工程机械液压技术新趋势探析

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1纯水液压传动技术

目前工程机械产品液压系统用到的介质都是液压油，液压油作为传统的液压传递介质，有着粘度高、自润滑性好、不易生锈、功率重量比大等优点；但是液压油价格较高、不同工程机械产品工作一定时间后需要换油保养，对环境污染比较严重。纯水作为新兴液压传递介质有着价格低、来源广泛、环保、阻燃性好等优点。纯水介质也存在缺点，就是对液压元件要求比较高，需要耐磨、防锈等。但是随着新生材料的发展及高精密加工技术的不断成熟，目前已基本解决了纯水液压传动泄露量大、自润滑差及腐蚀等问题。19世纪初，国外已经开始了水压传动技术及水压元件的研究并设计研制出一些高端水压元件；我国水压传动研究起步较晚。美国一家公司采用纯水代替矿物油作为传动介质进行研究，取得了阶段性的成果，现已将此研究成果成功应用到道路清扫车的侧刷和卧刷驱动、垃圾料箱的倾卸及箱门的关闭等液压系统上。纯水液压传动技术必将给工程机械液压技术带来新的变革。

2高效、节能环保液压元件

由于流体特性及其应用领域的多样化、复杂性，液压元器件在未来有着无穷的优化空间。在工程机械领域能掌握核心零部件就能掌握核心技术。目前工程机械液压元件主要要求高效率、节能、环保。而环保主要体现在噪声污染上；在工程机械中大马力的产品要求液压系统高速、高压，这样液压泵及液压马达必然带来较大的振动及噪声；为了适应产品性能及工况的要求、改善人员作业环境，必须使用低噪声液压元件。降噪方式主要有以下3种。1）利用电子消音器，通过电子仪器分析泵及马达噪声的波形结构，并产生一种与之相位差180的干扰声波，从而达到消声的目的，这种成本较高，效果最好。2）消除液压元件油液几何空间变化不均匀所造成的流量脉动，例如，工程机械行走液压系统一般采用柱塞泵；对于柱塞泵可设置预压腔，在低压的吸入区D与高压的排出区H之间设置一个压力居中的预压腔Z，活塞刚离开吸油区时，先与预压腔相通，压力适当升高，这样再与高压腔相通，最大可降低流量脉动50%，降低了泵的噪音。a）吸油b)排油3）在结构上做一些消除机械冲击和压力冲击的特殊结构，如采用圆弧及二级降压槽，来降低气穴、气蚀、噪声。aa）圆弧过渡b）二级降压在节能、高效方面，涉及液压元件结构优化，更重要的是由液压元件组成的控制系统优化，例如，目前应用比较多的负载敏感控制回路，闭式容积控制回路、正流量控制回路、负流量控制回路等。

3液压数字模块化设计

国外数字液压技术研究至今已有近40年的历史，我国数字液压技术研究虽然起步较晚，但也取得了很大的成就。数字液压技术在国内主要应用在机器人、科技飞行器、数控机床及液压试验台等。数字液压元件控制信号的输入、输出可以直接被计算机接收，与传统伺服控制系统、电比例控制系统相比，结构简单、抗干扰能力强、控制精度高。目前工程机械使用数字液压技术较少，还不成熟；但是随着遥感、传感技术、计算机技术在工程机械液压系统上的广泛使用，数字液压技术具有广阔的应用前景。液压数字模块化设计是在液压数字技术的基础上把不同功能或相同功能不同性能、不同规格的工程机械产品划分并设计出一系列模块，通过对不同液压数字模块的选择、组合构成不同产品的液压系统，以满足市场对不同产品的需求，例如，工程机械中涉及的行走数字液压系统、执行机构数字液压操纵系统等基础模块。为执行机构液压系统数字模块化设计，此模块可以应用于推土机铲刀提升液压系统、装载机铲斗举升液压系统等。其目的是用最少的数字液压模块组成尽可能多的液压系统，来实现产品结构简单、稳定性好、控制精度高、制造成本低等特点，这样工程机械产品在市场上才具有竞争力。

4“智－液－电－机”融合技术

20世纪末已经出现了“机电一体化”概念，现在又将液压技术与电子技术融合，形成了“机电液一体化”技术。目前，国内外多种工程机械产品的行走液压控制系统已采用此项技术，例如，德国利勃海尔公司电控挖掘机Litronic，日本小松公司的电控挖掘机HydrauMind，国内山推K系列电控推土机等。“智-液-电-机”融合的优势：一是用软件功能来代替硬件功能，容易定制化，减少阀的品种和种类，更便于智能生产；二是解决液压系统效率低的问题，可以根据工况实时感知，让能量匹配，将负载及时存储使用，角度传感器及压力传感器根据工况实时监测斜盘倾角及压力并将信号反馈给MPU并与驱动输入输出信号比较再通过优化算法提供合理的控制信号；三是液压自主诊断，从而找到新载体下的新方法，为十分复杂困难的元件健康管理找到一个新途径，为工程机械全生命周期的健康管理与远程调试找到一条简易之路。

作者：朱耿寅 赵晓云 张乃健 金轲 余丽艳 单位：山推工程机械股份有限公司