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本科毕业设计液压传动
液压传动系统毕业论文
摘要
液压传动和控制由应用电子技术、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，使液压系统和元件在技术水平上有很大提高。
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。
摘要……………………………………………………………………………………1
绪论……………………………………………………………………………………3
第一章液压传动的基本介绍…………………………………………………………3
1.1液压传动的发展概况…………………………………………………………3
1.2液压传动的工作原理和组成............................................................................4
1.3液压传动的定义................................................................................................7
1.4液压传动的优缺点............................................................................................7
1.5液压传动在机械中的应用……………………................................................8
第二章液压技术的创新发展……………………..…………………………………10
2.1液压现场总线技术……………………………………………….…………10
2.2水压元件及系统…………………………….……………………………....12
2.3液压节能技术………………………………………………………………..14
第三章液压动力单元的结构设计分析……………………………………………..15
3.1液压动力源的几种结构形式……………………………………………….15
3.2各种布置的比较……………………………………………………………..16
3.3布置方案的选定……………………………………………………………..16
3.4油箱的设计…………………………………………………………………..18
3.5系统压力平衡问题的分析…………………………………………………..20
3.6总体系统的结构……………………………………………………………..23
第四章液压技术发展趋势…………………………………………………………..23
4.1国外液压系统的发展………………………………………………………..23
4.2远程液压传动系统的发展…………………………………………………..25
4.3增强对环境的适应性、拓宽应用范围……………………………………..26
4.4发展趋势……………………………………………………………………..28
总结…………………………………………………………………………………..30
致谢…………………………………………………………………………………..30
参考文献……………………………………………………………………………..31
绪论
技术创新及其管理是当今管理科学的重要学科，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。
无论是发达国家还是发展中国家，都非常重视对这一问题的研究。
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。
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2l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。
第一章液压传动的基本介绍
1.1液压传动的发展概况
