机电一体化毕业论文液压传动技术在自动化生产中的应用

内蒙古科技大学毕业设计论文第 1 页 内蒙古科技大学本科生毕业设计论文题 目：液压传动技术学生姓名：杨城军学 号：1064103140专 业：机械设计制造及其自动化班 级：机械 10-1班指导老师：尹明内蒙古科技大学毕业设计论文第 2 页 摘要液压机技术是一门研究以密封容器中的受液压体为传动介质，来实现能量传递和控制的科学。液压传动应用广泛，在未来有广阔的发展前景，特别是 20世纪 60年代以来，随着原子能科学、空间技术、计算机技术的发展，液压技术也的到很大发展。液压技术具有高速、高压、功率大、高效率、低噪音、平稳、反应速度快、冲击小、操作简单、久经耐用、高度集成化等特点，在现代自动化生产中的到了普遍应用，如在工程机械与物料搬运、机床、塑料加工机械、汽车、金属材料设备、金属二次加工设备与铸造机械、农业机械、船舶及其他领域广泛应用。 内蒙古科技大学毕业设计论文第 3 页 目 录第一章 概述 .11.1液压传动的早期发展 .11.2液压传动原理及系统组成及特点 .11.3液压传动技术在现代工业中的应用概况 .3第二章 传动在自动化生产中应用概况及发展前景 .42.1 工业自动化的发展及自动化生产的概述 .42.2 液压传动技术在自动化生产的应用 .52.3 液压技术未来发展 .10总 结 .11参考文献 .12内蒙古科技大学毕业设计论文第 4 页 第一章 概述1.1液压传动的早期发展1925年维克斯(F.Vikers)发明了平衡式叶片泵，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 GConstantimsco对能量波动传递所进行的理论及实际究;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，在美国机床中有 30%应用了液压传动，日本液压传动的发展虽然晚了欧美等国家近 20多年，但在1955年前后，日本迅速发展液压传动，1956 年成立了“液压工业会”。近2030年间，日本液压传动发展之快，居世界领先地，20 世纪 50年代，随着世界各国经济的恢复和发展，生产过程自动化的不断增长，使液压技术很快转入民用工业，在机械制造、起重运输机械及各类施工机械、船舶、航空等领域得到了广泛的发展和应用。20世纪 60年代以来，随着原子能、航空航天技术、微电子技术的发展，液压技术在更深、更广阔的领域得到了发展，60 年代出现了板式、叠加式液压阀系列，发展了以比例电磁铁为电气-机械转换器的电液比例控制阀并被广泛用于工业控制中，提高了电液控制系统的抗污染能力和性能价格比。随着科学技术的进步和人类环保、能源危机意识的提高，近 20年来，人们重新认识和研究历史上以纯水作为工作介质的纯水液压传动技术，并在理论上和应用研究上，都得到了持续稳定的复苏与发展，正在逐渐成为现代液压传动技术中的热点技术和新的发展方向之一。1.2液压传动原理及系统组成及特点液压传动原理是在密闭的容器内，利用有压力的油液作为工作介质来实现能量转换和传递动力的。其中的液体称为工作介质，一般为矿物油，它的作用和机械传动中的皮带、链条和齿轮等传动元件相类似；液压传动技术是利用帕斯卡原理，在密闭环境中，向液体施加一个力，这个液体会向各个方向传递这个力，力的大小不变液压传动如图 1-1所示就是利用这个物理性质，向一个物内蒙古科技大学毕业设计论文第 5 页 体施加一个力， 主要是指利用液压泵将原动机产生的机械能转换为工作液体的压力能，然后通过液体压力能的变化来传递能量，最后通过各种类型的控制阀以及管路的传递，结合相关的液压执行元件（例如液压缸和马达），将液体压力能转换为机械能，进而驱动工作机构，实现工作机构的回转或者直线往复运动。一个完整的液压系统如图 1-2所示由五个部分组成，即动力元件、执行元件、控制元件、传动介质。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，以驱使执行元件运作，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，它们的性能比较执行元件(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，液压阀可分为村力控制阀、流量控制阀和方向控制阀。