全面分析液壓控制技術及后續發展方向
發布時間：2015-08-22 新聞來源：一覽液壓英才網
液壓及控制技術是一種應用極為廣泛的基礎技術，在國民經濟各領域中獲得了極為廣泛的應用。我國的液壓及控制技術長期落后于國外，嚴重制約了中國主機水平的提高和工業自動化的實現，因而迅速提高我國液壓技術和控制技術的水平具有極為重要的經濟意義和現實意義。
在傳統的液壓傳動中，是通過各種液壓閥來控制普通油缸的運動方向、速度和位置的。為了滿足各種要求，液壓先驅者們，經過近百年的不斷努力，發明和生產了上百種規格的液壓元件和產品。但為了獲得精確的控制，普通的液壓元件已經不能滿足要求。自二十世紀七十年代以來，隨著以微電子技術為主導的信息技術、生物技術、新材料技術、新能源技術、空間技術、海洋開發技術等高技術群的蓬勃發展，在世界上逐步出現了機械電子工業、光電子工業、辦公自動化設備、信息處理系統、電子醫療設備、現代生物制品、新材料、新能源等高技術產業。流體傳動與控制技術就是其中的機械電子技術產業中起重要作用的關鍵技術領域。流體 傳 動 及控制包括液壓傳動及控制與氣體傳動與控制兩個方面。液壓傳動及控制技術應用于生產開始于十七世紀，經歷了二百多年的徘徊，直到二十世紀四十年代，才進人了高速發展時期。氣動技術的應用歷史雖然久遠，但真正應用于生產是在十八世紀，其應用與研究則在二十世紀五十年代才開始被重視。控制論的出現，特別是自動控制理論與技術的發展，使流體傳動及控制技術取得了飛速的進步。目前，流體傳動及控制技術已經在冶金、煤炭、石油、化工、能源、航空、航天、國防等領域廣泛應用，成為國民經濟發展中不可缺少的支撐技術。
二、液壓技術的發展
液壓技術是以液體(主要是礦物油)為工作介質，實現能量傳遞、轉換、分配及控制的一門技術。液壓技術的發展總是與當代的高新技術緊密結合在一起的。二十世紀四十年代控制論的誕生，極大地促進了液壓技術的快速發展，使其應用范圍逐漸擴大，不僅在國防領域具有不可替代的地位，而且已經滲透到國民經濟的各個行業，液壓技術發展與應用的程度已成為衡量一個國家工業發展水平的重要標志。近年來，液壓技術與微電子技術、計算機技術、傳感器技術等的結合，使其又產生了飛躍性進步。當前液壓技術的發展主要集中在以下幾個方面:
(1) 發展集成、交合、小型化和輕量化液壓元件。隨著液壓系統復雜化程的提高，要求液壓元件具有高可靠性，減少配管，節省安裝空間、易維修等特點，必須發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，近幾年又出現了將控制元件附加在動力元件上的一體化復合液壓裝置。
(2) 發展高性能的液壓控制元件。適應機電一體化主機發展的需要。如開發低控功率閥門、研制適應野外條件的電液比例閥、高響應頻率的電液伺服閥、低成本比例閥及不需要A/D和D/A轉換、可直接與計算機接口的數字閥。
(3) 以環境保護、安全和滿足可持續發展為目標的綠色開發研究。如無污染的純水液壓技術及相關新材料，新工藝的開發和應用研究，降低元件和系統的噪聲，減少泄漏和提高密封性能的應用研究。
(4) 提高元件和系統的可靠性。提高可靠性是一項系統工程，除科學設計，先進的材料及完善的工藝外，還應注意應用和維護的可靠性，系統的狀況監測，故障診斷，降低元件對污染的敏感性。加強污染控制與新型工程材料的應用研究，對提高元件和系統的可靠性有重要意義。
(5) 以提高效率、降低能耗為目標的系統匹配設計理論、方法和計算機對液壓系統進行自動適應控制手段研究。
三、現代技術對傳統液壓技術的影響
