我国液压传动技术的现状和发展趋势

引言 ………………………………………………………………（1）

第1章 液压技术发展概况……………………………………（2）

  1．1 液压技术的发展概况…………………………………………（2）

1．2 液压驱动和机械驱动比较的优缺点…………………………（2）

第2章 液压传动的基本原理及基本回路……………………（4）

2．1 液压传动的工作原理和工作特征……………………………（4）

2．2 压力控制回路…………………………………………………（4）

2．3 速度控制回路…………………………………………………（4）第3章 液压驱动输送机的液压系统设计……………………（6）

3．1 液压系统要求实现的动作及系统的参数……………………（6）

3．2 选取液压马达…………………………………………………（6）

3．3 选择液压元件…………………………………………………（6）

3．4 液压系统性能验算……………………………………………（6）

第4章 液压传动技术发展趋势·······……·············（7）

4.1液压现场总线技术·························…········（7）

4.2自动化控制软件技术·········…······················（8）

4.3水压元件及系统··············…·····················（9）

4.4液压节能技术············…························（11）

结束语………………………………………………………（14）

参考文献……………………………………………………（15）

我国液压传动技术的现状和发展趋势

摘要：

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。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。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。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行走驱动系统的发展中发挥出越来越重要的作用。世界各国对液压工业的发展都给予很大重视。世界液压元件的总销售额为350亿美元。据统计，世界各主要国家液压工业销售额占机械工业产值的2%~3.5%，而我国只占1%左右，这充分说明我国液压技术使用率较低，努力扩大其应用领域，将有广阔的发展前景。液压气动技术具有独特的优点，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，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行走系提供了广阔的发展前景

关键词：液压传动 液压辅助原件 液压系统 发展前景

引言

论文目的：液压作为一个广泛应用的技术，在未来更是有广阔的前景。

论文意义：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。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行走驱动系统的发展中发挥出越来越重要的作用。世界各国对液压工业的发展都给予很大重视。

方法：浅析在我国液压传动技术的重要性和发展前景。

结论: 我国液压技术使用率较低，努力扩大其应用领域，将有广阔的发展前景。

第1章 液压技术发展概况

1．1 液压技术的发展概况

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。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(G•Constantimsco)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20~30 年间，日本液压传动发展之快，居世界领先地位。 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；行走机械中的工程机械、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、核发电厂等等；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设置等。

1.2液压驱动和机械驱动比较的优缺点

液压的优缺点 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，可以根据需要方便、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、一般采用矿物油作为工作介质，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、很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。

当然，液压传动也存在着一些缺点：

1、由于流体流动的阻力和泄露较大，所以效率较低。如果处理不当，泄露不仅污染场地，而且还可能引起火灾和爆炸事故。

2、由于工作性能易受到温度变化的影响，因此不宜在很高或很低的温度条件下工作。

3、液压元件的制造精度要求较高，因而价格较贵。

4、由于液体介质的泄露及可压缩性影响，不能得到严格的传动比。

第2章 液压传动的基本原理及基本回路

2.1 液压传动的工作原理和工作特征

液压传动系统种类及工作原理和特点：液压机的工作原理油泵把液压油输送到集成插装阀块，通过各个单向阀和溢流阀把液压油分配到油缸的上腔或者下腔，在高压油的作用下，使油缸进行运动.液压机是利用液体来传递压力的设备。液体在密闭的容器中传递压力时是遵循帕斯卡定律。 四柱液压机的液压传动统由动力机构、控制机构、执行机构、辅助机构和工作介质组成。

通常采用油泵作为动力机构，一般为积式油泵。为了满足执行机构运动速度的要求， 选用一个油泵或多个油泵。低压（油压小于2.5MP）用 齿轮泵；中压（油压小于6.3MP）用叶片泵；高压（油压小于32.0MP）用柱塞泵。各种可塑性材料的压力加工和成形，如不锈钢板钢板的挤压、弯曲、拉伸及金属零件的冷压成形，同时亦可用于粉末制品、砂轮、胶木、树脂热固性制品的压制。四柱液压机简单、经济、实用。外观采用八角形状。控制电器箱采用玻璃门、PLC电脑控制或普通电器两种，具有工作可靠，工作可靠，动作直观，维修方便。独立按扭集中控制。具有调整、双手单次循环二种操作方式。液压控制可采用插装阀集成系统，动作可靠，使用寿命长，液压冲击小，减少了连接管路与泄露点，或普通液压控制两种.四柱液压机具有广泛的通用性．适用于各种塑性材料的加工和成形，如挤压、弯曲、折边、拉伸等；同时也可用于各种塑料、粉末制品的压制成形。此外还可以用于制品的校正、压装和整形等

