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谈工程机械液压技术 多领域契合是必由之路

责任编辑:济工升降机人气:-634发表时间:2015-09-13 17:47:46

  一、液压控制和液压传动已成为现代工程机械的重要核心技术

  机器和工具是人类四肢的延长,电子传感器和控制软硬件是人类感官和思维的延长。契合了电子技术的液压控制和液压传动已成为现代工程机械不可或缺的核心技术。所谓“高端工程机械”,在很大程度上在于采用了高品质的液压元件和先进的液压系统。液压技术撑起了现代工程机械的半边天,很多整机的研发历史确实是:成也液压,败也液压。

  行业新动态 工程机械液压技术的新境界

  与一些固定设备与航空领域逐渐以新锐的电传动取代其它传动的趋势不同,液压技术在工程机械领域的势头依然强劲,这得益于它在工程机械的作业环境下的一些突出优点,诸如较高的功率密度,强大的调控功能、良好的匹配适应性以及在系统布局方面的灵活性等等。液压技术的新发展正在有力地促进着工程机械的整机的创新与进步。

  改革开放以来,我国的工程机械行业有了长足的进步,已经位居世界工程机械制造大国的前列,在这个坚实的基础上正在向制造强国发展。工程机械企业在向用户提供更安全、更高效、操作更舒适以及外形更美观的优质产品的同时,也将使自身的收益从主要依靠产量、吨位等的数量型向依靠自主技术和知识产权的质量型转化。其中,契合了电子技术的液压装置已成为现代工程机械不可或缺的核心技术装备。

  例如,在工程机械领域,不仅各种产品的工作装置和转向装置早已广泛采用了液压传动与控制,而且技术含量更高的静液压驱动行走装置也在各种路面机械、滑移转向装载机和随行叉车等机型上成为了“标配”。如今在铰接转向的装载机上又出现了以静液压驱动取代液力传动的趋势。

  德国阿亨和布伦瑞克等大学的几个顶尖的液压与工程机械研究所合作研究表明,通过元件品质的改善和参数匹配的优化,在装载机上采用静液压驱动取代传统的液力传动,不仅具有布局灵活方便和其操作精细舒适的优点,而且能降低油耗达20%以上。大量类似实践已证明静液压驱动的行走装置不能使装载机、推土机、叉车等获得更为优越的操控性能,而且还具有明显的节能效益。以往认为液压传动效率低下的观念应该改变,液压技术已进入了在节能减排方面同样大有作为的新境界。

  二、多领域技术的契合是工程机械液压技术进步的必由之路

  国外另一个著名的研究报告指出,在液压技术领域的众多创新成果中,基于液压行业自身的专业知识实现的仅占约20%,而源自其他行业的创新却高达50%;另有约30%是移植了其他行业的技术。我们生活在一个多元化的世界里,各种文化、科学、语言、艺术和技术的契合已成为促进人类文明和谐发展与进步的巨大动力,液压技术的进步同样植根于多种技术的相互契合。它山之石可以攻玉。

  通过这些契合,液压技术在以下几方面获得了特别明显的进步:

  1.电子与液压技术的契合顺应向信息化发展的大趋势:

  - 电子传感器、操控指令与反馈信号的电子传输以及智能化电子解算系统的引入极大地提高了液压系统的控制品质;例如电子测速使得以输出轴转速作为控制参数的二次调节液压系统得以实用。而这种按用户需求分配流量并能回收多余能量的节能技术本身又是借鉴了恒压电力网络的运行模式。

  - 机载计算机控制的液压系统具有实时改变多用户回路,并精细控制它们的工况的转换过程的能力,已成功应用于装载机行走驱动系统中多个液压马达的在线切换、挖掘机动臂油缸举升下降时回收势能等具有节能效益的切换回路中。

  - 一些电子设备开始直接嵌入液压元件内部,出现了在结构中固化集成数控装置的液压缸、液压泵和液压马达。一个意义深远的创新是变量液压泵和马达的数控配流技术。此处电子与液压技术的契合的促成了柱塞变量液压泵和马达核心结构深层次的重大改革。

  - 电子与液压技术的契合还促成了整机综合管理系统的发展。这一技术在汽车产品中已十分普及,各种液压传动和控制的工程机械上也具备应用智能化信息技术基本条件。

  这里简单介绍一下数控配流变量泵和马达的工作原理和基本结构。传统的变量柱塞元件经历了机械直接变量、液压伺服变量等发展过程,现在越来越多地采用了电子比例或脉宽控制型的机电一体化的变量方式,但在元件内部仍然保留了改变柱塞行程的机械机构和机械耦合的配流装置。新型的数控配流变量泵和马达用电子转角信号经过数字控制系统和高速电磁阀的电气关联取代了以机械方式关联主轴转角的配流机构,又以电子脉宽无级调节柱塞的有效行程的方式取代了传统的变量机构。这一源自内燃机的电控喷油技术的系统在配流过程的启闭特性、密封特性和流动特性等方面都得到优化,在机械和容积效率方面都有了显著的改善。这种元件的总效率超过95%的区域显著超过了传统结构的柱塞泵和马达,尤其是在部分排量时仍有良好的总效率。效率的改善主要得益于以下一些因素:。这项已应用于兆瓦级大功率风电设备的技术也被成功移植到了油液混合动力车辆的驱动系统中。

