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液压设备技术的现状及发展趋势浅析
摘要：液压设备系统的传动具有易于实现直线运动、功率质量之比大、动态响应快等优点，在工程机械、冶金、农业、林业、试验设备、航空航天、仿真运动平台和武器装备等领域已经得到了广泛的应用。特别在人造板行业方面的应用，可以说是涉及到各个工段。面对日益严格的环保、节能和可持续发展的要求，液压系统因噪声、泄漏、污染、效率低等缺点而受到了电气传动、机械传动强有力的竞争挑战。本文先从液压设备系统的发展历史开始描述，主要研究液压设备系统的现状及其技术，分析液压设备系统在当今社会的作用以及未来的发展趋势。关键词：液压设备系统；液压设备技术；环保；发展趋势；应用
液压设备系统是门既古老又新兴的技术，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。相关资料显示，世界液压元件的总销售额为350亿美元，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%。由此可以看出，液压设备系统在世界各国中早已得到了广泛的发展与应用。邱兴华[1]指出，在60年代它更得到了迅速的发展。当今，液压技术已发展成一门新兴的工业技术，它已不再是单纯的液压传动的概念。在现代工业技术中，它已发展成包括现代机械传动、控制技术与测试技术在内的现代自动化技术，也是现代机械装备的基础技术之一，它为现代工业的机电液一体化创造了向高水平、高性能发展的条件。当今世界，一个国家工业技术装备的液压化率已成为现代工业化的重要标志之一。
一、液压设备系统的历史
液压系统和气压传动称为流体传动，是根据17世纪帕斯卡提出的液体静压力传动原理而发展起来的一门新兴技术，1795年英国约瑟夫•布拉曼(Joseph Braman,1749-1814)，在伦敦用水作为工作介质,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（液压油缸）,又进一步得到改善。第一次世界大战(1914-1918)后液压传动广泛应用，特别是1920年以后，发展更为迅速。液压站大约在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年维克斯(F.Vikers)发明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世纪初康斯坦丁•尼斯克(G•Constantimsco)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(1941-1945)期间，在美国机床中有30%应用了液压传动。
应该指出，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，1956年成立了“液压工业会”。近20～30 年间，日本液压传动发展之快，居世界领先地位[2]。
而邱兴华[3]在研究国外的液压技术发展时，总结出在本世纪近二、三十年来，由于新的工程领域的开拓，对液压元件及系统在应用范围及技术性能方面都提出了更高的要求。可以说，这一段时期是国外液压技术处于世界第四次产业革命时期，大体可分为：
(1)高速发展时期(1959～1970)，主要发展高性能元件，实现高压高速化。
(2)重视环保时期(1971～1977)，高压高速化会带来工业噪音公害，要进一步改进元件、系统性能，实现低噪音化。
(3)重视可靠性的时期(1975～1980)，油的污染将直接影响元件 系统的可靠性，要对污染进行监测、维护，以提高可靠性和寿命。
(4)重视节省资源、能源的时期(1980～至今)，随着石油资源开发的减少和能源价格的上升，应使用高水基介质代替液压油，并设计使用低能耗系统。
(5)机电液一体化时期(198O～至今)，使液压装置结合电子技术，组成高性能的机电液集成式元、部件，使主机实现高效自动化控制。
