工程化解讀最前沿的液壓技術
2022/1-2 月刊
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柱塞泵吸油側氣穴現象探索
智能動力系統
下一代流體動力系統
我與PTC ASIA 30年的緣分
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聲明
液界資訊
恒立鑄造與埃地沃茲達成戰略合作
液壓泵的又一黑科“Shuttle” | 看INNAS如何玩轉泵效率
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前沿技術
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液壓系統的數字化博世力士樂--eLS
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傳統液壓元件在向電氣的穩步轉移
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驅動未來 | 下一代流體動力系統
柱塞泵吸油側氣穴現象探索
5000psi壓力等級的液壓軟管
油液循環過濾系統
智能動力系統
液壓閥的測試
怎樣判斷伺服閥/比例閥的好壞？?
車輛與行走機械應用靜液壓驅動技術的發展歷程
我與PTC ASIA 30年的緣分
錯綜復雜的串聯與并聯回路
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C.LiVEE | AMESim液壓元件及系統建模與仿真?
本套課程專題講解如何利用AMESim仿真環境對典型液壓元件及液壓系統進行建模與仿真。課程從基礎到進階，逐步深入講解液壓仿真技術；從元件到系統進行案例實操演示，是一套完整的從零基礎入門到高級功能應用的系統性AMESim仿真課程。相比于其他類的AMESim線上課程，本套《AMESim液壓元件及系統建模與仿真》是專門針對從事液壓領域相關工作及學習的工程技術人員和研究學員所開發，課程內容涉及到液壓相關的基礎理論在仿真環境中如何應用設置、典型液壓基礎元件如何自定義建模、常用液壓系統如何仿真分析等。基礎+進階+案例的三結合授課模式，讓液壓工作者高效全面得掌握AMESim在液壓領域的仿真應用。
???#液界聯盟學院第十期
本套《液壓柱塞泵維修暨故障診斷法》專業課程，由三十年國內外理論與實際工作經驗的同濟大學碩士生導師、資深液壓教培專家石景林老師授課。課程注重工程實踐，應用案例源自授課導師親歷親為的研制和實驗項目。課程系統解讀液壓后服務市場從業技術人員的能力體系需求，從液壓傳動基礎知識切入，介紹液壓元件及開閉式系統特點及各自的適用領域，分析柱塞泵馬達的典型結構和原理。課程重點解讀柱塞泵的維修、裝配及檢驗的要點與具體操作，對常用的3款進口品牌柱塞泵(丹佛斯90泵、力士樂A4VG泵、川崎K3V泵)進行了全面分析。針對液壓系統的故障分析，結合壓路機實際案例和實踐總結，課程教授獨有的快速診斷法。
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驅動未來 |?下一代流體動力系統
在過去的半個世紀里，許多高效的新型節能元件脫穎而出。但仍有許多液壓系統的比較低。主要有以下兩個原因：第一成本因素，因為高效的系統要貴很多；第二糟糕的系統設計，導致節能元件工作在在低效率區域。
為了確保液壓傳動系統對機電傳動的競爭力，不僅
亞琛工大IFAS
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系統概述
圖1 液壓系統傳動效率分布
早在70 年代，IFAS的 Backé就根據供應（流量或外加壓力）和控制（閥門或排量控制）引入了眾所周知的操作象限，如圖 2(a) 所示。象限 I-III 架構的機器已經很普遍了。而在第四象限的系統在當時是不存在的，即在恒壓系統中運行的排量控制馬達系統。
圖2a 液壓系統分類定義
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需要開發更節能的架構，而且還要確保這些架構具有成本效益，只有將這兩個因素結合起來，才能得到行業和消費者的認可。
能源效率顯著提高的關鍵不在于元件層面的改進，而在于系統層面的改進。一個典型的例子是移動液壓領域中，雖然柴油機的峰值效率在 40% 左右，液壓系統的峰值效率甚至可以達到 80%，但此類機器
的總系統效率大約為10%，這意味著儲存在燃料中的化學能只有10%被轉化為了有用的機械能。
如圖 1 所示，這部分是由于內燃機的低效工作點(平均效率為 25%)、液壓泵的損失和比例閥的節流損失增加(平均液壓效率為40%) 。
成本效益的關鍵是使用簡單的液壓元件，并將系統的智能化從液壓硬件轉移到系統軟件中。這種布局通常被稱為“電液架構”。IFAS 專注于開發智能液壓系統，應用領域包括土方機械、可再生能源等新領域。本文首先介紹了一些分類和設計流程，旨在幫助工程師設計更優質的系統，隨后討論了用于風力發電應用的新型移動液壓系統和傳動系統。
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系統分類及設計
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而在 80 年代，同樣在 IFAS 的Murrenhoff 測試和開發了這樣的系統，顯著提高了效率。這個例子說明了對系統進行分類的重要性，因為這有助于理解并指引新的開發。
在過去的二十年中，出現了許多新的液壓元件，包括液壓變壓器、數字元件、降壓轉換器和多工作腔油缸，將這些新的可能性融入已建立的四個象限是很困難的。因此，在2014 年，IFAS 又引入了實施條形碼的新分類方案，見圖 2(b) 。
新條碼主要針對移動液壓系統，也可用于標準工業液壓系統。使用條形碼可以對使用數字和模擬信號控制概念的系統進行分類和設計，以及能夠定義通過回收或再生的能量回收系統，這將幫助工程師改進現有回路并發現新的可能性。
圖2b 液壓系統分類條碼
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高效的移動設備液壓系統
由于其出色的功率密度，以及使用差動缸實現線性運動的成本效益和可靠性，液壓系統得以廣泛用于移動機械。下一代高效移動機械必須以提高液壓系統效率為目標，同時優化內燃機的工作點，這意味著需要一個整體的設計方法。此外，潛在動能回收能力變得越來越重要。這與某些移動機器（例如挖掘機）由于其執行器的運動學布局而執行頻繁的循環動作有關，如圖3。
這意味著每次舉起動臂后，最終都會落下回位，以及每次回轉加速后，它最終都必須減速。因此，此類機器在能量回收方面具有巨大潛力。IFAS 通過開發 STEAM 移動液壓系統來面對這樣的挑戰。與其他設計不同，該架構基于整體設計方法，同時考慮了液壓回路和發動機。
圖3 挖掘機油缸典型運動
STEAM的一個優點是使用了簡單的現有元件，并且系統智能化不再依靠液壓硬件，而是置于控制軟件中，如圖 4(a)。
圖4a STEAM液壓系統原理圖
