液壓技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢

肖淼鑫，陳 波

（新鄉(xiāng)學院機電工程學院，河南 新鄉(xiāng) 453003）

液壓傳動是用液體作為能源介質(zhì)來實現(xiàn)各種機械的傳動和自動控制的一種傳動方式。相對于電力拖動系統(tǒng)、機械系統(tǒng)而言，液壓傳動具有易于實現(xiàn)直線運動、功率及力質(zhì)量比大、調(diào)速與控制方便容易等優(yōu)點，在工程機械、礦山機械、壓力機械、航空工業(yè)、機床、輕工、冶金等領(lǐng)域得到了廣泛應用。液壓技術(shù)是實現(xiàn)現(xiàn)代化傳動與控制的關(guān)鍵技術(shù)之一，它對工業(yè)和國防領(lǐng)域的技術(shù)進步和發(fā)展起到了很大的推動作用，世界各國對液壓工業(yè)的發(fā)展都給予很大重視。據(jù)統(tǒng)計，世界各主要國家液壓工業(yè)銷售額占機械工業(yè)產(chǎn)值的 2%~3.5%，而我國只占0.8%左右，這充分說明我國液壓技術(shù)使用率較低，努力擴大其應用領(lǐng)域，將有廣闊的發(fā)展前景。

1 液壓技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

（1）發(fā)展歷程。液壓傳動技術(shù)作為一門比較新的技術(shù)，自18世紀算起已發(fā)展了300多年，直到20世紀30年代才在起重機、機床及工程機械被普遍應用。二戰(zhàn)后，特別是20世紀60年代以來，隨著原子能技術(shù)、空間技術(shù)、計算機技術(shù)的發(fā)展，液壓技術(shù)得到了長足的發(fā)展，其應用領(lǐng)域也擴展到國民經(jīng)濟的各個領(lǐng)域。而我國起步比較晚，但發(fā)展非常迅速，現(xiàn)在在產(chǎn)品質(zhì)量、研究開發(fā)等方面正逐步趕上世界水平。

（2）現(xiàn)狀分析。隨著經(jīng)濟和社會的發(fā)展，人們對人類賴以生存的環(huán)境有了一個更高的要求,希望有一個安全無污染、節(jié)能環(huán)保、舒服的環(huán)境。盡管近年來液壓技術(shù)有了快速發(fā)展，但液壓傳動效率低、噪聲大、成本高、泄漏污染環(huán)境等缺點嚴重削弱了它的競爭力。而這些缺點明顯與人們的希望和現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展潮流相違背，因而面臨著與機械傳動和電氣傳動的競爭，如：在數(shù)控機床、中小型塑機已采用電傳動取代或部分取代液壓傳動；在機床、機器人等工程領(lǐng)域中,電氣傳動已占主導地位；在液壓傳動占優(yōu)勢的仿真運動平臺和汽車轉(zhuǎn)向器也開始出現(xiàn)了電氣傳動。為此，必須充分發(fā)揮液壓技術(shù)的優(yōu)點，克服缺點，注重與計算機及電子技術(shù)相結(jié)合，逐步擴大其應用領(lǐng)域，同時降低能耗，提高效率，適應環(huán)保需求，提高可靠性，這些都是液壓傳動技術(shù)發(fā)展的永恒目標，也是液壓產(chǎn)品參與市場競爭是否取勝的關(guān)鍵。

液壓技術(shù)的發(fā)展是多方面動力綜合作用的結(jié)果，既有經(jīng)濟社會發(fā)展方面的要求，也有市場需求方面的要求，同時還有汲取與其相關(guān)技術(shù)并與替代性技術(shù)的競爭的要求。下面就從節(jié)能環(huán)保方面、控制技術(shù)方面及應用需求等方面分別闡述液壓技術(shù)的現(xiàn)狀。

（1）節(jié)能環(huán)保方面。液壓技術(shù)正如其他技術(shù)的發(fā)展一樣，針對其自身存在效率低、噪聲大、泄漏污染環(huán)境等缺點進行攻關(guān)，以期達到人們提出的更高的要求。目前在節(jié)能環(huán)保方面的成果主要有：① 傳動方面主要體現(xiàn)在與原動機傳動結(jié)合的交頻變量技術(shù)、容積調(diào)速技術(shù)里面的靜液壓技術(shù)及二次調(diào)速技術(shù)、蓄能器技術(shù)、負載感應技術(shù)、減少內(nèi)外泄漏的措施（如提高元件加工精度、元件小型化、螺紋插裝閥的大量采用等）。②介質(zhì)方面主要是純水液壓（w-液壓）技術(shù)，其技術(shù)國外從上世紀60年代已開始研究，目前美、英、德、日等都已在相關(guān)領(lǐng)域有所應用，我國也相繼開發(fā)了海水軸向柱塞泵及海水液壓泵性能試驗臺，其技術(shù)直接對碳排量的減少有貢獻。③生產(chǎn)方面主要是將液壓元件的生產(chǎn)與鑄造脫離，努力發(fā)展插裝閥、泵等，其技術(shù)還處于研發(fā)階段。④系統(tǒng)方面主要是提高系統(tǒng)的效率，省電節(jié)能。目前已有高的響應速度、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(zhuǎn)速可調(diào)的伺服電機+柱塞泵、伺服馬達螺桿驅(qū)動、蓄能器+高速伺服閥組成閉環(huán)回路控制油電式高速注塑機液壓系統(tǒng)設計和應用。

