机械液压传动论文

液压机械论文

关键词：液压传动、帕斯卡原理、液压控制系统

毫无疑问，机械工业是整个工业的基础，而液压机械又是机械行业的基础。液压机械是现代文明工业的产物，大到航空器飞行器，小到简简单单千斤顶、车床都有它的身影，它已经成为现代社会不可缺少的动力源。时至今日，液压机械的应用已渗透到社会生活的方方面面，小到个人、家庭，大到企业、国家，无不依赖以液压机械为基础机械以维持正常的运转。

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，液压是工农业生产中广为应用的一门技术。如今液压传动技术水平的高低已成为一个国家工业发展水平的重要标志。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。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。1925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 的逐步建立奠定了基础。 20 世纪初康斯坦丁·尼斯克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)，使这两方面领域得到了发展液压传动有许多突出的优点，因此它的应用非常广泛，如一般工业用的塑料加工机械、压力机械、机床等；液压机械中的工程机械、建筑机械、农业机械、汽车等；钢铁工业用的冶金机械、提升装置、轧辊调整装置等；土木水利工程用的防洪闸门及堤坝装置、河床升降装置、桥梁操纵机构等；发电厂涡轮机调速装置、核发电厂等国；船舶用的甲板起重机械（绞车）、船头门、舱壁阀、船尾推进器等；特殊技术用的巨型天线控制装置、测量浮标、升降旋转舞台等；军事工业用的火炮操纵装置、船舶减摇装置、飞行器仿真、飞机起落架的收放装置和方向舵控制装置等。 目前,它们分别在实现高压、高速、大功率、高效率、低噪声、长寿命、高度集成化、小型化与轻量化、一体化和执行件柔性化等方面取得了很大的进展。同时，由于与微电子技术密切配合 , 能在尽可能小的空间内传递尽可能大的功率并加以准确的控制，从而更使得它们在各行各业中发挥出了巨大作用。 应该特别提及的是，近年来世界科学技术不断迅速发展，各部门对液压传动提出 了更高的要求。液压传动与电子技术配合在一起，广泛应用于智能机器人、海洋开发、宇宙航行、地震予测及各种电液伺服系统，使液压传动的应用提高到一个崭新的高度。目前，液压传动发展的动向，概括有以下几点：

1. 节约能源，发展低能耗元件，提高元件效率；

2. 发展新型液压介质和相应元件，如发展高水基液压介质和元件 , 新型石油基液压介质；

3. 注意环境保护 , 降低液压元件噪声；

4. 重视液压油的污染控制；

5. 进一步发展电气－液压控制，提高控制性能和操作性能 ；

6. 重视发展密封技术，防止漏油；

7. 其它方面，如元件微型化、复合化和系统集成化的趋势仍在继续发展，对液压系统元件的可靠性设计、逻辑设计，与电子技术高度结合，对故障的早期诊断、预测以及防止失效的早期警报等都越来越准确。

一、液压传动的主要优点

与机械传动、电气传动相比，液压传动具有以下优点：

(1)液压传动的各种元件、可根据需要方便、灵活地来布置；

(2)重量轻、体积小、运动惯性小、反应速度快；

(3)操纵控制方便，可实现大范围的无级调速(调速范围达2000：1)；

(4)可自动实现过载保护；

(5)一般采用矿物油为工作介质，相对运动面可自行润滑，使用寿命长；

(6)很容易实现直线运动；

(7)容易实现机器的自动化，当采用电液联合控制后，不仅可实现更高程度的自动控制过程，而且可以实现遥控。

二、液压传动的缺点

(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。

三、液压技术的应用及研究方向

1）正向着高压、高速、大功率、高效、低噪声、经久耐用、高度集成化的方向发展；

2）与计算机科学相结合，新型液压元件和液压系统的计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助测试（CAT）、计算机直接控制（CDC）、计算机实时控制技术、机电一体化技术、计算机仿真技术和优化技术；