該系統可以被認為是液壓混合動力系統。ICE 和泵僅用于提供平均功率需求，液壓蓄能器用于滿足峰值功率需求。通過將固定排量泵與恒壓系統結合，發動機始終承受恒定負載，從而使其高效運行。除了由泵提供的高壓系統 (HP) 之外，還引入了中壓系統 (MP)來減少閥的節流損失。
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為了讓業界相信該系統的潛在優勢，目前正在將其安裝到一臺 18 噸輪式挖掘機中，如圖 4(b) 所示。
配置STEAM系統的18 噸輪式挖掘機和傳統的LS系統工作效率測試對比視頻：
圖4b 18t挖機測試樣機
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可再生能源傳動系統
與機電系統相比，液壓系統的低剛度一直被認為是一個缺點，這會導致較低的控制精度和干擾抑制。因此，現代機床中的大多數驅動器不是液壓驅動的。而在風電領域，低負載剛度實際上是可以利用的，這使得動
力傳動系統能夠吸收由于強風或突然的電網負載產生的能量，這些能量不被吸收的話可能導致變速箱部件的機械損壞。這一特性加上其固有的無級變速傳動比，使得靜液壓傳動 (HST) 成為風力發電的理想選擇且無需變頻器。這種系統的基本布局如下圖5 所示。
圖5 風電系統的液壓傳動布局
基本上，HST 將轉子功率傳輸到發電機，同時將恒定的發電機速度轉換為所需的轉子速度。使用馬達的排量設置調節轉子速度。因為轉子產生的流量較少，低風速需要低排量設置，而較高的風速會產生更多的流量并需要更大的馬達排量。由于這種可變的功率輸入，系統的效率將根據風速而變化。而低于額定速度的所有組件都將在部分負載條件下運行，會導致效率降低。
為確保在整個風速范圍內具有良好的效率，IFAS 開發了用于 1 MW 渦輪機的可切換排量HST，見圖 6(a)。
圖6a HST系統原理圖
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新架構允許根據當前工作點打開和關閉單個泵和馬達。兩個固定排量泵將風力轉化為加壓流體形式的液壓動力。然后使用兩組馬達驅動兩臺發電機。每個組件，除了最小的泵，都可以切換到空閑模式，允許不同的泵-馬達組合用于不同的工作點。通過允許根據當前工作點打開和關閉單個泵和馬達，新架構可以提高整個工作范圍內的系統效率，見圖 6(b)。
圖6b HST系統總效率
圖 7 描述了 IFAS 用于系統驗證的設置。測試臺分為兩側：右側 (RHS) 上的實際變速箱和左側 (LHS) 上的附加傳動系統。為了避免必須將系統直接連接到電網，使用了循環設置。RHS 產生的電能循環回 LHS。兩臺電動機為系統提供額外的動力，以彌補運行過程中的損失。
為了顯著提高能源效率，有必要開發新的液壓系統架構，使組件能夠在高效區域運行。為了幫助設計過程，IFAS 開發了一個系統分類條形碼，其中包括標準模擬和新的數字液壓元件。此外，還介紹了表征下一代流體動力系統的兩個關鍵研究項目。第一個是用于挖掘機的移動液壓系統，稱為 STEAM，它基于整體設計方法。第二個系統，用于風力渦輪機的開關排量靜液壓傳動系統，是一個新應用領域的例子，其中特定的系統屬性，在這種情況下，負載剛度以前被認為是一個缺點，現在變成了一個優點。
圖7 IFAS 1MW風力渦輪機試驗臺
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柱塞泵吸油側氣穴現象探索
圖1 泵后蓋上增加半環形蓄油池
現代的冶金設備中，都離不開一項關鍵技術- 液壓傳動，本世紀早期國內引進的世界高端液壓成套液壓設備，在當時是先進的，但與今天的液壓技術相比，到目前已是技術十分落后的，尤其是當時所設計制造的液壓系統的動力源頭-液壓柱塞泵吸油側，存在著明顯的流體流動阻力錯誤，造成設計使用壽命2萬小時的柱塞泵，上線使用后，在很短的時間內失效進入維修狀態。
在液壓系統中，人們對泵的壓力側流體的工況考慮的較多，因為這是系統中所有功能動作直觀表現的場所，然而、柱塞泵的吸油側也是系統的一個至關重要部分，由于液壓設計人員缺乏流體動力學基礎理論，沒有自己主觀的管路流體損失知識，沒有鑒別能力、鸚鵡學舌的照搬前人的錯誤，一味的追求柱塞泵動態響應速度，但又忽視柱塞泵的吸入性能，其結果就是過早的結束泵的壽命。
本文探索防止直軸斜盤式柱塞泵（本文后續都稱為“泵”）吸油側氣穴的解決方案，通過提高泵吸油側水頭壓力來避免氣穴，從而提高泵使用壽命。
泵總成粉碎性損壞原因是：泵變量斜盤在變量階躍的瞬間，泵吸油側入口流體流動不足 當柱塞從缸孔中瞬間被拉出，缸孔容腔空隙體積瞬間增大，如果沒有足夠的進口流量及時跟進填充，高速形成真空腔而導致回程盤與滑靴之間產生瞬變載荷分離力，當這個變載荷錚開力周期性循環反復的作用在回程盤與滑靴間，其后果是對滑靴、回程盤、定間隙壓板螺栓這三種零件金屬材料產生疲勞破壞力，間接的造成滑靴脫靴、回程盤疲勞斷裂、壓板螺栓拉伸斷裂。無論是出現哪一種零件的損壞，泵的使用壽命戛然而止。氣穴現象還會導致液壓系統動態響應變慢，出現振動和噪聲及氣蝕損傷。
德國力士樂公司對自吸型柱塞泵吸油口有二項技術要求：一，吸油口絕對壓力>0.8bar。二，S管道液體流速﹤0.5m/S。但力士樂公司對于這二項沒有給予更多的解譯，筆者對這二項有著特別指導意義的要求有特別的理解，這是建立在十多年來對無數套的液壓系統中的柱塞泵吸油口測試，對無數因吸油側液阻影響而下線柱塞泵拆解，對內部損傷零件表面痕跡理性分析，漸漸
圖2 加大后蓋吸油孔徑及腔室
馬明東? ? 液壓維修專家
專著液壓柱塞泵馬達零件技術修正與制造
明白為什么力士樂對泵吸油側所提出的這二項技術要求，即是泵斜盤在最大角度時（排口輸出最大流量時），一，泵吸油孔徑內真空度不可大于0.2bar絕對壓力，二，S管道內液體流速小于0.5M/S。這二頂的技術要求的最終目的是為防止與避免泵吸油側氣穴，泵吸油側達到了這二項技術要求才能保障泵的使用壽命。違背這二項，對泵有損壞的風險。
防止泵變量階躍期間內出現的瞬態氣穴現象，是現代世界各國泵制造商設計改進目標，力士樂成功改進一款泵，在泵后蓋上增加半環形蓄油池，優化流動通道，提高壁面光潔度，來減輕階躍瞬間真空度（見圖1）。派克公司則是加大后蓋吸油孔徑及腔室（見圖2），優化漸變非圓月牙形吸入通道，加速流體運動。
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圖3 泵斜盤擺角越大，擾動的幅度越大
在冶金設備液壓系統中所使用的執行原件都是高速響應，這也就對應泵變量階躍速度約在100ms以內，甚至高達25ms，對于自吸泵，無論采用什么方法，泵斜盤階躍的瞬間所產生的吸油側是氣穴可避免的，只能是在泵入口處施加動力油源來提升供油壓力，才能滿足力士樂公司對泵吸油口的二項技術要求。近期國內引進的成套液壓設備中，多泵共用一根S管道的液壓泵站，都是有螺桿泵向S管道內提供壓力油源，這即是：開式泵閉式供油方法。
泵有很弱的自吸能力，并不是像國外泵制造商樣本上所講泵有強大的自吸能力，用幾個洋文的溢美之詞來迷惑國人，不能慣性思維的盲目的崇拜，要有自己的獨立見解，力士樂泵樣本所示“吸油口S（入口）處壓力最低吸油壓力Ps最小——0.8bar(絕對)“即是最有力的證明。如果是靠回程盤強勁的拉拔柱塞像醫用的注射針管一樣的抽吸油液，滑靴的背面與回程盤摩擦、回程盤與壓板的摩擦，產生這樣的摩擦磨損，摩擦副會很快的失效。泵在待命狀態時，斜盤擺角在0°停泊，當泵接受變量指令時，控制油瞬間推動變量活塞帶動斜盤改變擺角，斜盤強勁的拉拔回程盤再帶動滑靴把柱塞從缸孔中快速拖出，變量斜盤瞬態階躍及柱塞瞬間從缸孔中出程，造成三到四個柱塞孔容腔的瞬態空化，空化所產生的真空虹吸力倒拖柱塞與滑靴，一側是斜盤拉拔回程盤、另一側的虹吸力倒拖滑靴，這使二者間產生瞬態的分離錚開力，這個周而復始的錚開力，對回程盤、對滑靴、對壓板螺栓產生金屬材料的疲勞。
