液压油缸的技术创新报告 湖南瑞克液压油缸有限公司 肖子军 2010年9月28日

目 录 1 5 2 6 7 3 8 4 液压油缸发展动态 液压理论的发展与我 国液压工业简史 发展国产液压油缸技术水平的时代背景 目 录 液压油缸的概述 1 液压油缸的优点 5 液压理论的发展与我 国液压工业简史 2 液压油缸发展动态 6 发展国产液压油缸技术水平的时代背景 7 液压缸的应用概况 及其机构配合 3 液压油缸制造在技术上需要突破的问题 8 液压油缸的工作原理 4

第一章 概述 液压油缸技术作为一门新兴应用学科，虽然时间不长， 但应用、发展的速度却非常惊人。特别是近40年来、液压传动设备的年增长率一直远远高于其他设备的年增长率。 液压设备的力密度大、能以很小的设备输出、传递很大的力或力矩，宜于实现大吨位运动。随着生产技术的进步，液压系统中实际使用的压力级已从原来10Mpa左右提高到35Mpa左右 ， 因而该优点就更为出，在同等功率下， 液压设备的重量尺寸仅为直流电机的10%-20%左右。因其体积小，重量轻，因而惯性力小，反映速度快、准、稳。 现代机械工程及自动控制中，对直线运动的实施要求愈益多，这将造成机械构件传动的困难。反之，液压传动中通过液压油缸则可以便利，完满地得到实现，这也是液压传动的重大特点之一。

液压传动设备能在较大范围内方便地实现无极调速，且低速性能好，工作平稳，还易实现间断和连续运动及频繁换向，冲击及震动现象可以很好的得到消减。 液压传动是封闭式的，易实行过载保护，组成的元、部件基本上可由工作介质自行润滑，磨损慢、寿命长，液压元件体积小、重量轻、三化程度高，便于集中大批量生产，因此制造成本低，经济性较好。现代液压传动中采用节流、比例控制等方法可使运动机构的速度进一步均匀、稳定、使用伺服、仿形、调速等机构可使执行件的运动精确度达到微米（UM）级，采用微电子、计算机等装置可十分方便、可靠地实现自动控制、远程控制及遥控,当然，液压技术也存在传动效率较低，制造工艺技术要求较高，安装、使用、维修技术要求较高，液压油易泄漏并会污染环境等众所周知的缺点，但这些缺点与其优点相比是次要的，并正在不断被克服。

液压传动设备一般均由四在类元件组成 动力元件——液压泵； 执行元件——液压缸和液压马达； 控制元件——诸如各种液压阀； 辅肋元件——油箱、管道、蓄能器等。 液压传动系统实质上是一种两次能量转换装置。液压缸是将原动机以机械能形式驱动液压泵产生的液体压力能，再变成可直接驱动负载进行直线往复运动、旋转摆动运动或回转式运动的机械能的一种能量转换装置。但是，根据具体结构特点明显差异，现在人们在认识上已把后者迥转式运动的液压缸称作为液压马达。液压缸——作为实现直线住复运动和摆动旋转运动的液压机构，结构简单，工作可靠，是液压系统中应用极广泛的主要执行元件。

回顾液压传动理论和液压技术发展的历史，人们对“液压”从发现在认识、到研究、到实际应用，到深入发展和广泛普及、到当今 第二章 液压理论的发展与我国液压工业简史 回顾液压传动理论和液压技术发展的历史，人们对“液压”从发现在认识、到研究、到实际应用，到深入发展和广泛普及、到当今 在高新技术领域中层现身手，经历了一个漫长的时期。

国外液压的发展史及应用 公元前200多年，阿基米德（Archimedes,约公元前287—约公元前212年）发现物体在水中所减少的重量等于该物体所排开的水的重量这一奥秘时，实际上已恨现了存在液体静压力作用这一事实。 公元1600年左右，荷兰人史蒂纳斯（Stevinus），研究指出：液体静压力随液体的深度而变化，与容器的形状玩关。此时，相距阿基米德已有1800多年. 17世纪、18世纪是液压理论奠基性发展的历史时期：17世纪初，意大利物理学托理塞勒（Torricelli）1608-1647年研究了流体的动动；随后，液压理论取得了关键性的突破进展、法国物理学家、数学家帕斯卡·布利斯（Pasca;L BLaise 1623年）确立了“在密封容器内，流体压力沿各个方向等值传递“的静压传递原理，它已成为举世公认的直接指导液压传动技术的现论基础。17世纪末期著名科学家、英车伊萨克牛顿（Isaac Neweon 1643rh -1727rh ）对流体的粘度以及浸入运动流体中物体所受的阻力进行了研究。其中剪切速率的概念，是现代流体动力润滑理论的基础。

