液压传动在机械驱动中的应用

王娜++白军++姜梅

摘 要：液压传动作为一种驱动技术，在各个领域中得到广泛应用，尤其在机械驱动中占有重要地位。文章以液压传动技术在机械驱动中的液压机液压系统应用为例，阐述液压传动技术的适用性及推广前景。

关键词：液压传动；机械驱动；液压机液压系统

中图分类号：TG502.32 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2017）29-0151-03

Abstract： hydraulic drive as a drive technology， is widely applied in various fields， especially occupies an important position in the mechanical drive. Based on hydraulic transmission technology in mechanical drive hydraulic system of hydraulic press， for example， discusses the applicability of the hydraulic transmission technology and promotion prospects.

Keywords： hydraulic transmission； mechanical drive； hydraulic system of hydraulic press

引言

液压传动在机械驱动中是常用的技术，传动过程以液压油作为工作介质对能量进行传递。液压传动技术从诞生到近50多年来真正的得到推广，突显出的适用、高效、便捷等优点使得液压传动技术越来越受到重视，如今已渗透到国民经济的各个领域，如工业生产、农机、计算机仿真、国防军事等方面。

液压传动技术被广泛应用于不同的领域，为各行业的发展起到了推动的作用。早期时候，日本的Mitsubishi公司、德国的M.A.N公司都做过使用液压蓄能器储能的液驱混合动力车辆，研究液压传动在工业生产中汽车驱动领域的广泛使用。[1]1939年液压传动技术开始应用于航空业，中国直升机设计研究院也做过液压系统在直升机操作系统中的应用研究。1990年华中理工大学开始研究纯水液压传动技术，并在1996年研发成功运用于国内第一台舰艇。[2]众多的实验证明了液压传动技术应用领域的广泛性，而作为液压传动方式之一的液压机液压系统应用案例却不是很多。

液压机是工业部门广泛使用的压力加工设备，可用于塑性材料的加工也可用于校正和压装等。本文将以四柱式液压机液压系统为例，阐述液压系统的结构，原理和特点，并分析液压传动术的适用性及推广前景。

1 四柱式液压机液压系统的构造

四柱万能液压机是用于金属、塑料、橡胶等产品加工的机械设备。原理是利用帕斯卡定律制成的利用液体压强传动的机械。根据需要的不同，液压机可分为油压机和水压机两大类。

系统组成

四柱式万能液压机是常见于压力加工设备中的形式，通常以三梁四柱式作为通用结构，系统由机身和主缸、行程限位装置、润滑装置、液压动力系统及电气系统等部件组成，机身包括横梁（上横梁，活动横梁、下横梁）、工作台、立柱、锁母、导向套等组成，活动横梁在油缸驱动下沿着四柱上下直线运动。

四个立柱、上下两个横梁和16个内外螺母将液压机构成一个液压机外框架，整个框架承受机身工作的全部载荷。工作缸（主缸）固定于上横梁上，上横梁两侧还有回程缸，与横梁连接在一起，工作缸内装有活塞，与活动横梁连接；[3]四个立柱起到导向作用，是主要的受力件，须有较高的刚度和精度，保证模具的模型规范；活动横梁依附四根立柱在上下横梁间做往复运动，通过调节四个调节螺母，可调节滑块下平面对工作台台面的不平行度及行程时的不垂直度；下横梁位于底部工作台下。横梁有铸造结构和焊接结构两种，因为外形尺寸所占空间较其它结构要大，为了减轻机身重量，提高金属的利用率，往往都将梁做成空心的，中间加设方格形或辐射形分布的肋板，根据受力情况不同分布肋板疏密。在安装缸或柱塞及立柱的地方做成圆筒形，使环行支撑面的刚度尽可能一致，并用肋板与外壁相互之间连接起来；下横梁位于工作台之下，与整个框架连为一体。[3]

