液壓傳動與機械傳動作業(yè)性能對比分析

鐘立才，盧雪紅

(蘭州資源環(huán)境職業(yè)技術(shù)學院，甘肅 蘭州 730021)

1 液壓傳動與機械傳動的優(yōu)劣對比

液壓傳動與機械傳動是目前最為常見的兩種傳動方式，兩者各具優(yōu)劣，在不同機械設(shè)備中應(yīng)用也存在很大的差別。通過兩種傳動方式特點、優(yōu)劣進行分析，從概念上了解兩者差異。

(1)液壓傳動系統(tǒng)是指以液體為工作介質(zhì)進行能量傳遞與控制的一種傳動方式。如圖1所示。采用液壓傳動可以有效簡化機械結(jié)構(gòu)，降低制造成本；同時對于提升機械工作效率與降低能源消耗也具有一定價值。與機械傳動相比而言，液壓傳動系統(tǒng)包括以下幾個方面優(yōu)勢：一是工作中以油液作為傳動介質(zhì)，更方便地將原動機的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運動，因此液壓傳動更適合在工程機械、采礦設(shè)備中應(yīng)用；二是液壓傳動系統(tǒng)工作中可以實現(xiàn)大范圍的無極調(diào)速，進而提升傳動比率；三是液壓傳動相對于機械傳動，在各個傳動部件之間能夠?qū)崿F(xiàn)無間隙傳動，所以液壓傳動更為平穩(wěn)、反應(yīng)速度更快。但在實際使用中，由于各種因素的影響，液壓傳動也存在傳動使用成本高，出現(xiàn)故障難以排查與檢修等劣勢。

圖1 典型液壓傳動系統(tǒng)示意圖

(2)機械傳動是指利用機械方式實現(xiàn)動力和運動的傳動。例如某些機械傳動通過機械部件之間的摩擦力實現(xiàn)傳動；也有些借助件傳動件嚙合實現(xiàn)傳動，如鏈條、齒輪等傳動方式，如圖2所示。不同的機械傳動方式具有不同特點與應(yīng)用范圍。具體而言，機械傳動的優(yōu)劣勢分析需要從不同傳動方式進行對比分析：一是齒輪傳動。該傳動方式傳動精準、結(jié)構(gòu)緊湊、傳動效率高，而且在長時間使用下質(zhì)量更為可靠。缺點是對于齒輪部件的精度要求較高，同時由于受齒輪體積制約，該方式難以實現(xiàn)遠距離傳動。二是皮帶傳動。這是傳動機械設(shè)備最為常見的一種傳動方式。皮帶傳動的優(yōu)點是適合遠距離傳輸，皮帶傳輸具有一定彈性所以傳動更為穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)簡單，制造成本較低。皮帶傳動的缺點是傳動比率較低，隨著皮帶使用周期的延長，傳動比甚至會出現(xiàn)下降現(xiàn)象，使用壽命不長；三是鏈條傳動。該傳動方式傳動精準，傳動效率高，能夠適應(yīng)各種惡劣的工作環(huán)境，承載能力高。缺點是工作時噪聲偏大，存在沖擊、振動，鏈條的鉸鏈磨損后會導致節(jié)距變大出現(xiàn)脫落現(xiàn)象，同時對安裝的精度要求較高，傳動的穩(wěn)定性較差，不適用于載荷變動較大或者反向傳動之中。除了以上三種常見機械傳動方式外，還有一種方式為蝸桿傳動，由于該傳動方式發(fā)熱量大，部件消耗高所以應(yīng)用較少。

圖2 機械傳動中的皮帶傳動與齒輪傳動示意圖

通過對比可見，液壓傳動屬于流體傳動所以性能更可靠，傳動率更強。機械傳動技術(shù)更加成熟，設(shè)備簡單可靠，出現(xiàn)故障便于維修。所以，兩者之間各有優(yōu)勢，需要結(jié)合實際使用場景進行設(shè)計與使用。