液压传动相对于机械传动来说，它是一门新学科，从17世纪中叶帕斯卡提出静压传动原理，18世纪末英国制成第一台水压机算起，液压传动已有2～3百年的历史，只是由于早期技术水平和生产需求的不足，液压传动技术没有得到普遍地应用。
随着科学技术的不断发展，对传动技术的要求越来越高，液压传动技术自身也在不断发展，特别是在第二次世界大战期间及战后，由于军事及建设需求的刺激，液压技术日趋成熟。
第二次世界大战前后，成功地将液压传动装置用于舰艇炮塔转向器，其后出现了液压六角车床和磨床，一些通用机床到本世纪30年代才用上了液压传动。
第二次世界大战期间，在兵器上采用了功率大、反应快、动作准的液压传动和控制装置，它大大提高了兵器的性能，也大大促进了液压技术的发展。
战后，液压技术迅速转向民用，并随着各种标准的不断制订和完善及各类元件的标准化、规格化、系列化而在机械制造，工程机械、农业机械、汽车制造等行业中推广开来。
近30年来，由于原子能技术、航空航天技术、控制技术、材料科学、微电子技术等学科的发展，再次将液压技术推向前进，使它发展成为包括传动、控制、检测在内的一门完整的自动化技术，在国民经济的各个部门都得到了应用，如工程机械、数控加工中心、冶金自动线等。
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。
我国的液压工业开始于20世纪50年代，液压元件最初应用于机床和锻压设备。
60年代获得较大发展，已渗透到各个工业部门，在机床、工程机械、冶金、农业机械、汽车、船舶、航空、石油以及军工等工业中都得到了普遍的应用。
当前液压技术正向高压、高速、大功率、高效率、低噪声、低能耗、长寿命、高度集成化等方向发展。
同时，新元件的应用、系统计算机辅助设计、计算机仿真和优化、微机控制等工作，也取得了显著成果。
目前，我国的液压件已从低压到高压形成系列，并生产出许多新型元件，如插装式锥阀、电液比例阀、电液伺服阀、电业数字控制阀等。
我国机械工业在认真消化、推广国外引进的先进液压技术的同时，大力研制、开发国产液压件新产品，加强产品质量可靠性和新技术应用的研究，积极采用国际标准，合理调整产品结构，对一些性能差而且不符合国家标准的液压件产品，采用逐步淘汰的措施。
由此可见，随着科学技术的迅速发展，液压技术将获得进一步发展，在各种机械设备上的应用将更加广泛．
1.2液压传动的工作原理和组成
1.2.1工作原理
液压传动的工作原理，可以用一个液压千斤顶的工作原理来说明:
图1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。
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，而且传动中必须经过两次能量转换
由此可见，液压传动是一种不同能量的转换过程。
图1:
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
1.2.2液压系统的基本组成
一个完整的、能够正常工作的液压系统，应该有以下五个主要部分组成：
1）动力装置：
它是供给液压系统压力油，把机械能转化为液压能的装置。
最常见的是液压泵。
2）执行装置：
它是把液压能转化成机械能的装置。
其形式有作直线运动的液压缸，有作回转运动的液压马达，它们又称作液压系统的执行元件。
3）控制调节装置：
它是对系统中的压力、流量或流动方向进行控制或调节的装置。
如：
溢流阀、节流阀、换向阀、截止阀等。
4）辅助装置：
例如油箱，滤油器，油管等。
他们对保证系统正常工作是必不可少的。
5）工作介质：
传递能量的流体，即液压油等。
1.3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。
1.4液压传动的优缺点
液压传动之所以能得到广泛的应用，是由于它具有以下的主要优点：
1）由于液压传动是油管连接，所以借助油管的连接可以方便灵活地布置传动机构，这是比机械传动优越的地方。
例如，在井下抽取石油的泵可采用液压传动来驱动，以克服长驱动轴效率低的缺点。
由于液压缸的推力很大，又加之极易布置，在挖掘机等重型工程机械上，已基本取代了老式的机械传动，不仅操作方便，而且外形美观大方。
