液压与气压传动在工厂中的应用
摘要
随着原子能科学、空间技术、计算机技术的发展，液压与气动技术也的到很大发展。液压与气动技术具有高速、高压、功率大、高效率、低噪音、平稳、反应速度快、冲击小、操作简单、久经耐用、高度集成化等特点，在现代工厂中的到了普遍应用，如在工程机械与物料搬运、机床、塑料加工机械、汽车、金属材料设备、金属二次加工设备与铸造机械、农业机械、船舶及其他领域广泛应用。 本文针对液压气动技术在装备制造业中的重要地位，并且根据发展论述液压气动技术在国内外机械制造业中的发展状况，对液压气动进行阐述与分析，进一步加大液压气动在工厂逐渐实现机械一体化的运用分析。希望有关部门对合理的建议给予相应的采纳。
关键词：液压与气动 机械一体化 工厂 应用
Abstract
With the development of atomic energy science, space technology and computer technology, hydraulic and pneumatic technology has also developed greatly. Hydraulic and pneumatic technology has the characteristics of high speed, high pressure, high power, high efficiency, low noise, stability, fast response, low impact, simple operation, durable and highly integrated. It has been widely used in modern factories, such as construction machinery and material handling, machine tools, plastic processing machinery, automobiles, metal material equipment, metal secondary processing equipment and casting. Machinery, agricultural machinery, ships and other fields are widely used. In view of the important position of hydraulic pneumatic technology in equipment manufacturing industry, and according to the development of hydraulic pneumatic technology in domestic and foreign machinery manufacturing industry, this paper elaborates and analyses the hydraulic pneumatic technology, and further enlarges the application analysis of hydraulic pneumatic technology in gradually realizing mechanical integration in factories. It is hoped that the relevant departments will adopt the reasonable suggestions accordingly.
Key words: Hydraulic and pneumatic mechanical integration plant application
目录
液压与气压传动在工厂中的应用 1
第一章液压与气动技术概述 3
1.1 液压气动的发展状况 3
第二章 液压与气动在工厂中应用概况及发展前景 4
2.1 工业自动化的发展生产自动化的概述 4
2.2 液压与气动技术在工厂的应用 6
2.3 液压与气动技术未来发展 9
总结 11
参考文献 11
第一章液压与气动技术概述
