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液压气 动技术发展趋势
[2012/12/13]

       社会需 求永远是推动技术发展的动力,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。为了适 应这些目标和满足用户的需要,现代液 压气动产品发展呈如下主要趋势。
液压产 品技术发展趋势
  由于液 压技术广泛应用了高技术成果,如自动控制技术、计算机技术、微电子技术、磨擦磨损技术、可靠性 技术及新工艺和新材料,使传统 技术有了新的发展,也使液 压系统和元件的质量、水平有一定的提高。尽管如此,走向二 十一世纪的液压技术不可能有惊人的技术突破,应当主 要靠现有技术的改进和扩展,不断扩 大其应用领域以满足未来的要求。综合国 内外专家的意见,其主要 的发展趋势将集中在以下几个方面:

1.减少能耗,充分利用能量

 

液压技 术在将机械能转换成压力能及反转换方面,已取得很大进展,但一直存在能量损耗,主要反 映在系统的容积损失和机械损失上。如果全 部压力能都能得到充分利用,则将使 能量转换过程的效率得到显著提高。为减少压力能的损失,必须解 决下面几个问题:

①减少元 件和系统的内部压力损失,以减少功率损失。主要表 现在改进元件内部流道的压力损失,采用集 成化回路和铸造流道,可减少管道损失,同时还 可减少漏油损失。
  ②减少或 消除系统的节流损失,尽量减 少非安全需要的溢流量,避免采 用节流系统来调节流量和压力。
  ③采用静压技术,新型密封材料,减少磨擦损失。
  ④发展小型化、轻量化、复合化、广泛发展3通径、4通径电 磁阀以及低功率电磁阀。
  ⑤改善液压系统性能,采用负荷传感系统,二次调 节系统和采用蓄能器回路。
日本小松、日立、川崎、德国Rexroth,Linde,美国Eiton-Vickers’,Parker都采用负荷传感系统,可节省功率20-30%。
  ⑥为及时维护液压系统,防止污 染对系统寿命和可靠性造成影响,必须发 展新的污染检测方法,对污染进行在线测量,要及时调整,不允许滞后,以免由 于处理不及时而造成损失。

 

2.主动维护

 

液压系 统维护已从过去简单的故障拆修,发展到故障预测,即发现故障苗头时,预先进行维修,清除故障隐患,避免设 备恶性事故的发展。
  要实现 主动维护技术必须要加强液压系统故障诊断方法的研究,当前,凭有经 验的维修技术人员的感宫和经验,通过看、听、触、测等判 断找故障已不适于现代工业向大型化、连续化 和现代化方向发展,必须使 液压系统故障诊断现代化,加强专家系统的研究,要总结专家的知识,建立完整的、具有学 习功能的专家知识库,并利用 计算机根据输入的现象和知识库中知识,用推理 机中存在的推理方法,推算出 引出故障的原因,提高维 修方案和预防措施。要进一 步引发液压系统故障诊断专家系统通用工具软件,对于不 同的液压系统只需修改和增减少量的规则。
   另外,还应开 发液压系统自补偿系统,包括自调整、自润滑、自校正,在故障发生之前,进市补偿,这是液 压行业努力的方向。

3.机机电一体化

 电子技 术和液压传动技术相结合,使传统 的液压传协与控制技术增加了活力,扩大了应用领域。实现机 电一体化可以提高工作可靠性,实现液压系统柔性化、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、贯性小、响应快等优点,其主要发展动向如下:
  (1)电液伺 服比例技术的应用将不断扩大。液压系 统将由过去的电气液压on-oE系统和 开环比例控制系统转向闭环比例伺服系统,为适应上述发展,压力、流量、位置、温度、速度、加速度 等传感器应实现标准化。计算机 接口也应实现统一和兼容。
  (2)发展和 计算机直接接口的功耗为5mA以下电磁阀,以及用 于脉宽调制系统的高频电磁阀(小于3mS)等。
  (3)液压系统的流量、压力、温度、油的污 染等数值将实现自动测量和诊断,由于计 算机的价格降低,监控系统,包括集 中监控和自动调节系统将得到发展。
  (4)计算机仿真标准化,特别对高精度、“******”系统更有此要求。
  (5)由电子 直接控制元件将得到广泛采用,如电子 直接控制液压泵,采用通 用化控制机构也是今后需要探讨的问题,液压产 品机电一体化现状及发展。

