液压技术的发展趋势

液压技术的发展趋势

液压技术作为流体传动及控制的分支之一，是与机械传动和电气传动构成当今传动控制领域的不可或缺的技术手段之一。作为当代大学生，特别是即将走上就业岗位的毕业生来讲，多了解液压技术的发展趋势对我们的择业和以后的发展有帮助。

一、 液压传动技术发展现状

近代液压传动技术是由19世纪崛起并蓬勃发展的石油工业推动起来的，最早实践成功的液压传动装置是舰船上的炮塔转位器，其后出现了液压六角车床和磨床，一些通用车床到2O世纪30年代末才用上了液压传动。第二次世界大战期间，由军事上的需要，出现了以电液伺服系统为代表的响应快、精度高的液压元件和控制系统，从而使液压技术得到了迅猛发展。20世纪50年代，随着世界各国经济的恢复和发展，生产过程自动化的不断增长，使液压技术很快转入民用工业。近年来，流体动力传动由于应用了电子技术、计算机技术、信息技术、自动控制技术及新工艺、新材料等后取得了新的发展，使液压气动系统和元件在技术水平上有很大提高。它已成为工业机械．工程建筑机械及国防尖端产品不可缺少的重要技术。而其向自动化．高精度．高效率、高速化、高功率、小型化、轻量化方向发展，是不断提高它与电传动、机械传动竞争能力的关键。为了保持现有的良好发展势头，必须重视液压传动固有缺点的不断改进和创新，走向2l世纪的流体传动除不断改进现有液压气动技术外，最重要的是移植现有的先进技术，使流体技术创造新的活力，以满足未来发展的需要。

二、液压元件近年已取得的成果

(1)元件的小型化、模块化

元件的小型化，如电磁阀的驱动功率逐渐减小，从而适应电子器件的直接控制，同时也节省了能耗。元件的功能日益复合，如螺纹捅装阀的大量运用，使系统的功能拓展更灵活。

(2)节能化

变量泵在国外的研发已日趋成熟。目前，恒压变量、流量压力复合控制，恒功率、比例伺服控制等技术已被广泛地集成到柱塞泵上。节能、减少系统发热已成为系统设计时必须考虑的问题之一。值得一提的是变频调速技术得到了足够的重视。采用定量泵变转速的方案是与恒转速变量泵相异的一种思路。目前的研究尚处于初步阶段。

(3)新材料的应用

新材料如陶瓷技术的使用是与非矿物油介质元件的要求及提高摩擦副的寿命联系在一起的。目前，已有德、英、芬兰等国的厂商在纯水液压件上使用了该项技术。新型磁性材料的运用是与电磁阀、比例阀的性能提高结合在一起的。由于磁通密度的提高，阀的推力更大，其直接作用便是阀的控制流量更大，响应更快，工作更可靠。

(4)环保

环保的要求体现了现代工业的人文关怀。环保的液压元件应当无泄漏及低噪声，这也是液压元件发展的一个永恒的主题。

(5)非矿物油介质元件

非矿物油介质元件是应用于特殊场合的元件，如要求耐燃、安全、卫生，此时就需要考虑采用高水基或纯水元件。能源危机催生了该类元件的诞生，但目前的发展动力可能更大程度上与环保、工作介质的廉价及其安全性相关。目前，丹麦的Danfoss公司提供了成套的NESSIE系列纯水液压元件，已在食品等行业得到了运用。

三、液压传动存在的问题

社会需求永远是推动技术发展的动力。据统计，世界各主要国家液压工业销售额占机械工业产值的2％～3．5％，而我国只占1％左右，这充分说明我国液压技术使用率较低，努力扩大其应用领域，将有广阔的发展前景。而降低能耗，提高效率，适应环保需求，机电一体化，高可靠性等是液压气动技术继续努力的永恒目标，也是液压气动产品参与市场竞争是否取胜的关键。但是，自20世纪9O年代以来，工程机械进入了一个新的发展时期，新技术的广泛应用使得新结构和新产品不断涌现。随着微电子技术向工程机械的渗透，工程机械日益向智能化和机电一体化发展，对工程机械行走驱动装置提出的要求也越来越苛刻。液压技术面临与机械传动和电气传动的竞争，如：数控机床、中小型塑机已采用电控伺服系统取代或部分取代液压传动。这是由于液压传动有它自身的优点，但也存在如下的问题：

(1)对工作介质的要求较高，工作性能受温度变化的影响，不宜在很高或很低的温度条件下工作。作为液压传动的工作介质，液压油必须具备以下要求： ① 合适的粘度和良好的粘温性能；