怎樣保證泵在最大排量時的吸油孔徑真空度不可大于0.2bar壓力與S管道內液體流速小于0.5M/S，針對這二頂的技術要求，對于自吸泵的開式液壓系統中的油箱，要務是：最大限度的地提高“水頭壓力”。提高水頭壓力有四個要述，1.油箱底板與泵中心線高度差，2.大氣壓無阻擋的施加到油箱液面，3.粗大的供油管徑，油箱中的液體以灌入形式進入到S管道中。4.與泵吸油口對接的管徑是泵體口直徑的1.5倍。
油箱內的油液，要經過油箱壁面管道流出進入S管道，90°彎管，泵吸入口，泵體漸變非圓流道再到達配流盤月牙形窗口，流體要克服上述這些管道沿程摩擦損失，逐漸消耗掉全部水頭壓力。配流盤窗口內的油液被高速旋轉的缸孔中的柱塞抽吸進入缸孔口時，配流盤供油窗口內的油液被缸體腰形槽隔擋，孔口內的流體出現剪斷、相通、再剪斷，再相通，周而復始的熾烈的波動，造成泵吸油口內的油液擾動，而且泵斜盤擺角越大，擾動的幅度越大，
這一波動現象幅度值，取決于柱塞虹吸力，如果有微小的水頭壓力能夠到達配流盤供油窗口內，基本上就沒有波動現象（見圖3）。
實際案例
國內某鋼廠連軋生產線上的7臺套液壓站是國內一家外資液壓公司設計制造的，在試生產時就發生損壞，外資公司給的答案是液壓油質不達標造成的，可是在后續的生產過程中，7臺套中的液壓站均發生柱塞泵在線損壞，每次泵的損壞都要集中全廠的維修人員，停產8小時左右清理油箱，更換液壓油，因為泵損壞后，油箱內有大量的銅、鐵碎屑，壞泵事故一次次的發生，困惑的是找不出原因，不勝其煩，經濟上造成巨大的損失。
該廠對此現象邀請多位國內液壓界知名學者及專家對液壓站進行診斷，要想找出問題所在，但疑云也困惑專家學者。
下面是液壓站布置圖4：
圖4 液壓站布置圖
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7臺A4VSO250LR2D/30R-PPB1300共用一根吸油管道，共用同一根殼體泄油管道，主吸油管道內徑為250mm，共用泵殼體泄油管道內內徑：50mm.每臺泵的電機為：132KW，1489r/min。
單臺柱塞泵吸油口與共用吸油管道布置圖5：
圖5 單臺柱塞泵吸油口與共用吸油管道布置圖
現場拆解損壞的柱塞泵，從泵損壞的零件痕跡定性為吸空所致，判定的依據是泵定間隙保護壓板的m6高強度螺栓是從中間位拉斷的。
A4VSO250排量的泵斜盤上共有二個定間隙壓板及四個壓板固定螺栓（見圖6），這四個壓板螺栓二個布置在斜盤壓油側，二個布置在吸油側，拆解損壞的泵，在吸油側的兩個螺栓從螺孔邊緣處斷裂，吸油側壓板彎曲， 壓油側的兩個螺栓沒有損傷。
圖6 A4VSO250排量柱塞泵
這種多泵共用一根吸油管道設計的錯誤有如下二種原因，其一是：吸油管道內徑太小，7臺柱塞泵在最大吸油時，需要每秒43.75L的油量。要滿足7臺泵的最大流量時，Ф250的管道內的油液流速要高達0.89米才能滿足7臺泵所需要的油液，力士樂對于泵吸油管道內的油液流速規定為﹤0.5米，為了達到力士樂的對泵吸油管道內的油液流速要求，再加上油液粘度摩擦指數影響，7臺泵共用吸油管道內徑則需要的吸油管道內徑則需要達到Ф350mm才能滿足力士樂所規定。
我在對此液壓泵吸油口測試時，因為是在生產期，沒有條件能達到泵的最大吸油量的，斜盤角度的變化是從擺到9°左右再擺回到0°，泵斜盤在0°待命時，泵吸油口則上安裝的壓力傳感器為絕對壓力1.03bar，當泵接受指令斜盤變量到9°時，泵吸油口側壓力變化到0.68bar絕對壓力，油液進入到泵吸油腔的時，壓力是波動的，在0.68bar至1.06bar間波動，這油液的波動說明是油液一涌一涌（咕咚咕咚）的湍流進入到泵吸油腔內，油液的湍流波動造成吸油腔內的壓力上、下波動（說明：泵斜盤擺角在0°時，斜盤與缸孔平行，柱塞沒有往復行程，因此，泵吸油腔的油液沒有流動） 。
其二是：7臺泵共用一根吸油管道，主管道頭端插入油箱靠近底端中，端頭呈45°斜面，在7臺泵共同變量吸油時，因為需求輸送的油量大、管道細、流速高（Ф200mm管徑內的油液流速高達：1390mm/S 超出力士樂的標準三倍，），造成主管道頭端周圍的油液與周圍邊上的油液流動差，形成了從管道吸油端頭到周圍邊緣的差速流動，在吸油管道端口形成一種旋渦流，這個底小而上面漸變擴大的旋渦流直達到油箱液面，則液面形成中空漏斗狀的旋渦，大量的空氣從中空漏斗狀的旋渦中被吸入泵體吸油腔內。
柱塞泵在線損壞原因分析：7臺泵LR2D功率恒定壓力控制變量柱塞泵，在達到功率控制恒定點時，泵的斜盤擺角在0°停止時，柱塞沒有往復行程，柱塞也就不吸、排油，所以，泵吸油側的油液沒有流動，呈現靜止狀態，S管道內的油液壓力是1.03bar絕對壓力，當7臺泵同時接受變量指令，強勁的液動力作用在變量活塞的一端促使變量活塞在極短的瞬間向另一端直線擺動，擺動中的變量活塞猛然帶動斜盤瞬間從最小擺角階躍到最大擺角，泵的斜盤已瞬間階躍到最大擺角的同時，斜盤上的定間隙壓板強力迫使回程盤拉動滑靴帶動柱塞向缸孔外側進行直線運動，促使柱塞運動到最大行程位置，但泵吸油側內的油液并沒有及時產生跟進流動，在缸孔容腔內形成具有真空
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度的空化腔，從而是油液從靜止狀態變化到流動狀態過渡中，就是這個瞬間微妙液體力學的變化，從泵后蓋吸油腔到殼體漸變流道再到配流盤吸油窗口這一系列流道內原儲存的油液呈現波動負壓、導致缸體四到五個吸油柱塞孔容腔中高速形成真空的空化容腔，缸體柱塞孔真空空化容腔所產生的極強的虹吸力拉拔柱塞回程，而斜盤上的定間隙保護壓板強力拉拔回程盤帶動滑靴向外行程，使滑靴與柱塞球頭間產生拉脫性的分離力， 無數次斜盤的瞬間階躍，無數次的柱塞從缸體中真空空化拉出，無數次的定間隙保護壓板強力拉拔回程盤帶動滑靴向外行程，最終導致壓板變形，壓板螺栓拉斷，回程盤斷裂，滑靴拉脫，最終造成液壓站中某一臺泵的壽命戛然而止。
當泵損壞后，沒能立即觀察到故障停機，固電機還在轉動，造成泵殼體內的旋轉體粉碎的后果。
多泵共用同一根殼體泄漏回油管道的危害，見圖7：
圖7 多泵共用同一根殼體泄漏回油管道的危害
能共用一根S主管道，每臺泵都采用獨立的吸油管路（見圖8）。
力士樂公司的柱塞泵樣本上對柱塞泵殼體泄漏油管道技術要求是：1，泵殼體泄漏回油管上不準安裝單向閥，2，不準與另外的泵、馬達、閥等其它液壓原件共用一根泄漏回油管。
多泵共用一根殼體泄漏回油管時，回油阻力增高造成殼體壓力會增高，一旦某一臺泵旋轉體零件損壞，已損壞的這臺泵殼內的金屬碎渣會從殼體泄油管道竄入到共用回油主管內，再道竄入周邊泵殼中，共用一根殼體回油管道上所接駁的泵都會造成連鎖反應的損壞。
筆者見意開式液壓系統中的多泵液壓站，最佳的方法是采用外供壓力油，保證每一臺泵的吸油口處壓力在6~10bar。不能采用外供壓力油源，多泵則不
圖8 每臺泵都采用獨立的吸油管路
結束語
