液压传动技术发展综述（精选8篇）
孙新学’苏曙’荣茜’朱靖，1)河北建筑工程学院机电工程系2)北京916”部队
摘要简要回顾3工程机械液压技术发展的几个时期.指出了障阻工程机械液压
技术发展的几个问题.概括了液压技术在工程机械上的地位及发展前景.关健词工程机械;液压技术;综述
中图号TH 137
由于液压传动具有功率密度高.易于实现直线运动、速度刚性大、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.据统计.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.现在采用液压技术的
程度已成为衡量一个国家工业水平的重要指标.1工程机械液压技术发展的几个时期
工程机械最初引用液压技术是为了解决车辆转向阻力问题.以减小司机的劳动强度.在转向
系引用了液力助力器.由于液力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、液
压系统研究的深入.液压技术很快在工程机械其它动作部分得到了广泛应用.其发展大致经历了
以下几个时期.c1)初期发展时期.20世纪四五十年代是工程机械液压技术发展的初期阶段.在这一时期.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它方式实现比较困难的问题
(如执行元件的直线运动等).这一时期.液压系统压力很低.一般在2MPa--7MPa.(2)高速发展时期.工程液压技术应用在20世纪60年代进入了高速发展时期.这一时期液压
系统的主要特点是高速、高压化.系统压力提高到了20MPa.系统压力的提高使得液压传动功率
密度大幅度增力。(如液压泵功率重量比由5。年的告KW/Kg提高到了2KW/Kg)、液压元件的重量明
显下降.液压技术的应用逐渐由工程机械工作装置扩展到转向系、行走系、传动系和制动系.在这
一时期.人们研制出了全液压挖掘机和全液压叉车等工程机械.液压技术趋于了成熟化.(3)重视环境时期.由于泵的工作容积与吸、压腔的转换会导致容腔压力急剧变化.而这个 变化传给泵体就形成噪声.因此.高速、高压的结果必然导致噪声.试验证明，液压泵压力或排量
每增加一倍.其噪声约增加3dB(A);泵转速每增加一倍.其噪声约增加6dB(A).因此液压系统噪 声限制了液压传动功率密度的进一步提高.在20世纪70年代初中期.工程机械液压技术研究主要
围绕降低液压系统及整机的工作噪声.(4)重视可靠性时期.由于工程机械大多数是野外作业的施工机械.其液压系统经常受到尘
埃、振动、高低温、风雨雪、臭氧的侵袭.造成液压油污染，引发故障.据统计.工程机械液压系统
发生的故障的最大原因来自于液压油的污染(约占液压系统故障的70%-85%).因此在20世纪70年
本文通过对液压成形相关专利文献进行统计分析, 以揭示板料液压成形专利技术的现状, 为板料液压成形技术的发展提供参考。
1 专利数据来源
板材液压成形专利文献样本选自中国专利文摘数据库 (CNABS) 和德温特世界专利库 (DWPI) 。以专利申请时间为对象, 从11996655年开始统计, 至22001144年为止。在中国专利文摘数据库中, 采用板材液压成形的分类号B21D26021, 为了保证数据完整, 也采用纯关键词检索, 总共获得专利529篇, 经过筛选后选择其中的172篇作为中文专利分析对象;在外文专利文摘数据库中, 采用B21D26/021分类号检索并合并之后获得525篇专利, 经过筛选后选择其中的425篇并将其作为外文专利分析对象。
2 板材液压成形国内外专利申请情况
2.1 专利申请趋势
图1为板材液压成形技术在华和全球申请量随时间分布情况。在20世纪50年代, 国外就提出了橡皮囊液压成形技术, 并进行了专利申请, 但是年申请量一直处于较低水平, 随着技术积累和研究的深入, 从1990年开始, 液压成形技术在国外申请量突飞猛进, 并且在长达15年内一直保持较高水平。
由于技术封闭, 国内一直到1987年左右才开始对液压成形技术进行研究并申请专利, 但是由于研究人员较少, 也并未对这一新兴技术产生重视, 所以液压成形技术并未得到太大突破。自2001年, 随着中国加入世界贸易组织, 全民族的知识产权意识得到提升, 另一方面, 大量国外先进技术被引进, 出于保护本土民族企业的需要, 也为了打破国外企业的技术壁垒, 2002-2013年, 板材液压成形技术在中国的专利申请量出现了大幅度增长, 并在2010年之后几年内均超越了全球专利申请量[1]。
2.2 国内外重要申请人比较
2.2.1 国内重要申请人
如图2所示, 国内申请量最高的申请人是哈尔滨工业大学, 其次是福特环球技术公司和北京航空航天大学, 可以看出国内的液压成形技术研究主要集中在高校。并且由于国外技术发展成熟, 并且为了涉足中国这个巨大的市场, 很多国外公司纷纷来华申请, 如福特环球技术公司, 其从2008-2014年期间连续都有在华申请。然而, 从申请人统计结果中可以看出, 国内公司申请量较少, 表明液压成形技术在产业中的应用并不多, 这可能是由于技术掌握不够成熟、设备制造难、成形精度差、未带来显著的经济效益等多方面原因造成的[2]。
随着全球信息共享更加快捷, 国内高校能够在前人研究的基础上更加有的放矢地开展研究, 选择更加适合国内企业和行情的研究方向。高校的研究不仅有利于国内技术的发展和进步, 也对企业上的广泛应用提供重大的理论支持。
