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1、液压控制技术及发展方向 一、前言 液压及控制技术是一种应用极为广泛的基础技术，在国民经济各领域中获 得了极为广泛的应用。我国的液压及控制技术长期落后于国外，严重制约了中 国主机水平的提高和工业自动化的实现，因而迅速提高我国液压技术和控制技 术的水平具有极为重要的经济意义和现实意义 【1】 。 在传统的液压传动中，是通过各种液压阀来控制普通油缸的运动方向、速 度和位置的。为了满足各种要求，液压先驱者们，经过近百年的不断努力，发 明和生产了上百种规格的液压元件和产品。但为了获得精确的控制，普通的液 压元件已经不能满足要求 【1】 。自二十世纪七十年代以来，随着以微电子技术 为主导的信息技术、生物技
2、术、新材料技术、新能源技术、空间技术、海洋开 发技术等高技术群的蓬勃发展，在世界上逐步出现了机械电子工业、光电子工 业、办公自动化设备、信息处理系统、电子医疗设备、现代生物制品、新材料、 新能源等高技术产业。流体传动与控制技术就是其中的机械电子技术产业中起 重要作用的关键技术领域。流体 传 动 及控制包括液压传动及控制与气体传动 与控制两个方面。液压传动及控制技术应用于生产开始于十七世纪，经历了二 百多年的徘徊，直到二十世纪四十年代，才进人了高速发展时期。气动技术的 应用历史虽然久远，但真正应用于生产是在十八世纪，其应用与研究则在二十 世纪五十年代才开始被重视。控制论的出现，特别是自动控制理论
3、与技术的发 展，使流体传动及控制技术取得了飞速的进步。目前，流体传动及控制技术已 经在冶金、煤炭、石油、化工、能源、航空、航天、国防等领域广泛应用，成 为国民经济发展中不可缺少的支撑技术。 【2】 二、液压技术的发展 液压技术是以液体(主要是矿物油)为工作介质，实现能量传递、转换、分 配及控制的一门技术。液压技术的发展总是与当代的高新技术紧密结合在一起 的。二十世纪四十年代控制论的诞生，极大地促进了液压技术的快速发展，使 其应用范围逐渐扩大，不仅在国防领域具有不可替代的地位，而且已经渗透到 国民经济的各个行业，液压技术发展与应用的程度已成为衡量一个国家工业发 展水平的重要标志。近年来，液压技术
4、与微电子技术、计算机技术、传感器技 术等的结合，使其又产生了飞跃性进步。当前液压技术的发展主要集中在以下 几个方面: (1) 发展集成、交合、小型化和轻量化液压元件。随着液压系统复杂化程 的提高，要求液压元件具有高可靠性，减少配管，节省安装空间、易维修等特 点，必须发展上述类型的液压元件。继集成块式、叠加阀式、插装阀式之后， 近几年又出现了将控制元件附加在动力元件上的一体化复合液压装置。 (2) 发展高性能的液压控制元件。适应机电一体化主机发展的需要。如开 发低控功率阀门、研制适应野外条件的电液比例阀、高响应频率的电液伺服阀、 低成本比例阀及不需要A/D和D/A转换、可直接与计算机接口的数字阀
5、。(3) 以环境保护、安全和满足可持续发展为目标的绿色开发研究。如无污 染的纯水液压技术及相关新材料，新工艺的开发和应用研究，降低元件和系统 的噪声，减少泄漏和提高密封性能的应用研究。 (4) 提高元件和系统的可靠性。提高可靠性是一项系统工程，除科学设计， 先进的材料及完善的工艺外，还应注意应用和维护的可靠性，系统的状况监测， 故障诊断，降低元件对污染的敏感性。加强污染控制与新型工程材料的应用研 究，对提高元件和系统的可靠性有重要意义。 (5) 以提高效率、降低能耗为目标的系统匹配设计理论、方法和计算机对 液压系统进行自动适应控制手段研究。 【2】 三、现代技术对传统液压技术的影响 随着科学技
