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液压传动与控制技术在工业中的发展与应用13测控2班赵元会20130310110224一、绪论近年来，流体动力传动由于应用了电子技术、计算机技术、信息技术、自动控制技术及新工艺、新材料等后取得了新的发展，使液压气动系统和元件在技术水平上有很大提高。它已成为工业机械。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。为了保持现有的良好发展势头，必须重视液压传动固有缺点的不断改进和创新，走向21世纪的流体传动除不断改进现有液压气动技术外，最重要的是移植现有的先进技术，使流体技术创造新的活力，以满足未来发展的需要。二、摘要液压传动与控制技术有许多突出的优点,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;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。本文从液压技术现状、液压现场总线技术、水压元件及系统、液压节能技术等方面介绍液压技术创新及发展趋势。指出液压传动向自动化、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。以及液压传动中的能耗问题。三、概述1.工作原理液压传动是以液体为工作介质，利用压力能来驱动执行机构的传动方式。驱动机床工作台的液压系统是由油箱、过滤器、液压泵、溢流阀、开停阀、节流阀、换向阀、液压缸以及连接这些元件的油管、接头等组成：（1）电动机驱动液压泵经滤油器从油箱中吸油，油液被加压后,从泵的输出口输入管路。油液经开停阀、节流阀、换向阀进入液压缸，推动活塞而使工作台左右移动。液压缸里的油液经换向阀和回油管排回油箱。（2）工作台的移动速度是通过节流阀来调节的。当节流阀开大时，进入液压缸的油量增多，工作台的移动速度增大；当节流阀关小时，进入液压缸的油量减少，工作台的移动速度减少。由此可见，速度是由油量决定的。2.液压系统的基本组成（1）能源装置——液压泵。它将动力部分（电动机或其它远动机）所输出的机械能转换成液压能，给系统提供压力油液。（2）执行装置——液压机（液压缸、液压马达）。通过它将液压能转换成机械能，推动负载做功。（3）控制装置——液压阀（流量阀、压力阀、方向阀等）。通过它们的控制和调节，使液流的压力、流速和方向得以改变，从而改变执行元件的力（或力矩）、速度和方向。（4）辅助装置——油箱、管路、蓄能器、滤油器、管接头、压力表开关等.通过这些元件把系统联接起来，以实现各种工作循环。（5）工作介质——液压油。绝大多数液压油采用矿物油，系统用它来传递能量或信息。3.液压传动的定义一部完整的机器是由原动机、传动机构及控制部分、工作机(含辅助装置)组成。原动机包括电动机、内燃机等。工作机即完成该机器之工作任务的直接工作部分，如剪床的剪刀，车床的刀架、车刀、卡盘等。由于原动机的功率和转速变化范围有限，为了适应工作机的工作力和工作速度变化范围较宽，以及其它操纵性能的要求，在原动机和工作机之间设置了传动机构，其作用是把原动机输出功率经过变换后传递给工作机。传动机构通常分为机械传动、电气传动和流体传动机构。流体传动是以流体为工作介质进行能量转换、传递和控制的传动。它包括液压传动、液力传动和气压传动。液压传动和液力传动均是以液体作为工作介质来进行能量传递的传动方式。液压传动主要是利用液体的压力能来传递能量；而液力传动则主要是利用液体的动能来传递能量。由于液压传动有许多突出的优点，因此，它被广泛地应用于机械制造、工程建筑、石油化工、交通运输、军事器械、矿山冶金、轻工、农机、渔业、林业等各方面。同时，也被应用到航天航空、海洋开发、核能工程和地震预测等各个工程技术领域。