畢業(yè)論文-淺談大型機械液壓傳動系統(tǒng)

蘭 州 交 通 大 學 繼 續(xù) 教 育 學 院 畢 業(yè) 設 計（論文） 專業(yè)（班級）： 2013 級機械工程及自動化（專升本） 指 導 教 師： 祁生元 學 生 姓 名： 呂寶剛 學 號： 130111002 設計題目： 淺談大型機械液壓傳動系統(tǒng) 業(yè) 設 計 成 績 評 議 表 學 生 姓 名 呂寶剛 班 級 2013 級機械工程及自動化（專升本） 指導教師姓名 祁生元 職 稱 高級工程師 審 閱 人 評 語 論文選題符合 要求 ，能夠達到 學習 目標 ， 選題具有較大的實踐指導意義 。 該生查閱文獻資料能力強，寫作過程中能綜合運用 所學 系統(tǒng)知識 。 文章篇幅完全符合學院規(guī)定，內容完整，層次結構安排科學，主要觀點突出，邏輯關系清楚，有一定的個人見解。文題完全相符，論點突出，論述緊扣主題。語言表達流暢，格式完全符合規(guī)范要求；參考了豐富的文獻資料，其 實用 性較強。 畢業(yè)設計期間， 呂寶剛同學能及時和導師溝通，認真聽取導師的意見和建議，對于論文的成文持有自己的觀點，雖然辛苦，卻一定受益匪淺。同意呂寶剛同學參加論文答辯。 審閱人： 祁生元 2015 年 6 月 30 日 答 辯 委 員 會 綜 合 評 語 主席： 年 月 日 論文成績 評語內容包括：（學術）思想、方案選擇、設計（論文）達到的水平、設計（論證 ）有無錯誤等。 業(yè)設計（論文）任務書 班級： 2013 級機械工程及自動化 學生姓名： 呂寶剛 指導老師： 祁生元 設計（論文）題目 淺談大型機械液壓傳動系統(tǒng) 主要研究內容 從液壓技術現狀、液壓現場總線技術、水壓元件及系統(tǒng)、液壓節(jié)能技術等方面介紹液壓技術創(chuàng)新及發(fā)展趨勢。指出液壓傳動向自動化、高精度 、高效率 、高速化、高功率 、小型化、輕量化方向發(fā)展，是不斷提高它與電傳動、機械傳動競爭能力的關鍵 關 鍵 環(huán) 節(jié) 1、 2、 1、確定論文題目 3、 2、搜集、整理資料 4、 3、編寫提綱 5、 4、撰寫初稿 6、 5、改寫初稿 7、 6、定稿 計劃進度 1、 定論文題目分析查閱資料，編寫提綱、撰寫初稿； 2、 復修改，完善。 3、 改、定稿、裝訂、提交。 參 考 資 料 1、 新編 液壓 工程手冊 北京理工大學出版社 2、 液壓傳動系統(tǒng) ，機械工業(yè)出版社 3、 液壓傳動與氣壓傳動 華中科技大學出版社 4、液壓原件手冊北京冶金工業(yè)出版社 5、液壓與氣動傳動國防工業(yè)出版社 題 報 告 班級： 2013 級機械工程及自動化 學生姓 名： 呂寶剛 指導老師： 祁生元 設計（論文）題目： 淺談大型機械液壓傳動系統(tǒng) 一 、綜訴 本文 從液壓技術現狀、液壓現場總線技術、水壓元件及系統(tǒng)、液壓節(jié)能技術等方面介紹液壓技術創(chuàng)新及發(fā)展趨勢。指出液壓傳動向自動化、高精度 、高效率 、高速化、高功率 、小型化、輕量化方向發(fā)展，是不斷提高它與電傳動、機械傳動競爭能力的關鍵 二、選題的目的及意義 新的發(fā)展，使液壓系統(tǒng)提高 技 術等方面介紹液壓技術創(chuàng)新及發(fā)展趨勢；效率、高速化、高功率、小型化、輕量化方向發(fā)展，是機械傳動競爭能力的關鍵 三、重點研究內容 指出液壓傳動向自動化、高精度 、高效率 、高速化、高功率 、小型化、輕量化方向發(fā)展，是不斷提高它與電傳動、機械傳動競爭能力的關鍵 四、教師意見 選題符合專業(yè)培養(yǎng)目標，能夠達到綜合訓練目標， 本論文選題有很強的應用價值 ，專業(yè)性較強。但是書寫難度較大，建議從工作實踐出發(fā)，找準切入點，合理論述。另外，應運用所學知識，從實際出發(fā)具有針對性的把握好論點。若選此題，請一定把握重點，研究透徹、拓展論述、結題可行，即可。 指導教師：祁生元 2015 年 4 月 30 日 V 中 期 報 告 班級： 2013 級機械工程及自動化 學生姓名：呂寶剛 指導老師：祁生元 三、設計完成情況 對于分析未加入實例，欠缺說服力。 四、教師意見 結構可行，請盡快將初稿發(fā)給我。 教師姓名： 祁生元 2015 年 5 月 15 日 設計（論文）題目 淺談大型機械液壓傳動系統(tǒng) 一、總體設計： 自接受畢業(yè)設計任務安排以來，先進行相關信息的收集。通過液壓動力單元的結構設計分析液壓，淺談液壓發(fā)展。 二、詳細設計： 第一部分：液壓系統(tǒng)的基本介紹 第二部分：液壓動力單元的結構設 計分析 第三部分：液壓技術發(fā)展趨勢 期 報 告 班級： 2013 級機械工程及自動化 學生姓名：呂寶剛 指導老師：祁生元 三、設計完成情況 進行初稿修改。 