液压泵的工程演化

1、 液压泵的工程演化 姓名： 张谦 学院： 机电工程学院 学号： 1120810333 指导教师： 王德伟 摘要：液压系统的作用为通过改变压强增大作用力。一个完整的液压系统由五个部分组成，即动力元件、执行元件、控制元件、辅助元件（附件）和液压油。 动力元件的作用是将原动机的机械能转换成液体的压力能，指液压系统中的油泵，它向整个液压系统提供动力。液压泵的结构形式一般有齿轮泵、叶片泵和柱塞泵。本文将就液压泵的演化过程做以分析，并根据目前各行各业对液压泵性能的需求，展望其未来的发展方向。关键词：液压泵、1、 液压技术的国内外发展 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递形式。液压传动

2、相对于机械传动是一门新兴技术。液压传动和控制广泛应用了电子技术、计算机技术、信息技术、自动控制技术及新工艺、新材料的新成果，已经成为工业机械。工程建筑机械及国防尖端产品不可缺少的重要技术。液压技术从18世纪末英国制成世界上第一台水压机开始算起至现今已经有300多年的历史了，但是其真正的发展是在第二次世界大战之后的60多年的时间里，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。战后液压技术迅速地向民用工业转移，在机床、工程机械、农用机械、汽车等行业中逐步推广。20世纪60年代以来，随着原子能技术、空间技术、计算

3、机技术的发展，液压技术得到了很大的发展，并渗透到各个行业领域中去。当前液压技术正向高压、高速、大功率、高效、低噪音、高可靠性、高度集成化的方向发展。同时，新型液压元件和液压系统的计算机辅助设计CAD、计算机辅助测试CAT、计算机直接控制CDC、计算机实时控制技术、计算机仿真和实时控制技术、可靠性技术，以及污染控制技术等方面也是当前液压传动及控制技术发展和研究的方向。2、 液压传动的工作原理和组成2.1 工作原理如下：电动机驱动液压泵经滤油器从油箱中吸油，油液被加压后从泵的输出口输入管路，油液经开停阀、节流阀、换向阀进入液压缸，推动活塞而使工作台左右移动。液压缸里面的油液经换向阀回油管流回油箱。

4、2.2 液压系统的基本组成：（1）能源装置液压泵；（2）执行装置液压机、液压缸、液压马达；（3）控制装置液压阀、流量阀、压力阀、方向阀；（4）辅助装置油箱、油管蓄能器、滤油器管接头、压力表开关等；（5）工作介质液压油。3、 液压泵的工作原理和分类3.1 工作原理：是为液压传动提供加压液体的一种液压元件，是泵的一种。它的功能是把动力机(如电动机和内燃机等)的机械能转换成液体的压力能。图中为单柱塞泵的工作原理。凸轮由电动机带动旋转。当凸轮推动柱塞向上运动时，柱塞和缸体形成的密封体积减小，油液从密封体积中挤出，经单向阀排到需要的地方去。当凸轮旋转至曲线的下降部位时，弹簧迫使柱塞向下，形成一定真空度，

5、油箱中的油液在大气压力的作用下进入密封容积。凸轮使柱塞不断地升降，密封容积周期性地减小和增大，泵就不断吸油和排油。3.2 常用的液压泵种类：（1）按流量是否可调节可分为：变量泵和定量泵。输出流量可以根据需要来调节的称为变量泵，流量不能调节的称为定量泵。（2）按液压系统中常用的泵结构分为：齿轮泵、叶片泵和柱塞泵3种。齿轮泵：体积较小，结构较简单，对油的清洁度要求不严，价格较便宜；但泵轴受不平衡力，磨损严重，泄漏较大。叶片泵：分为双作用叶片泵和单作用叶片泵。这种泵流量均匀、运转平稳、噪音小、作压力和容积效率比齿轮泵高、结构比齿轮泵复杂。柱塞泵：容积效率高、泄漏小、可在高压下工作、大多用於大功率液压

6、系统；但结构复杂，材料和加工精度要求高、价格贵、对油的清洁度要求高。一般在齿轮泵和叶片泵不能满足要求时才用柱塞泵。还有一些其他形式的液压泵，如螺杆泵等，但应用不如上述3种普遍。4、 我国液压泵的发展代际我国的液压泵的发展与我国液压工业发展是完全同步的,大致经历了三个阶段,每个阶段大致为12年左右。4.1 第一阶段是从1965年到1978年左右,这一阶段为创建与自主开发阶段。在70年末先后开发出通轴式轴向柱塞泵、内曲线式低速大扭矩液压马达、高压齿轮泵、球塞马达、叶片泵等等。上海液气总公司下属液压泵厂、液压件厂、高压油泵厂等生产了各种规格的斜盘式、斜轴式轴向柱塞泵、叶片泵、径向式马达等等。在这一阶