2.2.2 国外重要申请人
如图3所示, 国外申请中日本申请量占据了总申请量的50%, 是排在第二位的德国申请量的三倍。如图4所示, 国外申请人中排名第一位的是日产汽车公司, 排名前十位的申请人中有三个是日本公司, 且前十位申请人主要来自于汽车公司以及航空航天领域, 汽车车身复杂构件以及航空航天零件成形工艺复杂, 精度要求高, 并且随着汽车行业和航空航天领域占据市场份额越来越大, 为了降低成本, 大公司纷纷将液压成形技术投入生产[3]。
如图5所示, 对比全球申请量和日本申请量, 二者发展趋势大致相当, 可见日本在该技术领域的发展首屈一指, 其研究对全球整体申请量以及其他国家的申请数量和发展趋势有着深远的影响, 国内企业可以对其研究重点加以借鉴。
3 板材液压成形的主要应用及代表专利
板材液压成形技术分支较多, 现对几种典型专利进行介绍。
3.1 板材对向液压拉深技术
在板材液压成形中, 应用最广泛、技术最成熟的是对向液压拉深技术。其成型过程如下:首先将板材放置于凹模上, 压边圈压紧板材, 使凹模型腔形成密封状态。当凸模下行进入型腔时, 型腔内的液体由于受到压缩而产生高压, 最终使毛坯紧紧贴向凸模而成形。
2006年7月, 哈尔滨工业大学申请的专利CN1903474A涉及一种可以提高板材零件成形极限所使用的加工装置及加工方法, 其针对高径比大、成形极限高的复杂零件难于成形的问题, 加工方法依次包括向容腔内注入流体介质、放置板材坯料、施加压边力、控制凸模下行进行加压的过程, 如图6所示。使用该装置及方法能进一步提高板材零件成形极限, 实现通过一道工序成形高径比更大的复杂板材零件, 从而提高效率及零件质量, 利于推广应用[4]。
3.2 板材成对液压成形技术
板材成对液压成形是德国20世纪90年代后期提出的一种板材成形新工艺。因成形液压力较高, 又称为板材内高压成形, 简称HBU。板件成对液压成形时, 首先将叠放的两块平板毛坯放置在上下凹模中间, 压边后充液预成形, 边缘切割, 对边缘采用激光焊接技术焊接。然后, 在两板间充入高压液体, 使其贴模成形, 这种成形属于内高压成形, 适于成形腔体零件。
2011年11月, 哈尔滨工业大学申请了专利CN102357584A, 涉及一种双层板材成对胀形成形的方法, 其将模具的法兰区外围加工后只保留内圈较窄的凸台;将板材叠放在模具间, 设置好介质通道;合模后, 对板材施加压边力使板材密封;将压力介质通入板材间使板材发生胀形;成形后, 释放压力介质, 得到零件。该发明的模具法兰区与板材的直接接触区域面积小, 板材向模具型腔流动阻力小, 解决了现有的双层板材成对胀形时法兰区材料受到较大摩擦力, 材料流动困难的技术问题。
3.3 多点无模冲压拉深成形技术
模具成形方法生产效率高、加工件的精度高、适合大批量生产, 多年来一直占据着主导地位。但缺点是产品稍作改变后模具需要重新设计更换, 随之应运而生了一种板材多点无模成形机, 即通过一系列由一个个小液压缸独立控制的、形状可实时变化的离散单个点模来代替传统模具。它可以实现一机多用的构想, 节省模具制造时间和费用, 加速产品的更新换代, 特别适用于大型板材的三维成形。
2008年8月, 吉林大学的专利CN101342558A, 采用分块式多点调形装置制备了具有三维曲面的板材。2012年6月, 韩国申请的专利KR20130136803A采用多点无模液压成形技术制备了外形复杂的汽车覆盖件。
3.4 其他板材液压成形创新技术
随着板材液压成形技术的飞速发展, 为了满足更多零件的制备需求, 越来越多的其他成形技术被融入到板材液压成形中, 并且带来了很好的成形效果。1994年9月, 瑞典ELECTROLUX AB公司申请的专利SE9403164A, 采用激光加热和液压加压的方式共同实现对板材的成形, 省去了模具的制造成本, 同时也节省了板材的加热时间。2010年11月, 安徽工业大学申请的专利CN102139304A中, 采用了点阵自阻电加热板料温热充液拉深成形方法, 通过变化凸缘各质点温度调整加热点流动应力实现凸缘上金属质点流动的不同步控制金属流动, 达到提高板料极限拉深比的目的。
4 总结
近年来, 随着汽车、飞机、电子和环保行业的发展及减重等方面的要求, 德国、日本和其他欧美、亚洲国家在汽车管类零件和板类零件的液压成形方面取得了重大突破和广泛应用。
总体来看, 我国液压成形技术起步较晚, 尤其是在新产品开发、专用设备研制方面。我国在研发方面已有了一定的基础和人才条件, 但是应该多与发达国家交流, 以缩小差距。
目前板材对向液压拉深技术发展时间最长, 且其在复杂、精密零件的制备方面有着巨大的优势, 国内由于设备的原因而发展受限制, 国内的高校在这方面的研究要多于并且早于公司和企业, 所以为了充分发展和利用这一先进技术, 企业应加强与高校之间的合作, 以便更快地实现板材液压成形的产业化。
参考文献
[1]李涛, 等.先进板材液压成形技术及其进展[J].塑性工程学报, 2006 (3) :17-20.
[2]Peter Mett.液压成形的未来对内高压成形的新的工艺方法应用可能性的展望[J].现代金属加工, 2006 (5) :72-75.
[3]谭晶, 等.液压成形技术的最新进展[J].锻压机械, 2001 (2) :32-34.
