液压技术国内外发展趋势

液压技术国内外发展趋势液压技术发展趋势液压技术是实现现代化传动与控制的关键技术之一，世界各国对液压工业的发展都给予很大重视。世界液压元件的总销售额为350亿美元。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1%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。液压气动技术具有独特的优点，如:液压技术具有功率重量比大，体积小，频响高，压力、流量可控性好，可柔性传送动力，易实现直线运动等优点；气动传动具有节能、无污染、低成本、安全可靠、结构简单等优点，并易与微电子、电气技术相结合，形成自动控制系统。因此，液压气动技术广泛用于国民经济各部门。但是近年来，液压气动技术面临与机械传动和电气传动的竞争，如：数控机床、中小型塑机已采用电控伺服系统取代或部分取代液压传动。其主要原因是液压技术存在渗漏、维护性差等缺点。为此，必须努力发挥液压气动技术的优点，克服缺点，注意和电子技术相结合，不断扩大应用领域，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。液压产品技术发展趋势由于液压技术广泛应用了高科技成果，如：自控技术、计算机技术、微电子技术、可靠性及新工艺新材料等，使传统技术有了新的发展，也使产品的质量、水平有一定的提高。尽管如此，走向21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。其主要的发展趋势将集中在以下几个方面。减少损耗，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过程中，总存在能量损耗。为减少能量的损失，必须解决下面几个问题：减少元件和系统的内部压力损失，以减少功率损失；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；采用静压技术和新型密封材料，减少摩擦损失；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。泄漏控制泄漏控制包括：防止液体泄漏到外部造成环境污染和外部环境对系统的侵害两个方面。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。污染控制过去，液压界主要致力于控制固体颗粒的污染，而对水、空气等的污染控制往往不够重视。今后应重视解决：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。同时开发耐污染能力强的高效滤材和过滤器。研究对污染的在线测量；开发油水分离净化装置和排湿元件，以及开发能清除油中的气体、水分、化学物质和微生物的过滤元江及检测装置。主动维护开展液压系统的故障预测，实现主动维护技术。必须使液压系统故障诊断现代化，加强专家系统的开发研究，建立完整的、具有学习功能的专家知识库，并利用计算机和知识库中的知识，推算出引起故障的原因，提出维修方案和预防措施。要进一步开发液压系统故障诊断专家系统通用工具软件，开发液压系统自补偿系统，包括自调整、自校正，在故障发生之前进行补偿，这是液压行业努力的方向。机电一体化机电一体化可实现液压系统柔性化、智能化，充分发挥液压传动出力大、惯性小、响应快等优点，其主要发展动向如下：液压系统将有过去的电液开发系统和开环比例控制系统转向闭环比例伺服系统，同时对压力、流量、位置、温度、速度等传感器实现标准化；提高液压元件性能，在性能、可靠性、智能化等方面更适应机电一体化需求，发展与计算机直接接口的高频，低功耗的电磁电控元件；液压系统的流量、压力、温度、油污染度等数值将实现自动测量和诊断；电子直接控制元件将得到广泛采用，如电控液压泵，可实现液压泵的各种调节方式，实现软启动、合理分配功率、自动保护等；借助现场总线，实现高水平信息系统，简化液压系统的调节、争端和维护。液压CAD技术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。将计算机防真及适时控制结合起来，在试制样机前，便可用软件修改其特性参数，以达到最佳设计效果。下一个目标是，利用CAD技术支持液压产品到零不见设计的全过程，并把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），使液压设计与制造技术有一个突破性的发展。新材料、新工艺的应用新型材料的使用，如陶瓷、聚合物或涂敷料，可使液压的发展引起新的飞跃。为了保护环境，研究采用生物降解迅速的压力流体，如采用菜油基和合成脂基或者水及海水等介质替代矿物液压油。铸造工艺的发展，将促进液压元件性能的提高，如铸造流道在阀体和集成块中的广泛使用，可优化元件内部流动，减少压力损失和降低噪声，实现元件小型化。技术创新对于提高国家、地方和企业的科技竞争力，实现可持续发展具有十分重要的意义。2O世纪8O年代初，我国开始重视技术创新理论问题的研究，研究范围包括技术创新的模式、机制，技术创新的扩散，产业创新和技术创新经济学，技术创新的区域研究以及有关技术创新的政策、体系等诸多方面。经过2O多年的研究，人们已经注意到创新在生产各个方面所起的关键作用，并将创新作为企业、产业和国家竞争获胜的中心环节。随着应用了电子技术、计算及技术、信息技术、自动控制技术及新工艺、新材料的发展和应用，液压传动技术也在不断创新。液压传动技术已成为工业机械、工程建筑机械及国防尖端产品不可缺少的重要技术。而其向自动化、高精度、高效率、高速化、高功率、小型化、轻量化方向发展，是不断提高它与电传动、机械传动竞争能力的关键。本文从液压现场总线技术、自动化控制软件技术、水压元件及系统、液压节能技术等方面介绍液压传动技术发展动态。1、液压现场总线技术1.1液压现场总线技术的定义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、多分支结构的通信网络。