液压技术发展概论.docx
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液压技术发展概论
第一章液压技术发展概述
概述：
液压传动相对于机械传动来说，是一门新技术。
自1795年制成第一台水压机起，液压技术就进入了工程领域，1906年开始应用于国防战备武器。
第二次世界大战期间，由于军事工业迫切需要发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、计算机防真和优化设计、微机控制等工作，也日益取得显著成果。
解放前，我国经济落后，液压工业完全是空白。
解放后，我国经济获得迅速发展，液压工业也和其它工业一样，发展很快。
20世纪50年代就开始生产各种通用液压元件。
当前，我国已生产出许多新型和自行设计的系列产品，如插装式锥阀、电液比例阀、电液比例阀、电液伺服阀、电液脉冲马达以及其它新型液压元件等。
但由于过去基础薄弱，所生产的液压液压元件，在品种与质量等方面和国外先进水平相比，还存在一定差距，我国液压技术也将获得进一步发展，它在各个工业技术的发展，可以预见，液压技术也将获得进一步发展，它在各个工业部门中的用应，也将会越来越广泛。
技术创新对于提高国家、地方和企业的科技竞争力，实现可持续发展具有十分重要的意义。
20世纪80年代初，我国开始重视技术创新理论问题的研究，研究范围包括技术创新的模式、机制，技术创新的扩散，产业创新和技术创新经济学，技术创新的区域研究以及有关技术创新的政策、体系等诸多方面。
经过20多年的研究，人们已经注意到创新在生产各个方面所起的关键作用，并将创新作为企业、产业和国家竞争获胜的中心环节。
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。
本文从液压现场总线技术、自动化控制软件技术、水压元件及系统、液压节能技术等方面介绍液压传动技术发展动态。
液压传动技术是一门新的学科技术，它的发展历史虽然较短，但是发展的速度却非常之快。
自从1795年制成了第一台压力机起，液压技术进入了工程领域；1906年开始应用于国防战备武器。
第二次世界大战期间，由于军事工业迫切需要反应快、精度高的自动控制系统，因而出现了液压伺服控制系统。
从60年代起，由于原子能、空间技术、大型船舰及电子技术的发展，不断地对液压技术提出新的要求，从民用到国防，由一般的传动到精确度很高的控制系统，这种技术得到更加广泛的发展和应用。
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。
1.在国防工业中：
海、陆、空各种战备武器均采用液压传动与控制。
如飞机、坦克、舰艇、雷达、火炮、导弹及火箭等。
2.在民用工业中：
有机床工业、冶金工业、工程机械、农业方面，汽车工业、轻纺工业、船舶工业。
另外，近几年又出现了太阳跟踪系统、海浪模拟装置、飞机驾驶模拟、船舶驾驶模拟器、地震再现、火箭助飞发射装置、宇航环境模拟、高层建筑防震系统及紧急刹车装置等，均采用了液压技术。
总之，一切工程领域，凡是有机械设备的场合，均可采用液压技术。
它的发展如此之快，应用如此之广，其原因就是液压技术有着优异的特点，归纳起来液压动力传动方式具有显著的优点：
其单位重量的输出功率和单位尺寸输出功率大；液压传动装置体积小、结构紧凑、布局灵活，易实现无级调速，调速范围宽，便于与电气控制相配合实现自动化；易实现过载保护与保压，安全可靠；元件易于实现系列化、标准化、通用化；液压易与微机控制等新技术相结合，构成“机-电-液-光”一体化便于实现数字化。
液压传动系统的组成、概念、原理及特点：
1.一个完整的液压系统由五个部分组成：
即动力元件、执行元件、控制元件、辅助元件和液压油。
动力元件的作用是将原动机的机械能转换成液体的压力能，指液压系统中的油泵，它向整个液压系统提供动力。
液压泵的结构形式一般有齿轮泵、叶片泵和柱塞泵。
执行元件（如液压缸和液压马达）的作用是将液体的压力能转换为机械能，驱动负载作直线往复运动或回转运动。
控制元件（即各种液压阀）在液压系统中控制和调节液体的压力、流量和方向。
根据控制功能的不同，液压阀可分为压力控制阀、流量控制阀和方向控制阀。
