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毕业设计论文液压传动技术的应用和发展精品
中华人民共和国教育部
东北林业大学
毕业论文
论文题目：
液压传动技术的应用和发展
学生：
杨文龙
指导教师：
张东煜副教授
学院：
职业技术学院
专业：
机电一体化2007级1班
2010年5月
东北林业大学
毕业论文任务书
论文题目液压传动技术的应用和发展
指导教师张东煜副教授
专业机电一体化2007级1班
学生杨文龙
2010年04月19日
题目名称：
液压传动技术的应用和发展
任务内容（包括内容、计划、时间安排、完成工作量与水平具体要求）
内容：
查找、收集相关资料，了解液压传动技术的特点、发展现状及应用，在此基础上撰写论文。
计划时间安排：
2010年4月19日——4月25日收集资料，拟定论文题目，撰写论文提纲。
2010年4月26日——5月6日撰写论文初稿。
2010年5月7日——5月12日修改论文，撰写论文第二稿。
2010年5月13日——5月18日补充调查收集相关资料，进一步完善论文。
2010年5月19日——5月21日论文定稿
水平要求：
运用所学的理论知识解决现实问题，争取做到论点科学明确，论据准确充分，
结构清晰合理、资料真实有效、语言通顺规范。
其中：
参考文献篇数：
15篇以上
论文字数：
8000字以上
专业负责人意见
签名：
年月日
液压传动技术的应用和发展
摘要
文章介绍了液压传动发展概况及特点；介绍了三种典型的液压传动发展方向，即液压油传动、液压机械无极传动、纯水液压传动，并对液压传动的优缺点做了简单介绍。
纯水液压传动是液压传动发展的一个重要方向，因此本文对纯水液压传动的优势及主要面临的技术难题做了简单的阐述，并介绍了纯水液压传动技术在未来发展与应用。
对于液压传动技术的应用前景以及未来的的发展趋势做出了一些介绍。
关键词：
液压传动；纯水液压传动；液压机械无极传动
HydraulicTechnologyApplicationandDevelopment
Abstract
Articledescribesahydraulicdrivedevelopmentandcharacteristics;describesthreetypicalhydraulictransmissioni.e.hydraulicoiltransmission,hydraulicmachineryforendlesstransmission,waterhydraulics,andontheadvantagesanddisadvantagesdohydraulictransmission.Waterhydraulictransmissionwashydraulictransmissiondevelopmentdirection,sothisarticleontheadvantagesofwaterhydraulicsandthemainchallengesfacedbydoingasimpleillustration,andanintroductiontothewater-hydraulicdrivetechnologyinthedevelopmentandapplicationofthefuture.Forhydraulictransmissiontechnology,applicationdevelopmenttrendsmakesomeintroduction.
Keywords:
hydraulictransmission；waterhydraulics；hydraulicmachineryforendlessdrive
目录
摘要
Abstract
绪论……………………………………………………………………………………………1
1.1液压传动的定义及系统组成……………………………………………………………1
1.2液压传动技术的发展概况………………………………………………………………2
2典型液压传动……………………………………………………………………………3
2.1液压传动…………………………………………………………………………………3
2.1.1液压传动的优点…………………………………………………………………………4
2.1.2液压传动的缺点…………………………………………………………………………4
