水壓傳動技術在移動機械中的應用
發布時間：2017-09-01
1 移動機械液壓傳動的特點
西方國家一般把液壓技術分為工業用液壓技術(IndustrialHydraulic,固定設備用)和移動設備用液壓技術(Mobile Hydraulic)。這種分類方式也從2003年5月在芬蘭堪培拉舉行的第八屆斯堪的諾維亞國際流體動力會議上體現了出來。此次會議的主題主要有3個,一是工業液壓(Industrial Hydraulics),二是移動液壓(Mobile Hydraulics),其次是水液壓(WaterHydraulics)。液壓技術在移動機械中主要應用于工作部件的驅動裝置、以轉向系統為主的助力操縱裝置及直接用于驅動行走輪或履帶的行走驅動裝置等。在農業拖拉機、自走式農林機械、起重運輸機械、工程機械、建筑機械、市政工程及環衛機械、特種車輛、軍用車輛等方面均有應用。就基本原理來說,固定設備和移動設備用的液壓技術沒有什么區別,但由于使用環境和主機要求不同,兩者之間還是存在顯著的差別,主要表現在:
(1)受安裝空間限制,移動設備用的液壓元件需要更緊湊、更輕小的結構,即具有更高的功率密度;
(2)受安裝位置的限制,移動設備用液壓元件上的各種接口更多地采用插裝或管式連接方式;
(3)許多泵和馬達類移動設備用液壓元件的軸伸、法蘭等連接尺寸執行的是車輛用標準(例如SAE標準),并非工業液壓件標準;
(4)一般來說,移動設備用液壓裝置對效率的要求比工業固定設備更苛刻,而對控制精度和噪聲的要求則低一些,而且還要求能承受惡劣的現場工作環境和高溫。
2 水壓傳動應用于移動機械的優勢
水壓傳動研究是從20世紀六七十年代開始興起的。同傳統的以礦物型液壓油作為工作介質進行能量傳遞的液壓傳動相比,水壓傳動具有下列優點:
(1)無污染,與環境的兼容性好。統計表明,有大約85%液壓介質由于密封失效或事故而最終從系統中泄漏掉,這些泄漏掉的液壓介質本身絕大多數難于生物降解或含有有毒的化學添加劑,對地下水以及生物環境會造成嚴重的污染。水(包括海水和淡水等)則沒有污染,與環境完全相容,無論在陸地、海洋還是在空中使用,系統中水的泄漏或排放均不會對環境造成任何污染。這將使得移動機械的應用范圍得到拓展,在一些環境保護嚴格的地方得到應用。
(2)響應速度快、控制精度高。水的彈性模量比典型液壓油的大,可壓縮性小,剛性大,因而系統響應速度快;加之水的黏溫、黏壓系數小,系統工作穩定,使水壓系統可以獲得比油壓系統更為精確的位置控制精度。
(3)系統效率高。水的黏度低,系統的沿程阻力損失小;水的彈性模量大,壓縮損失小;因此,水壓系統的效率可大大提高。
(4)經濟方便。水隨處可取,沒有購買、儲存、運輸等費用,不受市場供求的影響;其維護及處理也簡單、方便。既節省了費用,又節約了寶貴的石油資源。
(5)有利于設備的小型化。由于水的黏性比油要小,在相同的壓力損失下允許流過更大的流量。因此在相同的壓力損失和流量下,水壓元件可以采取更緊湊的結構形式。這將使得移動機械的機動性得到提高。
(6)對溫度不敏感。由于水的比熱較油大,在系統產生相同熱量時,水壓系統的溫升比油壓系統要低。水壓傳動的上述優點使得其在移動機械上有著巨大的應用前景。目前,以水壓驅動的移動機械主要應用在:在對環境保護比較敏感的地方,如中心城區、公園、近海水域、島嶼、牧場和森林等。在一些對環境保護特別重視的國家,由于法律規定和/綠色0環保組織的影響,水壓傳動驅動的移動機械尤其受到重視。
3 水壓傳動應用于移動機械的典型例子
水壓傳動除了在軍事方面的應用,如水下作業、海洋救生等,在民用方面,首先應用于消防、高壓水清洗及放射性材料的處理,然后在食品加工行業得到了應用。在移動機械方面則還處于初級階段,屬于探索和開發時期,美國、芬蘭、丹麥等開展水壓傳動比較早的國家正在進行這方面的研究工作。下面介紹兩個典型的水壓驅動移動機械的例子。
1)割草機
美國普渡大學(Purdue University)2002年用水壓系統取代油壓系統,對Jacobson Greens King?型割草機進行改造。相對于油壓元件,現有的水壓元件品種少,可以供選擇的余地很小。在研究過程中,需要克服下列問題:(1)沒有可變量水壓泵供選擇;(2)要消除水壓馬達的軸向負載;(3)元件的布置和固定;(4)水壓轉向控制閥的設計;(5)割草機工作部分的設計。圖1為收割機的液壓系統簡圖。該系統主要完成轉向、提升、驅動等功能。水壓泵采用PAH80型定量軸向柱塞泵,該泵的最高工作壓力為16 MPa,1500 r/min時的最大流量為112 L/min。進入各分系統的流量由帶壓力補償的流量控制閥來進行調整。初步的試驗表明,針對割草機而言,用水壓系統是可以取代油壓系統的。然而,由于沒有變量泵可以采用,系統的效率受到很大影響。另外,靜液壓傳動需要改進;需要設計出適合割草機的專用元件,如轉向控制閥等,以提高系統的可靠性。
2)垃圾打包車
水壓傳動在移動機械上成功應用的另一個例子是垃圾打包車。在瑞典,政府制定法規將城市按環境狀況劃分為不同的區域,城市中心由于人口集中,交通擁擠,被認為是環境承受能力最脆弱的地方。只有與環境兼容性好的車輛允許進入市中心,否則會被罰款。正是由于對環境保護的高度重視,在瑞典政府的支持下,打包機生產廠家、垃圾處理部門和水壓元件生產商聯合開發了如圖2所示的采用水壓傳動系統代替油壓傳動系統的垃圾打包車。系統最高工作壓力14 MPa。由于采用水壓系統,該車每年減少廢油12000 L,系統即使泄漏也不會污染環境,對人產生危害。該車在德國、意大利都曾經展出過,受到各方面的重視。
總之,水壓傳動技術在移動機械中的應用將使得移動機械與環境更友善,為移動機械的環境污染、泄漏等問題提供了一個理想的解決方案。但在目前,水壓傳動技術在移動機械中的應用還處于試驗和摸索階段。為了使得水壓傳動在移動機械中能得到充分應用,需要完善水壓元件的類型,同時研制移動機械所需的特殊的水壓元件。另外,還需對相關的技術如靜液壓傳動技術、負載傳感技術等進行深入研究,以提高系統的效率和可靠性。
摘自：中國計量測控網
