一、多種傳動(dòng)方式的比較

  傳遞動(dòng)力主要有三種基本方式機(jī)械傳動(dòng)、電力傳動(dòng)及流體動(dòng)力傳動(dòng)(含氣壓傳動(dòng)和液壓傳動(dòng))。為了能正確地選擇傳動(dòng)方式，首先要了解和對(duì)比每種傳動(dòng)方式的基本特點(diǎn)。

  機(jī)械傳動(dòng)是通過(guò)齒輪、齒條、帶、鏈等機(jī)件傳遞動(dòng)力和進(jìn)行控制的。其優(yōu)點(diǎn)是傳動(dòng)準(zhǔn)確可靠，制造容易，操作簡(jiǎn)單，維護(hù)方便和傳動(dòng)效率高等。其缺點(diǎn)是一般不能進(jìn)行無(wú)級(jí)調(diào)速，遠(yuǎn)距離傳動(dòng)較困難，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜等。

  電力傳動(dòng)是利用電力設(shè)備并調(diào)節(jié)電參數(shù)來(lái)傳遞動(dòng)力和進(jìn)行控制的。其主要優(yōu)點(diǎn)是能量傳遞方便，信號(hào)傳遞迅速，標(biāo)準(zhǔn)化程度高，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化等。其缺點(diǎn)是運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性差，易受外界負(fù)載的影響，慣性大，起動(dòng)及換向慢，成本較高，受溫度、濕度、振動(dòng)、腐蝕等環(huán)境因素影響較大。為了改善其傳動(dòng)性能，有些場(chǎng)合往往與機(jī)械、氣壓或液壓傳動(dòng)結(jié)合使用。

  氣壓傳動(dòng)是用壓縮空氣作為工作介質(zhì)進(jìn)行能量傳遞和控制的。其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，易于實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速，阻力損失小，防火、防爆，對(duì)工作環(huán)境適應(yīng)性好。其缺點(diǎn)是空氣易壓縮，負(fù)載對(duì)傳動(dòng)特性的影響較大，工作壓力低，只適用于小功率傳動(dòng)。

  與上述傳動(dòng)方式相比，液壓傳動(dòng)具有其獨(dú)特的優(yōu)越性。表1-1 列舉了各種傳動(dòng)方式的幾種主要傳動(dòng)特性的比較。

表1-1 各種傳動(dòng)方式的主要傳動(dòng)特性比較

  二、液壓傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)

  1)功率-質(zhì)量比及力-質(zhì)量比大，控制靈活，響應(yīng)速度快。相同功率的液壓泵或液壓馬達(dá)的功率-質(zhì)量比要比電機(jī)的大十倍，而外形尺寸只有電機(jī)的12%左右。例如，一般發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)的功率-質(zhì)量比約為165W/kg，而液壓泵和液壓馬達(dá)可達(dá)1650W/kg，在航空、航天領(lǐng)域應(yīng)用的液壓馬達(dá)可達(dá)6600W/kg。由于液壓傳動(dòng)的體積小、質(zhì)量輕，因而慣性小，起動(dòng)、制動(dòng)迅速。例如，起動(dòng)一個(gè)中等功率的電動(dòng)機(jī)需要1s或更長(zhǎng)一些時(shí)間，而起動(dòng)同等功率的液壓馬達(dá)只需0.1s左右。所以，利用液壓傳動(dòng)易于實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)的起、停、變速或換向。

  液壓缸單位面積的輸出力及力-質(zhì)量比分別可達(dá)700~3000N/cm2及13000N/kg，而對(duì)于直流直線式電動(dòng)機(jī)則分別為30N/cm2及130N/kg，兩者相差近百倍。一般液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)動(dòng)慣量比是同容量電動(dòng)機(jī)的10~20倍。轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)動(dòng)慣量比大，就意味著液壓系統(tǒng)能產(chǎn)生大的加速度，也就是說(shuō)時(shí)間常數(shù)小，響應(yīng)速度快，具有良好的動(dòng)態(tài)品質(zhì)。

  2)速度調(diào)節(jié)容易，而且能方便地實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速，調(diào)速范圍大，低速性能好。液壓傳動(dòng)可以在比較大的調(diào)速范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速，調(diào)速比可達(dá)100∶1~2000∶1。多作用內(nèi)曲線液壓馬達(dá)可在0.5～1r/min的轉(zhuǎn)速下平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)，單作用靜力平衡液壓馬達(dá)的最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速可小于5r/min。采用電力傳動(dòng)雖可實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速，但調(diào)速范圍小得多，且低速時(shí)不穩(wěn)定。

  3)操縱省力，控制方便，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化或遙控。液壓傳動(dòng)本身的調(diào)節(jié)、控制比較簡(jiǎn)單，操縱方便、省力。特別是電液聯(lián)合應(yīng)用時(shí)，很容易實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的程序動(dòng)作和遠(yuǎn)程控制。