7、段开发的CY、ZB泵迄今仍在我国的液压产品市场中,中高压领域占据着一定地位。4.2 第二阶段是19781990年这一阶段是以引进国外先进技术为标志。在78至87年引进的27项中有17项是液压泵的项目,包括重型柱塞泵、轻型柱塞泵与马达、斜轴式柱塞泵与马达、高压叶片泵与马达、齿轮泵、内啮合齿轮泵、双斜盘液压马达等等。这说明通过这引进,将我国生产液压泵的性能、参数上了一个台阶,基本上进入2531.5Mpa的额定压力范围。当然也说明我国液压泵的发展中与国际差距相比,泵方面的差距比阀的差距更大些。然而在这一阶段,尽管技术引进产品性能有了发展,但消化并进一步开发上有差距,产品质量上与国外产品有差距。4.3

8、 第三阶段是1990年至今,这一阶段是以与国外著名厂商合资、合作与提高质量为中心,在国内生产的液压泵在性能与质量上都有相当程度的提高。5、 液压泵的工程演化5.1 液压泵的高压化随着科学技术的发展,电传动技术有了明显长足的进步,诸如电伺服电机、变频技术等的出现,在低功率的范围内已对液压传动技术形成了有威胁的挑战。作为液压技术生存发展的优势就在于有远远高于电传动的功率质量比。要保持这一优势,让用户在大功率的情况下优先选择或只有选择液压传动,其中一个决定性因素就是提高使用压力,只有这样液压产品才能不断扩展其应用范围、扩大市场容量。这就正说明了为什么高压化的趋势,自液压技术被应用以来从未间断过,并在

9、21世纪会继续发展并加大力度。在液压高压化的发展中首要的是泵(马达)的高压化。这一压力的提高受到二种条件的制约,液压泵最高工作压力的增加是以材料的改进及其处理技术的提高、加工精度及装配精度的提高及加工手段的先进为代价,因此这会使制造成本的提高。另外目前由于密封及管路材料的性能限制,压力的增加会增加其他元件或配件的成本。因此液压泵的最高工作压力是与机械加工整体水平相一致的,与液压附件的耐压力提高的水平相一致的。这将是一个渐进的过程。最佳的工作压力是随着机械工业发展水平而提高的,以近十年可预见的目标而言56Mpa已是期望之值(排量为250ml/r)(见图2)。图3反映了日本、德国、美国等各大液压厂

10、商在近三十年来发展液压泵最高额定工作压力的情况。这些数据以产品样本为准,不包括各厂商正在发展试验或已应用的实际情况。实际上当今最先进的液压泵的使用压力已达到50Mpa。 图 2 液压系统中压力与各组成部分重量的关系 图 3 液压泵的最高的额定工作压力的发展5.2 液压泵变量的信息化、智能化控制液压传动的节能是开发应用中最受用户关注的问题之一。节能不仅使装置费用下降,还使系统的冷却措施简化或要求降低,有利于工作介质的稳定性,不致于使油质受温度影响而恶化从而造成介质氧化后使用期下降,以保持更好的系统清洁度,使系统能长度稳定正常工作。液压泵变量控制装置就是从这一目的出发,以保证能合理的利用与工作负载

11、相匹配起来。迄今,液压泵的恒压、负载敏感以及恒功率控制方式已经被普遍采用。上海液压泵厂、上海高压油泵厂以及合资的上海萨澳液压传动有限公司所生产的A2V、A6V、A8V、CY以及90系列的通轴泵、斜盘式液压柱塞泵中,这些变量控制方式均已采用,满足了各种用户需要的各种控制方式。随着液压系统在冶金、工程机械等大型设备中日益广泛被采用,对于变量控制系统提出了更高的要求。另一方面液压比例技术、伺服技术的发展使变量控制已与系统控制密切地结合起来,使变量泵的从原单一的节能要求走向为系统的智能化与信息化奠定了完整的硬件基础。电子排量泵是当前正在发展的一种液压泵变量控制的方式。电子排量泵已由各世界著名液压厂商供