18世纪中叶，瑞士伯努利数学家族中的巨星伯努利·丹尼尔（Bernoulli Daniel1770年 -1782年 ）发表了研究流体动力学和气体力学的重要文献—《流动动力学》，提出了用流束传递能量的理论，得出了理想液体常态运动文程即著名的伯努利方程。 1795年，英国伦敦的约瑟夫·布拉默（Joseph Bramah 1749年—1814年）根据帕斯卡原理——在大小两个不同直径缸筒的密封连通器中，大面积上能够产生放大压力的作用力，在制造工艺上，由于往复运动于液压缸中的牛皮材质的碗形密封件的研制成功，因此，创造了世界上第一台水压机——棉花、羊毛液压打包机。在该水压机的液压传动系统中，第一次依靠简单的液压缸实现了对工作对象施力做功，成功地完成了上述物资的压缩打包任务，理想地代替了人类繁重、低效的劳动，并取得了令人欣喜的综合经济效益，液压技术从此才雄辩地向全世界展示、证实了自身在工业生产中的实际应用价值。

液压缸——最为广泛使用的液压执行元件，在液压设备问世的过程中，肩负着举足轻重的特殊作用。然而，由于同时期电机驱动的发展，加之液压传动缺乏良好的工作介质及性能理想的动力泵 ，在漫长的岁月中，进展缓慢。直到19世纪末期，德国及美国才分别把液压技术应用于龙门刨及六角车床 、磨床上等。20世纪初，随着采用具有润滑和防锈的油液用为工作介质，各种各样性能卓越的液压动力泵相继问世 。1905年，美国海威·威廉（HarrerWilliam）教授和芮诺·詹尼（Reynold Jannmey）工程师将设计的一套带斜盘式轴向柱塞泵的油压传动与控制系统装在弗吉尼亚（Viirginia）号战列舰上 ，用于增大火炮的仰角和回转范围。它将大功率与液压传动装置的高、稳精度组合一个先进的液压系统，实际使用后，效能满意到令人吃惊的地步。在这套液压系统中，毋庸置疑，当然离不开液压缸的巨大作用。

1910年，水轮机的调速和大阀操纵中，采用了以液压缸为执行件的液压系统的控制。 20世纪30年代初，美国波音247D双引擎运输机上，首先采用液压传动，控制收放起落架、恒速控制变桨距螺旋桨，随后，在道格拉斯DC-3型、DC-4型及以后的波音、洛克希德运输机中，均迅速推广应用。这些，都离不开液压缸的支持。 二次世界大战期间，由于军事工业的需要，各种高压液压元件获得进一步的发展，1958年起电液伺服控制技术应运而生。为克服电液伺服控制价格昂贵及抗污染能力差等缺点，近20年来，电液比例控制技术发展很快，80年代，我国浙江大学路甬祥博士在这方面的五项发明，也为此作出了重要的贡献。 现在包括液压缸在内的整个液压系统的所有元、辅件，面临的任务是高压化、轻量化、小型化、集成化、低噪音、节能化，并要求适用于高水基工作介质。

我国液压的发展史1963-1978 我国液压元件的生产，始于建国初期，从仿制原苏联产品低泵、缸、阀而起步，由机床业、农机制造业、工程机械制造业为其主机配套而兼业生产，没有专门的液压件生产专业工厂，产量很低，市场上也看不到液压元件销售。 1963年，我国开始液压工业的统一规划组织工作。 1963年9月，中国油压工业考查团赴日本考察；同年11月，当时的一机部组织全国液压生产调查及专业规划组，提出规划意见书。与此同时，当时的一机部五局设置了液压处。60年代中前期，我国工科高等院校中开始独立设置流体传动及控制专业。 1965年，我国从日本油研公司和纺锭公司引进了液压元件的制技术及样机。随后，北京、广州、榆次、上海、南京、武汉、大连、济南等地一些院、所、工厂通过测绘仿制和联合设计，开发了一批门类比较齐全的液压新产品。

