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机电一体化毕业论文-液压传动技术发展现状与前景展望.doc

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第 1 页 共 8 页液压传动技术发展现状与前景展望2013 级 机电一体化 缑蕊蕊摘 要:对液压传动技术工作原理、系统组成及其优缺点进行描述;将其发展现状、工业应用情况作了一个简要 的总结归纳; 并根据其自身的特点对其发展现状、发展趋势在液压现场总线技术、 自动化控制软件技术、 纯 水液压传动、 电液集成块等四方面做了合理的展望。 关键词:液压传动;工业应用;发展趋势 第一章 概述液压传动技术是工业上最常见的一门技术,他是利用各种元件根据帕斯卡原理来达到力的传递所设计的一种技术。液压传动技术根据其自身的特点在工业上得到了广泛的应用,但也相应的有一定的局限性。为了给用户提供更全面、更可靠、更物美价廉的自动化,保证产品质量的均一性,减轻单调或繁重的体力劳动,提高生产效率,降低生产成本就需要对液压传动技术不断的创新,因此对于机器的性能、质量、可靠性的要求不断提高,那么无人自动流水线设备也有个广泛应用前景。1.1 液压传动的定义及其地位液压传动是以流体(液压油液)为工作介质进行能量传递和控制的一种传动形式。它们通 过各种元件组成不同功能的基本回路, 再由若干基本回路有机地组合成具有一定控制功能的 传动系统。 液压传动,是机械设备中发展速度最快的技术之一,特别是近年来,随着机电一体化技 术的发展,与微电子、计算机技术相结合,液压传动进入了一个新的发展阶段。1.2 液压传动的基本工作原理及组成液压传动中由液压泵、液压控制阀、液压执行元件(液压缸和液压马达等)和液压辅件(管道和蓄能器等)组成的液压系统。液压泵把机械能转换成液体的压力能,液压控制阀和液压辅件控制液压介质的压力、流量和流动方向,将液压泵输出的压力能传给执行元件,执行元件将液体压力能转换为机械能,以完成要求的动作。工作原理 第 2 页 共 8 页电动机带动液压泵从油箱吸油,液压泵把电动机的机械能转换为液体的压力能。液压介质通过管道经节流阀和换向阀进入液压缸左腔,推动活塞带动工作台右移,液压缸右腔排出的液压介质经换向阀流回油箱。换向阀换向之后液压介质进入液压缸右腔,使活塞左移,推动工作台反向移动。改变节流阀的开口可调节液压缸的运动速度。液压系统的压力可通过溢流阀调节。在绘制液压系统图时,为了简化起见都采用规定的符号代表液压元件,这种符号称为职能符号。 基本回路 由有关液压元件组成,用来完成特定功能的典型油路。任何一个液压传动系统都是由几个基本回路组成的,每一基本回路都具有一定的控制功能。几个基本回路组合在一起,可按一定要求对执行元件的运动方向、工作压力和运动速度进行控制。根据控制功能不同,基本回路分为压力控制回路、速度控制回路和方向控制回路。 压力控制回路 用压力控制阀(见液压控制阀)来控制整个系统或局部范围压力的回路。根据功能不同,压力控制回路又可分为调压、变压、卸压和稳压 4 种回路。(1)调压回路:这种回路用溢流阀来调定液压源的最高恒定压力,溢流阀就起这一作用。当压力大於溢流阀的设定压力时,溢流阀开口就加大,以降低液压泵的输出压力,维持系统压力基本恒定。(2)变压回路:用以改变系统局部范围的压力,如在回路上接一个减压阀则可使减压阀以后的压力降低;接一个升压器,则可使升压器以后的压力高於液压源压力。(3)卸压回路:在系统不要压力或只要低压时,通过卸压回路使系统压力降为零压或低压。(4)稳压回路:用以减小或吸收系统中局部范围内产生的压力波动,保持系统压力稳定,例如在回路中采用蓄能器。速度控制回路 通过控制介质的流量来控制执行元件运动速度的回路。按功能不同分为调速回路和同步回路。(1)调速回路:用来控制单个执行元件的运动速度,可以用节流阀或调速阀来控制流量,如图 简单磨床的液压传动系统原理图 中的节流阀就起这一作用。节流阀控制液压泵进入液压缸的流量(多余流量通过溢流阀流回油箱),从而控制液压缸的运动速度,这种形式称为节流调速。也可用改变液压泵输出流量来调速,称为容积调速。(2)同步回路:控制两个或两个以上执行元件同步运行的回路,例如采用把两个执行元件刚性连接的方法,以保证同步;用节流阀或调速阀分别调节两个执行元件的流量使之相等,以保证同步;把液压缸的管路串联,以保证进入两液压缸的流量相同,从而使两液压缸同步。 第 3 页 共 8 页方向控制回路 控制液压介质流动方向的回路。用方向控制阀控制单个执行元件的运动方向,使之能正反方向运动或停止的回路,称为换向回路,图 简单磨床的液压传动系统原理图 中的换向阀即起这一作用。在执行元件停止时,防止因载荷等外因引起泄漏导致执行元件移动的回路,称为锁紧回路液压传动系统以下由 5 部分组成:(1)液压动力元件:液压动力元件指液压泵,他是将动力装置的机械转换为液压能的装置,其作用是为液压传动系统提供压力油,是液压传动系统的动力源。(2)液压执行元件:液压执行元件指液压缸或液压马达,他是将液压能转换为机械能的装置,其作用是在液压油的推动下输出和速度或转矩和转速,以驱动工作装置作功。(3)液压控制元件:他包括各种液压阀类元件,其作用是用来控制液压传动系统中油液的流动方向、压力和流量,以保证液压执行元件和工作装置完成指定工作。(4)辅 助 元 件 : 除 上 述 三 部 分 以 外 的 其 它 元 件 , 包 括 压 力 表 、 滤 油 器 、 蓄 能装 置 、 冷 却 器 管 件 各 种 管 接 头 (扩 口 式 、 焊 接 式 、 卡 套 式 ) 、 高 压 球 阀 、 快 换 接头 、 软 管 总 成 、 测 压 接 头 、 管 夹 及 油 箱 等 等 , 它 们 同 样 十 分 重 要 。( 5) 工 作 介 质 : 工 作 介 质 传 动 液 体 , 通 常 被 称 为 液 压 油 或 液 压 液 。