液压行业: 
                                          液压元件将向高性能、高质量、高可靠性、系统成套方向发展;向低能耗、低噪声、振动、无泄漏以及污染控制、应用水 基介质等适应环保要求方向发展;开发高 集成化高功率密度、智能化、机电一 体化以及轻小型微型液压元件;积极采用新工艺、新材料和电子、传感等高新技术。 
  液力偶 合器向高速大功率和集成化的液力传动装置发展,开发水 介质调速型液力偶合器和向汽车应用领域发展,开发液力减速器,提高产 品可靠性和平均无故障工作时间;液力变 矩器要开发大功率的产品,提高零 部件的制造工艺技术,提高可靠性,推广计算机辅助技术,开发液 力变矩器与动力换档变速箱配套使用技术;液粘调 速离合器应提高产品质量,形成批量,向大功 率和高转速方向发展。 
气动行业: 
   产品向体积小、重量轻、功耗低、组合集成化方向发展,执行元件向种类多、结构紧凑、定位精度高方向发展;气动元 件与电子技术相结合,向智能化方向发展;元件性能向高速、高频、高响应、高寿命、耐高温、耐高压方向发展,普遍采用无油润滑,应用新工艺、新技术、新材料。 

1)采用的 液压元件高压化,连续工作压力达到40Mpa,瞬间******压力达到48Mpa;
  (2)调节和 控制方式多样化;
  (3)进一步改善调节性能,提高动 力传动系统的效率;
  (4)发展与机械、液力、电力传 动组合的复合式调节传动装置;
  (5)发展具有节能、储能功能的高效系统;
  (6)进一步降低噪声;
  (7)应用液 压螺纹插装阀技术,紧凑结构、减少漏油。

 

2)负荷传 感调节技术的国际发展趋势:

(1)发展系 统优化匹配技术;
  (2)进一步 提高系统动态特性,使其既节能,又有较 快速的响应特性;
  (3)进一步的机电一体化,发展电 液负荷调节传感系统;
  (4)发展螺 纹式插装阀技术,减少系统漏油,满足行 走机械的特殊要求。

  我国在联合收割机、拖拉机、叉车等主机产品上,先后进 行过静液压传动技术的应用研制工作,但由于 相应的液压元件不配套,质量不过关,系统设 计不合理等原因,都未能商品化;目前,行走机 械中的静压传动装置主要靠进口,在负荷 传感技术的应用上,由于国 内开发了负荷传感全液压转向器、多路阀、优先阀 和负荷传感变量泵等关键元件,所以已 有国产的泵控和阀控的负荷传感调节系统产品,在装载机、叉车、塑料注 射机和压铸机上得到应用,并有近 千台的生产能力。但仍因 为对该项技术缺乏全面、深入的 理论分析和试验研究,系统缺乏优化匹配,合理性欠佳等原因,往往达 不到预期节能效果,而且开发周期又太长,都影响 了在主机中的应用。这些均有待尽快提高,早日使 更多的国产静液压传动及负荷传感调节装置,满足我 国行走机械等主机产品发展的需求。

4、主要研究内容和目标

  (1)研究开 发静液压传动用通轴式轴向柱塞泵和马达的技术;
  (2)研究开 发高压通轴带负荷传感控制用轴向柱塞泵的技术;
  (3)研究开 发负荷传感用高压整体和片式多路换向阀的技术;
  (4)研究静 压传动系统和负荷传感调节系统参数匹配、动态特性和测试技术。

 

液压(含液力、下同)、气动、密封件,是各类 现代化机械装备的动力,传动与 控制的关键基础件。它们直 接决定着主机的性能、水平、质量及可靠性。建国以来,与机械 工业各类主机相比,本行业起步较晚,其发展 已严重影响和制约主机的现代化水平。此问题 引起国家领导和上级主管部门的重视,近年来作为国家******支持的产业,在规划、引资、引进技 术及科研开发等方面得到******支持。目前液压、气动、密封工 业被列为机械工业振兴发展的四大******之一。

