工程机械液压关键技术的发展趋势

楚东来　林春城

引言

工程机械的液压系统由行走装置液压系统、作业装置液压系统和操纵装置（含转向、制动等）液压系统等几部分组成，其中每一部分一般又由若干个子系统组成。基于上述要求，工程机械液压系统一般是多泵、具有压力与流量适应能力和先导操纵功能的液压系统。

随着科技的发展与环保节能日渐严格的要求，作为工程机械液压技术的关键技术，故障检测与诊断技术、工作介质替代技术、系统仿真技术都取得了新的发展。

1、故障检测与诊断技术

由于工程机械产品系统结构复杂，工作环境十分恶劣，故障发生频繁，种类繁多，检测复杂。。工程机械的故障检测与诊断技术成为工程机械液压系统研究的重要内容。按照检测对象的不同可以分为基于液压装置信息和基于油液污染的故障检测与诊断两类。随着液压技术向电子化和智能化不断发展，以及液压系统的不断复杂，人工巡回检测和人工故障诊断等传统故障检测诊断技术已经无法适应液压技术的发展，逐渐被智能化、实时在线故障诊断技术所取代。

1.1基于液压装置信息检测的故障检测与诊断

基于液压装置信息的故障检测与诊断技术利用传感器对单个液压元件和整个系统的温度、压力、流量、振动等动态特征信号进行实时在线检测、分析处理，利用特征信号进行故障诊断。由于实际液压系统元件常常具有严重的非线性特征，使得传统的故障诊断方法无法对故障准确诊断。随着计算机技术的发展和数学方法的运用，基于小波分析、鲁棒法、模糊诊断、神经网络诊断和专家系统诊断等现代智能诊断方法开始逐步在液压故障诊断中得到应用，逐步实现智能化、实时在线的故障检测与诊断。

1.2基于油液污染检测的故障检测与诊断

基于油液污染检测的故障检测诊断方法可分为基于油液的颗粒污染度和基于油液理化性质分析的检测与诊断方法。

两者都是根据经验或专家知识，分别建立油液颗粒污染度和油液理化性质变化与液压系统及元件状态参数间的关系库，运用专家推理机制，预测和判定系统故障。由于基于油液理化性质分析的故障诊断方法需要对油液理化性质进行细致分析，检测周期长，因此不适合在线检测，但在重要液压系统的准确可靠诊断方面有较大的发展前景。而基于油液污染度检测方法的发展经历了实验室取样分析检测—便携式检测仪检测—在线检测仪检测的过程，向智能化、实时在线诊断与检测方向发展。

2、工作介质替代技术

液压系统工作介质是液压系统的重要组成部分，其物理化学性质直接影响到液压系统的工作效能。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[4]。随着节能环保要求的不断严格，替代工作介 质具有更为广阔的应用前景，并且呈现多样化的趋势。这里只介绍两种典型的替代工作介质：磁流变液和水。

2.1磁流变液

磁流變液能够在磁流变液压阀（转换器）的控制作用下，完成驱动器（执行装置）的动作。在这种系统中，液压阀是一种无移动元件的比例控制阀，它主要由装有线圈、铁芯的导磁体及连接入口、出口并穿过导磁体的流体通道等元件构成。当磁流变液流经磁流变阀门时，磁场作用于磁流变液，使磁流变液的粘度随外加磁场强度变化而变化，导致流经阀门的阻力及阀门入口的压力增加，因而可减慢或停止液体的流动。磁流变液压阀具有结构紧凑、价格便宜、易于控制等优点，相比之下，传统的液压比例阀显得即昂贵又易磨损。

2.2水

随着材料科学和制造技术的发展，液压元件密封、自润滑、抗腐蚀等能力的提高，采用普通水或天然海水作为工作介质成为可能。水压传动在欧、美国家已经被广泛应用于食品、医药、化学、造纸、木材加工、环境工程等一些对安全和清洁要求较高的行业。随着新型材料液压元件的应用，采用水压传动的工程机械的比例会不断增大。

3、液压系统仿真技术

伴随着液压系统的广泛使用，液压系统仿真技术也逐渐得到发展。现行液压仿真软件主要特点有图形操作界面、多领域建模仿真、数据库技术的应用、标准化模型库。从仿真软件的发展和仿真软件的功能可以看出，仿真技术出现了如下几个发展趋势：

（1）向三维仿真发展

随着液压技术的发展，传统的一维和二维仿真技术已经无法满足液压技术仿真的需要，三维流场分析能够更加准确的反映液压系统中液压流场的真实情况，配合分析结果和分析过程三维流场的可视化技术，能够更加直观的描述液压系统中的三维流场。

（2）向流场耦合分析仿真发展

由于液压系统涉及到机械和流体（随着磁流变液技术的发展，还涉及到电磁），液压流场中包括液-固、液-气（液-磁）的多相耦合。因而同时考虑热力场和应力场等多场耦合问题的求解越来越成为液压流场分析的重要研究内容。

（3）向机电液一体化系统分析仿真发展

随着液压系统电子技术的广泛运用，液压系统机电液一体化趋势明显，因此能够同时建立机械、电气及液压结构的数学模型，并能把三者有机地结合起来的仿真软件将越来越受到青睐。

5 结论

综述了液压系统的故障检测与诊断技术、工作介质替代技术以及液压系统仿真技术的研究现状和发展趋势，得出了液压技术的发展趋势主要有以下几个方面：

（1）故障检测与诊断技术向智能化、实时在线检测与诊断方向发展。

（2）工作介质多样化，采用水压传动的工程机械的比例会不断增大。

（3）液压系统仿真技术向三维仿真、多流场耦合分析仿真、机电液一体化系统分析仿真发展。

（作者单位：1.中国人民解放军装甲兵工程学院，2.中国人民解放军军事交通学院）

作者简介

楚东来，1990年出生，男，吉林长春人，在读硕士研究生.