四、教師意見 結論較模糊，建議結合實際多談談自己的體會和心得，多利用自己學習的知識而不是一味的借鑒。 教師姓名： 祁生元 2015 年 5 月 30 日 設計（論文）題目 淺談大型機械液壓傳動系統(tǒng) 一、總體設計： 自接受畢業(yè)設計任務安排以來，先進行相關信息的收集。通過液壓動力單元的結構設計分析液壓，淺談液壓發(fā)展。 二、詳細設計： 第一部分：液壓系統(tǒng)的基本介紹 第二部分：液壓動力單元的結構設計分析 第三部分：液壓技術發(fā)展趨勢 期 報 告 班級： 2013 級機械工程及自動化 學生姓名：呂寶剛 指導老師：祁生元 三、設計完成情況 初步定稿 四 、教師意見 文稿已基本成型，建議進行詞匯修飾力爭做到： 論文格式正確，書寫規(guī)范，條理清晰，語言流暢。 教師姓名： 祁生元 2015 年 6 月 15 日 設計（論文）題目 淺談大型機械液壓傳動系統(tǒng) 一、總體設計： 自接受畢業(yè)設計任務安排以來，先進行相關信息的收集。通過液壓動力單元的結構設計分析液壓，淺談液壓發(fā)展。 二、詳細設計： 第一部分：液壓系統(tǒng)的基本介紹 第二部分：液壓動力單元的結構設計分析 第三部分：液壓技術發(fā)展趨勢 題 驗 收 班級： 2013 級機械工程及自動化（專升本） 學生姓名： 呂寶剛 指導老師： 祁生元 設計（論文題目） 淺談大型機械液壓傳動系統(tǒng) 結題驗收申請： 根據畢業(yè)設計任務書要求：畢業(yè)設計（論文）已全部完成，請老師審閱。 指導教師評語： 論文選題符合 要求 ，能夠達到 學習 目標 ， 選題具有較大的實踐指導意義 。該生查閱文獻資料能力強，寫作過程中能綜合運用 所學 系統(tǒng)知識 。 文章篇幅完全符合學院規(guī)定，內容完整，層次結構安排科學，主要觀點突出，邏輯關系清楚，有一定的個人見解。文題完全相符，論點突出，論述緊扣主題。語言表達流暢，格式完全符合規(guī)范要求；參考了豐富的文獻資料，其 實用 性較強。 畢業(yè)設計期 間，呂寶剛同學能及時和導師溝通，認真聽取導師的意見和建議，對于論文的成文持有自己的觀點，雖然辛苦，卻一定受益匪淺。同意呂寶剛同學參加論文答辯。指導教師評分（ 優(yōu)、良、中、及格、不及格）： 教師姓名：祁生元 2015 年 6 月 30 日 1 摘要 液壓傳動和控制由應用電子技術、計算機技術、信息技術、自動控制技術及新工藝 、新材料等后取得了新的發(fā)展，使液壓系統(tǒng)和元件在技術水平上有很大提高。本文從液壓技術現狀、液 壓現場總線技術、水壓元件及系統(tǒng)、液壓節(jié)能技術等方面介紹液壓技術創(chuàng)新及發(fā)展趨勢。指出液壓傳動向自動化、高精度 、高效率 、高速化、高功率 、小型化、輕量化方向發(fā)展，是不斷提高它與電傳動、機械傳動競爭能力的關鍵。 2 目 錄 畢 業(yè) 設 計（論文） . I 緒論 . 4 第一章液壓傳動的基本介紹 . 4 壓傳動的發(fā)展概況 . 4 壓傳動的工作原理和組成 . 6 作原理 . 6 壓系統(tǒng)的基本組成 . 6 壓傳動的定義 . 7 壓傳動的優(yōu)缺點 . 8 壓系統(tǒng)的應用領域 . 9 壓傳動在機械行業(yè)中的應用 . 9 液壓傳動裝置的應用 . 10 第二章液壓技術的創(chuàng)新發(fā)展 . 11 壓現場總線技術 . 11 壓現場總線技術的定義 . 11 場總線技術在液壓系統(tǒng)應用中的特點 . 12 壓元件及系統(tǒng) . 13 壓傳動技術概述 . 13 壓傳動技術特點 . 14 壓傳動技術的應用及展望 . 14 壓 節(jié)能技術 . 15 第三章 液壓動力單元的結構分析 . 17 壓動力源的幾種結構形式 . 17 種布置的比較 . 18 3 置方案的選定 . 18 箱的設計 . 19 統(tǒng)壓力平衡問題的分析 . 20 體系統(tǒng)的結構 . 23 第四章液壓技術發(fā)展趨勢 . 23 外液壓系統(tǒng)的發(fā)展 . 23 程液壓傳動系統(tǒng)的發(fā)展 . 26 強對環(huán)境的適應性、拓寬應用范圍 . 27 少能耗 ,充分利用能量 . 28 動維護 . 28 展趨勢 . 30 少損耗，充分利用能量 . 30 漏控制 . 30 染控制 . 30 動維護 . 31 壓 術 . 31 材料、新工藝的應用 . 32 致謝 . 33 參考文獻 . 34 4 緒論 技術創(chuàng)新及其管理是當今管理科學的重要學科，對于提高國家、地方和企業(yè)的科技競爭力，實現可持續(xù)發(fā)展具有十分重要的意義。無論是發(fā)達國家還是發(fā)展中國家，都非常重視對這一問題的研究。 