德國博士力士樂液壓技術(shù)的發(fā)展動向
1前言
液壓傳動具有易于實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動、功率質(zhì)量之比 大、動態(tài)響應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)，在工程機(jī)械、冶金、農(nóng)林、試驗(yàn) 設(shè)備、航空航天、仿真運(yùn)動平臺和武器裝備等領(lǐng)域得到 了廣泛應(yīng)用。液壓傳動作為動力傳動與控制技術(shù)的重 要組成部分，對工業(yè)和國防領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步和發(fā)展起 到了很大的推動作用，是現(xiàn)代機(jī)械工程的基本要素和 工程控制的關(guān)鍵技術(shù)之一_。 但是，液壓傳動效率低、噪聲大、成本高、泄漏污染 環(huán)境等缺點(diǎn)降低了它的競爭力，這些缺點(diǎn)明顯地不適應(yīng) 環(huán)保、節(jié)能、可持續(xù)發(fā)展的社會和工程需要。而電氣傳 動技術(shù)則具有環(huán)保、節(jié)能、遠(yuǎn)距離功率傳輸?shù)葍?yōu)點(diǎn)，符合現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展潮流，特別是交流伺服電機(jī)、變頻技術(shù) 已經(jīng)取得了很大的進(jìn)展，在中、小功率的動力傳動范圍 內(nèi)對液壓傳動技術(shù)形成了有威脅挑戰(zhàn)。如：鎖模力 200 t以下的塑料注射機(jī)電氣傳動基本取代了液壓傳 動，采用電氣傳動的塑料注射機(jī)已占塑料注射機(jī)總銷售 的60％～70％E ；在機(jī)床、機(jī)器人等工程領(lǐng)域中，電氣傳動已占主導(dǎo)地位；另外，在液壓傳動占優(yōu)勢的仿真運(yùn)動平臺和汽車轉(zhuǎn)向器也開始出現(xiàn)了電氣傳動_2 。
為提高液壓傳動的競爭力，擴(kuò)大其應(yīng)用領(lǐng)域，液壓 傳動應(yīng)抓住主要的核心技術(shù)問題，改進(jìn)技術(shù)，移植先進(jìn) 的技術(shù)成果，不斷改進(jìn)自身缺點(diǎn)、發(fā)揮自身優(yōu)勢，使液 壓傳動創(chuàng)造新的活力，以滿足未來發(fā)展的需要。液壓 技術(shù)的發(fā)展動向主要有以下幾方面。
2博世力士樂提高柱塞泵效率
液壓傳動作為動力傳動裝置，包含了從機(jī)械能轉(zhuǎn)換到液壓能、液壓能傳輸和從液壓能再轉(zhuǎn)換到機(jī)械能 并對外做功的過程；因此，在能量轉(zhuǎn)換和傳輸過程不可
避免地存在能耗問題，其系統(tǒng)總效率等于液壓泵站的效率、系統(tǒng)傳輸效率和執(zhí)行機(jī)構(gòu)效率3者的乘積。一般液壓傳動的效率為50％～70％，而某些行走機(jī)械上其效率則不到10％。因此，提率是液壓技術(shù)必需解決的重要問題，也是提高其競爭力的有效措施。為此，需要采取的節(jié)能技術(shù)如下：
（1）力士樂液壓泵的變量調(diào)節(jié)裝置采用壓力補(bǔ)償、負(fù)載 傳感系統(tǒng)，使它具有流量適應(yīng)控制和負(fù)載壓力自動補(bǔ) 償功能，這樣，效率可提高30％以上；如日本某公司生 產(chǎn)的比例壓力流量控制變量柱塞泵用于塑料注射機(jī)， 可節(jié)省能耗達(dá)45％[ 。采用二次調(diào)節(jié)技術(shù)實(shí)現(xiàn)能量的再生控制，如挖掘機(jī)升降臂的多余能量和回轉(zhuǎn)制動能量的再利用等。
（2）通常，液壓泵和馬達(dá)在小排量的使用工況下，其容積效率比較低，這限制了其排量工作范圍。要提 高液壓泵和馬達(dá)的總效率并擴(kuò)大其排量工作范圍，重 點(diǎn)應(yīng)研制新型密封和減摩材料，改進(jìn)相對運(yùn)動件間油 膜潤滑設(shè)計(jì)方法，以有效地減少潤滑泄漏損失，提高容積效率。
（3）采用先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念以盡量減少能量傳輸過程中功率損失。如：采用插裝閥替代常規(guī)的圓柱滑閥以減少閥壓力降損失和提高工作性能；采用集成元件和系統(tǒng)設(shè)計(jì)以減少管路壓力損失；合理地設(shè)計(jì)管路管 徑和管路布局以減少管路壓力損失。
（4）提率的一個重要發(fā)展方向是采用容積調(diào) 速代替節(jié)流調(diào)速_4j。由于節(jié)流調(diào)速是基于壓力損失的原理，即：式中：q為流量，C是流量系數(shù)， 是節(jié)流口面積,l0是液體密度，△p是節(jié)流口的壓力損失；因此，節(jié)流調(diào)速必然存在原理性的壓力損失，特別是在高壓、大流量 的系統(tǒng)中表現(xiàn)更為明顯。而采用改變液壓泵和馬達(dá)的排量來進(jìn)行容積調(diào)速的系統(tǒng)，有節(jié)流損失，從而提高液壓傳動系統(tǒng)的效率。
（5）利用現(xiàn)有的先進(jìn)技術(shù)，如采用交流變頻調(diào)速 電機(jī)驅(qū)動定量液壓泵，達(dá)到系統(tǒng)節(jié)能的目的。這種控制方法可根據(jù)系統(tǒng)壓力、流量要求來控制電機(jī)轉(zhuǎn)速，使功率消耗zui少，可節(jié)省能耗達(dá)50％，而在系統(tǒng)保壓時，電機(jī)以極低轉(zhuǎn)速運(yùn)行來補(bǔ)償泄漏，使得系統(tǒng)發(fā)熱小，并延長液壓泵的使用壽命_4、7 J。
3博世力士樂注重系統(tǒng)設(shè)計(jì)
