一制造一销售一使用一设计的闭式循环。（2）将计算机的仿真及实时控制结合起来，将模型放入“硬”件系统中，借此在建造实际样机之前，便可在软件里修改其特性参数，以达到最佳设计结果。（七）可靠性和性能稳定性继续提高(1)新材料、新工艺、新结构的不断引入诸如工程塑料、复合材料、精细陶瓷、低阻耐磨材料、高强度轻合金以及记忆合金等新一代材料将逐步进入实用阶段。普遍减少由于粘附擦伤、气蚀而引起的损伤。(2)合理地进行元器件选择匹配，尽可能地对可以预见的诸因素进行全面分析，最大限度地消除诱发故障的潜在因素。成为系统设计中必不可少的

14、可靠性设计内容。(3)强化、完善系统介质的过滤技术。（八）增强对工作环境的适应性(1)高度重视能耗控制技术(2)进一步降低工作噪声(3)改善代用介质的性能及其适应性研(4)发展横向派生系列产品（九）高度集成化，提高元器件的功能密度(1)单功能元件的组合向多功能元件发展(2)集成器件子系统化(3)强化电子部分，开发智能型一体化器件（十）发展轻小型器件和微型液压技术鉴于航天、航空、潜艇、轿车、机器人、医用器械等等特殊应用部门对液压技术的需求不断增加，它们共同的特点是安装空间狭小，需求低附加质量、高功率密度，响应频带宽，速度快。只有大力发展轻、小、微型液压技术，才能满足这种对液压技术的挑战和苛求。(1)提高轻小型器件的功率密度(2)微型液压技术领域的开发总之，液压技术作为便捷和廉价的自动化技术，有着良好的发展前景。液压产品不仅在机电、轻纺、家电等传统领域有着很大的市场，而且在新兴的产业如信息技术产业、生物制品业、微纳精细加工等领域都有广阔的发展空间。脚踏实地，放眼未来，经过行业的共同努力，我国的液压工业一定能走进一个新天地。