目标:力争“十五”末,使研制 开发的主要关键元件、系统和装置,基本达 到国际九十年代初期水平,工具备 一定批量生产能力,为配套 国产静液压传动和负荷传感调节传动装置的主机产品商品化,打下坚实的技术基础。

(二)电液伺服比例技术

技术概要 
  电液伺 服比例技术是一种将微小的电信号按比例转换为大的液压功率输出的电液转换技术。
  国外电 液伺服技术的研究始于本世纪四十年代,到七十 年代投入了广泛的工业应用,至今已 形成完整的产品品种、规格系列,并对已成熟的产品,为进一步扩大应用,在保持 原基本性能与技术指标的前提下,向着简化结构、提高可靠性、降低制 造成本的方向发展,电液比 例技术是在电液伺服技术的基础上,针对用户需要,降低控制特性,对液压 伺服阀进行简化而发展起来的。尔后,比例电 磁铁技术的发展,又在三 类阀基础上发展液压比例阀。由电液 伺服比例元件为主而组成的电液伺服比例控制系统,具有响应快、功率比(功率与重量比)大、自动化 控制程度高等显著特点,因此在大惯量,要求快响应,实现自动控制的机床、冶金、矿山、石化、电化、船舶、军工、建筑、起重、运输等 主机产品中有广阔应用前景,是这些 主机重要的一种控制手段。
选择依据 
  在工业发达国家,由电液伺服阀、电液比例阀,以及配 用的专用电子控制器和相应的液压元件,组合集 成电流伺服比例控制系统的相互支撑发展,已综合 形成液压工程技术,它的应 用与发展被认为是衡量一个国家工业水平和现代工业发展立玉的重要标志,是液压 工工业又一个新的技术热点和增长点。在我国 同样有一大批主机产品的发展,需要应用该项技术,因此,将其列 为促进我国液压工业发展的关键技术之一。

国内外发展趋势 

国外近年来,电液伺 服比例技术的发展,较集中 地反映在其相关的主要基础元件的改进和发展上,主要包括:

  (1)电液伺 服阀向着简化结构、降低制造成本、提高抗 污染能力和高可靠性方向发展,研究开 发了大功率永磁直线力马达,形成了 新型的直接驱动式伺服阀产品系列;
  (2)电液比例阀向通用化、模块化、组全化、集成化方向发展,以实现规模经济生产,降低制造成本;
  (3)电子控 制器向着专用集成电路方向发展,实现小型化、组合化,并达到高可靠性目的。
  (4)电流伺 服比例技术的这些主要基础元件的相互衔接愈来愈密切,另部件 通用化程度不断提高。

  我国电 液伺服技术始于六十年代,到七十 年代有了实际应用产品,目前约有年产能力2000台;电液比 例技术到七十年代中期开始发展,现有几十种品种、规格的产品,约形成有年产能力5000台。总的看,我国电 液伺服比例技术与国际水平比有较大差距,主要表现在:缺乏主导系列产品,现有产 品型号规格杂乱,品种规格不全,并缺乏 足够的工业性试验研究,性能水平较低,质量不稳定,可靠性较差,以及存 在二次配套件的问题等,都有碍 于该项技术进一步地扩大应用,急待尽快提高。

主要研究内容和目标 
主要研究内容:

  (1)研究开 发直接驱动式电液伺服阀技术;
  (2)研究开 发螺纹插装式电液比例阀技术;
  (3)研究开 发三类阀式电液比例阀技术;
  (4)研究电 液伺服比例技术基础元件之间零件、部件的通用化、组合化、集成化、模块化技术。

  目标:力争“十五”末,研究开 发的电液伺服比例技术的主要基础元件产品,品种规格基本齐全,为国内 主机产品配套的满足率达到90%,产品水 平达到国际九十年代初期水平,并形成批量生产能力。

