液压传动系统毕业论文.doc

液压传动系统学科专业： 姓名： 康慧军 指导教师： 太 原 科 技 大 学 2016年9月 毕 业 设 计 任 务 书毕业设计要求：(1)论文题目和内容要与成人函授所学专业有关系。(2)字数在6000-7000字。(3)毕业设计严禁从网上直接下载，论文有雷同者不合格。2毕业设计的具体工作内容：（1）熟悉课题设计任务书下达后，首先应了解课题的名称，课题来源，设计任务书。（2）确定设计方案在对本课题有较充分的认识后，对方案进行详细分析，提出优、缺点和操作的可能性。4毕业设计工作进度计划：2016年7月2 日 -7月 7 日 毕业设计准备，资料收集。7月9日 -8月14日 毕业设计方案初定8月16日 -8 月21日 毕业设计草案、设计大纲拟定8月23日 -9 月9日 完成大纲各项要求及正文目录摘要1绪论3 第1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 液压传动的优缺点. . . 5第2章液压动力单元的结构设计分析122.1 液压动力源的几种结构形式122.2 各种布置的比较122.3 布置方案的选定132.4 油箱的设计142.5 总体系统的结构18第3章液压技术发展趋势183.1 国外液压系统的发展183.2 远程液压传动系统的发展203.3 增强对环境的适应性、拓宽应用范围21总结24致谢24参考文献25液压传动系统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。关键字：液压传动，水压元件及系统，邮箱设计技术创新及发展趋势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2 l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23百年的历史，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1）.工作原理如下：电动机驱动液压泵经滤油器从油箱中吸油，油液被加压后,从泵的输出口输入管路。油液经开停阀、节流阀、换向阀进入液压缸，推动活塞而使工作台左右移动。液压缸里的油液经换向阀和回油管排回油箱。2）.工作台的移动速度是通过节流阀来调节的。当节流阀开大时，进入液压缸的油量增多，工作台的移动速度增大；当节流阀关小时，进入液压缸的油量减少，工作台的移动速度减少。由此可见，速度是由油量决定的。1.2.2液压系统的基本组成1）能源装置液压泵。它将动力部分（电动机或其它远动机）所输出的机械能转换成液压能，给系统提供压力油液。2）执行装置液压机（液压缸、液压马达）。通过它将液压能转换成机械能，推动负载做功。3）控制装置液压阀（流量阀、压力阀、方向阀等）。通过它们的控制和调节，使液流的压力、流速和方向得以改变，从而改变执行元件的力（或力矩）、速度和方向。4）辅助装置油箱、管路、蓄能器、滤油器、管接头、压力表开关等.通过这些元件把系统联接起来，以实现各种工作循环。5）工作介质液压油。绝大多数液压油采用矿物油，系统用它来传递能量或信息。1.3液压传动的优缺点液压传动能得到如此迅速的发展和广泛的应用，是由于它与机械传动、电气传动、气压传动相比，具有以下优点：1）单位功率的重量轻，即在输出同等功率的条件下，体积小、重量轻、惯性小、结构紧凑、动态特性好等如轴向柱塞泵的重量只是同功率直流发电机重量的10%20%，前者的外形尺寸只有后者的12% 13%2）液压传动能方便地实现无级调速，并且调速范围大3）液压传动装置工作平稳、反应快、冲击小、能快速启动制动和频繁换向4）液压传动装置的控制、调节比较简单，操纵比较方便、省力，易于实现自动化当机、电、液配合使用时，易实现较复杂的自动工作循环5）液压传动易获得很大的力和转矩，可以使传动结构简单6）液压系统易于实现过载保护，同时，因采用油液作为传动介质，相对运动表面键能自行润滑，故元件的使用寿命长7）由于液压元件已实现了标准化、系列化和通用化，所以液压系统的设计、制造和使用都比较方便液压元件排列布置以具有较大的机动性液压传动的主要缺点1）液压传动是以液体为工作介质，在相对运动表面间不可避免要有泄漏，同时，液体又不是绝对不可压缩的，因此不宜在传动比要求严格的场合采用2）液压传动在工作过程中有较多的能量损失，如摩擦损失、泄漏损失等，故不宜于远距离传动3）液压传动对油温的变化比较敏感，油温变化会影响运动的稳定性因此，在低温和高温条件下，采用液压传动有一定的困难4）为了减少泄漏，液压元件的制造精度要求较高，因此，液压元件的制造成本较高，而且对油液的污染比较敏感5）液压系统故障的诊断比较困难，因此对维修人员提出更高的要求，即需要系统的掌握液压传动的理论知识，液压具有一定的实践经验6）随之，高压、高速、高效率和大流量化，液压元件和系统的噪声日益增大，这也是需要解决的问题第二章 