压力控制阀又分为益流阀(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。传动介质即液压油，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。内蒙古科技大学毕业设计论文第 6 页 图 1-1机床工作台液压系统工作原理图1-工作台 2-液压缸 3-活塞 4-换向手柄 5-换向阀 6，8，16-回油管 7-节流阀 9-开停手柄 10-开停阀 11-压力管 12-压力支管 13-溢流阀 14-钢球 15-弹簧 17-液压泵 18-滤油器 19-油箱图 1-2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1、动的优点（1）体积小、重量轻，因此惯性力较小，当突然过载或停车时，不会发生大的冲击。（2）能在给定范围内平稳的自动调节牵引速度，并可实现无极调速。（3）换向容易，在不改变电机旋转方向的情况下，可以较方便地实现工作机构旋转和直线往复运动的转换。（4）液压泵和液压马达之间用油管连接，在空间布置上彼此不受严格限制。（5）由于采用油液为工作介质，元件相对运动表面间能自行润滑，磨损小，使用寿命长。（6）操纵控制简便，自动化程度高。内蒙古科技大学毕业设计论文第 7 页 （7）容易实现过载保护。 2、液压传动的缺点 （1）使用液压传动对维护的要求高，工作油要始终保持清洁。（2）对液压元件制造精度要求高，工艺复杂，成本较高。（3）液压元件维修较复杂，且需有较高的技术水平。（4）用油做工作介质，在工作面存在火灾隐患。（5）传动效率低。1.3液压传动技术在现代工业中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、飞机起落架的收放装置和方向舵 控制装置等。 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。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。第二章 传动在自动化生产中应用概况及发展前景2.1 工业自动化的发展及自动化生产的概述自动化技术就是探索和研究实现自动化过程的方法和技术。它是涉及机械、微电子、计算机等技术领域的一门综合性技术。工业革命是自动化技术的助产内蒙古科技大学毕业设计论文第 8 页 士。正是由于工业革命的需要，自动化技术才冲破了卵壳，得到了蓬勃发展。同时自动化技术也促进了工业的进步，如今自动化技术已经被广泛的应用于机械制造、电力、建筑、交通运输、信息技术等领域，成为提高劳动生产率的主要手段。第一阶段：40 年代-60 年代初，需求动力：市场竞争,资源利用,减轻劳动强度,提高产品质量,适应批量生产需要。主要特点：此阶段主要为单机自动化阶段,主要特点是:各种单机自动化加工设备出现,并不断扩大应用和向 工业自动化纵深方向发展。典型成果和产品：硬件数控系统的数控机床。第二阶段：60 年代中-70 年代初期，需求动力：市场竞争加剧,要求产品更新快,产品质量高,并适应大中批量生产需要和减轻劳动强度。主要特点：此阶段主要以自动生产线为标志,其主要特点是:在单机自动化的基础上,各种组合机床、组合生产线出现,同时软件数控系统出现并用于机床,CAD、CAM 等软件开始用于实际工程的设计和制造中,此阶段硬件加工设备适合于大中批量的生产和加工。 典型成果和产品：用于钻、镗、铣等加工的自动生产线。第三阶段：70 年代中期-至今，需求动力：市场环境的变化,使多品种、中小批量生产中普遍性问题愈发严重,要求自动化技术向其广度和深度发展,使其各相关技术高度综合,发挥整体最佳效能。主要特点：自 70年代初期美国学者首次提出 CIM概念至今,自动化领域已发生了巨大变化,其主要特点是:CIM 已作为一种哲理、一种方法 工业自动化逐步为人们所接受;CIM 也是一种实现集成的相应技术,把分散独立的单元自动化技术集成为一个优化的整体。