全面分析液壓控制技術(shù)及后續(xù)發(fā)展方向
發(fā)布時(shí)間：2015-08-22 新聞來源：一覽液壓英才網(wǎng)
液壓及控制技術(shù)是一種應(yīng)用極為廣泛的基礎(chǔ)技術(shù)，在國民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域中獲得了極為廣泛的應(yīng)用。我國的液壓及控制技術(shù)長期落后于國外，嚴(yán)重制約了中國主機(jī)水平的提高和工業(yè)自動(dòng)化的實(shí)現(xiàn)，因而迅速提高我國液壓技術(shù)和控制技術(shù)的水平具有極為重要的經(jīng)濟(jì)意義和現(xiàn)實(shí)意義。
在傳統(tǒng)的液壓傳動(dòng)中，是通過各種液壓閥來控制普通油缸的運(yùn)動(dòng)方向、速度和位置的。為了滿足各種要求，液壓先驅(qū)者們，經(jīng)過近百年的不斷努力，發(fā)明和生產(chǎn)了上百種規(guī)格的液壓元件和產(chǎn)品。但為了獲得精確的控制，普通的液壓元件已經(jīng)不能滿足要求。自二十世紀(jì)七十年代以來，隨著以微電子技術(shù)為主導(dǎo)的信息技術(shù)、生物技術(shù)、新材料技術(shù)、新能源技術(shù)、空間技術(shù)、海洋開發(fā)技術(shù)等高技術(shù)群的蓬勃發(fā)展，在世界上逐步出現(xiàn)了機(jī)械電子工業(yè)、光電子工業(yè)、辦公自動(dòng)化設(shè)備、信息處理系統(tǒng)、電子醫(yī)療設(shè)備、現(xiàn)代生物制品、新材料、新能源等高技術(shù)產(chǎn)業(yè)。流體傳動(dòng)與控制技術(shù)就是其中的機(jī)械電子技術(shù)產(chǎn)業(yè)中起重要作用的關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域。流體 傳 動(dòng) 及控制包括液壓傳動(dòng)及控制與氣體傳動(dòng)與控制兩個(gè)方面。液壓傳動(dòng)及控制技術(shù)應(yīng)用于生產(chǎn)開始于十七世紀(jì)，經(jīng)歷了二百多年的徘徊，直到二十世紀(jì)四十年代，才進(jìn)人了高速發(fā)展時(shí)期。氣動(dòng)技術(shù)的應(yīng)用歷史雖然久遠(yuǎn)，但真正應(yīng)用于生產(chǎn)是在十八世紀(jì)，其應(yīng)用與研究則在二十世紀(jì)五十年代才開始被重視�？刂普摰某霈F(xiàn)，特別是自動(dòng)控制理論與技術(shù)的發(fā)展，使流體傳動(dòng)及控制技術(shù)取得了飛速的進(jìn)步。目前，流體傳動(dòng)及控制技術(shù)已經(jīng)在冶金、煤炭、石油、化工、能源、航空、航天、國防等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，成為國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中不可缺少的支撐技術(shù)。
二、液壓技術(shù)的發(fā)展
液壓技術(shù)是以液體(主要是礦物油)為工作介質(zhì)，實(shí)現(xiàn)能量傳遞、轉(zhuǎn)換、分配及控制的一門技術(shù)。液壓技術(shù)的發(fā)展總是與當(dāng)代的高新技術(shù)緊密結(jié)合在一起的。二十世紀(jì)四十年代控制論的誕生，極大地促進(jìn)了液壓技術(shù)的快速發(fā)展，使其應(yīng)用范圍逐漸擴(kuò)大，不僅在國防領(lǐng)域具有不可替代的地位，而且已經(jīng)滲透到國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)行業(yè)，液壓技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用的程度已成為衡量一個(gè)國家工業(yè)發(fā)展水平的重要標(biāo)志。近年來，液壓技術(shù)與微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感器技術(shù)等的結(jié)合，使其又產(chǎn)生了飛躍性進(jìn)步。當(dāng)前液壓技術(shù)的發(fā)展主要集中在以下幾個(gè)方面:
(1) 發(fā)展集成、交合、小型化和輕量化液壓元件。隨著液壓系統(tǒng)復(fù)雜化程的提高，要求液壓元件具有高可靠性，減少配管，節(jié)省安裝空間、易維修等特點(diǎn)，必須發(fā)展上述類型的液壓元件。繼集成塊式、疊加閥式、插裝閥式之后，近幾年又出現(xiàn)了將控制元件附加在動(dòng)力元件上的一體化復(fù)合液壓裝置。
(2) 發(fā)展高性能的液壓控制元件。適應(yīng)機(jī)電一體化主機(jī)發(fā)展的需要。如開發(fā)低控功率閥門、研制適應(yīng)野外條件的電液比例閥、高響應(yīng)頻率的電液伺服閥、低成本比例閥及不需要A/D和D/A轉(zhuǎn)換、可直接與計(jì)算機(jī)接口的數(shù)字閥。
(3) 以環(huán)境保護(hù)、安全和滿足可持續(xù)發(fā)展為目標(biāo)的綠色開發(fā)研究。如無污染的純水液壓技術(shù)及相關(guān)新材料，新工藝的開發(fā)和應(yīng)用研究，降低元件和系統(tǒng)的噪聲，減少泄漏和提高密封性能的應(yīng)用研究。
(4) 提高元件和系統(tǒng)的可靠性。提高可靠性是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，除科學(xué)設(shè)計(jì)，先進(jìn)的材料及完善的工藝外，還應(yīng)注意應(yīng)用和維護(hù)的可靠性，系統(tǒng)的狀況監(jiān)測(cè)，故障診斷，降低元件對(duì)污染的敏感性。加強(qiáng)污染控制與新型工程材料的應(yīng)用研究，對(duì)提高元件和系統(tǒng)的可靠性有重要意義。
(5) 以提高效率、降低能耗為目標(biāo)的系統(tǒng)匹配設(shè)計(jì)理論、方法和計(jì)算機(jī)對(duì)液壓系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)適應(yīng)控制手段研究。
三、現(xiàn)代技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)液壓技術(shù)的影響
隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，不僅液壓技術(shù)本身的內(nèi)涵已包含了許多高新技術(shù)的內(nèi)容，而且它的應(yīng)用也已遍及高新技術(shù)的各個(gè)領(lǐng)域，特別是機(jī)電一體化的許多產(chǎn)品中。高新技術(shù)對(duì)現(xiàn)代液壓技術(shù)的影響主要體現(xiàn)在電子與信息技術(shù)、村料科學(xué)和現(xiàn)代制造技術(shù)方面。它們既為液壓技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展帶來了新的機(jī)遇，也在某些方面扮演了挑戰(zhàn)和競爭者的角色。
3.1 電子和信息技術(shù)的影響
人們常將液壓技術(shù)分為“液壓傳動(dòng)”(液壓驅(qū)動(dòng))和“液壓控制”兩個(gè)領(lǐng)域。傳統(tǒng)的液壓控制系統(tǒng)常用若干固定的和可變節(jié)流元件以壓差方式測(cè)取、識(shí)別和調(diào)節(jié)系統(tǒng)流量。此類由多個(gè)“液阻”構(gòu)成的復(fù)雜液壓網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)曾被發(fā)展到了很高的水平。例如，在上世紀(jì)70年代，就出現(xiàn)了以純液壓的方式按某種既定規(guī)律(恒功率、恒扭矩，負(fù)載敏感、轉(zhuǎn)速反饋敏感等)調(diào)節(jié)泵和馬達(dá)排量的裝置，然而在同一時(shí)期電子控制技術(shù)迅速崛起。電子比例和脈寬控制技術(shù)的發(fā)展促使液壓變量泵和馬達(dá)的變量系統(tǒng)只需要保留推動(dòng)外盤或缸體偏擺的功能和一套通用的電液接口裝置，而把調(diào)節(jié)信號(hào)的處理任務(wù)交給電子系統(tǒng)去完成。