随着科学技术的不断发展，机械厂在我国的应用越来越广泛，机械厂的发展离不开液压气动的支撑，液压气动指的是在气动系统中控制气流的压力、流动方向和流量，并且要保证气动指向元件或者机构正构正常工作的各类气动元件，控制和调节压缩空气压力的元件被人称之为液压气动，液压气动在机械厂中广泛运用接下来我们就对液压气动在机械厂的应用分析进行探讨研究。
1.1 液压气动的发展状况
随着科学技术的不断发展，液压气动技术开始大范围的应用与研究，特别是发生在二十世纪，发展的更为迅速。在20世纪初康斯坦丁・尼斯克对能量波动传递进行了研究与探讨，并确定为液压气动技术一般应用于重型或者特大型等一系列设备，例如冶金行业轧机压下系统，军工中高速响应场合，但是经过科学家的不断研究发现液压气动在以下方面的应用更为实际。
军事工业：在第一次世界大战时，由于当时科学技术还不够发达，人们对液压气动的使用性能并不明确，又因为当时世界的主要工业国家的机械化水平都不是很高，当然机械化水平不高在一定程度上影响了人们的交战能力，所以机械类的战斗机并没有起到多大的作用，虽然当时也存在了飞机、坦克、各式运输车，但是由于当时的科学技术不够发达，所以这些运输车也没有发挥到他的最实际性，所以这些东西的运用并没有对当时的二战的胜负产生多大的影响力。但是在二战以后，世界各国军事工业发展突飞猛进。军用运输船、军用运输机、导弹等一系列大型军事机械，液压气动技术的运用随处可见，机械列类的武器都运用了液压气动的机械技术，提高了机械运输武器的实际性运用，也大大增加了现代战争的不确定性，随着科学技术的发展，人们越来越加大对科学技术的研究，所以，在未来的军事中，航天飞机、空间站等太空飞行器上自动化水平会更高，这也是液压与气动技术在未来要研究、发展的一个大方向。所以，液压气动的产生，在一定的程度上来说，将会改变我们原始性的生活，促进机械行业的快速发展或者来水跨专业性发展。
第二章 液压与气动在工厂中应用概况及发展前景
2.1 工业自动化的发展生产自动化的概述
自动化技术就是探索和研究实现自动化过程的方法和技术。它是涉及机械、微电子、计算机等技术领域的一门综合性技术。工业革命是自动化技术的助产士。正是由于工业革命的需要，自动化技术才冲破了卵壳，得到了蓬勃发展。同时自动化技术也促进了工业的进步，如今自动化技术已经被广泛的应用于机械制造、电力、建筑、交通运输、信息技术等领域，成为提高劳动生产率的主要手段。
第一阶段：40年代--60年代初，需求动力：市场竞争,资源利用,减轻劳动强度,提高产品质量,适应批量生产需要。主要特点：此阶段主要为单机自动化阶段,主要特点是:各种单机自动化加工设备出现,并不断扩大应用和向 工业自动化
纵深方向发展。典型成果和产品：硬件数控系统的数控机床。
第二阶段：60年代中--70年代初期，需求动力：市场竞争加剧,要求产品更新快,产品质量高,并适应大中批量生产需要和减轻劳动强度。主要特点：此阶段主要以自动生产线为标志,其主要特点是:在单机自动化的基础上,各种组合机床、组合生产线出现,同时软件数控系统出现并用于机床,CAD、CAM等软件开始用于实际工程的设计和制造中,此阶段硬件加工设备适合于大中批量的生产和加工。 典型成果和产品：用于钻、镗、铣等加工的自动生产线。
第三阶段：70年代中期--至今，需求动力：市场环境的变化,使多品种、中小批量生产中普遍性问题愈发严重,要求自动化技术向其广度和深度发展,使其各相关技术高度综合,发挥整体最佳效能。主要特点：自70年代初期美国学者首次提出CIM概念至今,自动化领域已发生了巨大变化,其主要特点是:CIM已作为一种哲理、一种方法 工业自动化
逐步为人们所接受;CIM也是一种实现集成的相应技术,把分散独立的单元自动化技术集成为一个优化的整体。所谓哲理,就是企业应根据需求来分析并克服现存的“瓶颈”,从而实现不断提高实力、竞争力的思想策略;而作为实现集成的相应技术,一般认为是:数据获取、分配、共享;网络和通信;车间层设备控制器;计算机硬、软件的规范、标准等。同时,并行工程作为一种经营哲理和工作模式自80年代末期开始应用和活跃于自动化技术领域,并将进一步促进单元自动化技术的集成。典型成果和产品：CIMS工厂,柔性制造系统(FMS)。