  4)利用溢流閥很容易實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)，工作安全可靠。

  5)由于工作介質(zhì)的潤(rùn)滑和吸振作用，使液壓傳動(dòng)工作平穩(wěn)，使用壽命長(zhǎng)。

  6)液壓元件容易實(shí)現(xiàn)通用化、標(biāo)準(zhǔn)化和系列化，便于設(shè)計(jì)、制造和推廣使用。

  7)液壓傳動(dòng)的各類元件可以根據(jù)主機(jī)需要靈活布置。液壓傳動(dòng)是通過(guò)管路中的油液來(lái)傳遞動(dòng)力的，因此可以把液壓馬達(dá)或液壓缸安置在遠(yuǎn)離原動(dòng)機(jī)的任意位置，而不需要中間的機(jī)械傳動(dòng)環(huán)節(jié)。如果液壓馬達(dá)或液壓缸在工作時(shí)的位置會(huì)發(fā)生變動(dòng)，則只需采用撓性管道連接就可保證其正常工作，這是機(jī)械傳動(dòng)難以實(shí)現(xiàn)的。

  三、液壓傳動(dòng)的缺點(diǎn)

  液壓傳動(dòng)雖然具有許多突出優(yōu)點(diǎn)，但也存在以下缺點(diǎn)：

  1)液壓傳動(dòng)以液體作為工作介質(zhì)，在液壓元件中相對(duì)運(yùn)動(dòng)的摩擦副間無(wú)法避免泄漏，再加上液體的可壓縮性及管路彈性變形等原因，難以實(shí)現(xiàn)嚴(yán)格的傳動(dòng)比。油液泄漏將造成環(huán)境污染、資源浪費(fèi)，油液燃燒可能導(dǎo)致重大事故。

  2)液體粘度和溫度有密切關(guān)系，當(dāng)粘度隨溫度變化時(shí)，將直接影響泄漏、壓力損失及通過(guò)節(jié)流元件的流量等，從而引起執(zhí)行元件運(yùn)動(dòng)特性的變化。液壓油液的性能及使用壽命均受溫度影響很大，所以，液壓系統(tǒng)不宜在很高或很低的溫度下工作

  3)傳動(dòng)效率較低。液壓系統(tǒng)中的能量要經(jīng)過(guò)兩次轉(zhuǎn)換，在能量轉(zhuǎn)換及傳遞過(guò)程中存在機(jī)械摩擦損失壓力損失及泄漏損失。加之對(duì)液壓系統(tǒng)能量利用不盡合理等原因，使液壓傳動(dòng)的效率偏低。

  4)液壓傳動(dòng)的工作可靠性目前還不如電力傳動(dòng)和機(jī)械傳動(dòng)。其主要原因是工作中液壓元件的摩擦副承受很大的比壓和相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度，很容易導(dǎo)致磨損失效。特別是當(dāng)工作介質(zhì)污染嚴(yán)重時(shí)，更會(huì)加劇磨損，實(shí)至堵塞控制通道，導(dǎo)致失效，使使用壽命和可靠性降低。

  5)液壓元件的制造精度要求高，造價(jià)較貴，使用、維護(hù)要求有一定的專業(yè)知識(shí)和較高的技術(shù)水平。

  6)液壓能的獲得與傳遞不如電能方便。由于壓力損失等原因，液壓能不宜遠(yuǎn)距離輸送。

  7)液壓系統(tǒng)中各種元件、輔件及工作介質(zhì)均在封閉的系統(tǒng)內(nèi)工作，其故障征兆難以及時(shí)發(fā)現(xiàn)，故障原因較難確定。

  四、液壓傳動(dòng)的主要應(yīng)用領(lǐng)域

  總的來(lái)說(shuō)，液壓傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)很多，但其缺點(diǎn)也不容忽視。為了提高其競(jìng)爭(zhēng)力，液壓技術(shù)一直在不斷地發(fā)展和進(jìn)步，借助于現(xiàn)代科技的支持及相關(guān)學(xué)科的最新成果，其缺點(diǎn)正逐步被克服，性能正不斷提高，應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷擴(kuò)大。當(dāng)前廣泛應(yīng)用液壓技術(shù)的領(lǐng)域主要包括以下五個(gè)方面：

  1)工業(yè)機(jī)械。液壓技術(shù)可應(yīng)用于鍛壓機(jī)械、注塑機(jī)、擠壓機(jī)、冶金機(jī)械、礦山機(jī)械、包裝機(jī)械、機(jī)床、加工中心、機(jī)器人、試驗(yàn)機(jī)以及其他生產(chǎn)設(shè)備等，一般稱為工業(yè)液壓技術(shù)。

  2)行走機(jī)械。液壓技術(shù)可應(yīng)用于工程機(jī)械、建筑機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī)械、汽車以及其他可移動(dòng)設(shè)備等，一般稱為行走機(jī)械液壓技術(shù)。

  3)航空及航天。液壓技術(shù)可應(yīng)用于飛機(jī)、宇宙飛船、導(dǎo)彈液壓舵機(jī)、火箭姿態(tài)控制及衛(wèi)星發(fā)射裝置等，一般稱為航空航天液壓技術(shù)。

  4)船艦(艇)。液壓技術(shù)可應(yīng)用于船舶、艦艇中的舵機(jī)、甲板機(jī)械、操作系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、海水淡化及水霧滅火系統(tǒng)等，一般稱為船舶液壓技術(shù)。

  5)海洋開(kāi)發(fā)工程。液壓技術(shù)可應(yīng)用于海洋鉆探平臺(tái)、海底工作機(jī)械、海洋開(kāi)發(fā)機(jī)械及水下作業(yè)工具等，一般稱為海洋工程液壓技術(shù)。