20 世紀 80 年代初，我國開始重視技術創(chuàng)新理論問題的研究，研究范圍包括技術創(chuàng)新的模式、機制，技術創(chuàng)新的擴散，產創(chuàng)新和技術創(chuàng)新經濟學，技術創(chuàng)新的區(qū)域研究以及有關技術創(chuàng)新的政策、體系等諸多方面。經過 20 多年的研究，人們已經注意到創(chuàng)新在生產各個方面所起的關鍵作用 ，并將創(chuàng)新作為企業(yè)、產業(yè)和國家競爭獲勝的中心環(huán)節(jié)。近年來， 流體動力傳動由于應用了電子技術、計算機技術 、信息技術、自動控制技術及新工藝、新材料等后取得了新的發(fā)展，使液壓氣動系統(tǒng)和元件在技術水平上有很大提高。它已成為工業(yè)機械。工程建筑機械及國防尖端產品不可缺少的重要技術。而其向自動化高精度高效率、高速化、高功率、小型化、輕量化方向發(fā)展，是不斷提高它與電傳動、機械傳動競爭能力的關鍵。為了保持現有的良好發(fā)展勢頭，必須重視液壓傳動固有缺點的不斷改進和創(chuàng)新，走向 2 l 世紀的流體傳動除不斷改進現有液壓氣動技術外，最重要的是移植現有的先進技術，使流體技術創(chuàng)造新的活力，以滿足 未來發(fā)展的需要。 第一章液壓傳動的基本介紹 壓傳動的發(fā)展概況 液壓傳動相對于機械傳動來說，它是一門新學科，從 17 世紀中葉帕斯卡提 5 出靜壓傳動原理， 18 世紀末英國制成第一臺水壓機算起，液壓傳動已有 2 3 百年的歷史，只是由于早期技術水平和生產需求的不足，液壓傳動技術沒有得到普遍地應用。隨著科學技術的不斷發(fā)展，對傳動技術的要求越來越高，液壓傳動技術自身也在不斷發(fā)展，特別是在第二次世界大戰(zhàn)期間及戰(zhàn)后，由于軍事及建設需求的刺激，液壓技術日趨成熟。 第二次世界大戰(zhàn)前后，成功地將液壓傳動裝置用于艦艇炮塔轉向器，其 后出現了液壓六角車床和磨床，一些通用機床到本世紀 30 年代才用上了液壓傳動。第二次世界大戰(zhàn)期間，在兵器上采用了功率大、反應快、動作準的液壓傳動和控制裝置，它大大提高了兵器的性能，也大大促進了液壓技術的發(fā)展。戰(zhàn)后，液壓技術迅速轉向民用，并隨著各種標準的不斷制訂和完善及各類元件的標準化、規(guī)格化、系列化而在機械制造，工程機械、農業(yè)機械、汽車制造等行業(yè)中推廣開來。 近 30 年來，由于原子能技術、航空航天技術、控制技術、材料科學、微電子技術等學科的發(fā)展，再次將液壓技術推向前進，使它發(fā)展成為包括傳動、控制、檢測在內的一門完 整的自動化技術，在國民經濟的各個部門都得到了應用，如工程機械、數控加工中心、冶金自動線等。采用液壓傳動的程度已成為衡量一個國家工業(yè)水平的重要標志之一。 我國的液壓工業(yè)開始于 20 世紀 50 年代，液壓元件最初應用于機床和鍛壓設備。 60 年代獲得較大發(fā)展，已滲透到各個工業(yè)部門，在機床、工程機械、冶金、農業(yè)機械、汽車、船舶、航空、石油以及軍工等工業(yè)中都得到了普遍的應用。當前液壓技術正向高壓、高速、大功率、高效率、低噪聲、低能耗、長壽命、高度集成化等方向發(fā)展。同時，新元件的應用、系統(tǒng)計算機輔助設計、計算機仿真和優(yōu)化、微機 控制等工作，也取得了顯著成果。 目前，我國的液壓件已從低壓到高壓形成系列，并生產出許多新型元件，如 6 插裝式錐閥、電液比例閥、電液伺服閥、電業(yè)數字控制閥等。我國機械工業(yè)在認真消化、推廣國外引進的先進液壓技術的同時，大力研制、開發(fā)國產液壓件新產品，加強產品質量可靠性和新技術應用的研究，積極采用國際標準，合理調整產品結構，對一些性能差而且不符合國家標準的液壓件產品，采用逐步淘汰的措施。由此可見，隨著科學技術的迅速發(fā)展，液壓技術將獲得進一步發(fā)展，在各種機械設備上的應用將更加廣泛 壓傳動的工作原理和組成 作原理 液壓傳動是以液體為工作介質，利用壓力能來驅動執(zhí)行機構的傳動方式。 驅動機床工作臺的液壓系統(tǒng)是由油箱、過濾器、液壓泵、溢流閥、開停閥、節(jié)流閥、換向閥、液壓缸以及連接這些元件的油管、接頭等組成。 1） 動機驅動液壓泵經濾油器從油箱中吸油，油液被加壓后 ,從泵的輸出口輸入管路。油液經開停閥、節(jié)流閥、換向閥進入液壓缸，推動活塞而使工作臺左右移動。液壓缸里的油液經換向閥和回油管排回油箱。 2） 節(jié)流閥開大時，進入液壓缸的油量增多，工作臺的移動速度增 大；當節(jié)流閥關小時，進入液壓缸的油量減少，工作臺的移動速度減少。由此可見，速度是由油量決定的。 壓系統(tǒng)的基本組成 1）能源裝置 液壓泵。它將動力部分（電動機或其它遠動機）所輸出的機械能轉換成液壓能，給系統(tǒng)提供壓力油液。 2）執(zhí)行裝置 液壓機（液壓缸、液壓馬達）。通過它將液壓能轉換成機 7 械能，推動負載做功。 