液压与气压传动在加工中的应用Word文档下载推荐.docx
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致谢17
参考文献18
【摘要】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，液压与气压技术迅速发展，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，液压与气压所具有的优势也日渐凸现。
随着世界工业水平的不断提高，各类液压气压产品的标准化、系列化和通用化也使液压传动技术得到了迅速发展，液压与气压技术开始向高压、高速、大功率、高效率、低噪声、低能耗、高度集成化等方向发展。
可以预见，液压与气压技术将在现代化生产中发挥越来越重要的作用。
【关键词】液压与气压新技术机械工程
Hydraulicandpneumaticinprocessingtheapplication
Abstract：
20centurysince9Os,engineeringmachineryintoanewdevelopingperiod,wideapplicationofnewtechlogiesmakenewstructureandnewproductscontinuouslyemerging.Withmicroelectronicstechnologytothepenetrationofengineeringmachinery,constructionmachineryincreasinglytointelligentandeectromechanicalintegrationdevelopmentdirection,andtheengineeringmechanicaltraveldriverequestalsomoreandmoredemanding.Inrecentyears,thehydraulicandpneumatictechnologyrapiddevelopment,hydrauliccomponentsgraduallyimproved,makinghydraulictransmissioninmechanicaltransmissionsystem,theapplicationbyleapsandbounds,hydraulicandpneumatic'
ssuperiorityhasalsobecomeprominent.
Withtheconstantimprovementofindustry,allkindsofhydraulicpneumaticproductstandardizationandserializationandgeneralizationandhydraulictransmissiontechnologyhavedevelopedrapidly,hydraulicandpneumatictechnologyhighspeed,highvoltage,andbegantohighpower,highefficiency,lownoise,lowenergyconsumption,highlyintegrateddevelopmentdirection.Canforesee,hydraulicandpneumatictechnologyinthemodernproductionwillplaymoreandmoreimportantrole.
Keywords:
HydraulicandpneumaticThenewtechnologymechanicalengineering
1绪论
1.1液压与气压的简介
液压传动和气压传动称为流体传动，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，是工农业生产中广为应用的一门技术。
如今，流体动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。
1795年英国约瑟夫·
布拉曼（JosephBraman,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。
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。
1925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20~30年间，日本液压传动发展之快，届世界领先地位。
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；
土木水利工程用的防洪闸门及堤坝装置、河床升降装置、桥梁操纵机构等；
发电厂涡轮机调速装置、核发电厂等国；
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。
气压传动的应用历史悠久。
从18世纪的产业革命开始,气压传动逐渐被应用于各类行业中。
如矿山用的风钻,火车的刹车装置等。
而气压传动应用于一般工业中的自动化、省力化则是近些年的事情。