3）与其他相关科学结合，如污染控制技术、可靠性技术等方面也是当前液压技术发展和研究的方向；

4）开辟新的应用领域。

液压系统（HYDRAULIC SYSTEM） 液压传动(Hydraulic transmission)、执行元件

（ACTUATOR）、液压缸（CYLINDER）、液压马达（MOTOR）、液压回路（CIRCUIT）、液压泵（PUMP）、阀（VALVE）、液压控制(Hydraulic control)、流量控制阀（FLOW VALVE）、泄漏损失(Spillage)'压力损失(Pressure loss).液压伺服系统(Hydraulic servo)

液压传动控制是工业中经常用到的一种控制方式，它采用液压完成传递能量的过程。因为液压传动控制方式的灵活性和便捷性，液压控制在工业上受到广泛的重视。液压传动是研究以有压流体为能源介质，来实现各种机械和自动控制的学科。液压传动利用这种元件来组成所需要的各种控制回路，再由若干回路有机组合成为完成一定控制功能的传动系统来完成能量的传递、转换和控制。

从原理上来说，液压传动所基于的最基本的原理就是帕斯卡原理，就是说，液体各处的压强是一致的，这样，在平衡的系统中，比较小的活塞上面施加的压力比较小，而大的活塞上施加的压力也比较大，这样能够保持液体的静止。所以通过液体的传递，可以得到不同端上的不同的压力，这样就可以达到一个变换的目的。我们所常见到的液压千斤顶就是利用了这个原理来达到力的传递。

四、液压泵的研究

1.液压泵为液压传动提供加压液体的一种液压元件，是泵的一种。它的功能是把动力机（如电动机和内燃机等）的机械能转换成液体的压力能。液压泵的工作原理是运动带来泵腔容积的变化，从而压缩流体使流体具有压力能，必须具备的条件就是泵腔有密封容积变化。

2.特点：铝合金制造、强度高、耐腐蚀、重量轻、适合各种环境下作业；双速特性减少了打压次数，在低压室快速处于负载用功状态，立刻转换成高压，缩短每次作业周期;配有压力调节阀，可调节控制及设定工作压力。

3．原理：是为液压传动提供加压液体的一种液压元件，是泵的一种。它

的功能是把动力机(如电动机和内燃机等)的机械能转换成液体的压力能。

图中为单柱塞泵的工作原理。凸轮由电动机带动旋转。当凸轮推动柱塞向

上运动时，柱塞和缸体形成的密封体积减小，油液从密封体积中挤出，经

单向阀排到需要的地方去。当凸轮旋转至曲线的下降部位时，

弹簧迫使柱

塞向下，形成一定真空度，油 箱中的油液在大气压力的作用下进入密封

容积。凸 轮使柱塞不断地升降，密封容积周期性地减小和增 大，泵就不

断吸油和排油。

五、液力偶合器研究

1．介绍

液力耦合器又称液力联轴器，是一种用来将动力源（通常是发动机或电机）与工作机连接起来传递旋转动力的机械装置。曾应用于汽车中的自动变速器，在海事和重工业中也有着广泛的应用。以液体为工作介质的一种非刚性联轴器，又称液力联轴器。液力耦合器的泵轮和涡轮组成一个可使液体循环流动的密闭工作腔，泵轮装在输入轴上,涡轮装在输出轴上。动力机（内燃机、电动机等）带动输入轴旋转时，液体被离心式泵轮甩出。这种高速液体进入涡轮后即推动涡轮旋转，将从泵轮获得的能量传递给输出轴。最后液体返回泵轮，形成周而复始的流动。液力耦合器靠液体与泵轮、涡轮的叶片相互作用产生动量矩的变化来传递扭矩。它的输出扭矩等于输入扭矩减去摩擦力矩，所以它的输出扭矩恒小于输入扭矩。液力耦合器输入轴与输出轴间靠液体联系，工作构件间不存在刚性联接。液力耦合器的特点是：能消除冲击和振动；输出转速低于输入转速，两轴的转速差随载荷的增大而增加;过载保护性能和起动性能好,载荷过大而停转时输入轴仍可转动,不致造成动力机的损坏;当载荷减小时，输出轴转速增加直到接近于输入轴的转速。液力耦合器的传动效率等于输出轴转速乘以输出扭矩（输出功率）与输入轴转速乘以输入扭矩（输入功率）之比。一般液力耦合器正常工况的转速比在0.95以上时可获得较高的效率。液力耦合器的特性因工作腔与泵轮、涡轮的形状不同而有差异。如将液力耦合器的油放空，耦合器就处于脱开状态，能起离合器的作用。

