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液壓技術的創(chuàng)新發(fā)展
2.1液壓現(xiàn)場總線技術
2.1.1液壓現(xiàn)場總線技術的定義
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、多分支結構的通信網(wǎng)絡?，F(xiàn)場總線控制系統(tǒng)簡化為工作站和現(xiàn)場設備兩層結構，它可以看作是一個由數(shù)字通訊設備；和監(jiān)控設備組成的分布式系統(tǒng)從計算機角度看，現(xiàn)場總線是一種工業(yè)網(wǎng)絡平臺；從通信角度看，它是一種新的全數(shù)字串行、雙向、多路設備的通信方式；從工程角度看，它是一種工廠結構化布線。
隨著現(xiàn)代制造技術的快速發(fā)展，液壓傳動實訓臺流體控制技術和電子控制技術的結合越來越緊密，在液壓領域越來越多的人開始使用或關注總線技術在液壓系統(tǒng)中的應用，液壓綜合實驗臺技術人員也越來越感受到現(xiàn)場總線技術的優(yōu)越性。液壓實訓臺系統(tǒng)是在液壓總線的供油路和回油路間安裝數(shù)個開關液壓源，與其各自的控制閥、執(zhí)行器相連接。開關液壓源包括液感元件、高速開關閥、單向閥、液容元件。根據(jù)液壓傳動實驗室設備功能不同，它可組合成升壓或降壓增流型開關液壓傳動演示系統(tǒng)。由于將開關源的輸入端直接掛在液壓總線上，通過高速開關方式加以升壓或降壓增流。該工程液壓傳動實訓臺系統(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)行器需求相適應的壓力和流量。
2.1.2現(xiàn)場總線技術在液壓系統(tǒng)應用中的特點
( 1 )經(jīng)濟性。任何一種新技術新產(chǎn)品的開發(fā)與使用，其成本是首先需要考慮的因素之一，總線技術也不例外。工程液壓氣動PLC綜合控制實驗臺設計開發(fā)總線技術產(chǎn)品的初衷之一就是降低系統(tǒng)及工程成本。所以，應用單位使用總線產(chǎn)品和供應商提供產(chǎn)品的第一前提應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標準的柔性化程序，易學、易懂，可操作性強。
( 3 )可靠性、可維護性。現(xiàn)場總線技術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)的遠程參數(shù)設定、 修改等參數(shù)化工作，增強了系統(tǒng)的可維護性。
(4)友好的人機對話界面，可方便進行透明液壓實訓臺液壓系統(tǒng)的參數(shù)修改和故障監(jiān)控。
(5)滿足所有有關人身安全 、電磁兼容、抗沖擊及抗震動的重要標準。
(6)相對于傳統(tǒng)的透明液壓傳動實訓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水壓傳動技術概述
用水作介質的液壓元件古而有之，*早的氣動實訓臺液壓設備就是用水的。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這樣的氣動PLC控制實驗臺。但后來所謂“水壓機”的介質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綜合控制實驗室設備液壓技術的發(fā)展是一個元件與工作介質互相適應和協(xié)調發(fā)展的歷史。液壓介質性能水平的提高對于現(xiàn)代液壓技術的發(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，所有技術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和制造技術的進步，這在水液壓元件中體現(xiàn)得尤為突出。在現(xiàn)代技術條件下，造出能在密封、潤滑、抗蝕等性能方面適應純水甚至海水介質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，當然由于無法同時改進介質的相關特性，水液壓裝置的性能，特別是性價比較高之元件和介質都經(jīng)過多年“磨合”和優(yōu)化的透明液壓傳動實訓臺會大打折扣，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備中(如高壓水清洗、切割設備、消防設備和藝術噴泉等)，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臺技術就是基于綠色設計和清沽生產(chǎn)技術而重新崛起的一門新技術。是新型工業(yè)化發(fā)展進程中出現(xiàn)的一門綠色新技術。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臺液壓系統(tǒng)工作介質時不僅能夠解決未來因石油枯竭帶來的能源危機，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)境保護以及可持續(xù)發(fā)展的要求，使得人們開始重新考慮和認識到將這一清潔能源作為液壓系統(tǒng)工作介質的重要性，并已引起人們的普遍關注，成為現(xiàn)代液壓綜合實驗臺水壓傳動技術發(fā)展的*直接動力。
2.2.2水壓傳動技術特點