近年來，隨著科技進(jìn)步，新材料、新工藝、新技術(shù)和先進(jìn)設(shè)計(jì)理念的應(yīng)用，液壓元件的質(zhì)量、性能、可靠性、 使用壽命都有了很大提高。液壓傳動系統(tǒng)的應(yīng)用除了 注重選用高質(zhì)量的液壓元件外，也更加注重系統(tǒng)整體匹配的合理性_4 J。液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)的合理性、先進(jìn)性直接影響到可靠性、節(jié)能、環(huán)保、使用壽命、成本以及維護(hù)性能等。液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)具有很強(qiáng)的工程性和實(shí)踐性，但又離不開科學(xué)研究和理論的指導(dǎo)作用，一個好的液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)是通過理論、科學(xué)研究和工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的有機(jī)結(jié)合來實(shí)現(xiàn)的。主要的問題有以下幾方面：
（1）在滿足使用性能的前提下，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的簡單 化、集成化和模塊化，以提高系統(tǒng)的可靠性、操作性和 維護(hù)性。比如系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)盡量減少接頭和密封環(huán)節(jié)；管路布局應(yīng)可靠并防止出現(xiàn)共振；對于一些小型液壓泵站，出現(xiàn)了電機(jī)和變量泵共用同一根軸，周圍用油箱包起來組成一體化產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)了55 dB以下的低噪聲，而且電機(jī)后部裝有空冷式冷卻器，油溫可控制在室溫加12℃以內(nèi) J。
（2）系統(tǒng)的壓力、流量、油液溫度以及蓄能器的容量和充氣壓力等工作參數(shù)需要進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，以提高系統(tǒng)的可靠性、節(jié)能并延長使用壽命。另外，采用高架油箱以改善液壓泵的吸油性能；大排量液壓泵采用低 轉(zhuǎn)速運(yùn)行方式以降低液壓泵的噪聲。
（3）技術(shù)設(shè)計(jì)方案應(yīng)充分考慮滿足系統(tǒng)的節(jié)能和環(huán)保要求，降低成本，以增強(qiáng)競爭力。
（4）充分借鑒電子、控制、計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的研究發(fā)展成果，提高機(jī)電液一體化技術(shù)水平，以提高系統(tǒng)的可靠性，降低現(xiàn)場安裝、調(diào)試、維護(hù)的費(fèi)用，滿足現(xiàn)代生產(chǎn)設(shè)備自動化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展方向要求。
4博世力士樂注重環(huán)保
液壓系統(tǒng)噪聲大、泄漏污染環(huán)境多年來一直是液壓技術(shù)難以解決的兩大難題，這極大地影響了液壓技術(shù)的競爭力。在實(shí)現(xiàn)新型工業(yè)化的過程中，噪聲、環(huán)保問題已經(jīng)引起社會和生產(chǎn)企業(yè)越來越大的關(guān)注，液壓技術(shù)必須走低噪聲、無污染的發(fā)展方向。
4．1降低噪聲
噪聲不但惡化工作環(huán)境、損害勞動者身心健康，而且還會影響生產(chǎn)設(shè)備的性能和使用壽命。因此，生產(chǎn)過程中的低噪聲代表了現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展潮流。就液壓系統(tǒng)而言，解決噪聲問題主要從2個方面人手：一是液壓泵噪聲，二是系統(tǒng)總的噪聲。
液壓泵的噪聲主要有：其內(nèi)部的壓力和流量脈動 所產(chǎn)生的流體噪聲，壓力脈動所引起泵殼體、配流盤結(jié)構(gòu)變形而產(chǎn)生的振動噪聲，氣蝕現(xiàn)象所產(chǎn)生的空氣噪聲。因此，降低液壓泵的噪聲應(yīng)注重改進(jìn)泵的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使流體流動平穩(wěn)，減少壓力脈動；其次，提高液壓泵殼體和配流盤（系統(tǒng)）結(jié)構(gòu)剛度，以減少其變形所產(chǎn)的振動。例如力士樂公司M系列開式回路柱塞泵，通過改進(jìn)液壓泵的結(jié)構(gòu)剛度設(shè)計(jì)后，其噪聲降低了60％L3]。 降低噪聲除選用低噪聲液壓泵外，另一個不容忽 視的重要噪聲來源是系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)不合理而產(chǎn)生的系 統(tǒng)應(yīng)用噪聲。解決系統(tǒng)應(yīng)用噪聲主要考慮以下幾方面 的設(shè)計(jì)問題：
（1）使液壓泵在低轉(zhuǎn)速下運(yùn)行，可降低原動機(jī)和 液壓泵的噪聲;
（2）采用高架油箱，改善液壓泵的吸油條件，降低 液壓泵的噪聲；
（3）液壓泵和驅(qū)動原動機(jī)采用彈性聯(lián)軸節(jié)連接， 減少機(jī)械振動所產(chǎn)生的噪聲；
（4）驅(qū)動原動機(jī)采用減震墊，減少振動噪聲；
（5）采用高壓軟管和蓄能器，降低管路噪聲；
（6）合理布局管路，防止管路共振。
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崔曉明
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