自动化就是探索和研究实现自动化过程的方法和技术。它是涉及机械、微电子、计算机等技术领域的一门综合性技术。工厂的广义内涵至少包括以下几点：在形式方面，制造自动化有三个方面的含义：代替人的体力劳动，代替或辅助人的脑力劳动，制造系统中人机及整个系统的协调、管理、控制和优化。在功能方面，自动化代替人的体力劳动或脑力劳动仅仅是自动化功能目标体系的一部分。自动化的功能目标是多方面的，已形成一个有机体系。在范围方面，制造自动化不仅涉及到具体生产制造过程，而是涉及产品生命周期所有过程。
2.2 液压与气动技术在工厂的应用
随着工厂的快速发展，行走驱动系统是工程机械的重要组成部分。与工作系统相比，行走驱动系统不仅需要传输更大的功率，要求器件具有更高的效率和更长的寿命，还希望在变速调速、差速、改变输出轴旋转方向及反向传输动力等方面具有良好的能力。于是，采用何种传动方式，如何更好地满足各种工程机械行走驱动的需要，一直是工程机械行业所要面对的课题。尤其是近年来，随着我国交通、能源等基础设施建设进程的快速发展，建筑施工和资源开发规模不断扩大，工程机械在市场需求大大增强的同时，更面临着作业环境更为苛刻、工况条件更为复杂等所带来的挑战，也进一步推动着对其行走驱动系统的深入研究。
工程机械行走系统最初主要采用机械传动和液力机械传动(全液压挖掘机除外)方式。现在，液压和电力传动的传动方式也出现在工程机械行走驱动装置中，充分表明了科学技术发展对这一领域的巨大推动作用。纯机械传动的发动机平均负荷系数低，因此一般只能进行有级变速，并且布局方式受到限制。与机械传动相比。液压与气动更容易实现其运动参数(流量)和动力参数(压力)的控制，而液压与气动较之液力传动具有良好的低速负荷特性。由于具有传递效率高，可进行恒功率输出控制，功率利用充分，系统结构简单，输出转速无级调速，可正、反向运转，速度刚性大，动作实现容易等突出优点，液压与气动在工程机械中得到了广泛的应用。几乎所有工程机械装备都能见到液压与气动技术的踪迹，其中不少已成为主要的传动和控制方式。极限负荷调节闭式回路，发动机转速控制的恒压，恒功率组合调节的变量系统开发，给液压与气动应用于工程机械行走系提供了广阔的发展前景。
与纯机械和液力传动相比，液压与气动的主要优点是其调节的便捷性和布局的灵活性，可根据工程机械的形态和工况的需要，把发动机、驱动轮、工作机构等各部件分别布置在合理的部位，发动机在任一调度转速下工作，传动系统都能发挥出较大的牵引力，而且传动系统在很宽的输出转速范围内仍能保持较高的效率，并能方便地获得各种优化的动力传动特性，以适应各种作业的负荷状态。在车速较高的行走机械中所采用的带闭式油路的行走液压驱动装置能无级调速，使车辆柔和起步、迅速变速和无冲击地变换 行驶方向。对在作业中需要频繁起动和变速、经常穿梭行驶的车辆来说这一性能十分宝贵。但与开式回路相比，闭式回路的设计、安装调试以及维护都有较高的难度和技术要求。
借助电子技术与液压与气动技术的结合，可以很方便地实现对液压系统的各种调节和控制。而计算机控制的引入和各类传感元件的应用，更极大地扩展了液压元件的工作范围。通过传感器监测工程车辆各种状态参数，经过计算机运算输出控制目标指令，使车辆在整个工作范围内实现自动化控制，机器的燃料经济性、动力性、作业生产率均达到最佳值。因此，采用液压与气动可使工程机械易于实现智能化、节能化和环保化。
自动化控制软件技术
在多轴运动控制中，采用SPS可编程控制技术。在这种情况下，以PC机为基础的现代控制技术也和许多自动化控制领域一样，有着自己的用武之地。自动化控制软件将SPS的工作原则与操作监控两项任务集于一身。操作监控技术在伺服驱动中已经发展得比较成熟，并且具有强大的功能和功率。在大量的应用实践中已经证明，以微机软件为基础的控制方案在不同类型的液压控制中也是非常有效的控制方案。利用液压与气动技术控制回路(控制阀、变量泵)和执行机构(液压缸、液压马达)大量不同的变型与组合配置，可以提供多种不同特性的控制方案。有些液压控制的运动与电气驱动的运动类似，PLC可编程序数据库使得液压定位的控制和自动化工作过程的同步运行更加方便。其控制电路与电气自动化控制基本没有什么区别，它同时也对操作与监控进行调节。另外，液压控制软件也可在PLC的标准环境中工作，而且是全透明的运行。