目前世界各国都把气压传动作为一种低成本的工业自动化手段。
国内外自20世纪60年代以来,气压传动发展十分迅速,目前气压传动元件的发展速度已超过了液压元件,气压传动已成为一个独立的专门技术领域。
气压传动技术应用也相当普遍，许多机器设备中装有气压传动系统，在工业各领域，如机械、电子、钢铁、运输车辆及制造、橡胶、纺织、化工、食品、包装、印刷和烟草领域等，气压传动技术已成为基本组成部分。
在尖端技术领域如核工业和宇航中，气压传动技术也占据着重要的地位。
1.2现在液压气压的目前状况
1.2.1基本概况
经过40多年的努力，我国液压、气压和密封件行业已形成了一个门类比较齐全，有一定生产能力和技术水平的工业体系。
据1995年全国第三次工业普查统计，我国液压、气压和密封件工业乡及乡以上年销售收入在100万元以上的国营、村办、私营、合作经营、个体、“三资”等企业共有1300余家，其中液压约700家，气压和密封件各约300余家。
按1996年国际同行业统计，我国液压行业总产值23.48亿元，占世界第6位；
气压行业总产值4.19亿元，占世界第10位。
1.2.2当前供需概况
通过技术引进，自主开发和技术改造，高压柱塞泵、齿轮泵、叶片泵、通用液压阀门、油缸、无油润滑气压件和各类密封件第一大批产品的技术水平有了明显的提高，并可稳定的批量生产，为各类主机提高产品水平提供了保证。
另外，在液压气压元件和系统的CAD、污染控制、比例伺服技术等方面也取得一定成果，并已用于生产。
目前，液压、气压和密封件产品总计约有3000个品种、23000多个规格。
其中，液压有1200个品种、10000多个规格（含液力产品60个品种、500个规格）；
气压有1350个品种、8000多个规格；
橡塑密封有350个品种、5000多个规格，已基本能适应各类主机产品的一般需要，为重大成套装备的品种配套率也可达60%以上，并开始有少量出口。
1998年国产液压件产量480万件，销售额约28亿元（其中机械系统约占70%）；
气压件产量360万件，销售额约5.5亿元（其中机械系统约占60%）；
密封件产量约8亿件，销售额约10亿元（其中机械系统约占50%）。
据中国液压气压密封件工业协会1998年年报统计，液压产品产销率为97.5%（液力为101%），气压为95.9%，密封为98.7%。
这充分反映了产销基本衔接。
我国液压、气压和密封工业虽取得了很大的进步，但与主机发展需求，以及和世界先进水平相比，还存在不少差距，主要反映在产品品种、性能和可靠性等方面。
以液压产品为例，产品品种只有国外的1/3，寿命为国外的1/2。
为了满足重点主机、进口主机以及重大技术装备的需要，每年都有大量的液压、气压和密封产品进口。
据海关统计及有关资料分析，1998年液压、气压和密封件产品的进口额约2亿美元，其中液压约1.4亿美元，气压近0.3亿美元，密封约0.3亿美元，比1997年稍有下降。
按金额计，目前进口产品的国内市场占有率约为30%。
1998年国内市场液压件需求总量约600万件，销售总额近40亿元；
气压件需求总量约500万件，销售总额7亿多元；
密封件需求总量约11亿件，销售总额约13亿元。
1.3今后发展走势
1.3.1影响发展的主要因素
（1）企业产品开发能力不强，技术开发的水平和速度不能完全满足先进主机产品、重大技术装备和进口设备的配套和维修需要；
（2）不少企业的制造工艺、装备水平和管理水平都较落后，加上质量意识不强，导致产品性能水平低、质量不稳定、可靠性差，服务不及时，缺乏使用户满意和信赖的名牌产品；
（3）行业内生产专业化程度低，力量分散，低水平重复严重，地区和企业之间产品趋同，盲目竞争，相互压价，使企业效益下降，资金缺乏、周转困难，产品开发和技术改造投入不足，严重地制约了行业整体水平的提高以及竞争实力的增强；
（4）国内市场国际化程度日益提高，国外公司纷纷进入中国市场参与竞争，加上国内私营、合作经营、个体、三资等企业的崛起，给国有企业造成愈来愈大的冲击。
1.3.2发展走势
随着社会主义市场经济的不断深化，液压|气压和密封产品的市场供求关系发生较大变化，长期来以“短缺”为特征的卖方市场已基本成为以“结构性过剩”为特征的买方市场所取代。
从总体能力看，已处于供大于求的态势，特别是一般低档次液压、气压和密封件，普遍供过于求；
而主机急需的技术含量高的高参数、高附加值的高档产品，又不能满足市场需要，只能依赖于进口。
在我国加入WTO后，其冲击有可能更大。
因此，“十五”期间行业产值的增长，决不能依赖于量的增长，而应针对行业自身的结构性矛盾，加大力度，调整产业结构和产品结构，也就是应依靠质的提高，促进产品技术升级，以适应和拉动市场需求，求得更大的发展。
2液压与气压技术
2.1液压传动系统
2.1.1液压传动的概念
主要利用密闭系统中的受压液体来传递运动和动力的传动方式称为液压传动。
从原理上来说，液压传动所基于的最基本的原理就是帕斯卡原理，就是说，液体各处的压强是一致的，这样，在平衡的系统中，比较小的活塞上面施加的压力比较小，而大的活塞上施加的压力也比较大，这样能够保持液体的静止。
所以通过液体的传递，可以得到不同端上的不同的压力，这样就可以达到一个变换的目的。
