1--液压技术发展趋势

东北大学液压与气动技术研究所液压技术发展趋势1高压化2轻量化3模块化、集成化4液压新介质5液压比例伺服化6液压新材料、新工艺7节能化8数字化1高压化液压技术发展趋势高压化高压化的意义液压系统在相同的功率的情况下，提高工作压力可以降低流量，使泵的排量较小，液压管路管径变小，减小零件的体积，从而达到轻量化、节省材料和空间的目的。采用高压可以有效提高功率密度和降低成本。系统高压化在飞机设计上的意义重大，飞机系统高压化明显减轻飞机的质量。高压化表1是以21MPa作为基准压力，提高系统工作压力之后，液压系统重量体积的变化情况。高压化例如：美国海军在F-14战斗机上进行了压力分别20.7MPa和55.2MPa两种飞机液压系统的对比研究,结果表明:相对于压力为20.7MPa的飞机液压系统来说,压力55.2MPa的飞机液压系统的质量可减轻30%,体积可缩小40%。同时,也进一步证实将F-15、KC-10飞机液压系统压力从20.7MPa提高到55.2MPa,系统的质量至少减轻25%～30%。高压化高压化应用领域（1）飞机液压系统将朝着质量轻、体积小、高压化、大功率、变压力、多余度等方向发展。自从飞机液压系统出现20.7MPa、27.6MPa压力之后,世界上飞机液压系统最高压力已保持了40余年没有改变,图1所示是世界各国主要机型液压系统的工作压力。但是世界各国特别是美国近20年来的大量研究表明:减轻飞机液压系统质量和缩小其体积的最有力的途径是提高飞机液压系统的工作压力。高压化高压化（2）液压挖掘机现有的液压挖掘机基本上都是开回路的，平均使用压力在28~35MPa之间。这是因为日本的液压挖掘机可作多种用途，作业人员往往更重视挖掘机的操作性能。认为高压化会引起操作性能的恶化，因此使用压力一直停顿在目前的水平上。但是，今后如能与载荷传感器或电子控制器等相融合，那即使压力升高，也不会降低操作性能，也就是说液压挖掘机的油压可达到35~42MPa级水平。高压化（3）小型挖掘机小型挖掘机采用柱塞泵是最近几年的事，其使用压力现已达到21一25MPa水平。这是因为很多小型挖掘机的齿轮泵被换成了柱塞泵，橡胶管和液压缸等外部设备的使用压力水平也随之提高了。另外还出现了采用载荷传感器的小型挖掘机，和中型挖掘机一样，它们的使用压力还会逐步提高。虽目前尚不能肯定地说，但估计达到28~35MPa的压力水平已为期不远了。.高压化（4）压力机言及压力机，仅讨论一般压力级水平就显得毫无意义了。压力机种类千差万别，使用压力也大不一样。其中使用压力较高的是，锻压机械和板金加工机械。锻压机械主要使用变量泵，板金加工机主要使用定量泵，目前的使用压力水平为32~38MPa。最近，由于出现了锻压机，对高压化的要求渐增。此时如使用高可靠性的部件，其最高使用压力可达42MPa。以大型压力机为中心，估计今后的压力级水平大致在4oMPa左右。2轻量化液压技术发展趋势螺纹插装阀（1）达到零泄漏，改变液压易环境污染降低效率的弊端。（2）集成体积最小，符合工程机械车辆液压装置的要求。（3）成本降低，批量大，具有与其他阀种的竞争优势。轻量化的体现铝合金液压阀块铝合金阀块重量轻，是钢的1/3重；加工方便，易切削；不生锈，防腐性好。常用于插装阀,像液压锁,平衡阀,马达控制阀等。轻量化的体现3模块化、集成化高度的组合化，集成化和模块化液压系统由管式配置经板式配置，箱式配置，集成块式配置发展到叠加式配置，插装式配置，使连接的通道越来越短。阀台模块蓄能器组液压技术发展的特液压泵站18轧机配管的模块化设计侧面模块1侧面模块2侧面模块4侧面模块3介质模块连接模块2油库顶板出现了一些组合集成件，如液压泵和压力阀的集成设计、液压阀与液压缸的集成设计等系统的一体化设计实例（集成型液压缸）电液集成化的应用（电液集成元件）电液管—电液转换元件液管—液压放大元件4液压新介质液压技术发展趋势现代液压技术是在古老的水压传动技术的基础上发展和完善起来的，是根据17世纪帕斯卡提出的液体静压力传动原理而发展起来的一门新兴技术．