液 压 传 动 的 现 状 及 发 展 趋 势

液压传动的现状及发展趋势

摘要:通过对世界流体传动及控制技术发展趋势的分析,介绍了我国液压行业面临的危机和现状以及和世界水平的差距,并提出我国液压行业的发展方向和对策。

关键词：流体传动，液压控制，元件，仿真

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,流体传动及控制术也依然是其中极为重要和积极的角色。中国加入W TO ,液压工业在中国的发展将面临空前的挑战和机遇。作为液压元件制造行业中的一员,在工作中,有幸接触了众多既是对手又是朋友的国外知名企业,每年的中国P TC展览会也感触颇深。民族工业的振兴,需要每个人都为之努力。希望中国液压工业能够在世界列强中占有一席之地。

1液压传动技术发展现状

近代液压传动技术是由19 世纪崛起并蓬勃发展的石油工业推动起来的，最早实践成功的液压传动装置是舰船上的炮塔转位器，其后出现了液压六角车床和磨床，一些通用车床到20 世纪30年代末才用上了液压传动。第二次世界大战期间，由于军事上的需要，出现了以电液伺服系统为代表的响应快、精度高的液压元件和控制系统，从而使液压技术得到了迅猛发展。20 世纪50 年代，随着世界各国经济的恢复和发展，生产过程自动化的不断增长，使液压技术很快转入民用工业，在机械制造、起重运输机械及各类施工机械、船舶、航空等领域得到了广泛的发展和应用。20世纪60 年代以来，随着原子能、航空航天技术、微电子技术的发展，液压技术在更深、更广阔的领域得到了发展，在工程机械，数控加工中心，冶金自动线等国民经济的各个方面也都得到了应用。

目前液压技术应用的主要领域是工程机械和冶金机械等，具体来说，液压系统在以下领域中有着广泛的应用。

(1) 工程机械

工程机械是液压产品的最大用户，占行业销售的% ，今后比例还会扩大。每年为国产和合资生产的挖掘机、道路机械、建设机械、桩工机械、水泥搅拌车等配套所进口的液压件，约达亿美元以上。

(2) 机床

机床产品需要大量高压、大流量柱塞泵，插装阀、叠加阀、电磁阀、比例阀、伺服阀、低噪声叶片泵和轻型柱塞泵等液气密元件产品。而液压系统更是广泛应用与机床工件的夹紧、工作台的移动等场合。随着制造业技术的进步，国内对高精、高效、自动化机床，特别是数控机床的需求量越来越大。据有关预计，到2010 年末我国数控机床年需求量超过5 万台；机床总拥有量将由2007 年的300 多万台，增加到接近400 万台，增长率达33% 。此外，锻压机械的发展也对液压原件及成套系统提出新的要求。因此，为机床和锻压机械配套、维修用液压、气动和密封件的市场需求量也将有很大的增长。

(3) 汽车制造业

汽车、摩托车产品需要大量转向助力泵，自动变速箱用的液压控制元件，各种类型的密封件和气动元件；汽车制造设备则需要各种泵，液压电磁阀，气阀，气源处理装置，各种气缸比例阀，载重汽车用齿轮泵、油缸和控制阀等。

(4) 冶金机械

据了解冶金设备中液压气动技术的使用率达%～%，约占设备总费用的10% 左右。因此，冶金工业的改造和发展为液压气动密封件产品提供了很大的市场空间。从行业统计分析，液压、气动产品为冶金行业直接提供配套分别占销售额的% 和9%。另外，冶金、矿山设备产品需要大量各类柱塞泵，插装阀、电磁阀、比例阀，伺服阀、油缸，液压系统总成及气动元件。

(5) 液压试验台

液压技术需要不断地发展、创新，每年需要一批的液压试验台来进行试验，这也是液压技术的一个应用领域。

(6) 游乐设施

随着人们生活水平的条，对生活质量的要求也越来越高。游乐设施也已成为人们生活的一部分。而由于液压技术本身的优点，液压技术在游乐设备上也是不遑多让。

(7) 武器装备

现代武器装备，特别是现代化大型装备，离不开液压传动。现代武器装备液压系统的维修和防护已成为我军重要研究课题之一，它既是对我军装备维修人员的重要考验，也是提高我军战斗力和兵器的寿命的重要保障。特别是电流变、磁流变技术的兴起及应用，更是使液压技术在武器装备上如虎添翼。