(三)气动智 能及模块化集成应用技术

技术概要 
  气动智 能化及模块化集成应用技术,是指在发展省配线、低功率 微型电磁阀系列基础上,将气动 技术与计算机技术、信息技术等结合起来,形成智 能化的气动系统,并进一步集成化、模块化,通过组 合便可形成省空间、省配线、压力损失小、效率高、响应快、可靠性好、便于维 修的气电一体化的智能生产品。国外,已较广 泛地用于工业自动控制,满足各 主机产品的自动化发展的配套需求,有着广泛的发展前景。
选择依据 
  我国,随着工业的发展,特别是机床、汽车、冶金、石化等 工业装备自动化水平的大幅度提高,以及食品、包装、微电子、生物工程、医药、轻纺等 行业的大力发展。所需的各种高效、多功能、自动化 设备和自动生产线,都迫切 需要配套这样的气电一体化产品。因此,气动智 能及模块化集成技术的开发和应用,不仅是 国际气动技术发展的一大趋势,也是我 国气动工业必须加快跟踪发展的一大方向,应列为******发展的关键技术,不断加 大对其研究开发的力度。
国外发展趋势 
  国外,气动智 能及模块化集成技术的应用发展十分迅速,目前已 有一大批门类齐全、品种相 当繁多的气动元件,实现了小型化、组合化、集成化和模块化,它们具有结构紧凑(如微型 电磁阀最小阀宽只有10mm)、低功耗(大部分控制功率1-2W,最小的0.35-0.5W)、快响应(响应时间10-25ms)、无油化、长寿命(5000万-1亿次)等特性,能很方便的组成阀岛,并将计 算机外围设备技术应用于气动系统,即形成智 能化的气动系统和产品。

  我国在 引进技术的基础上,已开发研制出低功率(控制功率1.4-1.8W)、不供油 的小型电控换向阀新产品,并采用多芯插件、接线盒等,根据需要要从2-10联任意安装,组成阀岛,主要性 能基本达到九十年代国际同类产品的水平。

主要研究内容和目标 
主要研究内容:

(1)串并联转换技术研究;
(2)CPU软件开发研究;
(3)φ1~3通径气 动元件系列设计及开发研究;
(4)微型低 功率集成模块设计技术研究;
(5)微型低 功率气动电磁阀制造技术研究。

目标:力争“十五”末,能够掌 握气动智能及模块化集成技术应用,发展一批微小型、低功率、组合化、集成化 的气电一体化元件和系统,使国内 为主机和进口设备维修用气电一体化元件的产品,品种配套满足率达80%。

(四)液压系 统污染控制及密封技术
技术概要 
  液压系 统污染控制主要指对油液净化,防止污 染物侵入液压系统以及制造过程提高零件清洁度的一种技术。密封技 术主要是指防止液压系统泄漏和防止污染物侵入的一种技术。

  液压气 动系统污染控制及密封技术,直接影 响到产品的质量和可靠性,也影响到产品的性能,进一步 对所配套的主机设备的精度、性能、质量和 水平起着关键的作用。据有关统计资料表明,液压系统故障的70%是由于 污染和密封不可靠引起的。因此,对液压 气动产品只改进设计,提高加工精度,还不能根本解决问题,必须辅 之以严格而有效的污染控制和可靠的密封才能奏效,才能充 分体现产品设计和加工所带来的先进性。
选择依据 
  液压气 动产品污染控制及密封技术研究,一方面,可解决 我国液压气动产品的脏、漏及动 作不可靠等问题,为替代 进口提高国产元件的配套率,满足国 民经济各工业部门发展的需要具有重要意义;另一方面,该项技 术研究又有很大技术难度,它涉及到设计、制造、使用、试验、净化装置等各个环节,必须针 对各个环节的不同特点,采取科 学的净化手段和有效的管理方法,并都要 切实做好才能彻底解决问题。因此,将该项 技术列为当前必须研究解决的关键技术。
国内外发展趋势 
  在工业先进国家,对液压 气动产品污染控制及密封技术都特别重视,因为它 直接影响到产品性能、质量和水平,是产品 有否市场的大问题。当前归 纳的基本情况是:

 (1)产品污 染控制贯彻在产品零部件制造的各道工序、产品装配、产品试验和包装中,有严格 的定量指标来表证产品清洁度状况,有严格 的防锈和其他措施来保证产品储存,运输中的清洁度;
 (2)制订出 相应的标准和规范,供有关人员遵照执行,并且纪律严明;
 (3)对液压 气动产品的用户,在使用 中有明确的清洁度要求,并有保证清洁度的相 关辅件供用户选用;
 (4)把产品 的污染控制纳入日常的工作范畴,出现问题随时解决;
 (5)特别注 重针对产品结构的密封技术研究,以保证 产品有可靠的密封性;
 (6)为适应主机产品高压、高速、高温或 低温发展对配套密封件的需求,国外正 向扩大橡塑组合、橡塑复 合密封应用领域;研究非 接触式可控膜式密封;探索应 用新的柔性石墨密封材料等。

  我国,对液压 气动产品的污染控制及密封技术也同样十分重视,但至今 对该项技术的研究,实施以及取得的效果,与工业先进国家比,仍有不少差距,需要继 续加大研究力度,以点带面,有的放矢,做出更好成绩。

4.研究主要内容和目标
 研究主要内容:
(1)研究开 发高性能零件清洗设备技术;
(2)研究开 发高压精度纳污量大的过滤系列产品技术;
(3)研究开 发新型气源净化装置技术;
(4)研究液 压气动元件和系统生产过程污染控制技术;
(5)研究大型、高速、组合及 高分子材料的橡塑密封产品,开发、测试及寿命评价技术;
(6)研究电 站用的机械密封结构、特种加工,以及材料及匹配技术;
(7)研究各类参数、高性能、高可靠 性的大型柔性石墨密封件的开发与测试技术。

目标:力争“十五”末,针对液 压气动产品制造过程污染控制、应用过 程污染控制和出厂试验过程污染控制,解决产 品的清洁度问题(治脏),使由于 产品清洁度不高所导致的产品质量和可靠性问题得到基本解决,产品清 洁度达到国家有关标准规定;针对液 压气动产品和系统,从密封、接头和 产品螺纹式插装结构等方面,基本解决漏油问题(治漏);对密封件,力争60%产品水 平达到国际九十年代初期水平。

(3)研究液 压气动常用标准图库和专用参数化图库的建立。

目标:在我国 液压气动计算机应用技术不断发展的基础上,必将迅 速地推动我国液压气动新产品的开发和产品结构调整。力争“十五”末,使我国 液压气动元件和系列产品的品种规格,在现有 基础上增加一倍以上。

近年来取得的成绩


  液压、气动、密封行 业现已形成一个门类比较齐全、有相当竞争实力、初具生 产规模的工业体系。据统计,主要企业约400余个,其中35家******企业产 值和产量占全行业的65%以上。1998年全国 液压行业总产值28亿元(含液力2.35亿元),产量450万件(含液力6.2万件/套);气动行业总产值6亿元,产量300多万件。机械系 统密封件总产值8.92亿元。按1996年国际同行业统计,我国液 压行业总产值占世界第六位。气动行 业总产值占世界第十位。
  改革开放以来,液压气 动密封行业迅速发展,先后引进了60余项国外先进技术,其中液压40余项,气动5项,经消化 吸收和技术改造,现均已批量生产,并成为 行业的主导产品。近年来,行业加 大了技术改造力度,1991~1998年,国家、地方和 企业自筹资金总投入共约20多亿元,其中液压16亿多元。经过技 术改造和技术攻关,一批主 要企业技术水平进一步提高,工艺装 备得到很大改善,为形成高起点、******化、批量生 产打下良好基础。近几年,在国家 多种所有制共同发展的方针指引下,不同所 有制的中小企业迅猛崛起,呈现着勃勃生机。随着国 家的进一步扩大开放,三资企业迅速发展,为行业提高水平,并扩大 出口起着重要作用。目前我国已和美国、日本、德国等国家的******厂商建立了柱塞泵/马达、行星减速机、转向器、液压控制阀、液压系统、静液压传动装置、液压件铸造、气动控制阀、气缸、气源处理三联件、机械密封、橡胶塑 密封等类产品生产的合资企业或独资企业50多家,引进外资5亿多美元。

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