农机液压件技术在工业中的应用

2019-03-10

农机液压件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很重视。液压技术具有独特的优点,如:功率重量比大,体积小,频响高,压力、流量可控性好,可柔性传送动力,易实现直线运动等。这种技术还易与微电子、电气技术相结合,形成自动控制系统。据统计,世界液压元件的总销售额为350亿美元,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,努力扩大其应用领域,将有广阔的发展前景。

液压传动是以流体作为工作介质对能量进行传动和控制的一种传动形式。利用有压的液体经由一些机件控制之后来传递运动和动力。相对于电力拖动和机械传动而言,液压传动具有输出力大,重量轻,惯性小,调速方便以及易于控制等优点,因而广泛应用于工程机械,建筑机械和机床等设备上。由于要使用原油炼制品来作为传动介质,近代液压传动技术是由19世纪崛起并蓬勃发展的石油工业推动起来的,最早实践成功的液压传动装置是舰船上的炮塔转位器,其后出现了液压六角车床和磨床,一些通用车床到20世纪30年代末才用上了液压传动。第二次世界大战期间,在一些兵器上用上了功率大,反应快,动作准的液压传动和控制装置,大大提高了兵器的性能,也大大促进了液压技术的发展。战后,液压技术迅速转向民用,并随着各种标准的不断制订和完善,各类元件的标准化,规格化,系列化而在机械制造,工程机械,材料科学,控制技术,农业机械,汽车制造等行业中推广开来。由于军事及建设需要的刺激,液压技术日益成熟。20世纪60年代后,原子能技术,空间技术,计算机技术等的发展再次将液压技术推向前进,使它发展成为包括传动,控制,检测在内的一门完整的自动化技术,在国民经济的各个方面都得到了应用。如工程机械,数控加工中心,冶金自动线等。液压传动在某些领域内甚至已占有压倒性优势。

正是因为液压传动有着其独特的优点,所以液压在工业中的应用发展迅速,并涉及到诸多领域。液压传动系统的主要优点:(1)在相同功率下,液压执行元件体积小,重量轻,结构紧凑。液压传动一般使用的压力在7Mpa左右,也可高达50Mpa。而液压装置的体积比同样输出压力的电机及机械传动装置的体积小得多。(2)液压传动的各个元件,可根据需要方便,灵活地来布置。(3)液压。(4)易于自动化。液压设备配上电磁阀,电气元件,可编程控制器和计算机等,可装配成各式自动化机械。(5)速度调整容易。液压装置速度调整非常简单,只要调整流量控制阀即可轻易且可实行无级调速。(6)不会有过载的危险。液压系统中装有溢流阀,当压力超过设定压力时,阀门开启,液压经由溢流阀流回油箱,此时液压油不处在密闭状态,故系统压力永远无法超过设定压力。

我国的液压工业开始于20世纪50年代,目前正处于迅速发展,提高的阶段。其产品最初只用于机床和锻压设备,后来才用到拖拉机和工程机械上。自从1964年从国外引进一些液压元件生产技术,同时进行自行设计液压产品以来,我国的液压件生产已从低压到高压形成系列,并在各种机械设备上得到了广泛的使用。90年代起更加速了对国外先进液压产品和技术的有计划引进,消化,吸收和国产化工作,以确保我国的液压技术能在产品质量,经济效益,研究开发等各个方面全方位地赶上世界水平。随着工业迅猛发展逐日发展壮大,相继建立了科研机构和专业生产厂家,从事液压技术研究和液压产品生产。他们不但能生产液压泵,液压阀等液压元件,还设计制造了许多新型液压的元件,如电液比例阀,电液伺服阀等。到目前为止,液压元件的生产,已成为了我国液压元件产品的生产系列。液压技术的发展正向着高效率,高精度,高性能方向迈进。液压元件向着体积小,重量轻,微型化和集成化方向发展,液压技术,交流液压等新兴的液压技术正在开拓。又由于计算机的应用,更大大地推进了液压技术的发展,像液压系统的辅助设计,计算机仿真和优化,微机控制等工作,也都取得了显著成果。当前,液压技术在实现高压,高速,大功率,高效率,低噪音,经久耐用,高度集成化等各项要求方面都取得了重大的进展,在完善比例控制,司服控制,数字控制等技术上也有许多新成就。此外,在液压元件和液压系统的计算机辅助设计,计算机仿真和优化以及微机控制等开发性工作方面,日益显示出显著的成绩。微电子技术的进展,渗透到液压与气动技术中并与之结合,创造出了很多高可靠性,低成本的微型节能元件,为液压气动技术在工业各部门中的应用开辟了更为广泛的前景。