2．工作原理

液力耦合器是一个内含两个环形轮片的密封机构。驱动轮称为泵轮，被驱动轮称为涡轮，泵轮和涡轮都称为工作轮。在工作轮的环状壳体中，径向排列着许多叶片。泵轮和涡轮装合后，形成环形空腔，其内充有工作油液。泵轮通常在内燃机或电机驱动下旋转，带动工作油液做比较复杂的向心力运动。高速流动

的油液在科里奥利力的作用下冲击涡轮

叶片，将动能传给涡轮，使涡轮与泵轮同

方向旋转。油液从涡轮的叶片边缘又流回

到泵轮，行成循环回路，其流动路线如同

一个首尾相连的环形螺旋线

3.分类

根据用途的不同，液力耦合器

分为限矩型液力耦合器和调速型液

力耦合器。其中限矩型液力耦合器

主要用于对电机减速机的启动保护

及运行中的冲击保护，位置补偿及能量缓冲；调速型液力耦合器主要用于调整输入输出转速比，其它的功能和限矩型液力耦合器基本一样。

4.液力耦合器应用：

液力耦合器曾应用于早期的汽车半自动变速器及自动变速器中。液力耦合器的泵轮与发动机的飞轮相连接，动力由发动机曲轴传入。在有些时候，耦合器严格上讲是飞轮的一部分，在这种情况下，液力耦合器又被称为液力飞轮。涡轮与变速器的输入轴相联。液体在泵轮与涡轮间循环流动，使得力矩从发动机传至变速器，驱动车辆的前进。在这方面，液力耦合器的作用非常类似于手动变速器中的机械离合器。由于液力耦合器无法改变转矩的大小，现已被液力变矩器所取代。在重工业上可用于冶金设备，矿山机械，电力设备，化工及各种工程机械中。

六、液压传动基本原理

液压传动中所需要的元件主要有动力元件、执行元件、控制元件、辅助元件等。其中液压动力元件是为液压系统产生动力的部件，主要包括各种液压泵。液压泵依靠容积变化原理来工作，所以一般也称为容积液压泵。齿轮泵是最常见的一种液压泵，它通过两个啮合的齿轮的转动使得液体进行运动。其他的液压泵还有叶片泵、柱塞泵，在选择液压泵的时候主要需要注意的问题包括消耗的能量、效率、降低噪音。液压执行元件是用来执行将液压泵提供的液压能转变成机械能的装置，主要包括液压缸和液压马达。液压马达是与液压泵做相反的工作的装置，也就是把液压的能量转换称为机械能，从而对外做功。液压控制元件用来控制液体流动的方向、压力的高低以及对流量的大小进行预期的控制，以满足特定的工作要求。正是因为液压控制元器件的灵活性，使得液压控制系统能够完成不同的活动。液压控制元件按照用途可以分成压力控制阀、流量控制阀、方向控制阀。按照操作方式可以分成人力操纵阀、机械操纵法、电动操纵阀等。