2.1.3液压传动技术的应用概况………………………………………………………………5
2.2液压机械无级传动…………………………………………………………………………5
2.3纯水液压传动………………………………………………………………………………6
2.3.1纯水液压传动技术的国内外研究状况…………………………………………………7
2.3.2纯水液压传动技术的应用………………………………………………………………8
3液压传动在各行业的现状及发展…………………………………………………………9
3.1国内液压传动在各行业现状及发展………………………………………………………9
3.2液压传动在我国的应用前景……………………………………………………………10
3.3液压技术发展趋势………………………………………………………………………11
4结论…………………………………………………………………………………………12
参考文献
致谢
液压传动技术的应用和发展
1绪论
1.1液压传动的定义及系统组成
液压传动是以流体（液压油液）为工作介质进行能量传递和控制的一种传动形式。
它们通过各种元件组成不同功能的基本回路，再由若干基本回路有机地组合成具有一定控制功能的传动系统。
液压传动系统一般由能源装置、执行装置、控制调节装置、辅助装置组成[1]。
液压传动是机械设备中发展速度最快的技术之一，特别是近年来，随着机电一体化技术的发展，与微电子、计算机技术相结合，液压传动进入了一个新的发展阶段。
1.2液压传动技术的发展概况
液体传动是用液体作为工作介质进行能量转换与传递的一种传动方式。
按照其工作原理可分为液压传动与液力传动两种形式。
液压传动主要是利用液体的压力能来传递能量；而液力是利用液体动能来传递能量。
液压传动技术起源于1795年英国约瑟夫·布拉曼的第一台水压机，1905年将工作介
质由水改为油后，液压传动得到很大的发展。
1906年开始应用于国防战备武器。
第一次世界大战（1914-1918）后液压传动被广泛应用，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。
第二次世界大战期间，由于军事工业迫切需要反应快和精度高的自动控制系统，因而出现了液压伺服系统。
20世纪60年代以后，由于原子能、空间技术、大型船舰及计算机技术的发展，不断地对液压技术提出新的要求，液压技术相应也得到了很大发展，渗透到国民经济的各个领域中。
在工程机械、冶金、军工、农机、汽车、轻纺、船舶、石油、航空、和机床工业中，液压技术得到普遍应用。
近年来液压技术已广泛应用于智能机器人、海洋开发、宇宙航行、地震预测及各种电液伺服系统，使液压技术的应用提高到一个崭新的高度。
目前，液压技术正向高压、高速、大功率、高效率、低噪声和高度集成话等方向发展；同时，减小元件的重量和体积，提高元件寿命，研制新的传动介质以及液压传动系统的计算机辅助设计、计算机仿真和优化设计、微机控制等工作，也日益取得显著成果。
第二次世界大战后，液压传动在全世界范围内蓬勃发展。
液压传动系统具有①结构轻巧，紧凑，惯性小;②传动比大、运行平稳;③方便灵活地布置传动机构;④易于实现无级调速和自动化;⑤易于实现自动控制及远距离操纵;⑥便于标准化，通用化，系列化等优点，已广泛应用于工业生产的各个领域，据统计95%以上的工程机械中都采用了液压技术[2]。
但液压传动系统（特别是大型液压系统）也存在一些缺点，主要有容易泄漏（特别是在夏天）、传动效率低、液压系统对油液污染十分敏感，油温及粘度的变化也能使液压系统的工作性能发生很大的变化，容易发生故障。
同时，由于液压系统结构复杂，液压元件精度较高，其内部状态又难以观测，所以给液压系统的运行状态监测和日常维护保养带来很大的难度。
因此如何有效地对液压系统运行状态进在线检测，如何提取系统的特征信号，及时发现故障，排除隐患，是一项十分重要及紧迫的系统工程。
液压传动技术是实现现代传动与控制的关键技术之一，在工程和农业机械、机床工业、汽车制造、冶金、航天航空等工业领域，得到了广泛的应用与普及。
2典型液压传动发展
2.1液压传动
1）在液压传动中，最常用的工作的介质是液压油。
液压系统能否按设计要求可靠有效的工作，在很大程度上取决于系统中所用的液压油。
作为液压传动介质的液压油主要有以下功能：
（1）传动：
把油泵产生的压力能传递给执行元件。
（2）润滑：
对泵、阀、执行元件等运动部件进行润滑。
（3）密封：
保持油泵所产生的压力。
