一、液壓傳動(dòng)發(fā)展概況
液壓傳動(dòng)技術(shù)是實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代傳動(dòng)與控制的關(guān)鍵技術(shù)之一,在工程機(jī)械、機(jī)床工業(yè)、汽車(chē)制造、冶金礦山、航天航空等工業(yè)領(lǐng)域,得到了廣泛的應(yīng)用與普及。
l7 世紀(jì)帕斯卡提出了著名的帕斯卡定理,奠定了液壓傳動(dòng)的理論基礎(chǔ);18世紀(jì)末英國(guó) 制成了世界上第一臺(tái)水壓機(jī);19世紀(jì)末德國(guó)制造了液壓龍門(mén)刨床,美國(guó)制造了液壓六角車(chē) 床和液壓磨床。由于當(dāng)時(shí)機(jī)械加工制造水平較低,沒(méi)有成熟可靠的液壓元件,因而液壓傳動(dòng) 技術(shù)并未得到普遍應(yīng)用。液壓傳動(dòng)技術(shù)經(jīng)歷了很長(zhǎng)的歷史時(shí)期,但作為現(xiàn)代傳動(dòng)與控制技 術(shù)的發(fā)展卻只需追溯到第二次世界大戰(zhàn)期間,由于當(dāng)時(shí)工業(yè)和軍事工程的需要,對(duì)液壓控制 系統(tǒng)的快速性、動(dòng)態(tài)精度、功率一重量比提出了很高的要求。在這期間出現(xiàn)了動(dòng)作準(zhǔn)確、反應(yīng)迅速、驅(qū)動(dòng)功率大的液壓傳動(dòng)裝置,并用于飛機(jī)、大炮和坦克,而且在艦艇上也出現(xiàn)了電液控制閥及其伺服系統(tǒng),推動(dòng)了液壓傳動(dòng)技術(shù)的發(fā)展。第二次世界大戰(zhàn)后,液壓技術(shù)迅速?gòu)能娛骂I(lǐng)域轉(zhuǎn)向民用工業(yè),世界上幾乎所有的機(jī)械裝備都能見(jiàn)到液壓技術(shù)的蹤跡。
當(dāng)前,液壓傳動(dòng)技術(shù)正向高壓、高速、高集成化、大功率、高可靠性方向發(fā)展,現(xiàn)代液壓傳動(dòng)技術(shù)與以微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、傳感技術(shù)等為代表的新技術(shù)緊密結(jié)合,形成了一個(gè)完善而高效的控制中樞,成為包括傳動(dòng)、控制、檢測(cè)、顯示乃至診斷、校正、預(yù)報(bào)在內(nèi)的機(jī)電被一體化技術(shù),成為大中功率機(jī)械設(shè)備實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化不可缺少的基礎(chǔ)支撐技術(shù),應(yīng)用極為廣泛。
二、液壓傳動(dòng)的特點(diǎn)
液壓傳動(dòng)技術(shù)幾乎滲透到所有的現(xiàn)代工業(yè)領(lǐng)域,特別是近二三十年來(lái)得到了廣泛而迅速的應(yīng)用和發(fā)展。和機(jī)械傳動(dòng)、???力傳動(dòng)相比,液壓傳動(dòng)特點(diǎn)鮮明,概括起來(lái)有以下幾個(gè)方面:
1.優(yōu)點(diǎn)
(1)在相等的體積下,液壓傳動(dòng)裝置比電氣裝置產(chǎn)生的動(dòng)力更大;在同等功率的情況下,液壓傳動(dòng)裝置體積小,重量輕,結(jié)構(gòu)緊湊。
(2)液壓傳動(dòng)裝置能在很大的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速 , 而且工作準(zhǔn)確平穩(wěn) ; 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 , 成本低廉。
(3)液壓傳動(dòng)裝置易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化 , 可以完成各種復(fù)雜的動(dòng)作 , 并且操作簡(jiǎn)便。
(4)液壓傳動(dòng)裝置容易實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù) , 能自行潤(rùn)滑 , 因而磨損少 , 使用壽命長(zhǎng)。
(5)液壓元件已實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化 , 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、制造和使用都非常方便。液壓元件的排列布置具有較大的柔性。
2．不足
(1) 由于存在摩擦損失和泄漏損失,液壓傳動(dòng)系統(tǒng)能量損失較大。
(2) 對(duì)油液的清潔度要求較高,并要求定期更換。
(3) 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)對(duì)溫度的變化比較敏感,工作性能易受溫度的影響。
(4) 液壓系統(tǒng)與元件制造維護(hù)要求較高,價(jià)格較貴,且進(jìn)行故障診斷較困難?？偠灾?液壓傳動(dòng)系統(tǒng)由于其優(yōu)勢(shì)明顯,因而在現(xiàn)代工業(yè)領(lǐng)域得到廣泛使用,它的一些不足也將隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步而逐步得到克服。
三、液壓傳動(dòng)在起重機(jī)中的應(yīng)用
液壓傳動(dòng)裝置具有功率密度高、易于實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)、速度剛度大、便于冷卻散熱、動(dòng)作實(shí)
現(xiàn)容易等突出優(yōu)點(diǎn),因而在起重機(jī)中得到了廣泛的應(yīng)用。目前95%以上的起重機(jī)都采用了 液壓技術(shù),起重機(jī)液壓產(chǎn)品在整個(gè)液壓工業(yè)銷(xiāo)售總額中占40%以上。