6、术的进步，不仅液压技术本身的内涵已包含了许多高新技术的 内容，而且它的应用也已遍及高新技术的各个领域，特别是机电一体化的许多 产品中。高新技术对现代液压技术的影响主要体现在电子与信息技术、村料科 学和现代制造技术方面。它们既为液压技术的进一步发展带来了新的机遇，也 在某些方面扮演了挑战和竞争者的角色。 【3】 3.1 电子和信息技术的影响 人们常将液压技术分为“液压传动”(液压驱动)和“液压控制”两个领域。 传统的液压控制系统常用若干固定的和可变节流元件以压差方式测取、识别和 调节系统流量。此类由多个“液阻”构成的复杂液压网络系统曾被发展到了很 高的水平。例如，在上世纪70年代，就出现了以纯液
7、压的方式按某种既定规律 (恒功率、恒扭矩，负载敏感、转速反馈敏感等)调节泵和马达排量的装置，然 而在同一时期电子控制技术迅速崛起。电子比例和脉宽控制技术的发展促使液 压变量泵和马达的变量系统只需要保留推动外盘或缸体偏摆的功能和一套通用 的电液接口装置，而把调节信号的处理任务交给电子系统去完成。通过在更深 层次上引入电子调节技术，特别是数字总线技术，更实现了从仅对单个元件的 离散控制到对从原动机、传动机直到工作机的整个系统的综合实时优化控制的 发展。相对于需要用精密机加工方式制造的纯液压控制装置，电子控制装置不 仅在功能和控制精度上，而且在尺寸、能耗效用性、兼容性以及开发和制造成 本等多方面都具
8、有明显的优点。有鉴于此，液压控制的角色将越来越多地被电 子装置所取代，而液压装置的任务则逐渐集中于能量转换、功率流切换和主系 统的过载保护等方面的动力传动方面。但是，即使是液压传动也在面临电传动 技术的挑战。近年来，基于微电子技术和磁性材料技术的进步，具有优异无级 调速性能的交流变频电传动已成为液压泵一马达驱动装置的重要竞争对手 【3】 。 3.2 材料科学和先进制造技术的影响 液压技术的基本原理很容易理解，但要圆满地实现它的功能却有赖于材料 科学及制造技术的进步。有资料表明，近20年来液压技术的发展来源于自身结 构改进的科研成果仅约20 ，而依靠材料、表面技术，加工工艺等方面研究成果的却占到
9、30%。当然，这一现象绝不仅仅发生在液压技术领域，没有一种学科或 产业能关起门来自我发展。各学科间的相互结合、借鉴和成果的移植是今天和 今后科学技术的发展趋势。科学 技 术 是螺旋式上升的。各种液压元件的结构 都经历了一次到几次的由简单到复杂，再到简单的反复循环的过程。每一次循 环后的元件的性能都有了质的提高，而这在很大程度上都得益于同一时期材料 和制造技术的进步。原始的液压元件的结构是很简单的，例如一个铁筒加一个 实心回柱体就构成了液压缸。其后人们开始按照所需功能的不同，把一个简单 的零件分解成专司转换运动方向的、抗磨的、承力的、密封的等多个“专业化” 零件的组合。结果是元件的性能有了提高，
10、但复杂性也增加了许多。一旦出现 了具有某种综合性能的新材料和能制造某种复杂型面的新的加工方法后，人们 又会力图把多个功能重新集中到一个零件上。例如，早期的内曲线马达曾广泛 采用柱塞封油、横梁(或连杆)传力、再经过带滚针轴承的滚轮转换为扭矩的结 构。在出现了具有良好综合性能的新材料和相应的制造技术后，新型马达即得 以把封油、传力和支撑滚子的功能都集中到一个形状特殊的柱塞上，并用“四 点接触”的单个轴承取代了原来成对配置的向心推力轴承，甚至将轴承内、外 环也“集成”到了滚道轴线盘和输出轴上。这些措施大幅度地减小了马达的径 向尺寸，使其功率密度在叨年间提高了一倍多，价格则显著降低。材料科学和 新的制造技术对于促进液压元件技术进步的意义由此可见一斑 【3】 。 【1】 数字液压及数字控制技术，亿美博科技公司 【2】 刘国华，花蓉，现代液压控制技术应用及发展，淮南职业技术学院学报 【M】NO.1 ,2006 【3】 朱建军，现代技术对传统液压技术的影响，设备管理【M】
