液压传动与机械传动作业性能对比分析

钟立才，卢雪红

(兰州资源环境职业技术学院，甘肃 兰州 730021)

1 液压传动与机械传动的优劣对比

液压传动与机械传动是目前最为常见的两种传动方式，两者各具优劣，在不同机械设备中应用也存在很大的差别。通过两种传动方式特点、优劣进行分析，从概念上了解两者差异。

(1)液压传动系统是指以液体为工作介质进行能量传递与控制的一种传动方式。如图1所示。采用液压传动可以有效简化机械结构，降低制造成本；同时对于提升机械工作效率与降低能源消耗也具有一定价值。与机械传动相比而言，液压传动系统包括以下几个方面优势：一是工作中以油液作为传动介质，更方便地将原动机的旋转运动转变为直线运动，因此液压传动更适合在工程机械、采矿设备中应用；二是液压传动系统工作中可以实现大范围的无极调速，进而提升传动比率；三是液压传动相对于机械传动，在各个传动部件之间能够实现无间隙传动，所以液压传动更为平稳、反应速度更快。但在实际使用中，由于各种因素的影响，液压传动也存在传动使用成本高，出现故障难以排查与检修等劣势。

图1 典型液压传动系统示意图

(2)机械传动是指利用机械方式实现动力和运动的传动。例如某些机械传动通过机械部件之间的摩擦力实现传动；也有些借助件传动件啮合实现传动，如链条、齿轮等传动方式，如图2所示。不同的机械传动方式具有不同特点与应用范围。具体而言，机械传动的优劣势分析需要从不同传动方式进行对比分析：一是齿轮传动。该传动方式传动精准、结构紧凑、传动效率高，而且在长时间使用下质量更为可靠。缺点是对于齿轮部件的精度要求较高，同时由于受齿轮体积制约，该方式难以实现远距离传动。二是皮带传动。这是传动机械设备最为常见的一种传动方式。皮带传动的优点是适合远距离传输，皮带传输具有一定弹性所以传动更为稳定，结构简单，制造成本较低。皮带传动的缺点是传动比率较低，随着皮带使用周期的延长，传动比甚至会出现下降现象，使用寿命不长；三是链条传动。该传动方式传动精准，传动效率高，能够适应各种恶劣的工作环境，承载能力高。缺点是工作时噪声偏大，存在冲击、振动，链条的铰链磨损后会导致节距变大出现脱落现象，同时对安装的精度要求较高，传动的稳定性较差，不适用于载荷变动较大或者反向传动之中。除了以上三种常见机械传动方式外，还有一种方式为蜗杆传动，由于该传动方式发热量大，部件消耗高所以应用较少。

图2 机械传动中的皮带传动与齿轮传动示意图

通过对比可见，液压传动属于流体传动所以性能更可靠，传动率更强。机械传动技术更加成熟，设备简单可靠，出现故障便于维修。所以，两者之间各有优势，需要结合实际使用场景进行设计与使用。

2 液压传动与机械传动性能分析与对比

通过试验分析，结合实际工况，对液压传动与机械传动在轻载、中载、重载三种工况下的传动性能、有效输出功率、有效驱动功率三个方面进行对比分析。

(1)轻载工况下液压传动与机械传动性能对比。在轻载工况下将两种传动方式的负载设定在18 000 N·m下进行对比。首先，从两种传动方式有效输出功率的对比结果可知：在轻载工况下机械传动方式的功率要高于液压传动。具体而言，此时液压发动机输出功率波动较大，在负载较小时输出功率较低，功率范围在69.51～79.35 kW，平均输出功率为75.26 kW。此时机械传动的输出功率则在 83.52～85.14 kW，平均输出功率为84.63 kW，相对而言轻载工况下机械传动功率输出更为稳定。其次，从有效驱动功率的对比结果可知：轻载工况下液压传动系统的有效驱动功率呈现正弦波动趋势，有效驱动功率为58.26～67.79 kW，平均有效驱动功率为64.07 kW。机械传动有效驱动功率为71.25～73.46 kW，平均有效驱动功率72.57 kW，有效驱动功率波动小，比较稳定。可见，在轻载工况中传统机械传动有效驱动效率要优于液压传动系统。

(2)中载工况下液压传动与机械传动性能对比。在中载工况下将两种传动方式的负载设定在25 000 N·m下进行对比。首先，从两种传动方式有效输出功率的对比结果可知：在中载工况下两种传动方式的功率输出基本保持稳定。具体而言，此时液压发动机输出功率波动较大，在负载中等时输出功率较为稳定，功率范围在81.26～82.45 kW之间，平均输出功率为81.73 kW。此时，机械传动的输出功率则在 82.15～83.14 kW，平均输出功率为 82.29 kW。在中载工况下，虽然液压传动系统相对于轻载更加稳定，但是与中载工况下的机械传动相比依然有所波动。其次，从有效驱动功率的对比结果可知：中载工况下液压传动系统的有效驱动功率呈现正弦波动趋势，而机械传动有效驱动功率基本维持稳定。其中液压传动系统有效驱动功率为 62.37～65.25 kW，平均有效驱动功率为63.16 kW。机械传动有效驱动功率为 65.35～69.27 kW，平均有效驱动功率64.33 kW，有效驱动功率波动小，比较稳定。可见，在中载工况下机械传动驱动效率略微优于液压传动系统。

(3)重载工况下液压传动与机械传动性能对比。在重载工况下将两种传动方式的负载设定在32 000 N·m下进行对比。首先，从两种传动方式有效输出功率的对比结果可知：在重载工况下机械传动的有效输出功率基本一致，有效输出功率保持在83.52 kW，在重载工况下没有明显的差异。其次在有效驱动功率的对比中，重载情况下液压传动系统的有效驱动功率比机械传动更有优势。具体而言，液压传动系统有效驱动功率为 64.81～65.26 kW，平均为 65.11 kW。而此时机械传动有效驱动功率为69.26～72.16 kW，平均为71.37 kW。相对于液压传动系统，在重载工况下机械传动系统有效驱动功率波动较大。

3 结语

液压传动和机械传动是目前最常用、技术最成熟的两种传动方式，通过对比可见两者各有优劣，在两种传动方式性能对比上，液压传动系统相对机械传动效率、质量更高；但机械传动的牵引功率更高。所以在实际工作中无论选择哪种传动方式，机械设备工作的最终目标是一致的，即是为了获得最佳动力、经济和最大的作业效率，因此，设计与应用中需要结合工况科学进行选择，提高机械设备传动系统效率与质量。