液壓傳動(dòng)在機(jī)械驅(qū)動(dòng)中的應(yīng)用

王娜++白軍++姜梅

摘 要：液壓傳動(dòng)作為一種驅(qū)動(dòng)技術(shù)，在各個(gè)領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用，尤其在機(jī)械驅(qū)動(dòng)中占有重要地位。文章以液壓傳動(dòng)技術(shù)在機(jī)械驅(qū)動(dòng)中的液壓機(jī)液壓系統(tǒng)應(yīng)用為例，闡述液壓傳動(dòng)技術(shù)的適用性及推廣前景。

關(guān)鍵詞：液壓傳動(dòng)；機(jī)械驅(qū)動(dòng)；液壓機(jī)液壓系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TG502.32 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2017）29-0151-03

Abstract： hydraulic drive as a drive technology， is widely applied in various fields， especially occupies an important position in the mechanical drive. Based on hydraulic transmission technology in mechanical drive hydraulic system of hydraulic press， for example， discusses the applicability of the hydraulic transmission technology and promotion prospects.

Keywords： hydraulic transmission； mechanical drive； hydraulic system of hydraulic press

引言

液壓傳動(dòng)在機(jī)械驅(qū)動(dòng)中是常用的技術(shù)，傳動(dòng)過程以液壓油作為工作介質(zhì)對(duì)能量進(jìn)行傳遞。液壓傳動(dòng)技術(shù)從誕生到近50多年來真正的得到推廣，突顯出的適用、高效、便捷等優(yōu)點(diǎn)使得液壓傳動(dòng)技術(shù)越來越受到重視，如今已滲透到國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域，如工業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)機(jī)、計(jì)算機(jī)仿真、國防軍事等方面。

液壓傳動(dòng)技術(shù)被廣泛應(yīng)用于不同的領(lǐng)域，為各行業(yè)的發(fā)展起到了推動(dòng)的作用。早期時(shí)候，日本的Mitsubishi公司、德國的M.A.N公司都做過使用液壓蓄能器儲(chǔ)能的液驅(qū)混合動(dòng)力車輛，研究液壓傳動(dòng)在工業(yè)生產(chǎn)中汽車驅(qū)動(dòng)領(lǐng)域的廣泛使用。[1]1939年液壓傳動(dòng)技術(shù)開始應(yīng)用于航空業(yè)，中國直升機(jī)設(shè)計(jì)研究院也做過液壓系統(tǒng)在直升機(jī)操作系統(tǒng)中的應(yīng)用研究。1990年華中理工大學(xué)開始研究純水液壓傳動(dòng)技術(shù)，并在1996年研發(fā)成功運(yùn)用于國內(nèi)第一臺(tái)艦艇。[2]眾多的實(shí)驗(yàn)證明了液壓傳動(dòng)技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域的廣泛性，而作為液壓傳動(dòng)方式之一的液壓機(jī)液壓系統(tǒng)應(yīng)用案例卻不是很多。

液壓機(jī)是工業(yè)部門廣泛使用的壓力加工設(shè)備，可用于塑性材料的加工也可用于校正和壓裝等。本文將以四柱式液壓機(jī)液壓系統(tǒng)為例，闡述液壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，原理和特點(diǎn)，并分析液壓傳動(dòng)術(shù)的適用性及推廣前景。

1 四柱式液壓機(jī)液壓系統(tǒng)的構(gòu)造

四柱萬能液壓機(jī)是用于金屬、塑料、橡膠等產(chǎn)品加工的機(jī)械設(shè)備。原理是利用帕斯卡定律制成的利用液體壓強(qiáng)傳動(dòng)的機(jī)械。根據(jù)需要的不同，液壓機(jī)可分為油壓機(jī)和水壓機(jī)兩大類。

系統(tǒng)組成

四柱式萬能液壓機(jī)是常見于壓力加工設(shè)備中的形式，通常以三梁四柱式作為通用結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)由機(jī)身和主缸、行程限位裝置、潤滑裝置、液壓動(dòng)力系統(tǒng)及電氣系統(tǒng)等部件組成，機(jī)身包括橫梁（上橫梁，活動(dòng)橫梁、下橫梁）、工作臺(tái)、立柱、鎖母、導(dǎo)向套等組成，活動(dòng)橫梁在油缸驅(qū)動(dòng)下沿著四柱上下直線運(yùn)動(dòng)。