液压动力单元的结构分析2.1 液压动力源的几种结构形式液压动力源按布置方式分为上置式、非上置式和柜式三种。2.2 各种布置的比较上置式液压动力源占地面积小，结构紧凑，液压泵置于油箱内的立式安装动力源，噪声低且便于收集漏油，一般应用于中小功率的液压泵站。当采用卧式动力源时，由于液压泵置于油箱之上，必须注意各类液压泵的吸油高度，以防液压泵油口处产生过大的真空度，造成吸空或气穴现象。非上置式液压动力源由于液压泵置于油箱液面以下，故能有效改善液压泵的吸入能力，这种动力源装置高度低，便于维护，但占地面积大，适用于泵的吸入允许高度受限制，传动功率较大，而使用空间不受限制，以及开机率低，使用时又要求很快投入运行的场合。新一代的这种布置方式的液压动力源可以将液压泵组、油箱组件、控温组件等集成为一个整体，机构做得相当紧凑，并且能保证一定压力和排量，如近些年来出现的通用性较强的液压动力单元就是典型代表。柜式液压动力源装置可在柜体上方便地布置各类仪表板和电控箱，且外观整齐美观，因泵组被柜体封闭而屏蔽了噪声，同时能有效减少外界污染，其缺点是由于需顾及操作和维护的空间及液压系统的散热，致使其外形尺寸较大，通常仅在中、小功率场合及实验室采用。2.3 布置方案的选定考虑到本次设计的液压动力源的实际使用环境，在满足压力和排量要求的前提下，整个系统做得越小越紧凑越好，不仅占地面积小，而且也节省了不少材料，在这个大前提下，处在体积和布置上向液压动力单元形式靠近。因为海水的腐蚀性，液压动力单元最外层与海水接触部分材料要选用特殊材料，并且希望这种材料的面积尽量小且形状规则，如果电动机和液压泵放在油箱外面，这样必将增加外壳材料表面积，也会使得外壳的形状相对复杂随之而来的装配和焊接问题就会更多，这里采用将电动机和液压泵放在油箱内部。一般陆地环境使用的普通三相异步电动机，电动机外壳内是有空气的，这样就是需要在电动机轴的出口处加动密封装置，防止液压油进入电动机线圈内，因为当海水深度达到6000m时，压力将达到60MPa，所以对这个密封装置的要求很高。为解决这个问题，考虑将电动机换成现在较为先进的水下电动机，由于这项技术属于较为前沿的技术，还没有完整的系统材料，所以下面引用国外某水下电动机的资料。水下电动机应着重考虑电动机耐受水压以及水的隔离问题，某公司的产品采用了两种方法。耐水压的机械结构：采用高机械强度材料增加壁厚的机壳以承受水压及隔离海水。平衡压力结构：电动机内部充油，以非金属膜盒加以封闭，靠此膜盒的伸缩适应内部油液的热膨胀以及外部水压的变动，使电动机内外压力达到平衡。显然选用第二种方法的水下电动机比较合理，在还没有完整资料的情况下，在此基础上对电动机进行改进，设计出一个在理论上行得通的水下电动机。电动机的压力平衡部分一般放在电动机的尾部，改进后的设计也是从尾部进行。既然选择的是深海电动机，则电动机的防腐问题在电动机设计室已经考虑了，那么其外壳材料肯定选择了防腐材料。在这种情况下液压动力源如与原来的布置一样，会造成防腐材料的损失，那么就可以将电动机放在油箱外面而只将液压泵放在油箱内，这样会使得液压动力单元的体积和重量都变小，不足的是其长度会有所增加。这样整个系统的大致结构就定下来了，核心问题是考虑怎样才能使油箱内的压力和海水的压力相等，或者是使油箱内的压力略大于海水的压力。2.4 油箱的设计通常油箱可分为整体式油箱、两用油箱和独立油箱三类。整体式油箱是指在液压系统或机器的构件内形成的油箱。两用油箱是指液压油与机器中的其他目的的用油的公用油箱。独立油箱是应用最为广泛的一类油箱。独立油箱常用于工业生产设备，一般制成矩形，也有圆柱形或油罐形，通过计算可以发现，在材料用量相同的情况下将幽香制成圆柱形所获得的体积比矩形的大，所以初步选定油箱形状为圆柱形，电动机的外形一般也是圆柱形的，将电动机和油箱连接在一起后，其形状还是比较规则、美观和统一的。