机电一体化液压传动技术在自动化生产中的应用.docx

题目 液压传动技术在自动化生产中的应用 摘 要液压传动技术是工业中最常见的一门技术，它是利用各种元件根据帕斯卡原理来达到力的传递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。目 录第一章 概述1.1液压传动原理及系统组成 . 11.2液压传动特点及应用 . 1第二章 液压传动发展概况及应用前景2.1液压传动技术发展前景 . 22.2液压技术在自动化生产中的应用 . 6参考文献 . 8第一章 概述1.1液压传动原理及系统组成液压传动基本原理液压传动技术主要是指利用液压泵将原动机产生的机械能转换为工作液体的压力能，然后通过液体压力能的变化来传递能量，最后通过各种类型的控制阀以及管路的传递，结合相关的液压执行元件（例如液压缸和马达），将液体压力能转换为机械能，进而驱动工作机构，实现工作机构的回转或者直线往复运动系统的组成 液压传动中所需要的元件主要有动力元件、执行元件、控制元件、辅助元件和工作介质动力元件 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 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辅助元件 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，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1.2液压传动特点及应用液压传动技术优缺点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1020%。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，并可实现无极调速，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。 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-1560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。液压传动技术工业应用概况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7；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；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8。 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第二章 液压传动发展概况及应用前景2.1液压传动技术发展前景发展简史液压传动是根据 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2。 年维克斯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3。 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 2030 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。发展前景与机械传动相比。液压传动更容易实现其运动参数(流量)和动力参数(压力)的控制，而液压传动较之液力传动具有良好的低速负荷特性。由于具有传递效率高，可进行恒功率输出控制，功率利用充分，系统结构简单，输出转速无级调速，可正、反向运转，速度刚性大，动作实现容易等突出优点，液压传动在工程机械中得到了广泛的应用。几乎所有工程机械装备都能见到液压技术的踪迹，其中不少已成为主要的传动和控制方式。极限负荷调节闭式回路，发动机转速控制的恒压，恒功率组合调节的变量系统开发，给液压传动应用于工程机械行走系提供了广阔的发展前景。当前，液压传动技术正向高压、高速、高集成化、大功率、高可靠性方向发展，现代液压传动技术与以微电子技术、计算机控制技术、传感技术等为代表的新技术紧密结合，形成了一个完善而高效的控制中枢，成为包括传动、控制、检测、显示乃至诊断、校正、预报在内的机电液一体化技术。它是大中功率机械设备实现自动化不可缺少的基础支撑技术，应用极为广泛.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10。 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11。