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液壓技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展
2.1液壓現(xiàn)場總線技術(shù)
2.1.1液壓現(xiàn)場總線技術(shù)的定義
現(xiàn)場總線是連接智能化儀表和液壓PLC控制實驗臺自動化系統(tǒng)的全數(shù)字式、雙向傳輸、多分支結(jié)構(gòu)的通信網(wǎng)絡(luò)?，F(xiàn)場總線控制系統(tǒng)簡化為工作站和現(xiàn)場設(shè)備兩層結(jié)構(gòu)，它可以看作是一個由數(shù)字通訊設(shè)備；和監(jiān)控設(shè)備組成的分布式系統(tǒng)從計算機(jī)角度看，現(xiàn)場總線是一種工業(yè)網(wǎng)絡(luò)平臺；從通信角度看，它是一種新的全數(shù)字串行、雙向、多路設(shè)備的通信方式；從工程角度看，它是一種工廠結(jié)構(gòu)化布線。
隨著現(xiàn)代制造技術(shù)的快速發(fā)展，液壓傳動實訓(xùn)臺流體控制技術(shù)和電子控制技術(shù)的結(jié)合越來越緊密，在液壓領(lǐng)域越來越多的人開始使用或關(guān)注總線技術(shù)在液壓系統(tǒng)中的應(yīng)用，液壓綜合實驗臺技術(shù)人員也越來越感受到現(xiàn)場總線技術(shù)的優(yōu)越性。液壓實訓(xùn)臺系統(tǒng)是在液壓總線的供油路和回油路間安裝數(shù)個開關(guān)液壓源，與其各自的控制閥、執(zhí)行器相連接。開關(guān)液壓源包括液感元件、高速開關(guān)閥、單向閥、液容元件。根據(jù)液壓傳動實驗室設(shè)備功能不同，它可組合成升壓或降壓增流型開關(guān)液壓傳動演示系統(tǒng)。由于將開關(guān)源的輸入端直接掛在液壓總線上，通過高速開關(guān)方式加以升壓或降壓增流。該工程液壓傳動實訓(xùn)臺系統(tǒng)克服了傳統(tǒng)液壓系統(tǒng)無法實現(xiàn)升壓以及降壓增流的問題，*終輸出與各執(zhí)行器需求相適應(yīng)的壓力和流量。
2.1.2現(xiàn)場總線技術(shù)在液壓系統(tǒng)應(yīng)用中的特點
( 1 )經(jīng)濟(jì)性。任何一種新技術(shù)新產(chǎn)品的開發(fā)與使用，其成本是首先需要考慮的因素之一，總線技術(shù)也不例外。工程液壓氣動PLC綜合控制實驗臺設(shè)計開發(fā)總線技術(shù)產(chǎn)品的初衷之一就是降低系統(tǒng)及工程成本。所以，應(yīng)用單位使用總線產(chǎn)品和供應(yīng)商提供產(chǎn)品的第一前提應(yīng)該是以降低總線系統(tǒng)的使用成本為目的。
( 2 )按 I E C 6 1 1 3 1 — 3標(biāo)準(zhǔn)的柔性化程序，易學(xué)、易懂，可操作性強(qiáng)。
( 3 )可靠性、可維護(hù)性?，F(xiàn)場總線技術(shù)采用總線代替一對一的 I ／ O連線。對于大規(guī)模 I ／ O系統(tǒng)來說，減少了由接線點造成的不可靠因素，同時系統(tǒng)具有在線故障診斷，報警記錄功能；可完成現(xiàn)場氣動液壓PLC綜合控制實驗臺液壓系統(tǒng)的遠(yuǎn)程參數(shù)設(shè)定、 修改等參數(shù)化工作，增強(qiáng)了系統(tǒng)的可維護(hù)性。
(4)友好的人機(jī)對話界面，可方便進(jìn)行透明液壓實訓(xùn)臺液壓系統(tǒng)的參數(shù)修改和故障監(jiān)控。
(5)滿足所有有關(guān)人身安全 、電磁兼容、抗沖擊及抗震動的重要標(biāo)準(zhǔn)。