柱塞泵使用的壽命，取決于泵吸油側水頭壓力，水頭壓力越高，到達泵吸油側的流體動力仍有剩余，柱塞抽吸油液力充暢，減輕滑靴拉拔柱塞的拉力。開式泵采用閉式泵的供油方法，泵的柱塞的出程是吸油口內的壓力把柱塞頂出，回程盤減省拉動力， 則極大的延長泵的壽命，這是實踐已證明的。需要維修的泵，最普遍的現象滑靴松動，90%以上的泵的損壞，都是從滑靴松動啟始發展到脫落，如果完全滿足泵的使用的條件，則泵的使用壽命可超越設計壽命。
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日前，恒立鑄造與埃地沃茲成功舉行了戰略合作簽約儀式及FMS柔性自動化生產線開機儀式。恒立液壓董事長汪立平、埃地沃茲總經理Terry Hong及雙方相關負責人等出席并見證了本次簽約。
方傳輸到另一個地方。流體動力在航空航天、農業機械、汽車、工程機械、風電設備等領域得到廣泛運用。美國數十個行業依靠流體動力技術來保持其運營和產品競爭力。
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恒立鑄造與埃地沃茲達成戰略合作
工業軟件是指專用于工業領域里的軟件，包括系統、應用、中間件、嵌入式等。工業軟件大體上分為兩個類型：嵌入式和非嵌入式軟件。
2021美國流體動力工業數據報告
2021年各類工程機械設備累計工作量同比增長20.12%
1月24日上午，燕山大學與德國博世力士樂集團舉辦了客座教授線上聘任儀式。博世力士樂執行董事會成員、首席技術執行官斯蒂芬-哈克(Steffen Haack)博士受聘成為燕山大學客座教授。
近日，著名的Agritechnica Systems & Components Trophy 2022大獎的頒獎結果公布，丹佛斯DDP096數字排量泵被評為的此次獎項的獲獎產品。該獎項旨在激勵零部件提供商的創新精神，彰顯創新
在農業科技中的重要性。
此次簽約開啟了恒立鑄造與埃地沃茲聚力前行、合作共贏的新征程。雙方將鞏固和擴大各自領域中的戰略優勢，形成強強聯合的共贏局面，為雙方創造更大的品牌價值。
流體動力包括液壓和氣動技術，它們都使用壓力流體將動力從一個地
美國許多行業依靠流體動力技術來保持其產品競爭力。NFPA 和多家流體動力公司合作編制了 NFPA 的技術路線圖，流體動力行業使用該路線圖確定關鍵的研發挑戰以確保其滿足其多樣化客戶群的需求。
挖掘機是基礎設施建設的“標配”，是反映基礎設施建設、觀察固定資產投資等經濟變化的風向標。近日，央視財經與三一重工、樹根互聯聯合打造的“央視財經挖掘機指數”發布了2021年度數據。從工程機械排名來看，2021年，累計平均工作量同比增幅位列前三的工程機械，依次為汽車起重機、攪拌車、正面吊。
燕山大學與博世力士樂舉辦客座教授聘任儀式
丹佛斯DDP096數字排量泵獲德國農協頒發的產品大獎
丹佛斯數字化排量泵具有高效率和可控性，使用電磁閥按軸轉對每個氣缸進行主動控制，輸出高效可控的液壓動力。與傳統泵相比，該技術的響應速率更快，總效率大大提高，全排量平均效率可達 90%，小排量下也有極高的效率。此外，氣缸組可放到端蓋板上，單獨控制 ，成為緊湊型的多功能泵。一個泵體可有三個單獨的可控輸出。
世界八大最頂尖的工業軟件強國
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資訊
2月18日，三一高空機械裝備有限公司成立。經營范圍包含：建筑工程用機械制造；農業機械制造；機械零件、零部件加工等。
隨著經濟發展和工業化水平的提高，我國高空作業平臺銷量連年增長，從2017年的4.58萬臺增至2021年的16.01萬臺。
根據中國工程機械工業協會行業統計數據，2022年1月對26家主機制造企業統計，共計銷售挖掘機械產品15,607臺，同比下降20.4%。
世界主要的八大軟件強國有美國、德國、日本、法國、加拿大、英國、愛爾蘭、印度。
三一重工投資成立高空機械裝備公司
我國高空作業平臺保有量及租賃市場保有量逐年增長，據統計，2020年中國高空作業平臺保有量為26.8萬臺，租賃市場保有量為22萬臺，租賃市場占比為82.09%。
隨著人口紅利減退和人力成本上升，高空作業中費時費力的傳統腳手架模式呈現出被高空作業平臺替代的趨勢，高空作業平臺的價值迅速得到市場認可。
2022年1月挖掘機國內市場銷量8282臺，同比下降48.3%
表1：中國挖掘機械市場概況
表2：國內挖掘機械市場概況
2022年1月裝載機國內市場銷量4117臺，同比下降38%
據中國工程機械工業協會對22家裝載機制造企業統計，2022年1月銷售各類裝載機7598臺，同比下降14.8%。
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MegaSysTM MXGTM 5K液壓軟管比常規5000psi (350 bar)液壓軟管更輕、更靈活、更耐用。MXG 5K脫線螺旋具有靈活、輕量化、創新、高壓的性能，是蓋茨在材料科學和工藝工程領域的新產品。
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5000psi壓力等級的液壓軟管
油液循環過濾系統
//schroederindustries.com/
使用KLCO的油液循環過濾系統，維護人員在更換過濾器時不再需要關停整個液壓系統。據Noria Corp.等消息來源稱，油液污染是液壓系統故障的主要原因。Schroeder已經完全將系統維護的重心從反應性維護轉向了預防性維護，減少了意外維修和更換的次數。
KLCO的油液循環過濾系統是一種靜態的、離線的油液調節系統，用于去除固體顆粒和游離的水分。KLCO的特點是采用了Schroeder中壓RLD系列雙工式過濾器。使用這種類型的過濾器，KLCO允許用戶通過改變油液流過兩個過濾器其中之一的流動方向，以更換過濾器濾芯，而不需要關閉整個系統。在需要連續運行且對污染控制有嚴格要求的使用工況中，這是特別有益的。
KLCO具有高容量、高效率過濾特殊流體的功能。可以分別處理3、7、10、14 gpm的流量。
液壓軟管采用蓋茨專利的Xpiral編織螺旋技術，其結構超越了所有行業標準，在壓力和脈沖壽命方面都極具競爭力。在整個開發過程中，MXG 5K在實驗室和實際應用中進行了廣泛的測試，包括在隧道掘進、頂驅、挖掘機和輪式裝載機等應用中進行的現場測試。
智能動力系統
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Bondioli＆Pavesi 引入了 HUB 概念，即一系列智能組件，這些組件已集成到電源控制和傳輸系統中，并具有許多特殊的獨有功能。
在當前市場中，動力機械日益復雜，人們對可與電子控制設備集成且易于安裝的可靠組件的需求不斷增長，而 HUB 系統可滿足當前市場的需求。?
電子零件使組件可以充分兼容遠程連接。可以使用 IoT 技術為移動設備控制系統發送和接收數據。?
集成 HUB 組件增強了機器性能，使其生產率更高且更易于使用。通過將 HUB 系統與云中數據管理一起實施，HUB 系統可以與 工業 4.0 進行交互，從而為未來的發展開啟了眾多可能性。
下一代機器必須比之前更安全、更安靜、更易于使用。 消耗能源更少并具有與其他機器對話能力的機器。
一直以來，Bondioli & Pavesi 都致力于并投資發明創造，使其成為設計和生產智能、集成輸電系統的理想合作伙伴。
液壓泵的又一黑科技“Shuttle”?