压力控制阀又分为溢流阀（安全阀）、减压阀、顺序阀、压力继电器等；流量控制阀包括节流阀、调整阀、分流集流阀等；方向控制阀包括单向阀、液控单向阀、梭阀、换向阀等。
根据控制方式不同，液压阀可分为开关式控制阀、定值控制阀和比例控制阀。
辅助元件包括油箱、滤油器、油管及管接头、密封圈、压力表、油位油温计等。
液压油是液压系统中传递能量的工作介质，有各种矿物油、乳化液和合成型液压油等几大类。
2．液压传动的基本概念：
流体传动是以流体（液体、气体）为工作介质进行能量转换、传递和控制的传递形式。
一页题为工作介质时为液体传动；以压缩空气为工作介质时为气体传动。
流体传动又分为性质截然不同的两种传递形式：
液压传动和液力传动。
液压传动主要利用液体的静压能来传递运动和动力，其工作原理基于物理学中的帕斯卡原理【帕斯卡定律（Pascallaw）：
帕斯卡大小不变地由液体向各个方向传递。
大小根据静压力基本方程（p=p0+ρgh）,盛放在密闭容器内的液体，其外加压强p0发生变化时，只要液体仍保持其原来的静止状态不变，液体中任一点的
压强均将发生同样大小的变化。
这就是说，在密闭容器内，施加于静止液体上的压强将以等值同时传到各点。
这就是帕斯卡原理，或称静压传递原理。
】，也称静液传动或容积式传动。
液力传动主要是利用液体的动能来传递运动和动力，其工作原理基于流体力学中的动量矩定理。
3.液压传动的工作原理：
液压传动应用了液体的两个最重要的特征：
假定液体不可压缩；
静止液体压力各向相等。
它是由两个大小不同的液缸组成的，在液缸里充满水或油。
充水的叫“水压机”；充油的称“油压机”。
两个液缸里各有一个可以滑动的活塞，如果在小活塞上加一定值的压力，根据帕斯卡定律，小活塞将这一压力通过液体的压强传递给大活塞，将大活塞顶上去。
液压千斤顶工作原理图
1—杠杆手柄2—小油缸3—小活塞4，7—单向阀5—吸油管6，10—管道?
8—大活塞9—大油缸11—截止阀12—油箱
图为是液压千斤顶的工作原理图。
大油缸9和大活塞8组成举升液压缸。
杠杆手柄1、小油缸2、小活塞3、单向阀4和7组成手动液压泵。
如提起手柄使小活塞向上移动，小活塞下端油腔容积增大，形成局部真空，这时单向阀4打开，通过吸油管5从油箱12中吸油；用力压下手柄，小活塞下移，小活塞下腔压力升高，单向阀4关闭，单向阀7打开，下腔的油液经管道6输入举升油缸9的下腔，迫使大活塞8向上移动，顶起重物。
再次提起手柄吸油时，单向阀7自动关闭，使油液不能倒流，从而保证了重物不会自行下落。
不断地往复扳动手柄，就能不断地把油液压入举升缸下腔，使重物逐渐地升起。
如果打开截止阀11，举升缸下腔的油液通过管道10、截止阀11流回油箱，重物就向下移动。
这就是液压千斤顶的工作原理。
通过对上面液压千斤顶工作过程的分析，可以初步了解到液压传动的基本工作原理。
液压传动是利用有压力的油液作为传递动力的工作介质。
压下杠杆时，小油缸2输出压力油，是将机械能转换成油液的压力能，压力油经过管道6及单向阀7，推动大活塞8举起重物，是将油液的压力能又转换成机械能。
大活塞8举升的速度取决于单位时间内流入大油缸9中油容积的多少。
由此可见，液压传动是一个不同能量的转换过程。
结论：
液压传动中负载F与压力p之间的关系可表述为：
液压系统的压力取决于负载，并且随负载的变化而变化。
液压缸的运动速度取决于液压缸的流量，并且随负流量的变化而变化。
4.液压传动的特点：
液压传动必须用具有一定压力的液体作为工作介质。
传动过程经过两次能量转换。
传动必须在密闭容器内进行，而且容积要发生变化。
（两个必要条件）
液压传动的优点：
1.功率体积比大
2.可在实现无级调速
3.容易实现自动化
4.平稳，寿命长
5.易于实现过载保护
6.布置灵活
液压传动的缺点：
1．石油资源有限，可燃。
2．不能保证严格的传动比。
3．易对环境造成污染。
4．液压传动系统成本高
5．要求有单独的能源，使用不方便。
6．故障不易检查排除。
我国液压技术的发展历程及趋势：
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。
北京机床所的直动式电液伺服阀、杭州精工液压机电公司的低噪声比例溢流阀（拥有专利）、宁波华液公司的电液比例压力流量阀（已申请专利），均为机电一体化的高新技术产品，并已投入批量生产，取得了较好的经济效益。