2.2 压力控制回路

压力控制回路是用压力阀来控制和调节液压系统主油路或某一支路的压力，以满足执行元件速度换接回路所需的力或力矩的要求。利用压力控制回路可实现对系统进行调压(稳压)、减压、增压、卸荷、保压与平衡等各种控制。

2.3 速度控制回路

速度控制回路是控制和调节液压执行元件运动速度的基本回路.按被控制执行元件的运动状态、运动方式以及调节方法,速度控制回路有调速、制动、限速和同步回路等.

第3章 液压驱动输送机的液压系统设计

3.1 液压系统要求实现的动作及系统的参数

通过工况分析，可以看出液压执行元件在工作过程中速度和载荷变化情况，为确定系统及各执行元件的参数提供依据。

    液压系统的主要参数是压力和流量，它们是设计液压系统，选择液压元件的主要依据。压力决定于外载荷。流量取决于液压执行元件的运动速度和结构尺寸。

 3.2选取液压马达

根据液压缸或液压马达各阶段的载荷，绘制出执行元件的载荷循环图，以便进一步选择系统工作压力和确定其他有关参数

3.3选择液压元件

阀类元件的规格按液压系统的最大压力和通过该阀的实际流量从产品样本上选定。各类液压阀都必须选得使其实际通过流量最多不超过其公称流量的120%，否则会引起发热、噪声和过大的压力损失，使阀的性能下降。选用液压阀时还应考虑下列问题：阀的结构形式、特性、压力等级、连接方式、集成方式及操纵方式等。对流量阀应考虑其最小稳定流量；对压力阀应考虑其调压范围；对换向阀应考虑其滑阀机能等。

3．4 液压系统性能验算

液压系统初步设计是在某些估计参数情况下进行的，当各回路形式、液压元件及联接管路等完全确定后，针对实际情况对所设计的系统进行各项性能分析。对一般液压传动系统来说，主要是进一步确切地计算液压回路各段压力损失、容积损失及系统效率，压力冲击和发热温升等。根据分析计算发现问题，对某些不合理的设计要进行重新调整，或采取其他必要的措施。

第4章 液压传动技术发展趋势

4.1液压现场总线技术

4.1.1 液压现场总线技术的定义

现总线是连接智能化仪表和自动化系统的全数字式、双向传输、多分支结构的通信网络。现场总线控制系统简化为工作站和现场设备两层结构，它可以看作是一个由数字通讯设备和监控设备组成的分布式系统，从计算机角度看，现场总线是一种工业网络平台；从通信角度看，它是一种新型的全数字、串行、双向、多路设备的通信方式；从工程角度看，它是一种工厂结构化布线。随着现代制造技术的飞速发展，流体控制技术和电子控制技术的结合越来越紧密，在液压领域越来越多的人士开始使用或关注总线技术在液压系统中的应用，液压技术人员也越来越感受到观场总线技术的优越性。液压系统是在液压总线的供油路和回油路间安装数个开关液压源，其与各自的控制阀、执行器相连接。开关液压源包括液感元件、高速开关阀、单向阀、液容元件。根据开关液压源功能不同，它可组合成升压型或降压增流型开关液压源。由于将开关源的输入端直接挂在液压总线上，可通过高速开关方式加以升压或降压增流。该系统克服了传统液压系统无法实现升压以及降压增流的问题，最终输出与各执行器需求相适应的压力和流量。

4.1.2 现场总线技术在液压系统应用中的特点

(1) 经济性：任何一种新技术新产品的开发与使用，其成本是首先需要考虑的因素之一，总线技术也不例外。设计开发总线技术产品的初衷之一就是降低系统及工程成本。所以，应用单位使用总线产品和供应商提供产品的第一前提应该是以降低总系统的使用成本为目的。

