畢業(yè)論文----淺談液壓傳動系統(tǒng)中的能耗問題

1、<p><b>　　畢 業(yè) 論 文</b></p><p>　　淺析液壓傳動系統(tǒng)中的能耗問題</p><p>　　班 級： ......班</p><p>　　專 業(yè)： 機(jī)電一體化技術(shù)</p><p>　　姓 名； .........</p><p>　　學(xué) 號：

2、..........</p><p>　　指導(dǎo)教師： .........</p><p>　　日 期： 2011年 5 月 30日</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　淺析液壓傳動系統(tǒng)中的能耗問題．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． １</p>&

3、lt;p>　　摘要．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１</p><p>　　關(guān)鍵詞............................................................... 1</p><p>　　前言.......................................

4、.......................... 1</p><p>　　1 液壓傳動的認(rèn)知..................................................... 2</p><p>　　1.1液壓傳動的組成.................................................2</p><p>　

5、　1.2 液壓元件分類.................................................. 3</p><p>　　1.3液壓傳動的優(yōu)點................................................. 3</p><p>　　2 液壓系統(tǒng)的功率損失計算.....................................

6、........ 4</p><p>　　2.1 泵的功率損失.................................................. 4</p><p>　　2.2管路系統(tǒng)的損失.................................................4</p><p>　　2.3 馬達(dá)和油缸的損失.......

7、....................................... 4</p><p>　　3 減少能耗，充分利用能量............................................. 5</p><p>　　3.1減少能量損失...................................................5</p>

8、<p>　　3.2泄露控制.......................................................5</p><p>　　4 液壓系統(tǒng)發(fā)熱的控制 ................................................ 5</p><p>　　5、液壓系統(tǒng)的冷卻 ............................

9、........................6</p><p>　　6、能耗分析的發(fā)展情況.................................................7</p><p>　　謝 辭................................................................ 7</p><p&g

10、t;　　參考文獻(xiàn)............................................................. 8</p><p>　　淺析液壓傳動系統(tǒng)中的能耗問題</p><p>　　摘要：液壓傳動是工業(yè)生產(chǎn)中不可或缺的一部分，其應(yīng)用范圍極其廣泛，給工業(yè)生產(chǎn)中帶來許多便利，但也有些與不足，由于能耗問題大大制約了其工作效率。本文就液壓傳動系統(tǒng)其結(jié)構(gòu)、工作原理、能

11、耗原因,對液壓傳動系統(tǒng)中的能耗問題給予分析。</p><p>　　關(guān)鍵詞：液壓傳動；構(gòu)成；認(rèn)知；原理；分析；結(jié)論</p><p><b>　　前 言 ：</b></p><p>　　液壓傳動應(yīng)用非常廣泛，如一般工業(yè)用的塑料加工機(jī)械、壓力機(jī)械、機(jī)床等；行走機(jī)械中的工程機(jī)械、建筑機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī)械、汽車等；鋼鐵工業(yè)用的冶金機(jī)械、提升裝置、軋輥調(diào)整裝置等

12、；土木水利工程用的防洪閘門及堤壩裝置、河床升降裝置、橋梁操縱機(jī)構(gòu)等；發(fā)電廠渦輪機(jī)調(diào)速裝置、核發(fā)電廠等等；船舶用的甲板起重機(jī)械（絞車）、船頭門、艙壁閥、船尾推進(jìn)器等；特殊技術(shù)用的巨型天線控制裝置、測量浮標(biāo)、升降旋轉(zhuǎn)舞臺等；軍事工業(yè)用的火炮操縱裝置、船舶減搖裝置、飛行器仿真、飛機(jī)起落架的收放裝置和方向舵控制裝置等。</p><p>　　我國液壓行業(yè)已形成了門類齊全，有一定生產(chǎn)能力和技術(shù)水平，初級規(guī)模的生產(chǎn)科研體系。目