起重機(jī)最初采用液壓傳動(dòng)技術(shù)是為了解決車(chē)輛轉(zhuǎn)向阻力問(wèn)題,以減輕司機(jī)的勞動(dòng)強(qiáng)度,在轉(zhuǎn)向系中使用了液壓助力器。由于液壓助力器在應(yīng)用過(guò)程中顯示出的突出優(yōu)點(diǎn)以及人們 對(duì)液壓元件和液壓系統(tǒng)研究的深入,液壓傳動(dòng)裝置及技術(shù)很快在起重機(jī)領(lǐng)域中推廣應(yīng)用,其發(fā)展經(jīng)歷了以下幾個(gè)階段。
1. 應(yīng)用初期
20 世紀(jì)40～50年代是起重機(jī)液壓傳動(dòng)技術(shù)應(yīng)用的初期階段。人們摸索著將簡(jiǎn)單的液壓元件和液壓系統(tǒng)應(yīng)用到起重機(jī)上來(lái)解決用其他方式比較難以實(shí)現(xiàn)的問(wèn)題(如執(zhí)行器的直線運(yùn)動(dòng)等)。其系統(tǒng)工作壓力一般很低,大約在 2～7MPa。
2. 高速發(fā)展階段
起重機(jī)液壓傳動(dòng)技術(shù)的應(yīng)用在20世紀(jì)60～70年代發(fā)展迅速,其液壓傳動(dòng)系統(tǒng)向著高速、高壓化發(fā)展,系統(tǒng)壓力的提高使得液壓傳動(dòng)功率密度大幅度增加,液壓元件的重量明顯下降。液壓傳動(dòng)技術(shù)的應(yīng)用逐漸由起重機(jī)工作裝置擴(kuò)展到轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、行走系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)和制動(dòng)系統(tǒng),人們研制出了全液壓挖掘機(jī)和全液壓叉車(chē)等工程機(jī)械。
3. 增強(qiáng)可靠性階段
大多數(shù)起重機(jī)都是野外作業(yè),工作環(huán)境惡劣,其液壓系統(tǒng)經(jīng)常受到塵埃、振動(dòng)、高溫低寒、風(fēng)雨雪的影響;同時(shí),由于液壓元件如泵在高速、高壓運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)所產(chǎn)生的噪聲、振動(dòng)的原因,起重機(jī)的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)常常引發(fā)故障。因此,在20世紀(jì)80年代,降低起重機(jī)液壓系統(tǒng)污染、提高設(shè)備可靠性便成為這一時(shí)期的應(yīng)用主題。
4. 電液控制技術(shù)應(yīng)用階段
隨著微電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展,使現(xiàn)代控制理論在起重機(jī)液壓傳動(dòng)裝置中的應(yīng)用成為現(xiàn)實(shí)。計(jì)算機(jī)控制的變量泵系統(tǒng)、采用高速開(kāi)關(guān)閥和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的數(shù)字閥大大提高了液壓系統(tǒng)的效率。出現(xiàn)了智能型液壓挖掘機(jī)、鑿巖隧道機(jī)器人、混凝土泵車(chē)等 起重機(jī)機(jī)型,大大提高了設(shè)備的作業(yè)精度和發(fā)動(dòng)機(jī)的功率利用率。以計(jì)算機(jī)技術(shù)為核心的機(jī)電液一體化技術(shù)在液壓系統(tǒng)中的應(yīng)用標(biāo)志著現(xiàn)代起重機(jī)液壓傳動(dòng)與控制的最高水平。
目前,幾乎所有起重機(jī)的工作裝置都采用了液壓傳動(dòng)控制。即使以前很少采用液壓技術(shù)的塔式起重機(jī),現(xiàn)在也開(kāi)始用低速大扭矩液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)起重機(jī)的提升、變幅、回轉(zhuǎn)等機(jī)構(gòu),并出現(xiàn)了全液壓塔式起重機(jī),大大提高了起重機(jī)操作性能和調(diào)速性能。裝載機(jī)采用了轉(zhuǎn)向液壓缸來(lái)實(shí)現(xiàn)整機(jī)轉(zhuǎn)向控制,全液壓挖掘機(jī)則通過(guò)對(duì)內(nèi)、外側(cè)車(chē)輪的驅(qū)動(dòng)液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)速的控制實(shí)現(xiàn)滑移轉(zhuǎn)向,甚至原地轉(zhuǎn)向,大大提高了整機(jī)的機(jī)動(dòng)性和靈活性。由于靜液傳動(dòng)具有滿載工況下啟動(dòng)平穩(wěn)、功率損耗小、易于實(shí)現(xiàn)前進(jìn)倒退的轉(zhuǎn)換、可實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速、傳遞功率大等優(yōu)點(diǎn),而廣泛應(yīng)用在起重機(jī)行走系統(tǒng)中。
起重機(jī)的變速箱大多采用了液壓操作的動(dòng)力換擋變速箱,大大減輕了司機(jī)的勞動(dòng)強(qiáng)度,提高了傳動(dòng)系換擋性能。此外,由于液壓制動(dòng)器動(dòng)作響應(yīng)快,制動(dòng)平穩(wěn)可靠,因而在起重機(jī)制動(dòng)系中得到了普遍應(yīng)用。
總之,液壓傳動(dòng)與控制技術(shù)幾乎滲透到工程機(jī)械的每個(gè)部分,達(dá)到了“無(wú)液不成機(jī)”的程度。