摘 要：随着应用电子技术、计算机技术、信息技术、自动控制技术、新材料等的发展，液压系统和元件在技术水平上有很大提高。本文从液压现场总线技术、自动化控制软件技术、水压元件及系统、液压节能技术等方面，介绍液压技术创新及发展趋势。
关键词：液压技术；创新；节能；发展趋势
1.液压现场总线技术
1.1现场总线技术的定义
现场总线是连接智能化仪表和自动化系统的全数字式、双向传输、多分支结构的通信网络。现场总线控制系统简化为工作站和现场设备两层结构，它可以看作是一个由数字通讯设备和监控设备组成的分布式系统，从计算机角度看，现场总线是一种工业网络平台；从通信角度看，它是一种新的全数字、串行、双向、多路设备的通信方式；从jI程角度看，它是一种工厂结构化布线。
1.2现场总线技术的特点
（1）经济性。这是应用单位使用总线产品和供应商提供产品的第一前提，即以降低总线系统的使用成本为目的。
（2）按IEC61131-3标准的柔性化程序，易学、易懂，可操作性强。
（3）可靠性、可维护性。现场总线技术采用总线代替一对一的I/O连线。对于大规模I/O系统来说，减少了由接线点造成的不可靠因素，同时系统具有在线故障诊断，报警记录功能；可完成现场液压系统的远程参数设定、修改等参数化工作，增强了系统的可维护性。
（4）友好的人机对话界面，方便进行液压系统的参数修改和故障监控。
（5）满足人身安全、电磁兼容、抗冲击及抗震动的重要标准。
（6）相对于传统的液压比例控制系统更具有其价格竞争优势。
2.自动化控制软件技术
在多轴运动控制中，采用SPS编程控制技术。在这种情况下，以PC机为基础的现代控制技术有着自己的用武之地。自动化控制软件将SPS的工作原则、操作控制两项任务集于一身。操作监控技术在伺服驱动中已经发展得比较成熟，并且具有强大的功能和功率。大量的应用实践已经证明，以微机软件为基础的控制方案在不同类型的液压控制中也是非常有效的。将液压控制回路（控制阀、变量泵）和执行机构（液压缸、液压马达）进行不同的变型与组合配置，可以提供多种不同特性的控制方案。因此，这样的液压运动控制也可以当作坐标轴的电气运动控制来对待和处理。各种液压控制方案可在基于PC机的自动化控制系统下接受控制。自动化控制系统的适时性已经达到了毫秒级，一个图像跳动的传输控制时问可短到10ms。这样的速度完全可以做到与常用的液压控制系统同步，可以完成对液压系统的功能控制。在液压轴控制的运算中，现代化的PC微处理器运算速度很快，完全可以与伺服控制技术中的伺服运算器相媲美。
3.水压元件及系统
3.1水压传动技术概述
用水作介质的液压元件古而有之。当今洗车店里都装备的带容积式泵的高压清洗机就是水液压设备。后来在所谓“水压机”的介质中添加了以满足各方面性能要求的乳化液添加物。在某种意义上，液压技术的发展是一个元件与工作介质互相适应和协调发展的历史。液压介质性能水平的提高对于现代液压技术的发展功不可没。现在所谓的水液压元件企图用普通水或天然海水作为介质，所有技术难点就都集中到了元件本身。液压元件的发展越来越依赖于材料科学和制造技术的进步，这在水液压元件中体现得尤为突出。在现代技术条件下，造出能在密封、白润滑、抗蚀等性能方面适应纯水甚至海水介质的液压元件是可能的，当然，由于无法同时改进介质的相关特性，水液压装置的性能，特别是性价比较高之元件和介质都经过多年“磨合”和优化的传统液压装置会大打折扣，一般也只能在水的冰点以上才能运行。水上和水下作业的船只和装置上，以及用高压水工作的设备中（如高压水清洗、切割设备、消防设备和艺术喷泉等），使用直接从外界吸水和向外排水的开式循环的水液压系统有其必要性和合理性。
3.2水压传动技术特点
（1）资源丰富，来源广泛，再利用率高。
（2）水是一种无毒无污染资源，对人体和环境无害。有利于提高工作环境的舒适性和安全性，可以从根本上消除油压传动系统泄漏和排放而造成的环境污染。
（3）阻燃性好，安全性高。特别适合高温、核辐射和明火等场合下的应用，有效地解决油压传动所带来的易燃、易爆、油蒸汽对人体的危害问题以及核辐射造成的液油变质和放射性污染等问题。
（4）处理技术与工艺简单，系统的运行与维修费用低。
3.3水压传动技术的应用及展望
随着科学技术的进步，水压产品及技术取得了较大的进展，目前，不仅水压泵形式增多了，符合ISO/CETOP连接尺等各标准规格的各种阀已经形成了产品系列，配套用的液压缸、油箱、接头零件、密封件等也一应俱有，而且在专家的指导下，用户可以根据自己的需求进行系统配组。正式推出了多种工作压力为l6～21MPa的作为成套机械和设备用的独立产品（动力站和控制阀）。在欧、美水压传动开始广泛进入食品工业、医药、化学、造纸木材加工、海上作业、核能工业、消防工程、地质钻探、环境工程等一些对安全、清洁、环境无害要求较高的行业。
4.液压节能技术
液压传动系统能量损失包括各元件中运动件的机械摩擦损失、泄漏损失、溢流损失、节流损失、输入和输出功率不匹配的无功损失几方面。机械摩擦损失、泄漏损失所占比例与所选元件本身的机械效率、容积效率、介质粘度、回路密封性以及系统组成的复杂程度有关；溢流损失、节流损失所占比例与回路和控制形式有关；而输入和输出功率不匹配的无功损失所占比例与控制策略有关。因此节能是液压技术的重要课题之一，随着节能和环保要求的日益高涨，有效活用能源和降低噪声已成为液压行业的重要目标。综观国内外液压技术发展历程，无时无刻不伴随节能的需要及创新。
5.结语
2.，模拟主机环境的测试技术
所有液压元件及液压系统技术参数的测试验证，应该尽量模拟主机装机的真实运行状态和考虑工作环境的影响。只有贴近真实环境的测试，才能研制出合适的产品。既不会达不到设计指标，也不会造成较大的设计余量。尤其是液压泵、液压马达、液压阀等液压核心器件更应该予以考虑。比如:同一台液压泵，装在起重机和挖掘机上，虽然工作压力及转速都没有超过液压泵额定值，因运行状态不同，寿命肯定不同，且差异可能还比较大。