12、应市场,它能适应恒压、负载敏感与恒功率等各种变量要求对于需要精确平稳运动与复杂控制的控制,电子排量泵提供了一个可动作的平台,用于控制泵的输出压力、输出流量以及输出功率。现有的转速控制的二次调节系统也可进一步发展利用此平台。电子排量控制(EDC)可接受PLC或计算机(工控装置)的控制信号,同时泵的内部还有传感器将泵斜盘位置反馈到比例伐的放大器(图5)。智能控制完全可以融合在其中从而提高控制的精确性、稳定性达到节能与系统控制的双重效果。其控制原理可见图4电子排量泵原理及图5电子排量泵控制原理。 图 4 电子排量泵的原理 图5 电子排量泵的控制原理5.3 液压泵与原动机的合一趋势液压泵与原动机的合一

13、,将对提高泵的传动效率有利,同时也简化了结构。在上世纪80年代将泵的轴直接插入电机内,已经是这方面的成功努力。国内外包括上海高压油泵厂、启东高压油泵厂都生产过这种类型的液压泵与电机合装的液压泵源。但由于电机要特殊定货,成本增高,市场上未被大量接受与推广。然而这一方面的努力至今并未停顿过。目前在下面二个方面有较大的进展。·电机泵 见图6所示的Vickers于90年代中期开发的新产品并获得美国同期的产品开发金奖。这种电机泵已经投放市场，在国内也有所应用。·自由活塞内燃液压泵 近年来,荷兰InmasBV分公司研制了这种将液压泵柱塞与内燃机自由活塞相联的液压泵,提高了传动装置的功率

14、密度,即体积会减小、效率会提高,这一方面的研究仍在继续中,并正受到更多的关注。 图 6 Eaton Vickers的电机泵5.4 纯水液压泵的开发 纯水液压泵是近20年来又重新兴起的纯水液压系统中首要开发的元件。纯水作为液压系统的介质与环境相容、系统简化安全、抗燃节能、经济卫生等绿色特性,满足人们对人类可持续发展的需要。这些年来石油价格的波动、纯水易获取及低廉性,将这一最原始的液压介质又再次受到重视的地位。不过总体说由纯水介质液压产品来替代油介质液压产品还没有提到日程上,目前仍限于某些领域或某些需要而开发。丹麦的Danfoss公司是水液压元件供应商的典型代表,其Nessie系列水液压元件已供应

15、市场。德国Hauhinc Gmbh公司与英国的Fenner公司也有系列水液压元件供应市场。我国的华中科技大学等已取得相当的进展。这一方面应该是看作中国液压厂商获得新的技术发展水平的新机遇。6、 对未来液压泵的展望液压泵经历了近一个世纪的发展已经比较成熟,因此要求更高的设计工艺水平以及融合现代化的最新技术才能达到更完美的阶段。为进一步发展液压泵,下述的八个方面是目前从技术以及应用方面须努力追求的:（1） 更高的功率质量比；（2） 更好的工作性能与更高的效率；（3） 更高的噪音水平；（4） 结构设计的通用性；（5） 泵的集成模块化；（6） 通用、简捷、更可靠的安装方式；（7） 低成本的泵；（8）

16、寿命与可靠性。 结 束 语液压泵的发展历史已有近一个世纪。但是其型式主要为三种,即齿轮泵、叶片泵、柱塞泵,摆线类液压泵归属齿轮泵类型。从世界各国以及我国的应用而言,这三类泵呈三足鼎立之势,近年来并无明显的变化。但从技术发展及实际市场占有量的变化趋势看,有利于通轴柱塞泵的发展,无论从回路组合与节能方面看,这方面会进一步加强;斜轴泵有其明显的优点,压力高、寿命长,但是通轴在结构上有困难,体积偏大,不便回路组合,因此应用有减少趋势。齿轮泵由于结构简单、成本低等优点,产量居绝对优势。各种不同类型的液压泵在市场需求的指导下，不断改进其内在传动机构、传动介质、泵体材料等。每一次的新需求，就会引发液压人新的思想火花，不断的设计创造出杰出的泵体。21世纪，液压泵会展现出更高的设计工艺水平，并且融合现代化的最近技术，为人类的生产生活带来更大的方便。 参 考 文 献1 俞云飞.液压泵的发展展望.液压气动与密封，2002年2月第1期.2 杨尔庄,国际液压气动工业及市场发展动向5液压气动与密封62001年第1期.3 李硕卫，杨国贤.现代液压技术的发展现状.学术交流.4 雷天觉，杨尔庄，等.新编液压工程手册M北京：北京理工大学出版社，1999.5 王占林,陈斌,裘丽华.飞机液压系统的主要发展趋势J.液压气动与密封,2000(2):14-18.6 朱台台，熊红斌.液压技术的发展.华章M