② 良好的极压抗磨性；

③ 优良的抗氧化安定性、水解安定性和热稳定性，以延长使用寿命； ④ 良好的抗泡性和空气释放值；

⑤ 良好的抗乳化性，能与混入油中的水分迅速分离；

⑥ 良好的防锈性，以防止金属表面锈蚀。

(2)液压元器件的成本较高。虽然现在很多的液压元件都已经标准化，但是由于对液压元件的加工精度要求高等原因，导致液压元件的成本较高。另一方面，由于现在液压系统对元件的要求越来越高，而在我国高性能要求的材料是制约液压元件发展的因素之一。

(3)液压系统故障诊断、排除较难。这一因素已成为油液技术发展的一绊脚石，未来在这一方面的研究将是必要的。

(4)工作效率较低。由于液压系统或多或少都存在着内泄漏和外泄漏，所以液压传动的效率较机械传动低，液压传动的密封性研究，也是未来的一个重要课题。

(5)液压控制技术较低。目前仍停留在PLC之类的控制水平上，而线控技术或网控技术几乎是空白的。

四、液压技术在以下几个方面有很大的发展潜力

1、机电一体化

机电一体化可实现液压系统柔性化、智能化，充分发挥液压传动出力大、惯性小、响应快等优点，其主要发展动向如下：液压系统将由过去的电液开发系统和开环比例控制系统转向闭环比例伺服系统，同时对压力、流量、位置、温度、速度等传感器实现标准化；提高液压元件性能，在性能、可靠性、智能化等方面更适应机电一体化需求，发展与计算机直接接口的高频，低功耗的电磁电控元件；液压系统的流量、压力、温度、油污染度等数值将自动测量和诊断；电子直接控制元件将得到广泛采用，如电控液压泵，可实现液压泵的各种调节方式，实现软启动、合理分配功率、自动保护等；借助现场总线，实现高水平信息系统，简化液压系统的调节、争端和维护。

2、自动化控制软件技术

在多轴运动控制中，采用SPS町编程控制技术。在这种情况下，以Pc机为基础的现代控制技术也和许多自动化控制领域一样，有着自己的用武之地。自动化控制软件将SPS的工作原则与操作监控两项任务集于一身。操作监控技术在伺服驱动中已经发展得比较成熟，并且具有强大的功能和功率。住大量的应用实践中已经证明，以微机软件为基础的控制方案在不同类型的液压控制中也是非常有效的控制方案。将液压控制回路(控制阀、变量泵)和执行机构(液压缸、液压马达)进行不同的变型与组合配置，可以提供多种不同特性的控制方案。有些液压控制的运动与电气驱动的运动类似，因此，这样的液压运动控制也可以当作坐标轴的电气运动控制来对待和处理。各种液压控制方案可在基于Pc机的自动化控制系统下接受控制。自动化控制系统的适时性已经达到了毫秒级(精度达到1～2ms)，视所使用的局部总线系统不同，一个图像跳动的传输控制时问可短到10ms。这样的

速度完全可以做到与常用的液压控制系统同步，可以完成对液压系统的功能控制。在液压轴控制的运算中，现代化的Pc微处理器运算速度很快，完全可以与伺服控制技术中的伺服运算器相媲美。通常的微处理器在多轴控制过程中具有强大的运算能力，可在1—2ms之内完成多轴控制工作循环的计算，它已被应用到液压传动机床的大批量生产中。由于PC控制系统在主存储器中运行SPS可编程控制器的控制程序，使得任意编写的SPS应用控制程序也可在高层次的运算速度下运行。同样，用户自定义的专用控制程序也可在该层面中运行。在标准的自动化软件控制系统中，已经集成了对若干液压“坐标轴” 的控制监控功能。对精确度要求较高的，例如切削加工机床，使用分散控制式的液压监控软件，它采用了液压阀、液压缸和位置测量系统复合的液压伺服机构，使得PC控制软件可以像控制电气元件一样来控制调节各个液压元件。PLC可编程序数据库使得液压定位的控制和自动化工作过程的同步运行更加方便。其控制电路与电气自动化控制基本没有什么区别，它同时也对操作与监控进行调节。另外，液压控制软件也可在PLC的标准环境中工作，而且是全透明的运行。利用这种液压控制软件可以对内部数据进行读写，最大限度地满足了操作监控和自动化控制的需要。所有液压系统的控制信号均可在工业控制局域网的接线柱中测得。可以被检测的信号包括：实际位置信号，实际压力信号和控制阀的状态、设置参数。利用液压控制技术可以满足各种要求，新的适时以太网解决方案以及与新以太网方案配套的连接元器件可以满足高新技术领域中高精度切削加工机床液压控制系统的所有需要。而液压控制系统的I／O系统也是少有的高效系统。所有工业液压技术的要求均可以以低廉的资金投入来得以实现。所有液压控制的运动功能，它都可以实现。除此以外，还提供了工作力的调节功能，利用电气伺服对输出的扭矩进行限定、调节。液压系统总体功能的制定，原则上按照实际需要而制定，并以模块的形式接受PLC数据库的控制。现代化的液压自动化控制软件使得自动化丁程技术人员可以像使用电气控制软件一样方便自如地进行操作 因为在解除了技术壁垒的封锁之后，各种专项控制技术之间有了很大的融合与统一。操作监控与机床运动的相互集成必须是更简单、更方便和更高效的。在液压控制技术中不断创新的目标是：为用户提供更全面、更可靠、更物美价廉的自动化控制解决方案。

