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德國(guó)博士力士樂(lè)液壓技術(shù)的發(fā)展動(dòng)向

1前言 

   液壓傳動(dòng)具有易于實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng),、功率質(zhì)量之比 大,、動(dòng)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(dòng)平臺(tái)和武器裝備等領(lǐng)域得到 了廣泛應(yīng)用,。液壓傳動(dòng)作為動(dòng)力傳動(dòng)與控制技術(shù)的重 要組成部分,，對(duì)工業(yè)和國(guó)防領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步和發(fā)展起 到了很大的推動(dòng)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(dòng)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(jìng)爭(zhēng)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(huì)和工程需要,。而電氣傳 動(dòng)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(dòng)力傳動(dòng)范圍 內(nèi)對(duì)液壓傳動(dòng)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(dòng)基本取代了液壓傳 動(dòng),，采用電氣傳動(dòng)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(dòng)已占主導(dǎo)地位,；另外,，在液壓傳動(dòng)占優(yōu)勢(shì)的仿真運(yùn)動(dòng)平臺(tái)和汽車轉(zhuǎn)向器也開(kāi)始出現(xiàn)了電氣傳動(dòng)_2 。 

   為提高液壓傳動(dòng)的競(jìng)爭(zhēng)力,，擴(kuò)大其應(yīng)用領(lǐng)域,，液壓 傳動(dòng)應(yīng)抓住主要的核心技術(shù)問(wèn)題，改進(jìn)技術(shù),，移植* 的技術(shù)成果,，不斷改進(jìn)自身缺點(diǎn)、發(fā)揮自身優(yōu)勢(shì),，使液 壓傳動(dòng)創(chuàng)造新的活力,，以滿足未來(lái)發(fā)展的需要。液壓 技術(shù)的發(fā)展動(dòng)向主要有以下幾方面,。

2博世力士樂(lè)提高柱塞泵效率 

   液壓傳動(dòng)作為動(dòng)力傳動(dòng)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(duì)外做功的過(guò)程,；因此,，在能量轉(zhuǎn)換和傳輸過(guò)程不可 

避免地存在能耗問(wèn)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(dòng)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(wèn)題，也是提高其競(jìng)爭(zhēng)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(lè)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(dòng)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(dòng)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(duì)運(yùn)動(dòng)件間油 膜潤(rùn)滑設(shè)計(jì)方法,，以有效地減少潤(rùn)滑泄漏損失，提高容積效率,。 

（3）采用*設(shè)計(jì)理念以盡量減少能量傳輸過(guò)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(gè)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(lái)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(dòng)系統(tǒng)的效率。 

（5）利用現(xiàn)有的*技術(shù),，如采用交流變頻調(diào)速 電機(jī)驅(qū)動(dòng)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(lái)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(shí),，電機(jī)以極低轉(zhuǎn)速運(yùn)行來(lái)補(bǔ)償泄漏,，使得系統(tǒng)發(fā)熱小，并延長(zhǎng)液壓泵的使用壽命_4,、7 J,。 

3博世力士樂(lè)注重系統(tǒng)設(shè)計(jì) 

近年來(lái)，隨著科技進(jìn)步,，新材料,、新工藝、新技術(shù)和*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(dòng)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,、*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(kāi)科學(xué)研究和理論的指導(dǎo)作用,，一個(gè)好的液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)是通過(guò)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(lái)實(shí)現(xiàn)的。主要的問(wèn)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(jiǎn)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(duì)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(lái)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(zhǎng)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(jìng)爭(zhēng)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(chǎng)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(dòng)化,、智能化和網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展方向要求。 

4博世力士樂(lè)注重環(huán)保 

液壓系統(tǒng)噪聲大,、泄漏污染環(huán)境多年來(lái)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(jìng)爭(zhēng)力。在實(shí)現(xiàn)新型工業(yè)化的過(guò)程中,，噪聲,、環(huán)保問(wèn)題已經(jīng)引起社會(huì)和生產(chǎn)企業(yè)越來(lái)越大的關(guān)注，液壓技術(shù)必須走低噪聲,、無(wú)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(dòng)者身心健康,，而且還會(huì)影響生產(chǎn)設(shè)備的性能和使用壽命,。因此，生產(chǎn)過(guò)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(wèn)題主要從2個(gè)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(dòng) 所產(chǎn)生的流體噪聲,，壓力脈動(dòng)所引起泵殼體,、配流盤(pán)結(jié)構(gòu)變形而產(chǎn)生的振動(dòng)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(dòng)平穩(wěn)，減少壓力脈動(dòng),；其次,，提高液壓泵殼體和配流盤(pán)（系統(tǒng)）結(jié)構(gòu)剛度，以減少其變形所產(chǎn)的振動(dòng),。例如力士樂(lè)公司M系列開(kāi)式回路柱塞泵,，通過(guò)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(gè)不容忽 視的重要噪聲來(lái)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(wèn)題： 

（1）使液壓泵在低轉(zhuǎn)速下運(yùn)行,，可降低原動(dòng)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(dòng)原動(dòng)機(jī)采用彈性聯(lián)軸節(jié)連接,， 減少機(jī)械振動(dòng)所產(chǎn)生的噪聲； 

（4）驅(qū)動(dòng)原動(dòng)機(jī)采用減震墊,，減少振動(dòng)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。