2 液壓傳動與機械傳動性能分析與對比

通過試驗分析，結(jié)合實際工況，對液壓傳動與機械傳動在輕載、中載、重載三種工況下的傳動性能、有效輸出功率、有效驅(qū)動功率三個方面進行對比分析。

(1)輕載工況下液壓傳動與機械傳動性能對比。在輕載工況下將兩種傳動方式的負載設(shè)定在18 000 N·m下進行對比。首先，從兩種傳動方式有效輸出功率的對比結(jié)果可知：在輕載工況下機械傳動方式的功率要高于液壓傳動。具體而言，此時液壓發(fā)動機輸出功率波動較大，在負載較小時輸出功率較低，功率范圍在69.51～79.35 kW，平均輸出功率為75.26 kW。此時機械傳動的輸出功率則在 83.52～85.14 kW，平均輸出功率為84.63 kW，相對而言輕載工況下機械傳動功率輸出更為穩(wěn)定。其次，從有效驅(qū)動功率的對比結(jié)果可知：輕載工況下液壓傳動系統(tǒng)的有效驅(qū)動功率呈現(xiàn)正弦波動趨勢，有效驅(qū)動功率為58.26～67.79 kW，平均有效驅(qū)動功率為64.07 kW。機械傳動有效驅(qū)動功率為71.25～73.46 kW，平均有效驅(qū)動功率72.57 kW，有效驅(qū)動功率波動小，比較穩(wěn)定。可見，在輕載工況中傳統(tǒng)機械傳動有效驅(qū)動效率要優(yōu)于液壓傳動系統(tǒng)。

(2)中載工況下液壓傳動與機械傳動性能對比。在中載工況下將兩種傳動方式的負載設(shè)定在25 000 N·m下進行對比。首先，從兩種傳動方式有效輸出功率的對比結(jié)果可知：在中載工況下兩種傳動方式的功率輸出基本保持穩(wěn)定。具體而言，此時液壓發(fā)動機輸出功率波動較大，在負載中等時輸出功率較為穩(wěn)定，功率范圍在81.26～82.45 kW之間，平均輸出功率為81.73 kW。此時，機械傳動的輸出功率則在 82.15～83.14 kW，平均輸出功率為 82.29 kW。在中載工況下，雖然液壓傳動系統(tǒng)相對于輕載更加穩(wěn)定，但是與中載工況下的機械傳動相比依然有所波動。其次，從有效驅(qū)動功率的對比結(jié)果可知：中載工況下液壓傳動系統(tǒng)的有效驅(qū)動功率呈現(xiàn)正弦波動趨勢，而機械傳動有效驅(qū)動功率基本維持穩(wěn)定。其中液壓傳動系統(tǒng)有效驅(qū)動功率為 62.37～65.25 kW，平均有效驅(qū)動功率為63.16 kW。機械傳動有效驅(qū)動功率為 65.35～69.27 kW，平均有效驅(qū)動功率64.33 kW，有效驅(qū)動功率波動小，比較穩(wěn)定。可見，在中載工況下機械傳動驅(qū)動效率略微優(yōu)于液壓傳動系統(tǒng)。

(3)重載工況下液壓傳動與機械傳動性能對比。在重載工況下將兩種傳動方式的負載設(shè)定在32 000 N·m下進行對比。首先，從兩種傳動方式有效輸出功率的對比結(jié)果可知：在重載工況下機械傳動的有效輸出功率基本一致，有效輸出功率保持在83.52 kW，在重載工況下沒有明顯的差異。其次在有效驅(qū)動功率的對比中，重載情況下液壓傳動系統(tǒng)的有效驅(qū)動功率比機械傳動更有優(yōu)勢。具體而言，液壓傳動系統(tǒng)有效驅(qū)動功率為 64.81～65.26 kW，平均為 65.11 kW。而此時機械傳動有效驅(qū)動功率為69.26～72.16 kW，平均為71.37 kW。相對于液壓傳動系統(tǒng)，在重載工況下機械傳動系統(tǒng)有效驅(qū)動功率波動較大。

3 結(jié)語

液壓傳動和機械傳動是目前最常用、技術(shù)最成熟的兩種傳動方式，通過對比可見兩者各有優(yōu)劣，在兩種傳動方式性能對比上，液壓傳動系統(tǒng)相對機械傳動效率、質(zhì)量更高；但機械傳動的牽引功率更高。所以在實際工作中無論選擇哪種傳動方式，機械設(shè)備工作的最終目標是一致的，即是為了獲得最佳動力、經(jīng)濟和最大的作業(yè)效率，因此，設(shè)計與應(yīng)用中需要結(jié)合工況科學進行選擇，提高機械設(shè)備傳動系統(tǒng)效率與質(zhì)量。