液压技术的发展现状及趋势

肖淼鑫，陈 波

（新乡学院机电工程学院，河南 新乡 453003）

液压传动是用液体作为能源介质来实现各种机械的传动和自动控制的一种传动方式。相对于电力拖动系统、机械系统而言，液压传动具有易于实现直线运动、功率及力质量比大、调速与控制方便容易等优点，在工程机械、矿山机械、压力机械、航空工业、机床、轻工、冶金等领域得到了广泛应用。液压技术是实现现代化传动与控制的关键技术之一，它对工业和国防领域的技术进步和发展起到了很大的推动作用，世界各国对液压工业的发展都给予很大重视。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0.8%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。

1 液压技术的发展现状

（1）发展历程。液压传动技术作为一门比较新的技术，自18世纪算起已发展了300多年，直到20世纪30年代才在起重机、机床及工程机械被普遍应用。二战后，特别是20世纪60年代以来，随着原子能技术、空间技术、计算机技术的发展，液压技术得到了长足的发展，其应用领域也扩展到国民经济的各个领域。而我国起步比较晚，但发展非常迅速，现在在产品质量、研究开发等方面正逐步赶上世界水平。

（2）现状分析。随着经济和社会的发展，人们对人类赖以生存的环境有了一个更高的要求,希望有一个安全无污染、节能环保、舒服的环境。尽管近年来液压技术有了快速发展，但液压传动效率低、噪声大、成本高、泄漏污染环境等缺点严重削弱了它的竞争力。而这些缺点明显与人们的希望和现代工业的发展潮流相违背，因而面临着与机械传动和电气传动的竞争，如：在数控机床、中小型塑机已采用电传动取代或部分取代液压传动；在机床、机器人等工程领域中,电气传动已占主导地位；在液压传动占优势的仿真运动平台和汽车转向器也开始出现了电气传动。为此，必须充分发挥液压技术的优点，克服缺点，注重与计算机及电子技术相结合，逐步扩大其应用领域，同时降低能耗，提高效率，适应环保需求，提高可靠性，这些都是液压传动技术发展的永恒目标，也是液压产品参与市场竞争是否取胜的关键。

液压技术的发展是多方面动力综合作用的结果，既有经济社会发展方面的要求，也有市场需求方面的要求，同时还有汲取与其相关技术并与替代性技术的竞争的要求。下面就从节能环保方面、控制技术方面及应用需求等方面分别阐述液压技术的现状。

（1）节能环保方面。液压技术正如其他技术的发展一样，针对其自身存在效率低、噪声大、泄漏污染环境等缺点进行攻关，以期达到人们提出的更高的要求。目前在节能环保方面的成果主要有：① 传动方面主要体现在与原动机传动结合的交频变量技术、容积调速技术里面的静液压技术及二次调速技术、蓄能器技术、负载感应技术、减少内外泄漏的措施（如提高元件加工精度、元件小型化、螺纹插装阀的大量采用等）。②介质方面主要是纯水液压（w-液压）技术，其技术国外从上世纪60年代已开始研究，目前美、英、德、日等都已在相关领域有所应用，我国也相继开发了海水轴向柱塞泵及海水液压泵性能试验台，其技术直接对碳排量的减少有贡献。③生产方面主要是将液压元件的生产与铸造脱离，努力发展插装阀、泵等，其技术还处于研发阶段。④系统方面主要是提高系统的效率，省电节能。目前已有高的响应速度、高的控制精度和重复精度的比例阀、比例泵、伺服阀的应用；由转速可调的伺服电机+柱塞泵、伺服马达螺杆驱动、蓄能器+高速伺服阀组成闭环回路控制油电式高速注塑机液压系统设计和应用。

（2）控制技术方面。随着微电子技术、计算机技术及网络的发展，液压与其结合发挥二者的优势是必然趋势。由于现场总线技术具有经济、易操控、可靠、安全及良好的人机交互界面等优点，目前液压元件与总线的结合形成具有总线功能的液压元件已形成系列产品。在控制理论方面，自适应控制、鲁棒控制、模糊控制及神经网络控制等均得到了不同程度的运用。

（3）应用需求方面。随着液压与其它技术的结合，其应用领域的不断扩展，对液压元件也提出了更高的要求。而高压大流量始终是液压技术的追求指标之一。当前在挖掘机液压系统上的压力已达42MPa压路机静液驱动装置可高达48MPa；而其流量可达250~1000L/min。随着新技术、新工艺的采用，液压元件在质量提高的同时，其寿命也大大提高，例如泵达10000hr，阀达1000万次，缸达100km，高速阀达2亿次等。工程陶瓷、工程塑料、聚合物等复合材料的应用,在提高质量、降低成本的同时，还提高了其核心竞争力。数字技术在液压元件上的发展，也随之出现了数字阀、数字缸、数字泵等。这些液压元件的发展，极大满足了应用的需求。