无论是从时间上划分，还是依据国外液压技术的发展形势来研究液压设备系统的发展历程，当中我们都可以看到液压设备系统不仅有着悠久的历史，而且它的发展势头如雨后春笋，锐不可当。在21世纪的今天，液压技术的发展也是非常迅猛的。尤其在电子技术、微机控制日益发展的今天，液压技术已迅速渗入到各个学科领域。正如1998年德国国际流体技术年会(IFK)上引用的数据表明：近20年来，液压技术的发展来源于自身的科研成果仅约20％，来源于其他领域的发明占50％，移植其他技术成果占30％[4]。
二、液压设备技术的现状
在现代，确切地说，“液压”是电子和机械技术之间的一种技术，因为它运动是靠电子控制，机械实行动作的过程。把“传动”和“控制”结合起来是液压技术发展的必然结果。液压技术正是在汲取与其相关技术并与替代性技术的竞争中得以发展的。可以说，电气传动与机械传动不单纯是与液压技术相竞争的技术，其互相的融合也正是技术发展、完善的一种方向。就比如，在人造板行业方面，每家企业都会定期维修或对液压设备系统进行技改，这就是对其不断完善和融合新技术的过程，使其达到最理想的效果。就目前而言，液压设备技术主要在以下领域中拥有不可替代的作用：需要大功率传递、要求功率重量比大的场合；需要高动态响应的场合。下面从液压元件、系统集成与控制、密封技术等方面分别阐述液压技术的现状。
1.液压元件
液压元件是构成液压系统的基础，它的发展与应用直接改变液压技术。经过了多年的发展，液压元件也不断更新，不断改变，不断取得新的成果。近几年，液压元件的小型化、模块化、节能化、环保化等都有了很大的改进。元件的小型化，如电磁阀的驱动功率逐渐减小，从而适应电子器件的直接控制，同时也节省了能耗。元件的功能日益复合，如螺纹捅装阀的大量运用，使系统的功能拓展更灵活。特别是新材料的应用和非矿物油介质元件的研究开发，新材料如陶瓷技术的使用是与非矿物油介质元件的要求及提高摩擦副的寿命联系在一起的。新型磁性材料的运用是与电磁阀、比例阀的性能提高结合在一起的。由于磁通密度的提高，可以使阀的推力更大，其直接作用便是阀的控制流量更大，响应更快，工作更可靠。李硕卫，张国贤[5]提出非矿物油介质元件是应用于特殊场合的元件，如要求耐燃、安全、卫生，此时就需要考虑采用高水基或纯水元件。能源危机催生了该类元件的诞生，但目前的发展动力可能更大程度上与环保、工作介质的廉价及其安全性相关。目前，丹麦的Danfo公司提供了成套的NESSIE系列纯水液压元件，已在食品等行业得到了运用。付华，傅周东，吴根茂[6]在新材料的方面，指出引人瞩目的是各种陶瓷材料的使用。泵和阀使用寿命受到限制的主要因素之一是磨损，为此抗磨损的陶瓷材料在液压件上的应用得到一定的发展。由于陶瓷材料化学性能稳定。具有耐酸碱盐和抗腐蚀、耐高温等特性，所以这种材料可以在特殊介质下(如海水)工作。
2、系统集成与控制技术
系统集成主要是比例阀技术和电液伺服技术，比例阀的发展主要在频宽的增大及控制精度的提高上，以期性能接近伺服阀。同时，比例阀又沿着标准化、模块化及廉价的方向发展，以促进其应用。电液伺服阀是最早将液压技术引入自动控制领域的功臣。但电液伺服阀的结构自发明以来，就少有改进，除了在传统的需要特别高频响的场合外，其传统地位正日益受比例技术的挑战。控制技术主要是控制理论的应用和发展，控制理论是该领域最为活跃的一个分支。液压控制系统正从不断发展的自动控制理论中得益，并不断丰富自控理论的实践。目前，自适应控制、鲁棒控制、模糊控制及神经网络控制等均得到了不同程度的运用。自适应控制是针对一些系统的参数或结构不完全确定时，自适应控制可以一边估计未知参数，一边修正控制来对系统进行控制。在实际问题中，系统的模型可能包含不确定因数、希望这时控制系统仍有良好的性能，这就是鲁棒控制的问题。模糊控制就是利用模糊数学的基本思想和理论的控制方法。
3.密封技术
自从液压技术诞生以来，泄漏一直是困扰着业界人士的一大难题。当然，伴
