小型液压机设计：文献综述

毕业设计（论文） 文献综述 题 目 小型单缸立式液压机 液压系统设计 专 业 工程机械 班 级 工机 （ 3） 班 学 生 xx xx 指导教师 xx xx 重 庆 交 通 大 学 2012 年 1 一 .前言 液压机作为一种通用的无削成型加工设备，其工作原理是利用液体的压力传递能量以完成各种压力加工的。其工作 特点之一是动力传动为“ 柔性”传动 , 不象机械加工设备一样动力传动系统复杂 , 这种驱动原理避免了机器过载的情况。 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，其原因是液压技术有着优异的特点，归纳起来液压机的液压系统传动方式具有显著的优点：液压机单位重量的输出的功率和单位尺寸的输出功率；液压传动装置体积小、结构紧凑、布置灵活，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；易实现过载保护和保压，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。 二 . 国内外 液压 传动技术 发展史 液压传动和气压传动称为流体传动，是根据 17 世纪帕斯卡提出的液体静压力传 理而发展起来的一门新兴技术， 1795 年英国约瑟夫 布拉曼 (Joseph Braman,1749-1814)，在伦敦用水作为工作介质，以水压机的形式将其应用于工业上，诞生了世界上第一台水压机。 1905 年将工作介质水改为油，又进一步得到改善。 第一次世界大战 (1914-1918)后液压传动广泛应用，特别是 1920 年以后，发展更为迅速。液压 元件大约在 19 世纪末 20 世纪初的 20 年间，才开始进入正规的工业生产阶段。 1925 年维克斯 (FVikers)发明了压力平衡式叶片泵 ,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 世纪初康斯坦丁 尼斯克 (GConstantimsco)对能量波动传递所进行的理论及实际研究 ； 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 (1941-1945)期间 ,在美国机床中有 30%应用了液压传动。应该指出 ,日本液压传动的发展较欧美等国家晚了近 20 多 年。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 20 至 30 年间，日本液压传动发展之快，居世界领先地位。 在我国，液压机行业的发展仅仅只有 50 年左右。 1949 年以前，我国属于半封建半殖民地的国家，备受列强欺凌，没有自己独立的工业体系，也根本没有液压机的制造工业，整个中国只有一些修配用的小型液压机。 1949 年以后，前三年属于经济恢复时 2 期， 1952 年开始，实行第一个五年计划，我国迅速建立起独立自主的完整的工业体系，能够逐步自行设计和制造国产汽车、机车、轮船、发电设备、冶炼 轧钢设备、飞机、火箭乃至精密的宇航设备。这些都极大地促进并需要各种 液压机 的迅速发展。1957-1958 年，我国开始自行设计、自行制造第一批 25000kN 的中型锻造水压机。这台设备一直在北京重型机械厂工作了几十年。 20 世纪 60 年代初期，在我国的上海和东北，又各自建立了一台 120MN 级的大 型 锻造水压机，成为我国液压机发展史上的重要标志与重大事件，体现了中国人民自力更生和艰苦奋斗的民族精神。 60 年代中、后期，我国 又先后成套设计并自行制造了一批技术要求更高的大型液压机，其中包括 300MN有色金属模锻液压机、 120MN 有色金属挤压液压机、 80MN 黑色金属模锻水压机等。 70年代以后，我国已开始向国外出口了多台各种吨位的锻造液压机，其中最大的一台为60MN 锻造水压机。至此，我国不但完全建立了自己的液压机设计和制造行业，而且已经达到了相当高的水平。 80 年代以来，随着我国的改革开放， 液压机 在国际上的发展已经是众所周知的 。 三 .液压 技术 发展 现状 近代液压传动技术是由 19 世纪崛起并蓬勃发展的石油工业推动起来的，最早实践成功的液压传动装置是舰船上的炮塔转位器，其后出现了液压六角车床和磨床，一些通用车床到 20 世纪 30 年代末才用上了液压传动。第二次世界大战期间，由于军事上的需要，出现了以电液伺服系统为代表的响应快、精度高的液压元件和控制系统，从而使液压技术得到了迅猛发展。 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，在工程机械，数控加工中心，冶金自动线等国民经济的各个方面也都得到了应用。 