所谓哲理,就是企业应根据需求来分析并克服现存的“瓶颈”,从而实现不断提高实力、竞争力的思想策略;而作为实现集成的相应技术,一般认为是:数据获取、分配、共享;网络和通信;车间层设备控制器;计算机硬、软件的规范、标准等。同时,并行工程作为一种经营哲理和工作模式自 80年代末期开始应用和活跃于自动化技术领域,并将进一步促进单元自动化技术的集成。典型成果和产品：CIMS 工厂,柔性制造系统(FMS)。内蒙古科技大学毕业设计论文第 9 页 自动化就是探索和研究实现自动化过程的方法和技术。它是涉及机械、微电子、计算机等技术领域的一门综合性技术。自动化生产的广义内涵至少包括以下几点：在形式方面，制造自动化有三个方面的含义：代替人的体力劳动，代替或辅助人的脑力劳动，制造系统中人机及整个系统的协调、管理、控制和优化。在功能方面，自动化代替人的体力劳动或脑力劳动仅仅是自动化功能目标体系的一部分。自动化的功能目标是多方面的，已形成一个有机体系。在范围方面，制造自动化不仅涉及到具体生产制造过程，而是涉及产品生命周期所有过程。2.2 液压传动技术在自动化生产的应用随着自动化生产的快速发展，行走驱动系统是工程机械的重要组成部分。与工作系统相比，行走驱动系统不仅需要传输更大的功率，要求器件具有更高的效率和更长的寿命，还希望在变速调速、差速、改变输出轴旋转方向及反向传输动力等方面具有良好的能力。于是，采用何种传动方式，如何更好地满足各种工程机械行走驱动的需要，一直是工程机械行业所要面对的课题。尤其是近年来，随着我国交通、能源等基础设施建设进程的快速发展，建筑施工和资源开发规模不断扩大，工程机械在市场需求大大增强的同时，更面临着作业环境更为苛刻、工况条件更为复杂等所带来的挑战，也进一步推动着对其行走驱动系统的深入研究。工程机械行走系统最初主要采用机械传动和液力机械传动(全液压挖掘机除外)方式。现在，液压和电力传动的传动方式也出现在工程机械行走驱动装置中，充分表明了科学技术发展对这一领域的巨大推动作用。纯机械传动的发动机平均负荷系数低，因此一般只能进行有级变速，并且布局方式受到限制。与机械传动相比。液压传动更容易实现其运动参数(流量)和动力参数(压力)的控制，而液压传动较之液力传动具有良好的低速负荷特性。由于具有传递效率高，可进行恒功率输出控制，功率利用充分，系统结构简单，输出转速无级调速，可正、反向运转，速度刚性大，动作实现容易等突出优点，液压传动在工程机械中得到了广泛的应用。几乎所有工程机械装备都能见到液压技术的踪迹，其中内蒙古科技大学毕业设计论文第 10 页 不少已成为主要的传动和控制方式。极限负荷调节闭式回路，发动机转速控制的恒压，恒功率组合调节的变量系统开发，给液压传动应用于工程机械行走系提供了广阔的发展前景。与纯机械和液力传动相比，液压传动的主要优点是其调节的便捷性和布局的灵活性，可根据工程机械的形态和工况的需要，把发动机、驱动轮、工作机构等各部件分别布置在合理的部位，发动机在任一调度转速下工作，传动系统都能发挥出较大的牵引力，而且传动系统在很宽的输出转速范围内仍能保持较高的效率，并能方便地获得各种优化的动力传动特性，以适应各种作业的负荷状态。在车速较高的行走机械中所采用的带闭式油路的行走液压驱动装置能无级调速，使车辆柔和起步、迅速变速和无冲击地变换 行驶方向。对在作业中需要频繁起动和变速、经常穿梭行驶的车辆来说这一性能十分宝贵。但与开式回路相比，闭式回路的设计、安装调试以及维护都有较高的难度和技术要求。借助电子技术与液压技术的结合，可以很方便地实现对液压系统的各种调节和控制。而计算机控制的引入和各类传感元件的应用，更极大地扩展了液压元件的工作范围。通过传感器监测工程车辆各种状态参数，经过计算机运算输出控制目标指令，使车辆在整个工作范围内实现自动化控制，机器的燃料经济性、动力性、作业生产率均达到最佳值。因此，采用液压传动可使工程机械易于实现智能化、节能化和环保化。自动化控制软件技术 在多轴运动控制中，采用 SPS可编程控制技术。在这种情况下，以 PC机为基础的现代控制技术也和许多自动化控制领域