3、水压元件及系统

3．1 水压传动技术概述

用水作介质的液压元件古而有之，最早的液压设备就是用水的。今灭随便一个洗车店里都装备了带容积式泵的高压清洗机这样的水液压设备。但后来所谓“水压机” 的介质中也添加了许多东西以满足方方面面的性能要求，其实是一种乳化液。后来发展的“难燃液压液” 有几种也足水基的。在某种意义上，液

压技术的发展是一个元件与工作介质互相适应和协调发展的历史。液压介质性能水平的提高对于现代液压技术的发展功不可没。现在所谓的水液压元件企图用普通水或天然海水作为介质，所有技术难点就都集中到了元件本身。液压元件的发展越来越依赖于材料科学和制造技术的进步，这在水液压元件中体现得尤为突出。在现代技术条件下，造出能在密封、白润滑、抗蚀等性能方面适应纯水甚至海水介质的液压元件是可能的，当然由于无法同时改进介质的相关特性，水液压装置的性能，特别是性价比较高之元件和介质都经过多年“磨合” 和优化的传统液压装置会大打折扣，一般也只能在水的冰点以上才能运行。水上和水下作业的船只和装置上，以及用高压水工作的设备中(如高压水清洗、切割设备、消防设备和艺术喷泉等)，使用直接从外界吸水和向外排水的开式循环的水液压系统有其必要性和合理性。水压传动技术就是基于绿色设计和清沽生产技术而重新崛起的一门新技术。是新型_丁 业化发展进程中出现的一门绿色新技术。由于水具有清洁、尤污染、廉价、安全、取之方便、再利用率高、处理简单等突出优点，用其取代矿物油作为液压系统工作介质时不仅能够解决未来因石油枯竭带来的能源危机，而且能够最大限度地解决因矿物油泄漏和排放带来的污染与安全问题，最符合环境保护以及可持续发展的要求，使得人们开始重新考虑和认识到将这一清洁能源作为液压系统工作介质的重要性，并已引起人们的普遍关注，成为现代水压传动技术发展的最直接动力。

3．2 水压传动技术特点

(1)资源丰富，来源广泛，再利用率高。水是地球上最为丰富且与世共生的资源，在水压传动系统应用的整个周期内，可多次回收，重复使用，且不易变质。

(2)水是一种无毒无污染资源，对人体和环境无害。有利于提高T作环境的舒适性和安全性，排除的液体不需作任何处理即可直接排放，从根本上消除油压传动系统冈泄漏和排放而造成的牛产与环境污染。

(3)阻燃性好，安全性高。特别适合高温、核辐射和明火等场合下的应用，有效地解决油压传动所带来的易燃、易爆、油蒸汽对人体的危害等安全『ⅡJ题以及核辐射造成的液 油变质和放射性污染等问题。

(4)处理技术与工艺简单，系统的运行与维修费用低。水长时间使用不会变质，使用前后的水处理简 ；而且系统在航运、水下作、 、潜艇等水环境下工作时，l口『不用油箱、冷却装置，大大简化了系统。

3．3 水压传动技术的应用及展望

随着科学技术的进步，水压产品及技术取得了较大的进展， 目前，不仅水压泵形式增多了，符合ISO／CETOP连接尺等各标准规格的各种阀，甚至叠加阀、比例阀和连续可调的流量控制阀都形成了产品系列，配套用的液压缸、油箱、接

头零件、密封件等也一应俱有，而且在专家的指导下，用户可以根据自己的需求进行系统配组。正式推出了多种工作压力为l6～21MPa的作为成套机械和设备用的独立产品(动力站和控制阀)。在欧、美水压传动开始广泛进入食品工业、医药、化学、造纸木材加工、海上作业、核能工业、消防：[程、地质钻探、环境工程等一些对安全、清洁、环境无害要求较高的行业。一些量大面广的街道和路面清洗车以及新的铁路机械中的应用，加上传统的钢厂轧机和水压机等应用正在扩大。可见水液压作为一种更符合环保要求的传动技术，将会使流体技术在与电传动技术的竞争中得到新的支持。随着新材料、新技术的不断涌现，必将推动水压技术的发展，逐步地取代现有的油压传动系统。可以预见，水压传动这一在第一次工业革命中兴起的古老技术，通过创新发展终将成为与电气、油压、气动并列的第四种传动技术。

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