液压控制技术的应用及发展

液压控制技术的发展及应用

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（机电学院09测控2班 20090310110230）

摘要：介绍了液压控制技术的发展历程、我国液压控制领域中出现的问题，并分析了问题产生的原因及其解决策略。同时将国内与国外的液压控制技术进行对比，以找出国内液压技术发展中的不足之处，最后举例说明了液压控制技术在科学领域中的广泛应用，并对液压控制技术的发展寄予了希望。 关键词：液压控制；发展；问题；解决策略；应用

0 序言

众所周知，液压控制系统在我们生活中的应用很常见，比如液压挖掘机、液压起重机、液压泵等，液压控制技术也应用得很广泛，而现在很多的科研工作者也往液压控制领域这块搞科研。其实，自二十世纪七十年代以来，随着以微电子技术为主导的信息技术、生物技术、新材料技术、新能源技术、空间技术、海洋开发技术等高技术群的蓬勃发展，在世界上逐步出现了机械电子工业、光电子工业、办公自动化设备、信息处理系统、电子医疗设备、现代生物制品、新材料、新能源等高技术产业，而流体传动与控制技术就是其中的机械电子技术产业中起重要作用的关键技术领域。流体传动及控制包括液压传动及控制与气体传动与控制两个方面。液压传动及控制技术应用于生产，开始于十七世纪，经历了二百多年的徘徊，直到二十世纪四十年代，才进入了高速发展时期。

二十世纪四十年代控制论的诞生，极大地促进了液压技术的快速发展，使其应用范围逐渐扩大，不仅在国防领域具有不可替代的地位，而且已经渗透到国民经济的各个行业，液压技术发展与应用的程度已成为衡量一个国家工业发展水平的重要标志。近年来，液压技术与微电子技术、计算机技术、传感器技术等的结合，使其又产生了飞跃性进步。【1】毋庸置疑，能量转换、动力传动以及运动控制依然是21世纪全球经济的重要组成部分，液压传动及控制技术也依然是其中极为重要和积极的角色。

1 液压控制技术的发展历程

1.1 液压传动的产生

作为流体传动与控制理论基础的流体力学、流体传动理论是人类在生产实践中逐步发展起来的。对流体力学学科的形成作出第一个贡献的是古希腊人阿基米德(Archimedes)，他建

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立了物理浮力定律和液体平衡理论。1648年法国人帕斯卡(B．Pascal)提出静止液体中压力传递的基本定律，奠定了液体静力学基础。，1795年英国约瑟夫·布拉曼(Joseph Braman，1749—1814)，在伦敦用水作为工作介质，以水压机的形式将其应用于工业上，诞生了世界上第一台水压机。1905年将工作介质水改为油，进一步得到改善。至此，液压传动便开始发展了。【2】

1.2 液压控制技术的发展

第一次世界大战后液压传动得到广泛应用,特别是1920年以后，发展更为迅速。液压元件大约在19世纪末20世纪初的20年间,才开始 进入正规的工业生产阶段。1925年维克斯发明了压力平衡式叶片泵。 为近代液压元件工业和液压传动的逐步建立奠定了基础。20 世纪初康斯坦丁.尼斯克对能量波动传递所进行的理论及实际研究 ;1910年对液力传动(液力联轴节、液力变矩器等) 方面的贡献，使这两方面领域得到了发展。第二次世界大战期间，在美国机床中有30％应用了液压传动。

进入80年代以来，逐步完善和普及的计算机控制技术和集成传感技术为电子技术和液压技术的结合创造了条件。计算机控制在液压控制系统中的应用大大提高了控制精度和工作的可靠性 ，使得以往难以解决的控制难题有了突破的希望。近年来电技术的进步( 如无槽电机等的产生) 出现了一些很紧凑的高响应电控系统 ，在某些场合( 如数控机床及一些机器人) 已取代传统的电液伺服阁。然而，在功率重量比方面．液压执行器比电磁执行器要高几乎一个数量级 ； 在负载刚性方面 ， 液压马达的开环速度刚性大约为电动机的5倍。这些使目前液压控制系统仍具有一些电控系统本身无法比拟和取代的优势。

目前，液压控制技术不仅用于传统的机械操纵、助力装置，也用于工程机械的模拟加载、 转速控制、发动机燃料进给控制 ，以及车辆主动悬挂装置和制动系统， 同时扩展到航空航天和海底作业方面。面对如此广泛的应用场合， 仅采用液压控制技术已不能完全满足要求 ， 于是发展机电一体化技术已成为一种必然的趋势。【3】

1.3 国内与国外液压控制领域发展的对比

众所周知，美国、日本和德国作为世界上最发达的国家和制造强国的背后都有着液压强国的深刻背景。美国作为液压技术进步的最早原创国仍是当今液压技术和产品的第一号强国，目前以Parker、Eaton为代表仍在液压行业中处于领导者的地位，在是液压技术产业的主要输出国。德国作为继美国之后液压技术新的竞争者欧洲的代表，对美国液压技术持续进行推进、重组和创新。日本在发展液压技术的进程中是后来者，由于整个行业充分吸收消化和创新进而成为当前先行者的典范。

