液压控制技术的发展及应用_学期末论文.doc

测控09-2袁长根：液压控制技术的发展及应用
液压控制技术的发展及应用
摘 要：介绍了液压控制技术的定义及发展概况，液压控制技术的应用，论述了液压控制技术当前的发展动向，提出了液压控制技术的不足及改进方法，最后对液压控制技术在今后的发展做了展望。
一、引言
液体静压传动技术起源于著名的“帕斯卡原理”，在1650年由法国人帕斯卡（pascal）提出来的，“作用在封闭液体上的压力，可以无损失地传递到各个方向，并与作用面保持垂直”。
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。1795年英国约瑟夫·布拉曼，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。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，日本液压传动发展最快，居世界领先地位。
进入21世纪社会主义现代化建设和科学发展的我国，在航空、航天、舰船、武器装备、冶金、工程机械、农业机械和自动化生产线等各领域都广泛运用到了液压控制技术
二、液压传动技术的发展概况
液压传动是用液体作为工作介质来传递能量和进行控制的传动方式，是控制是工业中经常用到的一种控制方式，它采用液压完成传递能量的过程。因为液压传动控制方式的灵活性和便捷性，液压控制在工业上受到广泛的重视。液压传动是研究以有压流体为能源介质，来实现各种机械和自动控制的学科。液压传动利用这种元件来组成所需要的各种控制回路，再由若干回路有机组合成为完成一定控制功能的传动系统来完成能量的传递、转换和控制。
液压技术渗透到很多领域，不断在民用工业、在机床、工程机械、冶金机械、塑料机械、农林机械、汽车、船舶等行业得到大幅度的应用和发展，而且发展成为包括传动、控制和检测在内的一门完整的自动化技术。现今，采用液压传动的程度已成为衡量一个国家工业水平的重要标志之一。如发达国家生产的95%的工程机械、90%的数控加工中心、95%以上的自动线都采用了液压传动技术。
近年来，我国液压气动密封行业坚持技术进步，加快新产品开发，取得良好成效，涌现出一批各具特色的高新技术产品。这些产品具有结构新颖、体积小、耐高压、噪声低、性能指标先进等特点。榆次液压件有限公司的高性能组合齿轮泵，可广泛用于工程、冶金、矿山机械等领域。为应对我国加入WTO后的新形势，我国液压行业各企业加速科技创新，不断提升产品市场竞争力，液压传动产品等在国民经济和国防建设中的地位和作用十分重要。它的发展决定了机电产品性能的提高。它不仅能最大限度满足机电产品实现功能多样化的必要条件，也是完成重大工程项目、重大技术装备的基本保证，更是机电产品和重大工程项目和装备可靠性的保证。所以说液压传动产品的发展是实现生产过程自动化、尤其是工业自动化不可缺少的重要手段。现在世界各国都重视发展基础产品近年来，国外液压技术由于广泛应用了高新技术成果，使基础产品在水平、品种及扩展应用领域方面都有很大提高和发展，
我国液压产品有一定生产能力和技术水平的生产科研体系。尤其是近十年来基础产品工业得到国家支持，装备水平有所提高，目前已能生产品种规格齐全的产品，已能为汽车、工程机械、农业机械、机床、塑机、冶金矿山、发电设备、石油化工、铁路、船舶、港口、轻工、电子、医药以及国防工业提供品种基本齐全的产品。通过科研攻关和产学研结合，在液压伺服比例系统和元件等成果已用于生产。在产品CAD和CAT等方面已取得可喜的进展，并得到广泛应用。并且在国内建立了不少独资、合资企业，在提高我国行业技术水平的同时，为主机提供了急需的高性能和高水平产品，填补了国内空白。
如今，随着电子技术的飞速发展,它对液压技术带来了很多挑战同时也带来了很多机遇。而且工程实际对液压系统提出了更高的要求。充分利用电子技术,可以使液压技术走出低谷;可以采用电子技术来强化液压技术这是历史的必然;液压技术与电子技术的结合,开创了液压技术发展的新篇章!当今日新月异的微电子技术和计算机技术又使液压技术驶入了的发展的高速公路。总之,把握好当今难得的发展机遇,充分开创液压技术与电子技术相互交叉的领域的研究,为传统的液压技术注入新的活力。
三、液压传动技术的应用
液压控制技术与现代社会中人们的日常生活、工农业生产、金额学研究活动产生着日益密切的关系，已成为现代机械设备和装置中的基本技术构成、现代控制工程的基本技术要素和工业及国防自动化的重要手段，并在机械制造及汽车工业，能源与冶金工业，铁路和公路工程，建材、建筑、工程机械及农林牧机械，轻工、纺织及化工机械，航空航天工程、河海工程及武器装备和计量质检。装置、特种设备及公共设施等几乎所有技术领域中日益广泛应用。
仿真技术作为液压系统或元件设计阶段的必要手段，已被业界广泛认识。液压仿真技术，从诞生到今天，已经有30 多年的历史。国外早在1973年，第一个直接面向液压技术领域的专用液压仿真软件HYDSIM程序研制成功。它是由美国俄克拉何马州立大学推出的。到现在为止，对液压元件和系统利用计算机进行仿真的研究已有30多年的历史，随着流体力学，现代控制理论，算法理论，可靠性理论等相关学科的发展，特别是计算机技术的突飞猛进，液压仿真技术也日益成熟，越来越成为液压系统设计人员的有力工具。

