淺析液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中的能耗問(wèn)題畢業(yè)論文

1、淺析液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中的能耗問(wèn)題目 錄淺析液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中的能耗問(wèn)題 摘要關(guān)鍵詞. 1前言. 11 液壓傳動(dòng)的認(rèn)知. 21.1液壓傳動(dòng)的組成.21.2 液壓元件分類(lèi). 31.3液壓傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn). 32 液壓系統(tǒng)的功率損失計(jì)算. 42.1 泵的功率損失. 42.2管路系統(tǒng)的損失.42.3 馬達(dá)和油缸的損失. 43 減少能耗，充分利用能量. 53.1減少能量損失.53.2泄露控制.54 液壓系統(tǒng)發(fā)熱的控制 . 55、液壓系統(tǒng)的冷卻 .66、能耗分析的發(fā)展情況.7謝 辭. 7參考文獻(xiàn). 8淺析液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中的能耗問(wèn)題摘要：液壓傳動(dòng)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(lái)許多便利，但

2、也有些與不足，由于能耗問(wèn)題大大制約了其工作效率。本文就液壓傳動(dòng)系統(tǒng)其結(jié)構(gòu)、工作原理、能耗原因,對(duì)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中的能耗問(wèn)題給予分析。關(guān)鍵詞：液壓傳動(dòng)；構(gòu)成；認(rèn)知；原理；分析；結(jié)論前 言 ：液壓傳動(dòng)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(chē)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(mén)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(chē)）、船頭門(mén)、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(cè)量浮標(biāo)、升降旋轉(zhuǎn)舞臺(tái)等；軍事工業(yè)用的火炮操縱裝置、船舶

3、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。我國(guó)液壓行業(yè)已形成了門(mén)類(lèi)齊全，有一定生產(chǎn)能力和技術(shù)水平，初級(jí)規(guī)模的生產(chǎn)科研體系。目前全國(guó)約有近300家企業(yè)，還有液壓研究所，國(guó)家級(jí)液壓元件質(zhì)量監(jiān)督檢測(cè)中心以及國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室。目前，液壓元件產(chǎn)品約有1000個(gè)品種，近1000個(gè)規(guī)格。通過(guò)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(guó)液壓工業(yè)重視同國(guó)外企業(yè)進(jìn)行有效的經(jīng)濟(jì)和技術(shù)合作，近年來(lái)先后從國(guó)外引進(jìn)了很多液壓元件和

4、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(lái)的要求。液壓傳動(dòng)是工業(yè)的重要的部分，但在液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中不可避免的會(huì)出現(xiàn)能耗問(wèn)題，能耗問(wèn)題是無(wú)法從根本上避免的，我問(wèn)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(jià)值，本文介紹了液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的構(gòu)成應(yīng)用及工作原理等一系列問(wèn)題借此給液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的能耗問(wèn)題以分析，給出一些合理的建議。1 液壓傳動(dòng)的認(rèn)知：1795年英國(guó)約瑟夫布拉曼(joseph braman,1749-1814)，在倫敦用水作為工作介質(zhì),以

5、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(tái)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。 第二次世界大戰(zhàn)(1941-1945)期間，在美國(guó)機(jī)床中有30%應(yīng)用了液壓傳動(dòng)。應(yīng)該指出，日本液壓傳動(dòng)的發(fā)展較歐美等國(guó)家晚了近20 多年。在1955 年前后，日本迅速發(fā)展液壓傳動(dòng)，1956 年成立了“液壓工業(yè)會(huì)”。近2030 年間，液壓傳動(dòng)發(fā)展迅速，在機(jī)械方面有廣泛的發(fā)展領(lǐng)域。液壓傳動(dòng)有許多突出的優(yōu)點(diǎn)，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、建筑機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī)械、汽車(chē)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(mén)

6、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(chē)）、船頭門(mén)、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(cè)量浮標(biāo)、升降旋轉(zhuǎn)舞臺(tái)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。液壓傳動(dòng)的基本原理：液壓系統(tǒng)利用液壓泵將原動(dòng)機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為液體的壓力能，通過(guò)液體壓力能的變化來(lái)傳遞能量，經(jīng)過(guò)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(dòng)工作機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)和回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。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(dòng)中的皮帶、鏈條和齒輪等

