现代液压传动技术的历史方向和发展趋势_黄浩铭

现代液压传动技术的历史、方向和发展趋势黄浩铭（长沙理工大学汽车与机械工程学院，湖南长沙410114）[摘要]介绍了液压传动技术的历史发展，现状及发展方向，提出了液压技术在发展应用过程中存在的问题,针对这些问题，论述了液压技术发展的定位和发展趋势。[关键词]液压传动；历史；发展方向；趋势引言液压传动是以流体作为工作介质对能量进行传动和控制的一种传动形式。相对于电力拖动和机械传动而言，液压传动具有输出力大，结构紧凑，体积小，调速方便以及易于控制等优点，因而广泛应用于工程机械，建筑机械和机床等设备上。由于纯水来源广泛，无污染，阻燃性好等优点；在我国积极开展纯水液压传动的研究与开发，对节约能源、保护环境、可持续发展及开发绿色液压产品，都具有十分重要的意义。1现代液压传动技术的历史1795年用水作为工作介质,以水压机的形式将其应用于工业上，诞生了世界上第一台水压机。1905年将工作介质水改为油，又进一步得到改善。第一次世界大战后液压传动广泛应用，特别是1920年以后，发展更为迅速。液压元件大约在19世纪末20世纪初的20年间才开始进入正规的工业生产阶段。1925年产生了压力平衡式叶片泵，为近代液压元件工业或液压传动的逐步建立奠定了基础。20世纪初对能量波动传递所进行的理论及实际研究；1910年对液力传动(液力联轴节、液力变矩器等)方面的贡献，使这两方面领域得到了发展。第二次世界大战期间，在美国机床中有30%应用了液压传动。日本液压传动的发展较欧美等国家晚了近20多年。在1955年前后，日本迅速发展液压传动，近20~30年间，日本液压传动发展之快，居世界领先地位。1.1近代液压传动技术近代液压传动技术是由19世纪崛起并蓬勃发展的石油工业推动起来的，最早实践成功的液压传动装置是舰船上的炮塔转位器，其后出现了液压六角车床和磨床，一些通用车床到20世纪30年代末才用上了液压传动。第二次世界大战期间，由于军事上的需要，出现了以电液伺服系统为代表的响应快、精度高的液压元件和控制系统，从而使液压技术得到了迅猛发展。20世纪50年代，随着世界各国经济的恢复和发展，生产过程自动化的不断增长，使液压技术很快转入民用工业，在机械制造、起重运输机械及各类施工机械、船舶、航空等领域得到了广泛的发展和应用。20世纪60年代以来，随着原子能、航空航天技术、微电子技术的发展，液压技术在更深、更广阔的领域得到了发展，在工程机械，数控加工中心，冶金自动线等国民经济的各个方面也都得到了应用。2液压传动技术发展方向水本身所固有的清洁性和阻燃性正好满足了现代社会对工业工程提出的安全、环境友好的要求,这也是最近20年来纯水液压传动技术持续复苏的根本动力。加之新型材料的发展、精密加工技术的进步和新结构液压元件研制成功,基本克服了初始水压传动存在的诸如易腐蚀、易磨损、泄漏大、效率低等缺点,使纯水液压传动技术在最近十年内取得了长足的进步,并重新开始广泛进入食品、造纸、纺织、医疗器械、消防、冶金、采矿、原子能动力厂、海洋开发等工业应用领域。2.1国内研究现状国内纯水液压技术研究的起步相比西方国家较晚。1990年华中理工大学在国内率先进行纯水液压传动技术研究，1996年研制并成功应用于国内第一台舰艇用海水轴向柱塞泵和海水液压泵性能试验台。目前浙江大学已研制成功最高压力为14MPa:流量为100L/min的纯水柱塞泵及一系列的纯水液压控制阀；并在摩擦副材料的研究上取得了重大进步。昆明理工大学对纯水液压齿轮泵也进行了一些研究，试验工作压力达到10MPa。2.2纯水液压技术在工业领域中的应用（1）食品加工业中的应用目前，纯水液压技术已在国外食品加工业中的以下领域得到应用：（1）牛奶和饮料的无菌灌装；（2）用于切割肉、骨、冻鱼等的液压锯；（3)）调整加工平台和工作台的位置；（4）屠宰场中，待宰猪的运输与清洗；（5）工作场所和设备的高压清洗；（6）贝类加工中的净化、调湿和水冷；（7）驱动各种提升、输送、夹持和旋转工具；（7肉鸡屠宰设备。从纯水液压技术在国外食品行业的应用情况来看，纯水液压技术在食品加工业的应用优势十分明显，清洁卫生、节约成本、系统集成与使用方便。由此可见，食品加工业采用纯水液压技术是一个必然的趋势。（2）钢铁工业中的应用前景纯水液压技术的研究已成为国际液压界的一大前沿研究课题。在高温环境中采用无燃性的纯水是非常安全的，特别是在焦炉、退火炉、转炉的应用更能显出其价值。一方面，泄漏的介质不会像液压油那样污染地面造成安全隐患，另一方面，泄漏的介质遇到明火，不会像液压油那样起火燃烧，从而有效地保护人身和设备的安全。