2 液压传动在四柱液压机液压系统中的驱动技术

为完成一般的压制工艺，液压机需满足能实现工作循环、变换和调节压力、功率利用合理、平稳性和安全性高等要求。

2.1 液压系统的工作过程

四柱液压机一般的成型压制工艺过程，如图1中的标注位置所示。

（1）首先主缸活塞快速下移。启动泵，并使电磁铁（1、2、6）YA通电，泵进入工作状态，将油泵入系统，阀19的A、T口相通，系统压力油通过阀（5、7、9、24）进入主缸上腔；插装阀6与油箱连通，阀6打开后油回流入油箱，活动横梁（滑块）由于自重下沉使主缸上腔内产生负压，此时高位油箱从充液阀25对上腔充液。[4]

（2）减速及压制。活动横梁下移过程中，当滑块上的挡块触压行程开关2ST后6YA断电，下腔产生由阀13预调的背压，上腔内压力增高致使充液阀关闭，滑块下移速度减慢。滑块接触工件后开始加压，系统压力升高，泵流量减小，上腔压力油打开顺序阀12，使阀6无背压回油，上腔压力全作用于工件上。

（3）保压延时。加压完毕挡块触压开关5ST，或缸内压力升高，继电器21发出信號，转为保压状态。[4]

（4）卸压返回。保压直至时间继电器发出信号，电磁铁（1、3）YA通电，泵再次进入工作状态，阀18的P、B口相通，打开插装阀7和充液阀25的卸压阀芯，卸压主缸上腔直至压力降到调定压力以下，关闭阀12和阀6，下腔压力上升，实现主缸换向返回。

（5）顶出缸动作。主缸回程触压限位开关1ST发出信号，3YA断电，阀7关闭，使主缸活塞靠下腔背压悬停在上方；5YA通电，阀17的P、A相通，B、T口相通，系统向顶出缸下腔供油实现顶出缸动作。

（6）顶出动作完成后触碰到行程开关3ST发出信号，5YA断电，4YA通电，阀17的P、B口相通，A、T口相通，顶出缸活塞下移至触碰到4ST，此时全部电磁铁断电，顶出缸活塞停在下方，液压机恢复初始位置，完成一个工作循环。[4]