除了上述的元件以外，液压控制系统还需要液压辅助元件。这些元件包括管路和管接头、油箱、过滤器、蓄能器和密封装置。通过以上的各个器件，我们就能够建设出一个液压回路。所谓液压回路就是通过各种液压器件构成的相应的控制回路。根据不同的控制目标，我们能够设计不同的回路，比如压力控制回路、速度控制回路、多缸工作控制回路等。根据液压传动的结构及其特点，在液压系统的设计中，首先要进行系统分析，然后拟定系统的原理图，其中这个原理图是用液压机械符号来表示的。之后通过计算选择液压器件，进而再完成系统的设计和调试。这个过程中，原理图的绘制是最关键的。它决定了一个设计系统的优劣。 液压传动的应用性是很强的，比如装卸堆码机液压系统，它作为一种仓储机械，在现代化的仓库里利用它实现纺织品包、油桶、木桶等货物的装卸机械化工作。也可以应用在万能外圆磨床液压系统等生产实践中。这些系统的特点是功率比较大，生产的效率比较高，平稳性比较好。液压作为一个广泛应用的技术，在未来更是有广阔的前景。随着计算机的深入发展，液压控制系统可以和智能控制的技术、计算机控制的技术等技术结合起来，这样就能够在更多的场合中发挥作用，也可以更加精巧的、更加灵活地完成预期的控制任务。

1、概述

液压驱动系统是工程机械的重要组成部分。与工作系统相比，液压驱动系统不仅需要传输更大的功率，要求器件具有更高的效率和更长的寿命，还希望在变速调速、差速、改变输出轴旋转方向及反向传输动力等方面具有良好的能力。于是，采用何种传动方式，如何更好地满足各种工程机械液压驱动的需要，一直是工程机械行业所要面对的课题。尤其是近年来，随着我国交通、能源等基础设施建设进程的快速发展，建筑施工和资源开发规模不断扩大，工程机械在市场需求大大增强的同时，更面临着作业环境更为苛刻、工况条件更为复杂等所带来的挑战，也进一步推动着对其液压驱动系统的深入研究。 这里试图从技术构成及性能特征等角度对液压传动技术在工程机械液压驱动系统的发展及其规律进行探讨。

2.1 机械传动

纯机械传动的发动机平均负荷系数低，因此一般只能进行有级变速，并且布局方式受到限制。但由于其具有在稳态传动效率高和制造成本低方面的优势，在调速范围比较小的通用客货汽车和对经济性要求苛刻、作业速度恒定的农用拖拉机领域迄今仍然占据着霸主地位。

2.2 液力传动

液力传动用变矩器取代了机械传动中的离合器，具有分段无级调速能力。它的突出优点是具有接近于双曲线的输出扭矩-转速特性，配合后置的动力换挡式机械变速器能够自动匹配负荷并防止动力传动装置过载。变矩器的功率密度很大而负荷应力却较低，大批生产成本也不高等特点使它得以广泛应用于大中型铲土运土机械、起重运输机械领域和汽车、坦克等高

速车辆中。但其特性匹配及布局方式受限制，变矩范围较小，动力制动能力差，不适合用于要求速度稳定的场合。

2.3 液压传动

与机械传动相比。液压传动更容易实现其运动参数(流量)和动力参数(压力)的控制，而液压传动较之液力传动具有良好的低速负荷特性。由于具有传递效率高，可进行恒功率输出控制，功率利用充分，系统结构简单，输出转速无级调速，可正、反向运转，速度刚性大，动作实现容易等突出优点，液压传动在工程机械中得到了广泛的应用。几乎所有工程机械装备都能见到液压技术的踪迹，其中不少已成为主要的传动和控制方式。极限负荷调节闭式回路，发动机转速控制的恒压，恒功率组合调节的变量系统开发，给液压传动应用于工程机械液压系提供了广阔的发展前景。

与纯机械和液力传动相比，液压传动的主要优点是其调节的便捷性和布局的灵活性，可根据工程机械的形态和工况的需要，把发动机、驱动轮、工作机构等各部件分别布置在合理的部位，发动机在任一调度转速下工作，传动系统都能发挥出较大的牵引力，而且传动系统在很宽的输出转速范围内仍能保持较高的效率，并能方便地获得各种优化的动力传动特性，以适应各种作业的负荷状态。在车速较高的液压机械中所采用的带闭式油路的液压液压驱动装置能无级调速，使车辆柔和起步、迅速变速和无冲击地变换行驶方向。对在作业中需要频繁起动和变速、经常穿梭行驶的车辆来说这一性能十分宝贵。但与开式回路相比，闭式回路的设计、安装调试以及维护都有较高的难度和技术要求。