对于液压系统，液压油的清洁对整个液压系统的影响是非常大的。虽然凭借着过滤器的吸附能力能保持油液一段时间的清洁，但油液用久了之后肯定还是会因为各种原因，其清洁度不能满足要求，需对其进行更换，因此可以在圆柱形油箱的内壁底部设计一个排油槽，便于在对液压系统进行维护时更换液压油。说到排油问题，圆柱形的油箱就有优势了。因为整个油箱的侧面都成圆弧形，这样杂质回顺着油箱壁滑落到油箱最底部的排油槽里，随着油液往外排出，杂质也就很轻松地随着油液往外排出了。本系统的油箱容量按经验公式来计算，因为系统工作时，整个油箱是浸泡在海水里的，并且海底的温度一般为4左右，所以整个系统的散热习惯是非常好的，相当于是冷水，没有必要从散热的角度来计算油液的容积。2.5总体系统的结构 确定了油箱的端面直径和长度，还要确定油箱的厚度。虽然油箱有了压力平衡装置后，在深海所承受的压差约为零，但还是要承受较大的内压，同时还会打出许多螺纹孔用于其他部件的安装和固定，所以选定油箱壁的厚度为10.油箱的制作方法选取铸造工艺。为了使整个系统便于安装，油箱的右端面是开通的，整个内部结构安装完毕后用一块油箱盖板将油箱盖住，为了整个系统注油方便，还在油箱壁的上方开了个注油口。使用蓄能器状气囊结构作为压力平衡结构，考虑到安装方便，就把其放在油箱的上背面，但是为了系统在初始的状态下气囊内就能装满有油液，气囊结构的最高位置要低于油箱壁的最高位置。第三章液压技术发展趋势3.1 国外液压系统的发展工程机械主要配套件有动力元件、传动元件、液压元件及电气元件等。目前工程机械动力元件基本上都用内燃式柴油发动机(简称柴油机)；传动分机械传动、液力机械传动、静液压传动、电传动等。但目前工程机械用得最多、最普遍的为液力机械传动及静液压传动。整个传动系统还包括传动轴、驱动桥等。静液压传动有多种结构形式，有的有传动轴、驱动桥，有的没有，视情况而定；液压元件主要有缸、泵、阀、密封件及液压附件等。静液压元件的泵(主要是变量泵)、马达(变量与定量)，以及相应的减速机等；电气元件以前对工程机械的影响还并不大，最早的工程机械电气系统，主要是起动电路及照明电路，系统及元件都非常简单，起动可以用拖起动，白天干活不用照明，因此，这两个电路系统出了故障也能勉强维持工作。但工程机械发展到今天，电气系统及电气元件已经成了工程机械一个非常关键的部分，可以说今天的绝大多数工程机械，电气系统出了故障根本就不能工作，有的甚至寸步难行，等于一堆废钢铁。因此电气系统、电器元件目前也是工程机械最关键最主要的配套件之一。主要电器元件除传统的元件外，还有各种传感器，各种控制元件及微处理机等等。下面就国际上这些工程机械主要配套件的基本情况及发展趋势谈谈看法。国外工程机械主要配套件的基本情况 目前国外工程机械主要配套件大多数都生产历史悠久，技术成熟、供应充足，生产集中度高，品牌效应突出。配套件的发展随主机的发展而发展，同时配套件自身的发展反过来又促进主机的发展。目前国外工程机械配套件的发展形势好过主机的发展形势。目前国外工程机械配套件的发展形势比较好。 近些年来国外工程机械有一种发展趋势，主机制造企业逐步向组装企业方向发展，配套件逐步由供应商来提供。比如世界上实力最强的主机制造企业美国的卡特彼勒(Caterpillar)、凯斯(Case)、日本的小松(Komatsu)、瑞典的沃尔沃(Volvo)等世界上这些大型的工程机械主机制造企业，其配套件的配套能力也是非常强的，它们的配套件外配的数量也是在逐年大幅度地增长，一些中小工程机械企业就更是如此，配套件逐步主要由零部件制造企业来提供。这样做有几大好处，主机企业可集中精力把自己的主机产品作好，减少配套件完全由主机企业自己来承担的风险，而配套件企业作得更强更大，有能力迅速提高配套件的质量、技术水平，同时能为主机企业提供更多的新产品，这样更容易促进主机产品的发展。国外工程机械主机企业从1988年达850亿美元的销售额以来，基本上没有多大变化，而相反这些年来配套件从150亿美元，增长到1000亿美元，增幅是相当大的。因此，国外工程机械配套件这些年来得到了快速发展。国外工程机械配套件生产历史悠久、技术成熟、 品种齐全，完全能满足各种工程机械的配套需求国外许多工程机械主要配套件企业都有50年，甚至100年以上的发展历史，企业的规模都相对较大，技术十分成熟，品种也非常齐全，几乎应有尽有。