液压传动在机械驱动中的应用

材料的加工也可用于校正和压装等。本文将以四柱式液压机液压系统为例，阐述液压系统的结构，原理和特点，并分析液压传动术的适用性及推广前景。

1 四柱式液压机液压系统的构造

四柱万能液压机是用于金属、塑料、橡胶等产品加工的机械设备。原理是利用帕斯卡定律制成的利用液体压强传动的机械。根据需要的不同，液压机可分为油压机和水压机两大类。

系统组成

四柱式万能液压机是常见于压力加工设备中的形式，通常以三梁四柱式作为通用结构，系统由机身和主缸、行程限位装置、润滑装置、液压动力系统及电气系统等部件组成，机身包括横梁（上横梁，活动横梁、下横梁）、工作台、立柱、锁母、导向套等组成，活动横梁在油缸驱动下沿着四柱上下直线运动。

四个立柱、上下两个横梁和16个内外螺母将液压机构成一个液压机外框架，整个框架承受机身工作的全部载荷。工作缸（主缸）固定于上横梁上，上横梁两侧还有回程缸，与横梁连接在一起，工作缸内装有活塞，与活动横梁连接；[3]四个立柱起到导向作用，是主要的受力件，须有较高的刚度和精度，保证模具的模型规范；活动横梁依附四根立柱在上下横梁间做往复运动，通过调节四个调节螺母，可调节滑块下平面对工作台台面的不平行度及行程时的不垂直度；下横梁位于底部工作台下。横梁有铸造结构和焊接结构两种，因为外形尺寸所占空间较其它结构要大，为了减轻机身重量，提高金属的利用率，往往都将梁做成空心的，中间加设方格形或辐射形分布的肋板，根据受力情况不同分布肋板疏密。在安装缸或柱塞及立柱的地方做成圆筒形，使环行支撑面的刚度尽可能一致，并用肋板与外壁相互之间连接起来；下横梁位于工作台之下，与整个框架连为一体。[3]

2 液压传动在四柱液压机液压系统中的驱动技术

为完成一般的压制工艺，液压机需满足能实现工作循环、变换和调节压力、功率利用合理、平稳性和安全性高等要求。

2.1 液压系统的工作过程

四柱液压机一般的成型压制工艺过程，如图1中的标注位置所示。

（1）首先主缸活塞快速下移。启动泵，并使电磁铁（1、2、6）YA通电，泵进入工作状态，将油泵入系统，阀19的A、T口相通，系统压力油通过阀（5、7、9、24）进入主缸上腔；插装阀6与油箱连通，阀6打开后油回流入油箱，活动横梁（滑块）由于自重下沉使主缸上腔内产生负压，此时高位油箱从充液阀25对上腔充液。[4]

（2）减速及压制。活动横梁下移过程中，当滑块上的挡块触压行程开关2ST后6YA断电，下腔产生由阀13预调的背压，上腔内压力增高致使充液阀关闭，滑块下移速度减慢。滑块接触工件后开始加压，系统压力升高，泵流量减小，上腔压力油打开顺序阀12，使阀6无背压回油，上腔压力全作用于工件上。

（3）保压延时。加压完毕挡块触压开关5ST，或缸内压力升高，继电器21发出信號，转为保压状态。[4]

（4）卸压返回。保压直至时间继电器发出信号，电磁铁（1、3）YA通电，泵再次进入工作状态，阀18的P、B口相通，打开插装阀7和充液阀25的卸压阀芯，卸压主缸上腔直至压力降到调定压力以下，关闭阀12和阀6，下腔压力上升，实现主缸换向返回。

（5）顶出缸动作。主缸回程触压限位开关1ST发出信号，3YA断电，阀7关闭，使主缸活塞靠下腔背压悬停在上方；5YA通电，阀17的P、A相通，B、T口相通，系统向顶出缸下腔供油实现顶出缸动作。

（6）顶出动作完成后触碰到行程开关3ST发出信号，5YA断电，4YA通电，阀17的P、B口相通，A、T口相通，顶出缸活塞下移至触碰到4ST，此时全部电磁铁断电，顶出缸活塞停在下方，液压机恢复初始位置，完成一个工作循环。[4]