在l7世纪末及随后的100多年里，液压传动的介质一直是水。l9世纪后半叶,出现了以纯水为介质的液压机械和元件，主要用于船舶锚机和起重机上。但是，由于纯水存在黏度低、润滑性能差和易造成元件腐蚀、其密封问题一直未能很好解决等缺点，以及电气传动技术的发展和竞争，曾一度导致液压技术停滞不前。液压介质的新发展一、液压介质发展概况在20世纪初期，随着石油工业的兴起和耐油合成橡胶的出现，促进了液压传动技术由初始的纯水液压传动进人占本世纪大部分时间的现有油压传动，矿物型液压油也以良好的综合理化性能取代了水而成为最主要的工作介质，液压元件和系统的性能也因此得以大大提高，从而极大地推动了液压传动技术的进步。第二次世界大战期间，尤其20世纪60—7O年代，液压技术得到了快速发展并日臻完善，并进入到稳定成熟的发展时期。目前，液压传动技术的工作介质在环保节能方面有两个发展方向，一是发展全新的以水为工作介质的水液压系统，二是发展生物可降解的环保液压油。液压介质发展概况水液压系统的发展水压传动技术与油压传动技术的发展历程比较水液压技术其实是在第一次工业革命中兴起的古老技术，是液压传动技术的初始阶段，随着世界各国对节能环保的呼声越来越高，许多科学又把目光投向了水这一环保工作介质。二、水液压系统的发展水液压系统的发展纯水液压传动是以纯水(不含任何添加剂的天然水，包括海水和淡水)作为传动介质。纯水的分类，见下表。水液压系统的发展(1)纯水价格低廉，且不用运输存储，取材方便，资源丰富(2)无环境污染，环保性好(3)水的阻燃性和安全性高(4)纯水压缩系数小(5)系统效率高(6)系统结构简单(7)温升小水压技术的优势与劣势(1)元件及系统成本高(2)润滑性差(3)易产生气蚀(4)纯水压缩系数小(5)运行温度范围小(6)易腐蚀(7)元件性能差水液压系统的发展水压传动技术的应用目前，应用水基液的水压传动技术已经是一门比较成熟的技术，广泛应用于采矿、冶金等业。应用纯水的液压传动技术也已经取得了重大进展，美国、英国、日本、芬兰、丹麦和德国等国家一直投入巨大的人力、物力和财力进行研究和开发，我国的不少高校也已经开展了这项技术的研究工作。世界上已经有几家液压公司专门制造用于纯水的液压元件和系统。水压传动技术的应用纯水液压技术的应用比重及趋势环保型液压油的发展从节能和环保方面考虑，除了采用水作为工作介质以外，具有现实意义的是发展生物可降解环保型液压油。目前市场上出售的液压油液有86%左右是石油型液压油，10%左右是难燃型液压油，只有4%左右是环保型液压油。可见，目前环保型液压油的应用率非常低。但是随着石油资源的逐渐枯竭，以及人类环保意识的逐渐增强，环保型液压油液必然会得到越来越广泛的应用。自1975年德国推出生物可降解二冲程舷外机油以来，欧洲各国、美国及日本等国对环保型润滑油及液压油的研究和应用极为重视。近年来我国也开展了环保型润滑油及液压油的研究及生产。三、环保型液压油的发展环保型液压油的发展生物可降解环保型液压油是指既能满足液压系统的要求，其耗损产物又对环境不造成危害的液压油。润滑油的可生物降解特性是其特性中最主要的指标。可生物降解性指物质被活性有机体通过生物作用分解为简单化合物如CO2和H2O的能力。环保型液压油的概念环保型液压油的概念环保型液压油的发展液压油液主要由基础油和添加剂组成，基础油的含量通常占液压油液的80%以上，因此，它对液压油的性能，例如生物降解性、挥发性、对添加剂的溶解性以及与其他液体的互溶性等起着决定性作用。此外液压油液的基础油还是决定液压油的氧化稳定性、低温固化性、水解稳定性等性质的重要因素。液压油液通常在基础油内添加抗磨剂、防腐剂、抗氧化剂、防锈剂、抗泡剂等添加剂，以提高液压油液的性能。环保型液压油的组成环保型液压油的组成环保型液压油的发展目前，按基础油的种类不同，环保型液压油液主要可分为聚乙二醇、植物油、合成酯及碳氢化合物等。