比如目前世界上生产密封件及减振器最大的企业，德国的弗罗伊登贝克(Freudenberg)公司，成立于1849年，生产密封件及减振器已有100多年历史，其品种应有尽有，从技术上、品种上完全能满足液压行业对密封件及密封技术的要求。同时还不断推出新的密封材料及新的密封结构，推动液压密封技术不断向更高技术水平发展。目前世界上最大的中大型发动机制造企业，美国的康明斯(Cummins)发动机制造公司，成立于1919年，也几乎有近100年的历史。37.3kW(50马力)以上的柴油机可以全方位为各种工程机械，甚至所有需要柴油机动力的各种机械配套，在技术上可以完全满足最苛刻的欧II、欧III排放标准，甚至可以达到欧IV、欧V排放标准。在流体产品领域内，目前世界上最大的流体产品(主要是液压件、密封件及液压附件等)制造企业，美国的派克(Parket)公司，成立于1918年，也有近100年历史，可以提供品种齐全的、高技术水平的液压件、密封件及所有的液压附件。目前世界上最大的用于静液压系统的变量液压元件制造企业，德国的博士力士乐公司，已有200多年的历史，从1953年开始全面制造液压元件，也有50年以上历史。其最具特色的产品是用于静液压传动的变量系统液压元件，无论是斜盘式或斜轴式，闭式(泵控)或开式(阀控)系统液压元件品种都非常齐全，能为各种需要静液压系统元件的工程机械整个系统成套配套。还有世界上最大的传动部件制造企业，德国的ZF公司，成立于1915年，也有近100年历史，能为各种工程机械提供品种齐全的传动部件。在电气配套件方面，世界最大的德国西门子电气公司，以及日本的东芝公司、川崎公司、德国的博士(Bose)公司等，都有50年以上，甚至100年以上的悠久历史，能满足工程机械各种高技术水平的电气系统和电气元件的要求。3.2 远程液压传动系统的发展在科学技术迅猛发展的今天，计算机技术、网络技术、通信技术等现代化信息技术正对人类 的生产生活产生着前所未有的影响。这些信息技术的进步，为今后制造业的发展，设计方法与制造技术模式的改变指明了方向，为数字化设计资源与制造资源的远程共享，进一步提高产品开发效率奠定了基础。这一点已经引起了学术界的广泛关注，并且有很多科研学者已经投入到了这方面的研究。目前在液压领域中，特别是中小企业在进行液压传动系统的设计时，存在着零部件种类繁多、系统集成复杂、参考资料缺乏等一系列困难，而远程设计服务可以解决这些问题。为减轻液压设计人员的工作负担，实现现代化设计模式的转变以及设计资源、技术资源和产品信息的共享，本文提出了建立基于Web的远程液压传动系统设计的新模式。3.3 增强对环境的适应性、拓宽应用范围 液压传动虽然具有很多优点，但由于存在着发热、噪声、工作介质污染等不尽人意的地方，使其应用受到某种程度上的制约。面对环保意识越来越强的未来，应采取相应措施逐步解决和改善以上问题由于液压技术广泛应用了高技术成果，如自动控制技术、计算机技术、微电子技术、磨擦磨损技术、可靠性技术及新工艺和新材料，使传统技术有了新的发展，也使液压系统和元件的质量、水平有一定的提高。尽管如此，走向二十一世纪的液压技术不可能有惊人的技术突破，应当主要靠现有技术的改进和扩展，不断扩大其应用领域以满足未来的要求。综合国内外专将集中在以下几个方面： 3.3.1减少能耗,充分利用能量 液压技术在将机械能转换成压力能及反转换方面，已取得很大进展，但一直存在能量损耗，主要反映在系统的容积损失和机械损失上。如果全部压力能都能得到充分利用，则将使能量转换过程的效率得到显著提高。 3.3.2主动维护 液压系统维护已从过去简单的故障拆修，发展到故障预测，即发现故障苗头时，预先进行维修，清除故障隐患，避免设备恶性事故的发展。 要实现主动维护技术必须要加强液压系统故障诊断方法的研究，当前，凭有经验的维修技术人员的感宫和经验，通过看、听、触、测等判断找故障已不适于现代工业向大型化、连续化和现代化方向发展，必须使液压系统故障诊断现代化，加强专家系统的研究，要总结专家的知识,建立完整的、具有学习功能的专家知识库，并利用计算机根据输入的现象和知识库中知识，用推理机中存在的推理方法，推算出引出故障的原因，提高维修方案和预防措施。要进一步引发液压系统故障诊断专家系统通用工具软件，对于不同的液压系统只需修改和增减少量的规则。 另外，还应开发液压系统自补偿系统，包括自调整、自润滑、自校正，在故障发生之前，进市补偿，这是液压行业努力的