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          液壓氣動技術發展趨勢
          [2012/12/13]

                 社會需求永遠是推動技術發展的動力,降低能耗,提高效率,適應環保需求,機電一體化,高可靠性等是液壓氣動技術繼續努力的永恒目標,也是液壓氣動產品參與市場競爭是否取勝的關鍵。為了適應這些目標和滿足用戶的需要,現代液壓氣動產品發展呈如下主要趨勢。
          液壓產品技術發展趨勢
            由于液壓技術廣泛應用了高技術成果,如自動控制技術、計算機技術、微電子技術、磨擦磨損技術、可靠性技術及新工藝和新材料,使傳統技術有了新的發展,也使液壓系統和元件的質量、水平有一定的提高。盡管如此,走向二十一世紀的液壓技術不可能有驚人的技術突破,應當主要靠現有技術的改進和擴展,不斷擴大其應用領域以滿足未來的要求。綜合國內外專家的意見,其主要的發展趨勢將集中在以下幾個方面:

          1.減少能耗,充分利用能量

           

          液壓技術在將機械能轉換成壓力能及反轉換方面,已取得很大進展,但一直存在能量損耗,主要反映在系統的容積損失和機械損失上。如果全部壓力能都能得到充分利用,則將使能量轉換過程的效率得到顯著提高。為減少壓力能的損失,必須解決下面幾個問題:

          ①減少元件和系統的內部壓力損失,以減少功率損失。主要表現在改進元件內部流道的壓力損失,采用集成化回路和鑄造流道,可減少管道損失,同時還可減少漏油損失。
            ②減少或消除系統的節流損失,盡量減少非安全需要的溢流量,避免采用節流系統來調節流量和壓力。
            ③采用靜壓技術,新型密封材料,減少磨擦損失。
            ④發展小型化、輕量化、復合化、廣泛發展3通徑、4通徑電磁閥以及低功率電磁閥。
            ⑤改善液壓系統性能,采用負荷傳感系統,二次調節系統和采用蓄能器回路。
          日本小松、日立、川崎、德國Rexroth,Linde,美國Eiton-Vickers’,Parker都采用負荷傳感系統,可節省功率20-30%。
            ⑥為及時維護液壓系統,防止污染對系統壽命和可靠性造成影響,必須發展新的污染檢測方法,對污染進行在線測量,要及時調整,不允許滯后,以免由于處理不及時而造成損失。

           

          2.主動維護

           

          液壓系統維護已從過去簡單的故障拆修,發展到故障預測,即發現故障苗頭時,預先進行維修,清除故障隱患,避免設備惡性事故的發展。
            要實現主動維護技術必須要加強液壓系統故障診斷方法的研究,當前,憑有經驗的維修技術人員的感宮和經驗,通過看、聽、觸、測等判斷找故障已不適于現代工業向大型化、連續化和現代化方向發展,必須使液壓系統故障診斷現代化,加強專家系統的研究,要總結專家的知識,建立完整的、具有學習功能的專家知識庫,并利用計算機根據輸入的現象和知識庫中知識,用推理機中存在的推理方法,推算出引出故障的原因,提高維修方案和預防措施。要進一步引發液壓系統故障診斷專家系統通用工具軟件,對于不同的液壓系統只需修改和增減少量的規則。
             另外,還應開發液壓系統自補償系統,包括自調整、自潤滑、自校正,在故障發生之前,進市補償,這是液壓行業努力的方向。

          3.機機電一體化

           電子技術和液壓傳動技術相結合,使傳統的液壓傳協與控制技術增加了活力,擴大了應用領域。實現機電一體化可以提高工作可靠性,實現液壓系統柔性化、智能化,改變液壓系統效率低,漏油、維修性差等缺點,充分發揮液壓傳動出力大、貫性小、響應快等優點,其主要發展動向如下:
            (1)電液伺服比例技術的應用將不斷擴大。液壓系統將由過去的電氣液壓on-oE系統和開環比例控制系統轉向閉環比例伺服系統,為適應上述發展,壓力、流量、位置、溫度、速度、加速度等傳感器應實現標準化。計算機接口也應實現統一和兼容。
            (2)發展和計算機直接接口的功耗為5mA以下電磁閥,以及用于脈寬調制系統的高頻電磁閥(小于3mS)等。
            (3)液壓系統的流量、壓力、溫度、油的污染等數值將實現自動測量和診斷,由于計算機的價格降低,監控系統,包括集中監控和自動調節系統將得到發展。
            (4)計算機仿真標準化,特別對高精度、“******”系統更有此要求。
            (5)由電子直接控制元件將得到廣泛采用,如電子直接控制液壓泵,采用通用化控制機構也是今后需要探討的問題,液壓產品機電一體化現狀及發展。