(2) 按IEC61131—3标准的柔性化程序，易学，学懂，可操作性强。

(3) 可靠性、可维护性：现场总线技术采用总线代替一对一的I／O连线。对于大规模I／O系统来说，减少了由接线点造成的不可靠因素，同时系统具有在线故障诊断，报警记录功能；可完成现场液压系统的远程参数设定，修改等参数化工作，增强了系统的可维护性。

(4) 友好的人机对话界面，可方便进行液压系统的参数修改和故障监控。

(5) 满足所有有关人身安全，电磁兼容，抗冲击及抗震动的重要标准。

(6) 相对于传统的液压比例控制系统更具有其价格竞争优势。

4.2自动化控制软件技术

在多轴运动控制中，采用SPS可编程控制技术。在这种情况下，以PC机为基础的现代控制技术也和许多自动化控制领域一样，有着自己的用武之地。自动化控制软件将SPS的工作原则与操作监控两项任务集于一身。操作监控技术在伺服驱动中已经发展得比较成熟，并且具有强大的功能和功率。在大量的应用实践中已经证明，以微机软件为基础的控制方案在不同类型的液压控制中也是非常有效的控制方案。利用液压技术控制回路(控制阀、变量泵)和执行机构(液压缸、液压马达)大量不同的变型与组合配置，可以提供多种不同特性的控制方案。有些液压控制的运动与电气驱动的运动类似，因此，这样的液压运动控制也可以当作坐标轴的电气运动控制来对待和处理。各种液压控制方案可在PC机基础上的自动化控制系统下接受控制。自动化控制系统的适时性已经达到了毫秒级(精度达到1~2ms)，视所使用的局部总线系统不同，一个图像跳动的传输控制时间可短到10ms。这样的速度完全可以做到与常用的液压控制系统同步，可以完成对液压系统的功能控制。在液压轴控制的运算中，现代化的PC微处理器运算速度很快，完全可以与伺服控制技术中的伺服运算器相媲美。通常的微处理器在多轴控制过程中具有强大的运算能力，可在l~2ms之内完成多轴控制工作循环的计算，它已被应用到液压控制系统机床的大批量生产中。由于PC控制系统在主存储器中运行SPS可编程控制器的控制程序，使得任意编写的SPS应用控制程序也可在高层次的运算速度中运行。同样，用户自定义的专用控制程序也可在该层面中运行。在标准的自动化软件控制系统中，已经集成了对若干液压“坐标轴”的控制监控功能。对精确度要求较高的，例如切削加工机床，使用分散控制式的液压监控软件，它采用了液压阀、液压缸和位置测量系统复合的液压伺服机构，使得PC控制软件可以像控制电气元件一样来控制调节各个液压元件。PLC可编程序数据库使得液压定位的控制和自动化工作过程的同步运行更加方便。其控制电路与电气自动化控制基本没有什么区别，它同时也对操作与监控进行调节。另外，液压控制软件也可在PLC的标准环境中工作，而且是全透明的运行。利用这种液压控制软件可以对内部数据进行读写，最大限度地满足了操作监控和自动化控制的需要。所有液压系统的控制信号均可在工业控制局域网的接线柱中测得。可以被检测的信号包括：实际位置信号，实际压力信号和控制阀的状态、设置参数。利用液压控制技术可以满足各种要求，新的适时以太网解决方案以及与新以太网方案配套的连接元器件可以满足高新技术领域中高精度切削加工机床液压控制系统的所有需要。而液压控制系统的I／O系统也是少有的高效系统。所有工业液压技术的要求均可以以低廉的资金投入来得以实现。所有液压控制的运动功能，它都可以实现。除此以外，还提供了工作力的调节功能，利用电气伺服对输出的扭矩进行限定、调节。液压系统总体功能的制定，原则上按照实际需要而制定，并以模块的形式接受PLC数据库的控制。现代化的液压自动化控制软件使得自动化工程技术人员可以像使用电气控制软件一样方便自如地进行操作。因为在解除了技术壁垒的封锁之后，各种专项控制技术之间有了很大的融合与统一。操作监控与机床运动的相互集成必须是更简单、更方便和更高效的。在液压控制技术中不断创新的目标是：为用户提供更全面、更可靠、更物美价廉的自动化控制解决方案