3）控制裝置 液壓閥（流量閥、壓力閥、方向閥等）。通過它們的控制和調節(jié)，使液流的壓力、流速和方向得以改變，從而改變執(zhí)行元件的力（或力矩）、速度和方向。 4）輔助裝置 油箱、管路、蓄能器、 濾油器、管接頭、壓力表開關等 實現各種工作循環(huán)。 5）工作介質 液壓油。絕大多數液壓油采用礦物油，系統(tǒng)用它來傳遞能量或信息。 壓傳動的定義 一部完整的機器是由原動機、傳動機構及控制部分、工作機 (含輔助裝置 )組成。原動機包括電動機、內燃機等。工作機即完成該機器之工作任務的直接工作部分，如剪床的剪刀，車床的刀架、車刀、卡盤等。由于原動機的功率和轉速變化范圍有限，為了適應工作機的工作力和工作速度變化范圍較寬，以及其它操縱性能的要求，在原動機和工作機之間設置了傳動機構，其作用 是把原動機輸出功率經過變換后傳遞給工作機。 傳動機構通常分為機械傳動、電氣傳動和流體傳動機構。流體傳動是以流體為工作介質進行能量轉換、傳遞和控制的傳動。它包括液壓傳動、液力傳動和氣壓傳動。 液壓傳動和液力傳動均是以液體作為工作介質來進行能量傳遞的傳動方式。液壓傳動主要是利用液體的壓力能來傳遞能量；而液力傳動則主要是利用液體的動能來傳遞能量。由于液壓傳動有許多突出的優(yōu)點，因此，它被廣泛地應用于機械制造、工程建筑、石油化工、交通運輸、軍事器械、礦山冶金、輕工、農機、 8 漁業(yè)、林業(yè)等各方面。同時，也被應用到航天航空、 海洋開發(fā)、核能工程和地震預測等各個工程技術領域。 壓傳動的優(yōu)缺點 液壓傳動能得到如此迅速的發(fā)展和廣泛的應用，是由于它與機械傳動、電氣傳動、氣壓傳動相比，具有以下優(yōu)點： 1）單位功率的重量輕，即在輸出同等功率的條件下，體積小、重量輕、慣性小、結構緊湊、動態(tài)特性好等如軸向柱塞泵的重量只是同功率直流發(fā)電機重量的 10% 20%，前者的外形尺寸只有后者的 12% 13% 2）液壓傳動能方便地實現無級調速，并且調速范圍大 3）液壓傳動裝置工作平穩(wěn)、反應快、沖擊小、能快速啟動制動和頻繁換向 4）液壓傳動裝 置的控制、調節(jié)比較簡單，操縱比較方便、 省力，易于實現自動化當機、電、液配合使用時，易； 5） 液壓傳動 易獲得很大的力和轉矩，可以使傳動結構； 6） 液壓系統(tǒng) 易于實現過載保護，同時，因采用油液作； 7）由于 液壓 元件已實現了標準化、系列化和通用化，；液壓傳動的主要缺點； 1）液壓傳動是以液體為工作介質，在相對運動表面間； 2）液壓傳動在工作過程中有較多的能量損失，如摩擦； 3）液壓傳動對油溫的變化比較敏感，油溫變 省 力，易于實現自動化當機、電、液配合使用時，易實現較復雜的自動工作循環(huán) 5）液壓傳動易獲得很大的力和轉矩，可以使傳動結構簡單 6）液壓系統(tǒng)易于實現過載保護，同時，因采用油液作為傳動介質，相對運動表面鍵能自行潤滑，故元件的使用壽命長 9 7）由于液壓元件已實現了標準化、系列化和通用化，所以液壓系統(tǒng)的設計、制造和使用都比較方便液壓元件排列布置以具有較大的機動性 液壓傳動 的主要缺點 1）液壓傳動是以液體為工作介質，在相對運動表面間不可避免要有泄漏，同時，液體又不是絕對不可壓縮的，因此不宜在傳動比要求嚴格的場合采用 2）液壓傳動在工作過程中有較多的能量損失，如摩擦損失、泄漏損失等，故不宜于遠距離傳動 3）液壓傳動對油溫的變化比較敏感，油溫變化會影響運動的穩(wěn)定性因此，在低溫和高溫條件下，采用液壓傳動有一定的困難 4）為了減少泄漏，液壓元件的制造精度要求較高，因此，液壓元件的制造成本較高，而且對油液的污染比較敏感 5）液壓系統(tǒng)故障的診斷比較困難，因此對維修人員提出更高的要求，即需要系統(tǒng)的掌握液壓傳動的理論知識，液壓具有一定的實踐經驗 6）隨之，高壓、高速、高效率和大流量化，液壓元件和系統(tǒng)的噪聲日益增大，這也是需要 解決的問題 總而言之，液壓傳動的優(yōu)點是突出的，隨著科學技術的進步，液壓傳動的缺點將得到克服，液壓傳動將日益完善，液壓技術與電子技術及其它傳動方式的結合更是前途無量 壓系統(tǒng)的應用領域 壓傳動 在 機械 行業(yè)中的應用 10 機床工業(yè) 磨床、銑床、刨床、拉床、壓力機、自動機床、組合機床、數控機床、加工中心等 工程機械 挖掘機、裝載機、推土機等 汽車工業(yè) 自卸式汽車、平板車、高空作業(yè)車等 農業(yè)機械 聯合收割機的控制系統(tǒng)、拖拉機的懸掛裝置等 輕工機械 打包機、注塑機、校直機、橡膠硫化機、造紙機等 冶金機械 電爐控制系統(tǒng)、軋鋼機控制系統(tǒng)等 起重運輸機械 起重機、叉車、裝卸機械、液壓千斤頂等 礦山機械 開采機、提升機、液壓支架等 建筑機械 打樁機、平地機等 船舶港口機械 起貨機、錨機、舵機等 鑄造機械 砂型壓實機、加料機、壓鑄機等 液壓傳動裝置的應用 靜 液壓傳動 由于具有無級變速，調速范圍寬，可以實現恒扭或恒功率調速，容易實現電控等優(yōu)點，在工程 機械 中具有良好的應用前景。