2）液压传动装置的重量轻、结构紧凑、惯性小。
例如，相同功率液压马达的体积为电动机的12%～13%。
液压泵和液压马达单位功率的重量指标，目前是发电机和电动机的十分之一，液压泵和液压马达可小至0.0025N/W（牛/瓦）,发电机和电动机则约为0.03N/W。
3）可在大范围内实现无级调速。
借助阀或变量泵、变量马达，可以实现无级调速，调速范围可达1∶2000，并可在液压装置运行的过程中进行调速。
4）传递运动均匀平稳，负载变化时速度较稳定。
正因为此特点，金属切削机床中的磨床传动现在几乎都采用液压传动。
5）液压装置易于实现过载保护——借助于设置溢流阀等，同时液压件能自行润滑，因此使用寿命长。
6）液压传动容易实现自动化——借助于各种控制阀，特别是采用液压控制和电气控制结合使用时，能很容易地实现复杂的自动工作循环，而且可以实现遥控。
7）液压元件已实现了标准化、系列化和通用化，便于设计、制造和推广使用。
液压传动的缺点是：
1）液压系统中的漏油等因素，影响运动的平稳性和正确性，使得液压传动不能保证严格的传动比。
2）液压传动对油温的变化比较敏感，温度变化时，液体粘性变化，引起运动特性的变化，使得工作的稳定性受到影响，所以它不宜在温度变化很大的环境条件下工作。
3）为了减少泄漏，以及为了满足某些性能上的要求，液压元件的配合件制造精度要求较高，加工工艺较复杂。
4）液压传动要求有单独的能源，不像电源那样使用方便。
5）液压系统发生故障不易检查和排除。
总之，液压传动的优点是主要的，随着设计制造和使用水平的不断提高，有些缺点正在逐步加以克服。
液压传动有着广泛的发展前景。
1.5液压传动在机械中的应用
1.5.1液压传动在机械行业中的应用：
驱动机械运动的机构以及各种传动和操纵装置有多种形式。
根据所用的部件和零件，可分为机械的、电气的、气动的、液压的传动装置。
经常还将不同的形式组合起来运用——四位一体。
由于液压传动具有很多优点，使这种新技术发展得很快。
液压传动应用于金属切削机床也不过四五十年的历史。
航空工业在1930年以后才开始采用。
特别是最近二三十年以来液压技术在各种工业中的应用越来越广泛。
在机床上，液压传动常应用在以下的一些装置中：
1.进给运动传动装置磨床砂轮架和工作台的进给运动大部分采用液压传动；车床、六角车床、自动车床的刀架或转塔刀架；铣床、刨床、组合机床的工作台等的进给运动也都采用液压传动。
这些部件有的要求快速移动，有的要求慢速移动。
有的则既要求快速移动，也要求慢速移动。
这些运动多半要求有较大的调速范围，要求在工作中无级调速；有的要求持续进给，有的要求间歇进给；有的要求在负载变化下速度恒定，有的要求有良好的换向性能等等。
所有这些要求都是可以用液压传动来实现的。
2.往复主体运动传动装置龙门刨床的工作台、牛头刨床或插床的滑枕，由于要求作高速往复直线运动，并且要求换向冲击小、换向时间短、能耗低，因此都可以采用液压传动。
3.仿形装置车床、铣床、刨床上的仿形加工可以采用液压伺服系统来完成。
其精度可达0.01～0.02mm。
此外，磨床上的成形砂轮修正装置亦可采用这种系统。
4.辅助装置机床上的夹紧装置、齿轮箱变速操纵装置、丝杆螺母间隙消除装置、垂直移动部件平衡装置、分度装置、工件和刀具装卸装置、工件输送装置等，采用液压传动后，有利于简化机床结构，提高机床自动化程度。
5.静压支承重型机床、高速机床、高精度机床上的轴承、导轨、丝杠螺母机构等处采用液体静压支承后，可以提高工作平稳性和运动精度。
液压传动在其他机械工业部门的应用情况见表1-1所示。
表1-1 液压传动在各类机械行业中的应用实例
行业名称
应用场所举例
工程机械
挖掘机、装载机、推土机、压路机、铲运机等。
起重运输机械
汽车吊、港口龙门吊、叉车、装卸机械、皮带运输机等。
矿山机械
凿岩机、开掘机、开采机、破碎机、提升机、液压支架等。
建筑机械
打桩机、液压千斤顶、平地机等。
农业机械
联合收割机、拖拉机、农具悬挂系统等。
冶金机械
电炉炉顶及电极升降机、轧钢机、压力机等。
轻工机械
打包机、注塑机、校直机、橡胶硫化机、造纸机等。
汽车工业
自卸式汽车、平板车、高空作业车、汽车中的转向器、减振器等。
智能机械
折臂式小汽车装卸器、数字式体育锻炼机、模拟驾驶舱、机器人等。