现场总线控制系统简化为工作站和现场设备两层结构，它可以看作是一个由数字通讯设备和监控设备组成的分布式系统，从计算机角度看，现场总线是一种工业网络平台；从通信角度看，它是一种新型的全数字、串行、双向、多路设备的通信方式；从工程角度看，它是一种工厂结构化布线。随着现代制造技术的飞速发展，流体控制技术和电子控制技术的结合越来越紧密，在液压领域越来越多的人士开始使用或关注总线技术在液压系统中的应用，液压技术人员也越来越感受到观场总线技术的优越性。液压系统是在液压总线的供油路和回油路间安装数个开关液压源，其与各自的控制阀、执行器相连接。开关液压源包括液感元件、高速开关阀、单向阀、液容元件。根据开关液压源功能不同，它可组合成升压型或降压增流型开关液压源。由于将开关源的输入端直接挂在液压总线上，可通过高速开关方式加以升压或降压增流。该系统克服了传统液压系统无法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。1.2现场总线技术在液压系统应用中的特点(1)经济性：任何一种新技术新产品的开发与使用，其成本是首先需要考虑的因素之一，总线技术也不例外。设计开发总线技术产品的初衷之一就是降低系统及工程成本。所以，应用单位使用总线产品和供应商提供产品的第一前提应该是以降低总系统的使用成本为目的。(2)按IEC61131—3标准的柔性化程序，易学，学懂，可操作性强。(3)可靠性、可维护性：现场总线技术采用总线代替一对一的I／O连线。对于大规模I／O系统来说，减少了由接线点造成的不可靠因素，同时系统具有在线故障诊断，报警记录功能；可完成现场液压系统的远程参数设定，修改等参数化工作，增强了系统的可维护性。(4)友好的人机对话界面，可方便进行液压系统的参数修改和故障监控。(5)满足所有有关人身安全，电磁兼容，抗冲击及抗震动的重要标准。(6)相对于传统的液压比例控制系统更具有其价格竞争优势。2、自动化控制软件技术在多轴运动控制中，采用SPS可编程控制技术。在这种情况下，以PC机为基础的现代控制技术也和许多自动化控制领域一样，有着自己的用武之地。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。操作监控技术在伺服驱动中已经发展得比较成熟，并且具有强大的功能和功率。在大量的应用实践中已经证明，以微机软件为基础的控制方案在不同类型的液压控制中也是非常有效的控制方案。利用液压技术控制回路(控制阀、变量泵)和执行机构(液压缸、液压马达)大量不同的变型与组合配置，可以提供多种不同特性的控制方案。有些液压控制的运动与电气驱动的运动类似，因此，这样的液压运动控制也可以当作坐标轴的电气运动控制来对待和处理。各种液压控制方案可在PC机基础上的自动化控制系统下接受控制。自动化控制系统的适时性已经达到了毫秒级(精度达到1~2ms)，视所使用的局部总线系统不同，一个图像跳动的传输控制时间可短到10ms。这样的速度完全可以做到与常用的液压控制系统同步，可以完成对液压系统的功能控制。在液压轴控制的运算中，现代化的PC微处理器运算速度很快，完全可以与伺服控制技术中的伺服运算器相媲美。通常的微处理器在多轴控制过程中具有强大的运算能力，可在l~2ms之内完成多轴控制工作循环的计算，它已被应用到液压控制系统机床的大批量生产中。由于PC控制系统在主存储器中运行SPS可编程控制器的控制程序，使得任意编写的SPS应用控制程序也可在高层次的运算速度中运行。同样，用户自定义的专用控制程序也可在该层面中运行。在标准的自动化软件控制系统中，已经集成了对若干液压“坐标轴”的控制监控功能。对精确度要求较高的，例如切削加工机床，使用分散控制式的液压监控软件，它采用了液压阀、液压缸和位置测量系统复合的液压伺服机构，使得PC控制软件可以像控制电气元件一样来控制调节各个液压元件。PLC可编程序数据库使得液压定位的控制和自动化工作过程的同步运行更加方便。其控制电路与电气自动化控制基本没有什么区别，它同时也对操作与监控进行调节。另外，液压控制软件也可在PLC的标准环境中工作，而且是全透明的运行。利用这种液压控制软件可以对内部数据进行读写，最大限度地满足了操作监控和自动化控制的需要。所有液压系统的控制信号均可在工业控制局域网的接线柱中测得。可以被检测的信号包括：实际位置信号，实际压力信号和控制阀的状态、设置参数。利用液压控制技术可以满足各种要求，新的适时以太网解决方案以及与新以太网方案配套的连接元器件可以满足高新技术领域中高精度切削加工机床液压控制系统的所有需要。而液压控制系统的I／O系统也是少有的高效系统。所有工业液压技术的要求均可以以低廉的资金投入来得以实现。所有液压控制的运动功能，它都可以实现。除此以外，还提供了工作力的调节功能，利用电气伺服对输出的扭矩进行限定、调节。液压系统总体功能的制定，原则上按照实际需要而制定，并以模块的形式接受PLC数据库的控制。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。因为在解除了技术壁垒的封锁之后，各种专项控制技术之间有了很大的融合与统一。操作监控与机床运动的相互集成必须是更简单、更方便和更高效的。在液压控制技术中不断创新的目标是：为用户提供更全面、更可靠、更物美价廉的自动化控制解决方案。3、水压元件及系统3.1水压传动技术概述在某种意义上，液压技术的发展是一个元件与工作介质互相适应和协调发展的历史。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。现在所谓的水液压元件企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。在现代技术条件下，造出能在密封、自润滑、抗腐蚀等性能方面适应纯水甚至海水介质的液压元件是可能的。当然，由于无法同时改进介质的相关特性，水液压装置的性能，特别是性价比较之元件和介质都经过多年“磨合”和优化的传统液压装置会大打折扣，一般也只能在水的冰点以上才能运行。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。是新型工业化发展进