本文簡單和大家聊聊液壓技術(shù)的發(fā)展概況。
液壓技術(shù)的發(fā)展是與流體力學(xué)的理論研究成果和工程材料、液壓介質(zhì)等相關(guān)學(xué)科的發(fā)展緊密相聯(lián)的:1650年帕斯卡提出了封閉靜止液體中壓力傳播的帕斯卡原理;1686年牛頓揭示了粘性流體的內(nèi)摩擦定律;到18世紀,流體力學(xué)的兩個重要方程-連續(xù)性方程和伯努利能量方程相繼建立,這些理論成果為液壓技術(shù)的發(fā)展奠定了理論基礎(chǔ)。1795年英國人布拉默(J。Bramah)發(fā)明了世界上水壓機,是他首先利用水不僅進行能量傳遞,而且傳遞控制信號,標志現(xiàn)代液壓技術(shù)工程應(yīng)用的開始。水壓機的發(fā)明還與當時鑄鐵等工程材料及--些新的制造方法的出現(xiàn)密切相關(guān)。1851年阿姆斯特(W-C-Arnstrong)發(fā)明重錘式蓄能器以后,促使液壓傳動的應(yīng)用迅速增加,到19世紀90年代,液壓傳動已應(yīng)用于壓力機、起重機、卷揚機、包裝機、試驗機等許多工業(yè)部門。
由于水的潤滑性差,易產(chǎn)生銹蝕。電力傳動的興起曾一度使水壓傳動應(yīng)用減少,直到1905-1908年威廉斯(H。Williams)和詹尼(R.Janney)兩位美國工程師發(fā)明了用油作工作介質(zhì)的軸向柱寨式液壓傳動裝置以后,液壓技術(shù)這種停滯不前的情況才有所改觀。加之,1910年肖(H-Shaw)研制出用油作介質(zhì)的徑向柱塞泵,威克斯(H.Vickers)于1936年又發(fā)明了先導(dǎo)式溢流閥,特別是20世紀30年代丁腈橡膠等耐油密封材料的出現(xiàn),使液壓傳動逐步取代水壓傳動,并得到迅速發(fā)展。
第二次世界大戰(zhàn)期間,由于軍事工業(yè)迫切需要反應(yīng)快、動作準、功率大的液壓傳動系統(tǒng)及伺服機構(gòu),以武裝各種軍事裝備,因此各種高壓元件獲得進一步發(fā)展。戰(zhàn)后50年代,液壓技術(shù)迅速轉(zhuǎn)入民用工業(yè),在機床、工程機械、船舶機械、壓力機餓、冶金機械、軋鋼機械、農(nóng)業(yè)機械、汽車行業(yè)等部門得到廣泛應(yīng)用。由于伺服閥的造價貴、抗污染能力差,60年代末,比電液伺服閥價廉、維護容易且具有一定控制精度的電液比例閥應(yīng)運而生。由于礦物油易燃,在高溫、明火、礦井等特殊環(huán)境下,難燃液逐步取代了礦物油作為液壓系統(tǒng)工作介質(zhì)。經(jīng)過近半個世紀的進一步發(fā)展,液壓技術(shù)已成為包括傳動、控制、檢測在內(nèi)的、對現(xiàn)代機械裝備的技術(shù)進步有重要影響的基礎(chǔ)技術(shù),已廣泛應(yīng)用于各工業(yè)部門,例如,國外生產(chǎn)的95%的工程機械,90%的數(shù)控加工中心,95%以上的自動生產(chǎn)線都采用了液壓傳動。液壓技術(shù)的采用對機電產(chǎn)品質(zhì)量和水平的提高起到了促進和保證作用。采用液壓技術(shù)的程度已成為衡量一個國家工業(yè)水平的重要標志,工業(yè)國家均對液壓技術(shù)的發(fā)展給予了高度重視。
當前,液壓技術(shù)在實現(xiàn)高壓、高速、大功率、高效率、低噪聲、高可靠性、高度集成化等要求方面都取得了重大進展,在完善發(fā)展比例控制、伺服控制、開發(fā)數(shù)字控制技術(shù)以及機電液一體化方面也有許多新成就。隨著科學(xué)技術(shù)的進步以及為了適應(yīng)主機的使用要求和增強本身的競爭能力,液壓技術(shù)仍然在不斷發(fā)展,有些缺點正在不斷被克服,其應(yīng)用范圍在不斷擴大。目前主要發(fā)展動向如下有以下幾方面:
1)提高效率,降低能耗。通過減少摩擦和內(nèi)漏,能量回收,蓄能器應(yīng)用,二次調(diào)節(jié),負載壓力、流量和功率匹配以及用微型計算機對液壓系統(tǒng)進行自適應(yīng)控制等手段來降低能耗。
