液壓技術(shù)的發(fā)展概況

本文簡單和大家聊聊液壓技術(shù)的發(fā)展概況。

液壓技術(shù)的發(fā)展是與流體力學(xué)的理論研究成果和工程材料、液壓介質(zhì)等相關(guān)學(xué)科的發(fā)展緊密相聯(lián)的：1650年帕斯卡提出了封閉靜止液體中壓力傳播的帕斯卡原理；1686年牛頓揭示了粘性流體的內(nèi)摩擦定律；到18世紀(jì)，流體力學(xué)的兩個重要方程-連續(xù)性方程和伯努利能量方程相繼建立，這些理論成果為液壓技術(shù)的發(fā)展奠定了理論基礎(chǔ)。1795年英國人布拉默（J。Bramah）發(fā)明了世界上水壓機(jī)，是他首先利用水不僅進(jìn)行能量傳遞，而且傳遞控制信號，標(biāo)志現(xiàn)代液壓技術(shù)工程應(yīng)用的開始。水壓機(jī)的發(fā)明還與當(dāng)時鑄鐵等工程材料及--些新的制造方法的出現(xiàn)密切相關(guān)。1851年阿姆斯特（W-C-Arnstrong）發(fā)明重錘式蓄能器以后，促使液壓傳動的應(yīng)用迅速增加，到19世紀(jì)90年代，液壓傳動已應(yīng)用于壓力機(jī)、起重機(jī)、卷揚(yáng)機(jī)、包裝機(jī)、試驗機(jī)等許多工業(yè)部門。

由于水的潤滑性差，易產(chǎn)生銹蝕。電力傳動的興起曾一度使水壓傳動應(yīng)用減少，直到1905-1908年威廉斯（H。Williams）和詹尼（R.Janney）兩位美國工程師發(fā)明了用油作工作介質(zhì)的軸向柱寨式液壓傳動裝置以后，液壓技術(shù)這種停滯不前的情況才有所改觀。加之，1910年肖（H-Shaw）研制出用油作介質(zhì)的徑向柱塞泵，威克斯（H.Vickers）于1936年又發(fā)明了先導(dǎo)式溢流閥，特別是20世紀(jì)30年代丁腈橡膠等耐油密封材料的出現(xiàn)，使液壓傳動逐步取代水壓傳動，并得到迅速發(fā)展。

第二次世界大戰(zhàn)期間，由于軍事工業(yè)迫切需要反應(yīng)快、動作準(zhǔn)、功率大的液壓傳動系統(tǒng)及伺服機(jī)構(gòu)，以武裝各種軍事裝備，因此各種高壓元件獲得進(jìn)一步發(fā)展。戰(zhàn)后50年代，液壓技術(shù)迅速轉(zhuǎn)入民用工業(yè)，在機(jī)床、工程機(jī)械、船舶機(jī)械、壓力機(jī)餓、冶金機(jī)械、軋鋼機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī)械、汽車行業(yè)等部門得到廣泛應(yīng)用。由于伺服閥的造價貴、抗污染能力差，60年代末，比電液伺服閥價廉、維護(hù)容易且具有一定控制精度的電液比例閥應(yīng)運(yùn)而生。由于礦物油易燃，在高溫、明火、礦井等特殊環(huán)境下，難燃液逐步取代了礦物油作為液壓系統(tǒng)工作介質(zhì)。經(jīng)過近半個世紀(jì)的進(jìn)一步發(fā)展，液壓技術(shù)已成為包括傳動、控制、檢測在內(nèi)的、對現(xiàn)代機(jī)械裝備的技術(shù)進(jìn)步有重要影響的基礎(chǔ)技術(shù)，已廣泛應(yīng)用于各工業(yè)部門，例如，國外生產(chǎn)的95%的工程機(jī)械，90%的數(shù)控加工中心，95%以上的自動生產(chǎn)線都采用了液壓傳動。液壓技術(shù)的采用對機(jī)電產(chǎn)品質(zhì)量和水平的提高起到了促進(jìn)和保證作用。采用液壓技術(shù)的程度已成為衡量一個國家工業(yè)水平的重要標(biāo)志，工業(yè)國家均對液壓技術(shù)的發(fā)展給予了高度重視。

當(dāng)前，液壓技術(shù)在實現(xiàn)高壓、高速、大功率、高效率、低噪聲、高可靠性、高度集成化等要求方面都取得了重大進(jìn)展，在完善發(fā)展比例控制、伺服控制、開發(fā)數(shù)字控制技術(shù)以及機(jī)電液一體化方面也有許多新成就。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步以及為了適應(yīng)主機(jī)的使用要求和增強(qiáng)本身的競爭能力，液壓技術(shù)仍然在不斷發(fā)展，有些缺點正在不斷被克服，其應(yīng)用范圍在不斷擴(kuò)大。目前主要發(fā)展動向如下有以下幾方面：

