液壓控制技術的應用及發(fā)展.doc

液壓傳動課程期末論文液壓控制技術的發(fā)展及應用XXX （機電學院09測控2班 20090310110230）摘要：介紹了液壓控制技術的發(fā)展歷程、我國液壓控制領域中出現(xiàn)的問題，并分析了問題產生的原因及其解決策略。同時將國內與國外的液壓控制技術進行對比，以找出國內液壓技術發(fā)展中的不足之處，最后舉例說明了液壓控制技術在科學領域中的廣泛應用，并對液壓控制技術的發(fā)展寄予了希望。關鍵詞：液壓控制；發(fā)展；問題；解決策略；應用0 序言眾所周知，液壓控制系統(tǒng)在我們生活中的應用很常見，比如液壓挖掘機、液壓起重機、液壓泵等，液壓控制技術也應用得很廣泛，而現(xiàn)在很多的科研工作者也往液壓控制領域這塊搞科研。其實，自二十世紀七十年代以來，隨著以微電子技術為主導的信息技術、生物技術、新材料技術、新能源技術、空間技術、海洋開發(fā)技術等高技術群的蓬勃發(fā)展，在世界上逐步出現(xiàn)了機械電子工業(yè)、光電子工業(yè)、辦公自動化設備、信息處理系統(tǒng)、電子醫(yī)療設備、現(xiàn)代生物制品、新材料、新能源等高技術產業(yè)，而流體傳動與控制技術就是其中的機械電子技術產業(yè)中起重要作用的關鍵技術領域。流體傳動及控制包括液壓傳動及控制與氣體傳動與控制兩個方面。液壓傳動及控制技術應用于生產，開始于十七世紀，經歷了二百多年的徘徊，直到二十世紀四十年代，才進入了高速發(fā)展時期。二十世紀四十年代控制論的誕生，極大地促進了液壓技術的快速發(fā)展，使其應用范圍逐漸擴大，不僅在國防領域具有不可替代的地位，而且已經滲透到國民經濟的各個行業(yè)，液壓技術發(fā)展與應用的程度已成為衡量一個國家工業(yè)發(fā)展水平的重要標志。近年來，液壓技術與微電子技術、計算機技術、傳感器技術等的結合，使其又產生了飛躍性進步?！?】毋庸置疑，能量轉換、動力傳動以及運動控制依然是21世紀全球經濟的重要組成部分，液壓傳動及控制技術也依然是其中極為重要和積極的角色。 1 液壓控制技術的發(fā)展歷程1.1 液壓傳動的產生作為流體傳動與控制理論基礎的流體力學、流體傳動理論是人類在生產實踐中逐步發(fā)展起來的。對流體力學學科的形成作出第一個貢獻的是古希臘人阿基米德(Archimedes)，他建立了物理浮力定律和液體平衡理論。1648年法國人帕斯卡(BPascal)提出靜止液體中壓力傳遞的基本定律，奠定了液體靜力學基礎。，1795年英國約瑟夫布拉曼(Joseph Braman，17491814)，在倫敦用水作為工作介質，以水壓機的形式將其應用于工業(yè)上，誕生了世界上第一臺水壓機。1905年將工作介質水改為油，進一步得到改善。至此，液壓傳動便開始發(fā)展了?！?】 1.2 液壓控制技術的發(fā)展第一次世界大戰(zhàn)后液壓傳動得到廣泛應用,特別是1920年以后，發(fā)展更為迅速。液壓元件大約在19世紀末20世紀初的20年間,才開始 進入正規(guī)的工業(yè)生產階段。1925年維克斯發(fā)明了壓力平衡式葉片泵。 為近代液壓元件工業(yè)和液壓傳動的逐步建立奠定了基礎。20 世紀初康斯坦丁.尼斯克對能量波動傳遞所進行的理論及實際研究 ;1910年對液力傳動(液力聯(lián)軸節(jié)、液力變矩器等) 方面的貢獻，使這兩方面領域得到了發(fā)展。第二次世界大戰(zhàn)期間，在美國機床中有30應用了液壓傳動。進入80年代以來，逐步完善和普及的計算機控制技術和集成傳感技術為電子技術和液壓技術的結合創(chuàng)造了條件。計算機控制在液壓控制系統(tǒng)中的應用大大提高了控制精度和工作的可靠性 ，使得以往難以解決的控制難題有了突破的希望。