2.2 液压系统实现传动的主要元件及作用

以采用插装阀的液压机液压系统为例，液压机液压系统的主要元件有变量轴向柱塞泵、过滤器、插装阀、调压阀、顺序阀、电磁阀、换向阀等多个元件联合工作。如上图1。

主要元件及作用

（1）变量轴向柱塞泵：为系统供给压力油，额定压力为

32MPa，额定流量为100L/min。

（2）过滤器：带有污染指示器，过滤进入系统的油液。

（3）安全溢流阀①：由插装阀3和调压阀10构成安全溢流阀，用于限制顶出缸下腔的最大工作压力。调压阀14作为远程调压阀，用以调整顶出缸液压垫的工作压力。

（4）安全溢流阀②：由插装阀8和调压阀15构成，以限制主缸上腔的最大工作应力。

（5）电磁溢流阀：由插装阀4、调压阀11和电磁阀16共同构成电磁溢流阀，用以控制液压泵的最大工作压力和卸荷。

（6）单向阀：插装阀5为单向阀，防止油液向泵倒流。

（7）复合机能调压阀：由插装阀6、顺序阀12以及调压阀13、电磁阀20组成，是调节主缸下腔的平衡压力，控制主缸卸压换向的数值的设备。

（8）换向阀①：由插装阀7和电磁阀18，梭阀22构成二位二通换向阀，位于主缸下腔进油口处，可切换进油口。

（9）换向阀②：由插装阀9、电磁阀19、梭阀23组成二位二通换向阀，位于主缸上腔进油口处，可切换上腔进油口。

（10）液控单向阀：即充液阀，主缸活塞下行时，此阀在负压下打开，使主缸充液，活塞换向返回时对上腔先卸压后全开回油。

（11）单向阀24：用于主缸上腔保压。

（12）电液换向阀：控制顶出缸活塞的运动方向。

3 液压传动的适用性及推广前景

3.1 液压传动的适用性及特点

目前主要的传动方式主要有机械、电气、液压和气压四大类。适用性最强，应用最广泛的是液压传动。

液压传动系统优点相比其他传动要更明显。在相同功率下，液压执行元件重量轻，结构紧凑。传动使用的压力在7Mpa左右，也可高达50Mpa。相比同样输出压力的电机及机械传动装置，液压装置的体积小得多。[5]在机床工业中，有85%的传动系统采用了液压传动与控制。如磨床、铣床、刨床、拉床、压力机、剪床、和组合机床等，适用性比较强。[6]在工程机械中，液压传动普遍见于农用机械，相比以前的人力劳作，方便灵活，工作效率大大提高，并且能实现无级调节，调速范围大。冶金工业中，电炉控制系统、轧钢机的控制系统、转炉控制、高炉控制、带材跑偏和恒张力装置等都采用了液压技术。[7]电流变、磁流变技术不断与液压技术相结合，应用于军事工业，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，采用电液联合控制后，不仅可实现更高程度的自动控制过程，而且可以实现遥控功能。[8]

液压传动系统有很多优点亦会存在一些局限性。如液压传动不能得到严格的传动比，油液流动过程中存在部分损失，不适宜远距离传动；液压传动对油温变化较敏感，这会影响它的工作稳定性；液压元件制造精度要求高，给使用与维修保养带来一定困难。[4]尽管目前还有一些使用弊端，随着技术的进步，从实验以及实践中不断更新经验，尽量克服液压传动的缺点，液压传动系统的使用局限性会越来越小。

3.2 推广前景

现如今，液压传动的水平已经成为一个国家工业水平高低的标志。[9]与其他传动类型相比，液压传动技术的优势明显。

传动方式较多，大多具有较好的传动性能，但是相较于液压传动而言，其他传动会受到很多条件限制。与机械传动相比，液压传动更容易根据现实情况传递动力，可进行无级调节，操作方便，不易受空间和材料限制，成本较低。

与气动相比，液压传动操作力大，负载变化影响小，设备安全可靠性好，噪声小。对于电传动来说，液压传动操作力较高，动作稍慢但稳定性好，环境要求不高，可短距离操作，工作寿命长，成本低廉。虽然在很多中小型生产设备中，电传动仍占据主导地位，但液压传动经济效益好，结合计算机和电子控制技术，是有可能取代电传动的。[10]

总的来说，无论在经济指标，性能指标或是适用范围方面，液压传动系统都优于其他几类传动形式，发展空间更广阔。

4 结束语

（1）流体传动技术的优势明显，发展空间较大。

（2）液压传动相较于气压传动、电传动和机械传动等方式，更容易根据现实情况传递动力，可进行无级调节，操作方便，且应用成本较低。

（3）液压传动经济效益好，结合计算机和电子控制技术，局限性更小，应用范围更广。

从目前的发展趋势来看，液壓传动技术相较于其他类型的传动是最普遍，最实用的，虽然与理想型的传动还存在差距，但是液压系统本身的优势是不可取代的。随着发展需求的增加，液压传动方面的研究会越来越多，液压传动技术也必将有更广阔的前景。

参考文献：

[1]任国军.公共汽车制动能量再生的液压储能技术研究[D].山东理工大学，2006.

[2]黄浩铭.现代液压传动技术的历史、方向和发展趋势[J].汽车与机械，2015（02）.

[3]腾州科信.四柱液压机导向结构[N].科信新闻网，2014.

[4]丁树模，丁问司.液压传动（第三版）[M].北京：机械工业出版社，2009.

[5]徐玉.液压气动技术的发展历史及感想[J].机械/仪表，2012.

[6]陈俊仁.液压在工程机械和冶金机械上的应用[J].机械/仪表，2011.

[7]姜万录.流体传动与控制/流体机械与工程[J].机械电子工程（液压方向），2012.

[8]李建明，陈飞.液压传动技术发展现状与前景展望[D].中国矿业大学机电工程学院，2011.

[9]王博，李海燕.液压传动技术应用现状及发展趋势[J].工业应用技术，2016.

[10]肖淼鑫，陈波.液压技术的发展现状及趋势[J].机电工程，2012.

[11]杨茜.液压传动的现状及发展趋势[J].机械/仪表，2012.