1)随机载荷谱的研究
绝大部分机器的运行都是无规律的，所承受的载荷也是随机的。但因机器的不同，随机中又有一定的规律可循。因此，需要根据主机的运行状态，研究相适应的随机载荷谱用于测试产品。国内在材料强度等领域有一些研究及应用，但在液压行业，几乎没有进入实用阶段的研究，国标规定的测试载荷谱也不是随机载荷谱。
2)模拟环境因素的测试技术
液压产品在装机运行中，工作性能总是受到运行环境因素的影响。比如，因主机工作带来的振动，因天气变化带来的环境温度及工作介质温度的变化，因高海拔地区带来的大气压的变化等。因此，液压产品在研制过程中，需要模拟各种环境因素并在这些复合应力的共同作用下测试产品性能，才能更加真实地反映产品装机性能。军品领域很早就开展了相关工作，早期主要是非工作状态下各种环境因素分别施加测试，以后逐渐过渡到工作状态下同时施加某几种环境因素(如:振动，环境高低温等)。对民品领域的液压产品，试验室条件下的环境测试工作几乎是空白，主要以随主机考核为主。今后该测试技术的发展必然是液压产品在工作状态下，多种环境因素同时施加测试。某航天研究所搭建的液压产品三综合测试台，可以在液压泵工作状态下，同时施加振动因素(通过振动台)，环境温度因素(通过高低温箱)进行试验，对产品的研制起到了重要的作用。
2.2模拟主机系统的测试技术
该技术需要按主机液压系统的配置情况及相对位置，按1: 1的比例，在地面搭建系统测试台。目的主要是为了测试各液压元件和液压系统的动态性能。通过先期测试验证，得到优化匹配的液压系统。航空领域的“铁鸟”台，潜艇领域的“铁鱼”台等就是运用的此类测试技术。
该类测试技术的难点主要有两方面。一方面是加载装置的设计。需要模拟主机运行时承受的各种复合载荷;另一方面是辅助分析软件的应用。今后，系统匹配测试应该是半物理和分析仿真软件的有机结合。
2.3加速寿命试验技术
寿命试验是液压元件及系统必需要做的测试项目。随着国内装备制造业的不断发展，对液压产品寿命的要求也不断提高，一些要求高的主机提出的寿命要求甚至达到3万小时。按一年365天，每天24小时不间断试验，都需要三年半。如果其中有一些问题需要反复，加上测试设备也需要维护，试验时间就更长了。因此，加速寿命试验就成为了必然的选择。
加速寿命试验的统一定义最早由美罗姆航展中心于1967年提出，加速寿命试验实际上是在进行合理工程及统计假设的基础上，通过提高产品的试验参数，如转速、压力、动态冲击频率等，利用与物理失效规律相关的统计模型对在超出正常应力水平的加速环境下获得的信息进行转换，得到产品在额定应力水平下的特征可复现的数值估计，但不改变产品失效分布的方法。俄罗斯苏一27飞机主液压泵采用的就是加速寿命试验，加速比达到了1:8，也即是加速试验1h，等同于可靠性寿命达8小时。国内航空领域，中航力源液压公司、南京液压中心在液压泵加速寿命试验方面开展了一些研究应用。但总体来说，缺乏足够的理论及实践基础，难以形成普适性的加速寿命测试方法。今后，应该借助国家项目，采取院校与企业联合的方式，结合国外的专业技术公司，研究液压产品加速寿命测试方法，有效缩短产品的研制周期及试验成本。
2.4修订国家标准
国家标准是一个国家指导行业发展的规范、准则。有关部门应该积极组织相关院校、科研院所及企业，及时总结国内液压测试技术一段时间以来的成果和经验，充分考虑今后的发展趋势，及时修订完善或制订新的液压测试标准。从国家层面，引导整个液压行业的提升和发展。
2.5数字化测试工作平台
通过平台软件的规划管理，最大限度地提高测试效率。为企业提供测试协同工作平台，使液压产品测试的准备、执行、分析、评估四大阶段处于自动和受控的状态，对测试工作各阶段的工作进行专业协作，帮助企业从测试数据中获取知识和经验，达到改进产品设计，提高产品质量，提升企业生产力和竞争力的目的。
3结束语
借助我国大力发展军工行业，发展民用高端装备制造业的契机，国内液压测试技术未来将会得到越来越多的重视。液压行业各院校、研究院所及企业对液压测试设备在性能及数量上均会有更多的需求。
无人机测控与信息传输技术发展综述
无人机测控与信息传输技术(简称无人机测控技术)是指对无人机进行遥控、遥测、跟踪定位和信息传输的技术.无人机测控与信息传输系统(简称无人机测控系统)由数据链和地面控制站组成,其性能和规模在很大程度上决定了整个无人机系统的性能和规模.介绍了无人机测控技术的基本概念,重点分析了其主要
作 者：周祥生 ZHOU Xiang-sheng 作者单位：中国电子科技集团公司第五十四研究所,河北,石家庄,050081刊 名：无线电工程英文刊名：RADIO ENGINEERING OF CHINA年，卷(期)：38(1)分类号：V279关键词：无人机 测控 数据链 地面控制站
概
论
第1章 液压与气动技术概论
液压与气压传动技术是机械设备中发展速度最快的技术之一，特别是近年来，随着机电一体化技术的发展，与微电子、计算机技术相结合，液压与气压传动进入了一个新的发展阶段。
液压与气压传动技术是以流体—液压油液（或压缩空气）为工作介质进行能量传递和控制的一种传动形式，它们的工作原理基本相同。
机器包括原动机、传动机构和执行机构。原动机有电动机、内燃机、燃气轮机等形式；传动机构有电气传动、机械传动和流体传动，其中，流体传动是利用气体和液体等介质传递动力和能量的，包括气压传动和液体传动。液体传动是利用液体作为工作介质来传递和控制能量的，包括液力传动和液压传动等两种形式；气压传动是利用气体传递和控制能量的。
液压传动是利用密封容积内液体体积的变化来传递和控制能量的；而液力传动是利用非封闭的液体的动能或势能来传递能量和控制能量的。1.1 液压传动的工作