1.3 液压传动的发展液压传动是根据 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,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。 1925 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。 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 第 4 页 共 8 页20~30 年间,日本液压传动发展之快,居世界领先地 位。 液压技术主要是由武器装备对高质量控制装置的需要而发展起来的。 随着控制理论的出 现和控制系统的发展,液压技术与电子技术的结合日臻完善,电液控制系统具有高响应、高 精度、高功率-质量比和大功率的特点,从而广泛运用于武器和各工业部门及技术领域。1.4 液压传动的优缺点1.4.1 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 。1.4.2 液压传动的缺点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。 5.液压传动出故障时不易找出原因;使用和维修要求有较高的技术水平。第二章 液压传动技术应用2.1 液压传动技术应用正因为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;矿山机械中的液压钻机、采煤机、提升机、 液压支架等;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、大 洋采矿等;发电厂涡轮机调速装置、核发电厂等等;第 5 页 共 8 页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。 液压传动与控制是现代机械工程的基础技术,由于其在功率重量比、无级调速、自动 控制、过载保护等方面的独特技术优势,使其成为国民经济中各行业、各类机械装备实现传 动与控制的重要技术手段。2.2 液压传动技术发展趋势学习了液压传动, 对液压传动也有了一个初步的了解, 液压传动和气压传动称为流体传动,是工农业生产中广为应用的一门技术 。如今,流体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。历史的经验证明,流控学科技术的发展,仅有 20%是靠本学 科的科研成果推动,来源于其他领域发明的占 50%,移植其他技术成果占 30% ,即大部分 来源于其他相关学科进步的推动。 随着应用了电子技术、计算及技术、信息技术、自动控制技术及新工艺、新材料的发展 和应用,液压传动技术也在不断创新。液压传动技术已成为工业机械、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。现从液压现场总线 技术、 自动化控制软件技术、 纯水液压传动、 电液集成块等方面介绍液压传动技术发展动态。2.2.1 液压现场总线技术现场总线技术的定义及发展背景现场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、高速开第 6 页 共 8 页关阀、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。 当前, 现场总线及由此而产生的现场总线智能仪器仪表和控制系统已成为全世界范围自 动化技术发展的热点,这一涉及整个自动化和仪表工业的新技术在国际上已引起人们广泛的 关注。关于现场总线(Field—bus)技术和智能化仪表技术的研究,构成了当今自动检测和过 程控制领域的两大热门课题。 20 世纪 80 年代末出现的现场总线技术, 将对自动化系统和作为 其重要支撑的流体传动及控制技术产生深远影响。2.2.2 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) 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。 (4) 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。 (5) 相对于传统的液压比例控制系统更具有其价格竞争优势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,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 是全第 7 页 共 8 页透明的运行。 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。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。结论液压传动技术是机械科学技术的一个分支, 它的发展需要机械及其他门类学科的发展来 推动,它的发展也能推动工业系统的整体发展。 它有其独特的优势与劣势,和其他技术一计应用修改和完善。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,对工程机械行走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行走驱动系统的发展中发挥出越来越重要的作用。参考文献[1]王春行.液压控制系统[M].北京:机械工业出版社,1999 [2]许益民.电液比例控制系统分析与设计[M].北京:机械工业出版社,2005 [3]谢锡纯,李晓豁.矿山机械与设备[M].徐州:中国矿业大学出版社,2000 [4]杨叔子,杨克冲等.机械工程控制基础(第五版)[M].武汉:华中科技大学出版社,2005第 8 页 共 8 页
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