1、液壓控制技術的現狀及展望山 東 大 學機械工程學院報告人：劉延俊 教授一、國內液壓技術現狀 1整個行業現狀近年來，雖然液壓技術外于與其他傳動和控制技術的競爭中，但還是呈現比較高的開展速度。我國液壓行業已構成了門類齊全、有一定消費才干和技術程度、初具規模的消費科研體系。目前全國約有近400 家企業，有些大學浙大、哈工大、華南理工大設有流體傳動與控制專業，每個工科類高校都將液壓控制技術作為必修課，還有國家級液壓元件質量監視檢測中心以及國家重點實驗室。我國液壓工業已可為工程機械、農業機械、塑機、冶金、礦山、石油化工、鐵路、船舶、輕工機械等提供比較齊全的產品，目前，液壓元件產品約有1000個種類，近1

2、0000個規格。液壓產品占GDP的比重也逐漸添加。1、農業機械2、工程機械3、機床4、塑機5、汽車6、冶金設備7、石油化工8、其他圖1 國產液壓產品銷售去向經過科技攻關和技術引進，產品程度有一定提高，消費出一些具有世界程度的產品，另外，在CAD 和CAT 技術、污染控制、缺點診斷、機電一體化、海水及高水基溶液的運用、現代控制技術的運用等方面也獲得可喜成果，不少已運用于消費。我國液壓工業注重同國外企業進展有效的經濟和技術協作，近年來先后從國外引進了很多液壓元件和液壓系統等制造技術，為提高產品程度和消費才干起到了重要作用。目前已和美國、日本、德國共同建立了某些合資企業，這些企業將推進我國液壓工業的

3、開展。2液壓產品構成比分析近年來，由于主機產品開展的需求，產品種類構成有所變化:A、柱塞泵構成比有增長趨勢，齒輪泵變化不大，而葉片泵那么下降了。B、柱塞馬達構成比有增長趨勢。C、閥門、通用三類閥門占總產量的比例有減少趨勢，疊加閥、插裝閥、比例閥、多路閥等所占比例將顯著添加，電磁換向閥產量和銷售額占的比重最大。D、由于注重液壓系統污染控制，過濾器銷售額有顯著增長。二、液壓控制技術的歷史回想現代液壓控制技術是在古老的水壓傳動技術的根底上開展和完善起來的。液壓傳動的根本原理Pascal 原理是Pascal 在17 世紀發現的。第一個將這一原理用于手工業消費的英國人Jeseph.Brama (1749

4、1814) 研制了水壓機。19 世紀后半葉，W.G.Arm2strong 研制了以水為介質的液壓機械和元件，主要用于船舶錨機和起重機上。由于純水存在粘度低、光滑性能差和易呵斥元件腐蝕等缺陷，同時也由于電機和電驅動的開展，使液壓技術停滯不前。20 世紀初葉，Janny研制勝利以油液為介質的軸向柱塞機械(1905年)。Hele Shaw 和Hans Thoma 先后研制勝利以油液為介質的徑向柱塞機械(19101922)，標志著液壓技術開展到油壓技術階段。第二次世界大戰期間，尤其20世紀6070年代，液壓技術得到了快速開展并日臻完善，并進入到穩定成熟的開展時期。可以預見，除液壓元件大型化、高壓、微型

5、化及計算機技術、信息技術、微電子技術與液壓技術融為一體外，液壓技術難以構成艱苦突破。伴隨著液壓技術的開展，液壓控制元件發生了革命性的變化。最初大都采用直動式機械機構，直到20世紀30年代Vickers發明了先導式壓力控制閥以及稍后電磁閥和電液換向滑閥問世，先導控制方式趨于多樣化。1950年Moog研制勝利采用微小信號功率的電液伺服閥，1970年前后信號功率介于開關控制和伺服控制之間的比例閥問世。以后，伴隨微電子集成和數字化技術的快速提高，機電液一體化控制技術得到長足開展，特別是以電液先導控制為技術特征的液壓控制技術趨于成熟。 在主級構造上，早期采用水介質是液壓控制元件大多項選擇擇錐閥構造。20

6、世紀油壓控制開展后圓柱滑閥構呵斥為主流。1970年前后三大類板式銜接液壓閥分別一致到規范的安裝銜接尺寸行走機械中多路閥為例外。與此同時，基于 “液壓阻力回路系統學液阻實際和DIN24342安裝銜接尺寸的二通插裝閥以及用于行走機械的螺紋插裝閥問世并得到處理并快速開展，使得滑閥構造和板閥構造遭到沖擊和擠壓。圖2表達了液壓閥的構成格局，反映了滑閥式構造趨于被座閥式構造擠壓和侵入的情況。圖2 液壓控制元件構造和銜接方式的開展歷程注：21世紀板式銜接將遭到兩頭擠壓和沖擊較大規格一端被二通插裝閥向下擠壓，較小規格一端那么被螺紋插裝閥向上擠壓三者重合部分特別是規格NG25以下多種方式將面臨優勝劣汰，部分板式

