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液压技术轻量化与智能化发展的一些探索

发表时间：2021/5/28 来源：《基层建设》2021年第2期作者：张燕飞

[导读] 摘要：近年来，经济的发展，促进我国科技水平的提升。随着经过多年的发展，我国高端液压元件已经取得了一定的突破，恒立、林德与力源等国内液压企业设计制造的高压液压柱塞泵/马达、多路阀等已经在三一重机、徐工重机等主流的机型上得到批量应用。

        新疆天山钢铁巴州有限公司新疆巴音郭楞蒙古自治州 841300
        摘要：近年来，经济的发展，促进我国科技水平的提升。随着经过多年的发展，我国高端液压元件已经取得了一定的突破，恒立、林德与力源等国内液压企业设计制造的高压液压柱塞泵/马达、多路阀等已经在三一重机、徐工重机等主流的机型上得到批量应用。我国液压工业在努力实现更多并跑的同时，也应当寻求新技术的突破，实现局部引领。而当前不断发展的制造技术、感知技术和网络技术等为液压技术发展带来了新的机遇。本文就液压技术轻量化与智能化发展展开探讨。
        关键词：液压技术；先进制造；网络化；智能化
        引言
        对于工程机械而言，为了能够让其按照人类的意愿进行工作，就需要对其进行控制。随着科学技术的不断发展，传统的控制技术也在不断地被改良和升级，现如今已经出现了先进液压控制技术。该技术相较于传统的控制技术而言，不仅仅所需要占用的空间更小，功率也更大，能够有效地提升对工程机械的控制效率，并且对环境也非常地友好，有助于企业节约经济成本。因此，先进液压控制技术已经成为工程机械生产与制造的时候被充分重视的技术，购买工程机械的买家也会关注其控制技术，所以先进液压控制技术在工程机械中具有广泛的应用前景。
        1液压技术发展现状与趋势
        20世纪70年代，计算机技术和电子技术的迅猛发展影响着各个领域，其中自然包括液压技术领域。自此开始，液压技术与微电子技术、计算机控制技术、传感器技术等为代表的新兴技术的紧密结合，在自动化控制、传动、检测等方面有了显著的提升。同时大力发展比例控制阀、伺服控制阀，使液压在精密控制上有了非常大的进步。液压与电子技术的结合，使液压系统变得自动化、智能化、精密化。两种技术的结合固然会带来十分明显的进步，以至于大部分的液压生产厂商将更多的精力放在了电子技术、电液一体化、电液控制等方面。在步入21世纪后，液压技术本身没有明显的进步，都是在电液控制等方面下足了功夫。但归其本质，这些发展主要是基于电子技术和计算机技术的进步，而液压技术本身的发展却比较缓慢。液压技术与电子技术、计算机技术的结合必然会给液压技术带来极大的进步，重点分析液压技术本身的发展趋势。液压的总体发展趋势必然会遵循以下几点：（1）发展集成化，轻量化、小型化的液压系统；（2）发展高品质、结构简单、易于拆卸安装、价格低廉、可靠性高的液压元件；（3）液压系统需要清洁、保护环境，且应安全可靠、绿色无污染。基于以上几点，重点是在液压集成块的研制和插装阀的研制，以及将两者结合组成插装阀液压集成块方面。液压集成块可以将复杂程度很高的液压系统高度集成，安装在很小的空间内，减少液压管路；插装阀结构简单、制造方便、工作可靠、泄漏量少，必然会在未来占据主流地位。
        2液压元件与系统的网络化和智能化
        （1）网络化。随着万物互联时代的到来，液压系统与网络连接已经成为一种必然的趋势，液压系统的实时状态数据通过网络上传到云端，实现数据和资源的共享，同时液压系统也能够通过网络实现对系统的远程控制和操作，网络化使得系统数据处理变得更加透明与高效。（2）智能化。自主控制、无人化是液压系统智能化的重要表现，主要包括:基于机器学习的故障检测与诊断、智能场景构建与算法决策、多机智能综合调度与机群协同、智能感知与控制、基于5G技术的无人驾驶系统等。在未来的应用场景中，智能化液压系统能够对工况进行识别，并根据工况对液压系统进行自主控制与调整。通过智能的故障诊断，实现元件与系统的全生命周期管理。就目前而言，除了软件算法外，智能化液压元件仍面临许多挑战，如适用于液压元器件的传感器元件，特别是嵌人式微处理器的集成融合的制造技术仍未取得突破。