(6)相對于傳統(tǒng)的透明液壓傳動實訓(xùn)裝置液壓比例控制系統(tǒng)更具有其價格競爭優(yōu)勢。
2.2水壓元件及系統(tǒng)
2.2.1水壓傳動技術(shù)概述
用水作介質(zhì)的液壓元件古而有之，*早的氣動實訓(xùn)臺液壓設(shè)備就是用水的。今滅隨便一個洗車店里都裝備了帶容積式泵的高壓清洗機(jī)這樣的氣動PLC控制實驗臺。但后來所謂“水壓機(jī)”的介質(zhì)中也添加了許多東西以滿足方方面面的性能要求，其實是一種乳化液。后來發(fā)展的“難燃液壓液”有幾種也是水基的。在某種意義上，氣動液壓PLC綜合控制實驗室設(shè)備液壓技術(shù)的發(fā)展是一個元件與工作介質(zhì)互相適應(yīng)和協(xié)調(diào)發(fā)展的歷史。液壓介質(zhì)性能水平的提高對于現(xiàn)代液壓技術(shù)的發(fā)展功不可沒?，F(xiàn)在所謂的氣動實驗臺水液壓元件企圖用普通水或天然海水作為介質(zhì)，所有技術(shù)難點就都集中到了元件本身。
透明液壓傳動實驗裝置的發(fā)展越來越依賴于材料科學(xué)和制造技術(shù)的進(jìn)步，這在水液壓元件中體現(xiàn)得尤為突出。在現(xiàn)代技術(shù)條件下，造出能在密封、潤滑、抗蝕等性能方面適應(yīng)純水甚至海水介質(zhì)的透明液壓傳動與氣動綜合控制實驗臺液壓元件是可能的，當(dāng)然由于無法同時改進(jìn)介質(zhì)的相關(guān)特性，水液壓裝置的性能，特別是性價比較高之元件和介質(zhì)都經(jīng)過多年“磨合”和優(yōu)化的透明液壓傳動實訓(xùn)臺會大打折扣，一般也只能在水的冰點以上才能運行。水上和水下作業(yè) 的船只和裝置上，以及用高壓水工作的設(shè)備中(如高壓水清洗、切割設(shè)備、消防設(shè)備和藝術(shù)噴泉等)，使用直接從外界吸水和向外排水的開式循環(huán)的水液壓系統(tǒng)有其必要性和合理性。
水壓傳動液壓傳動實訓(xùn)臺技術(shù)就是基于綠色設(shè)計和清沽生產(chǎn)技術(shù)而重新崛起的一門新技術(shù)。是新型工業(yè)化發(fā)展進(jìn)程中出現(xiàn)的一門綠色新技術(shù)。由于水具有清潔、尤污染、廉價、安全、取之方便、再利用率高、處理簡單等突出優(yōu)點，用其取代礦物油作為液壓實訓(xùn)臺液壓系統(tǒng)工作介質(zhì)時不僅能夠解決未來因石油枯竭帶來的能源危機(jī)，而且能夠*大限度地解決因礦物油泄漏和排放帶來的污染與安全問題，*符合環(huán)境保護(hù)以及可持續(xù)發(fā)展的要求，使得人們開始重新考慮和認(rèn)識到將這一清潔能源作為液壓系統(tǒng)工作介質(zhì)的重要性，并已引起人們的普遍關(guān)注，成為現(xiàn)代液壓綜合實驗臺水壓傳動技術(shù)發(fā)展的*直接動力。
2.2.2水壓傳動技術(shù)特點
( 1 )資源豐富，來源廣泛，再利用率高。水是地球上*為豐富且與世共生的資源，在液壓PLC控制實驗臺水壓傳動系統(tǒng)應(yīng)用的整個周期內(nèi)，可多次回收，重復(fù)使用，且不易變質(zhì)
( 2 )水是一種無毒無污染資源，對人體和環(huán)境尢害。有利于提高T作環(huán)境的舒適性和安全性 ，排除的液體不需作任何處理即可直接排放 ，從根本上消除油壓傳動系統(tǒng)岡泄漏和排放 而造成的牛產(chǎn)與環(huán)境污染。
( 3 )阻燃性好，安全性高。特別適合高溫、核輻射和明火等場合下的應(yīng)用，有效地解決油壓傳動所帶來的易燃 、易爆 、油蒸汽對人體的危害等安全問題以及核輻射造成的液油變質(zhì)和放射性污染等問題。
