福船院液压与液力传动学术报告：液压技术在现代机电设备中的发展与应用

液压技术在现代机电设备中的最新发展与应用杨平概要：文章针对当今液压技术状况，概括介绍了液压技术在现代机电设备中的最新发展与应用。尤其是人们在减少能耗，充分利用能源，防止泄漏，故障诊断，以及精细控制方面所取得的显著成就。本文旨在通过对先进技术的引入与说明，进一步推动液压技术在机电设备中的研究与应用水平,不断完善和改进机电设备的性能与效益。关键词：液压技术节能泄漏维护Abstract:Beaimedatnowadayshydraulicpressuretechnologystatus，theup-to-datedevelopmentandapplicationofhydraulicpressuretechnologyinmodernmechanicalandelectricalequipmentaresummarized.Especiallytheremarkableaccomplishmentgettingofcutdownenergyconsumption,sufficientlymakeuseofthesourcesofenergy,preventfromleaking,malfunctiondiagnoseandmeticulouscontrol.Thispaperbytheintroductionandexplanationofvanguardtechnology,drivethestudyandapplylevelofhydraulicpressuretechnologyinmechanicalandelectricalequipmentfurther,unceasinglyperfectandimprovethefunctionandbeneficialresultofmechanicalandelectricalequipment.Keywords:Hydraulicpressuretechnology，Energyconservation,Leak,Defend液压技术是现今机电设备中发展最快的技术之一。随着工业自动化水平的不断提高，液压传动技术被越来越广泛的应用在各个领域中。由于微电子、计算机技术的飞速发展，液压传动技术不仅作为传动的一种基本形式，而且，还成为一种重要的控制手段。在新的液压应用领域，液压技术不断完善，性能不断优化。尤其是在减少能量消耗，获取最高效率和最佳性能方面有了突出进展。现代液压技术在机电设备最新发展与应用突出表现在以下几个方面。减少能耗，充分利用能源液压技术在将机械能转换成压力能及反转换过程中，总存在能量损耗。为减少能量的损失，必须解决下面几个问题：减少元件和系统的内部压力损失，以减少功率损失；减少或消除系统的节流损失，尽量减少非安全需要的溢流量；避免采用节流系统来调节流量和压力；采用静压技术和新型密封材料，减少摩擦损失；改善液压系统性能，采用负荷传感系统、二次调节系统和采用蓄能器回路。随着液压技术的不断的完善与进步，在许多地方，替换传统的机电系统现在已是可行的了。最新的液压技术提供了许多革新带来的利益，包括：提升和保持重负载的能力，而无需另外购买昂贵的制动装置；液压系统可提供低速状态下精确控制负荷的能力。液压控制系统与机电系统不同，能在无传动装置的情况下输出扭矩，并能保持持续不变的工作压力而无需输入功率。液压设计的紧凑性对行走机械也极为适用。液压泵的规格可按其平均载荷来选择，而不像电动机，必须满足最大载荷。为了配合不同时段的动力要求，液压系统中可使用蓄压器，当需求的需求的动力大时，蓄能器将补充液压泵的输出，需求的动力小时，则将液压泵输出的剩余能量储存起来。这种方式能尽可能地减少能量的消耗，减少设备的投入成本，以及设备的使用成本。较好地解决了节能与节约资源的问题。由于科技的最新发展，效率得到了进一步的提高。