1.5.2静液压传动装置的应用
静液压传动由于具有无级变速，调速范围宽，可以实现恒扭或恒功率调速，容易实现电控等优点，在工程机械中具有良好的应用前景。
但是在铲土运输机械和起重机械中作为主要传动就用却很少，其主要问题是在于国内液压元件质量差，而国外的液压元件价格又太高，会造成主同成本过高。
90年代以来，国内已引进了德国林德公司静液压叉车，以及利勃海尔公司静液压推土机的装载机，但在国内市场所占份额很小。
从国内工程机械市场的实际出发，本文对静液压传动在国内的推广应用提出探讨性的意见如下：
（1）静液压传动叉车在发达国家已经被广泛采用，由于国内部分仓库、码头和工厂等使用部门对叉车的机动性能（尤其是低速性能）、噪声已经有较高的要求，因此这些部门正在成为国内静液压叉车用户。
国内叉车和液压元件生产企业应该看到静液压叉车的良好前景，联合研究开发适合我国国情的叉车静液压系统，提供能先进，工作可靠，价格适中的产品。
也可以采用与国际静液压元件制造公司联合开发的方式，加快开发的速度。
（2）中小型多功能工程机械由于具有挖掘，装载，叉车和起重等多功能，在发达国家已经得到了广泛的应用。
随着我国经济建设尤其是城市建设的发展，中小型多功能工程机械也将在我国推广应用，而它们无疑将首先采用静液压传动作为其主要传动装置。
国内工程机械企业应该看到中小型多功能工程机械的发前景，联合国内外静液压元件生产企业共同开展对它们的研究开发，以促进中小型多功能工程机械在我国的发展。
（3）在国内大型铲土运输和起重机械中，由于配套的静液压与电子控制元件的技术难度大，价格太高，在国内用户中难以接受。
因此，在我国暂时不宜将静液压传动研究开发的重点放在与大型铲土运输和起重机械配套上，而应将重点放在上述两类工程机械上。
第二章液压技术的创新发展2.1液压现场总线技术
2.1.1液压现场总线技术的定义
现场总线是连接智能化仪表和自动化系统的全数字式、双向传输、多分支结构的通信网络。
现场总线控制系统简化为工作站和现场设备两层结构，它可以看作是一个由数字通讯设备；和监控设备组成的分布式系统从计算机角度看，现场总线是一种工业网络平台；从通信角度看，它是一种新的全数字串行、双向、多路设备的通信方式；从工程角度看，它是一种工厂结构化布线。
随着现代制造技术的快速发展，流体控制技术和电子控制技术的结合越来越紧密，在液压领域越来越多的人开始使用或关注总线技术在液压系统中的应用，液压技术人员也越来越感受到现场总线技术的优越性。
液压系统是在液压总线的供油路和回油路间安装数个开关液压源，与其各自的控制阀、执行器相连接。
开关液压源包括液感元件、高速开关阀、单向阀、液容元件。
根据开关液压源功能不同，它可组合成升压或降压增流型开关液压源。
由于将开关源的输入端直接挂在液压总线上，通过高速开关方式加以升压或降压增流。
该系统克服了传统液压系统无法实现升压以及降压增流的问题，最终输出与各执行器需求相适应的压力和流量。
2.1.2现场总线技术在液压系统应用中的特点
（1）经济性。
任何一种新技术新产品的开发与使用，其成本是首先需要考虑的因素之一，总线技术也不例外。
设计开发总线技术产品的初衷之一就是降低系统及工程成本。
所以，应用单位使用总线产品和供应商提供产品的第一前提应该是以降低总线系统的使用成本为目的。
（2）按IEC61131—3标准的柔性化程序，易学、易懂，可操作性强。
（3）可靠性、可维护性。
现场总线技术采用总线代替一对一的I／O连线。
对于大规模I／O系统来说，减少了由接线点造成的不可靠因素，同时系统具有在线故障诊断，报警记录功能；可完成现场液压系统的远程参数设定、修改等参数化工作，增强了系统的可维护性。
（4）友好的人机对话界面，可方便进行液压系统的参数修改和故障监控。
（5）满足所有有关人身安全、电磁兼容、抗冲击及抗震动的重要标准。
（6）相对于传统的液压比例控制系统更具有其价格竞争优势。
2.2水压元件及系统
2.2.1水压传动技术概述
用水作介质的液压元件古而有之，最早的液压设备就是用水的。
今灭随便一个洗车店里都装备了带容积式泵的高压清洗机这样的水液压设备。
但后来所谓“水压机”的介质中也添加了许多东西以满足方方面面的性能要求，其实是一种乳化液。