原理
液压千斤顶是机械行业常用的工具，常用这个小型工具顶起较重的物体。下面以它为例简述液压传动的工作原理。图1.1所示为液压千斤顶的工作原理图。有两个液压缸1和6，内部分别装有活塞，活塞和缸体之间保持良好的配合关系，不仅活塞能在缸内滑动，而且配合面之间又能实现可靠的密封。当向上抬起杠杆时，液压缸1活塞向上运动，液压缸1下腔容积增大形成局部真空，单向阀2关闭，油箱4的油液在大气压作用下经吸油管顶开单向阀3进入液压缸1下腔，完成一次吸油动作。当向下压杠杆时，液压缸1活塞下液压缸1下腔容积 移，减小，油液受挤压，压力升高，关闭单向阀3，图1.1 液压千斤顶工作原理图 液压缸1下腔的压力油顶开单向阀2，油液经1—小液压缸；2—排油单向阀；3—吸油单向阀；
4—油箱；5—截止阀；6—大液压缸 排油管进入液压缸6的下腔，推动大活塞上移顶起重物。如此不断上下扳动杠杆就可以使重物不断升起，达到起重的目的。如杠杆停止动作，液压缸6下腔油液压力将使单向阀2关闭，液压缸6活塞连同重物一起被自锁不动，停止在举升位置。如打开截止阀5，液压缸6下腔通油箱，液压缸6活塞将在自重作用下向下移，迅速回复到原始位置。设液压缸1和6的面积分别为Al和A2，则液压缸1单位面积上受到的压力p1 = F/Al，液压缸6单位面积上受到的压力p2 = W/A2。根据流体力学的帕斯卡定律“平衡液体内某一点的压力值能等值地传递到密闭液体内各点”，则有：
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第1章
概
论
p1p2FW A1A2（1-1）
由液压千斤顶的工作原理得知，液压缸1与单向阀2、3一起完成吸油与排油，将杠杆的机械能转换为油液的压力能输出。液压缸6将油液的压力能转换为机械能输出，抬起重物。有了负载作用力，才产生液体压力。因此就负载和液体压力两者来说，负载是第一性的，压力是第二性的。液压传动装置本质是一种能量转换装置。在这里液压缸
6、液压缸1组成了最简单的液压传动系统，实现了力和运动的传递。
从液压千斤顶的工作过程，可以归纳出液压传动工作原理如下：
（1）液压传动是以液体（液压油）作为传递运动和动力的工作介质；
（2）液压传动经过两次能量转换，先把机械能转换为便于输送的液体压力能，然后把液体压力能转换为机械能对外做功；
（3）液压传动是依靠密封容积（或密封系统）内容积的变化来传递能量的。工程机械的起重机、推土机，汽车起重机，注塑机，机床行业的组合机床的滑台、数控车床工件的夹紧、加工中心主轴的松刀和拉刀等都应用了液压系统传动的工作原理。
1.2 气压传动的基本原理
气压传动与液压传动的工作原理完全相同，都是以密封容积中的受压工作介质来传递运动和动力的。它先将机械能转换成压力能，然后通过各种元件组成的控制回路来实现能量的调控，最终再将压力能转换成机械能，使执行机构实现预定的运动。如生活中常用的打气筒。
1.3 液压传动系统的组成及图形符号
以图1.2所示组合机床工作台液压传动系统为例说明其组成。
图1.2 典型液压系统原理图
（a）典型液压系统原理结构示意图（b）阀6阀芯位置的改变（c）典型液压系
统原理图形符号图
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第1章
概
论
1—油箱；2—过滤器；3—液压泵；4—溢流阀；5—流量控制阀；
6—换向阀；7—液压缸；8—工作台；
9、10—管道
液压泵3由电动机驱动旋转，从油箱1中吸油，经过滤器2后被液压泵吸入并输出给系统。当换向阀6阀芯处于图1.2（a）所示位置时，压力油经阀
5、阀6和管道进入液压缸7的左腔，推动活塞向右运动。液压缸右腔的油液经管道、阀
6、管道9流回油箱。改变阀6阀芯工作位置，使之处于左端位置时，如图1.2（b）所示，液压缸活塞反向运动。
工作台的移动速度是通过流量控制阀来调节的。阀口开大时，进入缸的流量较大，工作台的速度较快；反之，工作台的速度较慢。为适应克服大小不同阻力的需要，泵输出油液的压力应当能够调整。工作台低速移动时，流量控制阀开口小，泵输出多余的油液经溢流阀4和管道10流回油箱，调节溢流阀弹簧的预压力，就能调节泵输出口的油液压力。
从上面的例子可以看出，液压传动系统主要由以下5部分组成。
（1）动力元件。将机械能转换成流体压力能的装置。常见的是液压泵，为系统提供压力油液，如图1.1中的液压缸1。
（2）执行元件。将流体的压力能转换成机械能输出的装置。它可以是作直线运动的液压缸，也可以是作回转运动的液压马达、摆动缸，如图1.1中的液压缸6和图1.2中的液压缸7。
（3）控制元件。对系统中流体的压力、流量及流动方向进行控制和调节的装置，以及进行信号转换、逻辑运算和放大等功能的信号控制元件，如图1.2中的溢流阀、流量控制阀和换向阀。
（4）辅助元件。保证系统正常工作所需的上述三种以外的装置，如图1.2中的过滤器、油箱和管件。
（5）工作介质。用它进行能量和信号的传递。液压系统以液压油液作为工作介质。图1.2（a）和图1.2（b）中的各个元件是半结构式图形画出来的，直观性强，易理解，但难于绘制，元件多时更是如此。在工程实际中，除某些特殊情况外，一般都用简单的图形符号绘制，如图1.2（c）所示。图形符号只表示元件的功能，不表示具体结构和参数。我国制定的“液压与气动”图形符号标准GB/T786.1—1993见附录。以后每介绍一类元件，都会介绍其图形符号，要求熟记。1.4 气压传动的组成
与液压传动相似，气压传动也有压力和流量两个重要参数。气压传动系统由5部分组成。
（1）气源装置。气源装置即空气压缩机，是系统中的动力元件，它将电动机的机械能转变成气体的压力能，为各类气动设备提供动力。