借助电子技术与液压技术的结合，可以很方便地实现对液压系统的各种调节和控制。而计算机控制的引入和各类传感元件的应用，更极大地扩展了液压元件的工作范围。通过传感器监测工程车辆各种状态参数，经过计算机运算输出控制目标指令，使车辆在整个工作范围内实现自动化控制，机器的燃料经济性、动力性、作业生产率均达到最佳值。因此，采用液压传动可使工程机械易于实现智能化、节能化和环保化，而这已成为当前和未来工程机械的发展趋势。

3、发展中的复合传动技术

从前面的分析可以看出，应用于工程机械液压驱动系统中的基于单一技术的传动方式构成简单、传动可靠，适用于某些特定的场合和领域。而在大多数的实际应用中，这些传动技术往往不是孤立存在的，彼此之间都存在着相互的渗透和结合，如液力、液压和电力的传动装置中都或多或少的包含有机械传动环节，而新型的机械和液力传动装置中也设置了电气和液压控制系统。换句话说，采用有针对性的复合集成的方式，可以充分发挥各种传动方式各自的优势，扬长避短，从而获得最佳的综合效益。值得注意的是，兼有调节与布局灵活性及高功率密度的液压传动装置在其中充当着重要角色。

七、我国液压行业现状及世界趋势

我国液压行业是从当年的小作坊、主机厂的车间或分厂发展壮大起来的。 经 过改革

开放三十的发展，已经成为品种规格齐全、基本可以满足我国各种装备要求、具有一定国际竞争力的产业，成为我国机械工业的重要基础行业。改革开放30年来，我国液压行业企业从30年前的小作坊，主机厂的车间走出来，经过技术引进及消化吸收再创造，多次技术改造及工艺流程再造，已经成为装备制造业的重要基石和机械工业的基础产业，为国家大工程和重点项目配套 取得显著成就。近年来，我国液压行业企业为国家重点工程和重大技术装备，提供了大量的液压系统，如三峡工程二、三期工程的升船机、启闭机液压系统秦皇岛码头二三期工程、宝钢、鞍钢等。

自2O世纪9O年代以来，工程机械进入了一个新的发展时期，新技术的广泛应用使得新结构和新产品不断涌现。随着微电子技术向工程机械的渗透，工程机械日益向智能化和机电一体化方向发展，对工程机械驱动装置提出的要求也越来越苛刻。近年来，液压技术迅速发

展，液压元件日臻完善，使得液压传动在工程机械传动系统中的应用突飞猛进，液压传动所具有的优势也日渐凸现。可以相信，随着液压技术与微电子技术、计算机控制技术以及传感技术的紧密结合，液压传动技术必将在工程机械液压驱动系统的发展中发挥出越来越重要的作用。

八、感想与感悟

说实话我开始对机械知之甚少，所以我满腔热情地走进机械工程导论的第一堂课。老师让我们了解了世界机械的发展，更是对机械历史有了相对更深的了解。我们的先人们创造了一路有关的机械辉煌，看着先人们创造的机械产品如指南车，地震仪等，在那时可是代表了最先进的机械水平。我不禁慨叹先人们的超强智慧，慨叹我国古代机械的先进。但是从第一次工业革命后，我国的机械就与世界机械脱轨了。各种先进高端的机械几乎百分之九十九都是国外设计制造出的，我国甚至连模仿都做不到时，我深刻地认识到我国当今在科技与别国差距是巨大的，如今虽然我现在已是制造大国，但不是制造强国，而且我们的制造水平与世界发达国家如美国、日本等相比很大的差距。虽然我国液压机械与国外相比还有很长的路要走，但我相信通过一代又一代的机械人的努力、拼搏与创新，我国液压机械技术必将能达到超越美欧日等国。如今，作为一名新的机械人，我愿意刻苦学习科学文化知识，培养实践与创新能力，为祖国机械行业发展做出自己的一份贡献。