后来发展的“难燃液压液”有几种也是水基的。
在某种意义上，液压技术的发展是一个元件与工作介质互相适应和协调发展的历史。
液压介质性能水平的提高对于现代液压技术的发展功不可没。
现在所谓的水液压元件企图用普通水或天然海水作为介质，所有技术难点就都集中到了元件本身。
液压元件的发展越来越依赖于材料科学和制造技术的进步，这在水液压元件中体现得尤为突出。
在现代技术条件下，造出能在密封、润滑、抗蚀等性能方面适应纯水甚至海水介质的液压元件是可能的，当然由于无法同时改进介质的相关特性，水液压装置的性能，特别是性价比较高之元件和介质都经过多年“磨合”和优化的传统液压装置会大打折扣，一般也只能在水的冰点以上才能运行。
水上和水下作业的船只和装置上，以及用高压水工作的设备中（如高压水清洗、切割设备、消防设备和艺术喷泉等），使用直接从外界吸水和向外排水的开式循环的水液压系统有其必要性和合理性。
水压传动技术就是基于绿色设计和清沽生产技术而重新崛起的一门新技术。
是新型工业化发展进程中出现的一门绿色新技术。
由于水具有清洁、尤污染、廉价、安全、取之方便、再利用率高、处理简单等突出优点，用其取代矿物油作为液压系统工作介质时不仅能够解决未来因石油枯竭带来的能源危机，而且能够最大限度地解决因矿物油泄漏和排放带来的污染与安全问题，最符合环境保护以及可持续发展的要求，使得人们开始重新考虑和认识到将这一清洁能源作为液压系统工作介质的重要性，并已引起人们的普遍关注，成为现代水压传动技术发展的最直接动力。
2.2.2水压传动技术特点
（1）资源丰富，来源广泛，再利用率高。
水是地球上最为丰富且与世共生的资源，在水压传动系统应用的整个周期内，可多次回收，重复使用，且不易变质
（2）水是一种无毒无污染资源，对人体和环境尢害。
有利于提高T作环境的舒适性和安全性，排除的液体不需作任何处理即可直接排放，从根本上消除油压传动系统冈泄漏和排放而造成的牛产与环境污染。
（3）阻燃性好，安全性高。
特别适合高温、核辐射和明火等场合下的应用，有效地解决油压传动所带来的易燃、易爆、油蒸汽对人体的危害等安全问题以及核辐射造成的液油变质和放射性污染等问题。
（4）处理技术与工艺简单，系统的运行与维修费用低。
水长时间使用不会变质，使用前后的水处理简单；而且系统在航运、水下作业、潜艇等水环境下工作时，不用油箱、冷却装置，大大简化了系统。
2.2.3水压传动技术的应用及展望
随着科学技术的进步，水压产品及技术取得了较大的进展，目前，不仅水压泵形式增多了，符合ISO／CETOP连接尺等各标准规格的各种阀，甚至叠加阀、比例阀和连续可调的流量控制阀都形成了产品系列，配套用的液压缸、油箱、接头零件、密封件等也一应俱有，而且在专家的指导下，用户可以根据自己的需求进行系统配组。
正式推出了多种工作压力为l6～21MPa的作为成套机械和设备用的独立产品（动力站和控制阀）。
在欧、美水压传动开始广泛进入食品工业、医药、化学、造纸木材加工、海上作业、核能工业、消防、工程、地质钻探、环境工程等一些对安全、清洁、环境无害要求较高的行业。
一些量大面广的街道和路面清洗车以及新的铁路机械中的应用，加上传统的钢厂轧机和水压机等应用正在扩大。
可见水液压作为一种更符合环保要求的传动技术，将会使流体技术在与电传动技术的竞争中得到新的支持。
随着新材料、新技术的不断涌现，必将推动水压技术的发展，逐步地取代现有的油压传动系统。
可以预见，水压传动这一在第一次工业革命中兴起的古老技术，通过创新发展终将成为与电气、油压、气动并列的第四种传动技术。
2.3液压节能技术
液压传动系统能量损失包括各元件中运动件的机械摩擦损失、泄漏损失溢流损失、节流损失、输入和输出功率不匹配的无功损失几方面。
机械摩擦损失、泄漏损失所占比例与所选元件本身的机械效率、容积效率、介质粘度、回路密封性以及系统组成的复杂程度有关；溢流损失、节流损失所占比例与回路和控制形式有关；而输入和输出功率不匹配的无功损失所占比例与控制策略有关。
因此节能是液压技术的重要课题之一，随着节能和环保要求的日益高涨，有效活用能源和降低噪声已成
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