（2）执行元件。执行元件是系统的能量输出装置，它将空气压缩机提供的气压能转变成机械能，输出力和速度（转矩和转速），用以驱动工作部件。如气缸和气马达。
（3）控制元件。是控制调节压缩空气的压力、流量、方向的元件，用来保证执行元件具有一定输出力（转矩）和速度（转速）。如压力阀、流量阀、方向阀等。
（4）辅助元件。系统中除上述三类元件外，其余的元件称为辅助元件，如过滤器、油雾器、储气罐、消声器等。它们对保证系统可靠、稳定的工作起重要作用。
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第1章
概
论
（5）传动介质。系统中传递能量的流体，如压缩空气。1.5液压传动和气压传动的优缺点
与机械传动和电力拖动系统相比，液压传动具有以下优点。
（1）液压元件的布置不受严格的空间位置限制，系统中各部分用管道连接，布局安装有很大的灵活性，能构成用其他方法难以组成的复杂系统。
（2）可以在运行过程中实现大范围的无级调速，调速范围可达2 000∶1。
（3）液压传动和液气联动传递运动均匀平稳，易于实现快速启动、制动和频繁的换向。
（4）操作控制方便、省力，易于实现自动控制、中远程距离控制以及过载保护。与电气控制、电子控制相结合，易于实现自动工作循环和自动过载保护。
（5）液压元件属机械工业基础件，标准化、系列化和通用化程度较高，有利于缩短机器的设计、制造周期和降低制造成本。
除此之外，液压传动突出的优点还有单位质量输出功率大。因为液压传动的动力元件可采用很高的压力（一般可达32MPa，个别场合更高），因此，在同等输出功率下具有体积小、质量小、运动惯性小、动态性能好的特点。
液压传动的缺点如下。
（1）在传动过程中，能量需经两次转换，传动效率偏低。
（2）由于传动介质的可压缩性和泄漏等因素的影响，不能严格保证定比传动。（3）液压传动性能对温度比较敏感，不能在高温下工作，采用石油基液压油作传动介质时还需注意防火问题。
（4）液压元件制造精度高，系统工作过程中发生故障不易诊断。
总的来说，液压传动的优点是主要的，其缺点将随着科学技术的发展会不断得到克服。例如，将液压传动与气压传动、电力传动、机械传动合理地联合使用，构成气液、电液（气）、机液（气）等联合传动，以进一步发挥各自的优点，相互补充，弥补某些不足之处。
气压传动与液压传动相比，气压传动有如下优点。
（1）空气作为工作介质，可从大气中直接汲取，用后直接排入大气，成本低，不污染环境。
（2）空气黏性小，在管道中流动时损失小，适用于远程传输和控制。
（3）工作压力低，气动元件对材质和精度的要求低，使用寿命长，成本低。（4）对工作环境的适应性好，特别是在易燃、易爆、高尘埃、强磁、辐射及振动等恶劣环境中使用时比液压传动要安全得多。
气压传动与液压传动相比，气压传动有如下缺点。
（1）空气具有压缩性，故其工作速度和工作平稳性方面不如液压传动。（2）工作压力低，系统输出力小，传动效率较低。（3）排气噪声大。
（4）气压传动的信号速度限制在声速（约340m/s）范围内，故其工作频率和响应速度不如电子装置，不宜用于信号传递速度要求较高的复杂线路中。1.6
液压与气动技术的应用和发展概况
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第1章
概
论
液压与气压传动相对于机械传动来说是一门新兴技术。从1795年世界上第一台水压机诞生起，已有几百年的历史，但液压与气压传动在工业上被广泛采用和有较大幅度的发展是20世纪中期以后的事情。在工程机械、冶金、军工、农机、汽车、轻纺、船舶、石油、航空和机床行业中，液压技术得到了普遍的应用。随着原子能、空间技术、电子技术等方面的发展，液压技术向更广阔的领域渗透，发展成为包括传动、控制和检测在内的一门完整的自动化技术。现今，采用液压传动的程度已成为衡量一个国家工业水平的重要标志之一。如发达国家生产的95%的工程机械、90%的数控加工中心、95%以上的自动线都采用了液压传动。
随着液压机械自动化程度的不断提高，液压元件应用数量急剧增加，元件小型化、系统集成化是必然的发展趋势。特别是近十年来，液压技术与传感技术、微电子技术密切结合，出现了许多诸如电液比例控制阀、数字阀、电液伺服液压缸等机（液）电一体化元器件，使液压技术在高压、高速、大功率、节能高效、低噪声、使用寿命长、高度集成化等方面取得了重大进展。无疑，液压元件和液压系统的计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助试验（CAT）和计算机实时控制也是当前液压技术的发展方向。
人们很早就懂得用空气作为工作介质传递动力做功，如利用自然风力推动风车、带动水车提水灌田，近代用于汽车的自动开关门、火车的自动抱闸、采矿用风钻等。因为空气作为工作介质具有防火、防爆、防电磁干扰，抗振动、冲击、辐射等优点，近年来气动技术的应用领域已从汽车、采矿、钢铁、机械工业等重工业迅速扩展到化工、轻工、食品、军事工业等各行各业。和液压技术一样，当今气动技术亦发展成包含传动、控制与检测在内的自动化技术，作为柔性制造系统（FMS）在包装设备、自动生产线和机器人等方面成为不可缺少的重要手段。由于工业自动化以及FMS的发展，要求气动技术以提高系统可靠性、降低总成本与电子工业相适应为目标，进行系统控制技术和机电液气综合技术的研究和开发。显然，气动元件的微型化、节能化、无油化是当前的发展特点，与电子技术相结合产生的自适应元件，如各类比例阀和电气伺服阀，使气动系统从开关控制进入到反馈控制。计算机的广泛普及与应用为气动技术的发展提供了更加广阔的前景。
练习题（思考题）
1-1 哪些设备用了液压技术和气压技术？（实习厂或露天作业的设备）1-2 什么是液压传动？基本工作原理是什么？