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? | 看INNAS如何玩轉泵效率
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從柱塞泵被發明之日起到現在的百年時間里，提升泵的效率自始至終是液界工程師不斷突破的目標。各種各樣的創新結構不斷涌現，讓柱塞式液壓泵的效率遠遠優于其他類型的液壓泵，從而使得柱塞泵也成為行業應用最為廣泛的動力元件。看似效率水平已經達到天花板的柱塞泵，有無可能再次刷新自我？來自INNAS的“Shuttle”技術，看如何突破天花板…
對于柱塞泵來說，”機械效率“和”容積效率“是評價柱塞泵性能的重要參數。研究機構的大量工作也是在圍繞”效率”做文章，如何提升“效率”成為液界的共識和不斷追求的目標。既然要提升，就要清楚得明白是什么因素影響著效率。由摩擦帶來的機械效率損失和泄漏帶來的容積效率損失，是大家最為熟悉的兩種模式。除此之外，INNAS的Robin Mommers為大家揭示了另外一種效率損失模式——”commutation loss” ，即換向損失。這里所說的“commutation loss” ，即柱塞腔在經歷高低壓過渡區過程中，所產生的效率損失。業內時常提到的”流量倒灌”，就是其中一種表現形式。
引言
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先談談“Commutation”
因此，有了高低壓切換區間的過渡槽或孔等結構，來改善過渡過程帶來的效率損失。然而這種過渡槽的設計只能是在某一種工況下設計的最佳結構，難以滿足液壓泵在多種工況下達到最佳性能。
針對當前柱塞泵設計結構的“固有”缺陷，INNAS公司提出了一種創新結構——“Shuttle”技術。所謂的“Shuttle”技術，也就是大家所熟悉的梭閥結構。那么INNAS是如何做到在柱塞泵的緊湊結構中引入梭閥結構呢？這種梭閥結構又是如何解決了當前的結構缺陷呢？
在開聊“Shuttle”技術之前，我們有必要深入理解一下“commutation”是什么。這段來自Robin Mommers的視頻，為大家詳細解讀了什么是”commutation“，以及在這個過程中是如何帶來了效率的損失。
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視頻中，對比了理想的高低壓切換過程和當前典型的過渡槽結構的切換過程，同時指出了對于變量泵，當前過渡槽結構的設計所帶來的固有問題。
以大家熟悉的單向閥結構模擬理想高低壓切換過程。在這個理想過程中，高低壓通道的單向閥可以自動跟隨柱塞的位置，在正確的時間點打開通道，完成柱塞腔和高低壓區的連通，并且無容積效率的損失。不過在實際應用中，單向閥結構無法高頻響應高轉速的工況需求，所以實際應用的結構采用了帶過渡槽的配流盤結構形式。
然而對于帶過渡槽結構的換向結構，本身由于過渡槽的節流作用，又引入了節流功率損失。其效率的損失也受到排量、轉速以及壓力等工作參數的影響。
再聊聊“Shuttle”
準確定位問題本質是解決問題的關鍵一步。通過上面的分析可以明確，當前的“commutation”結構，還是留存了很多”妥協“。針對這些“妥協”，INNAS提出的“Shuttle”技術。顧名思義，簡單來說就是梭閥結構，通過此梭閥在缸體內連通各個柱塞腔，實現類似“Ideal Commutation”的目的。下圖中的A~I小球以及所在的通道即構成了“Shuttle”的概念結構。
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INNAS也非常巧妙的在當前傳統的缸體物理結構上實現了“Shuttle”的概念，而不用對缸體或配流盤進行顛覆性設計，這也就意味著這項技術可以無縫應用到當前的容積式泵馬達產品中。
對于當前過渡槽結構的“Commutation”方案，主要存在如下幾個主要問題點：
- 在液壓泵和馬達中，壓力在低壓和高壓之間不斷變化。例如，在軸向柱塞泵中，每個柱塞腔中的壓力水平每轉變化兩次，一次在上死點，一次在下死點。如果泵有九個柱塞，轉速為 3000 rpm，壓力每秒變化 900 次。
- 過渡槽是為了緩和切換過程中的壓力變化，但這些槽是一個相當差的折衷方案，因為槽的尺寸不能隨著運行速度和壓力而改變。情況變得更糟，現在電液應用的新趨勢要求泵在更寬的速度范圍內運行。
- 過渡槽就像一個節流閥，在柱塞腔和高低壓區之間建立連接， 本質上是一個節流回路。壓縮和膨脹非常快，壓力變化率非常高，幾乎就像錘擊一樣。這種持續的撞擊，在上述示例中，每秒 900 次 @3000 rpm，不僅會導致高噪音水平，而且還是氣蝕和能量損失的來源。
INNAS的Peter Achten在下面的這段視頻中，為大家詳細的介紹了“Shuttle”技術的前因后果。通過總結當前“Commutation”結構的問題，講解了“Shuttle”技術的工作原理、結構實現方式以及技術優勢。
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對比傳統方案，“Shuttle”式結構工作方式為：
- 不同于傳統的節流槽結構，每個柱塞腔中的油液可以通過柱塞運動本身進行壓縮或膨脹。例如，如果需要在下死點壓縮油液，則可以在柱塞經過下死點后立即開始壓縮。在那之后，柱塞腔不再與配流盤的高低壓區連通，至少只要柱塞運動需要將油液壓縮到所需的下一個壓力水平。采用這種設計，壓力上升將比節流槽緩和得多，并且可以避免因切換引起的氣蝕和能量損失。
- 一旦達到柱塞腔中所需的壓力水平，梭閥就會打開柱塞腔和下一個配流盤的壓力區之間的連接。它們允許泵馬達進行幾乎理想的換向，而沒有任何換向損耗。使用Shuttle結構，換向由柱塞運動控制，從而產生更柔和的壓縮和膨脹。
- Shuttle是一個小圓柱體，里面有一個球。在這個圓柱體的兩端都有一個開口，油可以通過該開口流入和流出。球可以在這兩端之間移動。在末端位置，該球關閉，從而防止任何油液流出。Shuttle小巧輕便。尺寸的直徑和長度通常為幾毫米。只有在換向開始時球處于正確位置（在梭閥右側）時，梭閥能以正確的方式工作。出于這個原因，梭閥的一側連接到泵柱塞腔，另一側連接到腰型區。運行時，梭閥兩端會產生壓力差，該壓力差由梭閥“感應”，并在每次上止點和下止點都將小球推到所需位置。
- Shuttle是一個小圓柱體，里面有一個球。在這個圓柱體的兩端都有一個開口，油可以通過該開口流入和流出。球可以在這兩端之間移動。在末端位置，該球關閉，從而防止任何油液流出。Shuttle小巧輕便。尺寸的直徑和長度通常為幾毫米。只有在換向開始時球處于正確位置（在梭閥右側）時，梭閥能以正確的方式工作。出于這個原因，梭閥的一側連接到泵柱塞腔，另一側連接到腰型區。運行時，梭閥兩端會產生壓力差，該壓力差由梭閥“感應”，并在每次上止點和下止點都將小球推到所需位置。
了解了基本的工作原理，實現結構和基本特征后，我們再深入一步，看看“Shuttle”在高低壓過渡區運行過程中，是如何具體工作的。
- 首先我們看一下在下死點（BDC）過渡位置時，從低壓區過渡到高壓區的切換過程。
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此時柱塞越過下死點位置，開始向內運動壓縮油液。這個時候柱塞腔腰型槽還未與高壓區接通，從而柱塞腔內的壓力逐漸升高，直到達到高壓區的200bar壓力水平后，綠色的“Shuttle”打開，柱塞腔內的油液開始和高壓區連通，完成從低壓到高壓的切換。
我們再看一下在上死點（TDC）過渡位置時，從高壓區過渡到低壓區的切換過程。
此時柱塞越過上死點位置，開始向外運動吸入油液。這個時候柱塞腔腰型槽還未與低壓區接通，從而柱塞腔內的壓力逐漸降低，直到達到低壓區的1bar壓力水平后，綠色的“Shuttle”打開，柱塞腔內的油液開始和低壓區連通，完成從高壓到低壓的切換。
如此往復，通過“Shuttle”結構實現了柱塞腔在高低壓切換過程中的平滑過渡，避免了在連通前由于壓力未達到平衡而造成的壓力沖擊、流量倒灌以及氣蝕等問題的發生。我們來看一下這兩個階段的完整工作過程。
在視頻最后，Peter也為大家總結了“Shuttle”技術的特征和優勢：
- 同時適用于泵以及馬達，變量和定量形式，在重載450bar以及高轉速5000rpm場合
- 總效率提升達3.5%，特別是機械損失降低50%以上
- 8dB噪音水平的降低
- 從制造角度，Shuttle技術只需要小范圍設計變更，無明顯成本增加，但是可以帶來較大的性能改善
寫在最后
INNAS一直也是i小編關注的對象，在液壓傳動領域，這家公司絕對是當之無愧的創新先鋒。從最早i小編和大家介紹過的Floating Cup，到這里的Shuttle，都是出自INNAS掌門人Peter Achten之手。不僅如此，他們還有Free Piston Engines，Hydraulic Transformer和應用于on-highway設備的HYDRID技術等。能在液壓這么傳統的領域內持續推出創新的技術，著實不易。
INNAS也只是無數熱愛這項技術并投身其中的液壓人的一個縮影。打破傳統框架，突破固有邊界，深度挖掘液壓技術潛能，推動行業再升級！
參考資料：
a. INNAS網站. www.innas.com/shuttles.html
b. Peter Achten. “SHUTTLE” TECHNOLOGY FOR NOISE REDUCTION AND EFFICIENCY IMPROVEMENT OF HYDROSTATIC MACHINES -PART 2
c. Robin Mommers. COMMUTATION LOSS IN HYDROSTATIC PUMPS AND MOTORS.
