液压系统的现状与发展趋势

液压系统的现状与发展趋势

王哲

（辽宁工程技术大学，机械11-7班）

摘要：液压传动相对于机械传动来说是一门新技术，液压机是利用帕斯卡定律制成的利用液体压强传动的机械，广泛应用于各种工业中。而在液压机中液压传动系统是其非常重要的组成部分，对液压机的各种性能起到决定性的作用，至于它与微电子和计算机技术密切结合，得以在尽可能小的空间内传递出尽可能大的功率并加以精确控制，更是近几十年内出现的新事物。

本文为5000KN单臂液压机设计了液压传动系统，500T单臂校正压装液压机液压系统采用插装阀集成系统，动作可靠，使用寿命长，液压冲击小，减小了连接管路与泄漏点。独立的电器控制系统，工作可靠，动作直观，维修方便。采用按钮集中控制，设调准（点动）,单次（半自动）二种操作方式。大大的提高了传统液压机的控制有欠缺自动化、操纵性和安全性差等缺点。

它适用于轴类零件、型材的校正和轴套类零件的压装、板材零件的弯曲、压印、套形、简单零件的拉伸塑料制品、机床、内燃机、轻纺制造机械、轴类、轴承、洗衣机、汽车电机、空调电机、电器、军工企业、三资企业装配流水线等行业使用。

该设计主要包括在给定参数情况下液压系统零部件的参数计算，从而进行合适的选择，在根据实际情况确定液压元件（辅助元件）以及液压泵站和油箱，文章也附带了液压元件的安装说明及液压机的技术要求和液压机的驱动要求。

关键词：单臂液压机；液压系统；液压元件

1液压与气动系统

仅有以下三种基本方法传递动力：电气、机械和流体。大多数应用系统实际上是将三种方法组合起来而得到最有效地最全面的系统。为了合理地确定采取哪种方法，重要的是了解各种方法的显著特征。例如液压系统在长距离上比机械系统更能经济地传递动力。然而液压系统与电气系统相比，传递动力的距离较短。液压动力传递系统涉及电动机、调节装置和压力，流量控制。总的来说，该系统包括：

l 泵：将原动机的能力转换成作用在执行部件上的液压能。

2 阀：控制泵产生流体的运动方向、产生的功率的大小，以及到达执行部件液体的流量。功率大小取决于对流量和压力大小的控制。

3 执行部件：将液压能转换成可用的机械能。

4 介质即油液：可进行无压缩传递和控制，同时可以润滑部件，使阀体密封和系统冷却。

5联接件：联接各个系统部件，为压力流体提供功率传输通路，将液体返回邮箱。

6 油液贮存和调节装置：用来确保提供足够质景和数量并冷却的液体。

液压系统在工业中应用广泛，例如冲压，钢类工件的磨削及一般加工业、农业、矿业、航大技术、深海勘探、运输、海洋技术，近海天然气和石油勘探等行业，简而言之，在日常生活中很少有人不从液压技术中得到某种益处。

液压系统成功而又广泛使用的秘密在与它的通用性和易操作性。液压动力传递不会像机械系统那样受到机器几何形体的制约，另外，液压系统不会像电气系统那样受到钢的磁饱和极限的限制。相反，液压系统的功率仅仅受材料强度的限制[1]。企业为了提高生产率将越来越依靠自动化，这包括远程和直接控制生产操作、加工过程和材料处理等。液压动力之所以成为自动化的重要组成部分，是因为它有如下主要的四种优点：

1 控制方便精确通过操作一个简单的操作杆和按钮，液压系统的操作者便能立即起动、停止、加减速和能提供任意功率、位置精度为万分之一英寸的位置控制力。

2 增力一个液压系统（没有使用笨重的齿轮、滑轮和杠杆）能简单有效地将不到一盎司的力放大产生几百吨力的输出。

3 恒力或恒扭只有液压系统能提供不随速度变化而变化的恒力或恒扭矩，它可以驱动对象从每小时移动几英寸到每分钟几百英寸，从每小时几转到每分钟几千转。

4 简便、安全、经济总的来说，液压系统比机械或电气系统使用更少的运动部件，因此，它们运行与维护简便。这使得系统结构紧凑，安全可靠。例如一种用于车辆上的新型动力转向控制装置己淘汰其他类型的转向动力装置，该转向部件中包含有人力操纵方向控制阀和分配器。因为转向部件是全液压的，没有万向节、轴承、减速器齿轮等机械连接，这使得系统简单紧。另外，只需输入很小的扭知就能产生满足极恶劣工作条件所需的控制力，这对于因操作空间限制而需要小方向盘的场合很重要，这也是减轻司机疲劳度所必需的。

