肖淼鑫，陳 波

（新鄉(xiāng)學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院，河南 新鄉(xiāng) 453003）

液壓傳動(dòng)是用液體作為能源介質(zhì)來實(shí)現(xiàn)各種機(jī)械的傳動(dòng)和自動(dòng)控制的一種傳動(dòng)方式。相對(duì)于電力拖動(dòng)系統(tǒng)、機(jī)械系統(tǒng)而言，液壓傳動(dòng)具有易于實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)、功率及力質(zhì)量比大、調(diào)速與控制方便容易等優(yōu)點(diǎn)，在工程機(jī)械、礦山機(jī)械、壓力機(jī)械、航空工業(yè)、機(jī)床、輕工、冶金等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。液壓技術(shù)是實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化傳動(dòng)與控制的關(guān)鍵技術(shù)之一，它對(duì)工業(yè)和國防領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步和發(fā)展起到了很大的推動(dòng)作用，世界各國對(duì)液壓工業(yè)的發(fā)展都給予很大重視。據(jù)統(tǒng)計(jì)，世界各主要國家液壓工業(yè)銷售額占機(jī)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(kuò)大其應(yīng)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(dòng)技術(shù)作為一門比較新的技術(shù)，自18世紀(jì)算起已發(fā)展了300多年，直到20世紀(jì)30年代才在起重機(jī)、機(jī)床及工程機(jī)械被普遍應(yīng)用。二戰(zhàn)后，特別是20世紀(jì)60年代以來，隨著原子能技術(shù)、空間技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，液壓技術(shù)得到了長足的發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域也擴(kuò)展到國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)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(jì)和社會(huì)的發(fā)展，人們對(duì)人類賴以生存的環(huán)境有了一個(gè)更高的要求,希望有一個(gè)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(dòng)效率低、噪聲大、成本高、泄漏污染環(huán)境等缺點(diǎn)嚴(yán)重削弱了它的競爭力。而這些缺點(diǎn)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(jī)械傳動(dòng)和電氣傳動(dòng)的競爭，如：在數(shù)控機(jī)床、中小型塑機(jī)已采用電傳動(dòng)取代或部分取代液壓傳動(dòng)；在機(jī)床、機(jī)器人等工程領(lǐng)域中,電氣傳動(dòng)已占主導(dǎo)地位；在液壓傳動(dòng)占優(yōu)勢(shì)的仿真運(yùn)動(dòng)平臺(tái)和汽車轉(zhuǎn)向器也開始出現(xiàn)了電氣傳動(dòng)。為此，必須充分發(fā)揮液壓技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，克服缺點(diǎn)，注重與計(jì)算機(jī)及電子技術(shù)相結(jié)合，逐步擴(kuò)大其應(yīng)用領(lǐng)域，同時(shí)降低能耗，提高效率，適應(yīng)環(huán)保需求，提高可靠性，這些都是液壓傳動(dòng)技術(shù)發(fā)展的永恒目標(biāo)，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(dòng)力綜合作用的結(jié)果，既有經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展方面的要求，也有市場需求方面的要求，同時(shí)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(yīng)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(duì)其自身存在效率低、噪聲大、泄漏污染環(huán)境等缺點(diǎn)進(jìn)行攻關(guān)，以期達(dá)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(dòng)方面主要體現(xiàn)在與原動(dòng)機(jī)傳動(dòng)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(fù)載感應(yīng)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(jì)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(yīng)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(yàn)臺(tái)，其技術(shù)直接對(duì)碳排量的減少有貢獻(xiàn)。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(yīng)速度、高的控制精度和重復(fù)精度的比例閥、比例泵、伺服閥的應(yīng)用；由轉(zhuǎn)速可調(diào)的伺服電機(jī)+柱塞泵、伺服馬達(dá)螺桿驅(qū)動(dòng)、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(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)和應(yīng)用。

（2）控制技術(shù)方面。隨著微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，液壓與其結(jié)合發(fā)揮二者的優(yōu)勢(shì)是必然趨勢(shì)。由于現(xiàn)場總線技術(shù)具有經(jīng)濟(jì)、易操控、可靠、安全及良好的人機(jī)交互界面等優(yōu)點(diǎn)，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(yīng)控制、魯棒控制、模糊控制及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等均得到了不同程度的運(yùn)用。

（3）應(yīng)用需求方面。隨著液壓與其它技術(shù)的結(jié)合，其應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)展，對(duì)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(biāo)之一。當(dāng)前在挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)上的壓力已達(dá)42MPa壓路機(jī)靜液驅(qū)動(dòng)裝置可高達(dá)48MPa；而其流量可達(dá)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(shí)，其壽命也大大提高，例如泵達(dá)10000hr，閥達(dá)1000萬次，缸達(dá)100km，高速閥達(dá)2億次等。工程陶瓷、工程塑料、聚合物等復(fù)合材料的應(yīng)用,在提高質(zhì)量、降低成本的同時(shí)，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(yīng)用的需求。