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将控制驱动放大器与一个带有嵌人式微处理器的控制板组合并嵌人液压主元件内形成一个整体，实现了元件的分散智能控制。
        3液压集成块的发展趋势
        液压集成块的设计主要是液压元件的布局设计和集成块内部的油路连接设计。液压集成块内部结构复杂，综合交错，每一个孔道都要有效连通，用来减少集成块外部管路的连接，降低液压设备连接的复杂性。所设计的液压集成块除了要保证孔道中油路连接准确，还要保证孔道间有合适的壁厚，不能被油液击穿。孔道尽可能以直角相交，避免打斜孔。同时保证液压集成块油口之间的间距，给工人留有足够的操作空间。所以，液压集成块的设计重点是对集成块内部孔径空间布局的研究。随着计算机技术、虚拟技术的迅猛发展，液压集成块空间布局的设计受到更加广泛的关注。国内外学者、专家对液压集成块内部空间布局的问题进行了大量研究，显著提高了液压集成块设计效率和质量。神经网络、遗传算法、蚁群算法等智能优化算法对液压集成块空间布局的设计带来了很大的帮助。多种智能优化算法让复杂的液压集成块在布局结构和孔径分布上尽可能接近最优解。液压集成块孔道设计的合理性检测，也是一个难点。液压集成块的孔道设计是否满足使用要求;孔道、液压元件之间的间隙是否合理，是否存在干涉。这些都需要检测验证，许多公司、高校都在孔道校核方面也做了大量研究工作。
        4规范机械液压设备运行的各项操作
        第一，在进行机械作业时，各项操作应当尽量做到和缓柔顺。工作人员应当时刻按照设备运行标准规范每一项操作，减轻设备的运行负担，减少强度较高的机械作业，以降低液压机械设备发生故障的频率，提升机械液压设备的使用时长，同时减少相关的维修费用。此外还应当注意设备运行中出现的气浊噪声，在发现气浊噪声的第一时间就对设备的各个元件进行检查和维修，待故障解决后再继续投入使用。第二，在进行机械作业时，还应当保持一定的液压油温度，通常合适的温度应当在15到60摄氏度之间。因为如果液压油的温度过高，就会使油的粘性降低，润滑度减弱，这就增加了设备各元件之间的摩擦力，使设备受损，影响设备的正常使用。为了减少油温过高情况的出现，就要随时关注散热装置的工作效能，减少变质油对散热装置的影响，保证散热装置能够正常作业。在温度较高的季节，要注意选取合适的工作时间，减少高温作业，保证机械设备在合理的温度下进行工作。此外液压油的温度也不能过低，过低的温度会使液压油的流动性偏差，此时液压设备的动作迟缓，整个液压系统的机能也变得低下，设备的使用寿命也自然降低。当油温过低时，应当启动发动机进行暖机运转操作，时间大概在三到五分钟左右。
        结语
        目前国内一些企业在高端液压泵阀方面取得突破，要进一步加快应用的速度，实现高端液压产品的国产化推广，解决当前的卡脖子问题。多学科与多领域的融合交叉为液压技术带来新的革命，也带来了新的科学问题和技术挑战。航空航天、工程机械、机器人等重要领域的飞速发展也对液压技术提出了新的要求。轻量化、小型化、集成化、网络化、以及智能化成为液压元件与系统发展的未来，也将助力液压技术取得新的突破。
        参考文献
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        [2]王小龙.引领行业发展践行“制造强国”战略中国工程机械年度产品TOP50（2019）榜单揭晓[J].工程机械与维修，2019（03）：22-26，30-31，34-52，54，56.
        [3]晏友贵.工程机械先进液压控制技术的应用实践分析[J].时代农机，2018，45（10）：200，202.