機(jī)械制造中液壓傳動技術(shù)應(yīng)用研究

李志堅(jiān)（湖南省產(chǎn)商品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)研究院 ，湖南 長沙，410007）

機(jī)械制造中液壓傳動技術(shù)應(yīng)用研究

李志堅(jiān)
（湖南省產(chǎn)商品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)研究院 ，湖南 長沙，410007）

隨著社會不斷進(jìn)步，科技日益發(fā)展，各種新技術(shù)、新材料應(yīng)運(yùn)而生，并被廣泛應(yīng)用到不同領(lǐng)域和行業(yè)中，扮演著關(guān)鍵性角色。作為一項(xiàng)關(guān)鍵性的機(jī)械驅(qū)動技術(shù)，液壓傳動技術(shù)被廣泛應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)中，發(fā)揮著不可替代的作用，其簡化了工作流程，減少了操作人員的工作量，極大地提高了生產(chǎn)效率和質(zhì)量，不斷推動著我國機(jī)械制造業(yè)向前發(fā)展。

機(jī)機(jī)械制造； 液壓傳動技術(shù)； 應(yīng)用；發(fā)展前景

工業(yè)生產(chǎn)中，液壓傳動技術(shù)是常用的技術(shù)之一，借助液壓來實(shí)現(xiàn)能量傳遞，具有較好的靈活性、便捷性，已成為新時(shí)期不同領(lǐng)域關(guān)注的焦點(diǎn)。同時(shí)，液壓傳動技術(shù)具有較強(qiáng)的應(yīng)用性，有著很好的發(fā)展前景，在和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)相融合后，能夠更好地為工業(yè)生產(chǎn)服務(wù)。

1 液壓傳動技術(shù)概述

1.1 基本原理

簡單來說，液壓傳動技術(shù)的基本原理是以壓力的油液作為工作介質(zhì)，以密閉容器為載體，實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換、動力傳遞。油液便是對應(yīng)的工作介質(zhì)，通常情況下，主要采用的是礦物油，相當(dāng)于機(jī)械傳動中的傳動元件，比如，皮帶、齒輪。同時(shí)，帕斯卡原理是液壓傳動的核心依據(jù)，其原理是：在一個(gè)密閉類型的容器中，對液體施加一個(gè)力，其中的液體也會把這個(gè)力傳向不同方向。在日常生活中，經(jīng)常借助帕斯卡原理，來舉起重物。而液壓傳動系統(tǒng)會傳遞兩次能量，先把對應(yīng)的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為液壓能，再轉(zhuǎn)換其中的液壓能，使其成為機(jī)械能，對外輸出工。就液壓傳動技術(shù)而言，被廣泛應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)中，比如，機(jī)床、起重機(jī)、推土機(jī)。圖1、圖2為液壓傳動技術(shù)基本原理相關(guān)結(jié)構(gòu)圖。

1.2 液壓傳動系統(tǒng)構(gòu)成

液壓傳動系統(tǒng)是由多種元素組合而成，如控制裝置、輔助裝置。在運(yùn)行過程中，它們發(fā)揮著不同的作用。一是動力裝置。主要指的是液壓泵，能夠把原動機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為對應(yīng)的液壓能，還能確保液壓能滿荷；二是控制裝置。該裝置能夠合理控制液壓傳動系統(tǒng)組成元素，比如，工作介質(zhì)的方向、壓力大小，控制裝置具有不同的類型，比如，方向控制閥、流量控制閥；三是工作介質(zhì)。在日常運(yùn)用中，主要采用的是礦物油，其具有多樣化的功效，比如，可以給液壓傳動系統(tǒng)提供必要的傳遞能量。由于液壓元件具有功率大、安裝簡單、易于操控等特點(diǎn)，而收獲機(jī)長期處于惡劣工作環(huán)境下，結(jié)構(gòu)形態(tài)多變，需要進(jìn)行大功率傳遞等。因此液壓傳動系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用于收獲機(jī)械中，極大地提高了收獲機(jī)械的操作性，智能化水平等。圖3為收獲機(jī)液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)示意圖，有常流式、常壓式兩種類型。

1.3 液壓傳動技術(shù)的優(yōu)勢

目前，由于液壓傳動技術(shù)所具備的特點(diǎn)和優(yōu)勢，其在農(nóng)業(yè)機(jī)械、工程機(jī)械、建筑機(jī)械、武器裝備中得到了廣泛的應(yīng)用。特別是液壓傳動技術(shù)能夠更容易實(shí)現(xiàn)其動力參數(shù)和運(yùn)動參數(shù)的控制，提高其制造過程中的工作效率并延長機(jī)械的使用壽命的技術(shù)優(yōu)勢，促使液壓傳動技術(shù)在機(jī)械制造中得到更多的應(yīng)用和更大的發(fā)展。

1） 更容易合理控制運(yùn)動參數(shù)、動力參數(shù)