1973年，我国液压件专业生产的厂家已有100多家，年产量已超过100万件，我国的液压工业开始初具规模。同年，原一机部重建液压处。 1974年，我国液压工业开始由一机部机电所液压研究室进行技术归口工作，开展了联合设计开发新产品，组织产品质量攻关，制订并贯彻标准，进行行业质量检查评比等多项活动，效果明显。到70年代末期，已开发出农机及工程用液压缸、斜盘式轴向柱塞泵，通轴式轴向柱塞泵、高压齿轮泵、高压液压阀、插装阀、叠加阀、比例阀、伺服阀、皮囊式蓄能器、滤油器等等系列产品。 1978年以来，我国液压行业进一步加强了引进、消化、吸收工作，国家骨干、重点企业，研究院所，高等学校，大、中、小型液压件工厂，乡镇企业乃至私营、个体户都根据不同的特点、条件，不断调整自身的姿态，在液压制品行业这一商品经济的大海中，也已形成千帆竞发、你追我赶之势。我国液压制造工业将在国家加强宏观调控的机制下，迅速适应各种主机日益发展的综合需要和缩短与国外同类产品在品种、性能诸多指标上的差距而不断跃上新台阶。

第三章 液压缸的应用概况及其机构配合 液压缸常被人们叫作“油缸”、“动力缸”、“促动器” 、“作动筒”等名称。按照标准化 、规范化的 要求 ，根据现行规定 ，除航空航天可称为“作动筒”外，其余场合一律应称作“液压缸”。 液压缸作为执行元件，参加液压传动与控制系统的工作，其应用几乎遍及各个领域、部门，有些场合甚至是其他方式无法替代的。

1.航空航天领域 现在人类设计研制航天飞机的主要目的和用途： 一是将航天飞机携带上天的人造卫星从货舱里取出，放入太空轨道； 二是捕捉太空中已方发生故障的人造卫星进行修理； 三是俘获太空中敌人国家的间谍卫星，将其抓入货舱，带回地球。 执行这些极为特殊的任务，是由轻质管形结构的伸缩式和摆动迥转式液压缸为主构成的——长度15..3m的机械臂，它能像人的胳臂一样，有肩、肘、腕关节等的作用，宇航员打开货舱以后，能遥控该机械臂（手）作弯由、伸展、上下、前后、左右等各种活动。它自身重量在400kg左右，但在太空中失重状态下，能随心所欲地将重300kN（约30t）以上，如公共汽车般大小的人造卫星，在货舱内外放进、放出。这是目前世界上仅有的“哥伦比亚号”、“挑战者号”、“发现号”等几架航天飞机中的必务主执行装备。安装在机身货舱左侧，造价达1亿多美元。1993年12月5日（北京时间）凌晨，美国“奋进号”航天飞机在地球上空2..8万公里的环球轨道中,利用机械臂,顺利地将2m直径、14m长度的哈勃太空望远镜，放入货舱后，成功地进行了抢修。

现代航空工业中更离不开液压缸，各种飞机的方向舵和升降舵依靠各自的舵机液压缸——“作动筒”，使其偏转而产生控制力和控制力矩。其实，飞机中还有很多部分如副翼、水平飞行稳定板等舵机电液伺服动态控制以及发动机供油控制，进气锥收放回路，尾喷管控制系统，前轮转弯控制，起落架收放等系统中均离不开液压缸作动工作。

2.机床制造工业 各类机床是应用液压缸执行动作较早且十分广泛的行业，例如人们熟知的液压机、锻锺机、剪板机等流体锻压机床的主运动机构；组合机床、动力滑台、拉床、液压龙门刨床、液压牛刨、磨床、铣床、自动、半自动车床、加工中心等金属切削机床的工作台主运动，走刀运动及夹紧、定位、分度、锁紧、送料、招刀、让刀等辅助运动。压铸机、低压铸造机、射后造型机等铸造机械的主运动机构等等。