1-3 液压传动系统有哪些部分组成？各部分的作用是什么？ 1-4 液压元件在系统图中是怎样表示的？
1-5 和其他传动方式相比较，液压传动和气压传动有哪些主要优点和缺点？ 1-6 写一份调查报告，谈谈对液压与气动技术应用的认识。
一、液压技术的发展对液压油性能的要求
随着国内机械设备制造水平的不断提高, 国内液压技术正朝着高精确度、高效率、节能、环保、自动、安全、舒适、可靠等方向发展。随着使用液压油的设备工况日益苛刻, 高新技术愈来愈被广泛应用, 这对液压油性能提出了更高的要求。不仅要求油品具有耐高温、耐高压和高抗磨能力, 还要求油品具有更长的使用寿命。概括起来, 对液压油性能的要求主要有以下几个方面:
1. 操作温度更高, 要求油品具有良好的氧化安定性和热安定性。
2. 为了保证液压元件的使用寿命和系统的稳定, 液压系统使
用了精细过滤元件, 这就要求液压油要在提高其抗氧化性能的同时, 还要具有优良的过滤性。
3. 泵的使用寿命延长, 要求延长换油期。
4. 油箱的尺寸减小, 增加了油品的循环次数, 要求液压油具有更好的热稳定性。
5. 要求使用黏度性能更好的多级液压油。
6. 要求液压油可生物降解和环保。
因此, 要满足液压技术的发展要求, 必须需要优良的液压油产品, 更需要能体现出高性能指标的液压油产品标准。
二、我国液压油产品的标准现状
液压油是润滑油的主要产品之一, 它的研制和生产是液压技术发展的重要组成部分, 对提高液压设备的性能和延长液压元件的使用寿命起着重要作用。1994年制订的液压油产品标准《矿物油型和合成烃型液压油》 (GB11118.1-94) , 包括5个质量等级产品, 其中, HM、HV、HS 3个品种按质量又可分为优等品和一等品, HL、HG 2个品种只设一等品。
1. HL抗氧防锈型液压油。
HL抗氧防锈型液压油共有6个级别 (15号、22号、32号、46号、68号和100号) , 主要用于对润滑油无特殊要求, 环境温度在0℃以上的各类机床的轴承箱、齿轮箱、低压循环系统或类似机械设备循环系统的润滑, 使用寿命比普通机油长一倍。该产品具有较好的橡胶密封适应性, 最高使用温度为80℃。
2. HM抗氧型液压油。
HM抗氧型液压油分为优等品和一等品, 其中一等品有7个黏度级别 (15号、22号、32号、46号、68号、100号和150号) , 优等品有5个黏度级别 (15号、22号、32号、46号、68号) 。HM油在HL油抗氧防锈的基础上突出了极压抗磨性, 适用于高负荷的液压系统。与一等品相比, HM优等品增加了水解安定性、热安定性、过滤性等模拟评定方法, 在抗磨性评价方面, 叶片泵试验的指标也苛刻1倍, 对锈蚀试验的要求也提高了。抗磨液压油主要用于重负荷、中压、高压的叶片泵、柱塞泵和齿轮泵的液压系统, 也可用于中压、高压工程机械、引进设备和车辆的液压系统。为了适应不同金属材料的摩擦副, HM油分为有灰型和无灰型两大类。有灰型抗磨液压油经济性好, 适合钢—钢摩擦副的润滑, 如叶片泵;无灰型抗磨液压油的水解安定性、破乳化、过滤性、氧化安定性方面也比有灰油要好, 适合于钢—铜摩擦副的润滑, 如柱塞泵。
3. HV、HS低温抗磨液压油。
HV、HS低温抗磨液压油是两种不同档次的液压油, 此两类油都有低倾点、优良的抗磨性、低温流动性和低温泵送性。HV、HS液压油按基础油分为矿油型与合成油型两种, 按40℃运动黏度, HV油分为15、22、32、46、68、100共6个牌号, HS油分为15、22、32、46共4个牌号。HV低温液压油主要用于寒区或温度变化范围较大和工作条件苛刻的工程机械、引进设备和车辆的中压或高压液压系统, 如数控机床、电缆井泵以及船舶起重机、挖掘机、大型吊车等液压系统, 使用温度在-30℃以上。HS低温液压油主要用于严寒地区上述各种设备, 使用温度为-30℃以下。
4、HG液压导轨油。
HG液压油原为普通液压油中的32G和68G, 该产品是在HM液压油基础上添加油性剂或减磨剂构成的一类液压油。该油不仅具有优良的防锈、抗氧、抗磨性能, 而且具有优良的抗黏滑性。该产品主要适用于各种机床液压和导轨合用的润滑系统或机床导轨润滑系统以及机床液压系统, 在低速情况下防爬效果良好。目前的液压导轨油属这一类产品, 与抗磨液压油HM比较, 其空气释放性能、抗乳化性能、密封适应性指数的要求降低了, 不控制叶片泵试验, 未规定水解安定性、过滤性、热安定性和剪切安定性试验项目, 但根据油品的应用场合规定了黏滑性指标要求。
三、我国液压油标准的发展设想
根据我国液压油产品的实际和使用情况, 笔者结合液压设备的发展需要, 提出今后我国液压油标准的发展设想。我国液压油标准性能要求较低, GB11118.1-94对HM、HV和HS优级品的抗磨性为通过Vickers104C叶片泵台架, 该台架的压力只有14MPa, 没有达到Denison HF-O的规格要求, 同时还缺少高压柱塞泵试验。
关键词：机械传动；传动系统；机械制造
中图分类号：TH132 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）08-0004-02
1 机械传动技术的发展历史
1.1 机械的主要传动方式介绍
机械的主要传动方式包括：机械传动、流体传动、电传动。目前，电磁轴承、电磁传动等非接触式传动也逐渐出现，将传动技术的范畴拓宽。但具备了机械传动系统必须的要件的“机械传动”仍是最主要的传动形式，如恒功率输出、速度影响、效率等都很好。
1.2 机械传动技术的特性
高效、高速、多功能、精密是机械逐渐达到的范围，那么就必然要求传动机的功能和性能也达到一个高端和精准的层面。在某种程度上，传动技术对机械的工作性能、寿命、能源的消耗、振动的噪声等影响很大。机械传动的形式包括齿轮传动、带链传动、摩擦传动等。