和機(jī)械傳動相比，液壓傳動遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于它，在合理控制對應(yīng)的流量、壓力的同時(shí)，還具有較好的低速負(fù)荷性能。運(yùn)行過程中，液壓傳動具有多樣化的優(yōu)點(diǎn)，比如，傳遞效率非常高，能夠有效控制恒功率輸出，能充分利用功率，具有較大的速度剛性。隨著液壓傳動技術(shù)日趨完善，很多液壓設(shè)備已經(jīng)成為其中核心的傳動、控制形式。同時(shí)，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速控制恒壓等的出現(xiàn)為液壓傳動更好地應(yīng)用到機(jī)械制造中提供了有利的保障。

2）具有較好的便捷性、靈活性

便捷性、靈活性是液壓傳動的核心優(yōu)點(diǎn)。具體來說，以機(jī)械制造中的形態(tài)、工況實(shí)際需求為基點(diǎn)，把各個(gè)零部件分配到適合的部位，比如，工作機(jī)構(gòu)、發(fā)動機(jī)，使其能夠更好地發(fā)揮自身的作用。同時(shí)，在不同調(diào)度轉(zhuǎn)速工作中，液壓傳動系統(tǒng)都能較好地發(fā)揮牽引力，尤其是在較寬的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)。液壓傳動系統(tǒng)的應(yīng)用可以獲取不同形式的動力傳動特性，靈活應(yīng)對各種作業(yè)負(fù)荷狀態(tài)。

3）實(shí)現(xiàn)液壓控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)、控制

目前電子技術(shù)發(fā)展迅猛，電子技術(shù)迅速融入到液壓技術(shù)后，液壓控制系統(tǒng)不同類型的調(diào)節(jié)、控制都能順利實(shí)現(xiàn)。同時(shí)，在不斷引入計(jì)算機(jī)控制，優(yōu)化利用不同類型傳感元件的基礎(chǔ)上，液壓元件的工作范圍得以迅速擴(kuò)展。傳感器能夠?qū)C(jī)械制造的各種狀態(tài)參數(shù)予以動態(tài)化的監(jiān)測，在整個(gè)工作范圍中，可以實(shí)現(xiàn)自動化控制，使機(jī)器設(shè)備的動力性、作業(yè)生產(chǎn)率達(dá)到最佳值。換句話說，液壓傳動技術(shù)的應(yīng)用為機(jī)械制造走上“智能、環(huán)保、節(jié)能”道路打下了基礎(chǔ)。

圖1 帕斯卡原理圖

圖2 液壓傳動能量傳遞過程圖

2 機(jī)械制造中液壓傳動技術(shù)的現(xiàn)狀

實(shí)際應(yīng)用中，很多傳動技術(shù)都需要相互滲透、融合，比如，在電力、液壓等傳動裝置中，都包含一些機(jī)械傳動環(huán)節(jié)。同樣，在新型的機(jī)械、液力傳動裝置中，也設(shè)置有液壓控制系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)。在新時(shí)代下，液壓傳動技術(shù)在國內(nèi)外機(jī)械制造業(yè)中應(yīng)用極為廣泛，發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。

2.1 在國外機(jī)械制造業(yè)中的現(xiàn)狀

在國外機(jī)械制造行業(yè)中，液壓傳動技術(shù)的應(yīng)用尤為廣泛。當(dāng)下，在一些機(jī)械制造業(yè)比較發(fā)達(dá)的國家中，自身的發(fā)展壯大都和液壓技術(shù)的應(yīng)用有著密不可分的聯(lián)系。就其應(yīng)用來說，美國是世界上最早使用液壓技術(shù)的國家之一，液壓技術(shù)的應(yīng)用、液壓產(chǎn)品的生產(chǎn)都擁有世界上最先進(jìn)的水平，是液壓產(chǎn)品主要的出口國家。此外，在德國，液壓轉(zhuǎn)動技術(shù)的應(yīng)用也非常多，是美國在這方面的主要競爭對手，都是世界上液壓產(chǎn)品與技術(shù)的主要輸出國，日本緊隨其后，發(fā)展速度也非常快。

2.2 在國內(nèi)機(jī)械制造業(yè)中的現(xiàn)狀

2.2.1應(yīng)用與發(fā)展

就我國而言，液壓傳動技術(shù)被廣泛應(yīng)用到現(xiàn)代化國家建設(shè)中，尤其是一些大型復(fù)雜化的機(jī)械裝備機(jī)電系統(tǒng)。液壓傳動技術(shù)在應(yīng)用到機(jī)械制造業(yè)后，使其具有多樣化的優(yōu)點(diǎn)，比如，較高的效率與精度，能夠適應(yīng)各種極端化的環(huán)境、工作條件，為我國高水平核心裝備的自主研發(fā)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。在各種新型機(jī)械、液壓傳動裝置中，液壓、電氣控制系統(tǒng)的設(shè)置充分利用了復(fù)合集成形式，使各種傳動方式具有的優(yōu)點(diǎn)得以更好地發(fā)揮，能夠獲取較好的綜合效益。在應(yīng)用過程中，那些具有較好調(diào)節(jié)性、靈活性，功率密度較高的液壓傳動裝置扮演著關(guān)鍵性的角色。其中串聯(lián)方式是其最常見的復(fù)合形式，操作非常簡單，能夠?qū)崿F(xiàn)分段無級變速，在機(jī)械裝載機(jī)等設(shè)備中得到了廣泛的應(yīng)用。液壓傳動技術(shù)在驅(qū)動輪中的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了大變速比輪邊液壓驅(qū)動，代替了驅(qū)動橋。