但是在鏟土運輸機械和起重機械中作為主要傳動就用卻很少，其主要問題是在于國內液壓元件質量差，而國外的液壓元件價格又 太高，會造成主同成本過高。 90 年代以來，國內已引進了德國林德公司靜液壓叉車，以及利勃海爾公司靜液壓推土機的裝載機，但在國內市場所占份額很小。從國內工程機械市場的實際出發(fā)，本文對靜液壓傳 11 動在國內的推廣應用提出探討性的意見如下： （ 1）靜液壓傳動叉車在發(fā)達國家已經被廣泛采用，由于國內部分倉庫、碼頭和工廠等使用部門對叉車的機動性能（尤其是低速性能）、噪聲已經有較高的要求，因此這些部門正在成為國內靜液壓叉車用戶。國內叉車和液壓元件生產企業(yè)應該看到靜液壓叉車的良好前景，聯合研究開發(fā)適合我國國情的叉車靜 液壓系統(tǒng) ，提供能 先進，工作可靠，價格適中的產品。也可以采用與國際靜液壓元件制造公司聯合開發(fā)的方式，加快開發(fā)的速度。 （ 2）中小型多功能工程機械由于具有挖掘，裝載，叉車和起重等多功能，在發(fā)達國家已經得到了廣泛的應用。隨著我國經濟建設尤其是城市建設的發(fā)展，中小型多功能工程機械也將在我國推廣應用，而它們無疑將首先采用靜液壓傳動作為其主要傳動裝置。國內工程機械企業(yè)應該看到中小型多功能工程機械的發(fā)前景，聯合國內外靜液壓元件生產企業(yè)共同開展對它們的研究開發(fā)，以促進中小型多功能工程機械在我國的發(fā)展。 （ 3）在國內大型鏟土運輸和起重 機械 中 ，由于配套的靜液壓與電子控制元件的技術難度大，價格太高，在國內用戶中難以接受。因此，在我國暫時不宜將靜 液壓系統(tǒng) 研究開發(fā)的重點放在與大型鏟土運輸和起重機械配套上，而應將重點放在上述兩類工程機械上。 第二章液壓技術的創(chuàng)新發(fā)展 壓現場總線技術 壓現場總線技術的定義 現場總線是連接智能化儀表和自動化系統(tǒng)的全數字式、雙向傳輸 、多分支 12 結構的通信網絡?，F場總線控制系統(tǒng)簡化為工作站和現場設備兩層結構，它可以看作是一個由數字通訊設備；和監(jiān)控設備組成的分布式系統(tǒng)從計算機角度看，現場總線是一種工業(yè)網絡平臺； 從通信角度看，它是一種新的全數字串行、雙向、多路設備的通信方式；從工程角度看，它是一種工廠結構化布線。隨著現代制造技術的快速發(fā)展，流體控制技術和電子控制技術的結合越來越緊密，在 液壓 領域越來越多的人開始使用或關注總線技術在 液壓系統(tǒng) 中的應用，液壓技術人員也越來越感受到現場總線技術的優(yōu)越性。液壓系統(tǒng)是在液壓總線的供油路和回油路間安裝數個開關液壓源，與其各自的控制閥、執(zhí)行器相連接。開關液壓源包括液感元件、高速開關閥、單向閥、液容元件。根據開關液壓源功能不同，它可組合成升壓或降壓增流型開關液壓源。由于將開關源的輸入端 直接掛在液壓總線上，通過高速開關方式加以升壓或降壓增流。該系統(tǒng)克服了傳統(tǒng)液壓系統(tǒng)無法實現升壓以及降壓增流的問題，最終輸出與各執(zhí)行器需求相適應的壓力和流量。 場總線技術在液壓系統(tǒng)應用中的特點 ( 1 )經濟性。任何一種新技術新產品的開發(fā)與使用，其成本是首先需要考慮的因素之一，總線技術也不例外。設計開發(fā)總線技術產品的初衷之一就是降低系統(tǒng)及工程成本。所以，應用單位使用總線產品和供應商提供產品的第一前提應該是以降低總線系統(tǒng)的使用成本為目的。 ( 2 )按 I E C 6 1 1 3 1 3 標準的柔性 化程序，易學、易懂，可操作性強。 ( 3 )可靠性、可維護性?，F場總線技術采用總線代替一對一的 I 于大規(guī)模 I O 系統(tǒng)來說，減少了由接線點造成的不可靠因素，同時系統(tǒng)具有在線故障診斷，報警記錄功能；可完成現場液壓系統(tǒng)的遠程參數設定 、 修改等參數化工作，增強了系統(tǒng)的可維護性。 (4)友好的人機對話界面，可方便進行 液壓 系統(tǒng) 的參數修改和故障監(jiān)控。 13 (5)滿足所有有關人身安全 、電磁兼容、抗沖擊及抗震動的重要標準。 (6)相對于傳統(tǒng)的液壓比例控制系統(tǒng)更具有其價格競爭優(yōu)勢。 壓元件及系統(tǒng) 壓傳動技術概述 用水作介質的 液壓 元件古而有之，最早的液壓設備就是用水的。今隨便一個洗車店里都裝備了帶容積式泵的高壓清洗機這樣的水 液壓 設備。但后來所謂 “ 水壓機 ” 的介質中也添加了許多東西以滿足方方面面的性能要求，其實是一種乳化液。后來發(fā)展的 “ 難燃液壓液 ” 有幾種也是水基的。在某種意義上，液壓技術的發(fā)展是一個元件與工作介質互相適應和協調發(fā)展的歷史。