随着泄漏的是：矿物油的浪费及对环境的污染、系统传动效率的降低等等，所以密封技术的是至关重要的。我们都知道，在静密封领域橡胶类密封件拥有不可替代的地位；而在在动密封领域，聚四氟乙烯(PTFE)已拥有不可动摇的地位。随着对材料及密封机理的深入了解，已可以在PTFE中有针对性的添加某些材料以达到提高性能的要求。国外许多大的密封件公司均有针对不同应用场合的材料配方以强化某一方面的性能。目前，尽可能地提高动密封对偶件的表面光洁度，也已成为提高密封效果的一种共识。这种共识也是基于对PTFE材料的密封机理的认识而达成的。密封领域的另一个创新领域主要集中在密封件形状的设计上，比如，O型密封圈及弹簧片作为弹性体，在保证PTFE密封件低压时的密封性能方面已得到广泛认同；在直线密封及旋转密封技术方面，使用成套的密封件来提高密封性能已成为一种标准的解决方案。
总之，液压设备技术由于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、水平有了一定的提高。
三、液压设备技术的发展趋势
我们都知道，液压传动存在效率低、噪声大、成本高、泄漏污染环境等缺点降低了它的竞争力，这些缺点明显地不适应环保、节能、可持续发展的社会和工程需要。而电气传动技术则具有环保、节能、远距离功率传输等优点，符合现代工业的发展潮流，特别是交流伺服电机、变频技术已经取得了很大的进展，在中、小功率的动力传动范围内对液压传动技术形成了有威胁的挑战。因此，为提高液压传动的竞争力，扩大其应用领域，液压传动应抓住主要的核心技术问题，改进技术，移植先进的技术成果，不断改进自身缺点、发挥自身优势，使液压传动创造新的活力，以满足未来发展的需要。
针对液压技术的发展趋势，彭熙伟，陈建萍[7]认为主要从提高效率、注重系统设计、注重环保、降低噪声、防止泄漏、应用新材料、新工艺和新技术等方面来着手。杨尔庄[8]同时又提出了电子化(机电一体化)、液压CAD技术和故障诊断与主动维护等方法。机电一体化就是液压技术和电子技术相结合，可以实现液压系统柔性化、智能化，提高工作可靠性，改变液压系统效率低、漏油、维修性差等缺点，充分发挥液压传动功率密度大、频响高等优点，使液压技术产生活力。唐向阳，郑华文，吴张永，袁子荣[9]从液压油方面考虑，想利用纯水来替代液压油作传动，他们认为纯水具有价格低廉、阻燃性能好、安全性好、压缩系数小、环保、粘度低等优点，只要克服并改善其气蚀性强、润滑性能低、腐蚀性和运行温度范围窄等的缺点，就可以得到推广、应用。
总之，液压设备技术未来的发展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。要减少损耗，防泄漏，节能环保；要智能化控
制及排除故障；要充分利用新型材料和采用生物降解迅速的压力流体等，走可持续发展战略的道路。
结束语
液压技术作为现代传动与控制的重要组成部分，液压技术的发展，决定性地受到其周边领域一些技术发展的影响，如新近由微电子技术(包括必须的软件)与微机械技术结合所形成的所谓机械-电子技术，以及材料技术等。在当今科学技术飞速发展的情况下，液压技术必须充分发挥自身优点和借鉴其他领域的先进技术成果，不断创新，以提高液压元件和系统性能，降低成本，并符合节能、环保和可持续发展的要求将不断扩大应用领域，保持强大的竞争力、不断向前发展。
参考文献
[1]邱兴华.液压技术的现状及发展趋势[J].昆明工学院学报，1992，17
（6）:40-51.[2] http://blog.csdn.net/ydmm2523/archive/2009/03/26/4027934.aspx.[3]邱兴华.液压技术的现状及发展趋势[J].昆明工学院学报，1992，17
（6）:40-51.[4]李硕卫，张国贤.现代液压技术的发展现状[J].学术交流，2009,2:54-57.[5]李硕卫，张国贤.现代液压技术的发展现状[J].学术交流，2009,2:54-57.[6]付华，傅周东，吴根茂.液压技术的现状与发展[J].矿山机械，2000,11:53-56.[7]彭熙伟，陈建萍.液压技术的发展动向[J].液压与气动，2007,3:1-4.[8]杨尔庄.液压技术的发展动向及展望[J].液压气动与密封，2003,4（100）:1-7.[9]唐向阳，郑华文，吴张永，袁子荣.纯水液压系统的现状与未来[J].液压与气动，2000,4:5-6.
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