發展
自18世紀末英國製成世界上第一台水壓機起,液壓傳動技術已有二三百年的歷史。然而,直到20世紀30年代它才真正地推廣使用。
1650年帕斯卡提出靜壓傳遞原理,1850年英國將帕斯卡原理先後套用於液壓起重機、壓力機,1795年英國約瑟夫·布拉曼在倫敦用水作為工作介質,以水壓機的形式將其套用於工業上,誕生了世界上第一台水壓機;1905年工作介質由水改為油,使液壓傳動效果進一步得到改善。第二次世界大戰期間,在一些兵器上用上了功率大、反應快、動作準的液壓傳動和控制裝置,大大提高了兵器的性能,也大大促進了液壓技術的發展。戰後,液壓技術迅速轉向民用,並隨著各種標準的不斷制定和完善,各類元件的標準化、規格化、系列化,在機械製造、工程機械、農業機械、汽車製造等行業中推廣開來。20世紀60年代後,原子能技術、空間技術、計算機技術、微電子技術等的發展再次將液壓技術向前推進,使它在國民經濟的各方面都得到了套用,已成為實現生產過程自動化、提高勞動生產率等必不可少的重要手段之一。
我國的液壓工業開始於20世紀50年代,其產品最初只用於工具機和鍛壓設備,後來才用到拖拉機和工程機械上。自從1964年從國外引進一些液壓元件生產技術,並自行設計液壓產品以來,我國的液壓件已在各種機械設備上得到了廣泛的使用。20世紀80年代起更加速了對先進液壓產品和技術的有計畫引進、消化、吸收和國產化工作,以確保我國的液壓技術能在產品質量、經濟效益、研究開發等各個方面全方位地趕上世界水平。
當前,液壓技術在實現高壓、高速、大功率、高效率、低噪聲、經久耐用、高度集成化等各項要求方面都取得了重大的進展,在完善比例控制、伺服控制、數字控制等技術上也有許多新成就。此外,在液壓元件和液壓系統的計算機輔助設計、計算機仿真和最佳化以及微機控制等開發性工作方面,日益顯示出顯著的優勢。
組成
液壓傳動系統主要由5部分組成。
1.動力元件
動力元件是把
原動機輸入的機械能轉換為油液壓力能的能量轉換裝置。其作用是為液壓系統提供壓力油。動力元件為各種液壓泵。
2.執行元件
執行元件是將油液的壓力能轉換為機械能的能量轉換裝置。其作用是在壓力油的推動下輸出力和速度(直線運動),或力矩和轉速(迴轉運動)。這類元件包括各類
液壓缸和液壓馬達。
3.控制調節元件
控制調節元件是用來控制或調節液壓系統中油液的壓力、流量和方向,以保證執行元件完成預期工作的元件。這類元件主要包括各種
溢流閥、
節流閥以及
換向閥等。這些元件的不同組合便形成了不同功能的液壓傳動系統。
4.輔助元件
輔助元件是指油箱、油管、油管接頭、
蓄能器、
濾油器、
壓力表、
流量表以及各種密封元件等。這些元件分別起散熱貯油、輸油、連線、蓄能、過濾、測量壓力、測量流量和密封等作用,以保證系統正常工作,是液壓系統不可缺少的組成部分。
5.工作介質
工作介質在液壓傳動及控制中起傳遞運動、動力及信號的作用。T作介質為液壓油或其他合成液體。
特點
優點
(1)由於一般採用油液作為傳動介質,因此液壓元件具有良好的潤滑條件;工作液體可以用管路輸送到任何位置,允許液壓執行元件和液壓泵保持一定距離;液壓傳動能方便地將原動機的旋轉運動變為直線運動。這些特點十分適合各種工程機械、採礦設備的需要,其典型套用實例就是煤礦井下使用的單體液壓支柱和
液壓支架。
(2)可以在運行過程中實現大範圍的
無級調速,其
傳動比可高達1:1 000,且調速性能不受功率大小的限制。
(3)易於實現載荷控制、速度控制和方向控制,可以進行集中控制、遙控和實現自動控制。
(4)液壓傳動可以實現無間隙傳動,因此傳動平穩,操作省力,反應快,並能高速啟動和頻繁換向。
(5)液壓元件都是標準化、系列化和通用化產品,便於設計、製造和推廣套用。
(1)質量小,體積小。這是由於電動機受到磁飽和的限制,其單位面積上的切向力與液壓機械所能承受的液壓相差數十倍。
(2)運動慣性小,回響速度快。液壓馬達的力矩慣量比(即驅動力矩與轉動慣量之比)較電動機大得多,故其加速性能好。例如,加速一台中等功率的電動機通常需要一秒至幾秒鐘,而加速同樣功率的
液壓馬達只需要0.1 s左右。這種良好的動態特性,對液壓控制系統更有其重要意義。
(3)低速液壓馬達的低速穩定性要比電動機好得多。
(4)液壓傳動的套用,可以簡化機器設備的電氣系統。這對於具有爆炸危險的煤礦井下工作大有好處。
缺點
(1)在傳動過程中,由於能量需要經過兩次轉換,存在壓力損失、容積損失和機械摩擦損失,因此總效率通常僅為0.75~0.8。
(2)傳動系統的工作性能和效率受溫度的影響較大,一般的液壓傳動,在高溫或低溫環境下工作,存在一定困難。
(3)液體具有一定的可壓縮性,配合表面也不可避免地有泄漏存在,因此液壓傳動無法保證嚴格的傳動比。
(4)工作液體對污染很敏感,污染後的工作液體對液壓元件的危害很大,因此液壓系統的故障比較難查找,對操作、維修人員的技術水平有較高要求。
(5)液壓元件的製造精度、表面粗糙度以及材料的材質和熱處理要求都比較高,因而其成本較高。
總的說來,液壓傳動的優點是主要的。它的某些缺點隨著生產技術的發展,正在逐步得到克服。如果進一步吸取其他傳動方式的優點,採用電 液、氣,液等聯合傳動,更能充分發揮其特點。
套用
液壓傳動主要套用如下:
(1)一般工業用液壓系統塑膠加工機械(
注塑機)、壓力機械(
鍛壓機)、重型機械(廢鋼壓塊機)、工具機(全自動六角車床、
平面磨床)等;
(3)鋼鐵工業用液壓系統 冶金機械(
軋鋼機)、提升裝置(
升降機)、軋輥調整裝置等;
(4)土木工程用液壓系統 防洪閘門及堤壩裝置(浪潮防護擋板)、河床升降裝置、橋樑操縱機構和礦山機械(鑿岩機)等;
(5)發電廠用液壓系統渦輪機(調速裝置)等;
(6)特殊技術用液壓系統 巨型天線控制裝置、測量浮標、飛機起落架的收放裝置及方向舵控制裝置、升降旋轉舞台等;
(7)船舶用液壓系統 甲板起重機械(
絞車)、船頭門、
艙壁閥、船尾推進器等;
(8)軍事工業用液壓系統火炮操縱裝置、艦船減搖裝置、飛行器仿真等。