利用这种液压控制软件可以对内部数据进行读写，最大限度地满足了操作监控和自动化控制的需要。所有液压系统的控制信号均可在工业控制局域网的接线柱中测得。可以被检测的信号包括：实际位置信号，实际压力信号和控制阀的状态、设置参数。所有工业液压与气动技术的要求均可以以低廉的资金投入来得以实现。所有液压控制的运动功能，它都可以实现。除此以外，还提供了工作力的调节功能，利用电气伺服对输出的扭矩进行限定、调节。液压系统总体功能的制定，原则上按照实际需要而制定，并以模块的形式接受PLC数据库的控制。现代化的液压自动化控制软件使得自动化工程技术人员可以像使用电气控制软件一样方便自如地进行操作。
由于现代技术的发展，电子技术在信号处理的能力和速度方面占有很大的优势，而液压与电力传动在各自功率元件的特性方面各有所长。因此，除了现在已普遍存在的“电子神经+液压肌肉”这种模式外，两者在功率流的复合传输方面也有许多成功的实例，如：由变频或直流调速电机和高效、低脉动的定量液压泵构成的可变流量液压油源，用集成安装的电动泵－液压缸或低速大扭矩液压马达构成的电动液压执行单元，以及混合动力工业车辆的驱动系统等。
二次调节静液传动技术是通过对液压元件所进行的调节来实现液压能与机械能互相转换。一般来说，它的实现是以压力耦联系统为基础的，在一次元件(泵)及二次元件(马达)间采用定压力偶合方式，依靠实时调节马达排量来平衡负荷扭矩。目前，对二次调节静液传动技术进行研究的出发点是对传动过程进行能量的回收和能量的重新利用，从宏观的角度对静液传动总体结构进行合理的配置以及改善其静液传动系统的控制特性。
为了使不具备双向无级变量能力的液压马达和往复运动的液压缸也能在二次调节系统的恒压网络中运行，出现了利用二次调节技术的“液压变压器”，它类似于电力变压器用来匹配用户对系统压力和流量的不同需求，从而实现液压系统的功率匹配。
二次调节静液传动系统与传统静液传动系统相比，其优点是更便于控制，能在四个象限中工作，可在不转变能量形式情况下回收能量，进行能量的存储，利用液压蓄能器加速可大大提高加速功率，且系统中无压力峰值，由于一次元件和二次元件分开安装，可通过一个泵站给多个液压动力元件提供油源，减少了冷却费用，设备的制造成本降低，系统效率高。
二次调节静液传动与电力传动相比，具有闭环控制动态响应快、功率密度高、重量轻、安装空间小等优点。
由于二次调节静液传动系统具有许多优点，使它在很多领域得到广泛地应用。国外已将其成功应用于造船工业、钢铁工业、大型试验台、车辆传动等领域。奔驰汽车公司已将二次调节技术应用于无人驾驶运输系统中的行驶驱动。
典型液压与气动系统在汽车的应用
（1）液压气动在现代工程机械中的应用。随着科学技术的发展，人们越来越加大对科学技术的研究，伴随着的是机械厂的发展也越来越迅速，所以对液压气动的要求也越来越高，液压系统的的元件的材质与节能的强度也对其严格要求，例如：需要运用到纤维强化塑料强化塑料的材质，需要具有有很大的负荷量，并且更具有韧性，现代工程机械的液压系统在设计时也更加注重他的时效性与实用性，同时液压气动设计也一直遵守着设计的理念，在现代机械工程中，已经取得了良好的成绩，并且广泛应用。
（2）液压气动在装备机械厂的应用。我国逐渐的从一个落后的制造国逐渐的转向到一个强大的制造强国的历史性转折，这一转折间接地与我国的机械厂有一定的关联，液压气动对机械厂有着很大的作用，我国的机械装备制造业在国防方面也有一定的作用，所以装备机械厂对液压气动的要求也更为严格，在液压气动对装备机械厂的使用下，充分的体现了装备机械厂的高效、高精度的使用特点，近年来液压气动在我国机械行业的发展突飞猛进，让我国的装备机械行业位于领先地位，装备机械行业的发展与液压气动有着密不可分的联系。
2.3 液压与气动技术未来发展
液压与气动技术是实现现代化传动与控制的关键技术之一，世界各国对液压工业的发展都给予很大重视。世界液压元件的总销售额为350亿美元。据统计，世界各主要国家液压工业销售额占机械工业产值的2%~3.5%，而我国只占1%左右，这充分说明我国液压与气动技术使用率较低，努力扩大其应用领域，将有广阔的发展前景。