通過在更深層次上引入電子調(diào)節(jié)技術(shù)，特別是數(shù)字總線技術(shù)，更實(shí)現(xiàn)了從僅對(duì)單個(gè)元件的離散控制到對(duì)從原動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)機(jī)直到工作機(jī)的整個(gè)系統(tǒng)的綜合實(shí)時(shí)優(yōu)化控制的發(fā)展。相對(duì)于需要用精密機(jī)加工方式制造的純液壓控制裝置，電子控制裝置不僅在功能和控制精度上，而且在尺寸、能耗效用性、兼容性以及開發(fā)和制造成本等多方面都具有明顯的優(yōu)點(diǎn)。有鑒于此，液壓控制的角色將越來越多地被電子裝置所取代，而液壓裝置的任務(wù)則逐漸集中于能量轉(zhuǎn)換、功率流切換和主系統(tǒng)的過載保護(hù)等方面的動(dòng)力傳動(dòng)方面。但是，即使是液壓傳動(dòng)也在面臨電傳動(dòng)技術(shù)的挑戰(zhàn)。近年來，基于微電子技術(shù)和磁性材料技術(shù)的進(jìn)步，具有優(yōu)異無級(jí)調(diào)速性能的交流變頻電傳動(dòng)已成為液壓泵一馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置的重要競爭對(duì)手。
3.2 材料科學(xué)和先進(jìn)制造技術(shù)的影響
液壓技術(shù)的基本原理很容易理解，但要圓滿地實(shí)現(xiàn)它的功能卻有賴于材料科學(xué)及制造技術(shù)的進(jìn)步。有資料表明，近20年來液壓技術(shù)的發(fā)展來源于自身結(jié)構(gòu)改進(jìn)的科研成果僅約20 ，而依靠材料、表面技術(shù)，加工工藝等方面研究成果的卻占到30%。當(dāng)然，這一現(xiàn)象絕不僅僅發(fā)生在液壓技術(shù)領(lǐng)域，沒有一種學(xué)科或產(chǎn)業(yè)能關(guān)起門來自我發(fā)展。各學(xué)科間的相互結(jié)合、借鑒和成果的移植是今天和今后科學(xué)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。科學(xué)技術(shù)是螺旋式上升的。
各種液壓元件的結(jié)構(gòu)都經(jīng)歷了一次到幾次的由簡單到復(fù)雜，再到簡單的反復(fù)循環(huán)的過程。每一次循環(huán)后的元件的性能都有了質(zhì)的提高，而這在很大程度上都得益于同一時(shí)期材料和制造技術(shù)的進(jìn)步。原始的液壓元件的結(jié)構(gòu)是很簡單的，例如一個(gè)鐵筒加一個(gè)實(shí)心回柱體就構(gòu)成了液壓缸。其后人們開始按照所需功能的不同，把一個(gè)簡單的零件分解成專司轉(zhuǎn)換運(yùn)動(dòng)方向的、抗磨的、承力的、密封的等多個(gè)“專業(yè)化”零件的組合。結(jié)果是元件的性能有了提高，但復(fù)雜性也增加了許多。一旦出現(xiàn)了具有某種綜合性能的新材料和能制造某種復(fù)雜型面的新的加工方法后，人們又會(huì)力圖把多個(gè)功能重新集中到一個(gè)零件上。例如，早期的內(nèi)曲線馬達(dá)曾廣泛采用柱塞封油、橫梁(或連桿)傳力、再經(jīng)過帶滾針軸承的滾輪轉(zhuǎn)換為扭矩的結(jié)構(gòu)。在出現(xiàn)了具有良好綜合性能的新材料和相應(yīng)的制造技術(shù)后，新型馬達(dá)即得以把封油、傳力和支撐滾子的功能都集中到一個(gè)形狀特殊的柱塞上，并用“四點(diǎn)接觸”的單個(gè)軸承取代了原來成對(duì)配置的向心推力軸承，甚至將軸承內(nèi)、外環(huán)也“集成”到了滾道軸線盤和輸出軸上。這些措施大幅度地減小了馬達(dá)的徑向尺寸，使其功率密度在叨年間提高了一倍多，價(jià)格則顯著降低。材料科學(xué)和新的制造技術(shù)對(duì)于促進(jìn)液壓元件技術(shù)進(jìn)步的意義由此可見一斑。
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