（2）控制技術(shù)方面。隨著微電子技術(shù)、計算機技術(shù)及網(wǎng)絡的發(fā)展，液壓與其結(jié)合發(fā)揮二者的優(yōu)勢是必然趨勢。由于現(xiàn)場總線技術(shù)具有經(jīng)濟、易操控、可靠、安全及良好的人機交互界面等優(yōu)點，目前液壓元件與總線的結(jié)合形成具有總線功能的液壓元件已形成系列產(chǎn)品。在控制理論方面，自適應控制、魯棒控制、模糊控制及神經(jīng)網(wǎng)絡控制等均得到了不同程度的運用。

（3）應用需求方面。隨著液壓與其它技術(shù)的結(jié)合，其應用領(lǐng)域的不斷擴展，對液壓元件也提出了更高的要求。而高壓大流量始終是液壓技術(shù)的追求指標之一。當前在挖掘機液壓系統(tǒng)上的壓力已達42MPa壓路機靜液驅(qū)動裝置可高達48MPa；而其流量可達250~1000L/min。隨著新技術(shù)、新工藝的采用，液壓元件在質(zhì)量提高的同時，其壽命也大大提高，例如泵達10000hr，閥達1000萬次，缸達100km，高速閥達2億次等。工程陶瓷、工程塑料、聚合物等復合材料的應用,在提高質(zhì)量、降低成本的同時，還提高了其核心競爭力。數(shù)字技術(shù)在液壓元件上的發(fā)展，也隨之出現(xiàn)了數(shù)字閥、數(shù)字缸、數(shù)字泵等。這些液壓元件的發(fā)展，極大滿足了應用的需求。

2 液壓技術(shù)的發(fā)展趨勢

基于液壓技術(shù)的優(yōu)點、廣泛應用其它技術(shù)發(fā)展的高科技成果及替代性技術(shù)的競爭，使液壓技術(shù)有了新的發(fā)展，也使其質(zhì)量和產(chǎn)品有了一定的發(fā)展，但仍然存在巨大的發(fā)展空間。今后，液壓技術(shù)仍將靠現(xiàn)有技術(shù)的改進和擴展，不斷擴大其應用領(lǐng)域和范圍，以滿足未來的要求。其主要的發(fā)展趨勢將集中在以下幾個方面。

（1）節(jié)能環(huán)保。液壓傳動作為動力傳動裝置，在能量轉(zhuǎn)換和傳輸過程不可避免地存在能耗問題，導致在某些行走機械系統(tǒng)中的效率不到10%。因此,提高效率是液壓技術(shù)必需解決的重要問題,也是提高其競爭力的有效措施。如前所述，目前已經(jīng)采用了如交頻變量技術(shù)、二次調(diào)速技術(shù)、負載感應技術(shù)等節(jié)能技術(shù)，但這些技術(shù)的應用和人們對人類賴以生存的環(huán)境提出的更高要求還不一致。從環(huán)保方面考慮，減低噪聲和液體的泄漏污染也是需要重點攻克的難題。因此節(jié)能環(huán)保將是液壓界今后努力的重要方向之一。

（2）新材料、新工藝的應用。新型材料的使用，如工程陶瓷、工程塑料、聚合物或涂敷料，可使液壓元件質(zhì)量提高、成本降低，引起液壓技術(shù)新的發(fā)展。采用菜油基、合成脂基或者純水等降解迅速的工作介質(zhì)替代礦物液壓油，已受到美國、日本、歐盟等世界各國的高度重視。鑄造工藝的發(fā)展，對優(yōu)化液壓元件內(nèi)部流動，減少壓力損失和降低噪聲，實現(xiàn)元件小型化、模塊化，都有良好的促進作用。