液压系统的其他优点包括双向运动、过载保护和无极变速控制，在己有的任何动力系统中液压系统亦具有最大的单位质量功率比. 尽管液压系统具有如此高性能，但它不是可以解决所有动力传递问题的灵丹妙药。液压系统也有些缺点，液压油油污染，并且泄漏不可能完全避免，另外如果油液渗漏发生在灼热设备附近，大多数液压油能引起火灾。下面以一具体实例― -液压站来介绍液压系统的优越性。

液压站又称液压泵站，是独立的液压装置。它按逐级要求供油。并控制液压油流的方向、压力和流量，适用于主机与液压装置可分离的各种液压机械上。用户购后只要将液凡站与主机上的执行机构（油缸或油马达）用油管相连，液压机械即可实现各种规定的动作和工作循环. 液压站是由泵装置、集成块或阀组合、由箱、电气盒组合而成。各部件功能: 泵装置--上装有电机和油泵，是液压站的动力源，将机械能转化为液压油的压力能。

集成块--由液压阀及通道体组装而成。对液压油实行方向、压力和流量调节。

阀组合--板式阀装在立板上，板后管连接，与集成块功能相同。

油箱--板焊的半封闭容器，上还装有滤油网、空气滤清器等，用来储油、油的冷却及

过滤。

电气盒--分两种型式。一种设置外接引线的端子板：一种配置了全套控制电器。

液压站的工作原理：电机带动油泵转动，泵从油箱中吸油供油，将机械能转化为液压站的压力能，液压油通过集成块（或阀组合）实现了方向、压力、流最调节后经外接管路并至液压机械的油缸或油马达中，从而控制液动机方向的变换、力量的大小及速度的快慢，推动各种液压机械做功[2]。

2发展历程

我国液压（含液力，下同）、气动和密封件工业发展历程，大致可分为三个阶段，即：20世纪50年代初到60年代初为起步阶段：60-70 年代为专业化生产体系成长阶段；80-90年代为快速发展阶段。其中，液压工业于50年代初从机床行业生产仿苏的磨床、拉床、仿形车床等液压传动起步，液压元件由机床厂的液压车间生产，自产自用．进入60年代后，液压技术的应用从机床逐渐推广到农业机械和工程机械等领域，原来附属于主机厂的液压车间有的独立出来，成为液压件专业生产厂。到了60年代末、70年代初，随着生产机械化的发展，特别是在为第二汽车制造厂等提供高效、自动化设备的带动下，液工压元件制造业出现了迅速发展的局面，一批中小企业也成为液压件专业制造厂。1968年中国液压元件年产景已接近20万件：1973年在机床、农机、工程机械等行业，生产液抓件的专业厂己发展到100余家，年产量超过100万件，一个独立的液压制造业己初步形成。这时，液压件产品已从仿苏产品发展为引进技术与自行设计相结合的产品，压力向中、高压发展，并开发了电液伺服阀及系统，液压应用领域进一步扩大。气动工业的起步比液压稍晚儿年，到1967 年开始建立气动元件专业厂，气动元件才作为商品生产和销售。含橡塑密封、机械密封和柔性石墨密封的密封件工业，50 年代初从生产普通0 型圈、油封等挤压橡塑密封和石棉密封制品起步，到60 年代初，开始研制生产机械密封和柔性石墨密封等制品。70年代，在原燃化部、一机部、农机部所属系统内，一批专业生产厂相继成立，并正式形成行业，为密封件工业的发展成长奠定了墓础。进入80年代，在国家改革开放的方针指引下，随着机械工业的发展，基础件滞后于主机的矛盾日益突出，并引起各有关部门的重视。为此，原一机部于1982年组建一通用基础件工业局，将原有分散在机床、农业机械、工程机械等行业归口的液压、气动和密封件专业厂，统一划归通用基础件局管理，从而使该行业在规划、投资、引进技术和科研开发等方面得到基础件局的指导和支持。从此进入了快速发展期，先后引进了60余项国外先进技术，其中液压40余项、气动7项，经消化吸收和技术改造，现均己批量生产，并成为行业的主导产品。近年来，行业加大了技术改造力度，1991 -1998年国家、地方和企业自筹资金总投入共约20多亿元，其中液压16亿多元。经过技术改造和技术攻关，一批主要企业技术水平进一步提高，工艺装备得到很大改善，为形成高起点、专业化、批量生产打下了良好墓础。近几年，在国家多种所有制共同发展的方针指引下，不同所有制的中小企业迅猛崛起，呈现出勃勃生机。随着国家进一步开放，三资企业迅速发展，对提高行业水平和扩大出口起着重要作用。目前我