拖拉机液压悬挂系统、联合收割机、牧业机械；木材采运机械及大带锯液压跑车、人造板垫压机等木材加工机械；棉花、羊毛打包等农副产品压缩成包机械。 3.农业、林业 领域 3.农业、林业 领域 4.轻工、纺织、 化工工业 拖拉机液压悬挂系统、联合收割机、牧业机械；木材采运机械及大带锯液压跑车、人造板垫压机等木材加工机械；棉花、羊毛打包等农副产品压缩成包机械。 纸张超级压光机，皮革削匀机、剖层机陶瓷坯料成型机等轻工机械 ；整经机、浆少机、布匹打包机，废棉打包机等纺织工业机械。 塑料成型注射机、多工位注塑机、煤气发生炉造气自动机等化工机械。

5.冶金工业 冶金工业中苦、脏、累、重高热、危险的恶劣环境对控制精度与自动化程度的不低要求，（使液压技术早已在此展现身手）高炉炉顶加料装置液压系统中：重达百余吨的大、小钟状加料门及密封阀、闸阀等均油液压缸驱动并频繁动作； 炼钢电弧炉中：炉盖升降用液压缸，炉盖旋转用液压缸，炉门升降用液压缸，炉体倾动用液压缸。保持熔炼过程中电级与物料电弧长度稳定的各相电极的独立伺服控制装置中，电极夹紧有液压缸，伺服执行也用液压缸。 炉前注入沸腾钢水的操作机械手中，机械手的腕部转动用液压缸驱动，绕腕轴的摆动用液压缸，铲取钢屑，抓取铁垫，防溅筒的手掌上爪、下爪均分别油液压缸驱动，大、小臂及其转台的负载也分别由各自的压力感受液压缸通过控制系统以进行操纵。 作为炼钢厂大型关键设备的脱胎锭起重机，用液压缸顶推铸锭脱模，使顶推机械大大简化，而推力高达500t以上。 板材轧钢机，带钢卷取机等设备的液压系统中也总离不开液压缸。

6.铁道、汽车、船舶工程 现代大型轮船的 机几乎全油液压缸驱动，工程船舶如绞吸式挖泥船，对开式大吨位卸泥驳中的动力驱动均油液压缸来执行。 汽车中的液压动力转向、液压式汽车制动、自卸车的举升也均由液压缸来完成工作。铁道工程中普遍使用的液压凿岩机，其冲击活塞就是在液压油缸中高速住复运动的；连续闪光钢轨对焊机夹持被焊钢轨油液压缸进行，被焊钢轨的位置控制由液压缸执行，高速铁路上的铺轨机有近200支液压油缸同时工作来完成铺轨工作，大大减少了工人的劳动强度以及提高了工程进度。此外，岩石掘进机、立爪装碴机、装载机抄平、起拨道捣固机、道床成形机等等工程设备中的主要部位都液压缸来执行任务。

7.起重运输车辆及工程机械 液压传动枝术早已结下不解之缘的工程机械、起重运输领域，起重机吊重物完全是由油缸把支腿把车身调平，通过伸缩油缸把臂伸到一定的高度通过变幅油缸举伸到一定的角度来完成的。大量使用液压缸的设备在大、中、小工矿企业是随处可见：液压千斤顶、液压升降台、液压手动搬运车、叉车、液压绞车、汽车液压起重机、装载机、推土机、挖掘机铲土运输机等等。

8.燃料工业 煤炭部门是应用液压装置历史长、数量多、压力要求大、安全可靠性要求高的行业。其露天和地下井矿工开采用的各种采煤机械、井巷掘进机械、支护设备、装载和输送机械中都大量采用有液压缸执行工作的液压的传动技术。 为了彻底改善矿工人安全的条件，加速采煤自动化，我国早已大力推广综合机械化采煤技术。 液压支架的顶粱（或底座）假设宽度为1.5m,如果工作面全长为207m的话，那末该工作面必须装设138架液架支架。一个支架通常具有大大小小10个左右的液压缸（俗称千斤顶），所以，仅仅在这一个工作面上就有1380多个液压缸在服役工作。 石油机械也已普遍应用液压技术，特别是近代开发海洋油田的各类设备。例如自升式海洋占井平台桩腿升降装置中，每个桩腿油四个液压缸支持，每个液压缸推力为375吨力，每桩约1500吨力，整个平台若有四条桩腿，16个液压缸共计可将6000多吨重的海洋平台升起来。

