工程機械液壓技術(shù)新趨勢探析

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1純水液壓傳動技術(shù)

目前工程機械產(chǎn)品液壓系統(tǒng)用到的介質(zhì)都是液壓油，液壓油作為傳統(tǒng)的液壓傳遞介質(zhì)，有著粘度高、自潤滑性好、不易生銹、功率重量比大等優(yōu)點；但是液壓油價格較高、不同工程機械產(chǎn)品工作一定時間后需要換油保養(yǎng)，對環(huán)境污染比較嚴重。純水作為新興液壓傳遞介質(zhì)有著價格低、來源廣泛、環(huán)保、阻燃性好等優(yōu)點。純水介質(zhì)也存在缺點，就是對液壓元件要求比較高，需要耐磨、防銹等。但是隨著新生材料的發(fā)展及高精密加工技術(shù)的不斷成熟，目前已基本解決了純水液壓傳動泄露量大、自潤滑差及腐蝕等問題。19世紀初，國外已經(jīng)開始了水壓傳動技術(shù)及水壓元件的研究并設(shè)計研制出一些高端水壓元件；我國水壓傳動研究起步較晚。美國一家公司采用純水代替礦物油作為傳動介質(zhì)進行研究，取得了階段性的成果，現(xiàn)已將此研究成果成功應(yīng)用到道路清掃車的側(cè)刷和臥刷驅(qū)動、垃圾料箱的傾卸及箱門的關(guān)閉等液壓系統(tǒng)上。純水液壓傳動技術(shù)必將給工程機械液壓技術(shù)帶來新的變革。

2高效、節(jié)能環(huán)保液壓元件

由于流體特性及其應(yīng)用領(lǐng)域的多樣化、復(fù)雜性，液壓元器件在未來有著無窮的優(yōu)化空間。在工程機械領(lǐng)域能掌握核心零部件就能掌握核心技術(shù)。目前工程機械液壓元件主要要求高效率、節(jié)能、環(huán)保。而環(huán)保主要體現(xiàn)在噪聲污染上；在工程機械中大馬力的產(chǎn)品要求液壓系統(tǒng)高速、高壓，這樣液壓泵及液壓馬達必然帶來較大的振動及噪聲；為了適應(yīng)產(chǎn)品性能及工況的要求、改善人員作業(yè)環(huán)境，必須使用低噪聲液壓元件。降噪方式主要有以下3種。1）利用電子消音器，通過電子儀器分析泵及馬達噪聲的波形結(jié)構(gòu)，并產(chǎn)生一種與之相位差180的干擾聲波，從而達到消聲的目的，這種成本較高，效果最好。2）消除液壓元件油液幾何空間變化不均勻所造成的流量脈動，例如，工程機械行走液壓系統(tǒng)一般采用柱塞泵；對于柱塞泵可設(shè)置預(yù)壓腔，在低壓的吸入?yún)^(qū)D與高壓的排出區(qū)H之間設(shè)置一個壓力居中的預(yù)壓腔Z，活塞剛離開吸油區(qū)時，先與預(yù)壓腔相通，壓力適當(dāng)升高，這樣再與高壓腔相通，最大可降低流量脈動50%，降低了泵的噪音。a）吸油b)排油3）在結(jié)構(gòu)上做一些消除機械沖擊和壓力沖擊的特殊結(jié)構(gòu)，如采用圓弧及二級降壓槽，來降低氣穴、氣蝕、噪聲。aa）圓弧過渡b）二級降壓在節(jié)能、高效方面，涉及液壓元件結(jié)構(gòu)優(yōu)化，更重要的是由液壓元件組成的控制系統(tǒng)優(yōu)化，例如，目前應(yīng)用比較多的負載敏感控制回路，閉式容積控制回路、正流量控制回路、負流量控制回路等。

3液壓數(shù)字模塊化設(shè)計

國外數(shù)字液壓技術(shù)研究至今已有近40年的歷史，我國數(shù)字液壓技術(shù)研究雖然起步較晚，但也取得了很大的成就。數(shù)字液壓技術(shù)在國內(nèi)主要應(yīng)用在機器人、科技飛行器、數(shù)控機床及液壓試驗臺等。數(shù)字液壓元件控制信號的輸入、輸出可以直接被計算機接收，與傳統(tǒng)伺服控制系統(tǒng)、電比例控制系統(tǒng)相比，結(jié)構(gòu)簡單、抗干擾能力強、控制精度高。目前工程機械使用數(shù)字液壓技術(shù)較少，還不成熟；但是隨著遙感、傳感技術(shù)、計算機技術(shù)在工程機械液壓系統(tǒng)上的廣泛使用，數(shù)字液壓技術(shù)具有廣闊的應(yīng)用前景。液壓數(shù)字模塊化設(shè)計是在液壓數(shù)字技術(shù)的基礎(chǔ)上把不同功能或相同功能不同性能、不同規(guī)格的工程機械產(chǎn)品劃分并設(shè)計出一系列模塊，通過對不同液壓數(shù)字模塊的選擇、組合構(gòu)成不同產(chǎn)品的液壓系統(tǒng)，以滿足市場對不同產(chǎn)品的需求，例如，工程機械中涉及的行走數(shù)字液壓系統(tǒng)、執(zhí)行機構(gòu)數(shù)字液壓操縱系統(tǒng)等基礎(chǔ)模塊。為執(zhí)行機構(gòu)液壓系統(tǒng)數(shù)字模塊化設(shè)計，此模塊可以應(yīng)用于推土機鏟刀提升液壓系統(tǒng)、裝載機鏟斗舉升液壓系統(tǒng)等。其目的是用最少的數(shù)字液壓模塊組成盡可能多的液壓系統(tǒng)，來實現(xiàn)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性好、控制精度高、制造成本低等特點，這樣工程機械產(chǎn)品在市場上才具有競爭力。

4“智－液－電－機”融合技術(shù)

20世紀末已經(jīng)出現(xiàn)了“機電一體化”概念，現(xiàn)在又將液壓技術(shù)與電子技術(shù)融合，形成了“機電液一體化”技術(shù)。目前，國內(nèi)外多種工程機械產(chǎn)品的行走液壓控制系統(tǒng)已采用此項技術(shù)，例如，德國利勃海爾公司電控挖掘機Litronic，日本小松公司的電控挖掘機HydrauMind，國內(nèi)山推K系列電控推土機等。“智-液-電-機”融合的優(yōu)勢：一是用軟件功能來代替硬件功能，容易定制化，減少閥的品種和種類，更便于智能生產(chǎn)；二是解決液壓系統(tǒng)效率低的問題，可以根據(jù)工況實時感知，讓能量匹配，將負載及時存儲使用，角度傳感器及壓力傳感器根據(jù)工況實時監(jiān)測斜盤傾角及壓力并將信號反饋給MPU并與驅(qū)動輸入輸出信號比較再通過優(yōu)化算法提供合理的控制信號；三是液壓自主診斷，從而找到新載體下的新方法，為十分復(fù)雜困難的元件健康管理找到一個新途徑，為工程機械全生命周期的健康管理與遠程調(diào)試找到一條簡易之路。

作者：朱耿寅 趙曉云 張乃健 金軻 余麗艷 單位：山推工程機械股份有限公司