( 4 )處理技術(shù)與工藝簡單 ，液壓傳動實驗室設(shè)備系統(tǒng)的運行與維修費用低。水長時間使用不會變質(zhì)，使用前后的水處理簡單；而且液壓傳動演示系統(tǒng)在航運、水下作業(yè)、潛艇等水環(huán)境下工作時，不用油箱 、冷卻裝置，大大簡化了工程液壓傳動實訓(xùn)臺系統(tǒng)。
2.2.3水壓傳動技術(shù)的應(yīng)用及展望
隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，工程液壓氣動PLC綜合控制實驗臺水壓產(chǎn)品及技術(shù)取得了較大的進(jìn)展，目前，不僅水壓泵形式增多了，符合ISO／CETOP連接尺等各標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的各種閥，甚至疊加閥、比例閥和連續(xù)可調(diào)的流量控制閥都形成了產(chǎn)品系列，配套用的液壓缸、油箱、接頭零件、密封件等也一應(yīng)俱有，而且在專家的指導(dǎo)下，用戶可以根據(jù)自己的需求進(jìn)行系統(tǒng)配組。正式推出了多種工作壓力為l6～21MPa的作為成套機(jī)械和氣動液壓PLC綜合控制實驗臺設(shè)備用的獨立產(chǎn)品(動力站和控制閥)。
在歐美透明液壓實訓(xùn)臺水壓傳動開始廣泛進(jìn)入食品工業(yè)、醫(yī)藥、化學(xué)、造紙木材加工、海上作業(yè)、核能工業(yè)、消防、工程、地質(zhì)鉆探、環(huán)境工程等一些對安全、清潔、環(huán)境無害要求較高的行業(yè)。一些量大面廣的街道和路面清洗車以及新的鐵路機(jī)械中的應(yīng)用，加上傳統(tǒng)的鋼廠軋機(jī)和水壓機(jī)等應(yīng)用正在擴(kuò)大?？梢娝簤鹤鳛橐环N更符合環(huán)保要求的傳動技術(shù)，將會使流體技術(shù)在與電傳動技術(shù)的競爭中得到新的支持。隨著新材料、新技術(shù)的不斷涌現(xiàn)，必將推動水壓技術(shù)的發(fā)展，逐步地取代現(xiàn)有的油壓傳動系統(tǒng)?？梢灶A(yù)見，水壓傳動這一在第一次工業(yè)革命中興起的古老技術(shù)，通過創(chuàng)新發(fā)展終將成為與電氣、油壓、氣動并列的第四種傳動技術(shù)。
2.3液壓節(jié)能技術(shù)
透明液壓傳動實訓(xùn)裝置液壓傳動系統(tǒng)能量損失包括各元件中運動件的機(jī)械摩擦損失 、泄漏損失溢流損失、節(jié)流損失、輸入和輸出功率不匹配的無功損失幾方面。機(jī)械摩擦損失、泄漏損失所占比例與所選元件本身的機(jī)械效率、容積效率 、介質(zhì)粘度、回路密封性以及系統(tǒng)組成的復(fù)雜程度有關(guān)；溢流損失、節(jié)流損失所占比例與回路和控制形式有關(guān)；而輸入和輸出功率不匹配的無功損失所占比例與控制策略有關(guān)。因此節(jié)能是液壓技術(shù)的重要課題之一，隨著節(jié)能和環(huán)保要求的日益高漲，有效活用能源和降低噪聲已成為液壓行業(yè)的重要目標(biāo)。綜觀國內(nèi)外氣動實訓(xùn)臺液壓技術(shù)發(fā)展歷程，無時無刻不伴隨節(jié)能的需要及創(chuàng)新。
(1)二次調(diào)節(jié)系統(tǒng)。二次調(diào)節(jié)靜液傳動系統(tǒng)由恒壓油源、二次元件(液壓泵／ 馬達(dá))、工作機(jī)構(gòu)和控制調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)等組成。二次調(diào)節(jié)氣動PLC控制實驗臺系統(tǒng)是工作于恒壓網(wǎng)絡(luò)的壓力耦聯(lián)系統(tǒng)，通過調(diào)節(jié)二次元件斜盤傾角來改變二次元件排量，以適應(yīng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩的變化，使負(fù)載按設(shè)定的規(guī)律變化。系統(tǒng)中的壓力基本保持不變，二次元件直接與恒壓油源相連，在系統(tǒng)中沒有原理性節(jié)流損失，從而提高了系統(tǒng)效率。另外，蓄能器的加入，不但抑制了壓力限制元件發(fā)熱所引起的功率損耗。而且還通過回收、釋放液壓能有效提高液壓系統(tǒng)的工作效率。