9.建筑、架桥、地铁、隧道等领域 建房时用的塔机，塔吊的安装和拆卸是通过它机身自备的液压油缸来完成的。建房子打基础就是用的静压桩机通过液压油缸把基础桩硬压下去的，这样就不需要挖基础和灌水泥了，大大提高了劳动力成本，节约了资源减少了城市环境污染提高了建设进度。铁路、公路架桥机是用液压油缸把钢模支撑固定然后施工完成的。举世瞩目的鸟巢封顶电视台向全世界直播了上万吨的全钢顶棚是用160多支油缸支撑复位的，如果没有油缸支撑是不可能完成这一伟大的创举。 隧道、地铁地下工程是通过许多液压油缸同时推进主机，主机前端有一个直径15-25米的铣盘不断的铣削泥土和石头通过皮带传动运到地面，同时又通过斜撑液压油缸把标准封板固定完成封顶工作。

10.其他领域 奥运会火炬塔通过油缸才能把它立起来，奥运会开、闭幕式表演的地下升降舞台也是通过液压油缸来完成的。 国际、国内竞相研制的两足步行机器人，已达到在原子放射性污染、高热、凶杀恐怖的环境场合中实际应用的水平。 随着步行机器人的开发中的支术积累和进步，国外在80年代还将该枝术移植到生体机能、人体医学中来，并取得满意的成攻。国外80年代中后期制造人的油式假肢腿的内部构成，经临床应用不但在平地，即使在斜面后上下楼梯也已达到正常人的步伐水平。其中通过液压缸的工作和有关阀的控制，较以往的机械式假肢、要省力、轻松，还有减震避震的功能。 根据机械学原理，液压缸要胜任各种工作，要使液压装置成为一种代替人工作攻的机器，必须齿轮、齿床、凸轮、杠杆、连杆等其它传动机构相配合，才能完成各种复杂的机械运动。

第四章 液压油缸的工作原理 油缸技术在现代科技十分 发达的今天，已广泛用在各个 领域中，并且发挥了举足轻重 无可替代的作用。它的工作原 理是通过液压系统提供一定压 力的 液压油为介质，通过封闭 的容器（我们常常所说的油缸 体）把能量转换成机械能使其 获得相当大的作用力来完成某 些单一和复杂的动作（如：推、 拉、顶、压、旋转等等）。

第五章 液压油缸的优点 优 点 1.液压传动借助油管的连接可以方便灵活地 布置传动机构，这比机械传动优越。 2.液压传动装置的重量轻、结构 紧凑、惯性小 优 点 3.可在大范围内实现无级调速。借助阀或变量泵、 变量马达，可以实现无级调速， 调速范围可达 1：2000，并可在液压装置运行的过程中进 行调速。 4.传递运动均匀平稳，负载变法时速度较稳定。 正因为次特点，金属切削机床的磨床传动现在 几乎都采用液压传动。

优 点 5.液压装置借助于设置溢流阀等易于实现保护， 同时液压件能自行润滑，因此使用寿命长。 6.液压传动容易实现自动化。借助于各种控制 阀，特别是采用液压控制和电气控制结合使用 时，能容易地实现复杂地自动工作循环，而且 地实现复杂的自动工作循环，而且可以实现遥 控。 优 点 7.液压元件已实现了标准化、系列化和通用化， 便于设计、制造和推广使用。