2 液压技术的发展趋势

基于液压技术的优点、广泛应用其它技术发展的高科技成果及替代性技术的竞争，使液压技术有了新的发展，也使其质量和产品有了一定的发展，但仍然存在巨大的发展空间。今后，液压技术仍将靠现有技术的改进和扩展，不断扩大其应用领域和范围，以满足未来的要求。其主要的发展趋势将集中在以下几个方面。

（1）节能环保。液压传动作为动力传动装置，在能量转换和传输过程不可避免地存在能耗问题，导致在某些行走机械系统中的效率不到10%。因此,提高效率是液压技术必需解决的重要问题,也是提高其竞争力的有效措施。如前所述，目前已经采用了如交频变量技术、二次调速技术、负载感应技术等节能技术，但这些技术的应用和人们对人类赖以生存的环境提出的更高要求还不一致。从环保方面考虑，减低噪声和液体的泄漏污染也是需要重点攻克的难题。因此节能环保将是液压界今后努力的重要方向之一。

（2）新材料、新工艺的应用。新型材料的使用，如工程陶瓷、工程塑料、聚合物或涂敷料，可使液压元件质量提高、成本降低，引起液压技术新的发展。采用菜油基、合成脂基或者纯水等降解迅速的工作介质替代矿物液压油，已受到美国、日本、欧盟等世界各国的高度重视。铸造工艺的发展，对优化液压元件内部流动，减少压力损失和降低噪声，实现元件小型化、模块化，都有良好的促进作用。

（3）控制方面。随着现场总线技术及智能控制理论的发展，并不断应用到国民经济的各个行业，使流体传动及控制技术发挥着越来越重要的作用，又为流体传动及控制技术的发展开辟了新的空间。如借助现场总线技术可以克服传统液压系统难以实现升压以及降压增流的问题,最终输出与各执行器需求相适应的压力和流量；采用模糊控制不需要建立被控对象的精确数学模型,对于参数严重时变的液压系统来说是一种非常有效的控制策略，目前国内的上海交通大学、浙江大学、东南大学等著名高校都在这方面做研究，并已取得应用；神经网络控制技术具有学习和自适应能力,而且具有一般非线性系统的特性,因此对于时变的非线性的液压控制系统更适用。因此把液压传动与控制技术融合是当代一系列先进技术和方法的先驱和典范，也是当代众多重大工程装备复杂机电系统的重要的基础和要害之一，同时还是我国从液压大国向液压强国转变的重要途径之一。

（4）机电一体化。液压技术与微电子技术、控制技术、计算机技术及传感器技术相融合,实现机电一体化集成,对于液压系统的柔性化、智能化,改变液压系统效率低、漏油、维修性差等缺点,充分发挥液压传动出力大、惯性小、响应快等优点具有重要的作用。如发展与微电子技术结合形成的带内藏电子控制器的比例阀和伺服阀不仅能提高可靠性、降低成本,而且还便于安装、调试和维护；发展与计算机更容易对接的液压数字阀，还具有价格更低、放大驱动装置更简单、体积更小的特点；发展具有压力补偿、负载敏感、流量适应和功率协调控制等综合功能的变量液压泵，对达到节能、提高效率及系统的智能化和信息化具有重要意义；发展带附加工况监视和传感功能的具有小型内藏式传感器、放大器和信号输出功能的元器组件对实现系统智能化、柔性化及小型化提供了方向。

（5）液压CAD技术。CAD技术使人工设计方式变为自动化和半自动化的方式,尤其是CAD/CAM/CAPP的推广和应用使液压技术得到迅速发展。利用现有的液压 CAD设计软件，进行二次开发，建立知识库信息系统，它将构成设计——制造——销售——使用——设计的闭环系统。随着计算机及工作站的发展，其相关的三维图形处理功能软件的普及应用，进行有限元分析、机构运功分析、动态仿真、优化设计及可靠性设计等，对提高设计质量、加快设计速度，达到最佳设计效果起到十分重要的作用。今后将利用 CAD技术的支持，对液压产品从概念设计、外观设计、性能设计、可靠性设计到零部件详细设计的全过程，进而实现CAD/CAM/CAPP/CAT以及现代管理系统集成在一起，建立集成计算机制造系统（CIMS），使液压产品的设计制造技术有一个突破性的发展。

3 结语

目前液压技术已渗透到国民经济的各个领域，极大促进了国家的发展壮大。虽然液压技术有自身的优点，但是存在的问题与面临机械传动和电气传动的严峻挑战也不容忽视。在科学技术飞速发展的今天，液压技术要想进一步的发展，保持其强大竞争力并不断扩大应用领域，就必须充分发挥其优点和融合其他领域的先进技术成果，不断创新，使液压元件和系统的性能得以不断提高，以满足人们对节能、环保和应用需求方面的要求。

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