四個(gè)立柱、上下兩個(gè)橫梁和16個(gè)內(nèi)外螺母將液壓機(jī)構(gòu)成一個(gè)液壓機(jī)外框架，整個(gè)框架承受機(jī)身工作的全部載荷。工作缸（主缸）固定于上橫梁上，上橫梁兩側(cè)還有回程缸，與橫梁連接在一起，工作缸內(nèi)裝有活塞，與活動(dòng)橫梁連接；[3]四個(gè)立柱起到導(dǎo)向作用，是主要的受力件，須有較高的剛度和精度，保證模具的模型規(guī)范；活動(dòng)橫梁依附四根立柱在上下橫梁間做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，通過調(diào)節(jié)四個(gè)調(diào)節(jié)螺母，可調(diào)節(jié)滑塊下平面對(duì)工作臺(tái)臺(tái)面的不平行度及行程時(shí)的不垂直度；下橫梁位于底部工作臺(tái)下。橫梁有鑄造結(jié)構(gòu)和焊接結(jié)構(gòu)兩種，因?yàn)橥庑纬叽缢伎臻g較其它結(jié)構(gòu)要大，為了減輕機(jī)身重量，提高金屬的利用率，往往都將梁做成空心的，中間加設(shè)方格形或輻射形分布的肋板，根據(jù)受力情況不同分布肋板疏密。在安裝缸或柱塞及立柱的地方做成圓筒形，使環(huán)行支撐面的剛度盡可能一致，并用肋板與外壁相互之間連接起來；下橫梁位于工作臺(tái)之下，與整個(gè)框架連為一體。[3]

2 液壓傳動(dòng)在四柱液壓機(jī)液壓系統(tǒng)中的驅(qū)動(dòng)技術(shù)

為完成一般的壓制工藝，液壓機(jī)需滿足能實(shí)現(xiàn)工作循環(huán)、變換和調(diào)節(jié)壓力、功率利用合理、平穩(wěn)性和安全性高等要求。

2.1 液壓系統(tǒng)的工作過程

四柱液壓機(jī)一般的成型壓制工藝過程，如圖1中的標(biāo)注位置所示。

（1）首先主缸活塞快速下移。啟動(dòng)泵，并使電磁鐵（1、2、6）YA通電，泵進(jìn)入工作狀態(tài)，將油泵入系統(tǒng)，閥19的A、T口相通，系統(tǒng)壓力油通過閥（5、7、9、24）進(jìn)入主缸上腔；插裝閥6與油箱連通，閥6打開后油回流入油箱，活動(dòng)橫梁（滑塊）由于自重下沉使主缸上腔內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓，此時(shí)高位油箱從充液閥25對(duì)上腔充液。[4]

（2）減速及壓制?；顒?dòng)橫梁下移過程中，當(dāng)滑塊上的擋塊觸壓行程開關(guān)2ST后6YA斷電，下腔產(chǎn)生由閥13預(yù)調(diào)的背壓，上腔內(nèi)壓力增高致使充液閥關(guān)閉，滑塊下移速度減慢。滑塊接觸工件后開始加壓，系統(tǒng)壓力升高，泵流量減小，上腔壓力油打開順序閥12，使閥6無背壓回油，上腔壓力全作用于工件上。

（3）保壓延時(shí)。加壓完畢擋塊觸壓開關(guān)5ST，或缸內(nèi)壓力升高，繼電器21發(fā)出信號(hào)，轉(zhuǎn)為保壓狀態(tài)。[4]

（4）卸壓返回。保壓直至?xí)r間繼電器發(fā)出信號(hào)，電磁鐵（1、3）YA通電，泵再次進(jìn)入工作狀態(tài)，閥18的P、B口相通，打開插裝閥7和充液閥25的卸壓閥芯，卸壓主缸上腔直至壓力降到調(diào)定壓力以下，關(guān)閉閥12和閥6，下腔壓力上升，實(shí)現(xiàn)主缸換向返回。

（5）頂出缸動(dòng)作。主缸回程觸壓限位開關(guān)1ST發(fā)出信號(hào)，3YA斷電，閥7關(guān)閉，使主缸活塞靠下腔背壓懸停在上方；5YA通電，閥17的P、A相通，B、T口相通，系統(tǒng)向頂出缸下腔供油實(shí)現(xiàn)頂出缸動(dòng)作。

（6）頂出動(dòng)作完成后觸碰到行程開關(guān)3ST發(fā)出信號(hào)，5YA斷電，4YA通電，閥17的P、B口相通，A、T口相通，頂出缸活塞下移至觸碰到4ST，此時(shí)全部電磁鐵斷電，頂出缸活塞停在下方，液壓機(jī)恢復(fù)初始位置，完成一個(gè)工作循環(huán)。[4]

2.2 液壓系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)的主要元件及作用

以采用插裝閥的液壓機(jī)液壓系統(tǒng)為例，液壓機(jī)液壓系統(tǒng)的主要元件有變量軸向柱塞泵、過濾器、插裝閥、調(diào)壓閥、順序閥、電磁閥、換向閥等多個(gè)元件聯(lián)合工作。如上圖1。