2.1.2液压传动系统基本原理
液压系统的作用为通过改变压强增大作用力。
一个完整的液压系统由五个部分组成，即动力元件、执行元件、控制元件、辅助元件（附件）和液压油。
其中液压动力元件是为液压系统产生动力的部件，主要包括各种液压泵。
液压泵依靠容积变化原理来工作，所以一般也称为容积液压泵。
齿轮泵是最常见的一种液压泵，它通过两个啮合的齿轮的转动使得液体进行运动。
其他的液压泵还有叶片泵、柱塞泵，在选择液压泵的时候主要需要注意的问题包括消耗的能量、效率、降低噪音。
液压执行元件是用来执行将液压泵提供的液压能转变成机械能的装置，主要包括液压缸和液压马达。
液压马达是与液压泵做相反的工作的装置，也就是把液压的能量转换称为机械能，从而对外做功。
液压控制元件用来控制液体流动的方向、压力的高低以及对流量的大小进行预期的控制，以满足特定的工作要求。
正是因为液压控制元器件的灵活性，使得液压控制系统能够完成不同的活动。
液压控制元件按照用途可以分成压力控制阀、流量控制阀、方向控制阀。
按照操作方式可以分成人力操纵阀、机械操纵法、电动操纵阀等。
液压控制系统还需要液压辅助元件。
这些元件包括管路和管接头、油箱、过滤器、蓄能器和密封装置。
通过以上的各个器件，我们就能够建设出一个液压回路。
所谓液压回路就是通过各种液压器件构成的相应的控制回路。
根据不同的控制目标，我们能够设计不同的回路，比如压力控制回路、速度控制回路、多缸工作控制回路等。
一个液压系统的好坏取决于系统设计的合理性、系统元件性能的的优劣，系统的污染防护和处理，而最后一点尤为重要。
2.1.3组成
液压系统主要由：
动力元件（油泵）、执行元件（油缸或液压马达）、控制元件（各种阀）、辅助元件和工作介质等五部分组成。
动力元件（油泵）
它的作用是利用液体把原动机的机械能转换成液压力能；
是液压传动中的动力部分。
执行元件（油缸、液压马达）
它是将液体的液压能转换成机械能。
其中，油缸做直线运动，马达做旋转运动。
控制元件
包括压力阀、流量阀和方向阀等。
它们的作用是根据需要无级调节液动机的速度，并对液压系统中工作液体的压力、流量和流向进行调节控制。
2.1.4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、管夹等及油箱等，它们同样十分重要。
2.1.5工作介质
工作介质是指各类液压传动中的液压油或乳化液，它经过油泵和液动机实现能量转换。
2.2液压传动分类
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。
2.2.1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，图中的溢流阀就起这一作用。
当压力大于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于液压源压力。
（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。
2.2.2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。
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。
2.2.3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。
2.3液压传动元件的分类
方向控制阀，这类阀，如单向阀和换向阀等，用于控制油流方向，以实现执行元件的启动、停止、前进和后退。
插装式，这类阀无单独的阀体，由阀芯、阀套等组成的插装元件插装在插装块体的预制孔中，插装块体起到阀体和管路作用，通过块内通道将几个插将元件组成在一起，即可成回路。
通常有开关阀、比例阀、伺服阀和数字阀。
开关阀调定后只能在调定状态下工作。
比例阀和伺服阀能根据输入信号连接地或按比例地控制系统的参数。
数字阀侧用数字信号直接控制阀的动作
液压系统中的执行元件（如液压缸、液压油马达）在工作时，需要经常地启动、制动、换向和调节运动速度及适应外负载的变化，因此就要有一套对机构进行控制和调节的液压元件，通常用控制阀来完成。
它对外不做功，仅用于控制执行元件，使其满足主机工作性能要求。
2.3.1控制阀按其功能分类
（1）方向控制阀，这类阀，如单向阀和换向阀等，用于控制油流方向，以实现执行元件的启动、停止、前进和后退。
（2）压力控制阀，这类阀，如溢流阀、减压阀和顺序阀等，用于控制液压系统中的压力，以满足执行元件所需要的力、转矩或工作程序的控制。
（3）流量控制阀，这类阀，如节流阀和调速阀等，用于控制液压系统中的油液流量的大小，以实现执行元件所需要的运动速度。
3液压系统的优缺点
3.1液压传动的优点
（1）体积小、重量轻，例如同功率液压马达的重量只有电动机的10%～20%。
因此惯性力较小，当突然过载或停车时，不会发生大的冲击；
（2）能在给定范围内平稳的自动调节牵引速度，并可实现无级调速，且调速范围最大可达1：
2000（一般为1：
100）。
（3）换向容易，在不改变电机旋转方向的情况下，可以较方便地实现工作机构旋转和直线往复运动的转换；