四、在工业生产中的应用机床工业——磨床、铣床、刨床、拉床、压力机、自动机床、组合机床、数控机床、加工中心等工程机械——挖掘机、装载机、推土机等汽车工业——自卸式汽车、平板车、高空作业车等农业机械——联合收割机的控制系统、拖拉机的悬挂装置等轻工机械——打包机、注塑机、校直机、橡胶硫化机、造纸机等冶金机械——电炉控制系统、轧钢机控制系统等起重运输机械——起重机、叉车、装卸机械、液压千斤顶等矿山机械——开采机、提升机、液压支架等建筑机械——打桩机、平地机等船舶港口机械——起货机、锚机、舵机等铸造机械——砂型压实机、加料机、压铸机等五、优缺点液压传动与控制系统能得到如此迅速的发展和广泛的应用，是由于它与机械传动、电气传动、气压传动相比，具有以下优点：1.单位功率的重量轻，即在输出同等功率的条件下，体积小、重量轻、惯性小、结构紧凑、动态特性好等．如轴向柱塞泵的重量只是同功率直流发电机重量的10%～20%，前者的外形尺寸只有后者的12%～13%．2.液压传动能方便地实现无级调速，并且调速范围大.3.液压传动装置工作平稳、反应快、冲击小、能快速启动制动和频繁换向4.液压传动装置的控制、调节比较简单，操纵比较方便省力，易于实现自动化．当机、电、液配合使用时，易实现较复杂的自动工作循环．5.液压传动易获得很大的力和转矩，可以使传动结构简单.6.液压系统易于实现过载保护，同时，因采用油液作为传动介质，相对运动表面键能自行润滑，故元件的使用寿命长.7.由于液压元件已实现了标准化、系列化和通用化，所以液压系统的设计、制造和使用都比较方便．液压元件排列布置以具有较大的机动性.液压传动与控制系统的主要缺点如下：1.液压传动是以液体为工作介质，在相对运动表面间不可避免要有泄漏，同时，液体又不是绝对不可压缩的，因此不宜在传动比要求严格的场合采用．2.液压传动在工作过程中有较多的能量损失，如摩擦损失、泄漏损失等，故不宜于远距离传动．3.液压传动对油温的变化比较敏感，油温变化会影响运动的稳定性．因此，在低温和高温条件下，采用液压传动有一定的困难．4.为了减少泄漏，液压元件的制造精度要求较高，因此，液压元件的制造成本较高，而且对油液的污染比较敏感．5.液压系统故障的诊断比较困难，因此对维修人员提出更高的要求，即需要系统的掌握液压传动的理论知识，液压具有一定的实践经验．6.随之，高压、高速、高效率和大流量化，液压元件和系统的噪声日益增大，这也是需要解决的问题．总而言之，液压传动的优点是突出的，随着科学技术的进步，液压传动的缺点将得到克服，液压传动将日益完善，液压技术与电子技术及其它传动方式的结合更是前途无量．六、液压与传动的现状及发展液压技术之所以在装备制造和重大工程装备应用中持续保持其重要和关键的地位，首先源自于液压技术所具有的优点和可持续发展的前景。液压技术的高功率密度、快速的动态响应、柔性、自润滑、容易实现平稳且精确地控制，可与数字电子技术、信息网络技术进行匹配集成，具有标准化和模块化以及十分紧凑的组合化和集成化等优点。是现代制造和重大工程装备中优先选择的最重要的技术之一。当前，液压技术在总体上并没有出现重大的突破性创新，但是来自电气传动技术的新挑战、环保和绿色制造的新压力以及相当一部分液压元件的产品生命周期的问题，仍在导致液压技术内部的革新和变化，尤其在新的液压产品方案和控制策略上出现二个较为注目的趋势：（1）从全局上更进一步和广泛地采用同电子组件集成，融入了高精度的传感器和检测，并越来越多地实现规模性的总线连接技术，通过诸如电液坐标轴，复合变量控制的伺服电动机———变量泵组合等和现场总线系统与中央计算机连接，在智能化的软、硬件配合下，明显提高液压元件和系统的效率，工作可靠性，通过现代的闭环控制技术集成可明显提高了控制系统的动态特性和灵敏度。因此，当前的液压传动与控制技术中电—液的发展趋势进一步被加强和居于突出的地位，以至在欧洲已经倾向于直接把液压传动与控制技术称为：电液传动控制技术。