例如：传统的冷却风扇常常是浪费燃料，且其运转速度只能跟随引擎的转速而变，现在则已被比例控制的液压冷却装置所替代，这种装置与发动机控制器直接连接，而且仅在需要时运行，故能提高燃料的效率。为了减少能量的损耗，引发出利用液压执行机构的各种方案。例如，起重车起重机构的下降行程中捕获能量的方案。传统上，重力受到阻碍时，便化为热能流失了，但若使用蓄压器等元件的话，则能量就可被再利用，以补充发动机驱动的液压泵和其他系统输出。一些新的控制器，能精确监控推进、转向和其它系统，能使发动机的输出功率更有效地与工况条件的改变相匹配。例如：在液压多路控制系统中，在功率受到限制的地方，动力就优先传送到最需要的机械系统中去。同样的，借由功率输出的管理，引擎就能在最佳速度下运行和承载，保证了最高的效率和最佳性能，同时保持较低的排放。近年开发的一种单斗液压挖掘机分工况节能控制系统。由于挖掘机是一种多功能的机械，进行的作业内容较多，如挖掘、装土、挖沟、填埋、装修、搬运、破碎和平地等；所遇到的作业对象——土质变化较大，如软性粘土、松砂质土、紧密沙质土、较紧密砂砾混合土、砂砾原石和软岩等；另外，使用方式和要求也不同，有时强调燃料经济性，生产率要求不突出，进行一般性的挖掘和装土作业；有时则重视精度和安全，在狭小场地进行操作，进行精细工作和微调作业。因此，控制系统将上述工况分为不同的模式进行控制。通过采用负荷传感，由微机判断挖掘机的工作状态，并据此控制发动机而达到节能的目的。在操作中，司机一旦选定工作模式后，不管挖掘机处于什么工作状态，发动机均可由计算机控制，使之处于理想的工作状态，改善了操作性能。在一些液压系统中，通过对溢流的控制，最大限度地降低能耗。当液压系统压力接近或达到溢流阀开启压力时，智能控制器自动降低发动转速，以消除或减少溢流量。当发动机转速降低到系统设定的最低转速，如果还存在超载溢流时，发出超载报警。工程机械在作业中，往往需要短暂停机，处于待命状态，例如挖掘机或装载机在等待自卸卡车或需进行某种准备工作等。这时所有操作杆在中位待命，发动机的能量白白浪费，为此，希望发动机转速能自动下降，处于低怠速状态。减少燃耗、降低噪音，这对发动机使用寿命也有好处。控制的依据是：当各操纵阀均处于中位时，液压系统压力均小正常工作状态时的压力。为了确信挖掘机确实处于不工作状态，在测得液压系统压力小于设定的最低阀值时，控制器延时几秒钟后（3－4秒）才向步进电机出信号，使油门处于低怠速位置，以防系统脉动。当需进行工作时，只需操纵阀的阀杆一动，发动机转速就自动复原，进入工作状态。2．泄漏控制泄漏控制包括：防止液体泄漏到外部造成环境污染和外部环境对系统的侵害两个方面。今后，将发展无泄漏元件和系统，如发展集成化和复合化的元件和系统，实现无管连接，研制新型密封和无泄漏管接头，电机油泵组合装置等。无泄漏将是液压界今后努力的重要方向之一。液压系统的泄漏有一定的益处：使钢铁制生锈的比较慢；保持系统中相对运动表面的润滑。但坏处却是显而易见的，那就是它的代价。谁能想像出泄漏究竟给机械制造商、用户、社会甚至环境造成了多大的损失？相对简单的解决方法就是使用无泄漏系统，然后，大笔的费用就能节约下来。多年来，许多公司致力于无泄漏的研究，如派克公司成功的秉持了“干技术”的理念。（1）泄漏的原因主要有以下几个方面：1）产品－连接件：两种主要连接件：JIC和DIN连接件。这两种形式的连接件比60年前已先进许多，现仍被频繁的用于充满现代电子器件和智能解决方案的新型机器上。这两种类型的连接件，能够承受高达350bar的动态压力，但缺少软密封装置它们的连接端，事实上，已无法满足现今的性能要求了。－软管：影响管的持续使用使用寿命，并导致泄漏的6个主要因素是：氧化、温度、工作压力、弯曲半径、介质(类型和流速)和软管接头对软管的挤压。2）安装连接件的正确安装不是“凭感觉”用扳手把它拧紧就行了，各家制造厂商都制定了相应的扭矩标准，在安装过程中必须严格遵守。3）性能的提高液压系统更好的工作意味着更高的生产率，从而缩短运行周期，这将给系统带来完全不同于以往的强劲生命力。