1.9 液压传动在机械工程中的应用

1.9.1 液压传动在工业机床上的应用

驱动机械运动的机构以及各种传动和操纵装置有多种形式。根据所用的部件和零件，可将传动装置分为机械的、电气的、气动的、液压的传动装置。经常还将不同的形式组合起来运用——四位一体。由于液压传动具有很多优点，使这种新技术发展得很快。液压传动应用于金属切削机床也不过四五十年的历史。航空工业在1930年以后才开始采用。特别是最近二三十年以来，液压技术在各种工业中的应用越来越广泛。

在机床上，液压传动常应用在以下的一些装置中。

（1）进给运动传动装置磨床砂轮架和工作台的进给运动大部分采用液压传动，车床、六角车床、自动车床的刀架或转塔刀架，铣床、刨床、组合机床的工作台等的进给运动也都采用液压传动。这些部件有的要求快速移动，有的要求慢速移动。有的则既要求快速移动，也要求慢速移动。这些运动多半要求有较大的调速范围，要求在工作中无级调速；有的要求持续进给，有的要求间歇进给；有的要求在负载变化下速度恒定，有的要求有良好的换向性能，等等。所有这些要求都是可以用液压传动来实现的。

（2）往复主体运动传动装置龙门刨床的工作台、牛头刨床或插床的滑枕，由于要求作高速往复直线运动，并且要求换向冲击小、换向时间短、能耗低，因此都可以采用液压传动。

（3）仿形装置车床、铣床、刨床上的仿形加工可以采用液压伺服系统来完成，其精度可达0.01～0.02mm。此外，磨床上的成形砂轮修正装置也可采用这种系统。

（4）辅助装置机床上的夹紧装置、齿轮箱变速操纵装置、丝杆螺母间隙消除装置、垂直移动部件平衡装置、分度装置、工件和刀具装卸装置、工件输送装置等采用液压传动后，有利于简化机床结构，提高机床自动化程度。

（5）静压支承重型机床、高速机床、高精度机床上的轴承、导轨、丝杠螺母机构等处采用液体静压支承后，可以提高工作平稳性和运动精度。

1.9.2 液压传动在工程机械上的应用

随着国民经济的迅速发展，作为主要施工设备的工程机械在国家经济建设中发挥着越来越重要的作用。由于液压传动装置具有功率密度高、易于实现直线运动、速度刚度大、便于冷却散热、动作实现容易等突出优点，因而在工程机械中得到了广泛的应用。目前95%以上的工程机械都采用了液压技术，工程机械液压产品在整个液压工业销售总额中占40%以上，现在液压技术的采用程度是衡量一个国家工业水平的重要指标。

工程机械最初采用液压传动技术是为了解决车辆转向阻力问题，以减轻司机的劳动强度，在转向系中使用了液压助力器。由于液压助力器在应用过程中显示出的突出优点以及人们对液压元件和液压系统研究的深入，液压传动装置及技术很快在工程机械领域中推广应用，其发展经历了以下几个阶段。

1．应用初期

20世纪四五十年代是工程机械液压传动技术应用的初期。人们摸索着将简单的液压元件和液压系统应用到工程机械上来解决其他方式比较难以实现的问题（如执行器的直线运动等）。其系统工作压力一般很低，为2～7MPa。

2．高速发展阶段

工程机械液压传动技术的应用在20世纪六七十年代发展迅速，其液压传动系统朝着高速、高压化方向发展，系统压力的提高使得液压传动功率密度大幅度增加、液压元件的重量明显下降。液压传动技术的应用逐渐由工程机械工作装置扩展到转向系统、行走系统、传动系统和制动系统，人们研制出了全液压挖掘机和全液压叉车等工程机械。

3．增强可靠性阶段

大多数工程机械都在野外作业，工作环境恶劣，其液压系统经常受到尘埃、振动、高温低寒、风雨雪的影响。同时，由于液压元件（如泵）在高速、高压运转时所产生的噪声、振动的原因，工程机械的液压传动系统常常引发故障。因此在20世纪80年代，降低工程机械液压系统污染、提高设备可靠性便成为这一时期的应用主题。

4．电液控制技术应用阶段

随着微电子和计算机技术的迅猛发展，现代控制理论在工程机械液压传动装置中的应用成为现实。计算机控制的变量泵系统、采用高速开关阀和步进电机驱动的数字阀大大提高了液压系统的效率。出现了智能型液压挖掘机、凿岩隧道机器人、混凝土泵车等工程机械机型，大大提高了设备的作业精度和发动机的功率利用率。以计算机技术为核心的机电液一体化技术在液压系统中的应用标志着现代工程机械液压传动与控制的最高水平。

目前，几乎所有工程机械的工作装置都采用了液压传动控制。即使以前很少采用液压技术的塔式起重机，现在也开始用低速大扭矩马达驱动起重机的提升、变幅、回转等机构，出现了全液压塔式起重机，大大提高了起重机的操作性能和调速性能。装载机采用了转向液压缸来实现整机转向控制；全液压挖掘机则通过对内外侧车轮的驱动马达转速的控制实现滑移转向，甚至原地转向，大大提高了整机的机动性和灵活性。由于静液传动具有满载工况下启动平稳、功率损耗小、易于实现前进倒退的转换、可实现无级调速、传递功率大等优点，因而广泛应用在工程机械行走系统中。工程机械的变速箱大都采用了液压操作的动力换挡变速箱，大大减轻了司机的劳动强度，提高了传动系换挡性能。此外，由于液压制动器动作响应快、制动平稳可靠，因而在工程机械制动系中得到了普及应用。

总之，液压传动与控制技术几乎渗透到机械工业的每个部分，达到了“无液不成机”的程度。液压传动与控制技术在其他机械工业部门的应用情况见表1-3。