一、仿真技术在液压领域的应用

一个比较完善的液压系统不仅应有良好的静态性能，而且还应具有良好的动态性能。这是因为系统中执行元件的速度﹑动作和方向以及外载荷经常在不断变化，如果系统的动态特性不灵敏，则反馈信号就无法被系统很快执行，造成系统灵敏死区、动作死区等，这样被加工出来的零件精度就会降低。

以前人们在研究和设计时，常常凭借设计者的知识和经验用真实的元部件构成一个动态系统，然后在这个系统上进行实验，研究结构参数对系统动态特性的影响。用这种方法进行参数调节比较困难，要花费大量的人力、物力和时间,而且一次性成功的把握很小。这就要求人们利用其它方法对元件进行设计与试验。计算机仿真技术不仅可以在设计中预测系统性能，减少设计时间，还可以通过仿真对于所设计的系统进行整体分析和评估，从而达到优化系统、缩短设计周期和提高系统稳定性的目的。

仿真技术在液压领域的应用主要包括：

1.通过理论推导建立已有液压元件或系统的数学模型，用实验结果与仿真结果进行比较,验证数学模型的准确度,并把这个数学模型作为今后改进和设计类似元件或系统的仿真依据。

2.通过建立数学模型和仿真实验，确定已有系统参数的调整范围，从而缩短系统的调试时间，提高效率。

3.通过仿真实验研究测试新设计的元件各结构参数对系统动态特性的影响，确定参数的最佳匹配，提供实际设计所需的数据。

4.通过仿真实验验证新设计方案的可行性及结构参数对系统动态性能的影响，从而确定最佳控制方案和最佳结构。
四、液压控制技术当前的发展动向
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。其发展趋势主要有以下几方面：
1、降低能耗和提高效率
降低能耗和提高效率是提高液压技术和电气及机械传动竞争力的重要措施。为此必须解决以下问题：
（1）、采用负荷传感、电子负荷控制和二次调节技术等措施提高液压系统的传动效率。
（2）、合理选用原件和设计液压系统，以较少功率损失。
（3）、选用新型密封、减摩材料和静压技术，以减少摩擦损失。
（4）、发展新型节能元件和采用新的技术，达到节能的目的。
2、防止泄露、降低噪声
防止泄露、降低噪声以满足不断提高的环保要求。主要措施有：
（1）、进一步改进密封和连接技术，尽量减少泄漏点。
（2）、选择低噪声液压元件，并合理设计液压系统。
（3）、正确安装管路，采用高压软管和蓄能器，以降低管路振动噪声。
3、机电液一体化
（1）、采用数字电子回路
（2）、实现电子技术和液压元件的一体化
（3）、现代控制原理的广泛应用
（4）、采用现场总线技术
五、当前液压控制技术的不足及改进方法
目前国内的需求和国外先进水平相比还有较大差距。包括产品趋同化、构成不合理，性能低、可靠性差，创新和自我开发能力弱，自行设计水平低。具体表现在产品水平、产品体系与市场需求存在较大的结构性矛盾。中国的液压市场很大，用户对产品的要求各异，各种高品质、高性能的液压元件市场需求量很大。而大部分国内企业所能提供的产品，无论在档次上还是种类上，都还远远不能满足这些需求。因此，在众多低档产品压价竞争的同时，不得不让出一块巨大的市场给国外产品。这表明，在市场丰富多样的需求面前，国内液压行业现有产品体系的结构性过剩与结构性短缺两个矛盾同时并存；也表明我们在产品的多样性、层次分布性和市场适应性等方面亟待调整和改善。企业在产品更新、装备改造等方面的投入能力不足。目前，我国大部份气动企业缺乏对产品及装备进行较大更新改造的能力，在高技术产品及专用生产检测装备的系统开发和投入能力上尤为缺乏，因而也限制了企业在高技术产品发展上取得大的突破，对缩短与国际先进水平的差距带来影响。当然，投入资金只是个基础条件，还必须有技术、人才等多方面的保障才行。应根据国内市场需求，依靠科技进步，不断调整产品结构。适应国际传动技术产品工业向国际化发展趋向，对现有国内企业进行改组、合并，使企业开发能力，装备能力、管理水平和服务水平不断提高，以保持一定的竞争能力。不断提高企业产品的开发能力和创新能力，充分利用高等院校的科研开发人力资源，发展有自主产权的产品和技术。完善质保体系，不断提高产品质量，尤其是产品可靠性，提高产品知名度，创立名牌。针对产品品种发展和保证产品质量的需求，有计划地进行技术改造、设备更新。
六、总结语
液压技术作为便捷和廉价的自动化技术，有着良好的发展前景。液压产品不仅在机电、轻纺、家电等传统领域有着很大的市场，而且在新兴的产业如信息技术产业、生物制品业、微纳精细加工等领域都有广阔的发展空间。脚踏实地，放眼未来，经过行业的共同努力，我国的液压工业一定能走进一个新天地。

参考文献；
[1] 彭熙伟主编. 流体传动与控制基础. 北京：机械工业出版社，2010
[2] 张平格主编. 液压传动与控制. 北京：冶金工业出版社，2008
[3] 严金坤，张培生主编. 液压传动. 北京：国防工业出版社，1979
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