目前液压技术应用的主要领域是工程机械和冶金机械等，具体来说，液压系统在以下领域中有着广泛的应用。 (1) 工程机械 工程机械是液压产品的最大用户，占行业销售的 42.3% ，今后比例还会扩大。每年为国产和合资生产的挖掘机、道路机械、建设机械、桩工机械、水泥搅拌车等配套所进口的液压件，约达 1.5 亿美 元以上。 3 (2) 机床 机床产品需要大量高压、大流量柱塞泵，插装阀、叠加阀、电磁阀、比例阀、伺服阀、低噪声叶片泵和轻型柱塞泵等液气密元件产品。而液压系统更是广泛应用与机床工件的夹紧、工作台的移动等场合。随着制造业技术的进步，国内对高精、高效、自动化机床，特别是数控机床的需求量越来越大。据有关预计，到 2010 年末我国数控机床年需求量超过 5 万台；机床总拥有量将由 2007 年的 300 多万台，增加到接近 400 万台，增长率达 33% 。此外，锻压机械的发展也对液压原件及成套系统提出新的要求。因此，为机床和 锻压机械配套、维修用液压、气动和密封件的市场需求量也将有很大的增长。 (3) 汽车制造业 汽车、摩托车产品需要大量转向助力泵，自动变速箱用的液压控制元件，各种类型的密封件和气动元件；汽车制造设备则需要各种泵，液压电磁阀，气阀，气源处理装置，各种气缸比例阀，载重汽车用齿轮泵、油缸和控制阀等。 (4) 冶金机械 据了解冶金设备中液压气动技术的使用率达 6.1% 8.1%，约占设备总费用的 10% 左右。因此，冶金工业的改造和发展为液压气动密封件产品提供了很大的市场空间。从行业统计分析，液压、气动产品为 冶金行业直接提供配套分别占销售额的 14.5% 和9%。另外，冶金、矿山设备产品需要大量各类柱塞泵，插装阀、电磁阀、比例阀，伺服阀、油缸，液压系统总成及气动元件。 (5) 液压试验台 液压技术需要不断地发展、创新，每年需要一批的液压试验台来进行试验，这也是液压技术的一个应用领域。 (6) 游乐设施 随着人们生活水平的条，对生活质量的要求也越来越高。游乐设施也已成为人们生活的一部分。而由于液压技术本身的优点，液压技术在游乐设备上也是不遑多让。 (7) 武器装备 现代武器装备，特别是现代化大型装 备，离不开液压传动。现代武器装备液压系统的维修和防护已成为我军重要研究课题之一，它既是对我军装备维修人员的重要考验，也是提高我军战斗力和兵器的寿命的重要保障。特别是电流变、磁流变技术的兴起及应用，更是使液压技术在武器装备上如虎添翼。 4 四 液压机 技术 的发展方向和趋势 (1) 配有自动上下料装置的液压机或自动生产线将会成为未来液压机发展的方向。现阶段，由于劳动力成本和技术问题， 国内的企业多采用人工上下料。但在一些发达国家，在上世纪六七十年代自动生产线已基本普及。为提升企业的形象和提高生产效率， 现在国内 企业也开始使用和采购自动生产线和自动上下料的液压机。一些企业也开始在 工 人上下料的液压机生产线上配上机器人而改造成半自动的生产线。 (2)多 工 位液压机的需求将会大幅度增加。由于加工设备、技术等原因，现在国内多工位液压机不是很多。多工位 液压机有很多优点 ： 多道 工 序在一台液压机中不同的工位完成，减少了液压机的台数，进而减少了设备占用面积； 减少了设备的中间送料程序和操作人员； 提高了生产效率； 减少了投资成本。现在一螳大型的液压机生产企业在加工及技术上已经具备了多工位液压机的设计及生产能力。未来 几年内， 国内多工位液压机将在某些行业具有广泛的应用。在美国的冲压线中，有 70 为多工位压力机， 日本的冲压线中的多工位压力机也占到总线数的 32 ，而在国内的冲压线中几乎没多 工 位压力机。 (3)快速、高速液压机在批量生产中能成倍地提高效率。如果液压机的效率能提高一倍，则一条生产线可代替两条生产线，在用户投资增加不大的情况下一条线即可代替两条线。一般的普通液压机的快降及回程速度只有 100 200mm s，而现在的快速液压机则已经高达 450mm s。国外的一些高速小型液压机每分钟的行程次数达到数百次以上。由于快速液 压机的诞生， 2000 年后新建的汽车冲压线采用液压机的比例已达 65 以上，而存上世纪 90 年代前的汽车冲压线几乎全部采用机械压力机。液压机的速度及效率的提高还有很大的潜力，各制造商应加强在这方面的研究与开发，在配合自动上下料装置在基础上，实现高效率工作。 (4)依托电液比例技术、传感器、电子、计算机、网络等提升液压机的性能。 20纪 80 年代 例元件的快速发展，比例阀和比例泵在液压机中的应用使液压机的各项功能可以通过电气来控制，使液压机的液压控制系统发生 r 质的变化，比例调压、比例调速、同步、节能、高速、变压力及速度 、精确的压力及位置控制等功能开始应用于一些高档液压机中。