国际标准IS06743-4-1999(我国标准GB/T7631.2-2003)中对环保型液压油液的分类见下表。环保型液压油的种类环保型液压油的种类环保型液压油的发展环保型液压油的种类两种不同基础油的性能比较环保型液压油的发展环保型液压油存在的问题(1)低温问题许多植物油在低温下胶凝或固化，这对液压系统提出了严峻挑战。(2)压力额定值有些高性能的生物可降解液压油具有极好的承载能力和耐磨性能，在-17.8~82℃时，其耐磨性比传统的液压油要好。目前，生物可降解液压油的工作压力一般不超过34.5MPa，例如当压力超过34.5MPa这一值时，使用菜籽油的液压泵磨损极为严重，较大的承载工况可把甘油三酸酯分解为酸，从而破坏泵内的有色金属。(3)寿命若暴露在光照下，生物可降解液压油会变黑，因为油中的光敏类脂类和脂肪材质会由于吸收紫外线而改变颜色。环保型液压油存在的问题5液压比例伺服化液压技术发展趋势电液比例技术电液比例技术兴起的原因：液压传动和控制技术发展过程中，相继出现了电液伺服和电液比例两大重要技术。电液伺服控制首先用于航空和一些重要设备的自动控制，但由于电液伺服控制元件价格昂贵，对油质要求严格，控制损失也大，因而难以更广泛的工业应用所接受。而传统的液压开关控制又不能满足一般工业的高质量控制要求，这种情况下介于两者之间的电业比例控制技术发展起来了，它的出现使很大一部分普通液压控制改成了电液比例控制。目前，电液比例控制技术大量应用于工业控制领域，其较强的抗油污能力和低廉的价格，具有很强的市场竞争力。对各种电液控制阀的性能比较见表液压比例化数控机床是我国机械工业发展的关键产品。在机床液压系统中采用先进的比例控制技术代替普通液压系统可使普通机床向数控机床的方向迈进提供有力的条件船舶控制工程实验室在某型号收放式减摇鳍的随动系统中用电液比例阀取代传统的电液伺服阀,设计了减摇鳍电液比例控制系统，下图为之前的伺服控制和改进后的比例控制电液比例技术电液比例技术的应用：1在冶金行业中的应用冶金机械正在向大型化、连续化、高速化和自动化的方向发展。在电解极板加工机组中运用电液比例技术后，其传动的可靠性、控制精度、稳定性和生产效率都大幅提高，降低了生产成本；而运用电液比例控制系统设计的冶金冷却回路,提高了系统元件的使用寿命，便于快速故障诊断和响应。2在工程机械中的应用利用电液比例阀代替布置在工程机械操控室的多路阀，提高了主机总体设计的柔性，改善了操作特性。在汽车起重机中的起升机构、伸缩机构和防止二次起升下滑机构的控制系统中，都运用了电液比例换向阀，保证了起重机作业的可靠性。3在矿山机械中的应用在带式输送机的自动张紧装置中，布置电液比例方向阀来控制张紧油缸的动作，或用比例溢流阀控制液压马达的输出扭矩来实现张紧力的适时控制。电液比例技术的发展趋势电液比例技术的发展趋势(1)提高控制性能,适应机电液一体化主机的发展。提高电液比例阀及远控多路阀的性能,使之适应野外工作条件。并发展低成本比例阀,其主要零件与标准阀通用。(2)比例技术与二通和三通插装技术相结合,形成了比例插装技术,特点是结构简单,性能可靠,流动阻力小,通油能力大,易于集成;此外出现比例容积控制为中、大功率控制系统节能提供新手段。(3)由于传感器和电子器件的小型化,出现了传感器、测量放大器、控制放大器和阀复合一体化的元件,极大地提高了比例阀(电反馈)的工作频宽。其主要表现有:高频响、低功耗比例放大器及高频响比例电磁铁的研制。电液伺服系统的应用电液伺服系统的应用船舶与海洋作业系统船舶的舵机是保持或者改变船舶航向，保证安全运行的重要设备。由于电液伺服系统在结构性能上的优势，在船舶上普遍采用。图为舵机的结构形式，分别为双缸往复式转舵机构、回转式转舵机构。土木工程研究领域土木工程领域大量使用电液伺服系统。由于实验对象规模越来越大、要求的准确性越来越高，对电液伺服系统的要求也越来越高。如美国和日本联合研制的E-Defence系统，是电液伺服系统和基于电液伺服系统集成设计的典范。摇