近年來電技術的進步( 如無槽電機等的產生) 出現(xiàn)了一些很緊湊的高響應電控系統(tǒng) ，在某些場合( 如數控機床及一些機器人) 已取代傳統(tǒng)的電液伺服閣。然而，在功率重量比方面液壓執(zhí)行器比電磁執(zhí)行器要高幾乎一個數量級 ； 在負載剛性方面 ， 液壓馬達的開環(huán)速度剛性大約為電動機的5倍。這些使目前液壓控制系統(tǒng)仍具有一些電控系統(tǒng)本身無法比擬和取代的優(yōu)勢。 目前，液壓控制技術不僅用于傳統(tǒng)的機械操縱、助力裝置，也用于工程機械的模擬加載、 轉速控制、發(fā)動機燃料進給控制 ，以及車輛主動懸掛裝置和制動系統(tǒng)， 同時擴展到航空航天和海底作業(yè)方面。面對如此廣泛的應用場合， 僅采用液壓控制技術已不能完全滿足要求 ， 于是發(fā)展機電一體化技術已成為一種必然的趨勢?！?】 1.3 國內與國外液壓控制領域發(fā)展的對比眾所周知，美國、日本和德國作為世界上最發(fā)達的國家和制造強國的背后都有著液壓強國的深刻背景。美國作為液壓技術進步的最早原創(chuàng)國仍是當今液壓技術和產品的第一號強國，目前以Parker、Eaton為代表仍在液壓行業(yè)中處于領導者的地位，在是液壓技術產業(yè)的主要輸出國。德國作為繼美國之后液壓技術新的競爭者歐洲的代表，對美國液壓技術持續(xù)進行推進、重組和創(chuàng)新。日本在發(fā)展液壓技術的進程中是后來者，由于整個行業(yè)充分吸收消化和創(chuàng)新進而成為當前先行者的典范。 從總體水平來講,我國的液壓控制技術較國外先進國家相比，還存在著一定的差距、尤其在高、新 、尖技術裝備中，我國還處于引進時期，還沒有能夠做到完全消化吸收。真正成熟的國產伺服系統(tǒng)很少。國內許多生產廠家生產的加工中心的伺服系統(tǒng) 都是從國外引進的。并且在整機精度上還落后于國外同類產品。而國內一些生產伺服系統(tǒng)的廠家，如揚州曙光 儀器廠引進德國西門子公司的技術生產的伺服系統(tǒng)，其成本基本等于進口伺服系統(tǒng)的價格，這 也是制約我國工業(yè)發(fā)展的一大障礙。1.4 當前液壓控制技術的發(fā)展方向 當前液壓技術的發(fā)展主要集中在發(fā)展集成、交合、小型化和輕量化液壓元件，發(fā)展高性能的液壓控制元件，以環(huán)境保護、安全和滿足可持續(xù)發(fā)展為目標的綠色開發(fā)研究，提高元件和系統(tǒng)的可靠性，以提高效率、降低能耗為目標的系統(tǒng)匹配設計理論、方法和計算機對液壓系統(tǒng)進行自動適應控制手段研究等方面。 2 液壓控制技術的研究意義 歷史和當前的實例都充分說明，液壓控制技術對裝備制造的技術進步有重要影響和貢獻。液壓控制技術源于傳統(tǒng)機械技術、又融合了控制理論、精密制造、新材料、自動化和智能化的檢測、傳感器以及信息技術等，液壓產品和裝置經常本身就是一種技術的融合和系統(tǒng)集成，是機一電一液一體化技術的核心和關鍵之一。對于我國來說，液壓控制技術在我國裝備工業(yè)和重大工程項目的發(fā)展及技術進步都起著關鍵的作用。我國正經歷著從“制造大國”到“制造強國”的歷史性轉折，面臨著千載難逢的時代機遇和嚴峻挑戰(zhàn)。因為有液壓控制技術的發(fā)展，我國在一系列的現(xiàn)代裝備制造業(yè)以及具有世界級規(guī)模和水平的重大工程及裝備的復雜機電系統(tǒng)的自主研發(fā)和技術進步中，取得了重大的進展和突破。然而，在液壓產品和關鍵技術層面上如何盡快擺脫落后、被動，真正形成具有21世紀競爭優(yōu)勢的自主技術及產品，仍然是我國液壓界面臨的空前的挑戰(zhàn)和歷史性的機遇，也是我國能否建設成真正液壓強國的關鍵和重點之一?！?】