主要元件及作用

（1）變量軸向柱塞泵：為系統(tǒng)供給壓力油，額定壓力為

32MPa，額定流量為100L/min。

（2）過濾器：帶有污染指示器，過濾進(jìn)入系統(tǒng)的油液。

（3）安全溢流閥①：由插裝閥3和調(diào)壓閥10構(gòu)成安全溢流閥，用于限制頂出缸下腔的最大工作壓力。調(diào)壓閥14作為遠(yuǎn)程調(diào)壓閥，用以調(diào)整頂出缸液壓墊的工作壓力。

（4）安全溢流閥②：由插裝閥8和調(diào)壓閥15構(gòu)成，以限制主缸上腔的最大工作應(yīng)力。

（5）電磁溢流閥：由插裝閥4、調(diào)壓閥11和電磁閥16共同構(gòu)成電磁溢流閥，用以控制液壓泵的最大工作壓力和卸荷。

（6）單向閥：插裝閥5為單向閥，防止油液向泵倒流。

（7）復(fù)合機(jī)能調(diào)壓閥：由插裝閥6、順序閥12以及調(diào)壓閥13、電磁閥20組成，是調(diào)節(jié)主缸下腔的平衡壓力，控制主缸卸壓換向的數(shù)值的設(shè)備。

（8）換向閥①：由插裝閥7和電磁閥18，梭閥22構(gòu)成二位二通換向閥，位于主缸下腔進(jìn)油口處，可切換進(jìn)油口。

（9）換向閥②：由插裝閥9、電磁閥19、梭閥23組成二位二通換向閥，位于主缸上腔進(jìn)油口處，可切換上腔進(jìn)油口。

（10）液控單向閥：即充液閥，主缸活塞下行時(shí)，此閥在負(fù)壓下打開，使主缸充液，活塞換向返回時(shí)對(duì)上腔先卸壓后全開回油。

（11）單向閥24：用于主缸上腔保壓。

（12）電液換向閥：控制頂出缸活塞的運(yùn)動(dòng)方向。

3 液壓傳動(dòng)的適用性及推廣前景

3.1 液壓傳動(dòng)的適用性及特點(diǎn)

目前主要的傳動(dòng)方式主要有機(jī)械、電氣、液壓和氣壓四大類。適用性最強(qiáng)，應(yīng)用最廣泛的是液壓傳動(dòng)。

液壓傳動(dòng)系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)相比其他傳動(dòng)要更明顯。在相同功率下，液壓執(zhí)行元件重量輕，結(jié)構(gòu)緊湊。傳動(dòng)使用的壓力在7Mpa左右，也可高達(dá)50Mpa。相比同樣輸出壓力的電機(jī)及機(jī)械傳動(dòng)裝置，液壓裝置的體積小得多。[5]在機(jī)床工業(yè)中，有85%的傳動(dòng)系統(tǒng)采用了液壓傳動(dòng)與控制。如磨床、銑床、刨床、拉床、壓力機(jī)、剪床、和組合機(jī)床等，適用性比較強(qiáng)。[6]在工程機(jī)械中，液壓傳動(dòng)普遍見于農(nóng)用機(jī)械，相比以前的人力勞作，方便靈活，工作效率大大提高，并且能實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)節(jié)，調(diào)速范圍大。冶金工業(yè)中，電爐控制系統(tǒng)、軋鋼機(jī)的控制系統(tǒng)、轉(zhuǎn)爐控制、高爐控制、帶材跑偏和恒張力裝置等都采用了液壓技術(shù)。[7]電流變、磁流變技術(shù)不斷與液壓技術(shù)相結(jié)合，應(yīng)用于軍事工業(yè)，火炮操縱裝置、船舶減搖裝置、飛行器仿真、飛機(jī)起落架的收放裝置和方向舵控制裝置等，采用電液聯(lián)合控制后，不僅可實(shí)現(xiàn)更高程度的自動(dòng)控制過程，而且可以實(shí)現(xiàn)遙控功能。[8]

液壓傳動(dòng)系統(tǒng)有很多優(yōu)點(diǎn)亦會(huì)存在一些局限性。如液壓傳動(dòng)不能得到嚴(yán)格的傳動(dòng)比，油液流動(dòng)過程中存在部分損失，不適宜遠(yuǎn)距離傳動(dòng)；液壓傳動(dòng)對(duì)油溫變化較敏感，這會(huì)影響它的工作穩(wěn)定性；液壓元件制造精度要求高，給使用與維修保養(yǎng)帶來一定困難。[4]盡管目前還有一些使用弊端，隨著技術(shù)的進(jìn)步，從實(shí)驗(yàn)以及實(shí)踐中不斷更新經(jīng)驗(yàn)，盡量克服液壓傳動(dòng)的缺點(diǎn)，液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的使用局限性會(huì)越來越小。