13、前全國約有近300家企業(yè)，還有液壓研究所，國家級液壓元件質(zhì)量監(jiān)督檢測中心以及國家重點實驗室。目前，液壓元件產(chǎn)品約有1000個品種，近1000個規(guī)格。通過科技攻關(guān)和技術(shù)引進(jìn)，產(chǎn)品水平有一定的提高，生產(chǎn)出一些具有世界水平的產(chǎn)品。另外，在CAD和CAT技術(shù)、污染控制、故障診斷、機(jī)電一體化、海水及高水劑溶液的應(yīng)用、現(xiàn)代控制技術(shù)的應(yīng)用等方面取得了令人欣喜的成果，并以用于生產(chǎn)。我國液壓工業(yè)重視同國外企業(yè)進(jìn)行有效的經(jīng)濟(jì)和技術(shù)合作，近年來先后從國外引進(jìn)

14、了很多液壓元件和液壓系統(tǒng)等制造技術(shù)，為提高產(chǎn)品水平和生產(chǎn)能力起了重要的作用。走向二十一世紀(jì)的液壓技術(shù)不可能有驚人的技術(shù)突破，應(yīng)當(dāng)主要靠現(xiàn)有技術(shù)的改進(jìn)和擴(kuò)展，不斷擴(kuò)大其應(yīng)用領(lǐng)域以滿足未來的要求。</p><p>　　液壓傳動是工業(yè)的重要的部分，但在液壓傳動系統(tǒng)中不可避免的會出現(xiàn)能耗問題，能耗問題是無法從根本上避免的，我問要做的事盡可能的減少其危害，盡量提高其工作效率，從而提高工業(yè)生產(chǎn)力，創(chuàng)造更多的價值，本文介紹了液

15、壓傳動系統(tǒng)的構(gòu)成應(yīng)用及工作原理等一系列問題借此給液壓傳動系統(tǒng)的能耗問題以分析，給出一些合理的建議。</p><p>　　1 液壓傳動的認(rèn)知：</p><p>　　1795年英國約瑟夫·布拉曼(Joseph Braman,1749-1814)，在倫敦用水作為工作介質(zhì),以水壓機(jī)的形式將其應(yīng)用于工業(yè)上，誕生了世界上第一臺水壓機(jī)。1905年將工作介質(zhì)水改為油，又進(jìn)一步得到改善。 　　第

16、二次世界大戰(zhàn)(1941-1945)期間，在美國機(jī)床中有30%應(yīng)用了液壓傳動。應(yīng)該指出，日本液壓傳動的發(fā)展較歐美等國家晚了近20 多年。在1955 年前后，日本迅速發(fā)展液壓傳動，1956 年成立了“液壓工業(yè)會”。近20~30 年間，液壓傳動發(fā)展迅速，在機(jī)械方面有廣泛的發(fā)展領(lǐng)域。</p><p>　　液壓傳動有許多突出的優(yōu)點，因此它的應(yīng)用非常廣泛，如一般工。業(yè)用的塑料加工機(jī)械、壓力機(jī)械、機(jī)床等；行走機(jī)械中的工程機(jī)械、

17、建筑機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī)械、汽車等；鋼鐵工業(yè)用的冶金機(jī)械、提升裝置、軋輥調(diào)整裝置等；土木水利工程用的防洪閘門及堤壩裝置、河床升降裝置、橋梁操縱機(jī)構(gòu)等；發(fā)電廠渦輪機(jī)調(diào)速裝置、核發(fā)電廠等等；船舶用的甲板起重機(jī)械（絞車）、船頭門、艙壁閥、船尾推進(jìn)器等；特殊技術(shù)用的巨型天線控制裝置、測量浮標(biāo)、升降旋轉(zhuǎn)舞臺等；軍事工業(yè)用的火炮操縱裝置、船舶減搖裝置、飛行器仿真、飛機(jī)起落架的收放裝置和方向舵控制裝置等。</p><p>　　液壓傳動

18、的基本原理：液壓系統(tǒng)利用液壓泵將原動機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為液體的壓力能，通過液體壓力能的變化來傳遞能量，經(jīng)過各種控制閥和管路的傳遞，借助于液壓執(zhí)行元件(缸或馬達(dá))把液體壓力能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，從而驅(qū)動工作機(jī)構(gòu)，實現(xiàn)直線往復(fù)運(yùn)動和回轉(zhuǎn)運(yùn)動。其中的液體稱為工作介質(zhì)，一般為礦物油，它的作用和機(jī)械傳動中的皮帶、鏈條和齒輪等傳動元件相類似。</p><p>　　在液壓傳動中，液壓油缸就是一個最簡單而又比較完整的液壓傳動系統(tǒng)，分析它的

