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)： 機電一體化技術</p><p>　　姓 名； .........</p><p>　　學 號：

2、..........</p><p>　　指導教師： .........</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>　　關鍵詞............................................................... 1</p><p>　　前言.......................................

4、.......................... 1</p><p>　　1 液壓傳動的認知..................................................... 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............................................................. 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)其結構、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>　　關鍵詞：液壓傳動；構成；認知；原理；分析；結論</p><p><b>　　前 言 ：</b></p><p>　　液壓傳動應用非常廣泛，如一般工業(yè)用的塑料加工機械、壓力機械、機床等；行走機械中的工程機械、建筑機械、農(nóng)業(yè)機械、汽車等；鋼鐵工業(yè)用的冶金機械、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、橋梁操縱機構等；發(fā)電廠渦輪機調(diào)速裝置、核發(fā)電廠等等；船舶用的甲板起重機械（絞車）、船頭門、艙壁閥、船尾推進器等；特殊技術用的巨型天線控制裝置、測量浮標、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。通過科技攻關和技術引進，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、污染控制、故障診斷、機電一體化、海水及高水劑溶液的應用、現(xiàn)代控制技術的應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)進行有效的經(jīng)濟和技術合作，近年來先后從國外引進

14、了很多液壓元件和液壓系統(tǒng)等制造技術，為提高產(chǎn)品水平和生產(chǎn)能力起了重要的作用。走向二十一世紀的液壓技術不可能有驚人的技術突破，應當主要靠現(xiàn)有技術的改進和擴展，不斷擴大其應用領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)的構成應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),以水壓機的形式將其應用于工業(yè)上，誕生了世界上第一臺水壓機。1905年將工作介質(zhì)水改為油，又進一步得到改善。 　　第

16、二次世界大戰(zhàn)(1941-1945)期間，在美國機床中有30%應用了液壓傳動。應該指出，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，在機械方面有廣泛的發(fā)展領域。</p><p>　　液壓傳動有許多突出的優(yōu)點，因此它的應用非常廣泛，如一般工。業(yè)用的塑料加工機械、壓力機械、機床等；行走機械中的工程機械、

17、建筑機械、農(nóng)業(yè)機械、汽車等；鋼鐵工業(yè)用的冶金機械、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、橋梁操縱機構等；發(fā)電廠渦輪機調(diào)速裝置、核發(fā)電廠等等；船舶用的甲板起重機械（絞車）、船頭門、艙壁閥、船尾推進器等；特殊技術用的巨型天線控制裝置、測量浮標、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的機械能轉(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)把液體壓力能轉(zhuǎn)換為機械能，從而驅(qū)動工作機構，實現(xiàn)直線往復運動和回轉(zhuǎn)運動。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）、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的機械能轉(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）</p><p>　　它是將液體的液壓能轉(zhuǎn)換成機械能。其中，油缸做直線運動，馬達做旋轉(zhuǎn)運動。 </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：齒輪式液壓馬達、葉片液壓馬達、柱塞液壓馬達</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的重量只有電動機的10％～20%。因此慣性力較小，當突然過載或停車時，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，在不改變電機旋轉(zhuǎn)方向的情況下，可以較方便地實現(xiàn)工作機構旋轉(zhuǎn)和直線往復運動的轉(zhuǎn)換； </p>&

26、lt;p><b>　　1.3.4 </b></p><p>　　液壓泵和液壓馬達之間用油管連接，在空間布置上彼此不受嚴格限制；</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。</b></p><p><b>　　1.3.8 </b><

28、/p><p>　　液壓元件實現(xiàn)了標準化、系列化、通用化、便于設計、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)相對運動件之間的機械摩擦引起的轉(zhuǎn)矩損失：二是泵內(nèi)油液的粘度所引起的轉(zhuǎn)矩損失。這量損失分別反映了泵的容積效率</p><p>　　ηv 和機械效率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 馬達和油缸的損失</p

31、><p>　　馬達的結構和泵相似，工作過程中同樣存在著容積損失和機械損失，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?，使油液溫度升高?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，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。設計新型的活塞桿防護裝置等。</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。引起運動件間的間隙變化，升溫太大會是油質(zhì)發(fā)生變化，嚴重時會使機床產(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，嚴重影響了設備的利用率和企業(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充分利用電機的容量</p><p>　　充分充分利用電機的容量，盡量使電機在高效率的狀態(tài)下工作。液壓設備一</p><p>　　般需要經(jīng)過電能----機械能----液壓能----機械能三次能量轉(zhuǎn)換，提高原動機的</p><p>　　效率往往被忽略，目前工程機械中存在著由于液壓設備原動

40、機過大或負載在不同的工作階段上不均衡導致電機在較低的功率因素下工作，這是一種浪費，必須合理的選擇電機容量。</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械效率，我們往往只重視溶積損失的問題，卻忽略了泵結構的研究、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。當明確了設計要求后，通過調(diào)查研究，了解和收集一些先進技術資料，進行綜合設計比較，確定合理的管路系統(tǒng)方案，其中關鍵是調(diào)速方案。因為調(diào)速問題往往是機床液壓系統(tǒng)的核心問題。設計者應對各種調(diào)速回路的工作原理、性能特點、適應范圍深入了解，靈活運用。具體措施為

42、：</p><p><b>　　4.3.1</b></p><p>　　方案應力求簡單，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)格應慎重選擇，盡可能減少流量過剩。</p><p><

43、;b>　　4.3.3</b></p><p>　　結構參數(shù)應合理設計，從而保證原動機的使用效率。</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)或冷卻設備以及其他辦法。如國產(chǎn)的J113A型壓鑄機，夏天工作兩小時以上油箱中的油溫就高達45度以上，油

44、溫高必然導致粘度降低，內(nèi)泄漏增加，機器加壓時間加長，嚴重影響生產(chǎn)。如壓鑄機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。如果對該機進行冷卻系統(tǒng)的改進，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>　　自液壓機誕生以來，能耗問題一直是液壓系統(tǒng)設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。達西等人通過對管路中油液的性能分析，提出了雷諾數(shù)，達西公式等著名公式，這使得對油壓機系統(tǒng)的能耗分析從理論上

46、更近了一步，而后來的一些學者或工程師也只能停留在原來的</p><p>　　基礎上，只不過對整個系統(tǒng)進行了分析。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械并已投放市場，而國內(nèi)的一些學者從部分原件著手進行研究

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)絡資源，在XX老師的指導下完成，同時作者得到了各位老師和同學的大力指導和幫助，在此一并致謝！</p><p><b&

48、gt;　　參考文獻：</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?？茖W技術文獻出版社.</p><p>　　[5]王積