国己和美国、日本、德国等国家著名厂商合资或由外国厂商独资建立了柱塞泵／马达、行星减速机、转向器、液压控制阀、液压系统、静液压传动装置、液压件铸造、气动控制阀、气缸、气源处理三联件、机械密封、橡塑密封等类产品生产企业50多家，引进外资2亿多美元[3]。

3面前状况

3.1基本概况

经过40 多年的努力，我国液压、气动和密封件行业已形成了一个门类比较齐全，有一定生产能力和技术水平的工业体系。据1995年全国第三次工业普查统计，我国液压、气动和密封件工业乡及乡以上年销售收入在100万元以上的国营、村办、私营、合作经营、个体、“三资”等企业共有1300余家，其中液压约700家，气动和密封件各约300余家。按1996年国际同行业统计，我国液压行业总产位23 . 48亿元，占世界第6位：气动行业总产值4 . 19 亿元，，占世界第10位[4]。

3.2当前供需概况

通过技术引进，自主开发和技术改造，高抓柱塞泵、齿轮泵、叶片泵、通用液压阀门、油缸、无油润滑气动件和各类密封件等一大批产品的技术水平有来了明显的提高，并可稳定的批量生产，为各类主机提高产品水平提供了保证。另外，在液压气动元件和系统的CAD、污染控制、比例伺服技术等方面也取得一定成果，并已用于生产。目前，液压、气动和密封件产品总计约有3000个品种、2300多个规格。其中，液压有1200个品种、10000多个规格（含液力产品60个品种、500个规格）；气动有1350个品种、800多个规格：橡塑密封有35个品种、5000多个规格，已基木能适应各类主机产品的一般需要，为重大成套装备的各种配套率也可达60％以上，并开始有少量出口。1998年国产液压件产量480万件，销售额约28亿元（其中机械系统约占 70%) ：气动件产量360万件，销售额约5.5亿元（其中机械系统约占60%）；密封件产最8亿件，销售额约10亿元（其中机械系统约占50%）。据中国液压气动密封件工业协会1998 年年报统计，液压产品产销率为97.5 %（液力为101%) ,气动为95.9% ，密封98.7％这充分反映了产销基本衔接[5]。我国液压、气动和密封工业虽取得了很大的进步，但与主机发展需求，以及和世界先进水平相比，还存在不少差距，主要反映在产品品种、性能和可靠性等方面。以液压产品为例，产品品种只有国外的1 /3 ，寿命为国外的1/2。为了满足重点主机、进口主机以及重大技术装备的需要，每年都有大量的液压、气动和密封产品进口。据海关统计及有关资料分析，1998年液压、气动和密封件产品的进口额约2亿美元，其中液压约1.4亿美元，气动近0.3亿美元，密封约0.3亿美元，比1997年稍有下降。按金额计，目前进口产品的国内市场占有率约为30％。1998年国内市场液压件需求总量约600 万件，销售总额近40亿元：气动件需求总量约500万件，销售总额7亿多元：密封件需求总量约11亿件，销售总额约13亿元[6]。

4今后发展走势

4.1影响发展的主要因素

（1）企业产品开发能力不强，技术开发的水平和速度不能完全满足先进主机产品、重大技术装备和进口设备的配套和维修需要：

（2）不少企业的制造工艺、装备水平和处理水平都较落后，加上质量意识不强，导致产品性能水平低、质量不稳定、可靠性差，服务不及时，缺乏使用户满意和信赖的名牌产品；

（3）行业内生产专业化程度低，力最分散，低水平，地区和企业之间产品趋同，盲目竞争，相互压价，使企业效益下降，资金缺乏、周转困难，产品开发和技术改造投入不足，严重地制约了行业整体水平的提高以及竞争实力的增强：