从总体水平来讲,我国的液压控制技术较国外先进国家相比，还存在着一定的差距、尤其在高、新 、尖技术装备中，我国还处于引进时期，还没有能够做到完全消化吸收。真正成熟的国产伺服系统很少。国内许多生产厂家生产的加工中心的伺服系统 都是从国外引进的。并且在整机精度上还落后于国外同类产品。而国内一些生产伺服系统的厂家，如扬州曙光 仪器厂引进德国西门子公司的技术生产的伺服系统，其成本基本等于进口伺服系统的价格，这 也是制约我国工业发展的一大障碍。

1.4 当前液压控制技术的发展方向

当前液压技术的发展主要集中在发展集成、交合、小型化和轻量化液压元件，发展高性能的液压控制元件，以环境保护、安全和满足可持续发展为目标的绿色开发研究，提高元件和系统的可靠性，以提高效率、降低能耗为目标的系统匹配设计理论、方法和计算机对液压系统进行自动适应控制手段研究等方面。

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2 液压控制技术的研究意义

历史和当前的实例都充分说明，液压控制技术对装备制造的技术进步有重要影响和贡献。液压控制技术源于传统机械技术、又融合了控制理论、精密制造、新材料、自动化和智能化的检测、传感器以及信息技术等，液压产品和装置经常本身就是一种技术的融合和系统集成，是机一电一液一体化技术的核心和关键之一。

对于我国来说，液压控制技术在我国装备工业和重大工程项目的发展及技术进步都起着关键的作用。我国正经历着从“制造大国”到“制造强国”的历史性转折，面临着千载难逢的时代机遇和严峻挑战。因为有液压控制技术的发展，我国在一系列的现代装备制造业以及具有世界级规模和水平的重大工程及装备的复杂机电系统的自主研发和技术进步中，取得了重大的进展和突破。然而，在液压产品和关键技术层面上如何尽快摆脱落后、被动，真正形成具有21世纪竞争优势的自主技术及产品，仍然是我国液压界面临的空前的挑战和历史性的机遇，也是我国能否建设成真正液压强国的关键和重点之一。【4】

因此，探讨液压控制技术的发展及应用对我国的经济发展具有积极的现实意义。

3 我国液压控制领域的现状

3.1当前我国液压控制方面的基本情况

经过几十年的努力，我国已拥有液压件厂家数百家，能生产605个品种近3000个规格，同时对引进技术消化吸收，部分引进产品已开始批量生产，供应市场，为工程起重机械 、冶金设备的改造与维修，提供了部分高性能元件，在替代进口、为主机配套方面发挥了一定作用 - 为我国液压元件产品更新换代打下了良好的基础 ，同时在液压控制技术方面的研究和推广应用也进入了实质性阶段，但总体水平与先进国家相比，尚存在一段距离 ，面对这种现状，国家制定了发展液压工业的“ 八五”纲要及基础产品司组织编制的《 泰山计划》 ，为推 动我国的液压工业发展注进 了新的活力 ，各大研究所、生产厂家及高等院校正迎头赶上，为我国的液压控制技术走向世界进行艰苦的研究工作 ，井取得了一些可喜的成绩。

3.2 我国液压控制领域发展中面临的问题

3.2.1 液压行业在发展中面临的问题

虽然我国液压行业的总体技术水平得到大幅度的提升，但是与先进国家的差距仍然有15一20年，特别是在产品开发、产品质量、技术创新和企业自我发展能力等方面还存在较大的差距。主要体现在: （1）产品品种规格少；

（2）技术水平低，产品质量不稳定； （3）科研和新产品开发能力差；

（4）企业组织结构不合理，规模普遍较小。我国液压件企业多而分散，分布不尽合理，产品重复现象极为严重，价格竞争过度，发展潜

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3.2.2 液压控制系统中的污染问题

液压传动技术有其不可比拟的优点，这是它得以迅猛发展的主要原因，与此同时，液压传动设备又有其脆弱的一面 ，其中抗污染能力低是突出的弱点。据有关资料记载 ，液压故障有70％一80％是由液压油污染导致的。污染物混入系统届会加速液压元件的磨损 、研损 、烧伤甚至破坏或者引起阀的动作失灵而引起工作效率下降。污染物会堵塞液压元件 的节流孔或节流缝隙 ，改变液压系统的工作性能引起动作失调甚至完全失灵，产生误动作造成事故。灰尘颗粒在液压缸内会加速密封件的损坏 ，缸筒内表面的拉伤 、活塞杆拉痕 ，使泄漏增大 ，推力不足或者动作不稳定、爬行速度下降 ，产生异常 的声响与振动。 还可能引起滤网堵塞 ，液压泵吸油困难 ，回油不畅而产生气蚀 、振动和噪声 ，堵塞严重时会 因阻力过大而将滤网击穿 ，完全丧失过滤作用 ，造成液压系统的恶性循环 ，甚至导致液压泵损坏、控制阀芯卡住。【5】