19、工作過程，可以清楚的了解液壓傳動的基本原理。</p><p>　　1.1液壓傳動的組成</p><p>　　液壓系統(tǒng)主要由：動力元件（油泵）、執(zhí)行元件（油缸或液壓馬達(dá)）、控制元件（各種閥）、輔助元件和工作介質(zhì)等五部分組成。 </p><p>　　1.1.1動力元件（油泵）</p><p>　　它的作用是把液體利用原動機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成液壓力能；

20、是液壓傳動中的動力部分。 </p><p>　　1.1.2執(zhí)行元件（油缸、液壓馬達(dá)）</p><p>　　它是將液體的液壓能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能。其中，油缸做直線運(yùn)動，馬達(dá)做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。 </p><p><b>　　1.1.3控制元件</b></p><p>　　包括壓力閥、流量閥和方向閥等。它們的作用是根據(jù)需要無級調(diào)節(jié)液動機(jī)的

21、速度，并對液壓系統(tǒng)中工作液體的壓力、流量和流向進(jìn)行調(diào)節(jié)控制。</p><p><b>　　1.1.4輔助元件</b></p><p>　　除上述三部分以外的其它元件，包括壓力表、濾油器、蓄能裝置、冷卻器、管件[各種管接頭(擴(kuò)口式、焊接式、卡套式）、高壓球閥、快換接頭、軟管總成、測壓接頭、管夾等]及油箱等，它們同樣十分重要。 </p><p>　

22、　1.1.5工作介質(zhì) </p><p>　　工作介質(zhì)是指各類液壓傳動中的液壓油或乳化液，它經(jīng)過油泵和液動機(jī)實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換。</p><p>　　1.2 液壓元件分類</p><p>　　動力元件——齒輪泵、葉片泵、柱塞泵、螺桿泵......</p><p>　　執(zhí)行元件——液壓缸：活塞液壓缸、柱塞液壓缸、擺動液壓缸、組合液壓缸</p>

23、;<p>　　液壓馬達(dá)：齒輪式液壓馬達(dá)、葉片液壓馬達(dá)、柱塞液壓馬達(dá)</p><p>　　控制元件——方向控制閥：單向閥、換向閥</p><p>　　壓力控制閥：溢流閥、減壓閥、順序閥、壓力繼電器等</p><p>　　流量控制閥：節(jié)流閥、調(diào)速閥、分流閥</p><p>　　輔助元件——蓄能器、過濾器、冷卻器、加熱器、油管、管接頭

24、、油箱、壓力計、流量計、密封裝置等。</p><p>　　1.3液壓傳動的優(yōu)點</p><p><b>　　1.3.1</b></p><p>　　體積小、重量輕，例如同功率液壓馬達(dá)的重量只有電動機(jī)的10％～20%。因此慣性力較小，當(dāng)突然過載或停車時，不會發(fā)生大的沖擊； </p><p><b>　　1.3.2

25、 </b></p><p>　　能在給定范圍內(nèi)平穩(wěn)的自動調(diào)節(jié)牽引速度，并可實現(xiàn)無極調(diào)速，且調(diào)速范圍最大可達(dá)1：2000(一般為1：100）。 </p><p><b>　　1.3.3 </b></p><p>　　換向容易，在不改變電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向的情況下，可以較方便地實現(xiàn)工作機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)和直線往復(fù)運(yùn)動的轉(zhuǎn)換； </p>&

26、lt;p><b>　　1.3.4 </b></p><p>　　液壓泵和液壓馬達(dá)之間用油管連接，在空間布置上彼此不受嚴(yán)格限制；</p><p><b>　　1.3.5 </b></p><p>　　由于采用油液為工作介質(zhì)，元件相對運(yùn)動表面間能自行潤滑，磨損小，使用壽命長；</p><p>&

