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液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的基本介紹

1.1液壓傳動(dòng)的發(fā)展概況

液壓傳動(dòng)相對(duì)于機(jī)械傳動(dòng)來說，它是一門新學(xué)科，從17世紀(jì)中葉帕斯卡提出靜壓傳動(dòng)原理，18世紀(jì)末英國(guó)制成第一臺(tái)水壓機(jī)算起，液壓傳動(dòng)實(shí)訓(xùn)臺(tái)已有2～3百年的歷史，只是由于早期技術(shù)水平和生產(chǎn)需求的不足，液壓傳動(dòng)技術(shù)沒有得到普遍地應(yīng)用。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，對(duì)液壓實(shí)訓(xùn)臺(tái)技術(shù)的要求越來越高，液壓綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)技術(shù)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(shè)需求的刺激，液壓傳動(dòng)實(shí)驗(yàn)室設(shè)備日趨成熟。

　　第二次世界大戰(zhàn)前后，成功地將液壓傳動(dòng)演示系統(tǒng)用于艦艇炮塔轉(zhuǎn)向器，其后出現(xiàn)了液壓六角車床和磨床，一些通用機(jī)床到本世紀(jì)30年代才用上了工程液壓傳動(dòng)實(shí)訓(xùn)臺(tái)。第二次世界大戰(zhàn)期間，在兵器上采用了功率大、反應(yīng)快、動(dòng)作準(zhǔn)的工程液壓氣動(dòng)PLC綜合控制實(shí)驗(yàn)臺(tái)，它大大提高了兵器的性能，也大大促進(jìn)了液壓技術(shù)的發(fā)展。戰(zhàn)后，液壓技術(shù)迅速轉(zhuǎn)向民用，并隨著各種標(biāo)準(zhǔn)的不斷制訂和完善及各類元件的標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)格化、系列化而在機(jī)械制造，工程機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī)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(shù)、航空航天技術(shù)、控制技術(shù)、材料科學(xué)、微電子技術(shù)等學(xué)科的發(fā)展，再次將氣動(dòng)液壓PLC綜合控制實(shí)驗(yàn)臺(tái)推向前進(jìn)，使它發(fā)展成為包括傳動(dòng)、控制、檢測(cè)在內(nèi)的一門完整的自動(dòng)化技術(shù)，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)部門都得到了應(yīng)用，如工程機(jī)械、數(shù)控加工中心、冶金自動(dòng)線等。采用透明液壓實(shí)訓(xùn)臺(tái)的程度已成為衡量一個(gè)國(guó)家工業(yè)水平的重要標(biāo)志之一。

我國(guó)的液壓工業(yè)開始于20世紀(jì)50年代，透明液壓傳動(dòng)實(shí)訓(xùn)裝置液壓元件*初應(yīng)用于機(jī)床和鍛壓設(shè)備。60年代獲得較大發(fā)展，已滲透到各個(gè)工業(yè)部門，在機(jī)床、工程機(jī)械、冶金、農(nóng)業(yè)機(jī)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(yīng)用。當(dāng)前氣動(dòng)實(shí)訓(xùn)臺(tái)液壓技術(shù)正向高壓、高速、大功率、高效率、低噪聲、低能耗、長(zhǎng)壽命、高度集成化等方向發(fā)展。同時(shí)，新元件的應(yīng)用、系統(tǒng)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)仿真和優(yōu)化、微機(jī)控制等工作，也取得了顯著成果。

目前，我國(guó)的液壓件已從低壓到高壓形成系列，并生產(chǎn)出許多新型元件，如插裝式錐閥、電液比例閥、電液伺服閥、電業(yè)數(shù)字控制閥等。我國(guó)機(jī)械工業(yè)在認(rèn)真消化、推廣國(guó)外引進(jìn)的先進(jìn)液壓技術(shù)的同時(shí)，大力研制、開發(fā)國(guó)產(chǎn)液壓件新產(chǎn)品，加強(qiáng)產(chǎn)品質(zhì)量可靠性和新技術(shù)應(yīng)用的研究，積極采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，合理調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，對(duì)一些性能差而且不符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的液壓件產(chǎn)品，采用逐步淘汰的措施。由此可見，隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，氣動(dòng)PLC控制實(shí)驗(yàn)臺(tái)液壓技術(shù)將獲得進(jìn)一步發(fā)展，在各種機(jī)械設(shè)備上的應(yīng)用將更加廣泛．