（4）冷却：
吸收并带出液压装置所产生的热量。
（5）防锈：
防止液压系统中所用的各种金属部件锈蚀。
（6）传递信号：
传递信号元件或控制元件发出的信号。
（7）吸收冲击：
吸收液压回路中差力产生的压力冲击。
2）液压油的要求：
在液压传动中，液压油既是传动介质，有兼作润滑油，因此，它比一般润滑油要求更高。
对液压油的要求为：
（1）要有适宜的粘度和良好的粘温特性。
（2）具有良好的润滑性。
（3）具有良好的安定性和氧化安定性。
（4）具有较好的相容性。
（5）质量要纯净，不含或含有极少量的杂质、水分和水溶性酸碱等。
（6）要具有良好的抗泡沫性，抗乳性要好，腐蚀要小，防锈性好。
（7）闪点要求高。
（8）对人体无害，成本低[3]。
3）液压油分类
随着液压技术的发展，液压油的使用条件日益复杂，液压油的种类也日益繁多。
目前我国各种液压设备所采用的液压油，按抗燃性可分矿物油型和不燃或难燃油型。
不燃或难燃液压油系可分为水基液压液和合成液压液两种。
现在液压油的发展已石油基液压油使用比较普遍，因为它制造容易，价格低廉。
但难燃液压油有好的抗燃性，又符合节省能源与控制污染的要求，因此受到各国的普遍重视；是一种具有很大潜力的液压油。
现在各国都在努力开发难燃油的特点，使它普遍应用在各领域中。
4）液压油的发展趋势
随着液压技术的发展，对液压油的性能要求越来越高。
液压油质量的提高单凭复合剂的复配技术很难完全满足要求，需使用加氢精制基础油、合成油等性能优良组分油来配合无灰抗磨剂应具有优异的抗磨性能，良好的水解安定性和热稳定性，为研制高质量无灰抗磨液压油奠定坚实的基础。
新型的液态抗氧剂或抗氧助剂产品是抗氧剂的研制方向。
复合剂水平的高低是当今润滑技术的标志。
各种添加剂因分子结构不同、作用机理不同，在不同的添加剂配方体系中的表现不尽相同，所以应将相关添加剂进行仔细平衡，得出相关的规律性，才能制备出具有竞争力的液压油复合剂。
工业机械构件越来越复杂（液压系统、齿轮传动系统、轴承等同属一套机械装备），使得同一系统采用的油品品种过多，不利于进行设备保养和再用油的管理，所以未来液压油的发展趋势应该是开展新型无灰抗磨剂液压油的研究工作并同时开发通用性强的油品，以满足复杂系统用油的要求。
2.1.1液压传动的优点
各种工作机械中，如机械传动、电气传动、液体传动及气压传动等基本的传动形式，还有综合几种基本传动方式的联合传动形式。
液压传动与机械传动、电气传动、气压传动相比有以下优点：
（1）能够方便地实现无级调速，调速范围大。
在液压传动中，执行元件可以在工作时进行无级调速，调速范围大，可达100:
1—200:
1。
（2）运动传递平稳、均匀。
液压传动中的工作介质为液体，他是无间隙传动且具有吸振的能力，使液压传动工作平稳、均匀。
（3）功率重量比大，且传递单位功率的重量轻，体积小，结构紧凑，反应速度快。
（4）易获得很大的力或力矩。
液压传动系统的工作压力可达40MPa，甚至更高。
（5）自动润滑，元件和系统使用寿命长。
液压油具有润滑作用，液压元件相对运动的表面之间有液压油因而能自行润滑，所以使用寿命长。
（6）易于实现自动化和过载保护，工作可靠。
（7）液压元件实现了通用化、标准化、系列化，便于设计、制造与使用。
（8）很容易实现直线运动
液压传动有如此多的优点，因此在很多机械中应用很广，他的这些优点是其他传动形式无法比拟的，所以在未来有广阔的发展前景。
但液压传动也有自己固有的缺点，也要我们去了解与改进[1]。
2.1.2液压传动的缺点
随着液压传动技术的发展液压传动的缺点也日益突出主要表现在以下几方面：
（1）液压传动不能实现严格的定比传动，这是由于液压油的可压缩性和泄露造成的，因此，液压传动系统不宜用在需要定比传动的场合。
（2）工作性能易受温度变化的影响，这是因为液压油的特性易受到温度变化的影响，因此，液压传动系统不宜用在需要定比传动的场合。
（3）由于液体流动的阻力损失和泄漏较大，所以效率较低，从原理分析可知，节流调速系统的效率不高于38.5%。
（4）为了减少液压系统泄漏，液压元件在制造精度上一般要求较高，因此，液压传动系统造价高，而且液压元件对油液的污染比较敏感。
（5）液压系统中的各种元件和工作液体都在封闭的油路内工作，故障原因一般比较难找，因此使用维护要求较高。
相对上面优点来说他的一些缺点有的现已大为改善，如泄漏问题等，伴随着液压传动科学技术的发展他的这些缺点会得到克服的，液压传动技术将会有广阔的应用前景。
