水压传动技术在移动机械中的应用
发布时间：2017-09-01
1 移动机械液压传动的特点
西方国家一般把液压技术分为工业用液压技术(IndustrialHydraulic,固定设备用)和移动设备用液压技术(Mobile Hydraulic)。这种分类方式也从2003年5月在芬兰堪培拉举行的第八届斯堪的诺维亚国际流体动力会议上体现了出来。此次会议的主题主要有3个,一是工业液压(Industrial Hydraulics),二是移动液压(Mobile Hydraulics),其次是水液压(WaterHydraulics)。液压技术在移动机械中主要应用于工作部件的驱动装置、以转向系统为主的助力操纵装置及直接用于驱动行走轮或履带的行走驱动装置等。在农业拖拉机、自走式农林机械、起重运输机械、工程机械、建筑机械、市政工程及环卫机械、特种车辆、军用车辆等方面均有应用。就基本原理来说,固定设备和移动设备用的液压技术没有什么区别,但由于使用环境和主机要求不同,两者之间还是存在显著的差别,主要表现在:
(1)受安装空间限制,移动设备用的液压元件需要更紧凑、更轻小的结构,即具有更高的功率密度;
(2)受安装位置的限制,移动设备用液压元件上的各种接口更多地采用插装或管式连接方式;
(3)许多泵和马达类移动设备用液压元件的轴伸、法兰等连接尺寸执行的是车辆用标准(例如SAE标准),并非工业液压件标准;
(4)一般来说,移动设备用液压装置对效率的要求比工业固定设备更苛刻,而对控制精度和噪声的要求则低一些,而且还要求能承受恶劣的现场工作环境和高温。
2 水压传动应用于移动机械的优势
水压传动研究是从20世纪六七十年代开始兴起的。同传统的以矿物型液压油作为工作介质进行能量传递的液压传动相比,水压传动具有下列优点:
(1)无污染,与环境的兼容性好。统计表明,有大约85%液压介质由于密封失效或事故而最终从系统中泄漏掉,这些泄漏掉的液压介质本身绝大多数难于生物降解或含有有毒的化学添加剂,对地下水以及生物环境会造成严重的污染。水(包括海水和淡水等)则没有污染,与环境完全相容,无论在陆地、海洋还是在空中使用,系统中水的泄漏或排放均不会对环境造成任何污染。这将使得移动机械的应用范围得到拓展,在一些环境保护严格的地方得到应用。
(2)响应速度快、控制精度高。水的弹性模量比典型液压油的大,可压缩性小,刚性大,因而系统响应速度快;加之水的黏温、黏压系数小,系统工作稳定,使水压系统可以获得比油压系统更为精确的位置控制精度。
(3)系统效率高。水的黏度低,系统的沿程阻力损失小;水的弹性模量大,压缩损失小;因此,水压系统的效率可大大提高。
(4)经济方便。水随处可取,没有购买、储存、运输等费用,不受市场供求的影响;其维护及处理也简单、方便。既节省了费用,又节约了宝贵的石油资源。
(5)有利于设备的小型化。由于水的黏性比油要小,在相同的压力损失下允许流过更大的流量。因此在相同的压力损失和流量下,水压元件可以采取更紧凑的结构形式。这将使得移动机械的机动性得到提高。
(6)对温度不敏感。由于水的比热较油大,在系统产生相同热量时,水压系统的温升比油压系统要低。水压传动的上述优点使得其在移动机械上有着巨大的应用前景。目前,以水压驱动的移动机械主要应用在:在对环境保护比较敏感的地方,如中心城区、公园、近海水域、岛屿、牧场和森林等。在一些对环境保护特别重视的国家,由于法律规定和/绿色0环保组织的影响,水压传动驱动的移动机械尤其受到重视。
3 水压传动应用于移动机械的典型例子
水压传动除了在军事方面的应用,如水下作业、海洋救生等,在民用方面,首先应用于消防、高压水清洗及放射性材料的处理,然后在食品加工行业得到了应用。在移动机械方面则还处于初级阶段,属于探索和开发时期,美国、芬兰、丹麦等开展水压传动比较早的国家正在进行这方面的研究工作。下面介绍两个典型的水压驱动移动机械的例子。
1)割草机
美国普渡大学(Purdue University)2002年用水压系统取代油压系统,对Jacobson Greens KingÖ型割草机进行改造。相对于油压元件,现有的水压元件品种少,可以供选择的余地很小。在研究过程中,需要克服下列问题:(1)没有可变量水压泵供选择;(2)要消除水压马达的轴向负载;(3)元件的布置和固定;(4)水压转向控制阀的设计;(5)割草机工作部分的设计。图1为收割机的液压系统简图。该系统主要完成转向、提升、驱动等功能。水压泵采用PAH80型定量轴向柱塞泵,该泵的最高工作压力为16 MPa,1500 r/min时的最大流量为112 L/min。进入各分系统的流量由带压力补偿的流量控制阀来进行调整。初步的试验表明,针对割草机而言,用水压系统是可以取代油压系统的。然而,由于没有变量泵可以采用,系统的效率受到很大影响。另外,静液压传动需要改进;需要设计出适合割草机的专用元件,如转向控制阀等,以提高系统的可靠性。
2)垃圾打包车
水压传动在移动机械上成功应用的另一个例子是垃圾打包车。在瑞典,政府制定法规将城市按环境状况划分为不同的区域,城市中心由于人口集中,交通拥挤,被认为是环境承受能力最脆弱的地方。只有与环境兼容性好的车辆允许进入市中心,否则会被罚款。正是由于对环境保护的高度重视,在瑞典政府的支持下,打包机生产厂家、垃圾处理部门和水压元件生产商联合开发了如图2所示的采用水压传动系统代替油压传动系统的垃圾打包车。系统最高工作压力14 MPa。由于采用水压系统,该车每年减少废油12000 L,系统即使泄漏也不会污染环境,对人产生危害。该车在德国、意大利都曾经展出过,受到各方面的重视。
总之,水压传动技术在移动机械中的应用将使得移动机械与环境更友善,为移动机械的环境污染、泄漏等问题提供了一个理想的解决方案。但在目前,水压传动技术在移动机械中的应用还处于试验和摸索阶段。为了使得水压传动在移动机械中能得到充分应用,需要完善水压元件的类型,同时研制移动机械所需的特殊的水压元件。另外,还需对相关的技术如静液压传动技术、负载传感技术等进行深入研究,以提高系统的效率和可靠性。
摘自：中国计量测控网