北京华德液压集团公司的恒功率变量柱塞泵，填补了国内大排量柱塞泵的空白，适用于冶金、锻压、矿山等大型成套设备的配套。
天津特精液压股份有限公司的三种齿轮泵，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。
另外，还有广东广液公司的高压高性能叶片泵、宁波永华公司的超高压软管总成、无锡气动技术研究所有限公司为各种自控设备配套的WPI新型气缸系列都是很有特色的新产品。
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。
虽然取得上述成果，但和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。
面对这样的状况企业未来的发展趋势如下：
1.根据国内市场需求，依靠科技进步，不断调整产品结构。
例如随着国家西部大开发战略的实施，适合西部工程建设的产品将受到市场的追捧。
现在，西气东输的序幕已经拉开，如此大规模的管道工程建设和众多的西部开发项目，为液动压技术提供了良好的机遇。
2.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。
3.不断提高企业产品的开发能力和创新能力，加强产学研结合，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。
4.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。
5.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。
6.重视环保。
环保型产品将具竞争优势，随着人们环境意识的加强，开发保护型液压产品，将成为今后国内液压技术的主流。
7.适应主机机电一体化的需要
8.应用现代控制技术，提高电液压自动控制系统的性能
9.大力发展水压系统和元件，扩大其应用领域。
由此可见现阶段急需发展的关键技术包括：
1.液压传动与控制系统的节能技术，如负荷传感技术、新型节能系统和元件。
2.机电一体化技术及IT技术的应用高精度、高频响电液、电气伺服比例系统和元件，液粘调速器速度控制技术。
数字液压、气动系统和元件，直动型电液控制元件。
3.液压系统及污染控制技术。
4.无泄漏液压系统和元件。
5.水压传动与控制技术。
6.高速重载齿轮传动设计与制造技术。
7.高速铁路轴承设计制造技术。
8.高速、高精度机床主轴轴承设计与制造技术。
9.各种传动系统降噪和增寿技术。
10.特种传动技术（谐波传动、机械无级变速等）。
11.先进设计技术，如计算机辅助设计与试验，仿真技术。
12.大型传动系统的故障诊断技术。
13.现代制造技术的应用研究，如表面处理技术，计算机辅助制造技术、润滑技术。
总之，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。
液压传动系统图的图形符号：
该图为机床工作台液压系统的图形符号图
1—工作台2—液压缸3—油塞4—换向阀5—节流阀6—开停阀7—溢流阀8—液压泵9—滤油器10—油箱
图为所示的液压系统是一种半结构式的工作原理图它有直观性强、容易理解的优点，当液压系统发生故障时，根据原理图检查十分方便，但图形比较复杂，绘制比较麻烦。
我国已经制定了一种用规定的图形符号来表示液压原理图中的各元件和连接管路的国家标准，即“液压系统图图形符号（GB786—76）”。
我国制订的液压系统图图形符号（GB786—76）中，对于这些图形符号有以下几条基本规定。
（1）符号只表示元件的职能，连接系统的通路，不表示元件的具体结构和参数，也不表示元件在机器中的实际安装位置。
（2）元件符号内的油液流动方向用箭头表示，线段两端都有箭头的，表示流动方向可逆。
（3）符号均以元件的静止位置或中间零位置表示，当系统的动作另有说明时，可作例外。
该图所示为上图系统用国标《GB786—76液压系统图图形符号》绘制的工作原理图。
使用这些图形符号可使液压系统图简单明了，且便于绘图。
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