液壓介質性能水平的提高對于現代液壓技術的發(fā)展功不可沒。現在所謂的水液壓元件企圖用普通水或天然海水作為介質，所有技術難點就都集中到了元件本身。液壓元件的發(fā)展越 來越依賴于材料科學和制造技術的進步，這在水液壓元件中體現得尤為突出。在現代技術條件下，造出能在密封、潤滑、抗蝕等性能方面適應純水甚至海水介質的液壓元件是可能的，當然由于無法同時改進介質的相關特性，水液壓裝置的性能，特別是性價比較高之元件和介質都經過多年 “ 磨合 ” 和優(yōu)化的傳統(tǒng)液壓裝置會大打折扣，一般也只能在水的冰點以上才能運行。水上和水下作業(yè) 的船只和裝置上，以及用高壓水工作的設備中 (如高壓水清洗、切割設備、消防設備和藝術噴泉等 )，使用直接從外界吸水和向外排水的開式循環(huán)的水 液壓系統(tǒng) 有其必要性和合理性。 水壓傳動技術就是基于綠色設計和清沽生產技術而重新崛起的一門新技術。 是新型工業(yè)化發(fā)展進程中出現的一門綠色新技術。由于水具有清潔、尤污染、廉價、安全、取之方便、再利用率高、處理簡單等突出優(yōu)點，用其取代礦物油作為液壓系統(tǒng)工作介質時不僅能夠解決未來因石油枯竭帶來的能源危機，而且能夠最大限度地解決因礦物油泄漏和排放帶來的污染與安全問題，最符合環(huán)境 14 保護以及可持續(xù)發(fā)展的要求，使得人們開始重新考慮和認識到將這一清潔能源作為液壓系統(tǒng)工作介質的重要性，并已引起人們的普遍關注，成為現代水壓傳動技術發(fā)展的最直接動力。 壓傳動技術特點 ( 1 )資源豐富，來源廣泛，再利用率高。水是地球 上最為豐富且與世共生的資源，在水壓傳動系統(tǒng)應用的整個周期內，可多次回收，重復使用，且不易變質 ( 2 )水是一種無毒無污染資源，對人體和環(huán)境尢害。有利于提高 T 作環(huán)境的舒適性和安全性 ，排除的液體不需作任何處理即可直接排放 ，從根本上消除油壓傳動系統(tǒng)岡泄漏和排放 而造成的牛產與環(huán)境污染。 ( 3 )阻燃性好，安全性高。特別適合高溫、核輻射和明火等場合下的應用 ，有效地解決油壓傳動所帶來的易燃 、易爆 、油蒸汽對人體的危害等安全問題以及核輻射造成的液油變質和放射性污染等問題。 ( 4 )處理技術與工藝簡單 ，系 統(tǒng) 的運行與維修費用低。水長時間使用不會變質，使用前后的水處理簡單；而且系統(tǒng)在航運、水下作業(yè)、潛艇等水環(huán)境下工作時，不用油箱 、冷卻裝置，大大簡化了系統(tǒng)。 壓傳動技術的應用及展望 隨著科學技術的進步，水壓產品及技術取得了較大的進展，目前，不僅水壓泵形式增多了，符合 接尺等各標準規(guī)格的各種閥，甚至疊加閥、比例閥和連續(xù)可調的流量控制閥都形成了產品系列，配套用的 液壓缸 、油箱、接頭零件、密封件等也一應俱有，而且在專家的指導下，用戶可以根據自己的需求進行系統(tǒng)配組。正式推出了多種工作壓力為 21作為成套 液壓 和設備用 的獨立產品 (動力站和控制閥 )。在歐、美水壓傳動開始廣泛進入食品工業(yè)、醫(yī)藥、 15 化學、造紙木材加工、海上作業(yè)、核能工業(yè)、消防、工程、地質鉆探、環(huán)境工程等一些對安全 、清潔、環(huán)境無害要求較高的行業(yè)。一些量大面廣的街道和路面清洗車以及新的鐵路機械中的應用，加上傳統(tǒng)的鋼廠軋機和水壓機等應用正在擴大?？梢娝簤鹤鳛橐环N更符合環(huán)保要求的傳動技術，將會使流體技術在與電傳動技術的競爭中得到新的支持。隨著新材料、新技術的不斷涌現，必將推動水壓技術的發(fā)展，逐步地取代現有的油壓傳動系統(tǒng)。可以預 見，水壓傳動這一在第一次工業(yè)革命中興起的古老技術，通過創(chuàng)新發(fā)展終將成為與電氣、油壓、氣動并列的第四種傳動技術。 壓節(jié)能技術 液壓傳動系統(tǒng)能量損失包括各元件中運動件的 機械 摩擦損失 、泄漏損失溢流損失、節(jié)流損失、輸入和輸出功率不匹配的無功損失幾方面。機械摩擦損失、泄漏損失所占比例與所選元件本身的機械效率 、容積效率 、介質粘度、回路密封性以及系統(tǒng)組成的復雜程度有關；溢流損失、節(jié)流損失所占比例與回路和控制形式有關；而輸入和輸出功率不匹配的無功損失所占比例與控制策略有關。因此節(jié)能是液壓技術的重要課題之一，隨 著節(jié)能和環(huán)保要求的日益高漲，有效活用能源和降低噪聲已成為 液壓 行業(yè)的重要目標。綜觀國內外液壓技術發(fā)展歷程，無時無刻不伴隨節(jié)能的需要及創(chuàng)新。 (1)二次調節(jié)系統(tǒng)。