天然淡水不仅自身的成本非常低，而且，其泄漏处理成本也极低?可忽略@。这对大量使用液压油的冶金行业来说其前景十分看好：目前，轧钢系统使用的液压油不仅量大，而且均为进口液压油。如果纯水液压技术能全面取代现有的轧钢液压系统，则吨钢的生产成本将大大降低。液压传动技术经历了从水压到油压的发展阶段，目前又在向水压传动方向进展。这不是简单重复和循环，而是标志着液压传动技术正在走向它的更高级阶段———纯水液压技术，尤其深海纯水液压技术的重大进展将成为液压界关注热点。随着材料科学的迅速发展和机械加工工艺水平的不断提高，为研发高性能的水压元件和系统奠定了坚实的物质基础。因水压传动在清洁卫生、无污染、安全抗燃、资源广泛、经济性等诸多方面有其独特的优点，可以预见，在不久的将来，纯水液压系统将越来越多地进入航空、工业、交通、生活等领域3液压传动技术发展趋势现代液压技术与微电子技术、计算机控制技术、传感技术等为代表的新技术紧密结合，形成并发展成为一种包括传动、控制、检测在内的自动化技术。当前，液压技术在实现高压、高速、大功率、经久耐用、高度集成化等各项要求方面都取得了重大的进展；在完善发展比例控制、伺服控制、开发控制技术上也有许多新的成绩。（1）计算机辅助设计（CAD）和测试（CAT）充分利用现有的液压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。（2）机电一体化电子技术和液压传动技术相结合，使传统的液压传动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,（3）可靠性和性能稳定性逐渐提高可靠性和性能稳定性是涉及面最广的综合指标，它包括元、器、辅、附件的可靠性，系统的可靠性设计、制造以及可靠性维护三大方面。随着诸如工程塑料、复合材料、高强度轻合金等新材料的应用，新工艺新结构的出现，元、器件性能的可靠性得以大大增加。系统可靠性设计理论的成熟与普及，使合理地进行元器件的选配有了理论依据。（4）污染控制及密封技术严格控制产品生产过程中的污染，发展封闭式系统，防止外部污染物侵入系统；应改进元件和系统设计，使之具有更大的耐污染能力。（5）液压现场总线技术现场总线是连接智能化仪表和自动化系统的全数字式双向传输多分支结构的通讯网络。现场总线控制系统简化为工作站和现场设备两层结构，它可以看作是一个数字通讯设备和监控设备组成的分布式系统。（6）自动化控制软件技术自动化控制软件将SPS的工作原则与操作监控两项任务集于一身。现代化的液压自动化控制软件使得自动化工程技术人员可以像使用电气控制软件一样方便自如地进行操作。（7）水压元件及系统所谓的水液压元件是试图用普通水或天然海水作为介质，所有技术难点就都集中到了元件本身。液压元件的发展越来越依赖于材料科学和制造技术的进步，这在水液压元件中体现得尤为突出。水压传动技术是基于绿色设计和清洁生产技术而重新崛起的一门新技术。（8）液压节能技术减少损耗，充分利用能量。今后，将发展无泄漏元件和系统，如发展集成化和复合化的元件和系统，实现无管连接，研制新型密封和无泄漏管接头，电机油泵组合装置等。无泄漏将是世界液压界今后努力的重要方向之一。（9）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。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。参考文献[1]王小红.现代液压传动技术发展的新方向———纯水液压传动[J].机床与液压.2006，（8）：226-231[2]杨曙东,李壮云.海水液压传动技术及其在海洋开发中的应用[J].海洋工程，2000，18（1):82-85[3]赵恩刚，太祥.纯水液压传动技术的现状与应用展望[J].流体传动与控制，2006,18（5）:1-3[4]孙晓丹.浅谈液压传动技术发展趋势[J].科技专论，2013,77（15）:254[5]陈小梅.我国液压技术的发展动态[J].机电技术，2011，（3):184-186[6]张康智,王栓强.纯水液压的发展及研究的主要方向[J].机械研究与应用，2008，21（1):21-23[7]许福玲.液压与气压传动北京:机械工业出版社，2008.[8]左建民.液压与气压传动.机械工业出版社，2014.[9]王积伟.液压传动.机械冬夜工业出版社，2014.[10]液压与气压传动学习辅导与例题