（4）液压泵和液压马达之间用油管连接，在空间布置上彼此不受严格限制；
（5）由于采用油液为工作介质，元件相对运动表面间能自行润滑，磨损小，使用寿命长；
（6）操纵控制简便，自动化程度高；
（7）容易实现过载保护。
（8）液压元件实现了标准化、系列化、通用化、便于设计、制造和使用。
3.2液压传动的缺点
（1）使用液压传动对维护的要求高，工作油要始终保持清洁；
（2）对液压元件制造精度要求高，工艺复杂，成本较高；
（3）液压元件维修较复杂，且需有较高的技术水平；
（4）液压传动对油温变化较敏感，这会影响它的工作稳定性。
因此液压传动不宜在很高或很低的温度下工作，一般工作温度在-15℃~60℃范围内较合适。
（5）液压传动在能量转化的过程中，特别是在节流调速系统中，其压力大，流量损失大，故系统效率较低。
（6）由于液压传动中的泄漏和液体的可压缩性使这种传动无法保证严格的传动比。
4液压与气压在加工中的运用
4.1液压与气压技术在农业机械领域中的运用
4.1.1农业机械对液压技术的要求
农业机械本身形态多样，结构复杂，工作条件恶劣。
农机对液压元件有许多特殊要求，如价格，可靠性高等。
农机对液压技术的需求主要包括：
（1）节能技术
我国农机动力已达4.5亿千瓦。
节能技术的应用不仅可使主机性能得到优化，减少对环境的污染，而且能耗每降低一个百分点，就意味着节省450万千瓦的动力，其巨大的社会经济效益吸引许多科技人员为之投入巨大的精力和智力，并且取得许多成果和进展
（2）对静液压驱动技术的需求
静液压驱动装置可以无级变速，易于布局，比功率大，调速范围宽，低速稳定性好。
特别适于结构形态多样化，行驶速度不高的农业机械，路面机械。
采用静液压驱动的联合收割机比机械传动的联合收割机工作效率高及辅助工作时间少，工作效率提高10-30%,比机械传动的联合收割机收净率高1-2%,操作方便，舒适，减轻劳动强度，易于维护保养，故障率低，目前国产机械传动联合收割机故障30%是由于变速箱引起的，变速箱振动大，影响其他工作部件的使用寿命。
静液压驱动的联合收割机可使发动机在客观定工况下工作，保证其他部件的恒速工作，并有极佳的最低稳定行驶速度，适于收获高产作物及倒伏作物。
而机械传动联合收割机越是丰产越易堵塞，给农民带来的不是丰收的欣喜，而是不必要的精神损伤。
（3）无泄漏技术
泄漏、噪声，这些早期故障是液压行业的顽症，也是限制液压技术应用的重要因素。
目前，液压技术中的无泄漏技术，将广泛应用，其中包括：
新型组件的管接头开发，螺纹式插装阀。
组合密封，液压系统污染控制技术等，这些共性技术的逐渐推广，对我国农业机械性能的提高，起着重要的作用。
4.1.2液压技术在农业机械中的应用前景
液压技术在农机上的应用前景十分广阔，我国的农机液压件的应用，应该说是方兴未艾。
随着我国农民购买力的提高，农民正从追求价格便宜向追求性能好，操作舒适方向发展，这对农机应用液压技术创造了有利条件。
因为液压技术的应用，将使我国农机质量和技术含量有显著提高，对缩小与先进国家的技术差距，巩固占领国内市场起着根本性作用，对农民减轻劳动强度，提高生活质量水准，增加投资收入，影响非常显著。
4.1.3液压技术在各种农业机械中的应用
（1）新型大马力拖拉机及其作业机具，如耕种机具，精播机、高地隙拖拉机和配套机具。
（2）农业基本建设机具--水渠门砌机械，闸门起闭机，开沟机、清淤机、装载机、拖拉机、平地机。
（3）大型植保机械--高地隙宽杆喷雾机、平移式喷灌机等。
（4）高产作物栽培和收获机械--小麦、玉米、棉花间套作机械、水稻收获机械、高速插身机。
（5）农业机械人、设施农业机械人、机械手和自动化成套设备：
精准农业作业机具、智能化播种机、施肥机及植保机械。
（6）农林作业机具--钻孔机、林业拖拉机、木材搬运机。
（7）渔业机械--启网机、干冰制造机。
（8）农用运输机械--多功能作业的农用汽车。
（9）牧业机械--牧草收获机、饲料造粒机、高密度打捆机。
（10）经济作物机械--采棉机、水果收获机、马铃薯、红薯、甜菜、甘蔗收获机、高地隙芦苇收获机，花生、菜油收获机。
随着科学技术水平的发展，符合我国国情的农业机械将不断得到发展，各种新产品将不断问世，液压技术的应用也将不断扩大。
可以预言，二十一世纪是液压技术在农业上大放异彩的时代，每一个液压技术人员应努力用自己的智慧和汗水为这个时代增光添彩，为我国农机事业的发展作出自己的贡献。
4.2液压技术在装备机械制造业中的应用
装备制造业又称装备工业，主要是指资本品制造业，是为满足国民经济各部门发展和国家安全需要而制造各种技术装备的产业总称。
按照国民经济行业分类，其产品范围包括机械、电子和兵器工业中的投资类制成品，分属于金属制品业、通用装备制造业、专用设备制造业、交通运输设备制造业、电器装备及器材制造业、电子及通信设备制造业、仪器仪表及文化办公用装备制造业7个大类185个小类。
重大技术装备是指装备制造业中技术难度大、成套性强，对国民经济具有重大意义、对国计民生具有重大影响，需要组织跨部门、跨行业、跨地区才能完成的重大成套技术装
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