7、傳動(dòng)元件相類(lèi)似。在液壓傳動(dòng)中，液壓油缸就是一個(gè)最簡(jiǎn)單而又比較完整的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)，分析它的工作過(guò)程，可以清楚的了解液壓傳動(dòng)的基本原理。1.1液壓傳動(dòng)的組成液壓系統(tǒng)主要由：動(dòng)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。 1.1.1動(dòng)力元件（油泵） 它的作用是把液體利用原動(dòng)機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成液壓力能；是液壓傳動(dòng)中的動(dòng)力部分。 1.1.2執(zhí)行元件（油缸、液壓馬達(dá)） 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(dòng)，馬達(dá)做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。 1.1.3控制元件 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(wú)級(jí)調(diào)節(jié)液動(dòng)機(jī)的速度，并對(duì)液壓系統(tǒng)中工作液體的壓

8、力、流量和流向進(jìn)行調(diào)節(jié)控制。 1.1.4輔助元件 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(cè)壓接頭、管夾等及油箱等，它們同樣十分重要。 1.1.5工作介質(zhì) 工作介質(zhì)是指各類(lèi)液壓傳動(dòng)中的液壓油或乳化液，它經(jīng)過(guò)油泵和液動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換。1.2 液壓元件分類(lèi) 動(dòng)力元件齒輪泵、葉片泵、柱塞泵、螺桿泵. 執(zhí)行元件液壓缸：活塞液壓缸、柱塞液壓缸、擺動(dòng)液壓缸、組合液壓缸 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) 控制元件方向控制閥：?jiǎn)蜗蜷y、換向閥 壓力控制閥：溢流閥、減壓閥、順序閥、壓力繼電器等 流

9、量控制閥：節(jié)流閥、調(diào)速閥、分流閥 輔助元件蓄能器、過(guò)濾器、冷卻器、加熱器、油管、管接頭、油箱、壓力計(jì)、流量計(jì)、密封裝置等。1.3液壓傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)1.3.1體積小、重量輕，例如同功率液壓馬達(dá)的重量只有電動(dòng)機(jī)的1020%。因此慣性力較小，當(dāng)突然過(guò)載或停車(chē)時(shí)，不會(huì)發(fā)生大的沖擊； 1.3.2 能在給定范圍內(nèi)平穩(wěn)的自動(dòng)調(diào)節(jié)牽引速度，并可實(shí)現(xiàn)無(wú)極調(diào)速，且調(diào)速范圍最大可達(dá)1：2000(一般為1：100）。 1.3.3 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(shí)現(xiàn)工作機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)和直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)換； 1.3.4 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?chē)?yán)格限制；1.3.5 由于采用油液為工

10、作介質(zhì)，元件相對(duì)運(yùn)動(dòng)表面間能自行潤(rùn)滑，磨損小，使用壽命長(zhǎng)；1.3.6 操縱控制簡(jiǎn)便，自動(dòng)化程度高； 1.3.7 容易實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)。1.3.8 液壓元件實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化、便于設(shè)計(jì)、制造和使用。2 液壓系統(tǒng)的功率損失計(jì)算2.1 泵的功率損失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(guò)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(shí)際輸出流量小于理論流量。機(jī)械損失主要由兩部分組成：一是泵在工作過(guò)程中，泵內(nèi)相對(duì)運(yùn)動(dòng)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 v 和機(jī)械效率m泵的總

11、效率為： = v x m2.2管路系統(tǒng)的損失管路系統(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(lái)的局部損失之和，即：=k +r =y + 1/d x 1 /2g + r v2/2g2.3 馬達(dá)和油缸的損失馬達(dá)的結(jié)構(gòu)和泵相似，工作過(guò)程中同樣存在著容積損失和機(jī)械損失，油缸工作過(guò)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。液壓系統(tǒng)的總效率為：=p

12、 xc x1p-泵的總效率c-執(zhí)行組建的總效率1-回路的總效率-液壓系統(tǒng)的總效率上訴各項(xiàng)能量損失轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，使油液溫度升高。液壓系統(tǒng)的總發(fā)熱量為：q=p1(1-)式中p1-液壓泵的輸出功率 -液壓系統(tǒng)的總效率系統(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(shí)間后，處于熱平衡狀態(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(jì)算可用：qe=kat式中k-散熱系數(shù)，取決于通風(fēng)情況和冷卻方法a-散發(fā)面積t-系統(tǒng)溫度系統(tǒng)達(dá)到熱平衡狀態(tài)時(shí)：q=qe 即 p1(1-)=kat則 t= p1(1-)/ka隨著液壓傳動(dòng)的廣泛應(yīng)用，給人們帶來(lái)快捷高效率的同時(shí)我們也要面對(duì)它本身所帶來(lái)的各種問(wèn)題，