2液压传动技术的发展形势

通用液压元件的基本结构已经定型,但新材料和表面处理方法以及高效加工工艺的应用,进一步改进结构和降低成本仍然是竞争永恒的主题。特别是在柱塞泵的发展方面。

液压传动与电传动技术的竞争将更加激烈。这次展览会上,日本油研展出的用双向变频电机驱动定量柱泵组成的“伺服控制单元”就是电传动向液压传动挑战的典型例子。在该控制单元中,液压系统只有一台带油箱的定量泵、一个带传感器的油缸和一套闭式油路,单向、溢流阀组和两根管道,省去了庞大的油箱、诸多的液压阀的大量管道,并使变量泵被淘汰。该系统已用于液压电梯,也可应用于其它单缸液压系统。虽然目前该系统价格较高,但随着变频调速技术的进步和生产批量的加大,该系统的推广应用将使相当多的液压泵、阀甚至液压辅件被淘汰出局。

与电子信息技术相结合是当今液压技术发展的主要方向:液压传动与电子技术相结合的产品———电液伺服早在20世纪50年代末就早已出现,而今天电液比例阀已在大部分领域取代了电液伺服阀,此外高频响比例阀控制泵变量机构的电子油泵、带总线控制的电磁阀和带传感器的伺服油缸、油马达以及由它们组成的液压系统完美地体现了电子信息技术和液压技术结合不仅大大提高了液压系

统的技术含量,而且大大提高了其附加值。用电子信息技术对液压系统进行控制是液压工程师的任务,也为液压工程师提供了更广的施展才华的空间。

3最新应用举例——液压与气动仿真

概述

从一般意义上讲，系统仿真可以理解为对一个已经存在或尚不存在但正在开发的系统进行系统特性研究的综合科学。对于实际系统不存在或已经存在但无法在现有系统上直接进行研究的情况，只能设法构造既能反映系统特征又能符合系统研究要求的系统模型，并在该系统模型上进行所关心的问题研究，揭示已有系统和未来系统的内在特性、运行规律、分系统之间的关系并预测未来。

系统仿真是以建模理论、计算方法、评估理论为基本理论，以计算机技术、网络技术、图形图像技术、多媒体技术、软件工程、信息处理、自动控制及系统工程等相关技术为支撑的综合性交叉科学。

仿真技术的应用一般是以仿真系统的形式来体现的。

仿真技术的发展

仿真技术经过半个多世纪的发展，从研究简单系统到现在已经成为人们研究复杂系统的有力工具，大致经历了三个阶段1)发展阶段二次大战末期，火炮控制与飞行控制动力学系统的研究促进了仿真技术的发展，20世纪40年代研制成功第一台通用电子模拟计算机。50年代末期到60年代，导弹和宇宙飞船的姿态及轨道动力学的研究、仿真技术在阿波罗登月计划及核电站的广泛应用、以及50年代末第一台混合计算机系统用于洲际导弹的仿真，促进了仿真技术的发展。这是仿真技术的发展阶段。

2)成熟阶段在军事需求推动下，70年代中期，仿真技术不但在军事领域迅速发展，而且扩展到许多领域。在这个时期出现了用于培训民航客机驾驶员和军用飞机飞行员的飞行训练模拟器和培训复杂工业系统操作人员的仿真系统等产品。相继出现了一些从事仿真设备和仿真系统生产的专业化公司。例如美国的GSE

公司、E＆S公司、ABB公司、Dynetics公司等，使仿真技术达到了产业化阶段。这标志着仿真技术进入了成熟阶段。

70年代末，国际政治军事格局的改变，为仿真技术的发展创造了新的机遇。一方面，随着世界范围内冷战状态的缓和，各国政府纷纷把投资重点转向了本国的经济建设，并开始大规模地削减常规军队，大规模的军事演习不仅受到政治环境的约束，同时也受到经济状况的制约，与之相矛盾的是现代战争越来越强调部队联合作战能力的培训以及战略战术的运用；另一方面，现代武器系统装备越来越复杂，武器系统研制的费用越来越高，研制周期越来越长，培训使用操作人员的时间也越来越长，必须找到研制开发新武器系统的更加有效的途径和方法，形成一个新武器的决策者、开发者与使用者协调配合、共同参与的武器研制体系，缩短武器系统研制开发的周期和成本，这成为各国军方都在探索的问题。仿真技术为解决这些问题提供了一条有效的技术途径。