二次調節(jié)靜液傳動系統(tǒng)由恒壓油源、二次元件 工作機構和控制調節(jié)機構等組成；耦聯系統(tǒng)，通過調節(jié)二次 元件 斜盤傾角來改變二次元件；變化，使負載按設定的規(guī)律變化；恒壓油源相連，在系統(tǒng)中沒有原理性節(jié)流損失，從而提；能器的加入，不但抑制了壓力限制元件發(fā)熱所引起的功；收、釋放 液壓 能有效提高 液壓系統(tǒng) 的工作效率； (2)電液負載感應系統(tǒng)；或液壓泵 的變量調節(jié)機構，使液壓系統(tǒng)壓 力與負載壓力；壓力過剩，由于負載感應 16 裝置與作機構和控制調節(jié)機構等組成。二次調節(jié)系統(tǒng)是工作于恒壓網絡的壓力耦聯系統(tǒng)，通過調節(jié)二次元件斜盤傾角來改變二次元件排量，以適應負載轉矩的變化，使負載按設定的規(guī)律變化。系統(tǒng)中的壓力基本保持不變，二次元件直接與恒壓油源相連，在系統(tǒng)中沒有原理性節(jié)流損失，從而提高了系統(tǒng)效率。另外，蓄能器的加入，不但抑制了壓力限制 原件 發(fā)熱所引起的功率損耗。而且還通過回收 、釋放液壓能有效提高液壓系統(tǒng)的工作效率。 (2)電液負載感應系統(tǒng)。負載感應就是將變化的負載壓力反饋到壓力補償裝置或液壓泵的變量 調節(jié)機構 ，使液壓系統(tǒng)壓力 與負載壓力相適應 ，消除了系統(tǒng)壓力過剩，由于負載感應裝置與變量泵的變量調節(jié)機構聯系在一起，使變量泵的流量 與負載流量相適應，系統(tǒng)不會產生過剩流量。 (3)定量泵加變頻調速電機電液系統(tǒng)。交流變頻調速液壓系統(tǒng)避免節(jié)流損耗和溢流損耗，另外，交流變頻調速液壓系統(tǒng)還大大提高了原動機 異步電動機的效率，并顯著改善功率因數，是其它液壓調速方式所無法比擬的。利用變頻器改變泵的轉速，使泵的輸出流量與系統(tǒng)所要求相適應，可以使溢流損失降至最低，有效地節(jié)約了能量。交流變頻調速液壓系統(tǒng)在大功率間歇運動的 調速系統(tǒng)中，其優(yōu)越性更為顯著。 (4)盡可能地節(jié)省空間。采用無 油壓 控制閥可以減少系統(tǒng)裝置空間，依據閉回路的構成使油箱小型化，減少發(fā)熱量從而不須使用冷卻器。例如，采用伺服馬達使液壓泵正反轉向，不必使用方向、流量 、壓力控制閥也能達到控制的效果。采用閉回路系統(tǒng)，可以自我形成油量補償機能，混合式伺服系統(tǒng)可以使油箱控制在儲存最小作動油的狀態(tài)下作功，體現油箱小型化的優(yōu)點。由于只在需要時使液壓泵輸出必要的流量，從而將發(fā)熱源控制降至最低，也就無需再加裝冷卻器。因為不需冷卻水的循環(huán)以及減少作動油的消費量，所以也能節(jié)省資源。 另外，降低噪聲也依然重要。 17 (5)一體化構造。將液壓泵 、馬達、油箱、油量補償回路構成為一體，形成無配管的一體構造。 (6)省電節(jié)能的液壓系統(tǒng)設計。高的響應速度、高的控制精度和重復精度的比例閥、比例泵、伺服閥的應用；由轉速叮調的伺服電機 +柱塞泵、伺服馬達螺桿驅動、蓄能器 +高速伺服組成閉環(huán)同路控制油電式高速注塑機液壓系統(tǒng)設計和應 用。有高低壓雙聯或多聯式泵、變量泵、蓄壓器系統(tǒng)等的推出：針對閥控電液系統(tǒng)有較大能量損失的問題，推出了泵和電液比例閥結合的負載感應型，泵和比例壓力、比例流量控制閥結合的注塑機電液控制 系統(tǒng)。 第三章 液壓動力單元的結構分析 壓動力源的幾種結構形式 液壓動力源按布置方式分為上置式、非上置式和柜式三種。 上置式液壓動力源。泵組布置在油箱之上的布置方式稱為上置式。上置式布置方式按電動機的擺放位置又可分為立式和臥式。當電動機立式安裝，液壓泵置于油箱內時，稱為立式液壓動力源；當電動機臥式安裝，液壓泵置于油箱之上時，稱為臥式液壓動力源。 非上置式液壓動力源。將泵組布置在底座或地基上的液壓動力源稱為非上置式。如果泵組安裝在與油箱一體的公用底座上，則稱為整體型液壓動力源；將泵組單獨安裝在地 基上則稱為分離型液壓動力單元。整體型液壓動力源又可分為旁置式和下置式兩種。 柜式液壓動力源。將泵組和油箱整體置于封閉型柜體內的結構稱為柜式液壓動力源。 18 種布置的比較 上置式液壓動力源占地面積小，結構緊湊，液壓泵置于油箱內的立式安裝動力源，噪聲低且便于收集漏油，一般應用于中小功率的液壓泵站。當采用臥式動力源時，由于液壓泵置于油箱之上，必須注意各類液壓泵的吸油高度，以防液壓泵油口處產生過大的真空度，造成吸空或氣穴現象。非上置式液壓動力源由于液壓泵置于油箱液面以下，故能有效改善液壓泵的吸入能力，這種動 力源裝置高度低，便于維護，但占地面積大，適用于泵的吸入允許高度受限制，傳動功率較大，而使用空間不受限制，以及開機率低，使用時又要求很快投入運行的場合。