          液壓行業: 
                                                    液壓元件將向高性能、高質量、高可靠性、系統成套方向發展;向低能耗、低噪聲、振動、無泄漏以及污染控制、應用水基介質等適應環保要求方向發展;開發高集成化高功率密度、智能化、機電一體化以及輕小型微型液壓元件;積極采用新工藝、新材料和電子、傳感等高新技術。 
            液力偶合器向高速大功率和集成化的液力傳動裝置發展,開發水介質調速型液力偶合器和向汽車應用領域發展,開發液力減速器,提高產品可靠性和平均無故障工作時間;液力變矩器要開發大功率的產品,提高零部件的制造工藝技術,提高可靠性,推廣計算機輔助技術,開發液力變矩器與動力換檔變速箱配套使用技術;液粘調速離合器應提高產品質量,形成批量,向大功率和高轉速方向發展。 
          氣動行業: 
             產品向體積小、重量輕、功耗低、組合集成化方向發展,執行元件向種類多、結構緊湊、定位精度高方向發展;氣動元件與電子技術相結合,向智能化方向發展;元件性能向高速、高頻、高響應、高壽命、耐高溫、耐高壓方向發展,普遍采用無油潤滑,應用新工藝、新技術、新材料。 

          1)采用的液壓元件高壓化,連續工作壓力達到40Mpa,瞬間******壓力達到48Mpa;
            (2)調節和控制方式多樣化;
            (3)進一步改善調節性能,提高動力傳動系統的效率;
            (4)發展與機械、液力、電力傳動組合的復合式調節傳動裝置;
            (5)發展具有節能、儲能功能的高效系統;
            (6)進一步降低噪聲;
            (7)應用液壓螺紋插裝閥技術,緊湊結構、減少漏油。

           

          2)負荷傳感調節技術的國際發展趨勢:

          (1)發展系統優化匹配技術;
            (2)進一步提高系統動態特性,使其既節能,又有較快速的響應特性;
            (3)進一步的機電一體化,發展電液負荷調節傳感系統;
            (4)發展螺紋式插裝閥技術,減少系統漏油,滿足行走機械的特殊要求。

            我國在聯合收割機、拖拉機、叉車等主機產品上,先后進行過靜液壓傳動技術的應用研制工作,但由于相應的液壓元件不配套,質量不過關,系統設計不合理等原因,都未能商品化;目前,行走機械中的靜壓傳動裝置主要靠進口,在負荷傳感技術的應用上,由于國內開發了負荷傳感全液壓轉向器、多路閥、優先閥和負荷傳感變量泵等關鍵元件,所以已有國產的泵控和閥控的負荷傳感調節系統產品,在裝載機、叉車、塑料注射機和壓鑄機上得到應用,并有近千臺的生產能力。但仍因為對該項技術缺乏全面、深入的理論分析和試驗研究,系統缺乏優化匹配,合理性欠佳等原因,往往達不到預期節能效果,而且開發周期又太長,都影響了在主機中的應用。這些均有待盡快提高,早日使更多的國產靜液壓傳動及負荷傳感調節裝置,滿足我國行走機械等主機產品發展的需求。

          4、主要研究內容和目標

            (1)研究開發靜液壓傳動用通軸式軸向柱塞泵和馬達的技術;
            (2)研究開發高壓通軸帶負荷傳感控制用軸向柱塞泵的技術;
            (3)研究開發負荷傳感用高壓整體和片式多路換向閥的技術;
            (4)研究靜壓傳動系統和負荷傳感調節系統參數匹配、動態特性和測試技術。

           