1.2液壓傳動(dòng)的工作原理和組成

1.2.1工作原理

液壓傳動(dòng)|氣動(dòng)液壓PLC綜合控制實(shí)驗(yàn)室設(shè)備是以液體為工作介質(zhì)，利用壓力能來驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)方式。驅(qū)動(dòng)機(jī)床工作臺(tái)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）.工作原理如下：電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)液壓泵經(jīng)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(jīng)開停閥、節(jié)流閥、換向閥進(jìn)入液壓缸，推動(dòng)活塞而使工作臺(tái)左右移動(dòng)。液壓缸里的油液經(jīng)換向閥和回油管排回油箱。

2）.工作臺(tái)的移動(dòng)速度是通過節(jié)流閥來調(diào)節(jié)的。當(dāng)節(jié)流閥開大時(shí)，進(jìn)入液壓缸的油量增多，工作臺(tái)的移動(dòng)速度增大；當(dāng)節(jié)流閥關(guān)小時(shí)，進(jìn)入液壓缸的油量減少，工作臺(tái)的移動(dòng)速度減少。由此可見，速度是由油量決定的。

1.2.2液壓系統(tǒng)的基本組成

1）能源裝置——液壓泵。它將動(dòng)力部分（電動(dòng)機(jī)或其它遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)）所輸出的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成液壓能，給系統(tǒng)提供壓力油液。

2）執(zhí)行裝置——液壓機(jī)（液壓缸、液壓馬達(dá)）。通過它將液壓能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，推動(dòng)負(fù)載做功。

3）透明液壓傳動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置——液壓閥（流量閥、壓力閥、方向閥等）。通過它們的控制和調(diào)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(guān)等.通過這些元件把系統(tǒng)聯(lián)接起來，以實(shí)現(xiàn)各種工作循環(huán)。

5）工作介質(zhì)——液壓油。絕大多數(shù)液壓油采用礦物油，系統(tǒng)用它來傳遞能量或信息。

1.3液壓傳動(dòng)的定義

一部完整的機(jī)器是由原動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及控制部分、工作機(jī)(含輔助裝置)組成。原動(dòng)機(jī)包括電動(dòng)機(jī)、內(nèi)燃機(jī)等。工作機(jī)即完成該機(jī)器之工作任務(wù)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(dòng)機(jī)的功率和轉(zhuǎn)速變化范圍有限，為了適應(yīng)工作機(jī)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(dòng)機(jī)和工作機(jī)之間設(shè)置了傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，其作用是把原動(dòng)機(jī)輸出功率經(jīng)過變換后傳遞給工作機(jī)。

　　傳動(dòng)機(jī)構(gòu)通常分為氣動(dòng)液壓PLC綜合控制實(shí)驗(yàn)室設(shè)備、機(jī)械傳動(dòng)、氣動(dòng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)、電氣傳動(dòng)和流體傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。流體傳動(dòng)是以流體為工作介質(zhì)進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換、傳遞和控制的傳動(dòng)。它包括液壓傳動(dòng)、液力傳動(dòng)和氣壓傳動(dòng)。

透明液壓傳動(dòng)與氣動(dòng)綜合控制實(shí)驗(yàn)臺(tái)液壓傳動(dòng)和液力傳動(dòng)均是以液體作為工作介質(zhì)來進(jìn)行能量傳遞的傳動(dòng)方式。液壓傳動(dòng)主要是利用液體的壓力能來傳遞能量；而液力傳動(dòng)則主要是利用液體的動(dòng)能來傳遞能量。由于液壓傳動(dòng)有許多突出的優(yōu)點(diǎn)，因此，它被廣泛地應(yīng)用于機(jī)械制造、工程建筑、石油化工、交通運(yùn)輸、軍事器械、礦山冶金、輕工、農(nóng)機(jī)、漁業(yè)、林業(yè)等各方面。同時(shí)，也被應(yīng)用到航天航空、海洋開發(fā)、核能工程和地震預(yù)測(cè)等各個(gè)工程技術(shù)領(lǐng)域。