新一代的這種布置方式的液壓動力源可以將 液壓泵 組、油箱組件、控溫組件等集成為一個整體，機構做得相當緊湊，并且能保證一定壓力和排量，如近些年來出現的通用性較強的液壓動力單元就是典型代表。柜式液壓動力源裝置可在柜體上方便地布置各類儀表板和電控箱，且外觀整齊美觀，因泵組被柜體封閉而屏蔽了噪聲，同時能有效減少外界污染，其缺點是由于需顧及操作和維護的空間及 液壓系統(tǒng) 的散熱， 致使其外形尺寸較大，通常僅在中、小功率場合及實驗室采用。 置方案的選定 考慮到本次設計的液壓動力源的實際使用環(huán)境，在滿足壓力和排量要求的前提下，整個系統(tǒng)做得越小越緊湊越好，不僅占地面積小，而且也節(jié)省了不少材料，在這個大前提下，處在體積和布置上向液壓動力單元形式靠近。因為海水的腐蝕性，液壓動力單元最外層與海水接觸部分材料要選用特殊材料，并且希望這種材料的面積盡量小且形狀規(guī)則，如果電動機和 液壓泵 放在油箱外面，這樣必將增加外殼材料表面積，也會使得外殼的形狀相對復雜隨之而來的裝配和焊接問題就會更多，這里采 用將電動機和液壓泵放在油箱內部。 一般陸地環(huán)境使用的普通三相異步電動機，電動機外殼內是有空氣的，這樣 19 就是需要在電動機軸的出口處加動密封裝置，防止 液壓 油進入電動機線圈內，因為當海水深度達到 6000m 時，壓力將達到 60以對這個密封裝置的要求很高。為解決這個問題，考慮將電動機換成現在較為先進的水下電動機，由于這項技術屬于較為前沿的技術，還沒有完整的系統(tǒng)材料，所以下面引用國外某水下電動機的資料。水下電動機應著重考慮電動機耐受水壓以及水的隔離問題，某公司的產品采用了兩種方法。耐水壓的機械結構：采用高機械強度 材料增加壁厚的機殼以承受水壓及隔離海水。 平衡壓力結構：電動機內部充油，以非金屬膜盒加以封閉，靠此膜盒的伸縮適應內部油液的熱膨脹以及外部水壓的變動，使電動機內外壓力達到平衡。顯然選用第二種方法的水下電動機比較合理，在還沒有完整資料的情況下，在此基礎上對電動機進行改進，設計出一個在理論上行得通的水下電動機。電動機的壓力平衡部分一般放在電動機的尾部，改進后的設計也是從尾部進行。 既然選擇的是深海電動機，則電動機的防腐問題在電動機設計室已經考慮了，那么其外殼材料肯定選擇了防腐材料。在這種情況下液壓動力源如與原來的布置 一樣，會造成防腐材料的損失，那么就可以將電動機放在油箱外面而只 壓泵放在油箱內，這樣會使得 液壓 動力單元的體積和重量都變小，不足的是其長度會有所增加。這樣整個系統(tǒng)的大致結構就定下來了，核心問題是考慮怎樣才能使油箱內的壓力和海水的壓力相等，或者是使油箱內的壓力略大于海水的壓力。 箱的設計 通常油箱可分為整體式油箱、兩用油箱和獨立油箱三類。整體式油箱是指在液壓系統(tǒng) 或機器的構件內形成的油箱。兩用油箱是指液壓油與機器中的其他目的的用油的公用油箱。 獨立油箱是應用最為廣泛的一類油箱。獨立油箱常用于工業(yè)生產設 備，一般制成矩形，也有圓柱形或油罐形，通過計算可以發(fā)現，在材料用量相同的情況下將幽香制成圓柱形所獲得的體積比矩形的大，所以初步選定油 20 箱形狀為圓柱形，電動機的外形一般也是圓柱形的，將電動機和油箱連接在一起后，其形狀還是比較規(guī)則、美觀和統(tǒng)一的。 對于 液壓系統(tǒng)，液壓 油的清潔對整個液壓系統(tǒng)的影響是非常大的。雖然憑借著過濾器的吸附能力能保持油液一段時間的清潔，但油液用久了之后肯定還是會因為各種原因，其清潔度不能滿足要求，需對其進行更換，因此可以在圓柱形油箱的內壁底部設計一個排油槽，便于在對液壓系統(tǒng)進行維護時更換液壓油 。說到排油問題，圓柱形的油箱就有優(yōu)勢了。因為整個油箱的側面都成圓弧形，這樣雜質回順著油箱壁滑落到油箱最底部的排油槽里，隨著油液往外排出，雜質也就很輕松地隨著油液往外排出了。 統(tǒng)壓力平衡問題的分析 要使系統(tǒng)內部油液壓力增大，可以向油箱內加入更多的油液，在體積不變的情況下，油液越多壓力就會越大，但是在深海，這種方法是行不通的。另外一種方法是在油液量不變的情況下，減小油液的體積也能增加油液的壓力，下面就針 對第二種方法展開分析，有如下八種方案可供選擇； 活塞結構油箱是利用活塞的可移動特性改進而來，能；同； 活塞可以隨著油箱壁左右移動，當海水的壓力大于油液；動，直至油 液壓 力和海水壓力相同，活塞才停止，這樣；壓力隨時相同，從而就使得系統(tǒng)壓力平衡；滑要求很高，在海水直接接觸活塞導軌這種環(huán)境下，很；并且還可能有海底的微生物等其他雜質卡在活塞導軌上； 第二種方法展開分析，有如下八種方案可供選擇。 活塞結構油箱是利用活塞的可移動特性改進而來，能隨時保持內外壓力相同?；钊梢噪S著油箱壁左右移動，當海水的壓力大于油液壓力時活塞就會向右移動，直至油 液壓 力和海水壓力相同，活塞才停止，這樣就能保證油液壓力和海 21 水壓力隨時相同，從而 就使得系統(tǒng)壓力平衡。這種結構的不足是對活塞