27、lt;b>　　1.3.6 </b></p><p>　　操縱控制簡便，自動化程度高；</p><p><b>　　1.3.7 </b></p><p><b>　　容易實現(xiàn)過載保護(hù)。</b></p><p><b>　　1.3.8 </b><

28、/p><p>　　液壓元件實現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化、便于設(shè)計、制造和使用。</p><p>　　2 液壓系統(tǒng)的功率損失計算</p><p>　　2.1 泵的功率損失</p><p>　　泵的功率損失主要包括溶積損失和機(jī)械損失。容積損失是泵在工作過程中其高壓腔有少量壓力油經(jīng)間隙泄漏到底壓腔。壓力越高油的粘度越低，泄漏量越大。因此泵的實際輸出流量

29、小于理論流量。機(jī)械損失主要由兩部分組成：一是泵在工作過程中，泵內(nèi)相對運(yùn)動件之間的機(jī)械摩擦引起的轉(zhuǎn)矩?fù)p失：二是泵內(nèi)油液的粘度所引起的轉(zhuǎn)矩?fù)p失。這量損失分別反映了泵的容積效率</p><p>　　ηv 和機(jī)械效率ηm泵的總效率η為： η= ηv x ηm</p><p>　　2.2管路系統(tǒng)的損失</p><p>　　管路系統(tǒng)中的損失包括壓力損失和溶劑損失。液壓系統(tǒng)管路

30、通常由若干段管道串聯(lián)而成，其中每一段形成局部阻力。構(gòu)成管路系統(tǒng)壓力損失是沿程壓力損失和局部壓力損失。再保證相鄰兩局部阻力處之間有足夠距離的情況下，管路系統(tǒng)的總壓力損失等于所有沿程壓力損失和所有串聯(lián)起來的局部損失之和，</p><p>　　即：ΣΔΡ=ΣΔΡk +ΣΔΡr =Σλy + 1/d x ν1 /2g + Σδr v2/2g</p><p>　　2.3 馬達(dá)和油缸的損失</p

31、><p>　　馬達(dá)的結(jié)構(gòu)和泵相似，工作過程中同樣存在著容積損失和機(jī)械損失，油缸工作過程中也存在著摩擦阻力、密封阻力及慣性阻力，存在著泄漏和外泄漏。它們反映了執(zhí)行組件的容積效率和機(jī)械效率。</p><p>　　液壓系統(tǒng)的總效率為：η=ηp xηc xη1</p><p>　　ηp--------泵的總效率</p><p>　　ηc---------

32、執(zhí)行組建的總效率</p><p>　　η1---------回路的總效率</p><p>　　η----------液壓系統(tǒng)的總效率</p><p>　　上訴各項能量損失轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮埽褂鸵簻囟壬摺?lt;/p><p>　　液壓系統(tǒng)的總發(fā)熱量為：Q=P1(1-η)</p><p>　　式中P1------液壓泵的輸出功率&

33、lt;/p><p>　　η------液壓系統(tǒng)的總效率</p><p>　　系統(tǒng)所產(chǎn)生的熱量主要由郵箱散發(fā)到空氣中。當(dāng)系統(tǒng)工作一段時間后，處于</p><p>　　熱平衡狀態(tài)，油溫不再升高，繼續(xù)工作所產(chǎn)生的熱量將由熱表面散發(fā)。散熱量計算可用：Qe=k?A?Δt</p><p>　　式中K-------散熱系數(shù)，取決于通風(fēng)情況和冷卻方法</p

34、><p>　　A-------散發(fā)面積</p><p>　　Δt-----系統(tǒng)溫度</p><p>　　系統(tǒng)達(dá)到熱平衡狀態(tài)時：Q=QE </p><p>　　即 P1(1-η)=K?A?Δt</p><p>　　則 Δt= P1(1-η)/K?A</p><p>　　隨著液壓傳動的廣泛應(yīng)用，給人們

35、帶來快捷高效率的同時我們也要面對它本身所帶來的各種問題，其中能耗問題是液壓傳動系統(tǒng)中不可避免的問題，從能量守恒定律我們可以知道，能耗問題是無法從根本上避免的，但是隨著科技的發(fā)展我們可以盡量減小其工作過程中的能量損耗。</p><p>　　3 減少能耗，充分利用能量</p><p><b>　　3.1減少能量損失</b></p><p>　　3.

