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液压与气压传动的优缺点及应用发展
2019-08-23
摘要:液压与气压传动发展到目前的水平主要是由于液压与气压传动本身的特点所致,随着工业的发展,液压与气压传动技术必将更加广泛地应用于各个工业领域。本文兴迪源机械带来液压与气动传动的优缺点及应用发展。

  液压与气压传动发展到目前的水平主要是由于液压与气压传动本身的特点所致,随着工业的发展,液压与气压传动技术必将更加广泛地应用于各个工业领域。本文兴迪源机械带来液压与气动传动的优缺点及应用发展。

  一、液压与气压传动的优缺点:

  液压与气压传动同电力拖动系统、机械系统相比有许多优异的特点,下面从拖动负载能力和控制方式性能两个方面进行比较。

液压传动原理

机床工作台的液压传动系统

  1.拖动负载能力

  由于气压传动系统的使用压力一般在 0.2-1.0MPA范围之内,因此它不能作为功率大的动力系统。在此只对液压传动系统与电力拖动系统作比较。从所能达到的最大功率看,液压系统远不如电力拖动系统,但液压传动最突出的优点是出力大、重量轻,惯性小以及输出刚度大,可用以下指标来表示:

  (1)功率—质量比大

  这意味着同样功率的控制系统,液压系统体积小、重量轻,这是因为机电元件,例如电动机由于受到磁性材料饱和作用的限制,单位质量的设备所能输出的功率比较小,液压系统可以通过提高系统的压力来提高输出功率,这时仅受到机械强度和密封技术的限制。在典型情况下,发电机和电动机的功率—质量比仅为 165W/kg 左右,而液压泵和液压马达可达 1650W/kg, 是机电元件10倍,在航空、航天技术领域应用的液压马达可达成 6600W/kg 。

  作直线运动的动力装置将更加悬殊,从单位面积出力来看,液压缸的出力一般可达到700-300N/CM2,而直流直线式电动机为30N/CM2 左右。

  (2)力一质量比

  液压缸的力—质量比一般为 13000N/kg,而直流直线式电动机仅为130N/kg 。一般回转式液压马达的转距—惯量比是同容量电动机的10-20倍,一般液压马达为61*10立方NM(近年来发展的无槽电动机具有很高的转矩—惯量比,同液压马达相当)。转矩—惯量比大,意味着液压系统能够产生大的加速度,也就是说时间常数小,响应速度快,具有优良的动态品质。

  2 .控制方式性能

  液压及气压传动在组成控制系统时,与机械装置相比,其主要优点是操作方便、省力、系统结构空间的自由度大,易于实现自动化,且能在很大范围内实现无级高速,传动比可达100:1至2000:1。如与电气控制相配合,可较方便地实现复杂的程序动作和远程控制。此外,流体传动还具有传递过程中压力损失和泄漏的存在使传动效率低;流体传动装置不能在高温下工作;流体控制元件制造精度高以及系统工作过程中发生故障不易诊断等。

  气压传动与液压传动相比,有如下优点:

  (1)空气可以从大气中取之不竭,无介质费用和供应上的因难,将用过的气体排入大气,处理方便。泄漏不会严重影响工作,不会污染环境。

  (2)空气的粘性很小,在管路中的阻力损失远远小于液压传动系统,宜于远程传输及控制。

  (3)工作压力低,元件的材料和制造精度低。

  (4)维护简单,使用安全,无油的气动控制系统特别适用于无线电元器件的生产过程,也适用于食品及医药的生产过程。

  (5)气动元件可以根据不同场合,采用相应材料,使元件能够在恶劣的环境(强振动、强冲击、强腐蚀和强辐射等)下进行正常工作。

  气压传动与电气、液压传动相比有以下缺点:

  (1)气压传动装置的信号传递速度限制在声速(约340m/s)范围内,所以它的工作频率和响应速度远不如电子装置,并且信号要产生较大的失真和延滞,也不便于构成较复杂的回路,但这个缺点对工业生产过程不会造成困难。

  (2)空气的压缩性远大于液压油的压缩性,因此在动作的响应能力、工作速度的平稳性方面不如液压传动。

  (3)气压传动系统出力较小,且传动效率低。

  二、液压与气压传动的应用及发展:

  在工业生产的各个部门应用液压与气压传动技术的出发点是不尽相同的。例如,工程机械、矿山机械、压力机械和航空工业中采用液压传动的主要原因是取结构简单、体积小、质量小、输出力大的特点;机床上采用液压传动是取其能在工作过程中方便地实现无级调速,易于实现频繁的换向,易于实现自动化的特点;在电子工业、包装机械、印染机械、食品机械等方面应用气压传动主要是取其操作方便,且无油、无污染的特点。下图是液压与气压传动在各类机械行业中的应用举例。

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液压与气压传动在各类机械行业中的应用举例

  液压与气压传动发展到目前的水平主要是由于液压与气动传动本身的特点所致,随着工业的发展,液压与气压传动技术必将更加广泛地应用于各个工业领域。

  液压技术自18世纪末英国制成世界上第一台水压机算起,已有300年的历史了,但其真正的发展只是在第二次世界大战后50余年的时间内,战后液压技术迅速转向民用工业,在机床、工程机械、农业机械、汽车等行业中逐步推广。本世纪60年代以来,随着原子能、空间技术、计算机技术的发展,液压技术得到了很大的发展,并渗透到各个工业领域中去。

  当前液压技术正向高压、高速、大功率、高效、低噪声、经久耐用、高度集成化的方向发展。同时,新型液压元件和液压系统的计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助测试(CAT)、计算机直接控制(CDC)、计算机实时控制技术、机电一体化技术、计算机仿真和优化设计技术、可靠性技术,以及污染控制技术等方面也是当前液压传动及控制技术发展和研究的方向。

  气压传动技术在科技飞速发展的当今世界发展将更加迅速。随着工业的发展,气动技术的应用领域已从汽车、采矿、钢铁、机械工业等行业迅速扩展到化工、轻工、食品、军事工业等各行业。气动技术已发展成包传动、控制与检测在内的自动化技术。

  由于工业自动化技术的发展,气动控制技术以提高系统可靠性,降低总成本为目标。研究和开发系统控制技术和机、电、液、气综合技术。显然,气动元件当前发展的特点和研究方向主要是节能化、小型化、轻量化、位置控制的高精度化,以及与电子学相结合控制技术。

  随着智能制造技术的发展,液压与气压传动技术在精益生产、智能生产线、无人化工厂等制造领域的应用也日益广泛。伴随着中国制造2025的发展进程,液压与气压传动技术在制造业转型升级中也将发挥越来越重要的作用。

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