2.2 液压系统实现传动的主要元件及作用

以采用插装阀的液压机液压系统为例，液压机液压系统的主要元件有变量轴向柱塞泵、过滤器、插装阀、调压阀、顺序阀、电磁阀、换向阀等多个元件联合工作。如上图1。

主要元件及作用

（1）变量轴向柱塞泵：为系统供给压力油，额定压力为

32MPa，额定流量为100L/min。

（2）过滤器：带有污染指示器，过滤进入系统的油液。

（3）安全溢流阀①：由插装阀3和调压阀10构成安全溢流阀，用于限制顶出缸下腔的最大工作压力。调压阀14作为远程调压阀，用以调整顶出缸液压垫的工作压力。

（4）安全溢流阀②：由插装阀8和调压阀15构成，以限制主缸上腔的最大工作应力。

（5）电磁溢流阀：由插装阀4、调压阀11和电磁阀16共同构成电磁溢流阀，用以控制液压泵的最大工作压力和卸荷。

（6）单向阀：插装阀5为单向阀，防止油液向泵倒流。

（7）复合机能调压阀：由插装阀6、顺序阀12以及调压阀13、电磁阀20组成，是调节主缸下腔的平衡压力，控制主缸卸压换向的数值的设备。

（8）换向阀①：由插装阀7和电磁阀18，梭阀22构成二位二通换向阀，位于主缸下腔进油口处，可切换进油口。

（9）换向阀②：由插装阀9、电磁阀19、梭阀23组成二位二通换向阀，位于主缸上腔进油口处，可切换上腔进油口。

（10）液控单向阀：即充液阀，主缸活塞下行时，此阀在负压下打开，使主缸充液，活塞换向返回时对上腔先卸压后全开回油。

（11）单向阀24：用于主缸上腔保压。

（12）电液换向阀：控制顶出缸活塞的运动方向。

3 液压传动的适用性及推广前景

3.1 液压传动的适用性及特点

目前主要的传动方式主要有机械、电气、液压和气压四大类。适用性最强，应用最广泛的是液压传动。

液压传动系统优点相比其他传动要更明显。在相同功率下，液压执行元件重量轻，结构紧凑。传动使用的压力在7Mpa左右，也可高达50Mpa。相比同样输出压力的电机及机械传动装置，液压装置的体积小得多。[5]在机床工业中，有85%的传动系统采用了液压传动与控制。如磨床、铣床、刨床、拉床、压力机、剪床、和组合机床等，适用性比较强。[6]在工程机械中，液压传动普遍见于农用机械，相比以前的人力劳作，方便灵活，工作效率大大提高，并且能实现无级调节，调速范围大。冶金工业中，电炉控制系统、轧钢机的控制系统、转炉控制、高炉控制、带材跑偏和恒张力装置等都采用了液压技术。[7]电流变、磁流变技术不断与液压技术相结合，应用于军事工业，火炮操纵装置、船舶减摇装置、飞行器仿真、飞机起落架的收放装置和方向舵控制装置等，采用电液联合控制后，不仅可实现更高程度的自动控制过程，而且可以实现遥控功能。[8]

液压传动系统有很多优点亦会存在一些局限性。如液压传动不能得到严格的传动比，油液流动过程中存在部分损失，不适宜远距离传动；液压传动对油温变化较敏感，这会影响它的工作稳定性；液压元件制造精度要求高，给使用与维修保养带来一定困难。[4]尽管目前还有一些使用弊端，随着技术的进步，从实验以及实践中不断更新经验，尽量克服液压传动的缺点，液压传动系统的使用局限性会越来越小。

3.2 推广前景

现如今，液压传动的水平已经成为一个国家工业水平高低的标志。[9]与其他传动类型相比，液压传动技术的优势明显。

传动方式较多，大多具有较好的传动性能，但是相较于液压传动而言，其他传动会受到很多条件限制。与机械传动相比，液压传动更容易根据现实情况传递动力，可进行无级调节，操作方便，不易受空间和材料限制，成本较低。

与气动相比，液压传动操作力大，负载变化影响小，设备安全可靠性好，噪声小。对于电传动来说，液压传动操作力较高，动作稍慢但稳定性好，环境要求不高，可短距离操作，工作寿命长，成本低廉。虽然在很多中小型生产设备中，电传动仍占据主导地位，但液压传动经济效益好，结合计算机和电子控制技术，是有可能取代电传动的。[10]

总的来说，无论在经济指标，性能指标或是适用范围方面，液压传动系统都优于其他几类传动形式，发展空间更广阔。

4 结束语

（1）流体传动技术的优势明显，发展空间较大。

（2）液压传动相较于气压传动、电传动和机械传动等方式，更容易根据现实情况传递动力，可进行无级调节，操作方便，且应用成本较低。

（3）液压传动经济效益好，结合计算机和电子控制技术，局限性更小，应用范围更广。

从目前的发展趋势来看，液壓传动技术相较于其他类型的传动是最普遍，最实用的，虽然与理想型的传动还存在差距，但是液压系统本身的优势是不可取代的。随着发展需求的增加，液压传动方面的研究会越来越多，液压传动技术也必将有更广阔的前景。

参考文献：

[1]任国军.公共汽车制动能量再生的液压储能技术研究[D].山东理工大学，2006.

[2]黄浩铭.现代液压传动技术的历史、方向和发展趋势[J].汽车与机械，2015（02）.

[3]腾州科信.四柱液压机导向结构[N].科信新闻网，2014.

[4]丁树模，丁问司.液压传动（第三版）[M].北京：机械工业出版社，2009.

[5]徐玉.液压气动技术的发展历史及感想[J].机械/仪表，2012.

[6]陈俊仁.液压在工程机械和冶金机械上的应用[J].机械/仪表，2011.

[7]姜万录.流体传动与控制/流体机械与工程[J].机械电子工程（液压方向），2012.

[8]李建明，陈飞.液压传动技术发展现状与前景展望[D].中国矿业大学机电工程学院，2011.

[9]王博，李海燕.液压传动技术应用现状及发展趋势[J].工业应用技术，2016.

[10]肖淼鑫，陈波.液压技术的发展现状及趋势[J].机电工程，2012.

[11]杨茜.液压传动的现状及发展趋势[J].机械/仪表，2012.

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