曾有人问,现在飞机、汽车上都有一套或者多套的液压系统来控制或者驱动机械设备,为什么不用电气设备替代呢?电缆不是比油管更容易安装便于设计吗?事实上,关于液压驱动和电气驱动,谁将代替谁,谁将被淘汰的讨论,已经不是第一次这样了。那么,为何会如此呢?
首先还是源于液压驱动的三大顽疾,一个是油脏,这个不仅污染环境,而且更容易污染自身液压系统;另一个就是漏油,容易堵塞。真是不修不知道,一修闹心苦啊!几乎所有的修理师傅都比较痛苦修液压系统漏油,脏不说,那种长时间作业修理的环境真是够人受的。第三个就是 能源效率低,控制精度不高。
但是,相比较电气驱动,这些所谓的“顽疾和麻烦”就相对少了。众所周知,电气传动是通过电来进行传动和控制的,利用交流电机来传动,简单而应用广泛。其电气控制,特别是电子计算机控制,具有信号变化及传递方便,远距离操纵容易等独特优点,因此在自动化程度要求高的场合是必不可少的。尤其随着现代科技的发展以及智能化、自动化技术的普及,人类都比较倾向于更加省力、省心、省时的技术了,这是科技文明更迭发展的必然方向。因此,大家潜意识地会认为电气驱动早晚会代替液压驱动。
但对于液压驱动来说,系统不是没有优点的。众所周知,一般情况下电气驱动所需的电能是必须通过电机才能转换成机械能的,而电机又必须配合减速箱、滚珠丝杠等传动部件才能实现具体动作。其所需的空间很大,也很固定。此外,电力传动的能量密度相对很小,试想下,如果飞机要产生那么大的动能,得放置多么大规模的电机才能运转呢?可以说,想要输出同样的动力,电耗根本玩不起。况且飞机对空间是那么敏感的。因此,对于这方面来说,液压功率的密度就相对较大,做同样的功率液压元件体积小,而且摆放方便。同时,液压可以执行直线运动和回转运动,电机却只能做回转。此外,在提供短距高数值的量方面,液压具有无可比拟的优势,液压机构能在极端的时间内产生数吨动力。最主要一点,现阶段的液压驱动整套系统性价比高啊。
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对此,知乎Hey man详细总结了液压传动与其他传动来比较的一些优点,特地罗列了出来,咱们看一下:
(1)易于获得较大的力或力矩
液压传动是利用液体的压力来传递力或力矩的。液压泵可以获得较高的压力,目前液压泵可达35MPa的压力,因此液压缸可获得很大的力或力矩。例如一个30cm直径的液压缸,当压力为21MPa时,可获得1.48×10^6N的推力,因此被广泛应用于需要很大力或力矩的重型机械上。
(2) 功率重量比大
功率重量比是指其输出功率与其重量的比值。功率重量比大的设备即重量和体积较小而能输出较大的功率。例如飞机上的液压泵,每kW功率的重量只有0.209kg,而电动机每kW的重量将达1.5-2kg。所以在要求传递大功率而又不允许有较大体积的情况下应采用液压传动。
(3) 易于实现往复运动
液压面对实现往复运动是最方便的,而电动机则须通过齿轮齿条等机构把旋转运动变成直线往复运动。
(4) 易于实现较大范围的无级变速
液压传动通过调节液体的流量就可以方便地实现无级变速,而且速比范围大。例如用节流阀调节流量时,其流量变化可从0.02L/min变到10OL/min调速比可达5000,其他传动形式的速比是无法比拟的。
(5)传递运动平稳
由于液压流体的控制可以在非常小的流量时仍然很均匀,所以设备的运动速度可以很平稳,例如机床中可以实现1mm/min以下的无爬行稳定进给。
(6) 可实现快速而且无冲击的变速和换向
这是由于液压机构的功率重量比大,所以液压设备的惯性小,因此反应速度就快。例如液压马达的旋转惯量不超过同功率电动机的10 %,故起动中等功率电动机要1~2s,而同功率的液动机械的起动时间不超过O.ls。故在高速换向频繁的机床上(如平面磨床、龙门刨床)采用液压传动可使换向冲击大大减少。
(7) 与机械传动相比易于布局和操纵
液压传动部件由管道相连,故在安装位置上有很大的自由度,各部件可以安放在我们希望的位置上。例如把泵源放到不影响机器布局的地方,把操纵机构放在最方便的地方,例如轮船上的操纵机构放在船舱前部的驾驶台上,而其舵机则在船尾,这用机械传动是难于实现的,而液压传动则没有困难。
(8) 易于防止过载事故
在液压传动中可以方便地用压力阀来控制系统的压力,从而防止过载,避免事故的发生,而且可以通过装在系统中的压力计来了解各处的工作情况和负载大小,而在机械传动中各处的负载大小就不易观察。
(9) 自动润滑、元件寿命较长
液压传动中使用的介质大都为矿物油,它对液压部件产生润滑作用,因此液压元件有自润滑作用,其寿命就较长。
(10) 易于实现标准化、系列化
各种液压系统都是由液压元件构成,因此对液压元件实现标准化、系列化,可大大提高生产效率,降低成本,提高产品质量。
对于液压驱动和电气驱动,未来哪种才是机械制造业的主流驱动呢?对此,你有什么看法和认为呢?
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