同样，随着技术进步，工业生产设备越来越复杂，操作水平要求越来越高，面临着与武器系统装备同样的问题。

这种技术需求推动了仿真技术快速发展。

3)高级阶段20世纪80年代初以美国国防高级研究计划局(DARPA)和美国陆军共同制定和执行的SIMNET(SimMlators Network)研究计划和美国三军建立先进的半实物仿真试验室为标志，标志着仿真技术发展到了一个新的高级阶段。

SIMNET计划是分布交互仿真的初型和开始。到90年代，各个部门相继建设分布交互仿真系统、并行分布交互仿真系统、聚合级仿真系统。这些仿真系统绝大多数是针对某领域的具体需求而建立的，它们之间不能互操作，其应用和各组件也不能在新的仿真应用和开发中得到重用。随着国防工业和工业系统的发展，被仿真的系统日益复杂，规模越来越大，若各应用部门根据各自的需要完全从头开始开发大型仿真系统，工作效率低，财力人力浪费大，且模型和仿真结果的准确性、可信度难以保证。为了更好的实现信息、资源共享，促进仿真系统的互操作和重用，到90年代，以美国为代表的发达国家在分布交互仿真、先进的并行分布交互仿真以及聚合级仿真的基础上，仿真技术开始向仿真的高层体系结构

(HLA)发展。HLA是促进所有类型仿真之间互操作、仿真模型组件重用的高级协议。

仿真技术应用

随着仿真技术的发展，仿真技术应用目的趋于多样化、全面化。最初仿真技术是作为对实际系统进行试验的辅助工具而应用的，而后又用于训练目的，现在仿真系统的应用包括：系统概念研究、系统的可行性研究、系统的分析与设计、系统开发、系统测试与评估、系统操作人员的培训、系统预测、系统的使用与维护等各个方面。它的应用领域已经发展到军用以及与国民经济相关的各个重要领域。

4 国内外现状及展望

4．1 国外现状

以美国为代表的发达国家高度重视仿真技术的发展和应用。10多年来美国国防部一直将仿真和建模技术列为国防关键技术。1997年度的“美国国防技术领域计划”，将建模与仿真列为提高军事能力的四大支柱(战备、现代化、部队结构、支持能力)的重要技术。

美国三军先后建成了：为满足红外成像制导武器仿真需要的红外制导半实物仿真系统。为满足雷达寻的制导的毫米波半实物仿真系统MSS—2，它是当今世界上规模最大、技术最先进的射频仿真系统。可以满足地空导弹毫米波精确制导仿真的需要。目前，用于爱国者PAC—2和PAC—3型导引头半实物仿真。

复合制导是精确打击武器装备的标志性发展，支持复合制导武器的仿真技术，成为当今最具挑战性的仿真技术。美国于1995年研制成功共孔径的毫米波和红外双模制导半实物仿真系统。

1983年，美国国防部国防高级研究计划局(DARPA)和美国陆军共同制定了SIMNET研究计划，此计划是将分散在多个地点的地面车辆(如坦克、装甲车等)仿真器用计算机网络联结起来，进行各种复杂任务的策划和训练，以演示、验证实时联网的人在回路中的作战仿真和作战演习的可行性，最终达到降低训练成

本、实现作战想定、提高训练安全性及减小对环境的不良影响的目的。1989年，SIMNET最终移交给美国陆军时，已经联结了9个操作性仿真结点(5个分布在美国、4个在欧洲)和2个开发仿真结点，大约250台套地面车辆模拟器和飞机飞行模拟器。SIMNET作为一套训练系统，目前仍在发挥作用。SIMNET计划的完成，标志着仿真技术进入了分布交互仿真阶段，为分布交互仿真的发展奠定了基础。此后，在90年代，美国在HLA基础上相继建立了JADS(Joint Advanced Distributed Simulation)、JWARS (Joint Warfare System)、HLA的应用系统、JSIMS(Joint Simulation System)和ALSP应用系统等。