2.1.3液压传动技术的应用概况
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；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、飞机起落架收放装置和方向舵控制装置等[6][7]。
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术优势，使其成为国民经济中各行业、各类机械装备实现传动与控制的重要技术手段。
2.2液压机械无级传动
液压机械无级传动系统为液压元件和机械元件并联而成，因此液压机械无级传动也称双功率流传动。
液压机械双流传动系统的液压路功率流由一组变排量液压元件组成，即可以是“变量泵一定量马达”也可以是“定量泵一变量马达”还可以由“变量泵一变量马达”组合而成。
该变速器由分流机构、液压功率流、机械功率流和汇流机构UPI部分构成。
这UPI部分的特性参数、机械传动比、液压相对排量比等，构成参数组，每一特性参数组对应一个传动工况，这个传动工况称为段。
如果传动系包含多个这样的参数组，就称其为多段液压机械传动。
液压机械无级变速传动就是将不同的工作区段的液压机械传动有机的结合在一起，并使相临的工作转速首尾相连，构成液压机械无级变速器。
液压机械无级变速器具有纯液压和液压机械，液压机械段又可以分为液压机械低档段和液压机械高档。
多段液压机械无级变速器就是指液压机械段为两段以上的情形。
液压机械连续无级传动系统的工作原理如图2-1所示。
液压机械无级传动综合了液压传动（液压泵和马达机组，用来控制变速）能够无级变速和机械传动（机械变速机构或多自由度行星排）效率高的优点。
液压机械连续无级传动系统的分流机构将发动机的输入功率分为两路向下传递，一路为液压功率流，一路为机械功率流;汇流机构安装在输出端，将液压功率、机械功率汇流输出；机械功率流和液压功率流汇流时，一定的机械功率流为液压功率流提供一定的基础转速，液压功率流转速的变化，使基础转速在一定范围内变化，形成该范围内的无级变速。
液压部分传递的功率是随变排量液压元件和定排量液压元件的排量比￡的变化连续可调的，机械部分传递的功率是阶跃式变化的。
图2—1液压机械无级传动系统工作原理
液压机械无级传动系统是在液压马达往返连续无级变速的每一程，各与机械分路行程减小的适当传动比值相匹配，由正行程和反行程的两种行星排汇流输出，得到逐段连续提高的扩大范围的无级变速。
所谓连续，不但指逐段输出转速之间基本连续，并且阶段转换不切断动力，和摩擦组件基本无滑摩地结合和分离。
通常，由零速开始向正负两方向无级变速的第一段，可以是纯液压的单流工况。
然后，从相连续的第二段开始，才进入液压机械分流的工况[4][5]。
最近，日本小松公司开发了液压机械变速器，在世界上首次用于装载机、推土机等工程机械上。
它充分发挥了液压机械传动的优点，传动效率高且高效区广，具有自动变速换挡功能。
其中，D155AX-3变速器应用于推土机上，WA380-3变速器应用于装载机上。
在国外，七十年代通用电气公司研制的HMPT-500液压机械传动综合变速箱，它具有无级变速兼转向的功能，成功的应用于M2步兵战车上，以及M3侦察车和多管火箭发射车，取得了较大的成功。
另外，前面提到的日本的小松公司开发的在世界上首次用于装载机、推土机等工程机械上的液压机械变速器，根据小松报告，液压机械传动于液力机械传动相比，土作业量最大可增加29%，燃料经济性最大可增加24%。
再者，德国大众公司将液压机械传动应用到了轿车上，研制了成功了Audi—100汽车液压机械连续无级变速箱，其机械结构主要是由固定轴齿轮变速机构构成的，无级变速的各段，速度比具有等比级差的特点，而且它没有纯液压段，无零速输出，只有四个相衔接的液压机械段。
这样需要用离合器滑
摩起步，具有较大的起步力矩，这对车辆的起步是有利的。
从此，液压机械无机传动进入了全新的发展时期。
2.3纯水液压传动
水液压传动技术是直接以天然淡水或海水代替矿物质作为液压传动系统工作介质的一门“新技术”。
所谓“新技术”是相对目前广泛应用的以矿物质作为工作介质的液压传动技术而言的，由于水具有清洁、无污染、安全、廉价、取之方便、再利用率高、处理简单等优点，用其取代矿物油不仅能够解决未来因石油枯竭带来的能源危机，而且能够解决因矿物油泄漏和排放带来的污染问题，是一种非常理想的“绿色工作介质”。