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。 液压传动是以流体作为工作介质对能量进行传动和控制的一种传动形式。利用有压的液体经由一些机件控制之后来传递运动和动力。相对于电力拖动和机械传动而言，液压传动具有输出力大，重量轻，惯性小，调速方便以及易于控制等优点，因而广泛应用于工程机械，建筑机械和机床等设备上。由于要使用原油炼制品来作为传动介质，近代液压传动技术是由19世纪崛起并蓬勃发展的石油工业推动起来的，最早实践成功的液压传动装置是舰船上的炮塔转位器，其后出现了液压六角车床和磨床，一些通用车床到20世纪30年代末才用上了液压传动。第二次世界大战期间，在一些兵器上用上了功率大，反应快，动作准的液压传动和控制装置，大大提高了兵器的性能，也大大促进了液压技术的发展。战后，液压技术迅速转向民用，并随着各种标准的不断制订和完善，各类元件的标准化，规格化，系列化而在机械制造，工程机械，材料科学，控制技术，农业机械，汽车制造等行业中推广开来。由于军事及建设需要的刺激，液压技术日益成熟。20世纪60年代后，原子能技术，空间技术，计算机技术等的发展再次将液压技术推向前进，使它发展成为包括传动，控制，检测在内的一门完整的自动化技术，在国民经济的各个方面都得到了应用。如工程机械，数控加工中心，冶金自动线等。液压传动在某些领域内甚至已占有压倒性优势。液压传动系统的主要优点：（1）在相同功率下，液压执行元件体积小，重量轻，结构紧凑。液压传动一般使用的压力在7Mpa左右，也可高达50Mpa。而液压装置的体积比同样输出压力的电机及机械传动装置的体积小得多。 （2）液压传动的各个元件，可根据需要方便，灵活地来布置。（3）易于自动化。液压设备配上电磁阀，电气元件，可编程控制器和计算机等，可装配成各式自动化机械。（4）速度调整容易。液压装置速度调整非常简单，只要调整流量控制阀即可轻易且可实行无级调速。（5）不会有过载的危险。液压系统中装有溢流阀，当压力超过设定压力时，阀门开启，液压经由溢流阀流回油箱，此时液压油不处在密闭状态，故系统压力永远无法超过设定压力。我国的液压工业开始于20世纪50年代，目前正处于迅速发展，提高的阶段。其产品最初只用于机床和锻压设备，后来才用到拖拉机和工程机械上。自从1964年从国外引进一些液压元件生产技术，同时进行自行设计液压产品以来，我国的液压件生产已从低压到高压形成系列，并在各种机械设备上得到了广泛的使用。80年代起更加速了对国外先进液压产品和技术的有计划引进，消化，吸收和国产化工作，以确保我国的液压技术能在产品质量，经济效益，研究开发等各个方面全方位地赶上世界水平。随着工业迅猛发展逐日发展壮大，相继建立了科研机构和专业生产厂家，从事液压技术研究和液压产品生产。他们不但能生产液压泵，液压阀等液压元件，还设计制造了许多新型液压的元件，如电液比例阀，电液伺服阀等。到目前为止，液压元件的生产，已成为了我国液压元件产品的生产系列。液压技术的发展正向着高效率，高精度，高性能方向迈进。液压元件向着体积小，重量轻，微型化和集成化方向发展，液压技术，交流液压等新兴的液压技术正在开拓。又由于计算机的应用，更大大地推进了液压技术的发展，像液压系统的辅助设计，计算机仿真和优化，微机控制等工作，也都取得了显著成果。当前，液压技术在实现高压，高速，大功率，高效率，低噪音，经久耐用，高度集成化等各项要求方面都取得了重大的进展，在完善比例控制，司服控制，数字控制等技术上也有许多新成就。此外，在液压元件和液压系统的计算机辅助设计，计算机仿真和优化以及微机控制等开发性工作方面，日益显示出显著的成绩。微电子技术的进展，渗透到液压与气动技术中并与之结合，创造出了很多高可靠性，低成本的微型节能元件，为液压气动技术在工业各部门中的应用开辟了更为广泛的前景。今天，为了和最新技术的发展保持同步，液压技术必须不断发展，不断提高和改进元件和系统的性能，以满足日益变化的市场需求。这是液压技术的创新特征，液压技术的不断发展体现在如下一些比较重要的特征上：一 、提高元件性能，创制新元件，体积不断缩小为了能在尽可能小的空间里传递尽可能大功率，液压元件的结构不断地在向小型化发展。市场上出现了一种新型的被称为“肌腱”的执行元件。它的形状像一根两端有接头的软管，把它接入系统使用时，它的径向和轴向都会发生伸缩，轴向的伸缩量可达其总长的15%-30%。在相同条件下，它的作用力是普通汽缸的10倍。这种元件抗污染，运动时不会生抖动，在有些场合还可用它的径向膨胀去夹持工件等，是一种极有应用前景的元件，而微型元件也得到发展，如活塞直径小到2.5mm的汽缸，10mm宽的气阀以及相关的辅助元件已成为系列化产品。由于这些元件能在0.2-0.7Mpa压力下工作，所以可被方便地集成到标准的系统中。新小型阀，在流量相同时，它的体积仅是过去的7%。