          液壓(含液力、下同)、氣動、密封件,是各類現代化機械裝備的動力,傳動與控制的關鍵基礎件。它們直接決定著主機的性能、水平、質量及可靠性。建國以來,與機械工業各類主機相比,本行業起步較晚,其發展已嚴重影響和制約主機的現代化水平。此問題引起國家領導和上級主管部門的重視,近年來作為國家******支持的產業,在規劃、引資、引進技術及科研開發等方面得到******支持。目前液壓、氣動、密封工業被列為機械工業振興發展的四大******之一。

          目標:力爭“十五”末,使研制開發的主要關鍵元件、系統和裝置,基本達到國際九十年代初期水平,工具備一定批量生產能力,為配套國產靜液壓傳動和負荷傳感調節傳動裝置的主機產品商品化,打下堅實的技術基礎。

          (二)電液伺服比例技術

          技術概要 
            電液伺服比例技術是一種將微小的電信號按比例轉換為大的液壓功率輸出的電液轉換技術。
            國外電液伺服技術的研究始于本世紀四十年代,到七十年代投入了廣泛的工業應用,至今已形成完整的產品品種、規格系列,并對已成熟的產品,為進一步擴大應用,在保持原基本性能與技術指標的前提下,向著簡化結構、提高可靠性、降低制造成本的方向發展,電液比例技術是在電液伺服技術的基礎上,針對用戶需要,降低控制特性,對液壓伺服閥進行簡化而發展起來的。爾后,比例電磁鐵技術的發展,又在三類閥基礎上發展液壓比例閥。由電液伺服比例元件為主而組成的電液伺服比例控制系統,具有響應快、功率比(功率與重量比)大、自動化控制程度高等顯著特點,因此在大慣量,要求快響應,實現自動控制的機床、冶金、礦山、石化、電化、船舶、軍工、建筑、起重、運輸等主機產品中有廣闊應用前景,是這些主機重要的一種控制手段。
          選擇依據 
            在工業發達國家,由電液伺服閥、電液比例閥,以及配用的專用電子控制器和相應的液壓元件,組合集成電流伺服比例控制系統的相互支撐發展,已綜合形成液壓工程技術,它的應用與發展被認為是衡量一個國家工業水平和現代工業發展立玉的重要標志,是液壓工工業又一個新的技術熱點和增長點。在我國同樣有一大批主機產品的發展,需要應用該項技術,因此,將其列為促進我國液壓工業發展的關鍵技術之一。

          國內外發展趨勢 

          國外近年來,電液伺服比例技術的發展,較集中地反映在其相關的主要基礎元件的改進和發展上,主要包括:

            (1)電液伺服閥向著簡化結構、降低制造成本、提高抗污染能力和高可靠性方向發展,研究開發了大功率永磁直線力馬達,形成了新型的直接驅動式伺服閥產品系列;
            (2)電液比例閥向通用化、模塊化、組全化、集成化方向發展,以實現規模經濟生產,降低制造成本;
            (3)電子控制器向著專用集成電路方向發展,實現小型化、組合化,并達到高可靠性目的。
            (4)電流伺服比例技術的這些主要基礎元件的相互銜接愈來愈密切,另部件通用化程度不斷提高。

            我國電液伺服技術始于六十年代,到七十年代有了實際應用產品,目前約有年產能力2000臺;電液比例技術到七十年代中期開始發展,現有幾十種品種、規格的產品,約形成有年產能力5000臺。總的看,我國電液伺服比例技術與國際水平比有較大差距,主要表現在:缺乏主導系列產品,現有產品型號規格雜亂,品種規格不全,并缺乏足夠的工業性試驗研究,性能水平較低,質量不穩定,可靠性較差,以及存在二次配套件的問題等,都有礙于該項技術進一步地擴大應用,急待盡快提高。

          主要研究內容和目標 
          主要研究內容:

            (1)研究開發直接驅動式電液伺服閥技術;
            (2)研究開發螺紋插裝式電液比例閥技術;
            (3)研究開發三類閥式電液比例閥技術;
            (4)研究電液伺服比例技術基礎元件之間零件、部件的通用化、組合化、集成化、模塊化技術。

            目標:力爭“十五”末,研究開發的電液伺服比例技術的主要基礎元件產品,品種規格基本齊全,為國內主機產品配套的滿足率達到90%,產品水平達到國際九十年代初期水平,并形成批量生產能力。