因此，探討液壓控制技術的發(fā)展及應用對我國的經濟發(fā)展具有積極的現(xiàn)實意義。 3 我國液壓控制領域的現(xiàn)狀3.1當前我國液壓控制方面的基本情況 經過幾十年的努力，我國已擁有液壓件廠家數百家，能生產605個品種近3000個規(guī)格，同時對引進技術消化吸收，部分引進產品已開始批量生產，供應市場，為工程起重機械 、冶金設備的改造與維修，提供了部分高性能元件，在替代進口、為主機配套方面發(fā)揮了一定作用 - 為我國液壓元件產品更新?lián)Q代打下了良好的基礎 ，同時在液壓控制技術方面的研究和推廣應用也進入了實質性階段，但總體水平與先進國家相比，尚存在一段距離 ，面對這種現(xiàn)狀，國家制定了發(fā)展液壓工業(yè)的“ 八五”綱要及基礎產品司組織編制的 泰山計劃 ，為推 動我國的液壓工業(yè)發(fā)展注進 了新的活力 ，各大研究所、生產廠家及高等院校正迎頭趕上，為我國的液壓控制技術走向世界進行艱苦的研究工作 ，井取得了一些可喜的成績。3.2 我國液壓控制領域發(fā)展中面臨的問題3.2.1 液壓行業(yè)在發(fā)展中面臨的問題 雖然我國液壓行業(yè)的總體技術水平得到大幅度的提升，但是與先進國家的差距仍然有15一20年，特別是在產品開發(fā)、產品質量、技術創(chuàng)新和企業(yè)自我發(fā)展能力等方面還存在較大的差距。主要體現(xiàn)在:（1） 產品品種規(guī)格少；（2） 技術水平低，產品質量不穩(wěn)定；（3） 科研和新產品開發(fā)能力差；（4） 企業(yè)組織結構不合理，規(guī)模普遍較小。我國液壓件企業(yè)多而分散，分布不盡合理，產品重復現(xiàn)象極為嚴重，價格競爭過度，發(fā)展?jié)?.2.2 液壓控制系統(tǒng)中的污染問題 液壓傳動技術有其不可比擬的優(yōu)點，這是它得以迅猛發(fā)展的主要原因，與此同時，液壓傳動設備又有其脆弱的一面 ，其中抗污染能力低是突出的弱點。據有關資料記載 ，液壓故障有70一80是由液壓油污染導致的。污染物混入系統(tǒng)屆會加速液壓元件的磨損 、研損 、燒傷甚至破壞或者引起閥的動作失靈而引起工作效率下降。污染物會堵塞液壓元件 的節(jié)流孔或節(jié)流縫隙 ，改變液壓系統(tǒng)的工作性能引起動作失調甚至完全失靈，產生誤動作造成事故?；覊m顆粒在液壓缸內會加速密封件的損壞 ，缸筒內表面的拉傷 、活塞桿拉痕 ，使泄漏增大 ，推力不足或者動作不穩(wěn)定、爬行速度下降 ，產生異常 的聲響與振動。 還可能引起濾網堵塞 ，液壓泵吸油困難 ，回油不暢而產生氣蝕 、振動和噪聲 ，堵塞嚴重時會 因阻力過大而將濾網擊穿 ，完全喪失過濾作用 ，造成液壓系統(tǒng)的惡性循環(huán) ，甚至導致液壓泵損壞、控制閥芯卡住?！?】4 液壓控制問題的形成原因分析4.1 液壓行業(yè)各方面問題的原因分析（1） 液壓元件屬于機械基礎零部件，而我國的機械基礎零部件行業(yè)缺乏對材料、熱處理工藝等技術的系統(tǒng)研究與應用，對于基礎共性技術研發(fā)和實驗等投人少且分散，基礎技術薄弱，導致液壓產品故障率高、使用壽命短、可靠性差，跟國外先進水平相比存在較大的差距。（2） 我國液壓行業(yè)內的企業(yè)大多是中小企業(yè)，規(guī)模小，抗風險能力差，與大企業(yè)相比，有更多的技術創(chuàng)新風險。（3） 液壓行業(yè)的特點是小元件，大作用;小產品，高技術;小行業(yè)，大市場。