(4）国内市场国际化程度日益提高，国外公司纷纷进入中国市场参与竞争，加上国内私营、合作经营、个体、三资等企业的崛起，给国有企业造成愈来愈大的冲击。

4.2发展走势

随着社会主义市场经济的不断深化，液压、气动和密封产品的市场供求关系发生较大变化，长期来以“短缺”为特征的卖方市场已基本成为以“结构性过剩”为特征的买方市场所取代。从总体能力看，已处于供大于求的态势，特别是一般低档次液压，气动和密封件，普遍供过于求：而主机急需的技术含量高的高参数、高附加值的高档产品，又不能满足市场需要，只能依赖上进口。在我国加入WTO 后，其冲击有可能更大。因此，“十五”期间行业产值的增长，决不能依赖于量的增长，而应针对行业自身的结构性矛盾，加大力度，调整产业结构和产品结构，也就是应依靠质的提高，促进产品技术升级，以适应和拉动市场需求，求得更大的发展[7]。气压系统是用压力气体传递和控制动力，在系统部件中产生电弧有可能点燃泄漏物的场合下（使用空气作为介质）尤其安全。在气压系统中，压缩机用来压缩并提供所需的空气。压缩机一般有活塞式、叶片式和螺旋式等类型。压缩机基本上是根据理想气体法则，通过减小气体体积来增加气体压力的。气压系统通常考虑采用大的中央空气压缩机作为一个无限量的气源，这类似于电力系统中只要将插头扬入插座便可获得电能。用这种方法，压力气体可以从气源输送到整个工厂的各个角落，压力气体可通过空气滤清器除去污物，这些污物可能会损坏气体组件的精密配合部件（如阀和气缸等），随后输送到各个回路中，接着空气流经减压阀以减小气压值适合某一回路使用。因为空气不是好的润滑剂（包括20％的氧气），气压系统需要一个油雾器将细小的油雾注射到经过减压阀减压的空气中，这有助于减小气动组件精密配合运动件的磨损[8]。

由于来自大气中的空气含不同数量的水分，这些水分是有害的，它可以带走润滑剂引

起过分磨损和腐蚀。因此可在气阀和执行组件排气口安装消声器来降低噪声，以防止操作人员因接触噪声及高速空气粒子有可能引发的伤害。用气动系统代替液压系统有以下几条理由：液体的惯性远比气体大，因此，在液压系统中，当执行组件加速减速和阀突然开启关闭时，油液的质量便是一个潜在的问题，根据牛顿运动定律（力等于质量乘以加速度），产生加速运动油液所需的力要比加速同等体积空气所需的力高出许多倍。液体比气体具有更大的粘性，这会因为内摩擦而引起更大的压力和功率损失：另外，由于液压系统使用的液体要与大气隔绝，故它们需要特殊的邮箱和无泄漏系统设计。气压系统使用可以直接排到周围环境中的空气，一般来说气压系统没有液体系统昂贵。然而，由于空气的可压缩性，使得气压系统执行组件不可能得到精确地速度控制和位置控制。气压系统由于压缩机局限，其系统压力相当低（低于25Opsi ) , 而液压力可达10000pa之高，因此液压系统可以是大功率系统，而气动系统仅用于小功率系统，典型例子有冲压、钻孔、提升、冲孔、夹紧、组装、铆接、材料处理和逻辑控制操作等[9]

参考文献：

[1] 徐灏．机械设计手册第5卷[M].北京：机械工业出版社.

[2] 俞新陆，液压机的设计与应用[M] .北京：机械工业出版社.

[3] 杨兴瑶．电动机调速原理及系统[M]．水力电力出版社.

[4] 成大先. 机械设计手册.单行本.液压传动[M]北京：化学工业出版社，2004.

[5] Robert J Schiling.Fundamentals[M]. Robotics:Analysis and Control.New Jersey:Prentice

Hall,1990:1-90.

[6] 许福林、陈尧明．液压传动与气压传动[M]．北京．机械工业出版社.

[7] H.E梅里特著．陈燕庆译．液压控制系统[M]．北京．科学出版社．1976年3月第一版.

[8] 刘春荣，宋锦春，张志伟．液压传动[M]，北京:冶金工业出版社，1999.8.

[9] Hehn Anton H.Fluid Power Troubleshooting[M]．.Marcel Dekker．INC.1984:1-150.