  2.机械与液压技术的深度契合实现了高效率与无级变速的优势互补

  液压机械功率分流传动是一种将液压与机械功率流 “并联”传输处理后再合流输出的系统。其目的是把机械传动较高的效率和液压传动良好的调速性能的优点相结合,构成一种既能无级变速,又有较高的效率的传动装置,其中也借鉴了液力双功率流传动的成熟技术。液压机械双功率流无级变速箱上世纪末在已开始在高端农业拖拉机上推广,现又在为工程机械配套。采用这种变速箱的轮式装载机比前述纯净液压驱动的机型的能耗有了进一步的降低。

  3. 气动与液压的契合催生了节能效果显著的油液混合动力技术

  在行走装置液压驱动系统中设置液压蓄能器为特征的油液混合动力技术契合了蓄能器中压缩气体高效快速充放的压力势能和液压系统控制势能与动能之间相互转化两方面的功能和长项,不仅通过实时回收利用减速和制动时的多余动能有效地减少了能耗,而且赋予它们无级变速的优良秉性。

  4.液压元件的新材料新工艺需要借鉴其他行业的先进技术和配套体系

  液压元件的功能和构造上仍然属于机械类产品,其制造难度和精度实际上与汽车等的类似零部件并无本质区别,只是产量的巨大差异使得液压元件的生产和配套难以享受规模效益,成本价格居高不下。然而现今汽车行业的先进制造技术和高度专业化、模块化的配套体系也已经越来越能适应多品种个性化的市场需求。液压行业应该借鉴这些理念和经验,把降低元器件制造成本的价值工程作为一个重要的课题,摆脱一些成果“叫好不叫座”的尴尬。同样,其他行业中出现的新材料、新工艺,特别是节能、轻量化等方面的成果,也都应该为液压行业所用。

  - 新材料:碳纤维复合材料、新型高分子材料、高强度球墨铸铁、高强度镁铝合金……;

  - 先进制造技术:3D 打印增材制造、表面沉积涂层、以车代磨、激光加工、摩擦焊接……;

  - 先进的配套管理体系: 专业化分工、共享平台、轻量化和模块化理念、全球零部件采购及物流的互联互通……。

  例如,美国环境保护署组织了为汽车油液混合动力系统配套的斜轴型液压泵和马达的研制。可以看出,汽车行业开发的斜轴型液压泵和马达在效率和功率密度即轻量化等方面都有显著进步,值得工程机械液压界借鉴。

  三、贵在创新,赢在认真

  中国的为工程机械服务的液压产业已有了很大的发展,在资金、场地和设备等各方面的家底已远非昔比,但一些重要液压产品却依然不如人意,难入高端。关键还是在于观念。前人推崇“田忌赛马”的谋略,企图用自己的好马和中马去与人家的中马和劣马较量,实际上是一种以数量而不是质量取胜的手段,这已经不再适应今天的形势和理念。《论语》曰:“取其乎上者,得其乎中;取其乎中者,得乎其下;取其乎下者,则无所得矣。”《孙子兵法》进一步发展了这一观念:“求其上,得其中;求其中,得其下;求其下,必败。”。中国液压产业的发展迫切需要创新驱动,不能只满足于仿制人家二、三流的过时产品,不能只靠性能雷同的大路货谋生,而应该具备力争第一,拿下技术和质量的制高点的雄心和魄力。

  “吃别人嚼过的馍没滋味”,只有创新才能不输在产品研发的“起跑线”上;“世界上怕就怕‘认真’二字”,只有认真才能跑赢质量和服务细节的“最后一公里”。

  四、跨界发展,满足内需

  面对产能过剩的压力,近年来一些著名的工程机械企业开始“跨界”进入农业机械领域,这是一件于国于民十分有利的大好事。我国的农业机械无论是产品设计还是制造技术都还比较薄弱,特别是高端的农业机械,目前国人涉足不多,很大程度上还需要进口。而发展现代农业机械所需的,包括液压装置在内的许多先进技术又都和工程机械相通。农业机械是一个很大的内需市场。诚如伟人所言:“农村是一个广阔的天地,在那里是可以大有作为的。”

  除了农业机械外,还存在许多其他的“跨界产品”适合由工程机械企业研制、开发和制造,例如山地、沙漠、沼泽、滩涂和雪地的无路区域运输和作业特种车辆,抢险救灾特种设备乃至服务于旅游的两栖观光车等等。这当中自然不会缺少液压技术的贡献。

  五、抓住机遇,走向世界

  习近平主席创导的“一带一路”的愿景,表明中国正越来越多地承担起促进世界经济发展的国际责任,彰显出新型大国的风范。

  李克强总理在十二届全国人大会三次会议上所作的政府工作报告中,强调要“鼓励企业参与境外基础设施建设和产能合作,推动铁路、电力、通信、工程机械以及汽车、飞机、电子等中国装备走向世界……。”这表明党和政府已把工程机械的发展列入到国家整体战略的顶层设计之中,这将极大地激励工程机械产业的振兴。现在许多中国制造的工程机械正活跃在国内外各项大运河、大隧道、大桥梁、大矿山、大港口和大电站等堪称“世界级”的巨型工程中,工程机械的同仁们一定能抓住新的机遇,在向产业的深度和广度进军中有更大的作为。在电子、液压和系统契合集成等先进技术的支撑下,将中国装备和国际产能合作打造成靓丽的国家新“名片”,中国创造的高端工程机械必将助力“一带一路”的实现。

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