今天,为了和最新技术的发展保持同步,液压技术必须不断发展,不断提高和改进元件和系统的性能,以满足日益变化的市场需求。这是液压技术的创新特征,液压技术的不断发展体现在如下一些比较重要的特征上:一, 提高元件性能,创制新元件,体积不断缩小。为了能在尽可能小的空间里传递尽可能大功率,液压元件的结构不断地在向小型化发展。市场上出现了一种新型的被称为“肌腱”的执行元件。它的形状像一根两端有接头的软管,把它接入系统使用时,它的径向和轴向都会发生伸缩,轴向的伸缩量可达其总长的15%--30%。在相同条件下,它的作用力是普通汽缸的10倍。这种元件抗污染,运动时不会生抖动,在有些场合还可用它的径向膨胀去夹持工件等,是一种极有应用前景的元件,而微型元件也得到发展,如活塞直径小到2.5mm的汽缸,10mm宽的气阀以及相关的辅助元件已成为系列化产品。由于这些元件能在0.2---0.7Mpa压力下工作,所以可被方便地集成到标准的系统中。新小型阀,在流量相同时,它的体积仅是过去的7%。这些小,微型的元件已被应用于精密机械加工,电子工业,制药工业,食品加工和包装技术等场合。二, 高度的组合化,集成化和模块化。液压系统由管式培配置经板式配置,箱式配置,集成块式配置发展到叠加式配置,插装式配置,使连接的通道越来越短。也出现了一些组合集成件,如把液压泵和压力阀作成一体,把压力阀插装在液压泵的壳体内,把液压缸和换向阀作成一体,只需接一条高压管与液压泵相连,一条回油管与油箱相连,就可以构成一个液压系统。这种组合件不但结构紧凑,工作可靠,而且简便,也容易维护保养。三, 与微电子结合,走向智能化。液压技术从本世纪70年代中期起就开始和微电子工业接触,并相互结合。在迄今30多年时间内,结合层次不断提高,由简单拼装,分散混合到总体组合,出现了多种形式的独立产品如数字液压泵,数字阀,数字液压缸等,其中的高级形式已发展到把编了程的芯片和液压控制元件,液压执行元件或能源装置,检测反馈装置,数模转换装置,集成电路等汇成一体,这种汇在一起的联结体只要一收到微处理机或微型计算机处送来的信息,就能实现预先规定的任务。

现以液压成形技术简要说明。因应运输工具轻量化、高性能、省能源之发展趋势,自1990年代起管件液压成形 (Tube Hydroforming) 或称管件内高压成形(Internal High Pressure Forming) 技术受到工业界及学术界极大瞩目而蓬勃发展,目前已成为国际间汽车产业主流制造技术之一,包括:德国双B、VW、AUDI、OPEL,美国GM、FORD、CHRYSLER,日本TOYOTA、HONDA、NISSAN、SUBARU、MAZDA、MITSUBISHI,韩国KIA、Hyundai等均已投入生产或试量产,主要应用为底盘件、车身结构件与排气系统零组件,在其它产业应用亦不断扩大中,前景十分广阔。管件液压成形技术具有:减轻重量/节省能源、产品一体型化、刚性佳、提高产品性能/精度及创新性,且在生产过程中可减少半成品零件数量,减少焊接、机械加工与产品组装道次等后加工处理,有效降低生产成本、缩短生产周期。在技术上应用管件内高压技术可达到减少结构件零件数目、焊接道次并缩短组配时间,达成减轻重量及降低成本之目标,其优点因产品之不同而有所不同,相较于传统生产技术的优势包括:1.减轻重量:与车削、搪孔相比,管件液压成形之空心轴类可减轻40%~50%,有些甚至可达75%;若与冲压焊接件相比,汽车上用管件液压成形的空心结构件可减少20%~30%。 2.减少半成品零件数量:在成形过程中可一次加工出如引擎托架、顶盖板架、门框等大型复杂的3D几何形状的工件。与冲压焊接件相比,副车架零件由6个减少到1个;散热器支架零件由17个减少到10个。3.降低模具费用:管件液压成形件通常仅需要一套模具,而冲压焊接件由多个冲压件焊接而成,因此需要多套冲压模具。4.减少后续机械加工和组装焊接量:以散热器支架为例,焊接点由174个减少到20个,制造道次由13道减少到6道,生产效率提高66%。5.提高强度、刚性及疲劳强度:成形过程中液体具冷却作用,使工件被"冷作强化",获得比一般冲压加工更高的工件强度。以散热器支架为例,垂直方向提高39%;水平方向提高50%。6.降低生产成本:Schuler Hydroforming公司对已应用的产品进行分析,管件液压成形件比冲压焊接件成本平均降低15%~20%,模具费用降低20%~30%。7. 创新性:克服传统制程限制,应用于新产品设计开发。

总之,液压技术作为便捷和廉价的自动化技术,在工业中的应用会越来越广泛。液压产品不仅在机电,轻纺、宗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。

 

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