7、閥將日顯產品壽命告終，而插裝閥的優勢將進一步彰顯。先導式換向閥的開展鉆孔式閥體圖3 先導式換向閥的歷程Rexroth公司電液換向閥40年開展演化的情況圖4 電液換向閥和二通插裝閥的過流才干在銜接方式上，從管式銜接到板式“安裝面銜接，開展到疊加式組合化和插式“安裝孔集成化銜接。在功能復合方面，液壓閥從單一功能的單立元件開展到多功能復合集成，尤其是行走機械上負載感應和功率協調控制做到了高度的集成化復合控制。三、液壓控制技術的開展情勢一節能、環保節能、環保是為了到達更好地維護地球環境，有效地活用能源和低噪聲的目的。水本身固有的清潔性和阻燃性，滿足現代社會對工程提出的環境維護和平安要求，這也是近幾年來

8、水壓傳動技術重新被人們青睞的根本緣由液壓傳動技術閱歷了從水壓到油壓的開展階段，目前又在向水壓傳動方向進展。加之新資料技術和精細加工技術的提高，根本抑制了初始水壓傳動存在的易腐蝕、泄露、效率低等缺陷，使現代液壓進入了現代水壓傳動的研討和運用階段。現代水壓傳動技術的研討始于美國。1967 年美國的Vickers公司的J.R. Ryan發表了高壓海水泵工程資料的研討報告。首開現代水壓傳動技術研討之先河。1991年，美國研制勝利水壓沖擊鉆和圓盤鋸，組成水下作業工具系統、交付海軍水下工程隊運用。南非也是從事水壓傳動研討較早的國家，70 年代后期開場研制水壓鑿巖機，1990年研制成乳化液鑿巖機，稍后又研制

9、平持式純水鑿巖機，性能顯著優于氣動鑿巖機，且本錢低。80年代初期，美國、英國、芬蘭、丹麥、日本、德國等國家不斷投入宏大人力、物力和財力，從事純水液壓技術的研討和開發，并獲得艱苦進展。目前國內純水液壓元件的壓力等級已到達1421MPa中高程度，流量規格從幾十升到上千升，并有純水比例方向閥和伺服閥問世。在西方工業興隆的國家，純水液壓傳動已在食品加工業、焊接機器人、軋鋼消費線上等得到運用，并有向工程機械、通用機械擴展的趨勢。國內開展水壓傳動技術的研討較早的是華中理工大學。自1983年以來，華中理工大學主要從事高水基液壓液及元件和系統的研討任務。1996年完成海水液壓泵實驗研討。近來，浙江大學投入大量

10、人力、物力和財力，從事純水液壓技術的研討任務。總之，這方面的研討任務仍局限于高等學校，缺乏大型企業的參與。評價一個國家的綜合國力強弱的標志是對外層空間和海洋的利用才干。目前和未來，國家實力的競賽不僅在天上，而且在海洋， 開發和利用公海海底礦產資源日益引起國際社會的廣泛關注。目前，美國、俄羅斯、日本、法國和中國都在進展海底資源的調查和開采研討任務大洋金屬構造開采采用液體提升采礦法，有自動集礦機，揚礦(提升) 子系統、監控子系統、采礦船和運輸支持子系統五大部分組成。其中集礦機和提升泵等關鍵設備都涉及到液壓傳動與控制技術。“八五期間，我國在深海采礦根底實際和原理性實驗方面獲得重要突破。但要進展工業開

11、采還有許多技術難題需求逐一處理。“九五期間，中國大洋協會組織專家對大洋開采能夠遇到的難題進展了分析，其中深水液壓系統和元件是難題之一。“十五期間，我國在深海探測方面運用液壓控制技術獲得了突破性進展。今年是鄭和下西洋600周年，環球科考。可以預見，最適于大洋采礦的液壓系統和元件該當以海水為介質。大洋采礦設備要求在70MPa壓力下任務，如何將水壓傳動技術用于大洋采礦工程，該當作為液壓界的艱苦課題，進展根底實際和實驗研討任務。可以預見，這一課題必將是液壓技術的前沿課題，山東大學與山東山大液壓氣動公司在這一方面獲得了一定成果。二與電子信息技術相結合， 實現機電一體化液壓傳動與電子技術相結合的產品電液伺