2)提高控制性能,適應(yīng)機電一體化主機發(fā)展的需要。這要求開發(fā)低控功率閥門,研制適應(yīng)野外條件的電液比例閥,遠控多路閥,適應(yīng)各種工況的電液伺服閥,低成本比例閥以及不需要A/D,D/A轉(zhuǎn)換,可以直接和計算機接口,易于數(shù)字顯示的數(shù)字閥等。
3)發(fā)展集成、復(fù)合、小型化、輕量化元件。隨著液壓系統(tǒng)復(fù)雜化程度和機電一體化要求的提高,要求液壓元件具有高可靠性、減少配管、減少壓力損失、提高效率、節(jié)省安裝空間、易維修等特點,為此,必須廣泛發(fā)展集成、復(fù)合、小型化、輕量化元件。維集成塊式、疊加閥式、插裝式之后,近幾年又出現(xiàn)了將液壓控制元件附加在液壓執(zhí)行元件或液壓泵之上的一體化的復(fù)合式液壓裝置。
4)加強以提高安全性和保護環(huán)境為目標的研究開發(fā)。包括水基難燃介質(zhì)、尤污染的純水液壓技術(shù)的研究、開發(fā)和應(yīng)用,降低噪聲,提高密封性能、減少泄漏等。
5)提高液壓元件和系統(tǒng)的可靠性。世界各國都把可靠性作為選擇液壓產(chǎn)品的首要準則。
提高可靠性是一項系統(tǒng)工程,除靠科學(xué)的設(shè)計、先進的材料及完善的工藝外,還應(yīng)注意應(yīng)用和維護的可靠性。開展液壓失效機理分析,系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測、故障診斷及可靠性預(yù)測,降低元件污染敏感度等方面的研究,加強污染控制與新型工程材料的應(yīng)用等對提高可靠性都有重要意義。
6)標準化和多樣化。由于技術(shù)革新的頻繁出現(xiàn)、應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴大、產(chǎn)品壽命周期縮短等原因,要求不斷開發(fā)新型元件,使液壓元件的品種越來越多。由于產(chǎn)品多樣化,不利于專業(yè)化,不宜采用傳統(tǒng)的大批量生產(chǎn)方式。為了解決多樣化與專業(yè)化之間的矛盾,在設(shè)計中,應(yīng)研究滿足多樣化要求的標準化設(shè)計方式,要充分利用少要素,經(jīng)過組合達到多品種。即在標準單元組合基礎(chǔ)上,附加變化部分形成多樣化;內(nèi)部結(jié)構(gòu)不變,只改變連接安裝尺寸;利用成組技術(shù),找出零件的類似性,進行通用化、標準化。在生產(chǎn)中,應(yīng)采用多樣化產(chǎn)品加工方式和生產(chǎn)體系,為此,國外廣泛采用數(shù)控(NC)、加工中心(MC)和柔性制造單元(FMC)組成的生產(chǎn)線,實現(xiàn)成批生產(chǎn)自動化,提高效率,保證質(zhì)量。
7)開拓新的應(yīng)用領(lǐng)域。應(yīng)該廣泛采用新材料、新工藝和新的工作介質(zhì),提高產(chǎn)品的性能和工作可靠性,開發(fā)新型元件,以便滿足一些新的應(yīng)用領(lǐng)域的特殊需要。
我國從20世紀50年代末期開始發(fā)展液壓工業(yè),特別是80年代到90年代,國家對液壓行業(yè)進行了重點政造,并先后引進了近五十項國外技術(shù),使我國液壓行業(yè)的產(chǎn)品水平、科研開發(fā)能力和工藝裝備水平都有大幅度提高,液壓技術(shù)在各工業(yè)部門得到廣泛的應(yīng)用。但是與國外較高水平相比差距很大,主要表現(xiàn)在:產(chǎn)品水平低,品種規(guī)格少,自我開發(fā)能力薄弱成套性差,特別是對重大技術(shù)裝備、重點工程的配套率嚴重不足;產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定,可靠性差,壽命短;一些新的應(yīng)用領(lǐng)域如航天航空,海洋工程,生物醫(yī)學(xué)工程,機器人,微型機械及高溫、明火環(huán)境下所急需的一些特殊元件,幾乎處于空白。液壓工業(yè)已成為影響我國機械工業(yè)和擴大機電產(chǎn)品交往的瓶頸產(chǎn)業(yè),迅速改變這種落后面貌,是我國液壓技術(shù)界和工業(yè)界所面臨的迫切任務(wù)。
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