在电控方面，利用计算机及网络的强大功能，结合微电子技术，把电液比例技术及电子液压技术与计算机结合起来，提高液压机的各项性能，扩充液压机的功能，做到在不改变硬件情况下，仅仅通过改变程序或软件，就可适应不同的工艺要求，实现功能的柔性化。另外在设备管理中可以利用网络技术，把液压机作为网络中的一个结点，实现远程管理、监控等功能。 5 (5)在环保、节能方面，今后在液压机的设计及制造中应引起各制造企业的足够重视。这方面要做好以下几点： 减少液压机的装机功率，减少工 作中的能量损失。液压系统中尽量减少溢流、节流，合理设计液压系统。比如一台依靠溢流阀溢流保压的液压机消耗的能源可能是闭泵保压的液压机的 2 倍，依靠蓄能器提高空载速度的系统比快速缸系统浪费能源至少两倍以上。 提高密封质量，减少液压油泄漏对环境的污染。 减少噪声，对大的噪声源进行隔离和封闭。 五 国内液压机行业的现状 (1)在生产能力及市场方面，国内液压机的产量每年都有很大的增长率，其中 2004年，国内液压机的销售额犬约在 1O 亿元人民币， 2005 年达到 13 亿，到 2006 年一季度，各液压机生产 业的的全年定 单已基本饱和。 2004 年，在销售收入上，国内突破亿元的企业已超过 3 家，如合肥锻压机床有限公司、津市天锻压力机有限公司、徐州压力机械股份有限公司，其中合肥锻压机床有限公司、天津市天锻压力机有限公司在 2005 年销售收入已突破 2 亿元。国内液压机从产值和销售收入上和囤外发达国家比较， 还不具有优势 ， 但从生产的台数和总吨位上比较，在国际 上， 我国的液压机生产产量处于领先地位。 (2)在产品的技术水平上，国内液压机单机的技术水平达到了国际中等或较先进水平。一些液压机生产企业通过技术引进或与国内外同行业的合作，技术发展很快。 但在一些技术含量较高的液压机中，某些关键技术，如液压和电控部分 ， 还要通过与国内外的企业或研究单位合作， 高档的液压元件和电控元件还主要依靠进口。目前，国内液压机产品还是以单机或单机组成的无关联的生产线为主，主要还是靠人工上下料。带自动上下料的液压机台数还不足 3，由多台机器组成的自动线基本上还处于起步阶段。从产品分布上看，低档的液压机主要集中在小吨位上，其台数占有量超过总数的 70，但产值不超过 30，一般为小吨位的 四 柱或单柱液压机。具有一定技术含量的中档框架液压机的产值超过 5O 。 用于特殊场合的在控制上比 较先进的高档产品产值占有率约在 15左右，这类液压机一般采用先进的电液比例技术，来提高和达到一定的特殊功能。 (3)在质量水平上，随着用户对产品质量要求的不断提高，国内各液压机生产企业越来越重视产品的质量问题。由于国内液压机的技术最早是从前苏联引进和吸收的， 国内生产的液压机在刚度和强度上远远优于日本及韩国的产品，与欧美的产品相当。和国外产品比较，我国的产品在质量方面还存在以下不足：在可靠性方面，故障率还 6 比较大，主要集中在液压系统方面，多是因为液压和电器元件的可靠性低引起的； 漏油问题在国产液压机中较为普 遍； 关键件的加工质量还需提高； 在外观和美学方面和国外公司的产品比较还有一定的差距。总体上讲 ， 国产液压机在质量上和国外一些较知名公司的产品还有一定的差距，但随着国内制造商对质量的不断重视和管理水平的提高，国产液压机的质量会接近和赶上国际水平。 国内液压机行业发展中尚需加强的方面国内液压机技术及生产能力已逐渐趋于成熟，在国内的市场占有率达到 90 ，并已经开始向一些发达国家出口。但液压机行业在今后的发展中，仍需努力，特别要做好以下几点： (1)加强企业的技术研发能力，提升新产品的开发能力。机床行业的高端 竞争在很大程度上取决于产品的技术含量，中国的液压机行业要想占领世界的中高端市场，首先必须在技术上达到国际较先进的水平。国内应设立专门的液压机研究机构及人员，以提高液压机的综合技术水平。 (2)加强企业间的联合，把主机生产企业、自动送料企业、研究院所联合起来，发挥各自的优势，共同开发和承担成套的生产自动线项目，解决相互关联的技术。 (3)提高产品质量，提供高可靠性的产品。在液压系统的可靠性、安装质量、漏油问题、液压油的清洁问题上进行改进，以适应自动线、流水线的生产。 七 总结 中国液压机行业经过半个世纪的 发展，在技术及生产上已经基本成熟，其国内市场占有率是其他机床所不能比拟的。但和 国 际发达国家的专业液压机制造公司如米勒万家顿、舒勒、川崎油工相比，尚有较大的差距。虽然我们的产量很大，但我们的价格却只有它们的 1 4 1 l0。要缩小这种差距，参与国际竞争，把液压机打人国际高端市场，不能仅仅依靠价格的优势，必须把产品的技术含量和质量放在第一位，这才是中国液压机行业的根本目标。 液压传动技术是机械科学技术的一个分支，它的发展需要机械及其他门类学科的发展来推动，它的发展也能推动工业系