隨著科學技術的進步，不僅液壓技術本身的內涵已包含了許多高新技術的內容，而且它的應用也已遍及高新技術的各個領域，特別是機電一體化的許多產品中。高新技術對現代液壓技術的影響主要體現在電子與信息技術、村料科學和現代制造技術方面。它們既為液壓技術的進一步發展帶來了新的機遇，也在某些方面扮演了挑戰和競爭者的角色。
3.1 電子和信息技術的影響
人們常將液壓技術分為“液壓傳動”(液壓驅動)和“液壓控制”兩個領域。傳統的液壓控制系統常用若干固定的和可變節流元件以壓差方式測取、識別和調節系統流量。此類由多個“液阻”構成的復雜液壓網絡系統曾被發展到了很高的水平。例如，在上世紀70年代，就出現了以純液壓的方式按某種既定規律(恒功率、恒扭矩，負載敏感、轉速反饋敏感等)調節泵和馬達排量的裝置，然而在同一時期電子控制技術迅速崛起。電子比例和脈寬控制技術的發展促使液壓變量泵和馬達的變量系統只需要保留推動外盤或缸體偏擺的功能和一套通用的電液接口裝置，而把調節信號的處理任務交給電子系統去完成。通過在更深層次上引入電子調節技術，特別是數字總線技術，更實現了從僅對單個元件的離散控制到對從原動機、傳動機直到工作機的整個系統的綜合實時優化控制的發展。相對于需要用精密機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、兼容性以及開發和制造成本等多方面都具有明顯的優點。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，而液壓裝置的任務則逐漸集中于能量轉換、功率流切換和主系統的過載保護等方面的動力傳動方面。但是，即使是液壓傳動也在面臨電傳動技術的挑戰。近年來，基于微電子技術和磁性材料技術的進步，具有優異無級調速性能的交流變頻電傳動已成為液壓泵一馬達驅動裝置的重要競爭對手。
3.2 材料科學和先進制造技術的影響
液壓技術的基本原理很容易理解，但要圓滿地實現它的功能卻有賴于材料科學及制造技術的進步。有資料表明，近20年來液壓技術的發展來源于自身結構改進的科研成果僅約20 ，而依靠材料、表面技術，加工工藝等方面研究成果的卻占到30%。當然，這一現象絕不僅僅發生在液壓技術領域，沒有一種學科或產業能關起門來自我發展。各學科間的相互結合、借鑒和成果的移植是今天和今后科學技術的發展趨勢。科學技術是螺旋式上升的。
各種液壓元件的結構都經歷了一次到幾次的由簡單到復雜，再到簡單的反復循環的過程。每一次循環后的元件的性能都有了質的提高，而這在很大程度上都得益于同一時期材料和制造技術的進步。原始的液壓元件的結構是很簡單的，例如一個鐵筒加一個實心回柱體就構成了液壓缸。其后人們開始按照所需功能的不同，把一個簡單的零件分解成專司轉換運動方向的、抗磨的、承力的、密封的等多個“專業化”零件的組合。結果是元件的性能有了提高，但復雜性也增加了許多。一旦出現了具有某種綜合性能的新材料和能制造某種復雜型面的新的加工方法后，人們又會力圖把多個功能重新集中到一個零件上。例如，早期的內曲線馬達曾廣泛采用柱塞封油、橫梁(或連桿)傳力、再經過帶滾針軸承的滾輪轉換為扭矩的結構。在出現了具有良好綜合性能的新材料和相應的制造技術后，新型馬達即得以把封油、傳力和支撐滾子的功能都集中到一個形狀特殊的柱塞上，并用“四點接觸”的單個軸承取代了原來成對配置的向心推力軸承，甚至將軸承內、外環也“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的徑向尺寸，使其功率密度在叨年間提高了一倍多，價格則顯著降低。材料科學和新的制造技術對于促進液壓元件技術進步的意義由此可見一斑。
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