1.4液壓傳動(dòng)的優(yōu)缺點(diǎn)

液壓傳動(dòng)能得到如此迅速的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用，透明液壓傳動(dòng)實(shí)訓(xùn)臺(tái)是由于它與機(jī)械傳動(dòng)、電氣傳動(dòng)、氣壓傳動(dòng)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：

　　1）液壓傳動(dòng)實(shí)訓(xùn)臺(tái)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(jié)構(gòu)緊湊、動(dòng)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(jī)重量的10%～20%，前者的外形尺寸　

只有后者的12% ～13%．

　　2）液壓實(shí)訓(xùn)臺(tái)能方便地實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速，并且調(diào)速范圍大．

　　3）液壓傳動(dòng)裝置工作平穩(wěn)、反應(yīng)快、沖擊小、能快速啟動(dòng)制動(dòng)和頻繁換向．

　　4）液壓傳動(dòng)裝置的控制、調(diào)節(jié)比較簡(jiǎn)單，操縱比較方便、

省力，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化．當(dāng)機(jī)、電、液配合使用時(shí)，易實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜的自動(dòng)工作循環(huán)．

　　5）液壓綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)易獲得很大的力和轉(zhuǎn)矩，可以使傳動(dòng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單．

　　6）液壓系統(tǒng)易于實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)，同時(shí)，因采用油液作為傳動(dòng)介質(zhì)，相對(duì)運(yùn)動(dòng)表面鍵能自行潤(rùn)滑，故元件的使用壽命長(zhǎng)．

　　7）由于液壓元件已實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化，所以液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、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(jī)動(dòng)性．

　　液壓傳動(dòng)的主要缺點(diǎn)

　　1）液壓傳動(dòng)是以液體為工作介質(zhì)，在相對(duì)運(yùn)動(dòng)表面間不可避免要有泄漏，同時(shí)，液體又不是絕對(duì)不可壓縮的，因此不宜在傳動(dòng)比要求嚴(yán)格的場(chǎng)合采用．

　　2）液壓傳動(dòng)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(yuǎn)距離傳動(dòng)．

　　3）液壓傳動(dòng)對(duì)油溫的變化比較敏感，油溫變化會(huì)影響運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性．因此，在低溫和高溫條件下，采用液壓傳動(dòng)氣動(dòng)實(shí)訓(xùn)臺(tái)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(duì)油液的污染比較敏感．

　　5）透明液壓傳動(dòng)與氣動(dòng)綜合控制實(shí)驗(yàn)臺(tái)故障的診斷比較困難，因此對(duì)維修人員提出更高的要求，即需要系統(tǒng)的掌握液壓傳動(dòng)的理論知識(shí)，液壓具有一定的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)．

　　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PLC控制實(shí)驗(yàn)臺(tái)的優(yōu)點(diǎn)是突出的，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，液壓傳動(dòng)的缺點(diǎn)將得到克服，液壓傳動(dòng)將日益完善，液壓技術(shù)與電子技術(shù)及其它傳動(dòng)方式的結(jié)合更是前途無量．

1.5液壓系統(tǒng)氣動(dòng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)的應(yīng)用領(lǐng)域

1.5.1液壓傳動(dòng)在機(jī)械行業(yè)中的應(yīng)用：

機(jī)床工業(yè)——磨床、銑床、刨床、拉床、壓力機(jī)、自動(dòng)機(jī)床、組合機(jī)床、數(shù)控機(jī)床、加工中心等

工程機(jī)械——挖掘機(jī)、裝載機(jī)、推土機(jī)等

汽車工業(yè)——自卸式汽車、平板車、高空作業(yè)車等

農(nóng)業(yè)機(jī)械——聯(lián)合收割機(jī)的控制系統(tǒng)、拖拉機(jī)的懸掛裝置、透明液壓傳動(dòng)實(shí)訓(xùn)臺(tái)等