（3）控制方面。隨著現(xiàn)場總線技術(shù)及智能控制理論的發(fā)展，并不斷應用到國民經(jīng)濟的各個行業(yè)，使流體傳動及控制技術(shù)發(fā)揮著越來越重要的作用，又為流體傳動及控制技術(shù)的發(fā)展開辟了新的空間。如借助現(xiàn)場總線技術(shù)可以克服傳統(tǒng)液壓系統(tǒng)難以實現(xiàn)升壓以及降壓增流的問題,最終輸出與各執(zhí)行器需求相適應的壓力和流量；采用模糊控制不需要建立被控對象的精確數(shù)學模型,對于參數(shù)嚴重時變的液壓系統(tǒng)來說是一種非常有效的控制策略，目前國內(nèi)的上海交通大學、浙江大學、東南大學等著名高校都在這方面做研究，并已取得應用；神經(jīng)網(wǎng)絡控制技術(shù)具有學習和自適應能力,而且具有一般非線性系統(tǒng)的特性,因此對于時變的非線性的液壓控制系統(tǒng)更適用。因此把液壓傳動與控制技術(shù)融合是當代一系列先進技術(shù)和方法的先驅(qū)和典范，也是當代眾多重大工程裝備復雜機電系統(tǒng)的重要的基礎和要害之一，同時還是我國從液壓大國向液壓強國轉(zhuǎn)變的重要途徑之一。

（4）機電一體化。液壓技術(shù)與微電子技術(shù)、控制技術(shù)、計算機技術(shù)及傳感器技術(shù)相融合,實現(xiàn)機電一體化集成,對于液壓系統(tǒng)的柔性化、智能化,改變液壓系統(tǒng)效率低、漏油、維修性差等缺點,充分發(fā)揮液壓傳動出力大、慣性小、響應快等優(yōu)點具有重要的作用。如發(fā)展與微電子技術(shù)結(jié)合形成的帶內(nèi)藏電子控制器的比例閥和伺服閥不僅能提高可靠性、降低成本,而且還便于安裝、調(diào)試和維護；發(fā)展與計算機更容易對接的液壓數(shù)字閥，還具有價格更低、放大驅(qū)動裝置更簡單、體積更小的特點；發(fā)展具有壓力補償、負載敏感、流量適應和功率協(xié)調(diào)控制等綜合功能的變量液壓泵，對達到節(jié)能、提高效率及系統(tǒng)的智能化和信息化具有重要意義；發(fā)展帶附加工況監(jiān)視和傳感功能的具有小型內(nèi)藏式傳感器、放大器和信號輸出功能的元器組件對實現(xiàn)系統(tǒng)智能化、柔性化及小型化提供了方向。

（5）液壓CAD技術(shù)。CAD技術(shù)使人工設計方式變?yōu)樽詣踊桶胱詣踊姆绞?尤其是CAD/CAM/CAPP的推廣和應用使液壓技術(shù)得到迅速發(fā)展。利用現(xiàn)有的液壓 CAD設計軟件，進行二次開發(fā)，建立知識庫信息系統(tǒng)，它將構(gòu)成設計——制造——銷售——使用——設計的閉環(huán)系統(tǒng)。隨著計算機及工作站的發(fā)展，其相關(guān)的三維圖形處理功能軟件的普及應用，進行有限元分析、機構(gòu)運功分析、動態(tài)仿真、優(yōu)化設計及可靠性設計等，對提高設計質(zhì)量、加快設計速度，達到最佳設計效果起到十分重要的作用。今后將利用 CAD技術(shù)的支持，對液壓產(chǎn)品從概念設計、外觀設計、性能設計、可靠性設計到零部件詳細設計的全過程，進而實現(xiàn)CAD/CAM/CAPP/CAT以及現(xiàn)代管理系統(tǒng)集成在一起，建立集成計算機制造系統(tǒng)（CIMS），使液壓產(chǎn)品的設計制造技術(shù)有一個突破性的發(fā)展。

3 結(jié)語

目前液壓技術(shù)已滲透到國民經(jīng)濟的各個領(lǐng)域，極大促進了國家的發(fā)展壯大。雖然液壓技術(shù)有自身的優(yōu)點，但是存在的問題與面臨機械傳動和電氣傳動的嚴峻挑戰(zhàn)也不容忽視。在科學技術(shù)飛速發(fā)展的今天，液壓技術(shù)要想進一步的發(fā)展，保持其強大競爭力并不斷擴大應用領(lǐng)域，就必須充分發(fā)揮其優(yōu)點和融合其他領(lǐng)域的先進技術(shù)成果，不斷創(chuàng)新，使液壓元件和系統(tǒng)的性能得以不斷提高，以滿足人們對節(jié)能、環(huán)保和應用需求方面的要求。

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