13、其中能耗問(wèn)題是液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中不可避免的問(wèn)題，從能量守恒定律我們可以知道，能耗問(wèn)題是無(wú)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(guò)程中的能量損耗。3 減少能耗，充分利用能量3.1減少能量損失3.1.1 減少元件和系統(tǒng)的內(nèi)部壓力損失，以減少功率損失。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。3.1.3采用靜壓技術(shù)，新型密封材料；減少摩擦損失。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。3.2泄露控制泄露控制主要包括兩個(gè)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(duì)系統(tǒng)的侵害。今后，將發(fā)展無(wú)泄漏元件和系統(tǒng)，如發(fā)展

14、集成化和復(fù)合化的元件和系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)無(wú)管連接，研制新型密封和無(wú)泄漏管接頭、電機(jī)泵組合裝置。無(wú)泄漏將是世界液壓界今后努力的重要方向之一。設(shè)計(jì)新型的活塞桿防護(hù)裝置等。4 液壓系統(tǒng)發(fā)熱的控制油液的升溫問(wèn)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(huì)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(dòng)件間的間隙變化，升溫太大會(huì)是油質(zhì)發(fā)生變化，嚴(yán)重時(shí)會(huì)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(shí)后就趕到燙手，工作就不得不停下來(lái)，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(shuō)液壓系統(tǒng)的發(fā)熱問(wèn)題。必須控制。液壓系統(tǒng)的能量損失的控制方法有以下幾個(gè)方面：

15、4.1充分利用電機(jī)的容量充分充分利用電機(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)備一般需要經(jīng)過(guò)電能-機(jī)械能-液壓能-機(jī)械能三次能量轉(zhuǎn)換，提高原動(dòng)機(jī)的效率往往被忽略，目前工程機(jī)械中存在著由于液壓設(shè)備原動(dòng)機(jī)過(guò)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。4.2提高液壓泵和執(zhí)行組件的效率泵和執(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(wèn)題，卻忽略了泵結(jié)構(gòu)的研究、低摩擦問(wèn)題的研究，近年來(lái)國(guó)外通過(guò)開(kāi)展各種變量泵低摩擦密封材料的研究，取得了一定的效果。4.3降低管路系統(tǒng)的能量損失提高原動(dòng)機(jī)的效率和提高液壓泵、執(zhí)行組件的效率總是

16、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(jì)要求后，通過(guò)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(jì)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?yàn)檎{(diào)速問(wèn)題往往是機(jī)床液壓系統(tǒng)的核心問(wèn)題。設(shè)計(jì)者應(yīng)對(duì)各種調(diào)速回路的工作原理、性能特點(diǎn)、適應(yīng)范圍深入了解，靈活運(yùn)用。具體措施為：4.3.1方案應(yīng)力求簡(jiǎn)單，在滿足要求的情況下，力求回路簡(jiǎn)單、元件數(shù)量少、管路短。4.3.2泵的規(guī)格應(yīng)慎重選擇，盡可能減少流量過(guò)剩。4.3.3結(jié)構(gòu)參數(shù)應(yīng)合理設(shè)計(jì)，從而保證原動(dòng)機(jī)的使用效率。5、液壓系統(tǒng)的冷卻如果發(fā)熱升溫問(wèn)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(guó)產(chǎn)的j113

17、a型壓鑄機(jī)，夏天工作兩小時(shí)以上油箱中的油溫就高達(dá)45度以上，油溫高必然導(dǎo)致粘度降低，內(nèi)泄漏增加，機(jī)器加壓時(shí)間加長(zhǎng)，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(shí)現(xiàn)回油箱在冷卻，通過(guò)對(duì)系統(tǒng)發(fā)熱量的計(jì)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(duì)該機(jī)進(jìn)行冷卻系統(tǒng)的改進(jìn)，只要多買(mǎi)一臺(tái)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(wèn)題。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(guò)合理的設(shè)計(jì)、選擇，盡量把能量控制在最低程度上。6、能耗分析的發(fā)展情況：自液壓機(jī)誕生以來(lái)，能耗問(wèn)題一直是液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作者深入研究的問(wèn)題，效率也是他們必須面對(duì)和解決的問(wèn)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(guò)對(duì)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(duì)油壓機(jī)系統(tǒng)的能耗分析從理論上更近了一步，而后來(lái)的一些學(xué)者或工程師也只能停留在原來(lái)的基礎(chǔ)上，只不過(guò)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行了分析。比如：波音公司的george r.kell