（2）电液传动与控制技术产品的方案和配置中，产品和技术的模块化趋势以及基于计算机的变型和配置技术已成为新型电液传动与控制技术和产品的最基本和最重要的技术特征之一。完全可以说，发展模块化电液传动与控制技术和产品已成为21世纪传动与控制技术中的企业竞争前沿。1.液压与传动在中国的发展现状21世纪初，中国的装备制造和现代化取得了历史性的重大发展和进步。中国正经历着从“制造大国”到“制造强国”的历史性转折，面临着千载难逢的时代机遇和严峻挑战。中国在一系列的现代装备制造业以及具有世界级规模和水平的重大工程及装备的复杂机电系统的自主研发和技术进步中，取得了重大的进展和突破。中国液压行业产学研各界积极参与和努力贡献也扮演了重要角色，取得了历史性的重要进步。在关系到国家现代化建设和保障国家安全的现代国防需要的现代装备制造业和重大工程的复杂机电系统中，中国液压行业运用了自己的聪明才智，改进了系统和进行了技术集成，成功地将液压“融合”入内。较好满足了当代重大装备和工程中的功能强大，高效率，高精度，高度集成化的要求，适应了环境，工作条件的极端化与技术的精密化，形成了我国在实现工业化同时形成对高水平重要装备的自主研发能力。它证明，中国紧紧抓住液压技术集成和系统集成这一机械科学的前沿，迅速提高自己的能力和水平，不仅适应了复杂机电系统的发展需要，尤其在一系列世界级的装备的自主研发中，已经居于技术应用和发展的领先地位和前沿，而且中国已经成为富有创新精神的竞争者。2.中国面临建设液压强国的历史性挑战和机遇众所周知，液压技术是全球工业化进程中一项重要的事件，纵观世界工业史可知当代真正的制造强国，都是液压强国。可以说，不是液压强国的制造强国，至今还未出现过。中国的液压技术进步，从来都同中国装备工业和重大工程的技术进步是紧紧连接在一起的，因此中国要成为真正名副其实的现代制造强国，也必须要建设成液压强国，在这一点上，中国别无选择。3.积极主动倡导自主创新和努力强化具有行业特色的集成创新策略中国液压企业为主体的中国液压界，在液压领域和行业的技术的发展和进步充分运用了产学研合作模式，在同国际液压强国面对面的竞争中，充分发挥了自己的智慧、才干和后发优势，在大量的系统和控制集成创新中持续进行着工程技术实践积累，迅速形成了自主创新、集成创新的特色和竞争力，并在部分项目取得重要突破，实现对领先者的局部超越。完全有理由说，在一大批具有世界级规模和技术复杂性的重大工程和项目的液压应用中，中国液压界已经居于世界领先和前沿水平，是该领域中新的竞争者，在这些重大工程和项目的液压集成控制和系统总成上，基本上无须依赖国外，这是中国液压界在总体上已取得的重要进步。4.充分发挥中国液压行业的后发优势，努力探索液压产品和技术的突破口，实施对国际领先者的超越，是摆脱落后和被动的积极策略。毋庸讳言，与我们在集成创新上取得重大进步相比，我们在液压元件级产品领域中仍处于落后和被动状态，与国际液压强国有明显的差距，正如“十一五”规划指出，这种差距“已越来越成为制约装备工业总水平提高的突出矛盾之一”。因此，在液压产品和关键技术层面上如何尽快摆脱落后、被动，真正形成具有21世纪竞争优势的自主技术及产品，已是中国液压界面临的空前的挑战和历史性的机遇。也是中国能否建设成真正液压强国的关键和重点之一。基于对工业液压控制元件产品和技术领域的现状和发展趋势的分析，我认为在该领域中，我们唯有通过充分利用自己的后发优势，积极寻找产品和技术突破口，并实施对当前领先者的超越，才是从根本上摆脱因过度依赖现有引进技术而形成的落后和被动局面一种明智和积极的策略。七、液压与传动的发展方向1.减少损耗，充分利用能量液压技术在将机械能转换成压力能及反转换过程中，总存在能量损耗。为减少能量的损失，必须解决下面几个问题：减少元件和系统的内部压力损失，以减少功率损失；减少或消除系统的节流损失，尽量减少非安全需要的溢流量；采用静压技术和新型密封材料，减少摩擦损失；改善液压系统性能，采用负荷传感