这些小，微型的元件已被应用于精密机械加工，电子工业，制药工业，食品加工和包装技术等场合。二、 高度的组合化，集成化和模块化液压系统由管式培配置经板式配置，箱式配置，集成块式配置发展到叠加式配置，插装式配置，使连接的通道越来越短。也出现了一些组合集成件，如把液压泵和压力阀作成一体，把压力阀插装在液压泵的壳体内，把液压缸和换向阀作成一体，只需接一条高压管与液压泵相连，一条回油管与油箱相连，就可以构成一个液压系统。这种组合件不但结构紧凑，工作可靠，而且简便，也容易维护保养。三、 与微电子结合，走向智能化液压技术从本世纪70年代中期起就开始和微电子工业接触，并相互结合。在迄今30多年时间内，结合层次不断提高，由简单拼装，分散混合到总体组合，出现了多种形式的独立产品如数字液压泵，数字阀，数字液压缸等，其中的高级形式已发展到把编了程的芯片和液压控制元件，液压执行元件或能源装置，检测反馈装置，数模转换装置，集成电路等汇成一体，这种汇在一起的联结体只要一收到微处理机或微型计算机处送来的信息，就能实现预先规定的任务。液压技术的智能化阶段虽然开始不久，但是从它的星星点点实践成功的事例来看，成果已非常诱人。例如，折臂式小汽车装卸器能把小汽车吊起来，拖入集装箱内，按最紧凑的排列位置堆放好，最多时能装入8辆。装卸器内装有微型计算机，它能按预定程序操纵8个液压缸，在传感器的配合下协调连杆机构的动作，完成堆装任务。卸车时的操作按相反的顺序协调动作，以使受训练的波音民航喷气客机驾驶员不用上天就可以经历6个自由度的颠簸摇摆，座椅振动，着陆弹跳等项的运动感觉，并能对驾驶员的操作作出拟真的响应。总之，液压技术在与微电子技术紧密结合后，在微型计算机或微处理机的控制下，可以进一步拓宽它的应用领域，形形式式机器人和智能元件的使用不过是它最常见的例子而已。现在国外已在着手开发多种行业能通用的智能组合硬件，它们只需配上适当的软件就可以在不同的行业中完成不同任务。这样一来，用户的主要技术工作将只是挑选，改编或自编计算程序了。综上所述可以看到，液压元件将向高性能、高质量、高可靠性、系统成套方向发展；向低能耗、低噪声、低振动、无泄漏以及污染控制、应用水基介质等适应环保要求方向发展；开发高集成化高功率密度、智能化、机电一体化以及轻小型微型液压元件；积极采用新工艺、新材料和电子、传感等高新技术。液压工业在国民经济中的作用实在是很大的，它常常可以用来作为衡量一个国家工业水平的重要标志之一。与世界上主要的工业国家相比，我国的液压工业还是相当落后的，标准化的工作有待于继续做好，优质化的工作须形成声势，智能化的工作则刚刚在准备起步，为此必须急起直追，才能迎头赶上。可以预见，为满足国民经济发展需要，液压技术也将继续获得飞速的发展，它在各个工也部门中的应用越来越广泛。2.2液压技术在自动化生产中的应用典型液压传动系统案例分析组合机床动力滑台液压系统概述组合机床能完成钻、扩、铰、镗、铣、攻丝等加工工序。动力滑台是组合机床的通用部件，上面安装有各种旋转刀具，通过液压系统使滑台按一定动作循环完成进给运动。YT4543型动力滑台液压系统工作原理滑台动作循环：快进一工进二工进死挡铁停留快退原位停止1Y2Y3YYJ行程阀快进+-导通一工进+-切断二工进+-+-切断死挡铁停留+-+切断快退-+-断通原位停止-导通YT4543型动力滑台液压系统图组合机床动力滑台液压系统特点1.采用了限压式变量泵和调速阀的容积节流调速回路，保证了稳定的低速运动，有较好的速度刚性和较大的调速范围。回油路上的背压阀使滑台能承受负值负载。2.采用了限压式变量泵和液压缸的差动连接实现快进，能量利用合理。3.采用了行程阀和顺序阀实现快进和工进的换接，动作可靠，转换位置精度高。4.采用了三位五通M型中位机能的电液换向阀换向，提高了换向平稳性，减少了能量损失。 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。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。参考文献1 邱国庆 液压技术与应用。 北京：人民邮电出版社2刘鑫 我国工业控制自动化技术的现状与发展趋势J电气时代，2003 年第 12 期 3王春行 液压控制系统M北京：机械工业出版社，1999 4许贤良 液压技术回顾和展望J煤矿机械，2002,(6):7-91 5章宏甲，黄谊主编 液压与气压传动北京：机械工业出版社，2000。56陈奎生主编 液压与气压传动武汉：武汉理工大学出版社，2001。87王宝和主编 流体传动与控制长沙：国防科技大学出版社，2001。68朱梅，朱光力编著 液压与气动技术西安：西安电子科技大学出版社，2004。59陈榕林，张磊主编 液压技术与应用北京：电子工业出版社，2002。3评 语 指导教师（签字） 答辩小组意见 答辩委员会 负 责 人（签字）成 绩 院系（盖章） 20 年 月 日