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傳統液壓元件在向電氣的穩步轉移！
Parker Hannifin 的業務開發經理 Mitch Eicher 雖是一名機械工程師，但他熱衷于將液壓閥的應用商業化，?他認為傳統液壓元件對于需要控制流量、壓力的系統仍然十分重要。直接使用電氣解決方案來驅動所有執行器無論是在尺寸或者是成本上都會很繁重。?
建立相互依賴關系
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液壓傳動與控制
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Eichler 說，在派克漢尼汾的運動系統集團內，各個部門在一起工作。“不再區分液壓、氣動或機電”他解釋說。“我們將它們視為一種系統解決方案。原先制造部門的重心是液壓閥，但隨著電氣化的到來，這些閥需要變得越來越智能。在某些應用中，它們確實需要向電氣化方向發展。”
派克新一代 DFplus 控制閥是一個典型案例。作為派克動態響應最高的閥門，它已經存在 20 年，專為要求苛刻的應用而設計，例如通用壓力機、機床和注塑成型。
下一代 FP 閥將具有多種通信協議，尤其是 IO-Link。功能范圍包括實際值（閥芯位置）、溫度、運行時間和各種錯誤信息。?
在這里我們要說的重點不是開發全新的液壓閥，而是將通信能力盡可能的帶入現有的液壓系統，包括通過 NFC與您的手機、平板或計算機對閥進行編程，以及以無線方式或通過不同的總線協議這樣做。
管理復雜性
新技術的引入是簡化還是復雜化了設計特征？Eichler 解釋說：“我通常把它比作瑞士手表，所有的傳感和邏輯都是由閥芯、不同的彈簧和孔口以及許多完成工作的機械裝置完成的。但現在我們看到系統變得越來越先進，它們也變得越來越簡單。您完全可以使用帶有先進電子設備的閥門來更簡單地實現您所需達到的流量、壓力。
面向工業4.0
閥門的設計隨著電子設備的加入而不斷發展，對機器性能的要求也在不斷提高。Eichler 指出，整個行業希望變得更智能、更高效并降低成本，同時還希望它們能夠進行相關預測性維護的工作。
數字化和機電一體化技術的集成意味著工業閥門能夠更好地監控系統并執行在線診斷，進而提供更有效的控制。這也適用于非公路/公路類型的設備。 以自動側載垃圾處理車為例，駕駛員主要是從卡車側面控制機械臂，以前比較老舊的卡車依賴于杠桿操作的方向控制閥驅動。相比之下，較新的車則使用了順序閥，或者可能在液壓系統中集成了板載電子設備和高級的傳感器，只需按一下按鈕即可完成操作。?
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液壓系統的數字化
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液壓閥的測試
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閥控系統
如果說控制是液壓的靈魂，那測試至少算得上觸碰靈魂的途徑之一。
液壓應用于工程實際就需要控制壓力、速度、位置乃至方向方能滿足工程實際的要求。要了解所選用的液壓元件是否確實可以滿足系統對元件的要求，就必須進行測試。
一、性能方面
- 性能測試?
- 加工質量測試
- 壽命耐久試驗，用以確認多久時間還能保證性能指標仍處于范圍內。
二、質量管理方面
- 型式試驗 對產品的質量全面檢查，一般應用于新產品大批量生產之前或生產規定時限之后的老產品，因而又稱為鑒定試驗。
- 出廠試驗 是有選擇的做一些項目以說明加工質量是穩定合格的，故而性能就會符合設計要求。
- 質量穩定性測試 作為型式試驗和出廠試驗的補充，是一種替代長時間的壽命試驗，只作規定時間的考核，檢查性能變動情況，以預測產品的耐久性能的權宜之法。當然前提是型式試驗合格之后方可。
因而，擺在面前的第一個問題是為什么測？即解決好通過測試達到什么樣的目的或預期。然后才是測什么和怎么測。
對試驗臺測試軟件而言，你的關注點（性能）決定了測試方法和判斷指標。
然而達到同樣的目的可能有多種路徑可選，同理不同的測試方法或項目亦可能可以取得相同的某一目/指標。因此，若反過來說明更合適一些，比如，比例閥的流量回線所可以反映的性能和指標；顯然具體到某一性能或指標取得途徑并不唯一。
請認真思考個問題：如果只能選擇一個性能指標測試來評估比例閥的控制性能，該選哪個？
怎樣判斷伺服閥/比例閥的好壞？
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伺服閥及電液伺服系統
伺服閥/比例閥本身就是一個小的伺服系統，作為電液伺服系統的一個重要環節，伺服閥本身的特性會在很大程度上影響整個系統的性能。
既然伺服閥本身作為一個小的伺服系統，其好壞也可以通過控制系統的三要素來加以評判：快速性、準確性、穩定性。?
