液压系统的概况发展及在各个领域的应用

渤海石油职业学院毕业论文液压系统的概况发展及在各个领域的应用教学系：机电工程系专业：机械制造及自动化班级：2009级机械2班姓名：---指导教师:---1前言技术创新及其管理是当今管理科学的重要学科，对于提高国家、地方和企业的科技竞争力，实现可持续发展具有十分重要的意义。无论是发达国家还是发展中国家，都非常重视对这一问题的研究。20世纪80年代初，我国开始重视技术创新理论问题的研究，研究范围包括技术创新的模式、机制，技术创新的扩散，技术创新经济学，技术创新的区域研究以及有关技术创新的政策、体系等诸多方面。经过20多年的研究，人们已经注意到创新在生产各个方面所起的关键作用，并将创新作为企业、产业和国家竞争获胜的中心环节。近年来，流体动力传动由于应用了电子技术、计算机技术、信息技术、自动控制技术及新工艺、新材料等后取得了新的发展，是液压气动系统和元件在技术水平上有很大提高。它已成为工业机械、工程建筑机械及国防尖端产品不可缺少的重要技术。而其向自动化、高精度、高效率、高速化、高功率、小型化、轻量化方向发展，是不断提高它与电传动、机械传动竞争能力的关键。为了保持现有的良好发展势头，必须重视液压传动固有缺点的不断改进和创新。走向21世纪的流体传动除不断改进现有液压气动技术外，最重要的是移植现有的先进技术，使流体技术创造新的活力，以满足未来发展的需要。2目录一、前言………………………………………………………………1二、摘要………………………………………………………………3三、液压系统的概况…………………………………………………41、液压系统的概述………………………………………………42、液压系统发的发展史…………………………………………43、液压系统的力学基础…………………………………………54、液压元件近年来主要成果……………………………………75、液压系统的节能技术…………………………………………76、液压系统的密封技术…………………………………………9四、液压技术在各个领域的应用……………………………………111、液压技术在工业中的应用……………………………………112、液压技术在风力发电领域的应用……………………………123、液压技术在军事领域中的应用………………………………144、液压技术在工程机械领域的应用……………………………165、液压技术在海底作业领域中的应用…………………………176、液压技术在矿山机械领域中的应用…………………………177、液压技术在日常设施领域的应用……………………………18五、结论………………………………………………………………19六、致谢………………………………………………………………20七、参考文献…………………………………………………………213摘要液压传动和控制由应用电子技术、计算机技术、信息技术、自动控制技术及新工艺、新材料等后取得了新的发展，使液压系统和元件在技术水平上有很大提高。本文从液压系统发展、液压节能技术、液压系统的维护、故障分析、液压系统在工业、医学、风力发电工程机械军事领域的应用以及发展方向等方面介绍液压技术概况及在各个领域的应用。指出液压传动向自动化、高精度、高效率、高速化、高功率、小型化、轻量化方向发展，是不断提高它与电传动、机械传动竞争能力的关键。关键词：液压技术应用节能创新4一、液压系统的概况1、液压系统的概述21世纪是一个科技腾飞的时代，而液压在各个领域也站着举足重轻的地位。液压即利用液压油做为工作介质，利用密闭容积变化传动运动，利用液压有的压力传递能量。当然还有最重要的即液体认为不可压缩。从18世纪末英国制成世界上第一台水压机算起，液压系统已有200多年的历史，与我们的生产生活息息相关，之所以它能延续如此之久，当然是因为它具备着其他设备所代替不了的优点：①、单位体积功率大；②、实现安全保护；③、实现无级调速；④、原件标准化、系列化、通用化；⑤、布局灵活；⑥、易实现自动化；⑦、工作状况平稳。任何东西都不是完美的，液压系统也不例外，速度不准、效率低、对油温敏感、故障不易查找、造价高。这些缺点也影响着液压系统，但人类也正在努力去克服。现在液压传动技术开始向高压、高速、大功率、高效率、低噪声、低能耗、高度集成化等方向发展，可以预见，液压传动技术将在现代化生产中发挥越来越重要的作用。2、液压系统的发展史液压传动称为流体传动，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(JosephBraman,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5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装置等。3、液压系统的力学基础提到力学，对于我们这些学理的学生应该非常熟悉。力学分为静力学和动力学，那么，它们又是怎样应用于液压系统的呢……我们在这里只讨论静力学与液压系统的联系。而提到液压系统我们又不得不说到一个非常重要的成分即液体。而这两者组合起来即液体在静止状态下的压力学。这一学术主要研究液体相对于平衡状态下的力学规律及这些规律的实际应用。液体静压力有两个基本特性(1)液体静压力沿法线方向，垂直于承压面。(2)静止液体内，任一点的压力，在各个方向上都相等.由上述性质可知：静止液体总是处于受压状态，并且其内部的任何质点都是受平衡压力6作用的。方程推导:取研究对象：微元柱体（如图1）图1微元柱体受力分析:液体静力学基本方程:特征：(1)静止液体内任一点的压力由两部分组成：一部分是液面上的压力PO，另一部分是该点以上液体重力所形成的压力。(2)静止液体内的压力随液体深度呈线性规律递增。(3)同一液体中，离液面深度相等的各点压力相等。由压力相等的点组成的面称为等压面。在重力场中，静止液体中的等压面是一个水平面。静压传递原理：在密闭容器内施加于静止液体任一点的压力将以等值传到液体各点。这就是静压传递原理(或称帕斯卡原理)（图2为帕斯卡原理的应用）。AghApAp0ghpp07图2帕斯卡原理的应用1-小活塞缸；2-大活塞缸；3-管道4、液压元件近年来的主要成果（1）元件的小型化、模块化元件的小型化，如电磁阀的驱动功率逐渐减小，从而适应电子器件的直接控制，同时也节省了能耗。元件的功能日益复合，如螺纹插装阀的大量运用，使系统的功能拓展更灵活。（2）节能化变量泵在国外的研发已日趋成熟。目前，恒压变量、流量压力复合控制，恒功率比例伺服控制等技术已被广泛地集成到柱塞泵上。节能、减少系统发热已成为系统设计时必须考虑的问题之一。值得一提的是变频调速技术得到了足够的重视5、液压节能技术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8二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，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液压系统的工作效率。(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，是其它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，减少发热量从而不须使用冷却器。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的效果。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。因为不需冷却水的循环以及减少作动油的消费量，所以也能节省资源。另外，降低噪声也依然重要。(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。9(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；由转速叮调的伺服电机+柱塞泵、伺服马达螺杆驱动、蓄能器+高速伺服组成闭环同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式泵、变量泵、蓄压器系统等的推出：针对阀控电液系统有较大能量损失的问题，推出了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。6、液压系统的密封技术自从液压技术诞生以来，泄漏一直是困扰着业界人士的一大难题。伴随着泄漏的是：矿物油的浪费及对环境的污染、系统传动效率的降低等等。在静密封领域，橡胶类密封件拥有不可替代的地位，当然，根据应用场合（如温度）的不同，又有丁腈橡胶及氟橡胶之分。在动密封领域，聚四氟乙烯（PTFE）已拥有不可动摇的地位。近年来，密封技术的进步也主要集中在PTFE的使用方面。随着对材料及密封机理的深入了解，已可以在PTFE中有针对性的添加某些材料以达到提高性能的要求。国外许多大的密封件公司均有针对不同应发已日趋成熟。目前压变量、流量压力复合控制，恒功率、比例伺服控制等技术已被广泛地集成到柱塞泵上。节能、减少系统发热已成为系统设计时必须考虑的问题之一。值得一提的是变频调速技