由于受到重主機輕配套的思想影響，液壓行業(yè)不像機床、鑄造、鍛造、模具等行業(yè)那樣，享有國家的優(yōu)惠政策，液壓行業(yè)從來就沒有得到過國家任何的優(yōu)惠政策，連地方政府也從來沒有專為液壓企業(yè)制訂過特殊優(yōu)惠政策。（4） 我國液壓企業(yè)由于觀念、技術、資金等原因，企業(yè)尚未成為創(chuàng)新主體，在觀念上普遍存在企業(yè)就是生產，創(chuàng)新是科研院所的事情;在技術上受到長期“遺傳”的影響，寧愿選擇保守穩(wěn)妥的技術追隨戰(zhàn)略，不思進取?！?】4.2 液壓控制系統(tǒng)中污染問題的形成原因分析4.2.1 液壓系統(tǒng)的維護觀念落后在國內，由于受認識觀念、設備管理制度和一些市場導向的影響，許多場合常常把污染控制等同于過濾，使污染控制技術的發(fā)展和應用發(fā)生了偏差。現(xiàn)在生產過濾設備的廠家競爭日趨激烈，但是與污染控制相關的許多理論和技術發(fā)展卻停滯不前。4.2.2 污染控制的自動化與智能化技術發(fā)展滯后 過濾技術是目前污染控制的主要手段之一，但是現(xiàn)在國內使用的過濾設備自動化水平較低，其維護幾乎完全要靠人工來實現(xiàn)，大多時候需要人工定時巡查或定時抽樣。不僅勞動強度大，還會產生漏查漏報及取樣誤差的問題。 5 解決液壓控制問題的對策及建議5.1 對于液壓行業(yè)中產生問題的對策及建議（1）進一步制定和完善各種液壓產品的動態(tài)性能指標。（2）加快發(fā)展集成傳感器。研究高性能集成傳感器將是推動我國技術裝備向更高層次發(fā)屜的重要途徑，組織必要的人力、物力打攻堅戰(zhàn)就成為必然趨勢。只有這樣我國的技術裝備才有可能趕上或超過國外先進水平。（3）改善加工方法和手段。就目前而言，我國的液壓系統(tǒng)設計及產品結構設計并不落后于國外先進國家的水平，其主要是加工手段和裝配工藝的落后。（4）加速知識更新，培養(yǎng)專門科技人才?！?】 5.2 對于污染問題的解決策略及建議（1） 改變液壓系統(tǒng)維護的落后觀念。要想改變落后觀念，首先須認識到雖然采取有效措施去除油液中的固體污物是液壓系統(tǒng)污染控制的一個重要方面，但是想要通過過濾器使系統(tǒng)油液絕對無顆粒是不可能的。其次，應改變液壓設備的維護策略大力發(fā)展系統(tǒng)主動維護策略。（2） 利用機電一體化技術和計算機技術。實現(xiàn)污染控制的自動化和智能化研究，其中在線污染度傳感器、能自動切換的電控雙聯(lián)過濾器以及智能污染控制軟件是關鍵技術。【5】6 液壓控制技術的應用舉例（1） 近年出現(xiàn)的筑路機械液壓控制技術，這說明了先進的液壓控制技術的采用對筑路機械性能的提高起了十分重要的作用。（2）液壓傳動技術在自動化生產中的應用。為了給用戶提供更全面、更可靠、更物美價廉的自動化，保證產品質量的均一性，減輕單調或繁重的體力勞動，提高生產效率，降低成本就需要對液壓傳動技術的不斷創(chuàng)新，因此客戶對于機器的性能、質量、可靠性及售后服務的要求不斷提高，那么無人自動流水線設備也就有了廣泛前景。 7 結語 液壓控制技術作為一個廣泛應用的技術，在未來更是有廣闊的前景。隨著計算機的深入發(fā)展，液壓控制系統(tǒng)可以和智能控制的技術、計算機控制的技術等技術結合起來，這樣就能夠在更多的場合中發(fā)揮作用，也可以更加靈活地完成預期的控制任務。液壓控制技術的進步，是以時代的科學與技術進步為基礎，并以國民經濟發(fā)展的需要為動力，經過一個長期的發(fā)展歷程逐步取得的。它的繼續(xù)發(fā)展已成為歷史的必然，但同樣面臨著巨大的困難和挑戰(zhàn)，因此，液壓控制領域的從業(yè)者仍需加倍努力，為科學與技術的進步貢獻更多的力量！ 參考文獻【1】劉國華、花蓉，現(xiàn)代液壓控制技術應用