輕工機(jī)械——打包機(jī)、注塑機(jī)、校直機(jī)、橡膠硫化機(jī)、造紙機(jī)等

冶金機(jī)械——電爐控制系統(tǒng)、軋鋼機(jī)控制系統(tǒng)等

起重運(yùn)輸機(jī)械——起重機(jī)、叉車、裝卸機(jī)械、液壓千斤頂?shù)?/span>

礦山機(jī)械——開采機(jī)、提升機(jī)、液壓支架等

建筑機(jī)械——打樁機(jī)、平地機(jī)等

船舶港口機(jī)械——起貨機(jī)、錨機(jī)、舵機(jī)等

鑄造機(jī)械——砂型壓實(shí)機(jī)、加料機(jī)、壓鑄機(jī)等

1.5.2透明液壓傳動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置的應(yīng)用

靜液壓傳動(dòng)由于液壓傳動(dòng)實(shí)驗(yàn)室設(shè)備具有無級(jí)變速，調(diào)速范圍寬，可以實(shí)現(xiàn)恒扭或恒功率調(diào)速，容易實(shí)現(xiàn)電控等優(yōu)點(diǎn)，在工程機(jī)械中具有良好的應(yīng)用前景。但是在鏟土運(yùn)輸機(jī)械和起重機(jī)械中作為主要氣動(dòng)PLC控制實(shí)驗(yàn)臺(tái)傳動(dòng)就用卻很少，其主要問題是在于國(guó)內(nèi)液壓元件質(zhì)量差，而國(guó)外的液壓元件價(jià)格又太高，會(huì)造成主同成本過高。90年代以來，國(guó)內(nèi)已引進(jìn)了德國(guó)林德公司靜液壓叉車，以及利勃海爾公司靜液壓推土機(jī)的透明液壓傳動(dòng)實(shí)訓(xùn)裝置，但在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)所占份額很小。從國(guó)內(nèi)工程機(jī)械市場(chǎng)的實(shí)際出發(fā)，本文對(duì)靜液壓傳動(dòng)在國(guó)內(nèi)的推廣應(yīng)用提出探討性的意見如下：

（1）工程液壓傳動(dòng)實(shí)訓(xùn)臺(tái)叉車在發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)被廣泛采用，由于國(guó)內(nèi)部分倉(cāng)庫(kù)、碼頭和工廠等使用部門對(duì)叉車的機(jī)動(dòng)性能（尤其是低速性能）、噪聲已經(jīng)有較高的要求，因此這些部門正在成為國(guó)內(nèi)靜液壓叉車用戶。國(guó)內(nèi)叉車和液壓元件生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)該看到靜液壓叉車的良好前景，聯(lián)合研究開發(fā)適合我國(guó)國(guó)情的叉車靜液壓系統(tǒng)工程液壓氣動(dòng)PLC綜合控制實(shí)驗(yàn)臺(tái)，提供能先進(jìn)，工作可靠，價(jià)格適中的產(chǎn)品。也可以采用與國(guó)際靜液壓元件制造公司聯(lián)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(jī)械由于具有挖掘，裝載，叉車和起重等多功能，在發(fā)達(dá)國(guó)家液壓傳動(dòng)演示系統(tǒng)已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)尤其是城市建設(shè)的發(fā)展，中小型多功能工程機(jī)械也將在我國(guó)推廣應(yīng)用，而它們無疑將首先采用靜液壓傳動(dòng)作為其主要傳動(dòng)裝置。國(guó)內(nèi)工程機(jī)械企業(yè)應(yīng)該看到中小型多功能工程機(jī)械的發(fā)前景，聯(lián)合國(guó)內(nèi)外靜液壓元件生產(chǎn)企業(yè)共同開展對(duì)它們的研究開發(fā)，以促進(jìn)中小型多功能工程機(jī)械在我國(guó)的發(fā)展。

（3）在國(guó)內(nèi)大型鏟土運(yùn)輸和起重機(jī)械中，由于氣動(dòng)液壓PLC綜合控制實(shí)驗(yàn)臺(tái)配套的靜液壓與電子控制元件的技術(shù)難度大，價(jià)格太高，在國(guó)內(nèi)用戶中難以接受。因此，在我國(guó)暫時(shí)不宜將靜液壓傳動(dòng)透明液壓實(shí)訓(xùn)臺(tái)研究開發(fā)的重點(diǎn)放在與大型鏟土運(yùn)輸和起重機(jī)械配套上，而應(yīng)將重點(diǎn)放在上述兩類工程機(jī)械上。

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