          (三)氣動智能及模塊化集成應用技術

          技術概要 
            氣動智能化及模塊化集成應用技術,是指在發展省配線、低功率微型電磁閥系列基礎上,將氣動技術與計算機技術、信息技術等結合起來,形成智能化的氣動系統,并進一步集成化、模塊化,通過組合便可形成省空間、省配線、壓力損失小、效率高、響應快、可靠性好、便于維修的氣電一體化的智能生產品。國外,已較廣泛地用于工業自動控制,滿足各主機產品的自動化發展的配套需求,有著廣泛的發展前景。
          選擇依據 
            我國,隨著工業的發展,特別是機床、汽車、冶金、石化等工業裝備自動化水平的大幅度提高,以及食品、包裝、微電子、生物工程、醫藥、輕紡等行業的大力發展。所需的各種高效、多功能、自動化設備和自動生產線,都迫切需要配套這樣的氣電一體化產品。因此,氣動智能及模塊化集成技術的開發和應用,不僅是國際氣動技術發展的一大趨勢,也是我國氣動工業必須加快跟蹤發展的一大方向,應列為******發展的關鍵技術,不斷加大對其研究開發的力度。
          國外發展趨勢 
            國外,氣動智能及模塊化集成技術的應用發展十分迅速,目前已有一大批門類齊全、品種相當繁多的氣動元件,實現了小型化、組合化、集成化和模塊化,它們具有結構緊湊(如微型電磁閥最小閥寬只有10mm)、低功耗(大部分控制功率1-2W,最小的0.35-0.5W)、快響應(響應時間10-25ms)、無油化、長壽命(5000萬-1億次)等特性,能很方便的組成閥島,并將計算機外圍設備技術應用于氣動系統,即形成智能化的氣動系統和產品。

            我國在引進技術的基礎上,已開發研制出低功率(控制功率1.4-1.8W)、不供油的小型電控換向閥新產品,并采用多芯插件、接線盒等,根據需要要從2-10聯任意安裝,組成閥島,主要性能基本達到九十年代國際同類產品的水平。

          主要研究內容和目標 
          主要研究內容:

          (1)串并聯轉換技術研究;
          (2)CPU軟件開發研究;
          (3)φ1~3通徑氣動元件系列設計及開發研究;
          (4)微型低功率集成模塊設計技術研究;
          (5)微型低功率氣動電磁閥制造技術研究。

          目標:力爭“十五”末,能夠掌握氣動智能及模塊化集成技術應用,發展一批微小型、低功率、組合化、集成化的氣電一體化元件和系統,使國內為主機和進口設備維修用氣電一體化元件的產品,品種配套滿足率達80%。

          (四)液壓系統污染控制及密封技術
          技術概要 
            液壓系統污染控制主要指對油液凈化,防止污染物侵入液壓系統以及制造過程提高零件清潔度的一種技術。密封技術主要是指防止液壓系統泄漏和防止污染物侵入的一種技術。

            液壓氣動系統污染控制及密封技術,直接影響到產品的質量和可靠性,也影響到產品的性能,進一步對所配套的主機設備的精度、性能、質量和水平起著關鍵的作用。據有關統計資料表明,液壓系統故障的70%是由于污染和密封不可靠引起的。因此,對液壓氣動產品只改進設計,提高加工精度,還不能根本解決問題,必須輔之以嚴格而有效的污染控制和可靠的密封才能奏效,才能充分體現產品設計和加工所帶來的先進性。
          選擇依據 
            液壓氣動產品污染控制及密封技術研究,一方面,可解決我國液壓氣動產品的臟、漏及動作不可靠等問題,為替代進口提高國產元件的配套率,滿足國民經濟各工業部門發展的需要具有重要意義;另一方面,該項技術研究又有很大技術難度,它涉及到設計、制造、使用、試驗、凈化裝置等各個環節,必須針對各個環節的不同特點,采取科學的凈化手段和有效的管理方法,并都要切實做好才能徹底解決問題。因此,將該項技術列為當前必須研究解決的關鍵技術。
          國內外發展趨勢 
            在工業先進國家,對液壓氣動產品污染控制及密封技術都特別重視,因為它直接影響到產品性能、質量和水平,是產品有否市場的大問題。當前歸納的基本情況是:

           (1)產品污染控制貫徹在產品零部件制造的各道工序、產品裝配、產品試驗和包裝中,有嚴格的定量指標來表證產品清潔度狀況,有嚴格的防銹和其他措施來保證產品儲存,運輸中的清潔度;
           (2)制訂出相應的標準和規范,供有關人員遵照執行,并且紀律嚴明;
           (3)對液壓氣動產品的用戶,在使用中有明確的清潔度要求,并有保證清潔度的相 關輔件供用戶選用;
           (4)把產品的污染控制納入日常的工作范疇,出現問題隨時解決;
           (5)特別注重針對產品結構的密封技術研究,以保證產品有可靠的密封性;
           (6)為適應主機產品高壓、高速、高溫或低溫發展對配套密封件的需求,國外正向擴大橡塑組合、橡塑復合密封應用領域;研究非接觸式可控膜式密封;探索應用新的柔性石墨密封材料等。

            我國,對液壓氣動產品的污染控制及密封技術也同樣十分重視,但至今對該項技術的研究,實施以及取得的效果,與工業先進國家比,仍有不少差距,需要繼續加大研究力度,以點帶面,有的放矢,做出更好成績。

          4.研究主要內容和目標
           研究主要內容:
          (1)研究開發高性能零件清洗設備技術;
          (2)研究開發高壓精度納污量大的過濾系列產品技術;
          (3)研究開發新型氣源凈化裝置技術;
          (4)研究液壓氣動元件和系統生產過程污染控制技術;
          (5)研究大型、高速、組合及高分子材料的橡塑密封產品,開發、測試及壽命評價技術;
          (6)研究電站用的機械密封結構、特種加工,以及材料及匹配技術;
          (7)研究各類參數、高性能、高可靠性的大型柔性石墨密封件的開發與測試技術。

          目標:力爭“十五”末,針對液壓氣動產品制造過程污染控制、應用過程污染控制和出廠試驗過程污染控制,解決產品的清潔度問題(治臟),使由于產品清潔度不高所導致的產品質量和可靠性問題得到基本解決,產品清潔度達到國家有關標準規定;針對液壓氣動產品和系統,從密封、接頭和產品螺紋式插裝結構等方面,基本解決漏油問題(治漏);對密封件,力爭60%產品水平達到國際九十年代初期水平。

          (3)研究液壓氣動常用標準圖庫和專用參數化圖庫的建立。

          目標:在我國液壓氣動計算機應用技術不斷發展的基礎上,必將迅速地推動我國液壓氣動新產品的開發和產品結構調整。力爭“十五”末,使我國液壓氣動元件和系列產品的品種規格,在現有基礎上增加一倍以上。

          近年來取得的成績


            液壓、氣動、密封行業現已形成一個門類比較齊全、有相當競爭實力、初具生產規模的工業體系。據統計,主要企業約400余個,其中35家******企業產值和產量占全行業的65%以上。1998年全國液壓行業總產值28億元(含液力2.35億元),產量450萬件(含液力6.2萬件/套);氣動行業總產值6億元,產量300多萬件。機械系統密封件總產值8.92億元。按1996年國際同行業統計,我國液壓行業總產值占世界第六位。氣動行業總產值占世界第十位。
            改革開放以來,液壓氣動密封行業迅速發展,先后引進了60余項國外先進技術,其中液壓40余項,氣動5項,經消化吸收和技術改造,現均已批量生產,并成為行業的主導產品。近年來,行業加大了技術改造力度,1991~1998年,國家、地方和企業自籌資金總投入共約20多億元,其中液壓16億多元。經過技術改造和技術攻關,一批主要企業技術水平進一步提高,工藝裝備得到很大改善,為形成高起點、專業化、批量生產打下良好基礎。近幾年,在國家多種所有制共同發展的方針指引下,不同所有制的中小企業迅猛崛起,呈現著勃勃生機。隨著國家的進一步擴大開放,三資企業迅速發展,為行業提高水平,并擴大出口起著重要作用。目前我國已和美國、日本、德國等國家的******廠商建立了柱塞泵/馬達、行星減速機、轉向器、液壓控制閥、液壓系統、靜液壓傳動裝置、液壓件鑄造、氣動控制閥、氣缸、氣源處理三聯件、機械密封、橡膠塑密封等類產品生產的合資企業或獨資企業50多家,引進外資5億多美元。

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