1）提高效率，降低能耗。通過減少摩擦和內(nèi)漏，能量回收，蓄能器應(yīng)用，二次調(diào)節(jié)，負(fù)載壓力、流量和功率匹配以及用微型計算機(jī)對液壓系統(tǒng)進(jìn)行自適應(yīng)控制等手段來降低能耗。

2）提高控制性能，適應(yīng)機(jī)電一體化主機(jī)發(fā)展的需要。這要求開發(fā)低控功率閥門，研制適應(yīng)野外條件的電液比例閥，遠(yuǎn)控多路閥，適應(yīng)各種工況的電液伺服閥，低成本比例閥以及不需要A/D，D/A轉(zhuǎn)換，可以直接和計算機(jī)接口，易于數(shù)字顯示的數(shù)字閥等。

3）發(fā)展集成、復(fù)合、小型化、輕量化元件。隨著液壓系統(tǒng)復(fù)雜化程度和機(jī)電一體化要求的提高，要求液壓元件具有高可靠性、減少配管、減少壓力損失、提高效率、節(jié)省安裝空間、易維修等特點，為此，必須廣泛發(fā)展集成、復(fù)合、小型化、輕量化元件。維集成塊式、疊加閥式、插裝式之后，近幾年又出現(xiàn)了將液壓控制元件附加在液壓執(zhí)行元件或液壓泵之上的一體化的復(fù)合式液壓裝置。

4）加強(qiáng)以提高安全性和保護(hù)環(huán)境為目標(biāo)的研究開發(fā)。包括水基難燃介質(zhì)、尤污染的純水液壓技術(shù)的研究、開發(fā)和應(yīng)用，降低噪聲，提高密封性能、減少泄漏等。

5）提高液壓元件和系統(tǒng)的可靠性。世界各國都把可靠性作為選擇液壓產(chǎn)品的首要準(zhǔn)則。

提高可靠性是一項系統(tǒng)工程，除靠科學(xué)的設(shè)計、先進(jìn)的材料及完善的工藝外，還應(yīng)注意應(yīng)用和維護(hù)的可靠性。開展液壓失效機(jī)理分析，系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測、故障診斷及可靠性預(yù)測，降低元件污染敏感度等方面的研究，加強(qiáng)污染控制與新型工程材料的應(yīng)用等對提高可靠性都有重要意義。

6）標(biāo)準(zhǔn)化和多樣化。由于技術(shù)革新的頻繁出現(xiàn)、應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大、產(chǎn)品壽命周期縮短等原因，要求不斷開發(fā)新型元件，使液壓元件的品種越來越多。由于產(chǎn)品多樣化，不利于專業(yè)化，不宜采用傳統(tǒng)的大批量生產(chǎn)方式。為了解決多樣化與專業(yè)化之間的矛盾，在設(shè)計中，應(yīng)研究滿足多樣化要求的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計方式，要充分利用少要素，經(jīng)過組合達(dá)到多品種。即在標(biāo)準(zhǔn)單元組合基礎(chǔ)上，附加變化部分形成多樣化；內(nèi)部結(jié)構(gòu)不變，只改變連接安裝尺寸；利用成組技術(shù)，找出零件的類似性，進(jìn)行通用化、標(biāo)準(zhǔn)化。在生產(chǎn)中，應(yīng)采用多樣化產(chǎn)品加工方式和生產(chǎn)體系，為此，國外廣泛采用數(shù)控（NC）、加工中心（MC）和柔性制造單元（FMC）組成的生產(chǎn)線，實現(xiàn)成批生產(chǎn)自動化，提高效率，保證質(zhì)量。

7）開拓新的應(yīng)用領(lǐng)域。應(yīng)該廣泛采用新材料、新工藝和新的工作介質(zhì)，提高產(chǎn)品的性能和工作可靠性，開發(fā)新型元件，以便滿足一些新的應(yīng)用領(lǐng)域的特殊需要。

我國從20世紀(jì)50年代末期開始發(fā)展液壓工業(yè)，特別是80年代到90年代，國家對液壓行業(yè)進(jìn)行了重點政造，并先后引進(jìn)了近五十項國外技術(shù)，使我國液壓行業(yè)的產(chǎn)品水平、科研開發(fā)能力和工藝裝備水平都有大幅度提高，液壓技術(shù)在各工業(yè)部門得到廣泛的應(yīng)用。但是與國外較高水平相比差距很大，主要表現(xiàn)在：產(chǎn)品水平低，品種規(guī)格少，自我開發(fā)能力薄弱成套性差，特別是對重大技術(shù)裝備、重點工程的配套率嚴(yán)重不足；產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，可靠性差，壽命短；一些新的應(yīng)用領(lǐng)域如航天航空，海洋工程，生物醫(yī)學(xué)工程，機(jī)器人，微型機(jī)械及高溫、明火環(huán)境下所急需的一些特殊元件，幾乎處于空白。液壓工業(yè)已成為影響我國機(jī)械工業(yè)和擴(kuò)大機(jī)電產(chǎn)品交往的瓶頸產(chǎn)業(yè)，迅速改變這種落后面貌，是我國液壓技術(shù)界和工業(yè)界所面臨的迫切任務(wù)。