一、液压传动发展概况 液压传动技术是实现现代传动与控制的关键技术之一,在工程机械、机床工业、汽车制造、冶金矿山、航天航空等工业领域,得到了广泛的应用与普及。
l7 世纪帕斯卡提出了著名的帕斯卡定理,奠定了液压传动的理论基础;18世纪末英国 制成了世界上第一台水压机;19世纪末德国制造了液压龙门刨床,美国制造了液压六角车 床和液压磨床。由于当时机械加工制造水平较低,没有成熟可靠的液压元件,因而液压传动 技术并未得到普遍应用。液压传动技术经历了很长的历史时期,但作为现代传动与控制技 术的发展却只需追溯到第二次世界大战期间,由于当时工业和军事工程的需要,对液压控制 系统的快速性、动态精度、功率一重量比提出了很高的要求。在这期间出现了动作准确、反应迅速、驱动功率大的液压传动装置,并用于飞机、大炮和坦克,而且在舰艇上也出现了电液控制阀及其伺服系统,推动了液压传动技术的发展。第二次世界大战后,液压技术迅速从军事领域转向民用工业,世界上几乎所有的机械装备都能见到液压技术的踪迹。
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、预报在内的机电被一体化技术,成为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。
二、液压传动的特点
液压传动技术几乎渗透到所有的现代工业领域,特别是近二三十年来得到了广泛而迅速的应用和发展。和机械传动、???力传动相比,液压传动特点鲜明,概括起来有以下几个方面:
1.优点
(1)在相等的体积下,液压传动装置比电气装置产生的动力更大;在同等功率的情况下,液压传动装置体积小,重量轻,结构紧凑。
(2)液压传动装置能在很大的范围内实现无级调速 , 而且工作准确平稳 ; 结构简单 , 成本低廉。
(3)液压传动装置易于实现自动化 , 可以完成各种复杂的动作 , 并且操作简便。
(4)液压传动装置容易实现过载保护 , 能自行润滑 , 因而磨损少 , 使用寿命长。
(5)液压元件已实现了标准化、系列化、通用化 , 液压系统的设计、制造和使用都非常方便。液压元件的排列布置具有较大的柔性。
2．不足
(1) 由于存在摩擦损失和泄漏损失,液压传动系统能量损失较大。
(2) 对油液的清洁度要求较高,并要求定期更换。
(3) 液压传动系统对温度的变化比较敏感,工作性能易受温度的影响。
(4) 液压系统与元件制造维护要求较高,价格较贵,且进行故障诊断较困难。总而言之,液压传动系统由于其优势明显,因而在现代工业领域得到广泛使用,它的一些不足也将随着科学技术的进步而逐步得到克服。
三、液压传动在起重机中的应用
液压传动装置具有功率密度高、易于实现直线运动、速度刚度大、便于冷却散热、动作实
现容易等突出优点,因而在起重机中得到了广泛的应用。目前95%以上的起重机都采用了 液压技术,起重机液压产品在整个液压工业销售总额中占40%以上。
起重机最初采用液压传动技术是为了解决车辆转向阻力问题,以减轻司机的劳动强度,在转向系中使用了液压助力器。由于液压助力器在应用过程中显示出的突出优点以及人们 对液压元件和液压系统研究的深入,液压传动装置及技术很快在起重机领域中推广应用,其发展经历了以下几个阶段。
1. 应用初期
20 世纪40～50年代是起重机液压传动技术应用的初期阶段。人们摸索着将简单的液压元件和液压系统应用到起重机上来解决用其他方式比较难以实现的问题(如执行器的直线运动等)。其系统工作压力一般很低,大约在 2～7MPa。
2. 高速发展阶段
起重机液压传动技术的应用在20世纪60～70年代发展迅速,其液压传动系统向着高速、高压化发展,系统压力的提高使得液压传动功率密度大幅度增加,液压元件的重量明显下降。液压传动技术的应用逐渐由起重机工作装置扩展到转向系统、行走系统、传动系统和制动系统,人们研制出了全液压挖掘机和全液压叉车等工程机械。
3. 增强可靠性阶段
大多数起重机都是野外作业,工作环境恶劣,其液压系统经常受到尘埃、振动、高温低寒、风雨雪的影响;同时,由于液压元件如泵在高速、高压运转时所产生的噪声、振动的原因,起重机的液压传动系统常常引发故障。因此,在20世纪80年代,降低起重机液压系统污染、提高设备可靠性便成为这一时期的应用主题。
4. 电液控制技术应用阶段
随着微电子和计算机技术的迅猛发展,使现代控制理论在起重机液压传动装置中的应用成为现实。计算机控制的变量泵系统、采用高速开关阀和步进电机驱动的数字阀大大提高了液压系统的效率。出现了智能型液压挖掘机、凿岩隧道机器人、混凝土泵车等 起重机机型,大大提高了设备的作业精度和发动机的功率利用率。以计算机技术为核心的机电液一体化技术在液压系统中的应用标志着现代起重机液压传动与控制的最高水平。
目前,几乎所有起重机的工作装置都采用了液压传动控制。即使以前很少采用液压技术的塔式起重机,现在也开始用低速大扭矩液压马达驱动起重机的提升、变幅、回转等机构,并出现了全液压塔式起重机,大大提高了起重机操作性能和调速性能。装载机采用了转向液压缸来实现整机转向控制,全液压挖掘机则通过对内、外侧车轮的驱动液压马达转速的控制实现滑移转向,甚至原地转向,大大提高了整机的机动性和灵活性。由于静液传动具有满载工况下启动平稳、功率损耗小、易于实现前进倒退的转换、可实现无级调速、传递功率大等优点,而广泛应用在起重机行走系统中。
起重机的变速箱大多采用了液压操作的动力换挡变速箱,大大减轻了司机的劳动强度,提高了传动系换挡性能。此外,由于液压制动器动作响应快,制动平稳可靠,因而在起重机制动系中得到了普遍应用。
总之,液压传动与控制技术几乎渗透到工程机械的每个部分,达到了“无液不成机”的程度。