4.3 水压元件及系统



在某种意义上，液压技术的发展是一个元件与工作介质互相适应和协调发展的历史。液压介质性能水平的提高对于现代液压技术的发展功不可没。现在所谓的水液压元件企图用普通水或天然海水作为介质，所有技术难点就都集中到了元件本身。液压元件的发展越来越依赖于材料科学和制造技术的进步，这在水液压元件中体现得尤为突出。在现代技术条件下，造出能在密封、自润滑、抗腐蚀等性能方面适应纯水甚至海水介质的液压元件是可能的。当然，由于无法同时改进介质的相关特性，水液压装置的性能，特别是性价比较之元件和介质都经过多年“磨合”和优化的传统液压装置会大打折扣，一般也只能在水的冰点以上才能运行。

水压传动技术是基于绿色设计和清洁生产技术而重新崛起的一门新技术。是新型工业化发展进程中出现的一门绿色新技术。由于水具有清洁、无污染、廉价、安全、取之方便、再利用率高、处理简单等突出优点，用其取代矿物油作为液压系统工作介质时不仅能够解决未来因石油枯竭带来的能源危机，而且能够最大限度的解决因矿物油泄漏和排放带来的污染与安全问题，最符合环境保护以及可持续发展的要求。人们开始重新考虑和认识这一清洁能源作为液压系统工作介质的重要性，并已引起普遍关注，成为现代水压传动技术发展的最直接动力。



(1) 资源丰富，来源广泛，再利用率高。水是地球上最为丰富的资源，在水压传动系统应用的整个周 期内，可多次回收，重复使用，且不易变质。

(2) 水是一种无毒无污染资源，对人体和环境无害，有利于提高工作环境的舒适性和安全性，排出的液体不需作任何处理即可直接排放，从根本上消除油压传动系统因泄漏和排放而造成的环境污染。

(3) 阻燃性好，安全性高。特别适合高温、核辐射和明火等场合下的应用，有效地解决油压传动所带来的易燃、易爆、油蒸汽对人体的危害等安全问题以及核辐射造成的液压油变质和放射性污染等问题。

(4) 处理技术与工艺简单，系统的运行与维修费用低。水长时间使用不会变质，使用前后的水处理简单；而且系统在航运、水下作业、潜艇等水环境下工作时，可不用油箱、冷却装置，大大简化系统。

4.3.3 水压传动技术的应用及展望

随着科学技术的进步，水压技术及产品取得了较大的进展，目前，不仅泵形式增多了，符合IS0／CETOP连接尺等各标准规格的各种阀都形成了系列产品，配套用的液压缸、油箱、接头零件、密封件等也一应俱有。在欧、美，水压传动广泛应用于食品、医药、化学、造纸、木材加工、海上作业、核能工业、消防工程、地质钻探、环境工程等一些对安全、清洁、环境无害要求较高的行业。水液压作为一种更符合环保要求的传动技术，将会使流体技术在与电传动技术的竞争中得到新的支持。新材料、新技术必将推动水压技术的发展，逐步取代现有的油压传动。可以预见，水压传动这一在第一次工业革命中兴起的古老技术，通过创新发展终将成为与电气、油压、气动并列的第四种传动技术。

4.4液压节能技术

2005年11月28日至12月1日，亚洲PTC展览会在上海举行，规模盛大。本次动力传动与控制展览的主题是节能和环保。

液压传动系统能量损失包括各元件中运动件的机械摩擦损失、泄漏损失、溢流损失、节流损失、输入和输出功率不匹配的无功损失几方面。机械摩擦损失、泄漏损失所占比例与所选元件本身的机械效率、容积效率、介质粘度、回路密封性以及系统组成的复杂程度有关；溢流损失、节流损失所占比例与回路和控制形式有关；而输入和输出功率不匹配的无功损失所占比例与控制策略有关。因此节能是液压技术的重要课题之一，随着节能和环保要求的日益高涨，有效活用能源和降低噪声已成为液压行业的重要目标。综观国内外液压技术发展历程，无时无刻不伴随节能的需要及创新。