2 液壓技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

基于液壓技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)、廣泛應(yīng)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(jìn)和擴(kuò)展，不斷擴(kuò)大其應(yīng)用領(lǐng)域和范圍，以滿足未來的要求。其主要的發(fā)展趨勢(shì)將集中在以下幾個(gè)方面。

（1）節(jié)能環(huán)保。液壓傳動(dòng)作為動(dòng)力傳動(dòng)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(dǎo)致在某些行走機(jī)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(fù)載感應(yīng)技術(shù)等節(jié)能技術(shù)，但這些技術(shù)的應(yīng)用和人們對(duì)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(diǎn)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(yīng)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(duì)優(yōu)化液壓元件內(nèi)部流動(dòng)，減少壓力損失和降低噪聲，實(shí)現(xiàn)元件小型化、模塊化，都有良好的促進(jìn)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(yīng)用到國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)行業(yè)，使流體傳動(dòng)及控制技術(shù)發(fā)揮著越來越重要的作用，又為流體傳動(dòng)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(shí)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(yīng)的壓力和流量；采用模糊控制不需要建立被控對(duì)象的精確數(shù)學(xué)模型,對(duì)于參數(shù)嚴(yán)重時(shí)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(xué)、浙江大學(xué)、東南大學(xué)等著名高校都在這方面做研究，并已取得應(yīng)用；神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)具有學(xué)習(xí)和自適應(yīng)能力,而且具有一般非線性系統(tǒng)的特性,因此對(duì)于時(shí)變的非線性的液壓控制系統(tǒng)更適用。因此把液壓傳動(dòng)與控制技術(shù)融合是當(dāng)代一系列先進(jìn)技術(shù)和方法的先驅(qū)和典范，也是當(dāng)代眾多重大工程裝備復(fù)雜機(jī)電系統(tǒng)的重要的基礎(chǔ)和要害之一，同時(shí)還是我國從液壓大國向液壓強(qiáng)國轉(zhuǎn)變的重要途徑之一。

（4）機(jī)電一體化。液壓技術(shù)與微電子技術(shù)、控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)及傳感器技術(shù)相融合,實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化集成,對(duì)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(diǎn),充分發(fā)揮液壓傳動(dòng)出力大、慣性小、響應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)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(hù)；發(fā)展與計(jì)算機(jī)更容易對(duì)接的液壓數(shù)字閥，還具有價(jià)格更低、放大驅(qū)動(dòng)裝置更簡單、體積更小的特點(diǎn)；發(fā)展具有壓力補(bǔ)償、負(fù)載敏感、流量適應(yīng)和功率協(xié)調(diào)控制等綜合功能的變量液壓泵，對(duì)達(dá)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(hào)輸出功能的元器組件對(duì)實(shí)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(shè)計(jì)方式變?yōu)樽詣?dòng)化和半自動(dòng)化的方式,尤其是CAD/CAM/CAPP的推廣和應(yīng)用使液壓技術(shù)得到迅速發(fā)展。利用現(xiàn)有的液壓 CAD設(shè)計(jì)軟件，進(jìn)行二次開發(fā)，建立知識(shí)庫信息系統(tǒng)，它將構(gòu)成設(shè)計(jì)——制造——銷售——使用——設(shè)計(jì)的閉環(huán)系統(tǒng)。隨著計(jì)算機(jī)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(yīng)用，進(jìn)行有限元分析、機(jī)構(gòu)運(yùn)功分析、動(dòng)態(tài)仿真、優(yōu)化設(shè)計(jì)及可靠性設(shè)計(jì)等，對(duì)提高設(shè)計(jì)質(zhì)量、加快設(shè)計(jì)速度，達(dá)到最佳設(shè)計(jì)效果起到十分重要的作用。今后將利用 CAD技術(shù)的支持，對(duì)液壓產(chǎn)品從概念設(shè)計(jì)、外觀設(shè)計(jì)、性能設(shè)計(jì)、可靠性設(shè)計(jì)到零部件詳細(xì)設(shè)計(jì)的全過程，進(jìn)而實(shí)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(jì)算機(jī)制造系統(tǒng)（CIMS），使液壓產(chǎn)品的設(shè)計(jì)制造技術(shù)有一個(gè)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(jì)的各個(gè)領(lǐng)域，極大促進(jìn)了國家的發(fā)展壯大。雖然液壓技術(shù)有自身的優(yōu)點(diǎn)，但是存在的問題與面臨機(jī)械傳動(dòng)和電氣傳動(dòng)的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)也不容忽視。在科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展的今天，液壓技術(shù)要想進(jìn)一步的發(fā)展，保持其強(qiáng)大競爭力并不斷擴(kuò)大應(yīng)用領(lǐng)域，就必須充分發(fā)揮其優(yōu)點(diǎn)和融合其他領(lǐng)域的先進(jìn)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(duì)節(jié)能、環(huán)保和應(yīng)用需求方面的要求。

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