欧洲对于仿真技术的研究也十分重视。北大西洋公约组织(NATO)对应于美国分布交互仿真工作组成立了相应的研究机构进行跟踪研究，并制定了建模与仿真的计划。

美国等西方国家除军事用途外的其他行业中的仿真技术及应用都居于世界领先水平，如飞机模拟器、车辆运输仿真、电力系统、石化工业仿真系统等。

4．2 国内状况

通过几个五年计划的努力，我国仿真技术得到了快速发展，并取得了突破性成果。

在国防工业领域，建成了不同类型的半实物仿真系统。半实物仿真系统的应用在国防工业产品研制、生产、使用、维护过程中发挥了巨大作用。

在军事领域建立了指挥、作战、训练的仿真系统及半实物仿真试验室。仿真技术的应用为我军部队指挥、作战、训练提供了有效的工具，为我军现代化建设做出了重要贡献。

在先进分布交互仿真技术方面，我国初步建成了分布交互综合仿真系统14J。该系统是一个含有灵境技术的、开放的、支持分布交互仿真的支撑环境，支持复杂系统设计、运行和评估，并开始应用于实际系统的研制和开发工作。

在民用工业中，我国已自行研制生产电力工业的大型电站(200MW，300MW，600MW)仿真系统、交通运输仿真系统、石油化工过程仿真系统等U51。

我国仿真技术经过“七五”、“八五”、“九五”期间的努力，已有长足发展。在某

些方面达到了国际先进水平。但总的技术水平，特别是应用水平与发达国家比较还有差距，需要进一步努力，加速发展仿真技术以缩小差距。

系统仿真技术的优良特性和巨大效益，可能将成为今后人们特别重视和大力发展的综合技术。仿真系统将应用于人类生产实践的全过程，这样可以避免决策失误，可以预测可能发生的问题，达到避免故障、安全控制的目的。

4．3 展望

建模理论和方法，仍然是推动仿真技术进步发展的重点研究方向。它是系统仿真可持续发展的基础。美国等发达国家在仿真领域一直是将建模理论和方法的研究工作列为重中之重。另外，无论是武器系统还是工业系统，都向大型化、复杂化方向发展，相应的必须开展支持复杂大系统建模的理论和方法研究。

仿真系统将是支持研究各类复杂大系统全生命周期的必要手段。大型复杂工业系统，都需要预估其安全性，从安全性出发设计实施。仿真系统是预估其安全性的有效工具，因此仿真系统自身的可信度就变得非常重要。从理论上建立仿真系统的评估体系及相应的方法、工具是推动仿真技术应用的重要研究方向。

先进的分布式仿真技术的发展，在2l世纪，可能将分布在各个应用领域的人员和资源集成为一个大型仿真环境。它将打破各个领域的界限，使人们在仿真环境里对拟定的设想和任务进行研究、分析。现代建模技术、计算机技术、网络技术、虚拟现实技术等技术的发展，为建立这种跨行业具有虚拟环境的仿真系统提供了强有力的技术支撑。这种仿真系统的建成，将会帮助人们解决难度更大的问题，将对经济或社会带来更大影响。应该努力去实现这个目标。

支持这个发展的关键技术是分布式协同技术。它可以帮助处于不同地理位置的人们共享和交换数据、信息、知识和行为状态，完成特定的任务，并为实现交叉学科信息共享以及决策支持服务。虚拟世界所需要的转换技术也是建立跨行业具有虚拟环境仿真系统的有挑战性的研究发展方向。

仿真技术是极具挑战性的新兴技术之一，它将广泛的应用在军事、工业、生物、医疗、人类行为、生态环境、农林、牧业、城市规划、空间探测等领域。在2l世纪，它的发展将对经济、社会以及人们的观念产生巨大影响。

5 结语

液压传动技术是机械科学技术的一个分支，它的发展需要机械及其他门类学科的发展来推动，它的发展也能推动工业系统的整体发展。它有其独特的优势与劣势，和其他技术一样，需要不断地设计应用修改和完善。

参考文献

1 《我国液压传动的现状及发展》李晨

2 《液压传动技术发展现状与前景展望》李建明陈飞

3 《我国液压工业与技术的发展现状与展望的战略思考》许仰曾

4 《我国液压技术的发展动态》陈小梅

5 《现代液压技术的发展现状》李硕卫张国贤

6 中国液压机械网

7 中国液压网