21世纪将是信息化、网络化、知识化和全球化的世纪，信息技术、生命科学、生物技术和纳米技术等新科技的日益进展将对液压与气动与控制技术的研究、设计研究及方法、对包括液压阀在内的各类液压产品的结构与工艺、对其以其应用领域以及企业的经营管理模式产生深刻的影响并带来革命性变化。在社会和工程需求的强力推动及机械与电气传动及控制的挑战下，液压与气动与控制技术将依托科学，不断发挥自身优势，满足客观需求，变得更为绿色化、机械电子一体化、模块化、智能化和网络化，将自身推进到新的水平。由于液压与气动技术广泛应用了高科技成果，如：自控技术、计算机技术、微电子技术、可靠性及新工艺新材料等，使传统技术有了新的发展，也使产品的质量、水平有一定的提高。尽管如此，走向21世纪的液压与气动技术不可能有惊人的技术突破，应当主要靠现有技术的改进和扩展，不断扩大其应用领域以满足未来的要求。
液压与气动和控制由于应用了电子技术、计算机技术、信息技术、自动控制技术及新工艺、新材料等后取得了新的发展,使液压系统和元件在技术水平上有很大提高.本文从液压现场总线技术、自动化控制软件技术、水压元件及系统、液压节能技术等方面介绍液压与气动技术创新及发展趋势.指出液压与气动向自动化、高精度、高效率、高速化、高功率、小型化、轻量化方向发展,是不断提高它与电传动、机械传动竞争能力的关键。
其主要的发展趋势将集中在以下几个方面：减少损耗，充分利用能量液压与气动技术在将机械能转换成压力能及反转换过程中，总存在能量损耗。为减少能量的损失，必须解决下面几个问题：减少元件和系统的内部压力损失，以减少功率损失;减少或消除系统的节流损失，尽量减少非安全需要的溢流量;采用静压技术和新型密封材料，减少摩擦损失;改善液压系统性能，采用负荷传感系统、二次调节系统和采用蓄能器回路，完善质保体系，不断提高产品质量，尤其是产品可靠性，提高产品知名度，创立名牌。 针对产品品种发展和保证产品质量的需求，有计划地进行技术改造、设备更新。 而液压产品的发展方向主要是：1.节省能耗，提高效率2.用AC电机或变频电机驱动定量泵。3.发展机电一体化元件和系统。4.发展具有比例阀的耐污染和伺服阀高精度、高频响的直动型电液控制阀。5.发展内置电子系统的电液伺服比例元件、电磁阀、液压定位油缸等。7.适应主机机电一体化的需要8.应用现代控制技术，提高电液压自动控制系统的性能9.大力发展水压系统和元件，扩大其应用领域。要实现环保节能，液压与气动技术是一种在工业中应用较普遍的一种传动技术，与机械传动和电气传动相比，它有自己独特的优点，如：功率质量比大、工作压力和流量可调性好、可实现无级调速等优点。但是目前各类机械设备的液压系统大多采用石油型液压油作为工作介质，不仅消耗了大量的石油资源，而且造成了环境污染。因此，世界各国纷纷研究环保节能的液压与气动技术，使液压与气动技术更具生命力和竞争力。
总结
液压与气动技术是机械科学技术的一个分支，它的发展需要机械及其他门类学科的发展来推动，它的发展也能推动工业系统的整体发展。它有其独特的优势与劣势，和其他技术一样，需要不断地设计应用修改和完善。
液压与气动技术渗透到很多领域，不断在民用工业、在机床、工程机械、冶金机械、塑料机械、农林机械、汽车、船舶等行业得到大幅度的应用和发展，而且发展成为包括传动、控制和检测在内的一门完整的自动化技术。现今，采用液压与气动的程度已成为衡量一个国家工业水平的重要标志之一。如发达国家生产的95%的工程机械、90%的数控加工中心、95%以上的自动线都采用了液压与气动技术。
总之，液压与气动技术作为便捷和廉价的自动化技术，有着良好的发展前景。液压产品不仅在机电、轻纺、家电等传统领域有着很大的市场，而且在新兴的产业如信息技术产业、生物制品业、微纳精细加工等领域都有广阔的发展空间。脚踏实地，放眼未来，经过行业的共同努力，我国的液压工业一定能走进一个新天地。
参考文献
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2. 马春风主编. 液压课程设计指导书.2007
3. 李新德. 液压与气动技术. 北京：中国商业出版社，2006
4. 雷天觉. 液压工程手册. 北京：机械工业出版社，1990
5. 俞启荣. 液压与气动. 北京：机械工业出版社，1990
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