目前，虽然以矿物型液压油作为液压传动介质，但存在着严重的环境污染和易燃烧问题，这也是世界各国现代经济发展和人类生存环境所不允许的[8]。
而水本身所固有的清洁性和阻燃性正好满足了现代社会对工业工程提出的安全、环境友好的要求。
这也是最近20年来纯水液压传动技术持续发展的根本动力[9]。
纯水液压传动以纯水（不含任何添加剂的天然水，含海水和淡水）为工作介质。
而纯水的物理化学性质与液压油有着相当大的差别，所以纯水液压传动与油压传动相比既有优势又有技术难题[10]。
1）纯水液压传动的优势
（1）纯水价格低廉、来源广泛、不用运输仓储。
水的价格仅为液压油的1/5000。
而且随地可取，特别是大、特大型的液压系统，可以节省大量的矿物油，经济效益更是可观。
（2）阻燃性与安全性好、温升小。
液压传动在冶金、热加工及采矿业使用，极易燃烧引起火灾，导致人身设备事故。
但是水不会燃烧，故消除了火灾危险，安全性好；另外水的比热与导热系数分别为液压油的约两倍和四倍，故纯水液压系统的温升较低，一般不需加设热交换器，简化了系统结构[11]。
（3）纯水的压缩系数小，压缩损失比矿物型液压油降低25%左右，可补偿一部分由于泄露增加而造成的容积损失。
（4）使用纯水的液压系统维修方便，维护成本低。
在水下时，可以不用回油管、水箱，系统大为简化。
（5）可避免或减少产品污染。
产品污染是许多生产行业格外关注的事情，泄漏的油液和水基液会使纺织制品、木质胶合板受到玷污，也会使纸张变色、药品变质和食品变味。
污染还会使某些产品根本不能出售，只好销毁。
但如果纯水渗进产品中，害处要相对小得多或者没有害处。
2）纯水液压传动面临的主要技术难题
（1）泄露与磨损
纯水的粘度通常是油的1/40-1/50,甚至更低。
因此，一方面极易引起纯水液压元件及系统的内、外泄漏，导致系统容积效率的降低；另一方面纯水的润滑性很差，在纯水液压元件的耦合摩擦副中形成液压膜就比较困难从而导致干摩擦及卡死。
为此,必须采用一些特殊材料、结构和较高的加工精度等技术手段，所以纯水液压元件制造成本要高于同等性能的油压元件的制造成本[12][13]。
（2）材料腐蚀与老化
由于水的锈蚀性和导电性很强,能引起钢、铁、铜等常用金属材料的电化学腐蚀及非金属材料的老化。
例如常温下新鲜、流动的纯水对碳素钢锈蚀速度可达1.27mm/年,从而降低了纯水液压元件的寿命。
为此,总是优先考虑采用不锈钢、有色金属合金和工程塑料等抗腐蚀性强的材料来制造纯水液压传动的元、辅件。
（3）液压冲击、振动和噪声
与液压油相比,水的密度大、压缩性小、声速高。
所以,纯水液压传动系统中阀门突然启闭等使水的流动状态发生变化时,极易引起较油压传动更大的液压冲击、振动和噪声,对系统的工作性能、使用寿命及人身健康造成有害影响。
为此,通常要在纯水液压系统中加装吸收和消除压力冲击、振动和噪声的蓄能器或消声器。
（4）气蚀
尽管通常水中的气体含量比液压油中低,但由于水的饱和蒸汽压比液压油高很多,故水中极易分离和产生出气泡,并在高压区凝结和溃灭,从而产生异常高温和冲击压力,引起系统元、辅件流动表面材料疲劳和破坏、系统工作性能下降的气蚀现象。
为此,一般通过采取限制系统温度以降低介质中的气体溶解度、提高液压泵的吸人压力等措施来减小或消除气蚀现象。
（5）设计理论
由于水的理化特性的特殊性,所以传统油压元件、系统的设计理论与方法不完全适用于水压系统,还有待通过深入细致的理论及实验研究,建立一整套适用于纯水液压传动的设计理论和方法[14][15]。
2.3.1纯水液压传动技术的国内外研究状况
自1967年美国的威格士（Vickers）公司的J.P.Ryan发表了第一篇有关高压海水泵工程材料研究的报告以来，国外的科研机构和企业已开发研制出一系列的海（淡）水泵及阀，至今已基本上达到了14—21MPa的中高压水平；美国已研制出系列海水液压传动水下作业工具系统交付海军水下工程队使用；英国于1988年研制成功14MPa的海水柱塞泵10MPa的海水住塞马达；日本的川崎工业技术研究所已研制成功68.5MPa的超高压海水柱塞泵；德国豪亨科（Hauhinco）公司已研制成功21MPa的淡水柱塞泵以及陶瓷阀芯的水压滑阀；丹麦的丹福氏（Danfoss）公司与丹麦理工大学合作成功地研制出Nessie系列轴向柱塞泵；芬兰的坦佩雷（Tampere）
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