圖3 收獲機(jī)液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)示意圖

2.2.2 存在的缺點(diǎn)

在應(yīng)用與發(fā)展過程中，我國已有的液壓傳動技術(shù)還需要進(jìn)一步優(yōu)化完善。比如，在核心的元器件方面，我國需要依賴其他國家先進(jìn)的液壓技術(shù)、液壓產(chǎn)品，還和液壓強(qiáng)國之間有著較大的差距。面對這種情況，我國需要進(jìn)行更加深入的研究，不斷優(yōu)化已有的液壓技術(shù)，使其成為我國的自主核心技術(shù)與自主研發(fā)產(chǎn)品，不需要再依賴其他國家，不斷促進(jìn)我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

3 機(jī)械制造中液壓傳動技術(shù)的具體應(yīng)用

在機(jī)械制造業(yè)中，液壓傳動技術(shù)得到了充分的運(yùn)用，液壓元件、液壓設(shè)備、液壓系統(tǒng)比比皆是。

1）機(jī)床

在制造技術(shù)日益發(fā)展的浪潮中，需要更多“高精、高效”的自動化機(jī)床，需要大量高壓、大流量的柱塞泵，一系列液氣控制元件，比如，電磁閥、疊加閥。液壓傳動技術(shù)主要應(yīng)用到機(jī)床工件工作臺移動、工件夾緊等方面，省去了其繁瑣的制造過程，大大提高了工作效率。機(jī)械制造中液壓傳動的應(yīng)用不僅為制造業(yè)的發(fā)展開闊了前景，而且?guī)恿宋覈?jīng)濟(jì)的發(fā)展。就機(jī)床進(jìn)出口來說，在2014年，我國機(jī)床出口負(fù)增長逐漸得到緩解，機(jī)床貿(mào)易逐漸復(fù)蘇。在2014年1—8月期間，其進(jìn)出口已達(dá)到185.93億美元，同比增長13.91%，出口為70.94億美元，同比增長23.37%，進(jìn)口為114.99億美元，同比增長8.77%，進(jìn)出口逆差為44.05億美元。換句話說，我國機(jī)床出口處于快速增長中，特別是數(shù)控機(jī)床，在2014年1—8月期間，金屬加工機(jī)床出口已達(dá)20.8億美元，同比增長18.17%，平均單價(jià)為6.5萬美元/臺，2013年同期出口平均單價(jià)為4.74萬美元/臺，我國機(jī)床產(chǎn)品的科技含量也有所提升，參與國際市場競爭的力度不斷加大。

2）汽車和工程機(jī)械制造業(yè)

汽車、摩托車都需要大量的轉(zhuǎn)向助力泵、不同類型的密封件、氣動原件等。在制造汽車設(shè)備的時(shí)候，也需要不同類型的泵、氣閥、液壓電磁閥、氣源處理裝置等。在新時(shí)代下，液壓產(chǎn)品的最大用戶便是工程機(jī)械，所占行業(yè)銷售比例不斷擴(kuò)大，液壓產(chǎn)品為工程機(jī)械設(shè)備提供了對應(yīng)的元件和系統(tǒng)，比如，水泥攪拌機(jī)、道路機(jī)械、挖掘機(jī)，創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟(jì)利潤。

4 機(jī)械制造中液壓傳動技術(shù)的發(fā)展前景

液壓傳動技術(shù)是我國機(jī)械制造業(yè)方面的核心技術(shù)，具有很好的發(fā)展前景，逐漸朝著“自動化、高精度、高功率”等方面發(fā)展。一是工作介質(zhì)。在工作介質(zhì)方面，改變了用油作為工作介質(zhì)的現(xiàn)狀，水成為了新的工作介質(zhì)，非常環(huán)保，操作簡單，效率高；二是材料發(fā)展趨勢。相關(guān)材質(zhì)的提高為液壓傳動系統(tǒng)性能得以提高提供了有利的支撐力量，而如何處理材料表面已成為研究的重點(diǎn)方向；三是工作效率的提升。在運(yùn)行過程中，液壓系統(tǒng)存在一定的泄露問題，所以有時(shí)工作效率較為低下，需要不斷提高密封件產(chǎn)品與系統(tǒng)化的設(shè)計(jì)水平，這也是新時(shí)期研究的重點(diǎn)方向；四

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