36、1.1 減少元件和系統(tǒng)的內(nèi)部壓力損失，以減少功率損失。</p><p>　　3.1.2 減少或消除系統(tǒng)的節(jié)流損失，盡量減少非安全需要的溢流量。</p><p>　　3.1.3采用靜壓技術(shù)，新型密封材料；減少摩擦損失。</p><p>　　3.1.4 改善液壓系統(tǒng)性能，采用負(fù)荷傳感系統(tǒng)、二次調(diào)節(jié)系統(tǒng)和采用蓄能器回路。</p><p><b

37、>　　3.2泄露控制</b></p><p>　　泄露控制主要包括兩個方面：既要防止液體泄漏到外部造成環(huán)境污染，又要防止外部環(huán)境對系統(tǒng)的侵害。今后，將發(fā)展無泄漏元件和系統(tǒng)，如發(fā)展集成化和復(fù)合化的元件和系統(tǒng)，實現(xiàn)無管連接，研制新型密封和無泄漏管接頭、電機(jī)泵組合裝置。無泄漏將是世界液壓界今后努力的重要方向之一。設(shè)計新型的活塞桿防護(hù)裝置等。</p><p>　　4 液壓系統(tǒng)發(fā)熱

38、的控制</p><p>　　油液的升溫問題是液壓系統(tǒng)大部分故障的主要潛在誘發(fā)原因。油溫升高會引起油液粘度降低，漏損增大容積效率降低，且影響流量閥的流量特性，造成系統(tǒng)工作不穩(wěn)定。油溫升高。引起運(yùn)動件間的間隙變化，升溫太大會是油質(zhì)發(fā)生變化，嚴(yán)重時會使機(jī)床產(chǎn)生熱變形。特別是在炎熱的夏天，往往工作兩小時后就趕到燙手，工作就不得不停下來，嚴(yán)重影響了設(shè)備的利用率和企業(yè)的生產(chǎn)率。所以說液壓系統(tǒng)的發(fā)熱問題。必須控制。液壓系統(tǒng)的能

39、量損失的控制方法有以下幾個方面：</p><p>　　4.1充分利用電機(jī)的容量</p><p>　　充分充分利用電機(jī)的容量，盡量使電機(jī)在高效率的狀態(tài)下工作。液壓設(shè)備一</p><p>　　般需要經(jīng)過電能----機(jī)械能----液壓能----機(jī)械能三次能量轉(zhuǎn)換，提高原動機(jī)的</p><p>　　效率往往被忽略，目前工程機(jī)械中存在著由于液壓設(shè)備原動

40、機(jī)過大或負(fù)載在不同的工作階段上不均衡導(dǎo)致電機(jī)在較低的功率因素下工作，這是一種浪費(fèi)，必須合理的選擇電機(jī)容量。</p><p>　　4.2提高液壓泵和執(zhí)行組件的效率</p><p>　　泵和執(zhí)行組件的效率包括容積效率和機(jī)械效率，我們往往只重視溶積損失的問題，卻忽略了泵結(jié)構(gòu)的研究、低摩擦問題的研究，近年來國外通過開展各種變量泵低摩擦密封材料的研究，取得了一定的效果。</p><

41、;p>　　4.3降低管路系統(tǒng)的能量損失</p><p>　　提高原動機(jī)的效率和提高液壓泵、執(zhí)行組件的效率總是有一定的限制的，降低管路系統(tǒng)的能量損失是最根本的辦法。當(dāng)明確了設(shè)計要求后，通過調(diào)查研究，了解和收集一些先進(jìn)技術(shù)資料，進(jìn)行綜合設(shè)計比較，確定合理的管路系統(tǒng)方案，其中關(guān)鍵是調(diào)速方案。因為調(diào)速問題往往是機(jī)床液壓系統(tǒng)的核心問題。設(shè)計者應(yīng)對各種調(diào)速回路的工作原理、性能特點、適應(yīng)范圍深入了解，靈活運(yùn)用。具體措施為