随之而来的是，机动性和低能量消耗的需求也随之增加。这给液压泄漏带来了更大的挑战。4）设计大多数机器制造商很快就学会了使用新技术来提高他们机器的生产率，但是，一旦提到泄漏和清洁方面的问题，他们就会显得比较被动。配管工艺的疏忽，将会造成系统管道和软管的应力。（2）如何实现无泄漏液压系统和节约费用首先，是要实实在在地接受泄漏存在的事实，对泄漏成因有足够的认识。第二，是确保使用的是正规厂有生产的合格元件－针对实际系统应当了解元件的选择和适用标准，不能抱着反之亦然的态度；第三，是加强人员的培训－更好的了解元件是怎样制造出来的，它们是怎么工作的，该怎么使用和安装。第四，使用专业技术来查找泄漏。专业人员对系统安装的整个或子系统管道元件的安装，目标是使机器无泄漏。同时减少元件的使用数量或集成化元件，以减少可能泄漏的部位。如：最新的液压缸产品可集成安装相应功能的控制阀，防超速阀和锁定阀，以及端部缓冲装置。如今，一些无泄漏液压产品不断问世，无泄漏液压系统的前提条件已具备：带ED密封件或ISO6149油口管接头的软密封连接件(O-Lok，EO-2及EO2-型)、无溢出快速接头、无防护层软管－能更好地进行扣压。这些产品看似比较昂贵，但是与停工时间和油液流损带来的额外费用相比，这要合算的多。智能控制，精细控制机电一体化可实现液压系统柔性化、智能化，充分发挥液压传动出力大、惯性小、响应快等优点，其主要发展动向如下：液压系统将有过去的电液开发系统和开环比例控制系统转向闭环比例伺服系统，同时对压力、流量、位置、温度、速度等传感器实现标准化；提高液压元件性能，在性能、可靠性、智能化等方面更适应机电一体化需求，发展与计算机直接接口的高频，低功耗的电磁电控元件；液压系统的流量、压力、温度、油污染度等数值将实现自动测量和诊断；由于计算机的价格降低,监控系统,包括集中监控和自动调节系统将得到发展；借助现场总线，实现高水平信息系统，简化液压系统的调节、控制和维护。发展和计算机直接接口的功耗为5mA以下电磁阀，以及用于脉宽调制系统的高频电磁阀(小于3mS)等。计算机仿真标准化，特别对高精度、“高级”系统更有此要求。电子直接控制元件将得到广泛采用，如电子直接控制液压泵，可实现液压泵的各种调节方式，实现软启动、合理分配功率、自动保护等，并使控制更加精细、准确和可靠。新近发展起来的智能控制系统，如：派克IQAN系统，能赋予设计师将所有子系统综合起来的能力，包括液压升降系统，归入同一连接网络，能在进行精确控制的同时，保持尽可能简单的操纵。液压元件与动力传动系统融合，使其具有诸如功率控制和传动选择的功能。再如，沥青混凝土摊铺机行走液压系统的智能控制系统，使沥青混凝土摊铺机控制性能得到明显提高，使得路面摊铺质量得到改善。液压操作软件系统的友好界面，能使机器的操作者方便地操纵各种设备有效地进行工作，而无需在每台机器上配备一名专家。一些维护诊断检测产品能自动地计算出最快捷最安全的任务执行方案，并能将内置的安全锁与相应的安全规范相结合。采用电子直接控制，实现智能化和自动化，挖掘机采用电子控制，可以自动选用作业模式和实现复合动作机能。4．故障诊断预测液压系统维护已从过去简单的故障拆修，发展到故障预测，即发现故障苗头时，预先进行维修，清除故障隐患，避免设备恶性事故的发展。开展液压系统的故障预测，实现主动维护技术。要实现主动维护技术必须要加强液压系统故障诊断方法的研究，当前，凭有经验的维修技术人员的感宫和经验，通过看、听、触、测等判断找故障已不适于现代工业向大型化、连续化和现代化方向发展，必须使液压系统故障诊断现代化，加强专家系统的开发研究，要总结专家的知识，建立完整的、具有学习功能的专家知识库，并利用计算机和知识库中的知识，推算出引起故障的原因，提出维修方案和预防措施。随着进一步开发液压系统故障诊断专家系统通用工具软件，对于不同的液压系统只需修改和增减少量的规则，就可对特定的机电设备实现自动故障预测。开发液压系统自补偿系统，包括自调整、自校正，在故障发生之前进行补偿，