3.2 推廣前景

現(xiàn)如今，液壓傳動(dòng)的水平已經(jīng)成為一個(gè)國家工業(yè)水平高低的標(biāo)志。[9]與其他傳動(dòng)類型相比，液壓傳動(dòng)技術(shù)的優(yōu)勢明顯。

傳動(dòng)方式較多，大多具有較好的傳動(dòng)性能，但是相較于液壓傳動(dòng)而言，其他傳動(dòng)會(huì)受到很多條件限制。與機(jī)械傳動(dòng)相比，液壓傳動(dòng)更容易根據(jù)現(xiàn)實(shí)情況傳遞動(dòng)力，可進(jìn)行無級(jí)調(diào)節(jié)，操作方便，不易受空間和材料限制，成本較低。

與氣動(dòng)相比，液壓傳動(dòng)操作力大，負(fù)載變化影響小，設(shè)備安全可靠性好，噪聲小。對(duì)于電傳動(dòng)來說，液壓傳動(dòng)操作力較高，動(dòng)作稍慢但穩(wěn)定性好，環(huán)境要求不高，可短距離操作，工作壽命長，成本低廉。雖然在很多中小型生產(chǎn)設(shè)備中，電傳動(dòng)仍占據(jù)主導(dǎo)地位，但液壓傳動(dòng)經(jīng)濟(jì)效益好，結(jié)合計(jì)算機(jī)和電子控制技術(shù)，是有可能取代電傳動(dòng)的。[10]

總的來說，無論在經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，性能指標(biāo)或是適用范圍方面，液壓傳動(dòng)系統(tǒng)都優(yōu)于其他幾類傳動(dòng)形式，發(fā)展空間更廣闊。

4 結(jié)束語

（1）流體傳動(dòng)技術(shù)的優(yōu)勢明顯，發(fā)展空間較大。

（2）液壓傳動(dòng)相較于氣壓傳動(dòng)、電傳動(dòng)和機(jī)械傳動(dòng)等方式，更容易根據(jù)現(xiàn)實(shí)情況傳遞動(dòng)力，可進(jìn)行無級(jí)調(diào)節(jié)，操作方便，且應(yīng)用成本較低。

（3）液壓傳動(dòng)經(jīng)濟(jì)效益好，結(jié)合計(jì)算機(jī)和電子控制技術(shù)，局限性更小，應(yīng)用范圍更廣。

從目前的發(fā)展趨勢來看，液壓傳動(dòng)技術(shù)相較于其他類型的傳動(dòng)是最普遍，最實(shí)用的，雖然與理想型的傳動(dòng)還存在差距，但是液壓系統(tǒng)本身的優(yōu)勢是不可取代的。隨著發(fā)展需求的增加，液壓傳動(dòng)方面的研究會(huì)越來越多，液壓傳動(dòng)技術(shù)也必將有更廣闊的前景。

參考文獻(xiàn)：

[1]任國軍.公共汽車制動(dòng)能量再生的液壓儲(chǔ)能技術(shù)研究[D].山東理工大學(xué)，2006.

[2]黃浩銘.現(xiàn)代液壓傳動(dòng)技術(shù)的歷史、方向和發(fā)展趨勢[J].汽車與機(jī)械，2015（02）.

[3]騰州科信.四柱液壓機(jī)導(dǎo)向結(jié)構(gòu)[N].科信新聞網(wǎng)，2014.

[4]丁樹模，丁問司.液壓傳動(dòng)（第三版）[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.

[5]徐玉.液壓氣動(dòng)技術(shù)的發(fā)展歷史及感想[J].機(jī)械/儀表，2012.

[6]陳俊仁.液壓在工程機(jī)械和冶金機(jī)械上的應(yīng)用[J].機(jī)械/儀表，2011.

[7]姜萬錄.流體傳動(dòng)與控制/流體機(jī)械與工程[J].機(jī)械電子工程（液壓方向），2012.

[8]李建明，陳飛.液壓傳動(dòng)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與前景展望[D].中國礦業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，2011.

[9]王博，李海燕.液壓傳動(dòng)技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].工業(yè)應(yīng)用技術(shù)，2016.

[10]肖淼鑫，陳波.液壓技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢[J].機(jī)電工程，2012.

[11]楊茜.液壓傳動(dòng)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].機(jī)械/儀表，2012.