4 液压控制问题的形成原因分析

4.1 液压行业各方面问题的原因分析

（1）液压元件属于机械基础零部件，而我国的机械基础零部件行业缺乏对材料、热处理工艺等技术的系统研究与应用，对于基础共性技术研发和实验等投人少且分散，基础技术薄弱，导致液压产品故障率高、使用寿命短、可靠性差，跟国外先进水平相比存在较大的差距。 （2）我国液压行业内的企业大多是中小企业，规模小，抗风险能力差，与大企业相比，有更多的技术创新风险。

（3）液压行业的特点是小元件，大作用;小产品，高技术;小行业，大市场。由于受到重主机轻配套的思想影响，液压行业不像机床、铸造、锻造、模具等行业那样，享有国家的优惠政策，液压行业从来就没有得到过国家任何的优惠政策，连地方政府也从来没有专为液压企业制订过特殊优惠政策。

（4）我国液压企业由于观念、技术、资金等原因，企业尚未成为创新主体，在观念上普 遍存在企业就是生产，创新是科研院所的事情;在技术上受到长期“遗传”的影响，宁愿选择保守稳妥的技术追随战略，不思进取。【6】

4.2 液压控制系统中污染问题的形成原因分析

4.2.1 液压系统的维护观念落后

在国内，由于受认识观念、设备管理制度和一些市场导向的影响，许多场合常常把污染

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控制等同于过滤，使污染控制技术的发展和应用发生了偏差。现在生产过滤设备的厂家竞争日趋激烈，但是与污染控制相关的许多理论和技术发展却停滞不前。

4.2.2 污染控制的自动化与智能化技术发展滞后

过滤技术是目前污染控制的主要手段之一，但是现在国内使用的过滤设备自动化水平较低，其维护几乎完全要靠人工来实现，大多时候需要人工定时巡查或定时抽样。不仅劳动强度大，还会产生漏查漏报及取样误差的问题。

5 解决液压控制问题的对策及建议

5.1 对于液压行业中产生问题的对策及建议

（1）进一步制定和完善各种液压产品的动态性能指标。

（2）加快发展集成传感器。研究高性能集成传感器将是推动我国技术装备向更高层次发屉的重要途径，组织必要的人力、物力打攻坚战就成为必然趋势。只有这样我国的技术装备才有可能赶上或超过国外先进水平。

（3）改善加工方法和手段。就目前而言，我国的液压系统设计及产品结构设计并不落后于国外先进国家的水平，其主要是加工手段和装配工艺的落后。 （4）加速知识更新，培养专门科技人才。【7】

5.2 对于污染问题的解决策略及建议

（1）改变液压系统维护的落后观念。要想改变落后观念，首先须认识到虽然采取有效措施去除油液中的固体污物是液压系统污染控制的一个重要方面，但是想要通过过滤器使系统油液绝对无颗粒是不可能的。其次，应改变液压设备的维护策略．大力发展系统主动维护策略。 （2）利用机电一体化技术和计算机技术。实现污染控制的自动化和智能化研究，其中在线污染度传感器、能自动切换的电控双联过滤器以及智能污染控制软件是关键技术。【5】

6 液压控制技术的应用举例

（1）近年出现的筑路机械液压控制技术，这说明了先进的液压控制技术的采用对筑路机械性能的提高起了十分重要的作用。

（2）液压传动技术在自动化生产中的应用。为了给用户提供更全面、更可靠、更物美价廉的自动化，保证产品质量的均一性，减轻单调或繁重的体力劳动，提高生产效率，降低成本就需要对液压传动技术的不断创新，因此客户对于机器的性能、质量、可靠性及售后服务的要求不断提高，那么无人自动流水线设备也就有了广泛前景。

7 结语

液压控制技术作为一个广泛应用的技术，在未来更是有广阔的前景。随着计算机的深入发展，液压控制系统可以和智能控制的技术、计算机控制的技术等技术结合起来，这样就能够在更多的场合中发挥作用，也可以更加灵活地完成预期的控制任务。液压控制技术的进步，是以时代的科学与技术进步为基础，并以国民经济发展的需要为动力，经过一个长期的发展历程逐步取得的。它的继续发展已成为历史的必然，但同样面临着巨大的困难和挑战，因此，液压控制领域的从业者仍需加倍努力，为科学与技术的进步贡献更多的力量！

参考文献

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【1】刘国华、花蓉，现代液压控制技术应用及发展[M]．淮南职业技术学院学报,2006 【2】路甬祥,流体传动与控制技术的历史进展与展望[J]．机械工程学报，2001 【3】刘世勋、刘少军，国外液压控制技术发展动向[J].比例伺服特集，1996

【4】黄人豪，关于中国工业液压和控制技术的发展的一些思考和建议[J].Hydraulics Pneumatics&Seals/NO.1,2009 【5】.贾瑞清、王炉平，液压污染控制技术的研究现状及重点展望[J].液压气动与密封， 2004 【6】朱小明，我国液压行业技术创新现状与分析[J].流体传动与控制，2011

【7】朱兴龙、陈健、周骥平，国内液压控制技术现状及发展策略[J].机械科学与技术,1997