這些指標都可以從時域和頻域兩個方面進行考量。由于頻域沒有時域那么直觀，許多人感到晦澀難懂，今天就從時域對伺服閥的三個要素進行分析。
時域特性，簡單來說，就是從時間軸對閥的性能進行評判。大家最為熟知的就是階躍響應：曲線的橫軸是時間，縱軸是閥的輸出（閥芯位移）。下面來通過兩張實例加以說明：
曲線1
曲線2
快速性
快速性主要看上升時間。曲線1和曲線2都是閥芯達到90%行程時的響應時間（紅色和藍色）。曲線1的上升時間約為7-8ms，曲線2的上升時間約為30ms。從快速性看，曲線1要明顯優于曲線2。
準確性
準確性主要看穩態誤差，也就是輸出和期望（或者指令）的差值。
曲線1和曲線2的期望輸出都是達到行程90%，從曲線1看，有些毛刺，說明閥芯有微小的波動。可以通過示波器放大后觀察。準確性和穩定性通常是緊密關聯的。如果控制不穩定，那肯定沒有準確性可言。從準確性看，曲線2要由于曲線1。
穩定性
穩定性就是閥芯達到穩態時是否穩得住。穩態時曲線1有許多的小毛刺，曲線2就非常光滑。從穩定性看，曲線2要略勝一籌。
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專題文章
快速性,準確性和穩定性是一對矛盾的指標，三個指標往往很難同時達到最優。如何選擇伺服閥，要看具體的使用工況。
比如在高響應工況，如測試仿真，那肯定選擇曲線1，曲線1的響應要明顯優于曲線2。除此之外，在高響應系統，曲線1穩態時的微小毛刺可以忽略不計。
如果在低頻或者靜態系統，那可以選擇曲線2。比如試驗臺的壓力控制，此時曲線2要明顯由于曲線1。這種差異主要在高精度壓力控制時會凸顯出來，可能控制在0.1bar時，兩個都差不多，控制在0.01bar時，曲線1的微小波動就會引起壓力波動。此時壓力曲線就會有許多微小的毛刺。
上面是通過控制的三要素來對閥進行評判。實際上，閥的優劣還可以通過其他的靜態指標加以區別，比如滯環，分辨率，壓力增益等。這些指標究竟會對控制造成什么影響，下一期我們再慢慢分析。
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路甬祥 序
本書論述了行走機械對于傳動裝置的基本要求，分析比較了純機械、液力、電力和靜液壓四種傳動裝置的優缺點和適用范圍。
波克蘭液壓和靜液壓將于6月10日同步對王意先生的著作《車輛與行走機械的靜液壓驅動》進行連載，雙周更新一次，敬請關注。
第四集 · 車輛與行走機械應用靜液壓驅動技術的發展歷程?
液壓挖掘機產品上靜液壓驅動技術的應用與發展
靜液壓驅動技術最早應用于軍用武器系統，在20世紀的二次世界大戰中有了迅速的發展。真正用于驅動地面車輛的行走裝置，已是20世紀50年代的事情。二戰后軍用技術轉民用，工程機械也是受益主體之一。
廣義的工程機械的稱謂實際上與建筑機械、筑路機械、礦山機械和前述起重運輸機械以及諸多工業車輛等等都有交集，此處論及的工程機械主要是以與土石方打交道的鏟土運土機械。
其中挖掘機的行走裝置基本上只供自行移位和偶爾推土清場使用，很少參與挖掘以外的作業；其他的如裝載機、推土機、鏟運機和平地機等機械，則多多少少與農業拖拉機相類似，都是要靠發揮行走裝置的推進力或牽引力來完成作業。但它們各自的載荷譜又有所不同。?
裝載機作業中行走裝置需要頻繁進退，在低速鏟入掘起時需要很大的推進力，在帶載移位時需要迅疾增速和制動，在轉場時又需要達到35-40km/h的較高的平均行駛速度，但在后兩種工況中其行走裝置所需推進力卻顯著減小。?
相比之下，農業拖拉機犁耕時的推進力負荷譜接近于持續滿載，只有在地頭換向折返時短時間的間歇。推土機及鏟運機的負荷為漸進地增長后，具有較長的輕負荷運行時間，屬于大間歇周期性交替變化負荷。?
平地機械則有需要長時間持續承受波動阻力負荷的特點，但平均負荷強度不如拖拉機犁耕時那樣高，波動幅值沒有裝載機那么大。這幾種機械在行走裝置和工作部件之間的功率分配方面也有較大差異。?
推土機、鏟運機和平地機的工作部件液壓系統通常僅在調整推土板、鏟斗和鏟刀高低位置時才有動作，所需功率用于克服被提升工作部件的自重加上其中的物料重量，以及提升過程中工作部件與所接觸物料之間的摩擦力，升降速度和動作幅度都不大，所需功率量值占發動機總功率的比例相當小。?
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而裝載機則不同，它們的鏟斗和提升臂在剝離、掘起物料和快速提升的過程中需要很大的功率。選用動力傳動裝置時，需要考慮到不同機械的負荷狀況的差異，同時也應關注它們的整體形態和動力傳動裝置布局的特點。
挖掘機堪稱是當今應用液壓傳動和控制技術最為廣泛和最為成功的行走機械。當今除了最大規格的巨型礦用正鏟挖掘機采用電力傳動以外，全世界百分之九十五以上的挖掘機都是液壓傳動的。
當然，由于挖掘機的主要功率用于驅動鏟斗等工作部件中的多組液壓缸，使用開式回路對于這樣的多用戶系統更為適合。?
其系統中除了某些機型為考慮能量回收而在上車回轉機構中采用了閉式液壓回路外，行走機構的驅動裝置一般沒有使用單獨的閉式回路系統，而是將其集成于公共的開式液壓系統之中。?
但開式和閉式回路兩者在行走液壓領域內的高壓柱塞泵、柱塞馬達等主要元件的核心技術方面卻是相通或者相近的。靜液壓驅動技術的發展，對于普及和推廣液壓挖掘機同樣起到了巨大的支撐和促進作用。?
而液壓挖掘機的廣泛應用，特別是在各項重大工程和搶險救災的場面中頻繁出鏡，無疑又為廣大公眾了解和體會行走液壓傳動和控制技術的意義和風采樹立了良好的實物形像（圖1）。
圖1 液壓挖掘機奮戰地震災害引起的? ? ? ? 山體塌方和堰塞湖的震撼場景
液壓挖掘機多為履帶式的。以其液壓驅動的履帶行走裝置和液壓操縱的工作部件相配合，還能使其具備優異的越障性能。
很多熟練的駕駛員利用鏟斗、升降臂、回轉盤和履帶的相互協調動作操縱小型挖掘機攀上、爬下卡車車廂，一個人獨立完成駕駛卡車轉運和操作挖掘機作業的全過程已是家常便飯。?
如果挖掘機配有推土板，上下卡車還更為方便快捷。這種一車加一機的“隨行”挖掘機配置方式在國內建筑機械租賃市場已很普遍，比起需要專門研制的隨行叉車來說要方便許多。?
液壓挖掘機上所派生出來的這種“特異功能”，應該對于步行機構等非輪式行走裝置的研究有所啟迪。?
輪式液壓挖掘機多為中小型的，特點是具有較高的轉場行駛速度（圖2）并因之適合用于市政工程、應急搶險作業和軍事目的，近年來的發展勢頭似乎已與履帶式液壓挖掘機不相上下。
圖2 貴州詹陽動力制造的的輪式液壓挖掘機的最高速度超過了50km/h，除了市政工程和軍事用途外，還是應對突發事件和搶險救災的重要裝備
上海建筑機械廠早期曾批量制造過以國產徑向柱塞泵和內曲線液壓馬達為核心動力傳輸元件的履帶式液壓挖掘機，并以此帶動了國內內曲線液壓馬達的研制和生產。
不過后來在挖掘機上應用的卻主要是高速柱塞液壓馬達和行星齒輪減速器構成的驅動單元體。?
目前，我國是世界上生產液壓挖掘機數量最多的國家，大概也是液壓挖掘機最大的市場。
中國挖掘機行業在整機設計、系統集成和制造技術方面都有了長足的進步。
但和其他許多產品一樣，當前我國還只是這一領域的“大國”，而非“強國”。尤其遺憾的是，其中的核心液壓元件和電液控制裝置大部分仍然依靠進口，這種狀況同樣也困擾著其他領域國產靜液壓驅動的車輛與行走機械的制造廠家。
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PTC ASIA 2021
液壓展區的亮點
教授、博導，享受國務院特殊津貼專家
上海液壓氣動行業協會專家委員會專家?
液壓氣動數智化企業論壇、液壓數智產業化聯盟、液壓數智化推廣促進小組創始人?
曾任中國機械工程學會流體傳動與控制分會委員、液壓專業委員會副主任、高級顧問?
曾任中國液壓氣動密封工業協會理事、專家委員會委員與高級顧問?
曾任《流體傳動與控制》、《液壓氣動與密封》雜志編委會委員?
曾任Vickers、Eaton、Sauer-Danfoss的中國培訓總監、CTO、丹佛斯行走液壓 (上海) 有限公司高級顧問等?
曾任上海液氣總公司副總工、上海豪高機電科技有限公司董事長兼總經理?