(1) 二次调节系统。二次调节静液传动系统由恒压油源、二次元件(液压泵／马达)、工作机构和控制调节机构等组成。二次调节系统是工作于恒压网络的压力耦联系统，通过调节二次元件斜盘倾角来改变二次元件排量，以适应负载转矩的变化，使负载按设定的规律变化。系统中的压力基本保持不变，二次元件直接与恒压油源相连，因此，在系统中没有原理性节流损失，从而提高了系统效率。另外，蓄能器的加入，不但抑制了压力限制元件发热所引起的功率损耗。而且还通过回收、释放液压能有效提高了系统的工作效率。

(2) 电液负载感应系统。负载感应就是将变化的负载压力反馈到压力补偿装置或液压泵的变量调节机构，使液压系统压力与负载压力相适应，消除了系统压力过剩，由于负载感应装置与变量泵的变量调节机构联系在一起，使变量泵的流量与负载流量相适应，系统不会产生过剩流量。

(3) 定量泵加变频调速电机电液系统。交流变频调速液压系统避免了节流损耗和溢流损耗，另外，交流变频调速液压系统还大大提高了原动机—— 异步电动机的效率，并显著改善功率因数，是其他液压调速方式所无法比拟的。利用变频器改变泵的转速，使泵的输出流量与系统所要求相适应，可以使溢流损失降至最低，有效地节约了能量。交流变频调速液压系统在大功率间歇运动的调速系统中，其优越性更为显著。

(4) 尽可能地节省空间。采用无油压控制阀可以减少系统装置空间，依据闭回路的构成使油箱小型化，减少发热量，从而不用使用冷却器。例如，采用伺服马达使液压泵正反转向，不必使用方向、流量、压力控制阀也能达到控制效果。采用闭回路系统，可以自我形成油量补偿机能，混合式伺服系统可以使油箱控制在储存最小作动油的状态下作功，体现油箱小型化的优点。由于只在需要时使液压泵输出必要的流量，从而将发热源控制降至最低，也就无需再加装冷却器。因不需冷却水循环以及减少作动油的消耗，所以也能节省资源，同时也可降低噪声。

(5) 一体化构造。将液压泵、马达、油箱、油量补偿回路构成为一体，形成无配管的一体构造。

(6) 省电节能的液压系统设计。高的响应速度、高的控制精度和重复精度的比例阀、比例泵、伺服阀的应用；由转速可调的伺服电机 柱塞泵、伺服马达螺杆驱动、蓄能器 高速伺服阀组成闭环回路控制油电式高速注塑机液压系统设计和应用。有高低压双联或多联连式泵、变量泵、蓄压器系统等的推出：对阀控电液系统有较大能量损失的不足，推出泵和电液比例阀结合的负载感应型，泵和比例压力比例流量控制阀结合的注塑机电液控制系统。

结束语

在论文完成之际，我首先向关心帮助和指导我的指导老师王宝敏讲师表示衷心的感谢并致以崇高的敬意！此外还要感谢我的同学对我的这段时间学习和生活所提供的大力支持和关心!还要感谢一直关心帮助我成长的室友们和伙伴！

在我即将完成学业之际，我深深地感谢我的家人给予我的全力支持！

不积跬步何以至千里，本论文设计能够顺利的完成，也归功于各位任课老师的认真负责，使我能够很好的掌握和运用专业知识，并在设计中得以体现。正是有了他们的悉心帮助和支持，才使我的毕业论文工作顺利完成，在此向无锡商业技术学院，机电系的全体老师表示由衷的谢意。感谢他们三年来的辛勤栽培。

最后，衷心地感谢在百忙之中评阅论文的老师!

参考文献

刘延俊，液压系统使用与维修，化学工业出版社。2006-01-01  

陆一心、陆维倩、陆维佳 等编著  汽车液压系统及故障维修 化学工业出版社 1900-1-1 

王守城，段俊勇 液压元件及选用 化学工业出版社 2007-4-1 

张利平  液压控制系统及设计   化学工业出版社  2006-6-1

我国液压传动技术的现状和发展趋势毕业论文