第六章 液压油缸发展动态 随着液压技术的深入普及，应用领域日益扩大，对液压缸的工作性能、构造、使用范围、制造精度、外观、材料、试验方法都不断提出新的要求，因此不断推动着液压缸的发展与进步。其总的趋势为: （一）高压化、小型化 高压化是减少液压缸径向尺寸和减轻重量，并缩小整套液压装置体积尺寸的有效途径，目前超高压泵的输出压力已高达250Mpa以上。一台工作压力为100Mpa的15t轻型压力机，可以制造成手电筒一般大小。 （二）新材质、轻量化 不久前，日本采用新型组合的铝合金，从液态开始即进行新的热处理工艺，结合最终成型铝合金材料的抗拉强度等，机械性能可达到45#优质碳素钢的水平。这将使现用液压缸的重量减轻三分之二以上，将会引起液压工业乃至整个机械行业的重大变革。 （三）新颖结构复合化 为了适应液压缸应用范围的扩大，各种新颖结构的液压缸不断出现。 （四）高性能、多品种 高速、低速性能以及密封件的寿命是评价液压缸的重要指标。

国外，超高速性能的液压缸在最高速2000mm/s的情况下能够均匀运动，且换向平稳 。低速液压油缸在8mm/s至零的最易发生液压震荡的速度区间 ，要不存在爬行，别劲等现象 ，液压缸的工作温度扩大到-60°C- +200°C。因此，对新型密封件，密封件的材料与摩擦体间的区配性，以及液压缸的加工工艺均提出了相应的要求。超大、超重型的液压缸的缸径已超过4米，长度超过30米，吨位达万吨以上。微型缸的直径已做到3mm以下。超长寿命液压缸在运行6000h以后，密封件的泄露在要求范围以内，而且工作中不发生任何故障。 （五）高水基工质液压缸，以及用于深海开发的耐蚀海水用传动液压油缸也在不断完善、发展，在我国也进入实行和试制阶段。

（六）全国目前每年所有领域的油缸需求近千亿元，其中大部分油缸 都依赖进口，全国大小油缸生产企业有200 多家 ，每年生产油缸总和达 几百亿元 ，生产高端油缸产品的企业不过十几家 ，大部分都是以生产小型油缸为主 。我省是油缸生产相对比较集中的省份 ，同时也是工程机械制造总产值排位最前的省份 ，目前每年所需要产品上的油缸大约22亿元。 油缸生产规模较大的公司有三一重工的中兴液压公司，年生产能力6 亿元，长沙中联的湖南特力公司，年生产能力8亿元，他们都是内部配套 企业不对外经营。湖南协力公司年生产能力6000万元，主要是生产拖泵 油缸。我公司目前年产值5000万元。湘潭和其他地区有几家年产值在八 百万元左右的小型油缸厂 。省内全部年产值加起来不到15亿元，另外采购进口油缸量在3亿元，还有4亿元因为产能不够只能在外省采购。

第七章 发展国产液压油缸技术水平的时代背景 在今天工程机械行业高速发展的今天，中国本配套 零部件发展与主机生产技术水平提高不同步 ，严重制 约了整机水平的提升 ，提高国内基础零部件的生产制 造水平，已成为中国工程机械发展的关健因素 。作为 工程机械行业内必不可少的执行元件—液压油缸 ，当 前的国内制造工艺和加工手段上与国际先进水平存在很大差距，急待提升。 我省是工程机械制造产业基地，如果基础的零部件 依赖进口，不利于产业安全，对企业来说，不但增加制 造成本，其正常生产也受限制。

第八章 液压油缸制造在技术上需要突破的问题 活塞杆表面处理的工艺到现在国内依然是表面镀硬铬，而在当今昌导环保的社会，镀铬与之是相当的矛盾，如何采用一种对环境无污染而且制造成本相当的制造工艺，将会是各油缸制造企业在技术方面需要重点突破的方向，更是技术中心面临的是一次重大挑战和一种社会责任。 改变传统的加工工艺和加工手段，引进先进的加工设备和先进的生产工艺路线 ，用实现全面数控和自动化来达到产品生产的质量要求，提升产品的档次 ，缩小与 、国外进品产品的差距。比如说油缸缸体内孔的圆度 ，直线度，光洁度，同轴度等靠我们现在传统的推 镗 、拉缸 、珩磨手段 ，要达到设计技术要求是不可能完全实现的， 那么就需要引进国外先进的生产设备来加以保证 ，以提升产品的层次和达到设计技术要求。

谢谢各位领导专家的聆听！