專著“液壓工業4.0--數字化網絡化智能化”、“液壓螺紋插裝閥技術與應用”編著者
我與PTC ASIA 30年的緣分
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PTC亞洲動力傳動展
許仰曾
太陽能光熱大型定日鏡數字液壓驅動控制系統及其電液驅動器（上海電氣液壓氣動有限公司）
定日鏡是塔式太陽能熱發電的關鍵部件，隨著裝機功率和定日鏡面的加大，其驅動部件有從傳統電機機械的形式，日漸被電液驅動形式取代的趨勢。具有數字液壓驅動控制的定日鏡系統。裝機功率小，實現無纜化；驅動精度分辨率可達到很高。?
PTC ASIA是我的液壓市場認知的指導者，是我從事研發產品與技術的風向標。例如在國內首次展出液壓螺紋插裝閥全套元件是在1993年PTC展會的Eaton公司展位上，至今印象深刻。所以我是PTC忠實的粉絲，幾乎每一屆都會去觀摩、探討、詢問、學習、尋求合作、尋求上下游的伙伴、開展業務與會友。
高空作業車液壓系統解決方案與電動缸
（江蘇恒立液壓股份有限公司）
恒立的電動缸產品也是打破了液壓行業只有液壓元件被認可的局限，而是進入液壓元件是功率傳動與其控制的一部分，可以被用來達到傳動與控制的目的而被采納，成為液壓傳動與控制的一種輔助執行機構。
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二維（2D）液壓泵/電液數字伺服閥?（浙江工業大學）
在PTC高校展區的浙工大展臺上看到了獲得2020年度中國機械工業科學技術一等獎的“二維（2D）電液流量伺服閥”。作為高校不僅有此完全原創性技術所生產的產品達到國際先進水平，更已經在工業領域的市場中獲得極好的經濟效益值得進一步推廣。此數智液壓元件技術所派生的產品已經涉及獨特的2D液壓泵等各種液壓以至氣動元件，將會在中國液壓產品市場上發揮進一步的“顛覆性”效果。
水液壓泵
（無錫市華科力士水液壓有限公司）
水液壓泵的出現也是PTC展會上的比較新的產品，并有系列。這是綠色產品今后必將逐漸會部分或更多的取代油液壓元件產品。
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錯綜復雜的
串聯與并聯回路
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液壓基礎
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學習目標
首先來看看今天的學習目標
1、了解串聯和并聯回路的概念
2、了解什么是最小阻力原則
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并聯液壓回路
我們知道，大型液壓系統中的回路是非常復雜的，有串聯的，有并聯的。就像人體內的動脈血管一樣，錯綜復雜。今天我們就來理一下這些繁雜的串并聯回路。
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液壓賊船
1.1、什么是并聯回路？
即使是最簡單的液壓系統，也通常會有多條回路。比如圖中所示的液壓系統，就有兩條回路；
回路1——流體流經液壓泵、液壓馬達，最后返回油箱；
回路2——流體流經液壓泵、溢流閥，再返回油箱；
回路1和回路2是并聯連接的。
1.2、應用舉例
就比如下面這臺液壓劈柴機，其液壓系統就有兩條并聯的回路：?
回路1：泵從油箱中吸油，增壓后的高壓油會經過換向閥、液壓缸，最后返回油箱；
回路2：泵從油箱中吸油，增壓后的高壓油直接從溢流閥溢流回油箱。
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串聯液壓回路
2.1、什么是串聯回路？
流體流經一個液壓元件后，緊接著流入到下一個液壓元件，我們則認為這兩個液壓元件是通過油管串聯在一起的。
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什么是壓降？
每個液壓元件對于液壓系統而言都是一個液阻，而每一個液阻串聯起來，必然會對液壓系統的壓力產生累積效應。即液壓系統的壓力等于所有液阻與負載之和。
2.2、應用舉例
還是以劈柴機為例，該回路1中，換向閥和液壓缸就是兩個串聯在一起的液壓元件。
對比液壓馬達的進油管路和出油管路，很明顯可以看出，前者與后者的壓力差值為450psi，而這450psi就是壓降，或者稱為壓差。
流體經過液壓馬達產生的壓降近似等于負載對液體反向施加的壓力。
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什么是最小阻力原則?
所謂最小阻力原則就是說，液壓油也很會偷懶，哪條回路的阻力小，它就從哪條回路溜走。
最小阻力?
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如圖所示是一個擁有3條并行回路的液壓系統。
每條回路都設置了1個單向閥，而且每個單向閥所設定的開啟壓力各不相同，也就是說每條回路上的阻力不同。
4.1、初始零壓狀態
在電機尚未啟動時，通過壓力表的讀數可知，此時系統壓力為零。
接下來我們具體分析一下該并聯回路的4個工作狀態，看一看液壓油是如何偷懶的？
4.2、電機啟動，所有球閥都打開的狀態
當電機啟動后，泵開始運轉，泵出口的油液會自動選擇走阻力最小的回路返回油箱。也就是走開啟壓力為100psi的單向閥所在的回路。?
通過壓力表的讀數可知，此時系統壓力也確實是100psi。
4.3、關閉球閥A的狀態
如果我們關閉手動球閥A，系統壓力又會發生什么變化呢？此時單向閥1所在回路的阻力可看作無限大，因此液壓油會退而求其次，走開啟壓力為200psi的單向閥所在的回路。通過壓力表的讀數可知，此時系統壓力上升到200psi。
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基于LabVIEW或C++等程序開發環境，對上位工控機進行編程，同時配合數據采集卡，完成對系統眾多模擬量包括壓力、流量、溫度、轉速、扭矩等參數的數據采集、數據處理和圖形顯示，并通過計算機的分析與運算，對下位機發出相關的信號，從而對系統進行自動控制。可以大幅度提升液壓裝備的“數智化”程度。
為降低中小企業的投入成本，我們專門開發了標準版本的測控軟件。標準版軟件可搭配多種數據采集模塊，采集4~20mA、0~10V、PWM等多種信號，可適應RS-485總線、CAN總線、工業以太網等多種通訊方式。因此，無論您的系統使用的是什么類型、什么廠商的傳感器和執行器，利用該標準版本軟件都可以輕松快速的搭建遠程狀態監測系統。
靜液壓數字測控服務
靜液壓為推進國內液壓與氣動技術的“數智化”進程，特推出液壓裝備的數字測控服務。
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4.4、關閉球閥A和B的狀態
接下來，如果我們把手動球閥A和B都關掉，系統壓力又會發生什么變化呢？
沒錯，此時單向閥1和2所在回路的阻力都可以看作是無限大的， 此時液壓油會再一次偷懶，走開啟壓力為300psi的單向閥所在的回路。
通過壓力表的讀數可知，此時系統壓力上升到300psi。
最小阻力原則在故障診斷中的應用？
下期預告
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IIoT工業物聯網平臺結合了物聯網、大數據、邊緣計算、人工智能等核心技術，通過將數據采集、油品分析、設備管理、動態報警等模塊的有效集成，進而實現液壓系統的預測性維護及全生命周期管理。
目前，已有不少大型企業引進了IIoT平臺，取得了不小的進步。但是，對于中小型企業來說，由于成本較高的原因，他們仍處于觀望狀態。
而我們推出的液壓站智慧管理系統，是在已有數字測控平臺的基礎上，先幫助中小型企業，從一到兩臺簡單設備上的5~10個傳感器著手，可以在短時間內快速實現諸如遠程監控、狀態監測之類的功能。之后，他們可以按照自身的實際情況，來決定是否向預測性維護、遠程故障診斷與排除、全生命周期管理等更高級的數據分析方向發展。
其特點是，通過數據大屏，可實時展示、查詢和管理設備狀態信息；快速實現故障定位、備品備件可視化管理；可對接ERP、MES、設備管理系統、維保、能源系統數據，以向設備管理人員發出預測性警告，實現全生命周期管理；可實現多終端、多設備（包括Web、PC、APP、小程序等）協同管理。
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