12、服早在20 世紀50年代末就早已出現，而今天電液比例閥已在大部分領域取代了電液伺服閥，此外高頻響比例閥控制泵變量機構的電子油泵、帶總線控制的電磁閥和帶傳感器的伺服油缸、油馬達以及由它們組成的液壓系統運用廣泛。實現機電一體化可以提高任務可靠性，實現液壓系統柔性化、智能化，改動液壓系統效率低、漏油、維修性差等缺陷，充分發揚液壓傳動出力大、慣性小、呼應快等優點，其主要開展動向如下 ：(1) 電液伺服比例技術的運用將不斷擴展。液壓系統由過去的電氣液壓通斷系統和開環比例控制系統轉向閉環比例伺服系統。為順應上述開展，壓力、流量、位置、溫度、速度、加速度等傳感器應實現規范化。計算機接口也應實現一致和兼容。(

13、2) 開展和計算機直接接口的電流為5mA以下的電磁閥，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丈量和診斷。(4) 計算機仿真規范化，特別對高精度、“高級系統更有此要求。(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，只需改動電子控制器的程序，即可實現液壓泵的各種調理方式，實現合理分配功率，自動堅持最正確形狀，實現軟起動等功能。(6) 提高液壓元件性能，順應機電一體化需求。液壓元件應在性能、可靠性、智能化方面做大量任務。下一個目的要開展內藏式傳感器和帶有計算機、自我管理機能(缺點診斷、缺點排除) 性能的智能化液

14、壓元件。(7) 借助現場總線(field buses)，實現高程度的信息系統，從而簡化液壓系統的運用、調理、診斷和維護。三液壓系統的高壓和高速化在傳送功率一定時，液壓系統的任務壓力越高那么所需流量越小，相應的元件體積及管道通徑也減小。泵和馬達的轉速增高，同樣流量時，泵和馬達的排量就減小，泵和馬達的體積分量亦減小。高壓高速化可以添加能量的傳輸密度，降低傳動系統的分量功率比，這是液壓技術不斷追求的目的，液壓系統的壓力等級和泵、馬達的轉速，代表著液壓技術的開展程度。以泵和馬達為例，在50年代，壓力為8MPa，轉速為1450r/min，分量功率比為3kg/kW;60年代，壓力到達17.5MPa，轉速為

15、1450r/min，分量功率比為1.3kg/kW，80年代，壓力提高到35MPa，轉速為25003000r/min，分量功率比降為0.5kg/kW， 到90年代，壓力已呈超越35MPa的趨勢，一些閉式系統甚至到達47MPa，轉速到達3150r/min，分量功率比降低到0.3kg/kW。過去的40-50年中，液壓技術在高壓、高速化上獲得宏大成果，使得液壓技術在與其它傳動和控制技術的猛烈競爭中顯示出強大的才干。雖然，為進一步提高壓力和轉速，減少分量功率比的難度越來越大，付出的代價也越來越大，但這方面的努力是不會停頓的。四液壓控制方法的開展液壓控制方法從最初的開關控制、高速開關控制開展到如今的比例或

16、伺服控制與計算機、傳感器相結合的綜合控制方式。常用的控制方法有： PID控制自順應控制模糊控制神經網絡控制模糊神經元網絡控制1、PID控制PID控制是最早開展起來的控制戰略之一，它將系統誤差的比例P、積分I和微分D經過線性組合構成控制量，對被控對象進展控制。由于它具有算法簡單、魯棒性好和可靠性高等優點，被廣泛運用于工業過程控制 2、 自順應控制在系統任務過程中，系統本身能不斷地檢測系統參數或運轉目的，根據參數或運轉目的的變化，改動控制參數或控制造用，使系統運轉于最優或接近最優任務形狀。它的出現改動了控制系統只能在事先確定的參數形狀下任務的局限性，使被控對象能自動順應任務環境及本身參數在一定范圍內的變化。3、模糊控制模糊控制是以模糊集合論、模糊言語變量及模糊邏輯推理為根底的計算機智能控制，模糊控制的最大特征是，它能將操作者或專家的控制閱歷和知識表示成言語變量描畫的控制規那么，然后用這些規那么去控制系統。因此，模糊控制特別適用于數學模型未知的、復雜的非線性系統的控制。從信息的觀念來看，模糊控制是一類規那么型的專家系統，從控制技術的觀念來看，它是一類非線性控制器，對液壓控制技術特別適用 。4、