42、：</p><p><b>　　4.3.1</b></p><p>　　方案應(yīng)力求簡單，在滿足要求的情況下，力求回路簡單、元件數(shù)量少、管路短。</p><p><b>　　4.3.2</b></p><p>　　泵的規(guī)格應(yīng)慎重選擇，盡可能減少流量過剩。</p><p><

43、;b>　　4.3.3</b></p><p>　　結(jié)構(gòu)參數(shù)應(yīng)合理設(shè)計，從而保證原動機(jī)的使用效率。</p><p><b>　　5、液壓系統(tǒng)的冷卻</b></p><p>　　如果發(fā)熱升溫問題仍然影響到生產(chǎn)，那么可以考慮冷卻系統(tǒng)或冷卻設(shè)備以及其他辦法。如國產(chǎn)的J113A型壓鑄機(jī)，夏天工作兩小時以上油箱中的油溫就高達(dá)45度以上，油

44、溫高必然導(dǎo)致粘度降低，內(nèi)泄漏增加，機(jī)器加壓時間加長，嚴(yán)重影響生產(chǎn)。如壓鑄機(jī)采用的是在油箱中安裝蛇形冷卻管，溢溢流閥和卸荷閥的回流實現(xiàn)回油箱在冷卻，通過對系統(tǒng)發(fā)熱量的計算，由溢流閥和卸荷閥所產(chǎn)生的熱量占系統(tǒng)總熱量的百分之七十以上。如果對該機(jī)進(jìn)行冷卻系統(tǒng)的改進(jìn)，只要多買一臺多管式水冷卻器，多彎幾根油管就可以解決油管發(fā)熱的問題。</p><p>　　綜上所訴，要減少系統(tǒng)的發(fā)熱，必須減少系統(tǒng)的能量損耗，通過合理的設(shè)計、選

45、擇，盡量把能量控制在最低程度上。</p><p>　　6、能耗分析的發(fā)展情況：</p><p>　　自液壓機(jī)誕生以來，能耗問題一直是液壓系統(tǒng)設(shè)計工作者深入研究的問題，效率也是他們必須面對和解決的問題。由于液壓機(jī)使用的介質(zhì)是油液和其他液體介質(zhì)，這也就決定了其能耗分析的特殊性，比如：雷諾。達(dá)西等人通過對管路中油液的性能分析，提出了雷諾數(shù)，達(dá)西公式等著名公式，這使得對油壓機(jī)系統(tǒng)的能耗分析從理論上

46、更近了一步，而后來的一些學(xué)者或工程師也只能停留在原來的</p><p>　　基礎(chǔ)上，只不過對整個系統(tǒng)進(jìn)行了分析。比如：波音公司的George R.Keller 他也只是對波音公司的液壓系統(tǒng)進(jìn)行了系統(tǒng)的分析，其中包括：熱源的產(chǎn)生，熱的散失，最后他綜合這些因素，平衡了各方面的情況，從總體上來設(shè)計液壓系統(tǒng)。為了降低能耗，德、日等國家已經(jīng)開發(fā)出了全電氣傳動控制的液壓機(jī)械并已投放市場，而國內(nèi)的一些學(xué)者從部分原件著手進(jìn)行研究

47、?？v觀以前的發(fā)展可知：要使系統(tǒng)的效率從根本上得到提高，必須也只有新的元件產(chǎn)生，合理設(shè)計系統(tǒng)，才能提高系統(tǒng)的效率。</p><p><b>　　謝 辭</b></p><p>　　本文在寫作過程中查閱了大量資料，并充分利用了網(wǎng)絡(luò)資源，在XX老師的指導(dǎo)下完成，同時作者得到了各位老師和同學(xué)的大力指導(dǎo)和幫助，在此一并致謝！</p><p><b&

48、gt;　　參考文獻(xiàn)：</b></p><p>　　[1]蔡宗福.中國科技信息，2005年14期.</p><p>　　[2]孟延軍.冶金工業(yè)出版社,2008年9月.</p><p>　　[3]李洪仁.國防工業(yè)出版社.</p><p>　　[4]黃奕振.上海科學(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社.</p><p>　　[5]王積