( 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)應用的整個周期內，可多次回收，重復使用，且不易變質
( 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和放射性污染等問題。
( 4 )處理技術與工藝簡單 ，液壓傳動實驗室設備系統(tǒng)的運行與維修費用低。水長時間使用不會變質，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臺系統(tǒng)。
2.2.3水壓傳動技術的應用及展望
隨著科學技術的進步，工程液壓氣動PLC綜合控制實驗臺水壓產(chǎn)品及技術取得了較大的進展，目前，不僅水壓泵形式增多了，符合ISO／CETOP連接尺等各標準規(guī)格的各種閥，甚至疊加閥、比例閥和連續(xù)可調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、密封件等也一應俱有，而且在專家的指導下，用戶可以根據(jù)自己的需求進行系統(tǒng)配組。正式推出了多種工作壓力為l6～21MPa的作為成套機械和氣動液壓PLC綜合控制實驗臺設備用的獨立產(chǎn)品(動力站和控制閥)。
在歐美透明液壓實訓臺水壓傳動開始廣泛進入食品工業(yè)、醫(yī)藥、化學、造紙木材加工、海上作業(yè)、核能工業(yè)、消防、工程、地質鉆探、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械中的應用，加上傳統(tǒng)的鋼廠軋機和水壓機等應用正在擴大。可見水液壓作為一種更符合環(huán)保要求的傳動技術，將會使流體技術在與電傳動技術的競爭中得到新的支持。隨著新材料、新技術的不斷涌現(xiàn)，必將推動水壓技術的發(fā)展，逐步地取代現(xiàn)有的油壓傳動系統(tǒng)?？梢灶A見，水壓傳動這一在第一次工業(yè)革命中興起的古老技術，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。
2.3液壓節(jié)能技術
透明液壓傳動實訓裝置液壓傳動系統(tǒng)能量損失包括各元件中運動件的機械摩擦損失 、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。機械摩擦損失、泄漏損失所占比例與所選元件本身的機械效率、容積效率 、介質粘度、回路密封性以及系統(tǒng)組成的復雜程度有關；溢流損失、節(jié)流損失所占比例與回路和控制形式有關；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。因此節(jié)能是液壓技術的重要課題之一，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。綜觀國內外氣動實訓臺液壓技術發(fā)展歷程，無時無刻不伴隨節(jié)能的需要及創(chuàng)新。
(1)二次調節(jié)系統(tǒng)。二次調節(jié)靜液傳動系統(tǒng)由恒壓油源、二次元件(液壓泵／ 馬達)、工作機構和控制調節(jié)機構等組成。二次調節(jié)氣動PLC控制實驗臺系統(tǒng)是工作于恒壓網(wǎng)絡的壓力耦聯(lián)系統(tǒng)，通過調節(jié)二次元件斜盤傾角來改變二次元件排量，以適應負載轉矩的變化，使負載按設定的規(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)電液負載感應系統(tǒng)。負載感應就是將變化的負載壓力反饋到壓力補償裝置或液壓泵的變量調節(jié)機構，使液壓系統(tǒng)壓力 與負載壓力相適應 ，消除了系統(tǒng)壓力過剩，由于負載感應裝置與變量泵的變量調節(jié)機構聯(lián)系在一起，使變量泵的流量 與負載流量相適應，系統(tǒng)不會產(chǎn)生過剩流量。
(3)定量泵加變頻調速電機電液氣動實驗臺系統(tǒng)。交流變頻調速氣動液壓PLC綜合控制實驗室設備液壓系統(tǒng)避免節(jié)流損耗和溢流損耗，另外，交流變頻調速液壓系統(tǒng)還大大提高了原動機——異步電動機的效率，并顯著改善功率因數(shù)，是其它液壓調速方式所無法比擬的。利用變頻器改變泵的轉速，使泵的輸出流量與系統(tǒng)所要求相適應，可以使溢流損失降至*低，有效地節(jié)約了能量。交流變頻調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，采用伺服馬達使液壓泵正反轉向，不必使用方向、流量、壓力控制閥也能達到控制的效果。采用閉回路系統(tǒng)，可以自我形成油量補償機能，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)一體化構造。透明液壓傳動實訓臺將液壓泵 、馬達、油箱、油量補償回路構成為一體，形成無配管的一體構造。
(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)設計。高的響應速度、高的控制精度和重復精度的比例閥、比例泵、伺服閥的應用；由轉速叮調的伺服電機+柱塞泵、伺服馬達螺桿驅動、蓄能器 +高速伺服組成閉環(huán)同路控制油電式高速注塑機液壓系統(tǒng)設計和應用。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合的負載感應型，泵和比例壓力、比例流量控制閥結合的注塑機電液控制系統(tǒng)。