(2)電液負(fù)載感應(yīng)系統(tǒng)。負(fù)載感應(yīng)就是將變化的負(fù)載壓力反饋到壓力補(bǔ)償裝置或液壓泵的變量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，使液壓系統(tǒng)壓力 與負(fù)載壓力相適應(yīng) ，消除了系統(tǒng)壓力過剩，由于負(fù)載感應(yīng)裝置與變量泵的變量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)聯(lián)系在一起，使變量泵的流量 與負(fù)載流量相適應(yīng)，系統(tǒng)不會產(chǎn)生過剩流量。
(3)定量泵加變頻調(diào)速電機(jī)電液氣動實驗臺系統(tǒng)。交流變頻調(diào)速氣動液壓PLC綜合控制實驗室設(shè)備液壓系統(tǒng)避免節(jié)流損耗和溢流損耗，另外，交流變頻調(diào)速液壓系統(tǒng)還大大提高了原動機(jī)——異步電動機(jī)的效率，并顯著改善功率因數(shù)，是其它液壓調(diào)速方式所無法比擬的。利用變頻器改變泵的轉(zhuǎn)速，使泵的輸出流量與系統(tǒng)所要求相適應(yīng)，可以使溢流損失降至*低，有效地節(jié)約了能量。交流變頻調(diào)速透明液壓傳動實驗裝置液壓系統(tǒng)在大功率間歇運動的調(diào)速系統(tǒng)中，其優(yōu)越性更為顯著。
(4)盡可能地節(jié)省空間。采用無油壓控制閥可以減少系統(tǒng)裝置空間，依據(jù)閉回路的構(gòu)成使油箱小型化，減少發(fā)熱量從而不須使用冷卻器。例如，采用伺服馬達(dá)使液壓泵正反轉(zhuǎn)向，不必使用方向、流量、壓力控制閥也能達(dá)到控制的效果。采用閉回路系統(tǒng)，可以自我形成油量補(bǔ)償機(jī)能，混合式伺服系統(tǒng)可以使油箱控制在儲存*小作動油的狀態(tài)下作功，體現(xiàn)油箱小型化的優(yōu)點。由于只在需要時使液壓泵輸出必要的流量，從而將發(fā)熱源控制降至*低，也就無需再加裝冷卻器。因為不需冷卻水的循環(huán)以及減少作動油的消費量，所以也能節(jié)省資源。另外，降低噪聲也依然重要。
(5)一體化構(gòu)造。透明液壓傳動實訓(xùn)臺將液壓泵 、馬達(dá)、油箱、油量補(bǔ)償回路構(gòu)成為一體，形成無配管的一體構(gòu)造。
(6)省電節(jié)能的透明液壓傳動與氣動綜合控制實驗臺液壓系統(tǒng)設(shè)計。高的響應(yīng)速度、高的控制精度和重復(fù)精度的比例閥、比例泵、伺服閥的應(yīng)用；由轉(zhuǎn)速叮調(diào)的伺服電機(jī)+柱塞泵、伺服馬達(dá)螺桿驅(qū)動、蓄能器 +高速伺服組成閉環(huán)同路控制油電式高速注塑機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計和應(yīng)用。有高低壓雙聯(lián)或多聯(lián)式泵、變量泵、蓄壓器系統(tǒng)等的推出：針對閥控電液系統(tǒng)有較大能量損失的問題，推出了泵和電液比例閥結(jié)合的負(fù)載感應(yīng)型，泵和比例壓力、比例流量控制閥結(jié)合的注塑機(jī)電液控制系統(tǒng)。