1.3 机械传动科学技术的发展
在最近几年，机械传动技术得到了长足发展，其作为组成机械设备的重要部分之一，与机械诞生及其进步、更换有着紧密的联系，它有助于推动生产力的更新换代，有助于解决一系列的生产难题。在我国早期，指南车有着类似于齿轮传动的装置，美国在20世纪中期将指南车模型进行展览。战国到西汉期间，机械传动的重要标志就是齿轮已经诞生，指南车的发明早于宋代，中国古代科技史学家王振铎认为，三国时期的马钧发明了指南车。
据相关文字记载，表明了机械传动装置大约3000年的历史。在罗马时代，人类文明逐渐进步，谷物碾磨的木制齿轮是在水力驱动下运作的，传动随之出现在人们的视野。瑞典人在谷物磨中率先采用了传动技术史上称得上是突破斜齿轮传动，斜齿轮是由石头制成的，在材料上稍为原始。
14世纪，由于时钟较为精细，传动齿轮逐渐精密、小巧，人们开始研究金属齿轮，以减小尺寸。
18世纪初，蒸汽机进入使用，相续在矿井排水、铁路机车、加工制造等领域。蒸汽机本质上是机械的动力系统，它的发展对于传动系统提出更高的要求，高标准、高质量的金属齿轮传动在之后得到应用。
19世纪末期，电动机和内燃机出现。
20世纪初期，摆线、渐开线齿形的齿轮传动先后出现。40年代左右，渐开线和非渐开线齿轮传动的齿形计算方法、齿轮刀具、被加工齿轮、相互啮合的齿轮之间关系及齿形计算方法、空间三维齿形及其啮合计算方法，逐渐发展开来。20世纪50年代，初步形成了齿轮传动的表面接触和轮齿弯曲强度，以及动载荷的传动设计方法。20世纪60年代，宇航技术的发展要求机械传动更加精确。90年代，人们开发了被广泛用于冶金、船舶、电厂等关键设备及故障诊断的齿轮传动系统的状态监控。这一开发是基于传动系统动力学研究，并在故障诊断与失效预报两个方面也开发了相关的诊断系统。
2 机械传动技术的相关研究
2.1 机械传动的信息化与智能化
信息化和智能化作为现代社会科学发展的重要特征，涉及生产和生活的多方面，机械传动领域也如此。根据原动力系统的效率特征和执行系统的功能，结合了机械传动技术与计算机控制技术，实现了信息化和智能化，通过计算机控制技术，精确实现动力传动功率和速比的实时控制，使原动力系统、传动系统和执行系统趋于融合，这一研究也成为机械装备实现自动化和智能化的重要基础。
在科研人员的研究下，传动系统的信息化与智能化和机械装备的信息化与智能化，已获得了重大进步，在汽车、工程机械和军工机械生产领域被广泛使用。在结合了信息、计算机和控制技术与机械传动技术的基础下，出现机械传动的信息化与智能化，使动力传动功率和速比的实时控制出现，在车辆中广泛应用，包括机械自动变速传动、液力机械自动变速传动和无级自动变速传动三种形式。
2.1.1 液力机械自动变速传动。由液力变矩器和行星齿轮传动构成的液力机械自动变速传动（AT），液力变速器不仅仅可增加扭矩、吸收冲击振动，也可在较小的范围内将无级变速变为现实。机械自动变速传动采用液力变矩器，使得车辆起步换档平稳、舒适。
2.1.2 无级自动变速传动。实现“发动机一变速器一道路负载”的最佳匹配和汽车动力传动系统的最佳燃油经济性和动力性，就是无级自动变速传动（CVT），即带式无级自动变速传动和牵引式无级自动变速传动。
20世纪90年代末期，和日产汽车公司与日本山一润滑油有限公司合作，率先研究并成功开发了牵引式无级自动变速传动，将装车运行实现。由于无级自动变速传动的承载能力较大，被广泛用于大排量的汽车、工程机械和重型装甲车辆，作为未来日本和欧美等发达国家及部分地区的研究重点。
2.2 械传动装置的高性能、低成本、小型轻量化
从传动原理和结构出发，采用高强度的新材料，喷丸、冷挤压、表面涂层和表面复合处理，均可提高传动系统的承载能力和使用寿命，减小传动系统的体积和
重量。
显示在诱导传动部件微点蚀的表面微缺陷和裂纹扩展和热处理交变应力，微点蚀的影响下和裂纹扩展；啮合传动副分析负载条件下，负载分配和牙齿评价之间的关系压力，牙齿牙齿表面改性和负载分布和应力强度，传动部件，如每一个的实力，如寿命设计，是提高承载能力和使用寿命，减少了重量和所需要的传输容量研究的传输系统主题。
现代机械工程的发展对于机械传动系统的要求也越来越高，比如，宇宙空间的真空高、重力微、温差大，海洋环境下的海水腐蚀，强磁场或强强电场等特殊环境下的机械，就需要与该环境相适应的传动系统。
3 传动系统新材料的突破
20世纪50年代，在苏联成功发射人造地球卫星之后，先进材料对高科技的发展影响很大。在机械传动技术领域，性能特点鲜明且独特，如梯度、纳料、陶瓷、高分子聚合物、智能、表面涂层，以及自修复材料等，机械传动技术的发展和性能被这些独特的性能推进发展。作为多学科交叉与结合的结晶——材料科学，与工程技术是密不可分的，并且在全世界的排名中也位居前列。
4 提升机械传动的适应性
真空高，重力微，高温，腐蚀性海水的海洋环境，以及强磁场或强电场作用下的空间特机械环境，我们需要适应传输系统的环境。
此外，微型传动系统作为微机械中重要的研究方向。微型传动系统与普通机械传动的工作原理和性能特征受到尺度效应的影响，存在一定的差异，当传输系统的微米或纳米级的小尺寸，这将是一个很大的新的科学问题。表面积的传输副成分增大，表面力学，表面物理效应，摩擦学，传输和不同规模的常规热传导体积比，我们需要加大研究力度。
5 结语
进入二十一世纪以来，科学技术的发展，包括信息和控制、新材料、能源和环保以及先进的制造技术，已逐得到创新和发展，科学在这些领域的技术进步的一个重要领域，以促进科学和技术的发展的机械传动。在很大程度上机械传动技术的发展与突破影响着机械传动的发展与振兴，对机械传动的研究必将更加深入。
参考文献
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